基因和基因組結(jié)構(gòu)

1、關(guān)于基因與基因組結(jié)構(gòu)第1頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四基因組（genome）： 細(xì)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。基因組的功能：貯存和表達(dá)遺傳信息。第2頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四第一節(jié)： 病毒基因組一、病毒基因組核酸的主要類型雙鏈RNA單鏈負(fù)股RNA 單鏈正股RNA分類DNARNA 雙鏈DNA：HBV 單鏈DNA：M13噬菌體正股(+)：序列與mRNA相同的鏈 負(fù)股(-)：序列與mRNA互補(bǔ)的鏈第3頁，共27頁，202

2、2年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四二、病毒基因組的特點(diǎn)1基因組大小相差很大：HBV：3.2kb 痘病毒：300 kb2核酸結(jié)構(gòu)多樣性：DNA 或RNA 單鏈或雙鏈 合環(huán)狀分子或線性分子3基因組有連續(xù)的，有不連續(xù)的大多數(shù)連續(xù)流感病毒：8條單鏈RNA4編碼序列90%(基因組)第4頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四5. 多為單拷貝,即每個(gè)基因只出現(xiàn)一次6.基因有連續(xù)的和間斷的 (有內(nèi)含子) 7.相關(guān)基因叢集: 功能上相關(guān)的基因排列在一起8.有重疊基因9.含有不規(guī)則結(jié)構(gòu)基因基因之間無間隔區(qū). mRNA端無帽子結(jié)構(gòu). 結(jié)構(gòu)基因本身無翻譯起始序列第5頁，共27頁，2022年，5月2

3、0日，5點(diǎn)50分，星期四三、典型病毒基因組介紹1. SV40病毒基因組 第6頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四雙鏈環(huán)狀DNA：5243bp早期轉(zhuǎn)錄區(qū)：一個(gè)基因（2個(gè)蛋白質(zhì) t，T）調(diào)控區(qū)（400bp）：復(fù)制起始點(diǎn)，啟動子，增強(qiáng)子晚期轉(zhuǎn)錄區(qū)：先轉(zhuǎn)錄出一個(gè)多順反子mRNAVP1 mRNAVP2 mRNAVP3 mRNAVP3比VP2N端少1/3AUG 位于VP2和 VP3內(nèi)第7頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四UAA內(nèi)含子1內(nèi)含子2前體mRNA剪接方式1：去除內(nèi)含子1剪接方式2：去除內(nèi)含子2T-mRNAt -mRNAT- 抗原t-抗原分布于核內(nèi)：100

4、KD分布于胞漿內(nèi)：18 KDT - 抗原和t-抗原mRNA前體的不同剪接方式UAA第8頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四2、逆轉(zhuǎn)錄病毒(retroviruses)（1）一般特征 病毒(+)股RNA為2個(gè)拷貝,基本結(jié)構(gòu)為:帽RU5PBDLSgagpolenv(onc) CPBU3Rpoly(A)n病毒顆粒中有兩條相同的正股RNA+兩條來自宿主細(xì)胞的tRNA第9頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四A：編碼區(qū):所有逆轉(zhuǎn)錄病毒均含有3個(gè)基本結(jié)構(gòu)基因gag: 病毒衣殼蛋白pol: 肽鏈內(nèi)切酶,一個(gè)逆轉(zhuǎn)錄酶,一個(gè)與前病毒整 合相關(guān)的酶env: 包膜蛋白B：非編碼區(qū)

5、: 與基因組復(fù)制和基因表達(dá)有關(guān)A: R區(qū): 兩端的重復(fù)序列,與cDNA合成有關(guān)B: 引物結(jié)合區(qū)(primer binding site, PB)C: U區(qū): U3 含強(qiáng)啟動子,起始轉(zhuǎn)錄RNA. U5 與轉(zhuǎn)錄終止和加polyA有關(guān)D: DLS-C區(qū): DLS:兩條病毒(+)RNA鏈結(jié)合位點(diǎn) : 包裝信號:RNA裝入病毒顆粒 C: 調(diào)控區(qū).第10頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四（2）前病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和翻譯A：逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄都需要經(jīng)過DNA中間體才能完成.RNA病毒DNA前病毒RNA病毒(cDNA)末端形成新的重復(fù)序列(U3-R-U5)稱長末端重復(fù)序列(LTR

6、) long terminal repeatB：翻譯多順反子mRNA gag-pol(無起始密碼子)第11頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四90% 形成gag蛋白 10%形成gag- pol 蛋白 剪接后形成env mRNA第12頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四第二節(jié) 原核生物基因組一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1、基因組為環(huán)狀雙鏈DNA分子2、只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn).3、具有操縱子結(jié)構(gòu)指數(shù)個(gè)功能上相關(guān)的基因串聯(lián)在一起,連同上游的調(diào)控區(qū)和 下游的轉(zhuǎn)錄終止信號構(gòu)成基因的表達(dá)單位.4、一般無重疊基因.5、基因是連續(xù)的,無內(nèi)含子6、編碼區(qū)在基因組中的比例 真

