《基因組的結》PPT課件.ppt

第一章 基因的結構與功能,Chapter 1 Structure and Function of Gene,第一節(jié) 基因的化學結構,一 、基因,基因（gene）：是指核酸分子中貯存與表達遺傳信息的單位，包括編碼序列、非編碼序列和調控序列。大部分生物中構成基因的核酸物質是DNA，少數生物中是RNA。,DNA和RNA的化學組成,DNA：脫氧核糖核酸，由四種脫氧核糖核苷酸通過3，5磷酸二脂鍵連接而成,dAMP dGMP dCMP dTMP,RNA：核糖核酸，由四種核糖核苷酸通過3，5磷酸二脂鍵連接而成。分別為AMP、GMP、CMP、UMP。,二、基因的結構,基因的結構主要指DNA的結構：包括一、二、三級結構 DNA的一級結構是指DNA分子中的所有脫氧核糖核苷酸的排列順序，這一順序是基因攜帶和傳遞遺傳信息的基礎。 一般書寫DNA一級結構是按53端書寫。,DNA的二級結構,DNA的二級結構是指DNA的雙鏈反向互補右手螺旋結構。 特點： 1、DNA是反向平行互補雙鏈結構 2、DNA分子式右手雙螺旋 3、疏水性堿基堆積力和氫鍵是DNA雙螺旋結構的穩(wěn)定力。,Chargaff規(guī)則： 1、腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾數相等，而鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數相等。A=T，G=C 2、不同生物種屬的DNA堿基組成不同。 3、同一個體不同器官、不同組織的DNA具有相同堿基組成。,DNA的高級結構,原核生物DNA的高級結構：雙鏈閉合環(huán)狀DNA,當E.coli的細胞被裂解后，類核區(qū)DNA就釋放出去形成環(huán)狀,真核生物染色質DNA的高級結構,細胞核中有23對染色體，每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開，平均長為5cm，核內全部DNA連結起來約1.7-2.0m，而細胞核直徑不足10um。 因此，不難想象DNA是以螺旋和折疊的方式壓縮起來的，壓縮比例高達上萬倍，這種壓縮的最初級結構就是核小體。,DNA在真核細胞中的折疊核組裝必須有蛋白質的參與，這些蛋白質包括組蛋白和非組蛋白。 1、組蛋白：屬于堿性蛋白質，富含精氨酸（Arg）和賴氨酸（Lys）殘基，共有5種。,（一）DNA高級結構中的蛋白質,2、非組蛋白：是染色體上結合特異DNA序列的蛋白質，又稱為序列特異DNA結合蛋白。 非組蛋白的特點： 富含酸性氨基酸殘基，屬于酸性蛋白質； 在整個細胞周期中都可合成； 能識別并結合特異的DNA序列； 其主要功能是：參與DNA復制和基因表達調控。,（二）DNA與蛋白質的結合與染色體的組裝,染色質的基本組成單位是核小體，其結構特征為： 由4種核心組蛋白各2分子形成八聚體； DNA雙鏈纏繞在組蛋白八聚體上形成核心顆粒，每圈80bp，共1.74圈，約146bp； 核心顆粒之間由約60bp的DNA與組蛋白H1構成連接區(qū)連接起來； 每個核小體單位包含約200bp的DNA鏈。,核小體的結構特征,由4種核心組 蛋白各2分子 形成八聚體,DNA雙鏈纏繞在 組蛋白八聚體上 形成核心顆粒，每 圈80bp，約146bp,核心顆粒之間由約 60bp的DNA與組蛋 白H1構成連接區(qū)連接,每個核小體單位包含 約200bp的DNA鏈,（三）DNA在細胞內的折疊,一次折疊：核小體形成； 二次折疊：核小體卷曲（每周6個）形成直徑30nm的襻狀結構； 三次折疊：30nm的纖維折疊成柱狀結構。,第二節(jié) 基因的功能和組構,基因按照其功能區(qū)分可以分為結構基因和調控序列 結構基因： 是決定合成某一種蛋白質分子結構相應的一段DNA。結構基因的功能是把攜帶的遺傳信息轉錄給mRNA（信使核糖核酸），再以mRNA為模板合成具有特定氨基酸序列的蛋白質。 有的結構基因轉錄產物為一些有特定功能的RNA（如rRNA，tRNA，小分子RNA）。 原核生物的結構基因大多為連續(xù)基因； 真核生物的基因為斷裂基因；,連續(xù)基因和斷裂基因,斷裂基因：真核生物的結構基因是不連續(xù)的，內含子與外顯子間隔排列，這種基因稱為斷裂基因。 斷裂基因優(yōu)點： 不同的mRNA剪切加工方式產生不同蛋白質。 突變產生在內含子與外顯子之間可以促進生物進化 可能內含子與基因表達調控有關。,在真核結構基因中，能夠在成熟RNA分子中保留的序列稱為外顯子（exon），而不能在成熟RNA分子中保留的序列稱為內含子（intron）。,調控序列,調控序列是基因中對結構基因的表達起調控作用的序列。 這些調控序列也稱為順式作用元件。 順式作用元件必須與相對應的酶或蛋白質相互作用才能發(fā)揮其調控作用，因此與之作用的酶或蛋白因子被稱為反式作用因子。 順式作用元件=DNA 反式作用因子=蛋白質,原核生物基因調控序列,啟動子位于結構基因上游，與RNA聚合酶辨認、結合并起始轉錄相關的DNA序列。原核生物啟動子具有共同特征序列“TATAAT”稱為普里布諾盒。 操縱元件位于結構基因與啟動子之間，與阻遏蛋白結合相關的DNA序列。 正調控蛋白結合位點與促進轉錄的正調控蛋白結合的DNA序列。 終止子轉錄終止相關的DNA序列為基因下游的一段富含GC的回文序列。,原核生物啟動子的一致性序列,強,弱,操縱元件位于結構基因與啟動子之間，與阻遏蛋白結合相關的DNA序列。,正調控蛋白結合位點與促進轉錄的正調控蛋白結合的DNA序列。如CAP結合位點,原核生物的兩種終止子,終止子轉錄終止相關的DNA序列為基因下游的一段富含GC的回文序列,回 文 結 構,畫上荷花和尚畫 書臨漢字翰林書,真核生物基因的調控序列,啟動子：由于真核生物中有三種不同的RNA聚合酶，因此也有三種不同的啟動子。 特點： （1）有多種元件：TATA框，GC框，CATT框，OCT等； （2）結構不恒定。有的有多種框盒如組蛋白H2B；有的只有TATA框和GC框，如SV40早期轉錄蛋白， （3）它們的位置、序列、距離和方向都不完全相同， （4）有的有遠距離的調控元件存在，如增強子； （5）這些元件常常起到控制轉錄效率和選擇起始位點的作用； （6）不直接和RNA pol結合。轉錄時先和其它轉錄激活因子相結合，再和聚合酶結合。,增強子：可增強真核生物基因啟動子的工作效率的順式作用元件，是真核生物基因中最重要的調控序列。 特點： 1、 具有遠距離效應。常在上游-200bp處，但可增強遠處啟動子的轉錄，即使相距十幾Kb也能發(fā)揮其作用； 可能機制： 1）拓樸效應；（2）滑動模型；（3）成環(huán)模型 2、 無方向性。無論在靶基因的上游，下游或內部都可發(fā)揮增強轉錄的作用； 3、順式調節(jié)。只調節(jié)位于同一染色體體上的靶基因，而對其它染色體上的基因無作用。 沉默子：是參與基因表達負調控的一種元件 ，與增強子作用相反。 沉默子的DNA序列被調控蛋白結合后