染色體和基因

染色體和基因第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一個(gè)生物體的DNA編碼了其細(xì)胞所需的所有RNA的蛋白質(zhì)分子。但是生物體DNA序列的完整描述---無(wú)論是細(xì)菌的幾百萬(wàn)個(gè)核苷酸或人體細(xì)胞幾十億的核苷酸---都不可能使我們重建這個(gè)生物體。單細(xì)胞細(xì)菌能選擇地利用自己的基因，依據(jù)不同營(yíng)養(yǎng)條件打開(kāi)或關(guān)閉基因以合成不同的代謝酶類(lèi)。第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五不同的細(xì)胞類(lèi)型依靠只在這種類(lèi)型細(xì)胞中打開(kāi)的基因來(lái)執(zhí)行一系列的功能。如：胰腺中β細(xì)胞制造胰島素、α細(xì)胞分泌高血糖素；淋巴細(xì)胞分泌抗體，紅細(xì)胞制造血紅蛋白。多細(xì)胞生物，基因表達(dá)具有更精密的調(diào)控。胚胎發(fā)育過(guò)程中，一個(gè)受精卵細(xì)胞產(chǎn)生許多結(jié)構(gòu)與功能上都截然不同的細(xì)胞類(lèi)型。第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五編碼一個(gè)單細(xì)胞細(xì)菌所需的全部信息需要大量的DNA，編碼多細(xì)胞生物的發(fā)育指令需要更多的DNA。這就產(chǎn)生了矛盾：DNA該怎樣折疊和包裝的足夠緊密以便容易的裝入細(xì)胞核？第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五真核生物染色體的結(jié)構(gòu)真核生物的DNA包裝成染色體第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五每條染色體帶型都是獨(dú)特的，因而我們能加以區(qū)分并給他們編號(hào)。如果染色體的一部分丟失或者轉(zhuǎn)移到另一條染色體上，我們能夠通過(guò)帶型變化檢測(cè)到。細(xì)胞遺傳學(xué)家利用帶型的變化來(lái)檢測(cè)與某些遺傳性疾病以及某種癌癥相關(guān)的染色體異常第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五易位使9號(hào)染色體長(zhǎng)臂上的原癌基因abl和22號(hào)染色體上的bcr(breakpointclusterregion)基因重新組合成融合基因。后者具有增高了的酪氨酸激酶活性，這是慢性粒細(xì)胞性白血病的發(fā)病原因。伯基特淋巴瘤（Burkitt淋巴瘤）細(xì)胞的染色體易位，使c-myc與IG重鏈基因的調(diào)控區(qū)為鄰。第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞周期中染色體以不同狀態(tài)存在第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五特殊DNA序列保證染色體高效復(fù)制第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五真核生物解決末端復(fù)制問(wèn)題的策略第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核小體是染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單位第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五核小體的發(fā)現(xiàn)（1974年）---繩珠結(jié)構(gòu)第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五組蛋白：含較高比例的帶正電荷的氨基酸（賴(lài)氨酸和精氨酸）。是一種保守蛋白：豌豆和奶牛H4只存在兩個(gè)氨基酸差異。第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五染色體有多級(jí)的DNA包裝染色體包裝的層次有絲分裂染色體末端附近區(qū)域的掃描電鏡第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五間期染色體同時(shí)含有濃縮的和比較伸展的染色質(zhì)狀態(tài)第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五基因表達(dá)的位置效應(yīng)揭示了間期染色體包裝的不同間期染色體是濃縮和松散包裝的染色質(zhì)混合物：基因被移到染色體不同部位后，基因表達(dá)改變。基因表達(dá)的不同取決于基因在基因組中的位置，這稱(chēng)為位置效應(yīng)。第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五基因調(diào)控在生物發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞類(lèi)型如肌肉、神經(jīng)、血細(xì)胞變得互不相同，分化最終導(dǎo)致成熟生物中見(jiàn)到的廣泛的細(xì)胞類(lèi)型。分化的產(chǎn)生是因?yàn)榧?xì)胞制造和聚集了一套不同RNA和蛋白質(zhì)，也就是說(shuō)細(xì)胞表達(dá)了不同的基因（并不是改變了DNA的核苷酸序列）。第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞控制自身基因的表達(dá)許多蛋白都存在于一個(gè)多細(xì)胞生物的所有細(xì)胞中，例如細(xì)胞骨架和染色體的主要結(jié)構(gòu)蛋白、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體必須的蛋白質(zhì)、核糖體蛋白、執(zhí)行糖酵解(甘油醛-3-磷酸脫氫酶，glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase）及其他基本代謝所需要的酶。這些普遍存在的蛋白稱(chēng)為管家蛋白，編碼它們的基因稱(chēng)為管家基因。每種不同的細(xì)胞類(lèi)型也合成反映細(xì)胞獨(dú)特性質(zhì)的特殊蛋白質(zhì)（如血紅蛋白）。