基因组的结构与功能.ppt

2019/12/2,1,基因组的结构与功能,第二章,2,2019/12/2,第一节原核生物基因组的结构与功能第二节真核生物基因组的结构与功能第三节病毒基因组的结构特点,3,2019/12/2,基因组（genome）,细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总和结构指不同的基因功能区域在核酸分子中的分布和排列情况功能贮存和表达遗传信息,4,2019/12/2,特点,不同的生物体，其基因组的大小和复杂程度各不相同进化程度越高的生物其基因组越复杂,5,2019/12/2,第一节原核生物基因组的结构与功能,一、原核生物染色体基因组的结构与功能二、原核生物中的质粒DNA,6,2019/12/2,（一）原核生物染色体DNA的基本结构与功能,环状双链DNA分子与蛋白质形成复合物类核（nucleoid）中央：RNA和支架蛋白组成。外围：双链闭环的超螺旋DNA。,（1）基本结构特点,一、原核生物染色体基因组的结构与功能,7,2019/12/2,原核生物染色体DNA通常与细胞膜相连，连接点的数量随细胞生长状况和不同的生活周期而异,8,2019/12/2,原核生物DNA的高级结构-超螺旋结构,9,2019/12/2,（2）染色体DNA的功能与细胞膜密切相关,信号区域往往优先与细胞膜结合在细胞分裂时将染色体DNA均匀地分配到两个子代细菌中,10,2019/12/2,（二）原核生物染色体基因组结构基因特征,结构基因的编码是连续的结构基因之间的编码序列不重叠基因组中很少有重复序列结构基因多为单拷贝基因（编码rRNA的基因除外)结构基因在基因组中所占的比例（约占50%）远大于真核基因组，小于病毒基因组,11,2019/12/2,（三）原核生物染色体基因组中结构基因与调控序列的组织形式,操纵子（operon）,2019/12/2,12,转录终止信号,位于信息编码区下游，使转录终止,13,2019/12/2,二、原核生物中的质粒DNA,1.质粒的基本特性质粒的定义质粒（plasmid）是细菌细胞内的、染色体外的共价闭合的环状DNA分子（covalentclosedcircularDNA，cccDNA）,14,2019/12/2,质粒的结构与功能特点,能够独立于细胞的染色质DNA而进行复制对宿主细胞的生存不是必需的能赋予细菌特定的遗传性状,15,2019/12/2,2.质粒的遗传调控,质粒自身带有一个复制调控系统能使细胞分裂与质粒复制协调质粒在宿主菌中具有不相容性,16,2019/12/2,3.质粒的类型,接合型质粒只能使细菌接合，本身不能被传递可移动型质粒可以被传递，但不能使质粒接合，只能被动传递(接合型与可移动型并存时，能传递可移动型质粒)自传递型质粒兼具上述两种质粒的功能，因而可以自传递，如F质粒,17,2019/12/2,4.质粒拷贝方式,严谨型质粒（strigentplasmid）低拷贝数质粒，一个细菌内仅含数个质粒。松弛型质粒（relaxedplasmid）即高拷贝质粒，每个细菌内的质粒数目可达10-60个或更多。,18,2019/12/2,5.质粒对宿主的适应性,窄宿主谱质粒仅能存在于一种或数种密切相关的宿主,广宿主谱质粒可以在不同科、属、种的细菌之间传递,2019/12/2,19,第二节真核生物基因组的结构与功能,一、真核细胞染色质DNA的高级结构二、真核细胞核基因组结构和功能特点,20,2019/12/2,一、真核细胞染色质DNA的高级结构,1.DNA高级结构中的蛋白质,（1）组蛋白,碱性蛋白,带正电荷,有较多的精氨酸和赖氨酸,分类核心组蛋白：H2A、H2B、H3、H4等4种连接组蛋白：H1,21,2019/12/2,核心组蛋白结构特点,非常保守原因：,绝大多数氨基酸都与DNA或其它组蛋白相互作用,不可置换,所有的生物中与组蛋白相互作用的DNA磷酸二酯骨架都是相同的,球形部,22,2019/12/2,四种核心组蛋白的组成,借精氨酸残基与磷酸二酯骨架间的静电作用使DNA分子缠绕在组蛋白核心周围，形成核小体尾部含有大量赖氨酸和精氨酸残基，为组蛋白翻译后进行修饰的部位.,23,2019/12/2,连接蛋白H1特点,具有种属特异性具有组织特异性,24,2019/12/2,酸性蛋白质合成与DNA复制同步进行能识别特异的DNA序列,（2）非组蛋白,是染色体上结合特异DNA序列蛋白质,特性,25,2019/12/2,功能,帮助DNA分子折叠协助启动DNA复制控制基因转录，调节基因表达,26,2019/12/2,2.DNA与蛋白质的结合与染色体的组装,基本结构八聚体核心组蛋白核心颗粒核心颗粒之间+连接区形成串珠样的结构,核小体是染色质的基本组成单位,27,2019/12/2,核小体的结构,28,2019/12/2,多聚核小体的结构,29,2019/12/2,染色质的压缩过程,2019/12/2,30,二、真核细胞核基因组结构和功能特点,大都为断裂基因,1.结构基因的结构与功能特点,非编码区内含子编码区外显子,转录产物为单顺反子结构基因所占区域远小于非编码区域,31,2019/12/2,2.基因组中的重复序列的结构及其功能,（1）高度重复序列,重复频率可达106次(卫星DNA、反向重复序列等）,反向重复序列,由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成,卫星DNA,这类序列的碱基组成不同于基因组的其他部份,可用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开,32,2019/12/2,（1）高度重复序列功能,参与复制水平的调节存在于DNA复制起点区的附近，是一些蛋白质（包括酶)的结合位点参与基因表达的调控可以形成发夹结构，有助于稳定RNA分子,参与染色体配对同源染色体之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定卫星DNA序列,33,2019/12/2,（2）中度重复序列,短分散重复片段平均长度约为300bp-500bp拷贝数可达10万左右，如Alu家族长分散重复片段平均长度为3500bp-5000bp,重复数十至数万（105）次,34,2019/12/2,Alu家族,人基因组平均每5kbDNA就有一个Alu序列，长度约300bp，每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点（AGCT），故称为Alu序列（或Alu家族）。有种属的特异性,35,2019/12/2,（3）单拷贝序列（低度重复序列）,在单倍体基因组中只出现一次或数次，单拷贝序列在基因组中占50-80，储存了编码各种不同功能的蛋白质的遗传信息,36,2019/12/2,3.多基因家族与假基因,多基因家族（multigenefamily）指由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因分布特点基因家族成簇地分布在某一条染色体上基因家族成簇地分布于不同染色体上,37,2019/12/2,假基因（pseudogene）,多基因家族中并不产生有功能的基因产物的成员,特征,缺少正常基因的内含子,38,2019/12/2,线粒体DNA（mitochondrial，mtDNA）,mtDNA是核外遗传物质环状分子结构特点与原核生物相同,2019/12/2,39,第三节病毒基因组的结构特点,40,2019/12/2,1.病毒基因组的特点,基因组较小不到大肠杆菌基因组大小的十分之一可以是DNA，也可以是RNA可以是单链结构，也可以是双链结构可以是闭环分子，也可以是线性分子,41,2019/12/2,2.RNA病毒基因组,可以由不相连的几条RNA链构成，每个RNA分子都含有编码蛋白质分子的信息。DNA病毒无类似现象,42,2019/12/2,3.基因重