基因組的結(jié)構(gòu)域功能CYF

1、基因的結(jié)構(gòu)與功能基因的結(jié)構(gòu)與功能Gene Structure and Function第一章第一章程遠芳生物化學與分子生物學教研室聯(lián)系電話:mail: RNA的結(jié)構(gòu)和功能基因的功能和結(jié)構(gòu)基因的化學結(jié)構(gòu)核酸酶第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié) 基因的功能和結(jié)構(gòu)第一節(jié) 基因的化學結(jié)構(gòu)第四節(jié) 核酸酶概述第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)和功能 概述第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能RNA的結(jié)構(gòu)和功能基因的功能和結(jié)構(gòu)基因的化學結(jié)構(gòu)核酸酶第二節(jié) 基因的功能和結(jié)構(gòu)第一節(jié) 基因的化學結(jié)構(gòu)第四節(jié) 核酸酶概述第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)和功能 概述第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能RNA的結(jié)構(gòu)和功能基因的功能和結(jié)構(gòu)基因的化學結(jié)構(gòu)

2、核酸酶第二節(jié) 基因的功能和組構(gòu)第一節(jié) 基因的化學結(jié)構(gòu)第四節(jié) 核酸酶概述第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)和功能 概述第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能RNA的結(jié)構(gòu)和功能基因的功能和結(jié)構(gòu)基因的化學結(jié)構(gòu)核酸酶第二節(jié) 基因的功能和組構(gòu)第一節(jié) 基因的化學結(jié)構(gòu)第四節(jié) 核酸酶概述第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)和功能 概述RNA的一級結(jié)構(gòu)特點RNA的一級結(jié)構(gòu)u形態(tài) RNA是由單個核苷酸(nucleotide)頭尾相連而形成的多聚體。u組成4種核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP、UMP）u連接方式 以3, 5-磷酸二酯鍵相連RNA的種類、分布、功能 種類 細胞核和胞液 線粒體 功能 核糖體RNArRNAmt rRNA 核蛋白體組分 核內(nèi)不均一

3、RNAhnRNA 成熟mRNA的前體核內(nèi)小RNAsnRNA參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運 胞漿小RNA scRNA/7SL-RNA 蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分snoRNA rRNA的加工、修飾 核仁小RNA信使RNAmRNA 蛋白質(zhì)合成模板 mt tRNA轉(zhuǎn)運RNAtRNA轉(zhuǎn)運氨基酸 mt RNA mRNA的功能 一、mRNA在細胞核的基因如何“遙控”在細胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)的合成呢？mRNA是蛋白質(zhì)合成的模版mRNA的功能 一、mRNA問題：mRNA的堿基序列與蛋白質(zhì)的氨基酸序列的對應關系究竟是怎樣的呢？mRNA是蛋白質(zhì)合成的模版AUG GGG CUC CGC UUG ACA AAU UU

4、A CAC GAA UAGmRNAmRNA中都有編碼區(qū)和非翻譯區(qū) 一、mRNA編碼區(qū)ORFORF非編碼區(qū)非編碼區(qū) Val Glu Ser Ile Gly Thr5 GCGACUAUG UGCGAGUCAAUAGGCACCUAACGA 3u 編碼區(qū)（coding region） 在mRNA中，從起始密碼子開始，連續(xù)讀取密碼子，一直到終止密碼子，即為編碼區(qū)。u 開放閱讀框（open reading frame, ORF） 如果這一段密碼子序列編碼一條有功能活性的多肽鏈，這一段密碼子就被稱為一個開放閱讀框。 開放閱讀框的核苷酸序列決定著多肽鏈分子的一級結(jié)構(gòu)。u 非編碼區(qū)（non-coding reg