第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞控制自身蛋白合成的途徑1、控制一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄的時(shí)間與頻率2、控制初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄物如何剪接或加工3、選擇哪個(gè)mRNA被核糖體翻譯4、蛋白質(zhì)合成后選擇性地激活或者失活第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五轉(zhuǎn)錄控制是通過(guò)蛋白質(zhì)結(jié)合到DNA調(diào)節(jié)序列上實(shí)現(xiàn)的啟動(dòng)子包括起始位點(diǎn)和一個(gè)大約50bp的核苷酸(包括了RNA聚合酶結(jié)合所需位點(diǎn))。幾乎所有基因還有DNA調(diào)節(jié)序列。一些基因調(diào)節(jié)序列只有10bp，行使簡(jiǎn)單的基因開(kāi)關(guān)作用，對(duì)簡(jiǎn)單信號(hào)起反應(yīng)。真核細(xì)胞一般很長(zhǎng)（有時(shí)長(zhǎng)于10000bp），行駛分子微處理器的功能，對(duì)很多信號(hào)做出反應(yīng)，整合成一個(gè)決定轉(zhuǎn)錄起始速率的指令。與DNA調(diào)節(jié)序列結(jié)合的蛋白稱(chēng)為基因調(diào)節(jié)蛋白。第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五基因調(diào)控蛋白和DNA結(jié)合第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五蛋白質(zhì)中的DNA結(jié)合模體第24頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五阻抑物關(guān)閉基因，活化物打開(kāi)基因大腸桿菌中編碼色氨酸代謝酶所需的5個(gè)基因在染色體上相連成簇，從一個(gè)啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄一條長(zhǎng)的mRNA分子，然后5種蛋白質(zhì)被翻譯。這樣排列并轉(zhuǎn)錄成一個(gè)mRNA分子的基因群，稱(chēng)為操縱子。第25頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五當(dāng)細(xì)菌吃入較多色氨酸時(shí)，這些酶不被需要，它們的合成也就關(guān)閉了。第26頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第27頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五真核生物基因轉(zhuǎn)錄的起始是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程真核生物的轉(zhuǎn)錄起始和細(xì)菌在4個(gè)地方有所不同。1、RNA聚合酶第28頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2、細(xì)菌RNA聚合酶在沒(méi)有別的蛋白幫助下能起始轉(zhuǎn)錄。真核生物需要一大套通用轉(zhuǎn)錄因子，在轉(zhuǎn)錄前，通用轉(zhuǎn)錄因子必須和聚合酶一起現(xiàn)在啟動(dòng)子上裝配好。3、基因調(diào)節(jié)蛋白哪怕結(jié)合在距離啟動(dòng)子幾千個(gè)核苷酸的DNA上，仍能影響轉(zhuǎn)錄。4、真核生物轉(zhuǎn)錄必須考慮到DNA被包裝成核小體和更濃縮的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。第29頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五真核RNA聚合酶要求通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子的發(fā)現(xiàn)：純化真核RNA聚合酶，在離體條件下不能獨(dú)立起始轉(zhuǎn)錄。第30頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五通用轉(zhuǎn)錄因子幫助RNA聚合酶在啟動(dòng)子上正確定位，幫助拉開(kāi)DNA的兩條鏈允許轉(zhuǎn)錄開(kāi)始?！巴ㄓ谩边@個(gè)詞是指這些蛋白是裝配在所有被RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子上。阻抑物和活化物只用于特定基因（或操縱子），基因調(diào)控蛋白只作用特定基因。第31頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五真核基因調(diào)控蛋白從遠(yuǎn)處控制基因表達(dá)細(xì)菌基因調(diào)控蛋白（活化物與阻抑物）真核基因活化物結(jié)合的DNA位點(diǎn)最初被稱(chēng)為增強(qiáng)子。遠(yuǎn)距離作用模型第32頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五細(xì)菌和真核生物基因激活機(jī)制主要差別的總結(jié)第33頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五真核基因是由蛋白質(zhì)組合來(lái)控制的第34頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第35頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五不同基因的表達(dá)可被單個(gè)蛋白質(zhì)協(xié)調(diào)細(xì)菌和真核生物不僅需要能夠單個(gè)打開(kāi)或關(guān)閉基因，也要求能夠協(xié)調(diào)不同基因表達(dá)。如真核細(xì)胞收到要分裂的信號(hào)時(shí)，未表達(dá)的許多基因一起打開(kāi)。細(xì)菌是讓這些基因在一個(gè)操縱子中成簇的處在一個(gè)啟動(dòng)子的控制下。真核生物如何協(xié)調(diào)個(gè)基因的表達(dá)？真核細(xì)胞用一組調(diào)控蛋白控制每一個(gè)基因，那么細(xì)胞是怎樣快速果斷的打開(kāi)或關(guān)閉一組基因的呢？123456789、23579、63245639第36頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第37頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期五組合控制可產(chǎn)生不同細(xì)胞類(lèi)型單個(gè)基因調(diào)控蛋白對(duì)分化的效應(yīng)的突出例子來(lái)源于肌細(xì)胞的研究。骨骼肌細(xì)胞由