高中生物競(jìng)賽輔導(dǎo)課件復(fù)制基因表達(dá)基因和人類基因組計(jì)劃

高中生物競(jìng)賽輔導(dǎo)課件復(fù)制基因表達(dá)基因和人類基因組計(jì)劃第一節(jié)DNA的復(fù)制一、DNA復(fù)制的機(jī)制(一).DNA半保留復(fù)制1.DNA半保留復(fù)制的概念當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，DNA的雙鏈拆開并分為兩股單鏈，各自作為模板，用以合成新的互補(bǔ)鏈。在兩個(gè)子細(xì)胞中新合成的DNA雙鏈，都和母細(xì)胞的DNA雙鏈的堿基序列完成一樣，其中一條鏈來(lái)自親代，另一條鏈為新合成的。遺傳信息就這樣高度準(zhǔn)確地從親代傳給子代。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制新合成親代子代第2頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：1958年

Meselson&Stahl

E.coli

放射性同位素（15N）標(biāo)記

CsCl密度梯度離心StahlMeselson第3頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.半保留復(fù)制的證明2.半保留復(fù)制的時(shí)期N15N14N15-14原N15

N14123第4頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天(二).DNA半不連續(xù)復(fù)制3’5’3’5’解鏈方向5’3’子代DNA中的一條鏈的合成是連續(xù)的，另一條鏈的合成是不連續(xù)的，DNA的這種復(fù)制方式稱為半不連續(xù)復(fù)制。1968年，岡崎的著名實(shí)驗(yàn)觀察到DNA復(fù)制過(guò)程中，有一些不連續(xù)片段，稱為岡崎片段。原核生物中岡崎片段約含1000—2000個(gè)核苷酸，真核生物約為400個(gè)核苷酸，新DNA的一條鏈?zhǔn)前?，—3，方向（與復(fù)制叉移動(dòng)的方向一致）連續(xù)合成，稱為“前導(dǎo)鏈”；另一條鏈的合成是不連續(xù)的，即先按5，—3，方向（與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相反）合成岡崎片段，再連接成一條完整的鏈，稱為滯后鏈。第5頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天二.DNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)(一).DNA聚合酶(DDDP)1.DNA聚合酶的性質(zhì):模板:ssDNA引物:RNA底物：四種dNTP輔助因子：Mg2＋合成方向：5’-3’方向延伸第6頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.原核生物DNA聚合酶功能及性質(zhì)種類

DNAPolⅠ

DNAPolⅡ

DNAPolⅢ分子量組成分子數(shù)/Cell聚合速度bp/min5’-3’聚合作用5’-3’外切活性3’-5’外切活性DNA合成中作用109一條肽鏈400667-1000有切引物效正修復(fù)120一條肽鏈17-10040有無(wú)效正修復(fù)440十條肽鏈10-2050，000有切引物效正聚合第7頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.真核生物DNA聚合酶

αβγδε亞基數(shù)44425分子量（KD)＞25036-38160-300170256細(xì)胞內(nèi)定位核核線粒體核核5′→3′聚合活性＋＋＋＋＋3′→5′外切活性－－－－－

功能復(fù)制、引發(fā)修復(fù)復(fù)制復(fù)制復(fù)制第8頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天(二).DNA連接酶動(dòng)物細(xì)胞和某些噬菌體連接酶--T4連接酶（以ATP為能量）大腸桿菌DNA連接酶（以NAD+為能量）3.作用方式該酶可將DNA中單鏈缺口上相鄰的兩個(gè)核苷酸，以磷酸二酯鍵連接起來(lái)。需要能量需要鎂離子1.DNA連接酶的種類2.DNA連接酶的特性5’5’3’3’HOP5’5’3’3’ATPNADAMP+PPiNAD+AMPLigase第9頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天(三).解螺旋酶(四).拓?fù)洚悩?gòu)酶拓樸異構(gòu)酶Ⅰ(TopoⅠ)：其作用是使雙鏈DNA中的一股切斷，使鏈的末端沿著螺旋軸按雙螺旋反方向旋轉(zhuǎn)，超螺旋消除后再將切口封閉。DNA變?yōu)樗沙趹B(tài)。催化反應(yīng)不需ATP。拓樸異構(gòu)酶Ⅱ(TopoⅡ)：又稱DNA旋轉(zhuǎn)酶。作用方式：（1）是在水解ATP的同時(shí)能迅速使DAN雙鏈斷開又接上，而使松弛態(tài)的DNA轉(zhuǎn)變?yōu)槌菪隣顟B(tài)，引入負(fù)超螺旋。（2）在沒有ATP時(shí)，它又可使負(fù)超螺旋DNA變?yōu)樗沙趹B(tài)。解鏈酶（或稱解螺旋酶）:此酶通過(guò)水解ATP以獲得能量去松開雙股DNA，每解開一對(duì)核苷酸需水解2分子ATP。復(fù)制時(shí)大部他DNA解鏈酶可以沿著滯后鏈模板的5，—3，方向隨著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)，以解開雙鏈。第10頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天(五).單鏈結(jié)合蛋白(六).引物酶與RNA引物（primase與primer）單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）它與單鏈DNA結(jié)合。防止兩條單鏈DNA重新形成雙螺旋。保護(hù)單鏈DNA不被核酸酶水解。

