基因組組的結(jié)構(gòu)與功能課件

第三章基因組的結(jié)構(gòu)與功能1ppt課件.中心法則(TheCentralDogma)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制DNARNA蛋白質(zhì)2ppt課件.DNA通過基因表達(dá)，決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能DNA通過復(fù)制，將基因信息代代相傳RNA參與DNA遺傳信息的表達(dá)RNA也可作為某些病毒遺傳信息的載體3ppt課件.【基因】

基因是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位，是指貯存有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部核苷酸序列。基因和蛋白的關(guān)系？4ppt課件.

5'…AGCCGACTATGTCGAAGCTT……GCTTGACTATAAGACA…3'3'…TCGGCTGATACAGCTTCGAA……CGAACTGATATTCTGT…5'

轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)

貯存RNA或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息區(qū)轉(zhuǎn)錄終止區(qū)

大部分生物中構(gòu)成基因的遺傳物質(zhì)是DNA，但有一部分生物（RNA病毒）是以RNA作為構(gòu)成基因的遺傳物質(zhì)?；虻幕窘Y(jié)構(gòu)：

5ppt課件.【基因組】細(xì)胞或生物體中，一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和（包括一種生物所需的全套基因及其間隔序列）稱為基因組。人類基因組包括：22條染色體，X、Y兩條性染色體及胞漿線粒體上遺傳物質(zhì)?；蚪M的結(jié)構(gòu)主要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，基因組的功能是貯存和表達(dá)遺傳信息?；蚪M的結(jié)構(gòu)和功能是密切相關(guān)的。6ppt課件.第一節(jié)病毒基因組7ppt課件.一、病毒基因組核酸的主要類型8ppt課件.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9ppt課件.（一）雙鏈DNA病毒（SV40病毒）

基因組DNA→DNA復(fù)制→基因組DNA

或通過逆轉(zhuǎn)錄完成復(fù)制（少數(shù)，見三）。

（二）單鏈DNA病毒（M13噬菌體）

基因組DNA→DNA復(fù)制→基因組DNA

（三）DNA－RNA病毒（HBV）

基因組DNA→轉(zhuǎn)錄→RNA→逆轉(zhuǎn)錄→基因組DNA10ppt課件.（四）雙鏈RNA病毒（呼腸孤病毒）

基因組RNA→RNA復(fù)制→基因組RNA（五）單鏈（＋）RNA病毒（脊髓灰白質(zhì)炎病毒）

基因組RNA→RNA復(fù)制→基因組RNA11ppt課件.

（六）單鏈（－）RNA病毒（皰疹性口炎病毒，VSV）

基因組RNA→RNA復(fù)制→基因組RNA（七）RNA－DNA病毒（逆轉(zhuǎn)錄病毒）

基因組RNA→逆轉(zhuǎn)錄→cDNA→轉(zhuǎn)錄→基因組RNA12ppt課件.二、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)13ppt課件.（一）基因組核酸可以是任何一種類型的核酸，但一種病毒的基因組只是一種核酸。（二）不同病毒基因組的核酸大小差別很大。（三）基因常常成簇排列，沒有間隔序列或間隔序列很小。(功能上相關(guān)的基因排列在一起)

（四）病毒的基因都是單拷貝，基因組多為單倍體14ppt課件.（五）病毒基因組有重疊基因15ppt課件.（六）病毒基因組的編碼序列平均約＞90％

（但差異很大）

（七）病毒基因有連續(xù)的，有不連續(xù)的

（八）病毒基因組含有不規(guī)則的結(jié)構(gòu)基因

1、幾個結(jié)構(gòu)基因的編碼區(qū)無間隔，因此有些結(jié)構(gòu)基因沒有翻譯起始序列。

2、gene＝mRNA，有的mRNA沒有5‘端的帽結(jié)構(gòu)，有翻譯增強(qiáng)子。3、有的結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物本身沒有翻譯起始，需要在轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行加工、剪接，成為有翻譯功能的mRNA。16ppt課件.三、典型病毒基因組舉例17ppt課件.