5、ion） ORF之外的核苷酸序列實際上并不組成密碼子，因而稱為非編碼區(qū)，或稱為非翻譯區(qū)。真核生物的非翻譯區(qū)特點 一、mRNAu5端具有帽子結(jié)構(gòu) 大部分真核細胞的mRNA的5末端以7-甲基鳥嘌呤三磷酸鳥苷為起始結(jié)構(gòu)，這種m7GpppN-結(jié)構(gòu)被稱為帽結(jié)構(gòu)(cap sequence)。u3端有polyA尾巴 在真核生物mRNA的3末端，大多數(shù)有一段由數(shù)十個至百余個腺苷酸連接而成的多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾poly(A)。真核生物的非翻譯區(qū)u功能：1. 負責mRNA從細胞核向細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運。2. 維護mRNA的穩(wěn)定3. 翻譯起始調(diào)控 一、mRNAtRNA的功能 二、tRNAu轉(zhuǎn)運RNA（transfe

6、r ribonucleic acid, tRNA）是具有攜帶并轉(zhuǎn)運氨基酸功能的一類小分子核糖核酸（74-95個核苷酸組成）。tRNA的結(jié)構(gòu)特點 二、tRNAu1. 二級結(jié)構(gòu)呈三葉草形(cloverleaf pattern)莖環(huán)結(jié)構(gòu)；u2. 3端是CCA-OH，連接激活的氨基酸；u3. 含有7個堿基組成的一個反密碼環(huán)。u4. 富含稀有堿基或修飾堿基；tRNA的三級結(jié)構(gòu)utRNA的三級結(jié)構(gòu)是倒L型 二、tRNArRNA的功能u核糖體RNA，是細胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80以上。urRNA與核糖體蛋白結(jié)合組成核糖體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場所。三、rRNA小分子RNA的

7、種類與功能 四、小分子RNAu1. 核小RNA參與mRNA的剪接u2. 核仁小RNA參與rRNA前體的剪接u3. 胞質(zhì)小RNA參與蛋白質(zhì)的翻譯和轉(zhuǎn)運u4. 小RNA（微RNA，小干擾RNA，反義RNA）參與基因表達調(diào)控第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能RNA的結(jié)構(gòu)和功能基因的功能和結(jié)構(gòu)基因的化學結(jié)構(gòu)核酸酶第二節(jié) 基因的功能和結(jié)構(gòu)第一節(jié) 基因的化學結(jié)構(gòu)第四節(jié) 核酸酶概述第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)和功能 概述核酸酶u核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。核酸酶u依據(jù)底物不同分類DNA酶(deoxyribonuclease ，DNase) 專一降解DNARNA酶(ribonuclease，RNase) 專一降解RNA核酸

8、酶u依據(jù)切割部位不同分類核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶，非限制性核酸內(nèi)切酶核酸外切酶：35或53核酸外切酶核酸酶5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5核 酶u核酶(ribozyme)是一類具有催化作用的RNA。 主要參與RNA的加工和成熟。核酸酶實例：四膜蟲L19RNA在一定條件下能專一地催化寡聚核苷酸底物的切割與連接，具有核酶和RNA聚合酶的活性。核 酶u除了其在RNA合成后的加工修飾作用機制正在逐步闡明外，核酶也正在作為針對病毒或腫瘤基因的藥物而被廣泛研究，有

9、的已經(jīng)進入臨床試驗階段。核酸酶程遠芳生物化學與分子生物學教研室聯(lián)系電話:mail: 第二章第二章Chapter 2基因組的結(jié)構(gòu)與功能基因組的結(jié)構(gòu)與功能Structure and Function of Genome概概 述述一、基因組(genome)的概念細胞或生物體中，一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和。如人： 22常+ X， Y，+ 線粒體基因組二、基因組的結(jié)構(gòu)指不同的基因功能區(qū)域在核酸分子中的分布和排列情況。三、基因組的功能貯存和表達遺傳信息。DNARNA蛋白質(zhì)四、基因組的特點 不同的生物體，其基因組大小和復雜程度各不相同。 進化程度越高的生物，基因組越復雜。不同