RNA引物和引物酶:多數(shù)情況下是以RNA片段為引物，由引物酶催化合成。引物酶是一種不同于催化轉(zhuǎn)錄過(guò)程的RNA聚合酶。引物酶通常需要和幾種蛋白質(zhì)因子結(jié)合形成引發(fā)體才能發(fā)揮作用。例如大腸桿菌的dna蛋白能協(xié)助引物酶識(shí)別起始位點(diǎn)，并與起始部位結(jié)合。

RNA引物的長(zhǎng)度是不同的，在動(dòng)物細(xì)胞中引物長(zhǎng)度約10個(gè)核苷酸，第一個(gè)核苷酸常用ATP。細(xì)菌的引物為50—100個(gè)核苷酸，但也有僅2—4個(gè)核苷酸的。真核生物引物為10個(gè)核苷酸左右。第11頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、DNA的復(fù)制過(guò)程1.合成的起始階段2.合成的延伸階段3.合成的終止階段辨識(shí)起始點(diǎn)RNA引物的合成高級(jí)結(jié)構(gòu)的解除Topo酶解螺旋解螺旋酶解雙螺旋SSB結(jié)合單鏈DNA復(fù)制叉的移動(dòng)DNAPol延模板滑動(dòng)催化3’5’-P二酯鍵形成RNA引物的切除RNA引物的切除后填補(bǔ)缺口連接第12頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天第13頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.4DNA聚合酶的引物(primer)DNA復(fù)制為什么需要引物？DNA聚合酶只能催化dNTP到已有核酸鏈的游離3’-OH上，而不能從游離核苷酸起始DNA鏈的合成。DNA聚合酶需要引物來(lái)提供3’-OH末端，然后在其上加入核苷酸來(lái)延伸DNA鏈。第14頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

復(fù)制叉（Replicationfork）：染色體中參與復(fù)制的活性區(qū)域，即復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn)。

復(fù)制眼（replicationeye）：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的DNA，復(fù)制的區(qū)域形如一只眼睛。第15頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天2DNA連接酶（DNALigase）1967年，世界上數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)該酶。

2.1基本性質(zhì)：能將兩段DNA拼接起來(lái)的酶，催化DNA相鄰的5‘磷酸基團(tuán)和3’羥基末斷之間形成磷酸二酯鍵，封閉DNA單鏈缺口。第16頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因表達(dá)調(diào)控第17頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因表達(dá)：基因通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯，產(chǎn)生蛋白質(zhì)產(chǎn)物和直接轉(zhuǎn)錄RNA參與生物功能的過(guò)程?；蛘{(diào)控：涉及基因的啟動(dòng)關(guān)閉，活性的增加或減弱。發(fā)生在轉(zhuǎn)錄階段，轉(zhuǎn)錄后加工階段和翻譯階段。負(fù)調(diào)控：阻遏蛋白結(jié)合在受控基因上時(shí)不表達(dá)，不結(jié)合時(shí)就表達(dá)的形式。正調(diào)控：基因表達(dá)的活化物結(jié)合在受控基因上時(shí)，激活基因表達(dá)，不結(jié)合時(shí)就不表達(dá)的形式。有關(guān)名詞解釋：第18頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控大腸桿菌一般是將葡萄糖作為碳源，當(dāng)其生活的環(huán)境中有乳糖而沒有葡萄糖時(shí)，大腸桿菌產(chǎn)生的適應(yīng)性變化是迅速合成大量的分解乳糖的酶----半乳糖苷酶，將乳糖分解成葡萄糖和半乳糖加以利用。