（一）SV40病毒基因組（雙鏈DNA病毒）

1、SV40病毒基因的結(jié)構(gòu)特征

2、SV40病毒基因的表達(dá)和復(fù)制18ppt課件.19ppt課件.（1）SV40的基因表達(dá)

啟動子，增強(qiáng)子

20ppt課件.

（2）RNA的選擇剪切形成不同的mRNA，不連續(xù)基因，一個基因產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)初級轉(zhuǎn)錄物21ppt課件.（3）病毒基因組的復(fù)制

T抗原控制病毒的復(fù)制，啟動晚期轉(zhuǎn)錄22ppt課件.1、HBV基因組結(jié)構(gòu)

（1）雙鏈（±）DNA病毒

（2）二條鏈長短不一

（3）重疊基因（二）HBV基因組（DNA-RNA病毒）23ppt課件.24ppt課件.25ppt課件.2、HBV基因組復(fù)制

（1）cccDNA（共價雙鏈閉環(huán)狀DNA）的生成

（2）轉(zhuǎn)錄生成（＋）RNA

（3）合成（－）鏈DNA和（＋）鏈DNA

（4）形成子代病毒26ppt課件.（三）脊髓灰白質(zhì)炎病毒基因組（單鏈(＋)RNA病毒）

1.基因組的特征（mRNA）27ppt課件.2.基因組信息表達(dá)的特點(diǎn)28ppt課件.(＋)RNA

5'●-pUUNNNNN……NNNAAAAAAAn3'VPg蛋白形成后，可以共價結(jié)合兩個U，成為病毒RNA復(fù)制的引物。3.基因組復(fù)制特點(diǎn)←UUp-●（引導(dǎo)合成負(fù)鏈RNA）29ppt課件.(－)RNA

3'AANNNNNNN……NNNUUUUUUUp-●5'●-pUU→新合成的（＋）RNA的poly(A)尾不是另外加上去的，而是直接復(fù)制出來的。（引導(dǎo)合成正鏈RNA）30ppt課件.(－)RNA

3'AANNNNNNN……NNNUUUUUUUp-●5'●-pUU→（引導(dǎo)合成正鏈RNA）合成的(＋)RNA實(shí)際上有三種用途：①作為mRNA翻譯病毒蛋白質(zhì);②作為模板復(fù)制（－）RNA;③作為子代病毒的RNA,加上蛋白質(zhì)后包裝成病毒顆粒。31ppt課件.（四）逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組（RNA-DNA病毒）

1.基因組結(jié)構(gòu)特征

（1）帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾

（2）編碼區(qū)

32ppt課件.（3）非編碼區(qū)（調(diào)控區(qū)）

①重復(fù)序列R區(qū)

②引物結(jié)合區(qū)

③U區(qū)

④DLS、ψ和C區(qū)33ppt課件.A：編碼區(qū):所有逆轉(zhuǎn)錄病毒均含有3個基本結(jié)構(gòu)基因gag:病毒衣殼蛋白pol:肽鏈內(nèi)切酶,一個逆轉(zhuǎn)錄酶,一個與前病毒整合相關(guān)的酶env:包膜蛋白B：非編碼區(qū):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)(primerbindingsite,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).34ppt課件.2、前病毒基因的轉(zhuǎn)錄

（1）病毒基因組的形成（轉(zhuǎn)錄）

35ppt課件.U3有強(qiáng)啟動子，5'端的U3是病毒RNA的啟動子，啟動病毒RNA的轉(zhuǎn)錄；3'端的U3可作為下游基因的啟動子。R和U5之間有加polyA信號的序列。36ppt課件.

由5'端的U3提供啟動子，從U3和R區(qū)分界處開始轉(zhuǎn)錄。直到RNA轉(zhuǎn)錄到3'端的R和U5之間時，RNA在R和U5交界處斷裂，在RNA的3'端加polyA。37ppt課件.RNA5'端的PB－區(qū)與來自宿主細(xì)胞的tRNA結(jié)合，兩個相同的（+）RNA又以平行的二聚體結(jié)構(gòu)在二聚體結(jié)合位點(diǎn)（DLS）以氫鍵相連。最后，包裝蛋白把病毒基因包裝起來，形成病毒顆粒。38ppt課件.（2）mRNA翻譯

