分子生物學(xué)基因

1、分子生物學(xué)基因第1頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一第二章 基因與基因組 第2頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一Chapter 1Gene and Genomics 第3頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一 Genomics (基因組)：細(xì)胞內(nèi)所有DNA分子的總稱。 基因組結(jié)構(gòu)是指不同功能區(qū)域在整個DNA分子中的分布情況。即基因及其調(diào)控序列的排列組合。 第4頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一不同生物基因組大小第5頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一不同生物基因組大小千堿基對/染色體長度(m

2、m）染色體數(shù)(單倍體）形 狀原核生物病毒SV405.21.71環(huán)狀噬菌體X1745.41.81線狀單鏈?zhǔn)删w46151線狀細(xì)菌大腸桿菌400013001環(huán)狀真核生物酵母100033017果蠅41000140004人1250004100023第6頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)和功能 基因組小 DNA或RNA；單鏈或雙鏈；閉環(huán)或線性分子。 大多數(shù)RNA病毒是一條RNA，少數(shù)為多條RNA。 基因重疊現(xiàn)象普遍 功能上相關(guān)的基因或rRNA基因往往叢集形成一個功能單位或轉(zhuǎn)錄單元。 病毒基因組都是單倍體，唯有反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個拷貝。 噬菌體的基因是連續(xù)的；真

3、核病毒基因是不連續(xù)的，具有內(nèi)含子 除正鏈RNA病毒外，真核細(xì)胞病毒的基因都是先轉(zhuǎn)錄成mRNA前體，再經(jīng)加工才能切除內(nèi)含子成為成熟的mRNA。 第7頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一1、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能 大腸桿菌RNA噬菌體如MS2，R17，f2和Qb 基因組小，36004200 bp，包含4 基因，其中兩個編碼噬菌體結(jié)構(gòu)蛋白：A蛋白（成熟蛋白，識別宿主并使其RNA基因組能進(jìn)入宿主菌）和外殼蛋白。另外兩個編碼RNA復(fù)制酶和溶解蛋白。 第8頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一1、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能 溶解蛋白基因與外殼蛋白和復(fù)制酶的

4、基因有部分重疊，但讀框與外殼蛋白不同。 在MS2、R17、f2基因組內(nèi)有二級結(jié)構(gòu)，可自我配對，防止RNase降解。 編碼基因的5和3端各有一段非翻譯序列，對RNA分子有穩(wěn)定作用。 第9頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一1、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能 溶解蛋白基因與外殼蛋白和復(fù)制酶的基因有部分重疊，但讀框與外殼蛋白不同。 在MS2、R17、f2基因組內(nèi)有二級結(jié)構(gòu)，可自我配對，防止RNase降解。 編碼基因的5和3端各有一段非翻譯序列，對RNA分子有穩(wěn)定作用。 第10頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一1、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能 噬菌體Qb沒有

5、獨(dú)立的溶解蛋白基因，結(jié)構(gòu)蛋白A2（成熟蛋白，Maturaiton Protein）具有溶解蛋白的功能. 具有第二種外殼蛋白A1。第11頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一二、細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)和功能1. 一般結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 通常為一條環(huán)狀雙鏈DNA分子 具有操縱子結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)基因多單拷貝 非編碼的DNA比例很小一般無基因重疊現(xiàn)象具有復(fù)制起始區(qū)OriC，復(fù)制終止區(qū)TerC，轉(zhuǎn)錄啟動區(qū)和終止區(qū)等各種功能的識別區(qū)域在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止序列第12頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一二、細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)和功能2. 大腸桿菌 一條環(huán)狀雙鏈DNA分子，3500個基

6、因，75個操縱子 已知基因中8的序列具有調(diào)控作用。 已知基因多是編碼一些酶類的基因，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸和維生素合成代謝的一些酶類的基因，以及大多數(shù)碳、氮化合物分解代謝的酶類的基因 除了有些具有相關(guān)功能的基因在一個操縱子內(nèi)由一個啟動子轉(zhuǎn)錄外，大多數(shù)基因的相對位置可以說是隨機(jī)分布的。如控制小分子合成和分解代謝的基因，糖酵解的酶類的基因等。第13頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一二、細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)和功能大腸桿菌 多個rRNA基因重復(fù)，位于復(fù)制起點(diǎn)ori C附近。第14頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一三、真核生物線粒體DNA 雙鏈環(huán)狀DNA分子；

