DNA的一级结构与功能(二)

2.原核生物基因组结构特点

①基因组较小,没有核膜包裹,且形式多样,如病毒基因组可能是DNA,也可能是RNA,可能是单链的,也可能是双链的,可能是闭环分子,也可能是线性分子;细菌染色体基因组则常为环状双链DNA分子,并与其中央的RNA和支架蛋白构成一致密的区域,称为类核(nucleoid)。

②功能相关的结构基因常常串连在一起,并转录在同一个mRNA分子中,称为多顺反子mRNA(polycistronic mRNA),然后再加工成各种蛋白质的模板mRNA。

③DNA分子绝大部分用于编码蛋白质,不编码部分(又称间隔区)通常包含控制基因表达的顺序。例如,噬菌体ψx 174中只有5%是非编码区。

④基因重叠是病毒基因组的结构特点,即同一段DNA片段能够编码两种甚至三种蛋白质分子。

⑤除真核细胞病毒外,基因是连续的,即不含内含子序列。

(三)限制性片段长度多态性

随着对基因认识的不断深入,发现在同种生物的不同个体之间,尽管其蛋白质产物的结构和功能完全相同或仅存在着细微的差异,但在DNA水平却存在着差异,尤其在不编码蛋白质的区域以及没有重要调节功能的区域表现更为突出。这种不影响生物体表型的DNA突变被称为中性突变。

分子生物学技术的不断发展已使得从DNA水平直接分析这类突变成为可能。

目前应用较多且成熟的方法是限制性片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)。即当DNA序列中某一个碱基发生突变,使突变所在部位的DNA序列获得或丢失某种限制性核酸内切酶位点;或当DNA分子内部发生较大的顺序突变如缺失、重复、插入,或DNA高变区内某串联重复顺序的拷贝数不同致使其两侧限制性核酸内切酶位点发生相对位移时,利用相应的限制性核酸内切酶消化此DNA,便会产生与正常不同的限制性片段。这样,在同种生物的不同个体中就会出现不同长度的限制性片段类型。

因为DNA的中性突变常以孟德尔显性遗传方式遗传给下一代,所以对这类突变检测已广泛用于遗传病的诊断、产前诊断、亲子鉴定以及法医学上对罪犯的确认等。

(四)DNA序列分析(DNa sequencing)

DNA的一级结构决定了基因的功能,欲想解释基因的生物学含义,首先必须知道其DNA顺序。因此DNA序列分析是分子遗传学中一项既重要又基本的课题。

1986年由美国学者提出的,目前正在实施的人类基因组计划(human genome project),则是要通过对人类基因组3×109bp全序列的序列分析和人类基因的染色体图谱制定达到了解其结构,认识其功能,即从分子遗传学水平来认识人类自身的结构和功能特征的目的。

核酸的核苷酸序列测定方法已经过近20年的发展,因而测序的具体方法五花八门、种类繁多。但是究其所依据的基本原理,不外乎Sanger的核酸链合成终止法及Maxam和Gilbert的化学降解法两大类。虽然原理不同,但这两种方法都同样生成互相独立的若干组带放射性标记的寡核苷酸,每组寡核苷酸都有固定的起点,但却随机终止于特定的一种或多种残基上。由于DNA链上每一个碱基出现在可变终止端的机会均等,因而上述每一组产物都是一些寡核苷酸的混合物,这些寡核苷酸的长度由某一种特定碱基在原DNA片段上的位置所决定。然后在可以区分长度仅相差一个核苷酸的不同DNA分子的条件下,对各组寡核苷酸进行电泳分析,只要把几组寡核苷酸加样于测序凝胶中若干个相邻的泳道之上,即可从凝胶的放射自显影片上直接读出DNA上的核苷酸顺序。以下分别介绍。