當(dāng)大腸桿菌生活的環(huán)境中沒有乳糖后，半乳糖苷酶的合成就停止。說(shuō)明半乳糖苷酶的合成與周圍環(huán)境中有無(wú)乳糖有密切關(guān)系。乳糖似乎對(duì)半乳糖苷酶基因的表達(dá)起到誘導(dǎo)作用。半乳糖苷酶的合成受半乳糖苷酶基因控制。(一)大腸桿菌的乳糖操縱子模型第19頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）結(jié)構(gòu)基因：編碼蛋白質(zhì)或RNA的基因直接編碼乳糖分解代謝所需酶類的基因。

lacZ基因：編碼β-半乳糖苷酶。

lacY基因、lacA基因：分別編碼β-半乳糖苷透性酶和β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控P啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R1.與乳糖代謝有關(guān)的核苷酸序列及其作用第20頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天P啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R2）操縱基因(O)：是DNA上僅為26bp的一小段序列，不編碼蛋白質(zhì)，它是調(diào)節(jié)基因所編碼的阻遏蛋白的結(jié)合部位。操縱基因決定了RNA聚合酶是否能夠與DNA序列上的啟動(dòng)子接觸從而沿著DNA分子移動(dòng)，啟動(dòng)RNA的轉(zhuǎn)錄。對(duì)結(jié)構(gòu)基因起著“開關(guān)”的作用，直接控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.與乳糖代謝有關(guān)的核苷酸序列及其作用第21頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天P啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R3）啟動(dòng)子(P)：有與RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)，可識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)。RNA聚合酶在這一位點(diǎn)與DNA接觸，并開始進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。RNA聚合酶一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.與乳糖代謝有關(guān)的核苷酸序列及其作用第22頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天P啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R4）調(diào)節(jié)基因(R)：能產(chǎn)生阻抑物(阻遏蛋白)，通過(guò)阻抑物與操縱基因的結(jié)合與否來(lái)控制操縱基因的關(guān)閉和開啟。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.與乳糖代謝有關(guān)的核苷酸序列及其作用第23頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)環(huán)境中沒有乳糖時(shí)：信使RNA轉(zhuǎn)錄P啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R阻遏物(阻遏蛋白)翻譯阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，同時(shí)阻擋了RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯受阻，不能合成有關(guān)的酶。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第24頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)環(huán)境中有乳糖時(shí)：P啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R+阻遏物(阻遏蛋白)乳糖RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄翻譯乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，引起其構(gòu)象變化，使阻抑物失去與操縱基因結(jié)合的能力，RNA聚合酶便可與啟動(dòng)子結(jié)合，從而使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯正常進(jìn)行。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第25頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)環(huán)境中有乳糖時(shí)：P啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R半乳糖苷酶酶酶轉(zhuǎn)錄翻譯+阻遏物(阻遏蛋白)乳糖RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄翻譯分解乳糖一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第26頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

一個(gè)操縱基因控制下的一組相鄰的結(jié)構(gòu)基因以及啟動(dòng)子和調(diào)節(jié)基因，統(tǒng)稱為操縱子。P啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R操縱子

操縱子是原核生物的基因在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行調(diào)控的一個(gè)功能單位。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第27頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天從大腸桿菌乳糖調(diào)控過(guò)程可以看出

大腸桿菌細(xì)胞只有在環(huán)境中有乳糖存在時(shí)，才能產(chǎn)生相關(guān)的酶。所以，其乳糖代謝調(diào)控過(guò)程是一個(gè)自我調(diào)控過(guò)程。在這一過(guò)程的作用下，生物體才不會(huì)浪費(fèi)細(xì)胞中的物質(zhì)和能量，并能不斷適應(yīng)變化的外界環(huán)境。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第28頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天(二)色氨酸操縱子

1.阻遏物對(duì)色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控

調(diào)控基因結(jié)構(gòu)基因

催化分支酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼?/p>

的酶trpRtrp一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第29頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

