（一）基因的概念
基因（gene）一词源于孟德尔的遗传因子。1909年Johannsen将之称为基因。从分子水平上讲，基因是能表达而形成有功能产物（蛋白质或RNA）的DNA序列（在一些病毒内为RNA）。从简单的病毒到复杂的高等动植物细胞，RNA和蛋白质的结构信息都是以基因的形式贮存在DNA（部分病毒是RNA）中的。基因的功能有4种，即携带遗传信息、自我复制、决定性状和基因可发生突变。按照基因表达产物的类别，可将基因分为蛋白质基因和RNA基因（rRNA基因和tRNA基因）2大类；根据产物的功能可以分为结构基因（为酶和结构蛋白编码的基因）和调控基因（为阻遏蛋白或激活因子编码的基因）2大类。结构基因是指导合成多种生物功能分子的基因。细胞内的结构基因主要是编码多肽链的氨基酸种类和顺序，结构基因发生突变，将导致相应的蛋白质分子结构发生改变，表现为某种蛋白质或酶分子的失活。调控基因包括调节基因、操纵基因和启动基因。调节基因的功能是指令合成具有调节作用的蛋白质，这些调节蛋白质对操纵基因的活性起调控作用；操纵基因的功能不是决定蛋白质或酶分子的结构，而是能被特异调节蛋白所识别和结合，调控结构基因的活性，以决定结构基因是否转录；启动基因是RNA聚合酶的结合位点。
基因是细胞内遗传信息的结构和功能单位，是DNA分子中的一个片段。由特定的核苷酸按一定的碱基顺序排列而成，这些碱基顺序本身便构成了生物体的遗传信息，能通过准确的自我复制而世代相传并通过特定的表达方式控制和影响生物体的发生和发育。DNA可以通过转录和翻译等程序使遗传信息转为蛋白质的结构和功能，进而决定性状的产生。现在科学家们不仅能分离出所需要的基因，同时还实现了基因在不同细胞间的转移，这些都为人们进一步了解基因、定向地操纵和改造基因，实现人类遗传病的防治，改善人体素质起了巨大的推动作用。
小资料肥胖基因的发现
运动不足、摄入过多等原因会引起肥胖，于是糖尿病、高血压、动脉硬化、心脏病等各种各样的病就容易引发。再加上人们为了美容，非常盛行减肥，与人们想得到的结果相反，不管怎样努力减肥，有的人还是瘦不下来。双亲都肥胖时，孩子肥胖的概率是80%，双亲都不肥胖时，孩子肥胖的概率是20%，肥胖和遗传有着非常密切的关系。
1950年，在突变的老鼠中，发现了肥胖老鼠，肥胖的意思是obese，所以取它的字头，称为ob／ob老鼠。而且，1996年发现了带有别的基因的异常肥胖老鼠，称为db／db老鼠，db是diabetes的略写，糖尿病的意思。从这以后的很长时间，没有发现老鼠肥胖的原因。
1994年末，美国洛克菲勒大学的杰夫里·夫里道曼，从ob／ob老鼠中发现了肥胖基因。并且给ob／ob老鼠喂食由正常ob基因制成的蛋白质之后，这个老鼠迅速瘦了下来。这种蛋白质的名称来自希腊语的瘦的意思，所以赋予了它“瘦素”（Leptin）的名字。
另一方面，db／db老鼠的Leptin是正常的，但是Leptin受体的基因变异了。这个老鼠的脑细胞的表面不能产生Leptin受体，Leptin的刺激不能传达到脑，吃多了之后，就会肥胖。
Leptin是脂肪细胞产生的蛋白质激素，它能抑制脂肪，一旦吃多了后它就分泌，作用于脑的视床下部，发出指令：停止吃东西！但是，ob基因突变产生变异后，就会产生劣质的Leptin，不能抑制食欲，导致发胖。
（二）基因的结构
原核生物的基因是DNA分子的一个片段，而且是连续编码。真核生物基因的结构不同于原核生物的基因。真核生物的结构基因由编码序列和非编码序列2部分构成，编码序列是不连续的，被非编码序列分隔开来（图4-1）。
图4-1 基因的结构图解
