分子生物学第二章.ppt

第二部分基因与基因组,基因(Gene)位于染色体上能编码一条多肽链或RNA并具有一定长度的DNA分子。,原核细胞的基因结构,编码区,启动子,转录起始位点,非翻译区,转录区,起始密码子,终止密码子,5,3,转录终止子,核糖体结合位点,大肠杆菌中不同基因的启动子序列,启动子(Promoter)与RNA聚合酶结合并起始转录的核苷酸序列，由-10区和-35区序列构成。,-10Region(Pribnowbox)TATAAT77%76%60%61%56%82%,-35RegionTTGACA69%79%61%56%54%54%,核糖体结合位点(RibosomeBindingSite,RBS)又称SD(Shine-Dalgarno)序列，与核糖体小亚基中16SrRNA的部分序列互补，启动蛋白质的生物合成。,mRNA序列中的RBS,RBS,起始密码子,转录终止子(transcriptionterminator)基因下游的一段反向重复序列，经转录后生成的RNA产物形成茎-环二级结构，可阻止RNA聚合酶核心酶向下游移动而终止转录。,操纵子(operon)结构,操纵子是原核生物基因转录的功能单位，由启动子、操纵序列和结构基因所构成。,5,3,外显子,剪切内含子的供体和受体位点,GTAG,内含子,转录区,起始密码子,终止密码子,调控序列,转录终止子,非翻译区,转录起始位点,真核细胞的基因结构,5,3,-GCGC-CAAT-TATA-,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,内含子,外显子,转录终止子,结构基因,调控序列,真核生物启动子与基本转录因子及RNA聚合酶结合，起始hnRNA的转录。TATA盒：又称Goldberg-Hogness盒，转录因子TFIID的结合位点，启动基因转录。CAAT盒：转录因子CTF的结合位点，决定启动子的转录效率。GC盒：促进转录。增强子(enhancer)一段短的DNA序列，位于真核基因的任何位置，与特异转录因子结合，增强转录活性。,转录终止子(序列)AAUAAA当RNApolII合成转录终止序列后，在终止因子的作用下，RNApolII脱离DNA模板，RNA合成终止。,基因组(Genome)生物体或细胞中一套染色体的遗传物质的总和，以全长DNA的碱基对(bp)数目表示。,病毒基因组的一般特点,包括DNA或RNA病毒或者动物、植物及细菌病毒。1.大小相差很大：如乙肝病毒3.2kb编码4种蛋白，痘状病毒可达300kb，编码几百种蛋白。2.基因组可以是DNA，也可由RNA组成，但每种病毒只含1种核酸分子，呈线形或环形，双链或单链。3.DNA病毒基因组由连续的DNA分子组成，有的RNA病毒是不连续的：如流感病毒基因组由8条RNA单链分子构成。4.常见基因重叠现象。,A和B完全重叠，A和C部分重叠病毒基因组大多序列用来编码蛋白。,5.功能密切相关的基因形成一个功能单位或转录单元，可以转录成合成多个蛋白质的mRNA分子，即多顺反子mRNA。6.除逆转录病毒，都是单倍体。7.噬菌体的基因都是连续的，而真核细胞病毒常含内含子。,噬菌体(phage),溶菌途径,诱导,噬菌体,DNA,DNA进入,大肠杆菌(E.coli)基因组DNA,子代DNA,DNA整合到E.coli基因组,E.coli被裂解,噬菌体生活史,溶源途径,01020304048.5kb,cos(左粘性末端),cos(右粘性末端),gam,J,Nul,Rz,头,尾,整合和重组,DNA复制,att,裂解,左臂区,中心区,噬菌体基因组,右臂区,逆转录病毒(Retrovirus),RNA,逆转录酶,外壳蛋白,逆转录病毒对宿主细胞的感染,1.环形DNA分子集中分布在“拟(类)核”。2.绝大部分DNA序列用于编码蛋白质，编码基因不含内含子。3.重复序列少，除rDNA为多拷贝外，其它基因为单拷贝。4.功能密切相关的基因形成一个功能单位或转录单元，转录成多顺反子mRNA。5.DNA分子具有一个复制起点。,原核细胞基因组的一般特点,细菌基因组DNA,大肠杆菌基因组(4.6X106bp),部分大肠杆菌基因组,真核生物基因组的特点,1.基因组DNA的分子量大，线形DNA分子与组蛋白结合形成染色体，贮存在细胞核中。每个染色体的DNA具有许多复制起始点。2.真核生物基因占整个基因组的比例很小，基因组中非编码序列远远多于编码序列。3.编码蛋白质的基因常以单拷贝存在，并且转录成合成一条多肽链的mRNA分子，即单顺反子mRNA。4.真核生物存在大量重复序列，重复序列的长短不一，重复频率不同。5.编码基因含有内含子，在mRNA成熟过程中被切除。,人类基因组(3X109bp),人类基因组计划(Humangenomeproject,HGP)测定人类基因组的全部核苷酸序列，破解人类遗传信息的奥秘。,Nature,Vol.409,No.682215February2001,Science,Vol.291,No.550716February2001,1.鉴定疾病相关基因。2.促进生命科学领域的基础研究，阐明基因的结构与功能关系，细胞的发育、生长、分化的分子机理，疾病发生的机理等。3.有利于理解生物如何进化，以追溯人类多数基因的起源。4.促进生命科学与信息科学相结合，刺激相关学科的发展，如生物信息学(bioinformatics)。,HGP的意义,人类基因组结构特点,1.单拷贝序列(单一序列)在一个基因组中只出现一次或很少几次的碱基序列为单一序列，是结构基因的特点。结构基因编码的蛋白质包括结构蛋白、酶、激素、受体和调节蛋白等。2.重复多拷贝序列(重复序列)重复顺序是指在一个基因组中有多个拷贝的碱基顺序。根据重复片段的长度及重复的频率分：高度重复序列中度重复序列,(1)高度重复序列重复片段的长度单位在几个到几百个碱基对之间，重复频率高达106，且集中在某一区域串联排列。一般不能编码蛋白质，用于维持染色体的结构、间隔结构基因等。卫星DNA(satelliteDNA)重复单元为5-200bp，重复次数可达105次，位于着丝粒、端粒部位。小卫星DNA(minisatelliteDNA)重复单元为15-100bp，所形成的序列长度为1-5kb，又称可变数目串联重复序列(variablenumberoftandemrepeats,VNTR)。,微卫星DNA(microsatelliteDNA)：重复单元为16bp，又称短串联重复序列(shorttandemrepeat,STR)。在基因组中出现的数目及频率存在个体间的差异(多态性)，可用于检测DNA指纹(DNAfingerprinting)。,(2)中度重复序列重复长度300-7000bp不等，重复次数在102-105左右。重复基因：组蛋白基因，rRNA基因，tRNA基因重复序列：短分散DNA序列(短分散元件SINE)长分散DNA序列(长分散元件LINE),2.多基因家族多基因家族是指由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因。基因家族的不同成员可成簇排列在同一条染色体上，各基因之间由重复序列隔开。组蛋白基因家族成簇地集中在第7号染色体基因家族的不同成员成簇排列在不同的染色体上。珠蛋白、免疫球蛋白基因,组蛋白基因家族,rRNA基因家族,单核苷酸多态性(SingleNucleotidePolymorph