辨析分子生物學(xué)中的多個(gè)“子”

高俊平 李法君

(山東省濰坊科技學(xué)院 濰坊 262700)

在分子生物學(xué)中，存在諸多以“子”命名的名詞，如啟動(dòng)子、密碼子、順?lè)醋拥?。在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中，這些概念易引起混淆，本文以中心法則為主線，從DNA、 RNA和蛋白質(zhì)三個(gè)層面對(duì)其進(jìn)行了闡釋。

1 DNA序列

1.1 順?lè)醋?Cistron) 順?lè)醋蛹唇Y(jié)構(gòu)基因，為決定一條多肽鏈合成的功能單位，于1955年由美國(guó)分子生物學(xué)家本茲爾提出。當(dāng)一個(gè)基因內(nèi)部可以發(fā)生若干不同位點(diǎn)的突變，倘若在一個(gè)基因內(nèi)部發(fā)生兩個(gè)以上位點(diǎn)的突變，其順式和反式結(jié)構(gòu)的表型效應(yīng)是不同的，順式是野生型，反式卻是突變型，這就是所謂的順?lè)醋?。順?lè)醋邮且粋€(gè)遺傳的功能單位，是一個(gè)必須保持完整才具有正常生理功能的遺傳物質(zhì)的最小單位，是基因的現(xiàn)代概念。

1.2 突變子(Muton)和重組子(Recon) 在順?lè)醋拥幕A(chǔ)上，本茲爾同時(shí)提出了突變子和重組子的概念。順?lè)醋佑赏蛔儺a(chǎn)生，故此在順?lè)醋觾?nèi)部，還包含有一系列的突變單位——突變子。所謂突變子是指DNA序列中發(fā)生突變的最小單位，它可以是DNA分子中構(gòu)成基因的幾個(gè)或若干個(gè)核苷酸。由于順?lè)醋觾?nèi)的各個(gè)突變子之間存在一定的物理距離，所以彼此之間還可以發(fā)生重組交換，重組子就是指兩個(gè)突變位點(diǎn)之間可發(fā)生交換產(chǎn)生野生型的最小單位，即不能由重組分開(kāi)的基本單位。

1.3 轉(zhuǎn)座子(Transposon) 轉(zhuǎn)座子是指染色體上一段能移動(dòng)的DNA片段，可以通過(guò)切割、重新整合等一系列過(guò)程從染色體的一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置。當(dāng)轉(zhuǎn)座子插入到某個(gè)功能基因時(shí)，就會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生突變型，而當(dāng)轉(zhuǎn)座子再次轉(zhuǎn)座或跳離這一位點(diǎn)時(shí)，失活基因的功能又得以恢復(fù)。根據(jù)轉(zhuǎn)座機(jī)制的不同，轉(zhuǎn)座子通常分為3類： 復(fù)制性轉(zhuǎn)座子、保守性轉(zhuǎn)座子和反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座子打破了基因固定排列于染色體上的概念。

1.4 復(fù)制子(Replicon) DNA復(fù)制從起始點(diǎn)開(kāi)始直到終點(diǎn)為止，每個(gè)這樣的發(fā)生復(fù)制的DNA獨(dú)立單位稱為復(fù)制子。在原核細(xì)胞和噬菌體中，每個(gè)DNA分子只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，因而DNA分子就構(gòu)成一個(gè)復(fù)制子，而在真核生物中，DNA的復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始的，所以每個(gè)DNA分子上有許多個(gè)復(fù)制子。

1.5 啟動(dòng)子(Promoter) 啟動(dòng)子是一段位于功能基因5′端上游，提供RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的DNA序列，長(zhǎng)度因生物種類而異。例如，原核生物的啟動(dòng)子一般長(zhǎng)度為20～200 bp，通常由4部分組成： 轉(zhuǎn)錄起始CAT序列、Pribnow box、 Sextama box、間隔區(qū)。啟動(dòng)子通常和轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合調(diào)控基因表達(dá)的水平、部位及方式。

1.6 增強(qiáng)子(Enhancer) 增強(qiáng)子是指位于功能基因附近，能夠增強(qiáng)該基因轉(zhuǎn)錄活性的一段DNA順序。增強(qiáng)子提高轉(zhuǎn)錄效率的特點(diǎn)如下： ①增強(qiáng)子只有啟動(dòng)子存在時(shí)才能發(fā)揮作用；②無(wú)方向性,無(wú)論位于啟動(dòng)子的上游或下游，增強(qiáng)子均能激活其相應(yīng)的啟動(dòng)子；③增強(qiáng)子的作用與其序列的正反方向無(wú)關(guān)，將增強(qiáng)子方向倒置依然能起作用；④增強(qiáng)子一般具有組織或細(xì)胞特異性，增強(qiáng)子必須與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用。