10、生物體中DNA的比較第一節(jié)第一節(jié)人人基因組的結(jié)構(gòu)與功能基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、大量重復序列 三、多基因家族 四、假基因 五、線粒體基因組 一、種類與數(shù)目人基因組的結(jié)構(gòu)與功能二、人基因組中存在的大量重復序列三、人基因組中的多基因家族四、人基因組中的假基因五、線粒體基因組一、人基因組中的基因種類與數(shù)目（一）人基因組中只有不到三萬種基因 一、種類與數(shù)目 人類基因組計劃的初步完成使基因的推測數(shù)目大約是3.4萬-3.5萬個，目前基于基因組序列測定的基因數(shù)目約28900個（截止到2008年2月）。（一）人基因組中只有不到三萬種基因 一、種類與數(shù)目人的核染色體上的基因數(shù)量分布人基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、大量重

11、復序列 三、多基因家族 四、假基因 五、線粒體基因組 一、種類與數(shù)目二、人基因組中存在的大量重復序列三、人基因組中的多基因家族四、人基因組中的假基因五、線粒體基因組一、人基因組中的基因種類與數(shù)目（一）高度重復序列 二、大量重復序列高度重復序列(highly repetitive sequence)在基因組中重復頻率可高達106以上。1. 反向重復序列2. 衛(wèi)星DNA (satellite DNA) 高度重復序列按其結(jié)構(gòu)特點分為以下2種：（一）高度重復序列 二、大量重復序列反向重復序列由兩個相同順序的互補拷貝在同一DNA鏈上反向排列而成。經(jīng)驗體會1. 反向重復序列（一）高度重復序列 二、大量重復

12、序列 是另一類高度重復序列，這類重復順序的重復單位成串排列。經(jīng)驗體會2. 衛(wèi)星DNA (satellite DNA)5AGAATTCTTAAGTGTCAGAATTCTTAAGTGTC. 33TCTTAAGAATTCACACTCTTAAGAATTCACAC 5重復單位為AGAATTCTTAAGTGTC， 表示為(AGAATTCTTAAGTGTC)n染色體DNA重復序列（一）高度重復序列 二、大量重復序列 由于堿基組成不同于其他部份，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開，因而稱為衛(wèi)星DNA或隨體DNA。經(jīng)驗體會2. 衛(wèi)星DNA (satellite DNA)（一）高度重復序列 二、大量重復序列

13、經(jīng)驗體會2. 衛(wèi)星DNA (satellite DNA) 微衛(wèi)星DNA（microsatellite DNA）由短串聯(lián)重復序列（short tandem repeat，STR）組成，分布在所有染色體, 其重復單位為26bp。 如（AC）n ；（TG）n；（CGG）n （一）高度重復序列 二、大量重復序列經(jīng)驗體會2. 衛(wèi)星DNA (satellite DNA)（一）高度重復序列 二、大量重復序列參與復制水平的調(diào)節(jié)；參與基因表達的調(diào)控；參與染色體配對。經(jīng)驗體會高度重復序列的功能：（二）中度重復序列 二、大量重復序列中度重復序列(moderately repetitive sequence)指在基因

14、組中重復頻率10105的序列。經(jīng)驗體會1. 短分散片段 重復序列平均長度為300bp-500bp。經(jīng)驗體會2. 長分散片段 重復序列平均長度為35005000bp 。（二）中度重復序列 二、大量重復序列 中度重復序列：一部分是編碼的結(jié)構(gòu)基因。 如：rRNA、tRNA、組蛋白基因等都屬這一類。 非洲爪蟾的28S、5.8S及18SrRNA基因是連在一起的，中間隔著不轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，這些單位在DNA鏈上串聯(lián)重復約5000次。（三）單拷貝序列 二、大量重復序列 單拷貝序列在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，又稱低度重復順序（single copy sequences） 。 單拷貝序列在基因組中占50-80