真核生物是由多細(xì)胞組成的，多細(xì)胞生物的細(xì)胞分化，是選擇性基因表達(dá)的結(jié)果。不同的細(xì)胞有特異的基因表達(dá)方式?；虻谋磉_(dá)受到開啟或關(guān)閉的調(diào)控，隨細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境條件的改變和時(shí)間程序而在不同的表達(dá)水平上進(jìn)行著精確而有序的調(diào)節(jié)。

在真核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)其特點(diǎn)是（1）多層次，（2）無(wú)操縱子和衰減子(在色氨酸操縱子中存在一種轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的衰減作用，用以終止和減弱轉(zhuǎn)錄。這種調(diào)節(jié)作用稱為衰減子)（3）個(gè)體發(fā)育復(fù)雜，（4）受環(huán)境影響較小第30頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

在真核生物中，DNA的三級(jí)超螺旋結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)結(jié)合，構(gòu)成染色質(zhì)的基本單位---核小體。其核心由組蛋白八聚體(由H2A、H2B、H3、H4各兩分子組成)和盤繞其上的一段DNA雙鏈組成，連接區(qū)含有組蛋白H1和一小段DNA雙鏈。核小體彼此連成串珠狀染色質(zhì)細(xì)絲，經(jīng)高度螺旋化形成染色質(zhì)纖維，進(jìn)一步卷曲、折疊成染色單體。這樣，DNA的長(zhǎng)度被壓縮近萬(wàn)倍。核小體可能通過(guò)阻止轉(zhuǎn)錄酶接近DNA分子的方式起到了調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.DNA的包裝影響基因的表達(dá)第31頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

多線染色體來(lái)源于核內(nèi)有絲分裂，即核內(nèi)DNA多次復(fù)制產(chǎn)生子染色體并行排列，且體細(xì)胞內(nèi)同源染色體配對(duì)，緊密地結(jié)合在一起，從而阻止了染色質(zhì)纖維的進(jìn)一步聚縮，形成體積很大的多線染色體。

光鏡下觀察多線染色體，可見一系列交替分布的帶和間帶，帶區(qū)的染色質(zhì)包裝程度比間帶染色質(zhì)包裝程度高得多，所以呈帶色較深間帶較淺的染色。多線染色體上的數(shù)目、形態(tài)、大小及分布位置都很穩(wěn)定。

果蠅幼蟲唾液腺多線染色體

二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.DNA的包裝影響基因的表達(dá)第32頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

個(gè)體發(fā)育的某個(gè)階段，多線染色體的某些區(qū)段變得疏松膨大而形成脹泡。最大的脹泡叫Balbiani環(huán)。脹泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志?？刂乒壎嗑€染色體基因轉(zhuǎn)錄的主要因素之一就是蛻皮激素，這種激素水平在幼蟲發(fā)育期間周期性變化，從而誘導(dǎo)那些編碼每次蛻皮和蛹化所需的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄。

多線染色體的帶與脹泡,(a)帶與間帶;(b)脹泡

二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.DNA的包裝影響基因的表達(dá)第33頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活在染色質(zhì)中可分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)，它們?cè)诩?xì)胞中凝聚的時(shí)期不同。異染色質(zhì)是包裝成20-30nm，不具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。它又分為組成性異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)。前者是指在各種細(xì)胞中，在整個(gè)細(xì)胞周期內(nèi)都處于凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)，如著絲粒，端粒等。后者指在某些特定的細(xì)胞中，或在一定的發(fā)育時(shí)期和生理?xiàng)l件下凝聚，由常染色質(zhì)變成異染色質(zhì)，這本身也是真核生物的一種表達(dá)調(diào)控的途經(jīng)。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第34頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

