[科普中国]-结构基因

结构基因是编码蛋白质或RNA 的基因。细菌的结构基因一般成簇排列，多个结构基因受单一启动子共同控制，使整套基因或都表达或者都不表达。结构基因编码大量功能各异的蛋白质，其中有组成细胞和组织器官基本成分的结构蛋白、有催化活性的酶和各种调节蛋白等。

简介结构基因这是指决定某一种蛋白质分子结构的相应的一段DNA或染色体。在正常情况下，在需要某种或其有关的酶时，在调节基因和操纵基因的控制下等候在启动子( Promotor)位置上的RNA聚合酶开始转录，从而产生了与这些酶有关的结构基因的信使RNA，并由后者合成所需的酶。若其发生突变，便会产生失去活性的蛋白质，从而造成差错。1

在大肠杆菌乳糖代谢的基因调节系统中有3个连锁在一起的结构基因：

LacZ基因：决定β－半乳糖苷酶的形成．而β－半乳糖苷酶将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，作为细菌代谢活动的碳源。

LacY基因：决定β－半乳糖苷透性酶的合成。该酶的作用是使乳糖易于进入E.coli的细胞中。

LacA基因：编码β－半乳糖苷乙酰基转移酶，此酶的功能尚不清楚。

这3个结构基因具有两方面的特征：1.它们彼此紧密连锁。按Z，Y，A顺序排列，而且在一起转录形成一个多顺反子的mRNA；2.只有当乳糖存在时，这些基因才迅速转录，形成多顺反子的mRNA，并翻译成相应的酶。所以这些酶，就是由乳糖诱导产生的诱导酶，其活性的产生和活性的提高不是已有的酶被激活所致，而是在诱导物的诱导下酶的重新合成，并随着合成的进行，酶的浓度迅速增加的结果。

结构真核生物的结构基因基本上由编码区和非编码区两部分组成，非编码区位于编码区的上游和下游，故又称侧翼序列。

(一)编码区

自起始密码至终止密码的一般DNA序列称为编码区。编码区含有若干段编码/顷序，是该基因表达为多肽 链的部分，称为外显子。外显子是不连续的，其间有不编码的间隔顺序隔开，间隔顺序称为内含子。转录后的内含子顺序，在初级转录物加工时被切掉；因此，结构基因又称为不连续基因或断裂基因。如果一个结构基因含有n个内含子，那么，将含有n+1个外显子，但内含子的核苷酸的数量可比外耻·广名计：多倍，也有少数真核生物的结构基因没有内含子，如组蛋白基因、干扰素基因等。

每个外显子和内含子的接头区有一段高度保守的序列，即内含子5’端以GT开始，3’端以AG结束，这种结构称为GT—AG法则。转录后，GT、AG在hnRNA上的相应序列是RNA画按的识别信号，

(二)侧翼序列

侧翼序列包括前导区、尾部区、调控区，调控区又包括启动子、增强子、终止子等：

1．前导区和尾部区 此二区被转录并参与成熟mRNA的组成，但不被翻译，前者位于转录起始点和第一外显子之间，相当于mRNA5’端的非翻译区(5’UT)；后者位于最末外显子和终止子之间，相当于mRNA3’端非翻译区(3'UT)。前导区和尾部区转录后的相应序列在mRNA中起维持mRNA稳定性的作用。

2．启动子 启动子是指能与RNA聚合酶结合的DNA序列，此序列能启动基因的转录，是RNA聚合酶识别转录起始部位的信号，目前已发现3种启动子序列，均位于转录起始点的上游，包括：TATA框(P1)，位于转录起始点上游19—27bp处；CAAT框(P2)．位于转录起始点上游70—80bp处；GC框(P3)，有2个拷贝，位于CAAT框的两侧。

3．增强子 增强子指虽不能启动基因的转录，但有增强转录作用的DNA序列．增强子的位置不固定，可以是在转录起始点的上游，也可以是下游，甚至可以插在内含子中；增强子通常有组织特异性，可与不同组织的特异性因子结合，从而对基因表达因组织器官的不同而起不同的调节作用。

4．终止子 终止子是尾部区和转录终止点间的一段特定序列，具有终止转录的功能。其共同结构特征是：

(1)AATAAA序列：是终止子的起始序列，称为mRNA裂解信号，其作用是指导核酸内切酶在信号下游10—15bp的特定位点上裂解mRNA。

(2)回文序列：是一段长约7—20个核苷酸对的反向重复顺序，也称为终止信号，是RNA聚合酶转录终止的信号，位于AATAAA的下游，其对称轴距转录终止点约16—24bp。

(3)A—T对序列：是自回文序列末端起至转录终止点的一段序列，有6—8个A—T对。回文序列和A—T对经转录后可形成发夹结构及与A互补的一串U，发夹结构的存在阻碍RNA聚合酶的移动，而A—U之间氢键结合较弱，故RNA/DNA杂交部分易于拆开，有利于转录物从DNA模板上释放出来。2

功能结构基因在理论上有如下两种功能：其核苷酸顺序决定一条多肽链(蛋白质链)一级结构上的氨基酸序列，即一个顺反子（cistron）（带着足以决定一个蛋白质分子的全部组成需要信息的最短DNA片段）；其核苷酸顺序也决定一条多核苷酸链（如mRNA）的核苷酸顺序。一种结构基因对应于一种蛋白质分子。结构基因在调节基因作用下进行转录或停止转录，故细胞中某一结构基因的存在并不意味着某一蛋白质的存在。当结构基因发生突变时，相应的蛋白质分子结构可能也将发生改变，从而往往使该蛋白质失活并导致代谢或形态异常。例如，当一个决定人的血红蛋白的结构基因发生突变时，可能造成遗传性贫血症；又如一个决定某种微生物合成某种氨基酸的酶的结构基因发生突变时，可能会使这一微生物菌株成为需要某种氨基酸的营养缺陷型。

区别这三者是对基因的功能所作的区分，是以直线形式排列在染色体上。

**结构基因：**是决定合成某一种蛋白质或RNA分子结构相应的一段DNA。结构基因的功能是把携带的遗传信息转录给mRNA（信使核糖核酸）,再以mRNA为模板合成具有特定氨基酸序列的蛋白质或RNA。

**调节基因：**是调节蛋白质合成的基因3。它能使结构基因在需要某种酶时就合成某种酶,不需要时,则停止合成，它对不同染色体上的结构基因有调节作用。

**操纵基因:**位于结构基因的一端，是操纵结构基因的基因。当操纵基因“开动”时,处于同一染色体上的，由它所控制的结构基因就开始转录、翻译和合成蛋白质。当“关闭”时，结构基因就停止转录与、翻译。操纵基因与一系列受它操纵的结构基因合起来就形成一个操纵子。

本词条内容贡献者为:

江松敏 - 副教授 - 复旦大学