①gag基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯

全長RNA能直接作為gag基因的mRNA，進(jìn)行翻譯。有90％的mRNA只翻譯出gag多蛋白質(zhì)，經(jīng)肽鏈加工裂解成為病毒的衣殼蛋白。39ppt課件.②pol基因的翻譯

RNA序列中有干擾gag基因終止密碼子的序列。約有10％的mRNA在翻譯過程中可以越過gag基因的終止密碼子，一直翻譯到pol基因的終止密碼子，形成更大的多蛋白質(zhì)，經(jīng)翻譯后加工裂解，形成病毒的衣殼蛋白、逆轉(zhuǎn)錄酶和一種與前病毒整合有關(guān)的酶（integrase，整合酶）。40ppt課件.③env基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯

一部分全長mRNA經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后剪接，使env基因的編碼區(qū)與病毒RNA的5'端帽結(jié)構(gòu)連接在一起，從而形成env基因的mRNA。翻譯出病毒包膜的糖蛋白。41ppt課件.第二節(jié)原核基因組42ppt課件.一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)43ppt課件.1、原核生物基因組通常由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。原核生物的基因組DNA雖與蛋白結(jié)合，但不形成染色體結(jié)構(gòu)，只是習(xí)慣上將之稱為染色體。44ppt課件.

染色體DNA在細(xì)胞內(nèi)形成一個致密區(qū)域，即類核（nucleoid）。類核無核膜將之與胞漿分開。在染色體DNA中含有許多基因。45ppt課件.2．基因組中只有1個復(fù)制起點(diǎn)。46ppt課件.啟動子（promoter),操縱元件（operator）結(jié)構(gòu)基因,終止子（terminator)，3、原核基因的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)47ppt課件.結(jié)構(gòu)基因（structuregene)48ppt課件.4、操縱子結(jié)構(gòu)操縱子（operon）是指數(shù)個功能上相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，構(gòu)成信息區(qū)，連同其上游的調(diào)控區(qū)（包括啟動子和操縱區(qū)）以及下游的轉(zhuǎn)錄終止信號所構(gòu)成的基因表達(dá)單位，所轉(zhuǎn)錄的RNA為多順反子。49ppt課件.多順反子單順反子真核生物原核生物非編碼序列50ppt課件.啟動子是RNA聚合酶結(jié)合的區(qū)域，操縱區(qū)是特異阻遏蛋白結(jié)合區(qū)。操縱子的轉(zhuǎn)錄通常受一個調(diào)節(jié)基因所表達(dá)的阻遏蛋白的控制。51ppt課件.核糖體蛋白的操縱子:

大腸桿菌核糖體有50余種蛋白，其基因是組合在數(shù)個操縱子中。如：

■－S10－L3－L4－L23－L2－L22－S19－S3－L16－L29－S17βoperon:■－L10－L7－L12－β－β'αoperon:■－S13－S11－S4－α－L17(α,β:RNA聚合酶的亞單位)52ppt課件.5、結(jié)構(gòu)基因無重疊現(xiàn)象，基因組中的任何一段DNA順序不會用于編碼兩種蛋白質(zhì)。6、基因序列是連續(xù)的，無內(nèi)含子。53ppt課件.7、編碼區(qū)在基因組中所占的比例（約占50％）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組，但又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于病毒基因組。非編碼區(qū)主要是一些調(diào)控序列。54ppt課件.8、基因組中重復(fù)序列很少。編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝，但編碼rRNA的基因往往是多拷貝的。55ppt課件.9、具有編碼同工酶的基因（isogene）。這是一類結(jié)構(gòu)上不完全相同，而功能相同的基因。例如在大腸桿菌中含有2個編碼乙酸乳酸合成酶同工酶的基因,和2個編碼分支酸變位酶同工酶的基因。10、細(xì)菌基因組中存在著可移動的DNA序列，包括插入序列和轉(zhuǎn)座子

56ppt課件.沙門菌鞭毛素基因的調(diào)節(jié)H2鞭毛素

阻遏蛋白Hin重組酶倒位片段hinH2IH1H1鞭毛素hinH2IDNA啟動序列H1啟動序列57ppt課件.二、染色體外的遺傳物質(zhì)——

質(zhì)粒58ppt課件.