在正常女性的細(xì)胞核核膜附近有一團(tuán)高度凝聚的染色質(zhì)小體與性別及X染色體的數(shù)目有關(guān)，稱為性染色質(zhì)體又名巴氏小體，在正常男性的細(xì)胞核中都沒有。正常的女性個(gè)體中有XX染色體，而它們的體細(xì)胞中有一個(gè)巴氏小體。在正常男性個(gè)體中有XY染色體，沒有巴氏小體。在帶有多條X染色體的個(gè)體，只有一條X染色體是有活性的。巴氏小體的數(shù)目為X染色體的條數(shù)減1。圖18-25巴氏小體(a)正常女人的細(xì)胞，在核膜附近存在巴氏小體(箭頭所指)；(b)正常男人的細(xì)胞，在核膜附近無(wú)巴氏小體(轉(zhuǎn)引自Russell,1992)二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活第35頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天1961年提出了萊昂假說(shuō)，其主要論點(diǎn)是：①巴爾小體是一個(gè)失活的X染色體，失活的過(guò)程就稱為萊昂化；②在哺乳動(dòng)物中，雌雄個(gè)體細(xì)胞中的兩個(gè)X染色體中有一個(gè)X染色體在受精后的第16天（受精卵增殖到5000-6000，植入子宮壁時(shí)）失活；③兩條X染色體中哪一條失活是隨機(jī)的；④X染色體失活后，在細(xì)胞繼續(xù)分裂形成的克隆中，此條染色體都是失活的；⑤生殖細(xì)胞形成時(shí)失活的X染色體可得到恢復(fù)。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活第36頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

實(shí)例：三色貓（又叫做玳瑁貓）的雌性個(gè)體腹部的毛是白色的，背部和頭部的皮毛由桔黃色和黑色斑組成。這種雌貓是一個(gè)X-連鎖基因雜合體，X-連鎖的b基因控制橙色毛皮，其等位基因B是控制黑色的毛皮?；蚴荴b染色體若失活，XB表達(dá)，產(chǎn)生黑色毛斑，若基因是XB染色體失活，Xb表達(dá)，則產(chǎn)生橙黃色毛斑。

三色貓

二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活第37頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物基因表達(dá)調(diào)控過(guò)程與原核生物的共同點(diǎn)：在真核生物結(jié)構(gòu)基因的側(cè)翼序列上，同樣存在許多不同的調(diào)控序列，并能通過(guò)特異性蛋白與某些調(diào)控序列的結(jié)合與否，來(lái)調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)：原核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是連續(xù)的，真核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是間隔的，不連續(xù)的。3.真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)第38頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天什么叫側(cè)翼序列？

每個(gè)基因在第一個(gè)和最后一個(gè)外顯子的外側(cè)各有一段非編碼區(qū)，稱為側(cè)翼序列。側(cè)翼序列上有一系列的調(diào)控序列。編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)側(cè)翼序列二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第39頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物基因表達(dá)調(diào)控過(guò)程與原核生物的不同之處：①真核生物中編碼蛋白質(zhì)的基因通常是間斷的、不連續(xù)的，由于轉(zhuǎn)錄時(shí)內(nèi)含子和外顯子是一起轉(zhuǎn)錄的，因而轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的信使RNA必須經(jīng)加工，將內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分剪切掉，將外顯子轉(zhuǎn)錄部分拼接起來(lái)，才能成為成熟的RNA。

二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第40頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天信使RNA的加工：編碼區(qū)下游編碼區(qū)上游成熟的信使RNA轉(zhuǎn)錄加工初級(jí)轉(zhuǎn)錄物剪切內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分拼接外顯子轉(zhuǎn)錄部分

真核生物基因轉(zhuǎn)錄后的剪切、拼接和轉(zhuǎn)移等過(guò)程，都需要有調(diào)控序列的調(diào)控，這是真核生物所特有的。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第41頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

真核生物基因表達(dá)調(diào)控過(guò)程與原核生物的不同之處：②真核生物有細(xì)胞核，核膜將核質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)隔開，因此，轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核中進(jìn)行，翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行?？梢娖滢D(zhuǎn)錄和翻譯具有時(shí)間和空間上的分隔。③真核生物大多是多細(xì)胞生物，個(gè)體發(fā)育過(guò)程中要發(fā)生細(xì)胞分化。分化是不同的基因特異性表達(dá)的結(jié)果。細(xì)胞中關(guān)閉或開啟某些基因，都是在嚴(yán)格調(diào)控作用下進(jìn)行的?；虻倪@種特異性表達(dá)的調(diào)控機(jī)制也是真核生物所特有的。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第42頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因是一段有功能的DNA序列

DNA雙螺旋模型1953年Watson和Crick提出遺傳中心法則1957年Crick提出順反互補(bǔ)試驗(yàn)1955年Benzer提出：順反子三聯(lián)遺傳密碼的破譯Nirenberg等1961-67年：