1.7 沉默子(Silencer) 沉默子是指位于功能基因附近，能抑制該基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的DNA序列。沉默子是一種負(fù)性調(diào)控元件，其作用特征與增強(qiáng)子類似，在組織細(xì)胞特異性或發(fā)育階段特異性表達(dá)的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起重要作用。當(dāng)沉默子的DNA序列被調(diào)控蛋白結(jié)合后，可以阻斷轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成或活化，進(jìn)而使基因表達(dá)活性關(guān)閉。

1.8 終止子(Terminator) 終止子是指位于基因編碼區(qū)下游，能夠終止RNA轉(zhuǎn)錄合成的特殊DNA序列。原核生物的終止子均具有回文結(jié)構(gòu)，可分為依賴ρ因子和不依賴ρ因子的終止子兩種類型。真核生物的終止子則在mRNA前體的近3′端處轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一組共同序列： AAUAAA和GU-rich序列，此為轉(zhuǎn)錄終止的識(shí)別位點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄酶越過(guò)此位點(diǎn)后，RNA鏈即被水解切斷，轉(zhuǎn)錄終止。

1.9 絕緣子(Insulator) 在基因組內(nèi)建立的獨(dú)立轉(zhuǎn)錄活性結(jié)構(gòu)域的邊界DNA序列稱為絕緣子。絕緣子由多種組分所構(gòu)成，它們可以自主協(xié)同阻斷鄰近的增強(qiáng)子或沉默子發(fā)揮調(diào)控作用。絕緣子的抑制作用具有“極性”的特點(diǎn)，即只抑制處于絕緣子所在邊界另一側(cè)的增強(qiáng)子或沉默子，而對(duì)處于同一染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域內(nèi)的增強(qiáng)子或沉默子沒(méi)有作用。

1.10 內(nèi)含子(Introns)與外顯子(Exon) 真核生物的功能基因是斷裂基因，即基因組DNA序列由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成。內(nèi)含子和外顯子即為斷裂基因的非編碼區(qū)和編碼區(qū)。外顯子被內(nèi)含子隔開(kāi)，功能基因被轉(zhuǎn)錄的初級(jí)產(chǎn)物稱為核不均一RNA，經(jīng)過(guò)剪除內(nèi)含子，把外顯子連在一起形成一個(gè)連續(xù)的開(kāi)放閱讀框。

1.11 操縱子(Operon) 操縱子是指啟動(dòng)基因、操縱基因和一系列緊密連鎖的功能基因的總稱。很多功能上相關(guān)的基因前后相連成串，由一個(gè)共同的控制區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的控制，包括功能基因以及調(diào)節(jié)基因的整個(gè)DNA序列。操縱子主要見(jiàn)于原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，如乳糖操縱子、阿拉伯糖操縱子、組氨酸操縱子和色氨酸操縱子等。

2 RNA序列

2.1 密碼子(Codon) mRNA分子開(kāi)放閱讀框中每3個(gè)相鄰的核苷酸決定蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸，這3個(gè)核苷酸被稱為密碼子或三聯(lián)體密碼，是生物體的“第一遺傳密碼”?？偣?4個(gè)密碼子共編碼20種氨基酸，其中AUG和GUG是起始密碼子，UAA、 UAG、 UGA是終止密碼子。

2.2 反密碼子(Anticodon) tRNA鏈經(jīng)過(guò)折疊，看上去像三葉草的葉形，其一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個(gè)堿基。每個(gè)tRNA(transfer RNA)的這3個(gè)堿基可以與mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì)，因而叫反密碼子。

2.3 副密碼子(Paracodon) tRNA作為把mRNA的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)的“譯員”，必須精通兩種語(yǔ)言： 一種是RNA語(yǔ)言，它是通過(guò)反密碼子來(lái)識(shí)別mRNA上的密碼子的；另一種是蛋白質(zhì)語(yǔ)言，要在密碼子相應(yīng)的位置譯作相應(yīng)的氨基酸。tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區(qū)域叫做副密碼子。

3 蛋白質(zhì)序列

3.1 轉(zhuǎn)錄因子(Transcription factor) 轉(zhuǎn)錄因子是一群活化后從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核，能結(jié)合在某基因上游特異核苷酸序列上的蛋白質(zhì)分子。它們?cè)诨蜣D(zhuǎn)錄調(diào)控中的主要作用是識(shí)別和結(jié)合基因啟動(dòng)子區(qū)的順式作用元件，激活或者抑制轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成，從而保證目的基因以特定的強(qiáng)度在特定的時(shí)間與空間表達(dá)。

3.2 反式作用因子(Trans-acting factor) 反式作用因子是指能與順式作用元件相互作用，并調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的蛋白質(zhì)因子。它既包括了上述轉(zhuǎn)錄因子，又包括除轉(zhuǎn)錄因子之外的一些調(diào)控蛋白。反式作用因子主要通過(guò)以下途徑發(fā)揮作用，①結(jié)合上游啟動(dòng)子元件或者其他結(jié)合位點(diǎn)；②結(jié)合遠(yuǎn)端(如增強(qiáng)子、沉默子之類)的調(diào)控序列。