（一）質(zhì)粒的定義質(zhì)粒（plasmid）是細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)攜帶的染色體之外的環(huán)狀DNA分子，是共價閉合的環(huán)狀DNA分子（covalantclosedcircularDNA，cccDNA），可以獨(dú)立于細(xì)菌染色體而進(jìn)行復(fù)制59ppt課件.60ppt課件.1、質(zhì)粒的大小小型質(zhì)粒：<15kb

大型質(zhì)粒：>15kb

小型質(zhì)粒易于通過轉(zhuǎn)化作用進(jìn)入細(xì)菌，大型質(zhì)粒只能通過細(xì)菌的接合作用從一個細(xì)菌傳遞到另一個細(xì)菌。（二）質(zhì)粒的主要特性61ppt課件.2、質(zhì)粒的復(fù)制質(zhì)粒與染色體拷貝數(shù)之比＜10為低拷貝數(shù)質(zhì)粒，＞10為高拷貝數(shù)質(zhì)粒。質(zhì)粒的復(fù)制是自主調(diào)節(jié)的，不受染色體復(fù)制調(diào)節(jié)因素的影響。復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)由質(zhì)粒上的復(fù)制起點(diǎn)（ori）、質(zhì)粒的rep基因和cop基因構(gòu)成。低拷貝數(shù)質(zhì)粒也稱為嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒，自身產(chǎn)生的復(fù)制阻遏作用較強(qiáng)，分子量較大。高拷貝數(shù)質(zhì)?；蚍Q為松馳型質(zhì)粒，分子量小。62ppt課件.3、質(zhì)粒的不相容性。利用相同復(fù)制系統(tǒng)的質(zhì)粒不能共存于同一個宿主細(xì)胞內(nèi)，這種特性稱為質(zhì)粒的不相容性。兩個具有相同或密切相關(guān)復(fù)制起始位點(diǎn)和調(diào)控機(jī)制的質(zhì)粒不能共存于同一個宿主細(xì)胞內(nèi)。63ppt課件.

兩個帶有ColE1復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)的質(zhì)粒不能共存于同一個細(xì)胞內(nèi)。64ppt課件.pMB1和ColE1是兩個密切相關(guān)的復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)，帶有pMB1和ColE1復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)的質(zhì)粒也是不相容的。65ppt課件.

但ColE1和pMB1與帶有pSC101或p15A復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)的質(zhì)粒則是完全相容的，可以共存于同一個細(xì)胞內(nèi)。66ppt課件.4、質(zhì)粒與宿主細(xì)胞的關(guān)系。（1）質(zhì)粒是作為附加的遺傳物質(zhì)存在于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，其復(fù)制和遺傳均獨(dú)立于宿主細(xì)胞染色體。（2）質(zhì)粒的存在通常不是宿主細(xì)胞所必須的。（3）質(zhì)粒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄均依賴于宿主細(xì)胞的酶和蛋白質(zhì)。（4）在特定的條件下，質(zhì)粒編碼的蛋白質(zhì)（酶）可以賦予宿主細(xì)胞生存優(yōu)勢。67ppt課件.5、質(zhì)粒的功能質(zhì)粒的功能主要通過質(zhì)粒本身攜帶的基因編碼蛋白質(zhì)而表現(xiàn)出來。攜帶質(zhì)粒的宿主細(xì)胞可表現(xiàn)出相應(yīng)的表型。（1）性質(zhì)粒（2）抗生素抗性（3）產(chǎn)生毒素的質(zhì)粒（如大腸桿菌素）（4）降解復(fù)雜的有機(jī)化合物作為能源（5）產(chǎn)生限制和修飾酶68ppt課件.6、質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性在自然條件下，有些質(zhì)?？梢酝ㄟ^細(xì)菌的接合作用在細(xì)菌細(xì)胞間傳遞。基因工程中常用的質(zhì)粒載體缺乏轉(zhuǎn)移所需的基因（mob基因），不能通過接合作用在細(xì)胞間傳遞，但可采用人工方法轉(zhuǎn)化到細(xì)菌細(xì)胞中。69ppt課件.三、轉(zhuǎn)位因子70ppt課件.