7、200106 D 型復(fù)制、滾環(huán)復(fù)制或D環(huán)復(fù)制 編碼呼吸氧化酶類，rRNA，tRNA，核糖體基因 第15頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一三、真核生物線粒體DNA UGA不是終止信號，而是色氨酸的密碼。因此，線粒體tRNA trp可以識別UGG和UGA兩個密碼子。 多肽內(nèi)部的甲硫氨酸由AUG和AUA兩個密碼子編碼；而起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四個密碼子編碼 AGA，AGG不是精氨酸的密碼子，而是終止密碼子。因而線粒體的4個終止密碼子（UAA，UAG，AGA，AGG）mttRNA在結(jié)構(gòu)上與細(xì)胞質(zhì)tRNA也有區(qū)別。如GTCRA序列在大多數(shù)mttRNA中不存在。

8、D環(huán)和TC環(huán)中一些保守的核苷酸也發(fā)生了變化。最突出的是tRNASer的結(jié)構(gòu)，該tRNA缺乏D臂。這些結(jié)構(gòu)上的差異表明mttRNA三維結(jié)構(gòu)以及與mt核糖體的作用方式與細(xì)胞質(zhì)tRNA不一樣。第16頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一三、真核生物線粒體DNA線粒體DNA的雙重遺傳控制 線粒體具有自己的mtDNA 線粒體具有自己tRNA，rRNA，核糖體等 mtDNA編碼復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的聚合酶 呼吸鏈的一些復(fù)合酶由細(xì)胞核基因和mtDNA共同編碼 第17頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能 DNA以染色體形式存在，有核膜包被，基因組為雙倍體，

9、diploid） 大部分基因?yàn)閱雾樂醋?重復(fù)序列廣泛存在，非編碼序列為絕大部分 基因不連續(xù)，有內(nèi)含子 多復(fù)制起點(diǎn)第18頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能 1. 高度重復(fù)序列 重復(fù)頻率可達(dá)百萬次，占DNA序列的1060A 反向重復(fù)序列 重復(fù)單元長300bp，單元間隔1.6kb分散于基因組中；復(fù)性極迅速B 衛(wèi)星DNA(satellite DNA) 重復(fù)單元2-10bp，成串排列。堿基組成特殊C 復(fù)雜的重復(fù)序列 靈長類所獨(dú)有。非洲綠猴DNA重復(fù)單位為172bp。而人衛(wèi)星DNA更復(fù)雜，含有多序列家族。第19頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分

10、，星期一四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能 1. 高度重復(fù)序列 功能 高度重復(fù)序列的功能 與DNA復(fù)制有關(guān) 參與基因表達(dá)調(diào)控和穩(wěn)定RNA 與進(jìn)化有關(guān)，具有種屬特異性 a衛(wèi)星DNA可能與染色體配對有關(guān)第20頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能2. 中度重復(fù)序列 重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬次，占基因組的10-40，多不編碼蛋白，一般具有種特異性。類型：A. 短分散片段：約300bp，與平均長度為1000bp的單拷貝序列間隔排列。如Alu家族，Hinf家族B. 長分散片段：3500-5000bp，與平均長度為13000bp的單拷貝序列間隔排列。如Kpn家族等。 有些中度重復(fù)

11、序列是結(jié)構(gòu)基因，如rRNA基因，tRNA基因，組蛋白基因， HLA基因，免疫球蛋白基因等。第21頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能2. 中度重復(fù)序列 Alu家族：哺乳動物含量最豐富的中度重復(fù)序列家族 第22頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能Alu家族： 重復(fù)3050萬次，300bp，具有Alu切點(diǎn)位點(diǎn)（AGCT）。分散存在；具種的特異性。 人類Alu序列是由兩個約130bp的正向重復(fù)構(gòu)成的二聚體。 Alu序列廣泛散布于整個基因組，推測Alu序列可能能夠移動。 Alu序列可能參與hnRNA的加工與成熟。 Alu序列可能具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用。第23頁，共25頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期一四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能Kpn I家族 6 kb；三個Kpn I酶切位點(diǎn)； 拷貝數(shù)約30004800；散布；長分散片段型。 不同Kpn I家族同源性小，不能雜交，但3端有同源性。Hinf 家族 319bp；50100拷貝；散布。由 172bp和147bp 兩個亞單位組成，它們之間有70%的同源