7、核基因組 病毒基因組第13頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四7、基因組中重復(fù)序列很少8、具有編碼同工酶的基因(isogene)9、存在可移動DNA序列10、分子中有多功能識別區(qū)域復(fù)制、轉(zhuǎn)錄起始區(qū) 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄終止區(qū)二、質(zhì)粒（plasmid）是細(xì)菌內(nèi)攜帶的染色體以外的DNA分子是共價(jià)閉合環(huán)狀DNA（covalent closed circular DNA， cccDNA）1、最大特點(diǎn): 可獨(dú)立復(fù)制2、質(zhì)粒的遺傳控制第14頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四(1).復(fù)制控制系統(tǒng): 控制質(zhì)粒的拷貝數(shù) 復(fù)制起始點(diǎn)(ori) Rep基因: Rep蛋白結(jié)合于ori,

8、 促進(jìn)復(fù)制 過量可抑制復(fù)制 Cop基因: 抑制復(fù)制(2).分配系統(tǒng): 使質(zhì)粒在細(xì)菌分裂時(shí)精確分配到子細(xì)胞中.(3). 細(xì)胞分裂抑制系統(tǒng): 控制細(xì)胞分裂,使細(xì)胞分裂與質(zhì)粒 復(fù)制協(xié)調(diào)(4).位點(diǎn)特異重組系統(tǒng): 多聚體 單體 (細(xì)菌內(nèi)) (分裂時(shí))(5) 質(zhì)粒的不相容性: 具有相同復(fù)制起始點(diǎn)和分配區(qū)的兩種質(zhì)粒不能共 存于一個(gè)宿主,這種現(xiàn)象稱.第15頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四 共存一宿主 兩種質(zhì)粒 不共存一宿主另:凡經(jīng)改建作為基因克隆載體的質(zhì)粒必須包括三種共同的組成成分: 復(fù)制基因(replicator) 選擇性標(biāo)記 克隆位點(diǎn)第16頁，共27頁，2022年，5月20日，5

9、點(diǎn)50分，星期四三、轉(zhuǎn)位因子(transposable element)指可移動的DNA 或跳躍基因(jumping gene)分子內(nèi) 分子間1940s, 美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室(Cold Spring Harber Lab) 的女科學(xué)家B.McClintock(榮獲1983年若貝爾生物醫(yī)學(xué)獎(jiǎng))在玉米中首次發(fā)現(xiàn).1.分類及特征插入序列(insertion sequence, IS):轉(zhuǎn)位(座)子(transposon, Tn) 噬菌體Mu 和 D108第17頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四(1)插入序列:較小,分子量2000 bp 含轉(zhuǎn)座基因(轉(zhuǎn)座酶) 決定宿主遺傳性狀的基因

10、特征:A:復(fù)合型: 一個(gè)基因 + 兩側(cè)臂(IS 或類IS序列) (圖3-5)方向可相同可相反不可單獨(dú)存在第19頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四B: TnA族兩側(cè)無IS.(如(Tn3) ).反向重復(fù)反向重復(fù)轉(zhuǎn)座酶（TnpA）阻遏和解離蛋白（TnpR）-內(nèi)酰胺酶內(nèi)解離區(qū)Tn3 的分子結(jié)構(gòu)C：接合型: G(+) 球菌中發(fā)現(xiàn),可在不同細(xì)菌間移動.無末 端反向重復(fù)序列第20頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四2、轉(zhuǎn)位作用的機(jī)制(圖3-7)單純轉(zhuǎn)座(簡單轉(zhuǎn)座)復(fù)制型轉(zhuǎn)座第21頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四第22頁，共27頁，2022年，

11、5月20日，5點(diǎn)50分，星期四第三節(jié) 真核生物基因組一 、特點(diǎn)1、. 體細(xì)胞: 兩套基因組 性細(xì)胞: 一套基因組2、基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜,數(shù)目龐大, 多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)3、mRNA為單順反子.4、含大量重復(fù)序列.5、非編碼序列占90%以上.6、基因間有間隔區(qū)(spacer DNA),基因?yàn)閿嗔鸦?split gene) 即內(nèi)含子,外顯子.7、功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起形成基因家族第23頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四8、存在可移動成分.類似細(xì)菌的:如玉米中發(fā)現(xiàn)的.類似逆轉(zhuǎn)錄病毒的: 轉(zhuǎn)位機(jī)制需RNA介導(dǎo)(圖3-8)第24頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)50分，星期四二、基因家族（gene family）或 多基因家族指結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)的一組基因, 由同一祖先進(jìn)化而來。假基因: 進(jìn)化中死亡的基因(無功能),用 表示如:組蛋白基因家族:5個(gè)成員: H1, H2A, H2B, H3, H45個(gè)基因串聯(lián)排列形成一個(gè)重復(fù)單位,但不同生物中排列不同海膽: H1-H4-H2B-H3-H2A果蠅: H2B- H2A- H4- H3- H1水螈: H1-H3-H2B-H2A-H4第25頁，共27頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)