轉(zhuǎn)位因子（transposableelement），即可移動的基因成分，是指能夠在一個DNA分子內(nèi)部或兩個DNA分子之間移動的DNA片段。在細(xì)菌中，則指可在質(zhì)粒和染色體之間或在質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動的DNA片段。轉(zhuǎn)位也是DNA重組的一種形式。71ppt課件.（一）轉(zhuǎn)位因子的種類1、插入序列（insertionsequence,IS）

（1）IS由一個轉(zhuǎn)位酶基因和兩側(cè)的反向重復(fù)序列組成。72ppt課件.（2）插入到新的位點(diǎn)后，兩側(cè)為順向重復(fù)序列（3）插入可以是正向，也可以是反向插入。73ppt課件.（2）插入到新的位點(diǎn)后，兩側(cè)為順向重復(fù)序列（3）插入可以是正向，也可以是反向插入。74ppt課件.2、轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）（1）結(jié)構(gòu)基因的兩側(cè)含2個相同的插入序列（復(fù)合型轉(zhuǎn)座子）。75ppt課件.（2）數(shù)個基因與2個反向重復(fù)序列，不含IS。（圖3-7）76ppt課件.3、可轉(zhuǎn)座的噬菌體（transposablephage）（1）插入部位兩側(cè)有短的順向重復(fù)序列（2）一個拷貝留在原位，新合成的拷貝插入新的部位（3）Mu噬菌體末端不含反向重復(fù)順序77ppt課件.（二）轉(zhuǎn)位作用的機(jī)理1、復(fù)制型轉(zhuǎn)位機(jī)理共聯(lián)體生成和解離，靶序列切割與復(fù)制（1）轉(zhuǎn)座酶將轉(zhuǎn)座子序列雙鏈的相反極性端同時切開單鏈切口。同時，在靶點(diǎn)序列兩側(cè)各一條單鏈上造成一切口。78ppt課件.（2）供體上轉(zhuǎn)座因子的游離端與靶位點(diǎn)DNA上錯開切割的突出端分別連接。（3）在宿主DNA聚合酶的作用下進(jìn)行復(fù)制，新的轉(zhuǎn)座成分通過半保留復(fù)制完成并伴有兩個復(fù)制子的融合，即形成“共整合體”。79ppt課件.（4）此“共整合體”是以轉(zhuǎn)座成分的正向重復(fù)序列相連接的。（5）tnpR基因編碼的解離酶作用于共整合體中轉(zhuǎn)座因子的內(nèi)解離區(qū)，切割、重組。80ppt課件.（5）tnpR基因編碼的解離酶作用于共整合體中轉(zhuǎn)座因子的內(nèi)解離區(qū)，使共整合體發(fā)生解離，產(chǎn)生各含有一個Tn拷貝的供體DNA分子和受體DNA分子。81ppt課件.2、非復(fù)制型轉(zhuǎn)位作用

轉(zhuǎn)位酶將供體DNA的轉(zhuǎn)座因子兩側(cè)各切斷一條單鏈，將靶序列的2個游離末端連接。

隨后并沒有復(fù)制過程，而是由轉(zhuǎn)位酶將供體DNA轉(zhuǎn)座因子的另一端也切斷，因此在供體DNA上留下一個致死性缺口。

轉(zhuǎn)座子的兩條游離單鏈在靶位點(diǎn)退火接合，DNA聚合酶填平缺口。82ppt課件.83ppt課件.由轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座84ppt課件.第三節(jié)

真核生物基因組

85ppt課件.一、真核生物基因組的結(jié)構(gòu)

與功能的特點(diǎn)86ppt課件.（一）真核基因的基本結(jié)構(gòu)87ppt課件.1.結(jié)構(gòu)基因：內(nèi)含子和外顯子真核生物的結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的，編碼序列被非編碼序列打斷。88ppt課件.在編碼序列之間的序列稱為內(nèi)含子（intron），編碼序列稱為外顯子（extron）。89ppt課件.2.順式調(diào)控元件（1）啟動子：真核生物的啟動子是由TATA盒、上游啟動子元件和轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)組成。90ppt課件.

