遗传的分子基础——基因的结构与表达

基因是具有遗传效应的DNA片段（带有遗传信息的DNA片段称为基因），也即是说DNA由若干基因和若干无遗传效应的片段共同组成，也称为遗传因子。

遗传效应是指有转录为mRNA，继续翻译为蛋白质，或转录为核糖体RNA、转运RNA的功能。

一、基因的结构

基因在结构上，分为编码区和非编码区两部分。

编码区是指能够转录mRNA的部分，它能够合成相应的蛋白质。

非编码区是不能够转录信使RNA的DNA结构，但是它能够调控遗传信息的表达，如启动子等位于该区。基因非编码区的调控作用控制转录的时间,有启动子和终止子(启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA,而终止子则是让转录在所需要的地方停止下来),还有控制那些基因要表达,那些不表达,笼统的说就是非编码区与基因的表达有关。

（一）真核细胞基因的编码区和非编码区（如图二所示）

真核生物基因的编码区，是不连续的，分为外显子和内含子，其中外显子是可以最终实现表达，表现在蛋白质的一级结构上。

内含子虽属于编码区，但它最终不能表达，所以真核生物基因表达过程中，转录产物--信使RNA不能直接进行翻译，而是要修剪掉内含子部分后才能去指导翻译。但是含有内含子的基因能转录出前体RNA，再由内含子转录出来的部分进行自我切割，才得到成熟的mRNA，没有内含子也就没有自我切割。另外内含子是非编码序列,所以说真核细胞基因结构中，非编码区和内含子是非编码序列 。

真核细胞的基因结构非编码区，不能转录为信使RNA,不能编码蛋白质。有调控遗传信息表达的核苷酸序列 最重要的是有位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点

有调控作用的核苷酸序列,包括位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点编码区:特点:间隔的、不连续的包括：外显子：能编码蛋白质的序列 内含子：不能编码蛋白质序列任何一个基因都一定含有编码区和非编码区。

（二）原核细胞基因的编码区和非编码区（如图三、四所示）

编码区全部编码蛋白质。原核生物的基因是连续的，所以谈不上外显子、内含子的区分。

二、基因的表达

基因表达是指细胞在生命过程中，把储存在DNA顺序中的遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。

1、转录（如图五所示）

基因转录是在细胞核和细胞质内进行的。它是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。

（1）转录条件：需要RNA聚合酶、核糖核苷酸、ATP

（2）转录过程：

①在RNA聚合酶的作用下，把DNA的双链打开；

②以其中一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则，合成一段mRNA，转录完成。

③mRNA从DNA上脱落，从核孔出来，来到细胞质中。

（3）转录场所：细胞核内（真核生物）

2、翻译

（1）翻译过程：

①首先是DNA双链，DNA双链： ---GCA------CGT---(转录模版链)；

②mRNA ---GCA--- 就是密码子，密码子在mRNA上，是mRNA上负责与tRNA结合的三个相邻碱基。

注释：①和②就是DNA的转录过程。

③tRNA （反密码子）： ----CGU----（与密码子相对的三个碱基）

（2）翻译场所：细胞质（原核生物转录和翻译都在细胞质中）
（3）翻译的条件：20种氨基酸、ATP、tRNA

3、中心法则

（1）中心法则的主要内容

DNA是自身复制的模板,DNA通过转录作用将遗传信息传递给RNA,最后RNA通过翻译作用将遗传信息表达成蛋白质.

（2）中心法则的补充:

①在某种情况下,RNA可以像DNA一样进行复制.

②遗传信息从DNA向RNA的定向转移不是绝对的,反转录可以使RNA序列作为遗传信息使用.

③RNA可以不通过蛋白质而直接表现出本身的某种遗传信息,而这种信息并不以核苷酸三联体来编码.

④DNA作为遗传信息载体,为行使细胞的某种特殊功能,可以发生基因重排。

⑤RNA编辑,改变原DNA模板的遗传信息,翻译出不同于基因编码的氨基酸序列.

⑥一个基因的外显子和内含子共同转录在一条转录产物中,然后将内含子去除而将外显子连接起来形成成熟的RNA分子.