15、%，如人基因組中，大約有60-65%的序列屬于這一類。 大多數(shù)為蛋白質(zhì)編碼的基因?qū)儆谶@一類，所以說單拷貝序列中儲存了巨大的遺傳信息。因此，對這些序列的研究對醫(yī)學實踐有特別重要的意義。但是，單拷貝序列中只有一小部分編碼蛋白質(zhì)，其它部份的功能尚不清楚。 在基因組中，單拷貝序列一般與重復序列相間排列。人基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、大量重復序列 三、多基因家族 四、假基因 五、線粒體基因組 一、種類與數(shù)目二、人基因組中存在的大量重復序列三、人基因組中的多基因家族四、人基因組中的假基因五、線粒體基因組一、人基因組中的基因種類與數(shù)目多基因家族 三、多基因家族 多基因家族(multigene family)是指

16、一群具有相似序列的基因，編碼在結(jié)構(gòu)和功能上相關聯(lián)的一個蛋白質(zhì)家族的若干個基因。 多基因家族中的基因通常是由某一祖先基因經(jīng)過重復和變異所產(chǎn)生的一組基因。楊樹13個 GST基因的基因組結(jié)構(gòu)進化歷史（一）成簇的分布于某一條染色體上 三、多基因家族 基因家族成簇地分布在同一染色體上并同時進行轉(zhuǎn)錄，合成某些蛋白質(zhì)，如組蛋白基因家族。chromosome 7組蛋白多基因家族的組織結(jié)構(gòu)（二）成簇的分布于不同的染色體上 三、多基因家族 基因家族成簇地分布于不同的染色體上，并分別進行轉(zhuǎn)錄，這些不同成員編碼一組功能上緊密相關的蛋白質(zhì)，如珠蛋白基因家族。 -類類珠珠蛋白基因蛋白基因家族家族 -類類珠珠蛋白基因蛋白基

17、因家族家族chromosome 11chromosome 16珠蛋白多基因家族的組織結(jié)構(gòu)人基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、大量重復序列 三、多基因家族 四、假基因 五、線粒體基因組 一、種類與數(shù)目二、人基因組中存在的大量重復序列三、人基因組中的多基因家族四、人基因組中的假基因五、線粒體基因組一、人基因組中的基因種類與數(shù)目 四、質(zhì)粒DNA（五）假基因 假基因(pseudogene)是基因組中存在的一段與正?；蚍浅Ｏ嗨频荒鼙磉_的DNA序列。 假基因往往缺少正?；虻膬?nèi)含子。 -類類珠珠蛋白基因蛋白基因家族家族 -類類珠珠蛋白基因蛋白基因家族家族chromosome 11chromosome 16珠蛋白

18、多基因家族的組織結(jié)構(gòu)人基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、大量重復序列 三、多基因家族 四、假基因 五、線粒體基因組 一、種類與數(shù)目二、人基因組中存在的大量重復序列三、人基因組中的多基因家族四、人基因組中的假基因五、線粒體基因組一、人基因組中的基因種類與數(shù)目線粒體基因組 五、線粒體基因組 線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）是核外遺傳物質(zhì)。 雙鏈環(huán)狀分子，結(jié)構(gòu)特點與原核生物相同。 mtDNA含37個結(jié)構(gòu)基因，編碼13種蛋白、22種tRNA和2種rRNA。 這13種蛋白質(zhì)為呼吸鏈酶復合物的單位。人線粒體基因組第二節(jié)第二節(jié)原原核生物與病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能核生物與病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功

19、能原核生物與病毒基因組研究的意義 一、研究意義更好的了解病原微生物的治病機理加快致病微生物致病基因的發(fā)現(xiàn)提高臨床診斷的效率和準確性篩選有效藥物及發(fā)展疫苗原核生物與病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、原核基因組特征 三、操縱子方式 四、質(zhì)粒DNA 五、病毒基因組特征 一、研究意義二、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特征三、原核生物基因的操縱子方式組構(gòu)四、原核生物中的質(zhì)粒DNA五、病毒基因組的特征一、原核生物與病毒基因組研究的意義原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特征 二、原核基因組特征 1. 結(jié)構(gòu)基因序列是連續(xù)排列的，無內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄后不需要剪接。 2. 基因組中重復序列少。 3. 結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝，但編碼rRNA的