70年代：可移動(dòng)基因的證實(shí)、隔裂基因和重疊基因的發(fā)現(xiàn)等。7近代基因的概念：基因是一段有功能的DNA序列，基因是遺傳的功能單位，DNA分子中不同排列順序的DNA片段構(gòu)成特定的功能單位；第43頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天★

可轉(zhuǎn)錄、可翻譯的（結(jié)構(gòu)基因：能夠編碼多肽鏈的基因)★可轉(zhuǎn)錄但不翻譯(tDNA,rDNA)★不轉(zhuǎn)錄、不翻譯(調(diào)控基因：調(diào)控鄰近的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，如：?jiǎn)?dòng)基因，操縱基因)

基因的類型不是所有的基因都能為蛋白質(zhì)編碼第44頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、割裂基因（splittinggene）不連續(xù)基因斷裂基因發(fā)現(xiàn)：1977[美]Sharp&Roberts同時(shí)發(fā)現(xiàn)了斷裂基因

通過(guò)成熟mRNA（或cDNA）與編碼基因的DNA雜交試驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)。RichardJ.RobertsPhillipA.SharpNobelPrize1993第45頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天雞卵清蛋白基因DNA與其mRNA雜交圖割裂基因：基因的編碼序列在DNA上不是連續(xù)的，而是被不編碼的序列隔開。外顯子Exon

：基因中編碼的序列，與mRNA的序列相對(duì)應(yīng)。內(nèi)含子Intron

：基因中不編碼的序列。第46頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天PrecursormRNA(pre-mRNA)HeterogeneousnuclearRNA(HnRNA)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄物又稱為所以－－真核生物基因又稱為SplittinggeneInterruptedgene間隔基因，斷裂基因前體mRNA,核內(nèi)不均一RNA由于真核生物的絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因都含有內(nèi)含子第47頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

剪接:前體RNA中由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄下來(lái)的序列去除，并把由外顯子轉(zhuǎn)錄的RNA序列連接起來(lái)的過(guò)程。割裂基因前體mRNAIntrons去除Exons連接剪接第48頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天割裂基因的分布a)真核生物中：絕大部分結(jié)構(gòu)基因tDNA,rDNAmtDNA,cpDNAb)原核生物中：SV40大T抗原gene小t抗原geneT4噬菌體的胸苷合成酶gene1017bpintronSplittinggene并非真核生物所特有第49頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天c)

并非真核生物所有的結(jié)構(gòu)基因均為splittinggene

不是splittinggene組蛋白基因家族干擾素酵母中多數(shù)基因第50頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天割裂基因的性質(zhì)：1）外顯子在基因中的排列順序和它在成熟mRNA產(chǎn)物中的排列順序是相同的;2）某種割裂基因在所有組織中都有相同的內(nèi)含子成分;3）核基因的內(nèi)含子的可讀框通常含無(wú)義密碼子，沒有編碼功能;4）通常內(nèi)含子上發(fā)生的突變不能影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其突變對(duì)生物體沒有影響；但也有例外。第51頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、重疊基因1重疊基因的概念重疊基因：是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因共有一段DNA序列。2重疊基因的發(fā)現(xiàn)：1978年，Sanger，F(xiàn)eir

X174DNA全長(zhǎng)：5386核苷酸編碼的9種蛋白全長(zhǎng)：2000個(gè)氨基酸；

3X2000=6000核苷酸第52頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天噬菌體G4、MS2和SV40中都發(fā)現(xiàn)了重疊基因原核生物的重疊基因第53頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天3基因重疊的方式

1）大基因內(nèi)包含小基因：如：B基因包含在A基因內(nèi)，E基因完全包含在D基因內(nèi)。

2）前后兩基因首尾重疊：

例1：如：基因D終止

X174DNA序列：5’—T—A—A—T—G—3’重疊一個(gè)堿基基因J起始例2：如：基因A終止

X174DNA序列5’—A—T—G—A—3’重疊4個(gè)堿基基因C起始第54頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天根據(jù)密碼子的起始位置，一個(gè)DNA順序可能有3種閱讀框例如，序列ATTCGATCGCAACAAAATTCGATCGATTCGATCGCAAATTCGATCGCA（1）（3）（2）但只有一種具有編碼的作用，稱為開放閱讀框。開放閱讀框：基因序列的一部分，包含一段可以編碼蛋白的堿基序列，不能被終止子打斷。