啟動子（promoter）啟動子是RNA聚合酶特異性識別和結(jié)合的DNA序列。啟動子有方向性，位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游，本身并不被轉(zhuǎn)錄。91ppt課件.（2）上游啟動子元件上游啟動子元件是TATA盒上游的一些特定的DNA序列，反式作用因子可與這些元件結(jié)合，通過調(diào)節(jié)TATA因子與TATA盒的結(jié)合、RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成（轉(zhuǎn)錄起始因子與RNA聚合酶結(jié)合）來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效率。92ppt課件.93ppt課件.（3）反應(yīng)元件一些信息分子的受體被細(xì)胞外信息分子激活后，能與特異的DNA序列結(jié)合，調(diào)控基因的表達(dá)。這種特異的DNA序列實(shí)際上也是順式元件，由于能介導(dǎo)基因?qū)?xì)胞外的某種信號產(chǎn)生反應(yīng)，被稱為反應(yīng)元件（responseelements）。反應(yīng)元件都具有較短的保守序列。這些元件通常位于啟動子附近和增強(qiáng)子內(nèi)。有不少是回文序列。94ppt課件.糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件：

5'-AGAACAXXXTGTTCT-3'3'-TCTTGTXXXACAAGA-5'

雌激素反應(yīng)元件：

5'-AGGTCAXXXTGACCT-3'3'-TCCAGTXXXACTGGA-5'

甲狀腺素反應(yīng)元件：

5'-AGGTCATGACCT-3'3'-TCCAGTACTGGA-5'95ppt課件.（4）增強(qiáng)子增強(qiáng)子（enhancer）是一段DNA序列，其中含有多個能被反式作用因子識別與結(jié)合的順式作用元件。反式作用因子與這些元件結(jié)合后能夠調(diào)控（通常為增強(qiáng)）鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游－100～－300bp處，但在基因之外或某些內(nèi)含子中也有增強(qiáng)子序列。96ppt課件.（5）加尾信號在結(jié)構(gòu)基因的最后一個外顯子中有一個保守的AATAAA序列，此位點(diǎn)下游有一段GT豐富區(qū)，或T豐富區(qū)；這兩部分序列共同構(gòu)成poly(A)加尾信號。97ppt課件.（二)基因家族(genefamily)

基因家族是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。

基因家族中個基因之間的關(guān)系：

98ppt課件.（1）家族中各基因的核苷酸序列完全一樣這些基因家族也被稱為單純多基因家族（如rRNA,tRNA基因家族）和復(fù)合多基因家族（如組蛋白基因家族）。（低等生物的5.8SrRNA基因,28SrRNA基因,18SrRNA基因）99ppt課件.（高等生物的5.8SrRNA基因,28SrRNA基因,18SrRNA基因）（1）家族中各基因的核苷酸序列完全一樣這些基因家族也被稱為單純多基因家族（如rRNA,tRNA基因家族）和復(fù)合多基因家族（如組蛋白基因家族）。100ppt課件.tRNA基因:

人類基因組約有1300個tRNA基因，編碼50多種tRNA。每一tRNA約有10個到幾百個基因拷貝。同種tRNA往往串聯(lián)在一起形成基因簇，但基因間有非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)分隔，常常比結(jié)構(gòu)基因長近10倍。101ppt課件.（2）家族中各基因的核苷酸序列高度同源。

α珠蛋白和β珠蛋白基因家族：………ζ…ψζ…ψα2…ψα1…α2…α1…θ………………ε……Gγ……Aγ……ψβ……δ……β………

這些基因家族的各個成員在DNA分子上的排列順序按照發(fā)育的不同階段的先后次序排列，因而稱為受發(fā)育控制的復(fù)合多基因家族。102ppt課件.人類生長激素基因家族：包括人生長激素（hGH）、人胎盤促乳素（hCS）和催乳素（prolactin）。它們之間同源性很高。hGH和hCS之間：蛋白質(zhì)氨基酸序列有85％的同源性，mRNA序列上有92％的同源性。103ppt課件.（3）家族中各基因編碼的蛋白質(zhì)具有高度的同源性，但基因的核苷酸序列可能不同。如src基因家族:src，abl，fes，fgr，fps，fym，kck，lck，lyn，ros，tkl，yesNH2COOH

