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第一节
病毒基因组与基因结构

病毒(virus)是一种极小的生物,不能单独繁殖。通常只有一种核酸(DNA或RNA),如脊髓灰质炎病毒(poliovirus)为RNA病毒、乙肝病毒(hepatitis bvims)为DNA病毒。病毒中核酸常常只含有几千个核苷酸(对),也称碱基对(base pair bp)。从基因组的大小多少,可知道该病毒是简单或复杂,但不可能知道该病毒的危害性大小。由于任何一种基因都服从一般基因转录及翻译蛋白的规律,故基因组大时,所含编码蛋白会相应多些。目前已发现蛋白质以不同亚基而论,都未超过几百个氨基酸,所以,按平均一个蛋白质含有300个氨基酸计算,可以估计出900~1000个核苷酸将能编码一个特异蛋白质。虽然不能完全正确,但是有一定的参考意义。

一、脊髓灰质炎病毒(poliovirus)

poliovirus属于肠道小RNA病毒,直径29~30nm,颗粒状,其中有一个16nm的致密核,在此核中有一条长链RNA,就是它的基因组,严格来讲它是一条mRNA。此基因组分子的5’末端有mRNA应有的帽子结构,3’末端有一多聚A的尾,总基因组中核苷酸数有7.7kb左右。此基因组的核苷酸排列顺序已基本测出,该RNA中编码有该病毒的全部蛋白质和RNA复制酶。当此mRNA翻译成蛋白质时,首先生成一个相连在一起的前体蛋白质,然后经过几次剪切加工,才形成病毒的VP1、VP2、VP3、VP4等及RNA复制酶等。

poliovirus的繁殖是在它接触宿主细胞(如猴肾细胞),其RNA注入细胞后开始的,其中:很少部分mRNA翻译成蛋白质;另一部分分别复制出相应mRNA负链(-),再以mRNA(-)反模板合成大量的正链mRNA(+)。mRNA(+)为新生的病毒提供新的基因组,一定时间后,组成新的病毒。

因为poliovirus不大,所以要靠宿主细胞的亚细胞器(如核糖体、tRNA等)、其他因子等方能完成蛋白质的合成。

在新的poliovirus生成时,需要适当的RNA和病毒蛋白质比例。说明在RNA(基因组)中必定含有调节控制区(调节基因)来调节各种蛋白质、酶及新mRNA的合成。但因poliovirus中的RNA很简单,不含特殊的调控区,一般认为:(一)3’末端的poly A的长短有调控作用;(二)RNA分子本身折叠形成的内部双螺旋结构、其他特殊结构(如发卡结构)等,均会影响基因组的复制与翻译。

意义:(一)了解基因的结构与核苷酸排列顺序及其功能的关系;(二)了解基因的结构对控制其感染和制备疫苗有重要意义,如减毒株。

二、乙型肝炎病毒(hepatitis b virus, HBV)

HBV是一种DNA病毒,它的基因组由一个双链环状DNA组成(其中一条长链一条短链)。HBV的DNA比较小,只有约3200bp(以补成完整的链计算)。

现已找到两个重要蛋白编码基因:一个是表面抗原基因(sAg,即澳抗蛋白基因);另一个是核心抗原物质(cAg基因)。

关于e抗原(eAg),经分析得知,它与cAg应用同一部分基因。只是eAg生成后呈可溶化态,能从肝细胞中分泌出来进入血液中;cAg则因形成颗粒,不能分泌出来。原因是在基因表达时,与有无前核心抗原物质的部分表达出来有关。有前核心抗原部分,则可帮助其分泌出来。

此病毒的其他基因都可在同一链上找到,如RNA聚合酶基因编码部分(从2357顺时针到1700处)是一很长的读码框架基因;X蛋白基因位于从1400~1800处。

肝炎病毒类指可引起不同种属动物乙型肝炎的病毒的统称,如土拨鼠或北京鸭有相似的乙型肝炎病毒。它的特异性很强,不对人类感染,用于研究HBV的作用与致病机理。

三、基因重叠现象

我们以前学过,在一条DNA链上,读码时:(一)从5’端向3’端;(二)密码的核苷酸不能重复使用。

在第一个完整病毒噬菌体(基因组是个单链的环状DNA)全部基因组的核苷酸序列被测出后,人们立即发现不同的蛋白,如蛋白A与蛋白B、蛋白D与蛋白E都重复应用了一段多核苷酸为密码。

这种基因重叠的现象后来发现并非偶然,而是生物中的普遍现象。这是用不同框架读码所致,读码开始时经常是以ATG三个核苷酸(或mRNA中AUG)为起始密码,如果连续读出则为这一蛋白质密码子,但是ATG并非都在一个框架中出现,既可出现在1 2 3;4 5 6;7 8 9框架中,也可出现在2 3 4;5 6 7;8 9 10框架中,还可以出现在3 4 5;6 7 8;9 10 11框架中等。应用这三种框架所翻译出的蛋白质的氨基酸,由于密码子不同而完全不同,如在基因组中的B蛋白基因就重叠在A蛋白基因中和E蛋白基因位于D蛋白基因中的现象。基因重叠被认为是生物体中的一种经济现象,即用很少的核苷酸编码更多的蛋白,在病毒中特别常见,如流感病毒、HBV、SV40等。 YUbkNWKyesuy6nzLSEOzS6BYaxFPfcHnE+I6VVQ1vwJQ2jEOvGFqhqDVrB7l7k+8

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