第55頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2013·高考山東卷)某二倍體植物寬葉(M)對(duì)窄葉(m)為顯性，高莖(H)對(duì)矮莖(h)為顯性，紅花(R)對(duì)白花(r)為顯性?；騇、m與基因R、r在2號(hào)染色體上，基因H、h在4號(hào)染色體上。(1)基因M、R編碼各自蛋白質(zhì)前3個(gè)氨基酸的DNA序列如右圖，起始密碼子均為AUG。若基因M的b鏈中箭頭所指堿基C突變?yōu)锳，其對(duì)應(yīng)的密碼子將由________變?yōu)開_______。正常情況下，基因R在細(xì)胞中最多有________個(gè)，其轉(zhuǎn)錄時(shí)的模板位于________(填“a”或“b”)鏈中。GUCUUC4a第56頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

果蠅蛹上皮蛋白質(zhì)基因位于另一個(gè)基因的內(nèi)含子之中人I型神經(jīng)纖維瘤(NF1)基因的第一個(gè)內(nèi)含子中有三個(gè)編碼蛋白質(zhì)的基因，其轉(zhuǎn)錄方向與NF1的相反。線蟲基因組中每個(gè)基因平均有5個(gè)內(nèi)含子，有的內(nèi)含子中包含tRNA基因，其轉(zhuǎn)錄方向不一定與包含它的基因的轉(zhuǎn)錄方向一致。可見，兩個(gè)重疊基因的轉(zhuǎn)錄是各自獨(dú)立、互不依賴。4、真核生物的重疊基因第57頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物的重疊基因第58頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）取決于它所包含的內(nèi)含子的長(zhǎng)度例如：31Kb的二氫葉酸還原酶基因含6個(gè)外顯子，mRNA長(zhǎng)度為2Kb，內(nèi)含子長(zhǎng)29Kb，內(nèi)含子比外顯子大很多。在進(jìn)化相關(guān)的相似組織的基因，其外顯子基本一致，內(nèi)含子的位置也是保守的，只是長(zhǎng)度有變化。如小鼠的a-珠蛋白基因長(zhǎng)度850bp，b-珠蛋白1382bp，兩個(gè)的mRNA卻大小差不多?；虻拇笮〉?9頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）取決于所包含的內(nèi)含子的數(shù)目不同生物的外顯子數(shù)目隨著進(jìn)化增加，基因平均長(zhǎng)度也在增加。第60頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因組（genome）：指一個(gè)物種單倍體的染色體所攜帶的一整套基因。

2基因組：

例：人類與E.coli編碼基因數(shù)目的比較

E.coli.4.2X106bp編碼約3000種基因人類3.3X109bp大腸桿菌的700多倍

有上百萬(wàn)個(gè)基因？？？

根據(jù)不同細(xì)胞中的mRNA數(shù)目估算表達(dá)基因

人類編碼基因約為3-4萬(wàn)個(gè)第61頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

約為大腸桿菌的30倍，那么90％以上的DNA功能何在？？果蠅基因組的基因

與預(yù)期的編碼蛋白質(zhì)的基因的數(shù)量相比，基因組的DNA含量過(guò)多第62頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物與原核生物基因組的比較：

1）真核生物基因分布在多個(gè)染色體上，而原核生物只一個(gè)染色體。2）真核生物在基因組轉(zhuǎn)錄后的絕大部分前體RNA必須經(jīng)過(guò)剪接過(guò)程才能形成成熟的mRNA，而原核生物的基因幾乎不需要轉(zhuǎn)錄后加工。3）真核生物細(xì)胞中DNA與組蛋白和大量非組蛋白結(jié)合，并有核膜將其與細(xì)胞質(zhì)隔離，結(jié)果真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間上和空間上都是分離的，而原核細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯是同步的。4）真核生物的基因是不連續(xù)的，中間存在不被翻譯的內(nèi)含子序列，而原核生物幾乎每一個(gè)基因都是完整的連續(xù)的DNA片段。第63頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天3基因組大小和C值C值(CValue)：在每一種生物中其單倍體基因組的DNA總量是特異的。DNA的長(zhǎng)度是根據(jù)堿基對(duì)的多少推算出來(lái)的。C值是每種生物的一個(gè)特征，不同生物之間差別很大第64頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