蛋白激酶同源結(jié)構(gòu)域（250個氨基酸殘基）此家族中各基因的DNA序列沒有明顯的同源性。

104ppt課件.（4）家族中各基因編碼的蛋白質(zhì)中具有很小的保守基序（conservedmotif）。如DEADbox基因家族。DEADbox：Asp-Glu-Ala-Asp此家族中各基因的DNA序列沒有明顯的同源性，但所有的表達(dá)產(chǎn)物都有解旋酶的功能，都具有同樣的保守基序（DEAD盒），DEAD是酶活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。105ppt課件.（5）基因超家族基因超家族（genesuperfamily）是指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。它們的結(jié)構(gòu)有程度不等的同源性，因此它們可能都起源于相同的祖先基因，但是它們的功能并不一定相同，這一點(diǎn)正是與多基因家族的差別所在。這些基因在進(jìn)化上也有親緣關(guān)系，但親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，故將其稱為基因超家族。106ppt課件.免疫球蛋白超基因家族：表達(dá)產(chǎn)物都具有免疫球蛋白樣的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)。β2微球蛋白、MHCⅠ類抗原的α鏈、Ⅱ類抗原的α鏈和β鏈，Thy1,CD4,CD8等與免疫有關(guān)的分子，以后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多免疫系統(tǒng)內(nèi)和與免疫無關(guān)的家族成員。107ppt課件.

絲氨酸蛋白酶基因超家族：絲氨酸蛋白酶家族的基因產(chǎn)物都有一個特殊的功能區(qū)，具有酶的功能。功能區(qū)中絲氨酸是活性中心的關(guān)鍵氨基酸殘基?，F(xiàn)有很多新成員加進(jìn)去，如載脂蛋白（apolipoprotein），它們只是轉(zhuǎn)移膽固醇蛋白顆粒中的成分而不具備任何水解蛋白質(zhì)的酶功能。108ppt課件.（三）假基因假基因（pseudogenes）是多基因家族中的成員，因堿基順序發(fā)生某些突變而失去功能，不能表達(dá)或表達(dá)異常的無生物活性的多肽，這些DNA順序在相應(yīng)基因名稱之前加ψ表示。α-likeglobingenefamily:……ζ…ψζ…ψα2…ψα1…α2…α1…θ………109ppt課件.

假基因DNA中的突變可以影響基因表達(dá)的任何一個環(huán)節(jié)：轉(zhuǎn)錄起始信號消失（順式元件缺失或突變）mRNA不能正常剪接（剪接位點(diǎn)缺失或突變）翻譯提前終止（突變產(chǎn)生終止密碼子）110ppt課件.α-likeglobingenefamily:……ζ…ψζ…ψα2…ψα1…α2…α1…θ………ψζ與ζ序列一樣，只有3個點(diǎn)突變。其中密碼子6的GAG→TAG發(fā)生無義突變。假基因普遍存在于真核生物中，在哺乳動物基因組中，約1/4基因?yàn)榧倩颉?11ppt課件.（四）非編碼序列非編碼序列在基因組>95％。編碼序列小于DNA總量的5％。真核生物基因組非常大，即使只有5％的編碼序列，其基因數(shù)量也可達(dá)到原核生物基因組的基因數(shù)量的幾十倍。112ppt課件.（五)真核生物基因組中的轉(zhuǎn)座子在真核基因組中，編碼序列在染色體中的位置相對比較穩(wěn)定，但一些中度重復(fù)序列往往是可移動的。有些可移動成分的結(jié)構(gòu)與原核基因組的轉(zhuǎn)位因子相似，是通過DNA介導(dǎo)的。而另外一些中度重復(fù)序列的轉(zhuǎn)移成分則與一般細(xì)菌中的轉(zhuǎn)移成分不同，要先轉(zhuǎn)錄成RNA，再逆轉(zhuǎn)錄生成cDNA，然后重新整合到基因組中，這種逆轉(zhuǎn)錄旁路的轉(zhuǎn)移成分稱為逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retroposon）。113ppt課件.（六）重復(fù)序列重復(fù)序列中，除了編碼rRNA、tRNA、組蛋白及免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)基因外，大部分是非編碼序列。它們的功能主要與基因組的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、組織形式、以及基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些重復(fù)序列的特征與遺傳病有密切聯(lián)系，因此可以通過測定某些特定重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)而協(xié)助遺傳病的診斷。114ppt課件.根據(jù)出現(xiàn)頻率的不同可將DNA序列分為三類：1．高度重復(fù)序列在基因組中的重復(fù)次數(shù)＞1052．中度重復(fù)序列在基因組中的重復(fù)次數(shù)為101～1053．單拷貝序列在整個基因組中僅出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次115ppt課件.（七）端粒