1．外显子和内含子 真核生物的基因是不连续编码的，称为断裂基因（split gene），即被非编码的DNA序列所隔开的编码DNA的序列。一个断裂基因可以含有几个编码序列，称为外显子（exon），转录后剪接，连在一起形成成熟的mRNA，参与蛋白质合成。2个外显子之间的非编码序列称为内含子（intron），能够转录成RNA，但在翻译成蛋白质之前被加工剪接掉，因此不包含在mRNA序列中。不同的基因，其内含子和外显子的数目和大小各不相同，一般是基因越大，外显子越多。内含子可能远远大于编码序列，也可能内含子中含有其他基因的编码序列，即基因内基因。
2．外显子-内含子接头 真核生物断裂基因的一个重要特点是外显子-内含子接头存在高度保守的特异性碱基序列。外显子-内含子接头就是外显子和内含子的交界处，可称为边界序列。外显子-内含子接头有2个重要特征：①一个内含子的两端序列之间没有广泛的同源性，因此内含子的两端顺序不能互补。这说明在剪接加工之前，内含子上游序列和下游序列不可能通过碱基配对形成发夹样二级结构。②外显子-内含子接头序列相当短，但却是高度保守的一致序列。这一序列与RNA的剪接机制密切相关，它是RNA剪接的信号序列。这一剪接信号序列是，每个内含子5′端起始处的两个核苷酸是GT，3′端结尾处的2个核苷酸是AG，称为外显子-内含子接头。这便于被酶识别并切割。5′GT-AG 3′内含子接头序列存在于所有的基因中，被称为GT-AG法则。
3．侧翼序列和调控序列 在基因的两侧有一段不被转录的序列称为侧翼序列，对基因表达调控起重要作用。主要有启动子、增强子和终止子等。
（1）启动子（promoter）：与基因转录的启动有关。在基因转录过程中，具有识别并结合RNA聚合酶和转录因子的一段DNA序列，一般位于转录起始点上游-100～-200bp处，常见的有TATA框、CAAT框和GC框。①TATA框（TATA box），是一段高度保守序列。位于基因转录起始点5′端上游-25～-30bp处，由7个碱基组成，即TATAA／TAA／T，该序列只有2个碱基（A／T，A／T）可以变化。TATA box两侧为富含GC序列，能与转录因子TFⅡ结合，再与RNA聚合酶Ⅱ形成复合物，准确识别转录起始点，启动基因转录。②CAAT框（CAAT box），位于转录起始点5′端上游-70～-80bp处，是一段高度保守序列。即GGC／TCAATCT，由9个碱基组成。该序列只有1个碱基（C／T）可以变化。CAAT框能与转录因子CTF结合，促进转录。③GC框（GC box），位于CAAT框的两侧，其序列为GGCGGG，能与转录因子SP1结合，而SP1有锌指区可以与DNA结合，其N端有激活转录的作用。所以GC框有激活转录的功能，可能与增强起始转录的效率有关。
（2）增强子（enhancer）：是另一个与转录有关的基因结构，其作用是使启动子发动转录的能力大大增强，是许多真核生物高效表达不可缺少的调控因子。增强子可以在基因任何位置，且其功能与所在位置和序列方向无关，可以是5′→3′方向，也可以是3′→5′方向。结合增强子的蛋白可以同结合启动子的蛋白相互作用，增强基因表达。
（3）终止子（terminater）：在转录中提供转录终止信号，终止转录的作用。由AATAAA顺序和一反向重复序列构成，其中AATAAA是转录产物成熟加工时附加多聚腺苷酸（polyA）的信号，反向重复序列是RNA聚合酶终止转录的信号，该序列转录后，可以形成发夹式结构，阻碍了RNA聚合酶的移动，其末尾的一串U与模板中的A结合不稳定，从而使mRNA从模板上脱落，转录终止。
上述侧翼序列中的特殊结构均属于基因转录的顺式调控因子，也称调控序列，它们对基因的表达均起到调控作用。
上一篇：离散系统的零极点分析
下一篇：不急不躁，浮躁心理不可有