低等真核生物中與形態(tài)學(xué)復(fù)雜程度相關(guān)，但高等真核生物中變化很大第65頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天生物體進(jìn)化程度高低與C值不成明顯線性相關(guān)親緣關(guān)系相近的生物C值相差較大。高等生物的C值不一定就意味著它的C值高于比它低等的生物。C值矛盾/C值悖論：C值和生物結(jié)構(gòu)或組成的復(fù)雜性不一致的現(xiàn)象。C值變化范圍寬意味著在某些生物中有DNA是不編碼的。第66頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天某些生物的基因組數(shù)據(jù)

物種基因組大小基因數(shù)目基因長(zhǎng)度

ΦX1740.7kb10λ噬菌體45Kb100大腸桿菌4.2Mb42001.2kb釀酒酵母13.5Mb63001.4kb果蠅14Mb1200011.3kb人3.3Gb3500016.3kb擬南芥70Gb250004基因組的基因數(shù)目第67頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物基因組的重復(fù)序列根據(jù)復(fù)性動(dòng)力學(xué)研究將真核生物DNA序列歸類：?jiǎn)慰截愋蛄休p度重復(fù)序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列第68頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）單拷貝序列(singlecopysequences)

又稱非重復(fù)序列：一個(gè)基因組中只有一個(gè)拷貝。慢復(fù)性速度單一序列的復(fù)性曲線常只有一個(gè)拐點(diǎn)，而重復(fù)序列常有多個(gè)拐點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)基因

(蛋白質(zhì)基因)大多是單拷貝序列。第69頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）輕度重復(fù)序列(lightrepetitivesequences)在基因組中重復(fù)數(shù)2-10的重復(fù)順序，為慢復(fù)性速度。少數(shù)在基因組中成串排列在一個(gè)區(qū)域，大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列。多為編碼功能的序列第70頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）中度重復(fù)序列(moderaterepetitivesequences)基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬(wàn)（<105）次的重復(fù)順序，復(fù)性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復(fù)順序。多與單拷貝基因間隔排列。多為非編碼序列，如Alu序列也有編碼基因產(chǎn)物的，如rDNA、tDNA、組蛋白基因家族,一般往往以基因家族的形式組織。第71頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天4）高度重復(fù)序列(highlyrepetitivesequences)在基因組中重復(fù)頻率高，可達(dá)百萬(wàn)(106)以上，復(fù)性速度很快。序列一般較短，長(zhǎng)10-300bp，如真核生物的衛(wèi)星DNA。第72頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天衛(wèi)星DNA序列螃蟹2ATATAT…..果蠅5ATAATATAAT…..老鼠9GAAAAATGAGAAAAATGA重復(fù)堿基數(shù)序列第73頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天，內(nèi)含子、啟動(dòng)子第74頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject,HGP)是由美國(guó)科學(xué)家于1985年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)的。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和我國(guó)科學(xué)家共同參與了這一30億美元的人類基因組計(jì)劃。這一計(jì)劃旨在為30多億個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成的人類基因組精確測(cè)序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息。與曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。舉世矚目的人類基因組研究計(jì)劃第75頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天

美國(guó)聯(lián)邦政府雄心勃勃的人類基因組計(jì)劃歷時(shí)15年，(1991~2005），耗資30億美元，完成全部人類基因的測(cè)序工作。1994年低，一張覆蓋整個(gè)基因組的人類遺傳圖譜已經(jīng)完成，而高質(zhì)量的物理圖譜也已能覆蓋95%的基因組。更為精細(xì)的物理圖譜（每100kb含有一個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)）在2003年4月完成。

人類基因組計(jì)劃的倡導(dǎo)者是美國(guó)第76頁(yè),共86頁(yè)，2024年2月25日，星期天人體基因組的特征1)人體基因組的大小:30億個(gè)堿基對(duì)的序列。2)人體基因組結(jié)構(gòu)：

人體基因組中含有大量的重復(fù)順序。非重復(fù)順序約只占總基因組的54-58％。3)人體基因特征：

基因數(shù)目為3-5萬(wàn)；95