以線性染色體形式存在的真核基因組DNA的末端都有一種特殊的結(jié)構(gòu)，稱為端粒（telomere）。該結(jié)構(gòu)是一段DNA序列和蛋白質(zhì)形成的一種復(fù)合體，僅在真核細(xì)胞染色體末端存在。端粒的DNA序列相當(dāng)保守，其DNA一般由多個串聯(lián)在一起的短寡核苷酸（5～8bp）序列構(gòu)成。116ppt課件.G-rich鏈由端粒酶合成，C-rich鏈通過正常DNA合成過程中隨從鏈的合成方式進(jìn)行合成（需RNA引物）。117ppt課件.

堿基對成分因種屬而異，重復(fù)次數(shù)在不同生物中變化較大，如小鼠的端粒DNA達(dá)150kb，人類的端粒DNA約5～15kb。端粒功能主要有保護(hù)線性DNA的完整復(fù)制、保護(hù)染色體末端及決定細(xì)胞的壽命等。118ppt課件.二、人類基因組中重復(fù)順序1、反向重復(fù)順序5'……GGAAGGTGCGAA…………TTCGCACCTTCC………3'3'……CCTTCCACGCTT…………AAGCGTGGAAGG………5'5'……GGAAGGTGCGAA…………AAGCGTGGAAGG………3'3'……CCTTCCACGCTT…………TTCGCACCTTCC………5'

5'……AAGCTT………3'

3'……TTCGAA………5'回文序列119ppt課件.2、串聯(lián)重復(fù)順序（1）編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序如5SrRNA基因，組蛋白基因等

（2）非編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序非編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序通常存在于間隔DNA和內(nèi)含子內(nèi)大衛(wèi)星DNA，小衛(wèi)星DNA，微衛(wèi)星DNA120ppt課件.1）大衛(wèi)星DNA

總長度：100kb到幾個Mb根據(jù)浮力密度分為：

Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ型及α、β衛(wèi)星DNA重復(fù)單位:ⅡandⅢ,5bp，

Ⅰ（AT-rich）,25～48bp，

α,171bp，

β,about68bp121ppt課件.

衛(wèi)星DNA存在于異染色質(zhì)區(qū)域，這些區(qū)域纏繞緊密、無活性。異染色質(zhì)主要存在于著絲粒，在有絲分裂和減數(shù)分裂中形成著絲點(diǎn)、控制染色體的運(yùn)動。

122ppt課件.2）小衛(wèi)星DNA

①variablenumbertandemrepeat,VNTR

總長度：0.1～20kb,

重復(fù)單位：9～70bp

②端粒DNA

（TTAGGG）n

總長度：2～20kb123ppt課件.3）微衛(wèi)星DNA

重復(fù)單位：1～5bp，重復(fù)數(shù)目：10～60，總長度：<150bp……(AC)n…………(TG)n…………(AGC)n……124ppt課件.3、散在重復(fù)順序

（1）SINEs（shortinterspersednuclearelements）

Alu家族：（逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子）

在基因組中的重復(fù)數(shù)：3～5×105Alu順序之間的間隔：3～5kb125ppt課件.（2）LINEs

（longinterspersednuclearelements）

染色體的G或Q帶

基因組DNA經(jīng)KpnI消化后KpnI家族：6～7kb瓊脂糖凝膠電泳，可見1.2、1.5、1.8、1.9kb四