20、基因通常是多拷貝。 4. 結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例約為50%，遠大于真核基因組，但小于病毒基因組。 5. 具有操縱子結(jié)構(gòu)原核生物與病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、原核基因組特征 三、操縱子方式 四、質(zhì)粒DNA 五、病毒基因組特征 一、研究意義二、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特征三、原核生物基因的操縱子方式組構(gòu)四、原核生物中的質(zhì)粒DNA五、病毒基因組的特征一、原核生物與病毒基因組研究的意義原核生物基因的操縱子方式組構(gòu) 三、操縱子方式操縱子(operon)指啟動基因、操縱基因和一系列緊密連鎖的結(jié)構(gòu)基因的總稱。原核生物基因的操縱子方式組構(gòu) 三、操縱子方式 mRNA分子攜帶了幾個多肽鏈的編碼信息，被稱為

21、多順反子mRNA (polycistron)。原核生物與病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、原核基因組特征 三、操縱子方式 四、質(zhì)粒DNA 五、病毒基因組特征 一、研究意義二、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特征三、原核生物基因的操縱子方式組構(gòu)四、原核生物中的質(zhì)粒DNA五、病毒基因組的特征一、原核生物與病毒基因組研究的意義原核生物中的質(zhì)粒DNA 四、質(zhì)粒DNA 質(zhì)粒（plasmid ）是指存在于細菌中獨立于染色體DNA外的雙鏈環(huán)狀小分子DNA。 經(jīng)驗體會1. 質(zhì)粒的概念原核生物中的質(zhì)粒DNA 四、質(zhì)粒DNA 能夠獨立于細胞的染色質(zhì)DNA而進行復制 只有在宿主細胞內(nèi) 才能自我復制， 對宿主細胞的生存 不是必需

22、的 能賦予細菌特定的遺傳性狀經(jīng)驗體會2. 質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與功能特點原核生物中的質(zhì)粒DNA 四、質(zhì)粒DNA （1）復制調(diào)控系統(tǒng)：由ori、rep和cop基因構(gòu)成 （2）分配系統(tǒng)：有分配區(qū)使質(zhì)粒在細菌分裂過程中精確分配到子細胞中 （3）細胞分裂控制系統(tǒng)：抑制細胞分裂，使細胞分裂與質(zhì)粒復制協(xié)調(diào) （4）質(zhì)粒的不相容性：具有相同復制起始點和分配區(qū)的兩種質(zhì)粒不能共存于一個宿主菌經(jīng)驗體會3. 質(zhì)粒的遺傳調(diào)控原核生物與病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能 二、原核基因組特征 三、操縱子方式 四、質(zhì)粒DNA 五、病毒基因組特征 一、研究意義二、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特征三、原核生物基因的操縱子方式組構(gòu)四、原核生物中的質(zhì)粒DNA五、病毒基因組的特征一、原核生物與病毒基因組研究的意義病毒基因組的特征 五、病毒基因組特征 病毒個體微小，但不同的病毒基因組在大小和結(jié)構(gòu)上有比較大的差異。（一）病毒的基因組較小 五、病毒基因組特征 與真核細胞和細菌基因組相比，病毒基因組要小的多。痘病毒：300 KBp，編碼幾百種蛋白質(zhì)細菌：4000 KBp，包含大約3500個基因（二）病毒基因組有的是DNA，有的是RNA 五、病毒基因組特征經(jīng)驗體會1. DNA病毒經(jīng)驗體會2. RNA病毒每種病毒中只含有一種核酸，或為