医学分子生物学基因组演示课件

1、医学分子生物学,基因和基因组,基因是遗传的基本单位,基因：能够表达和产生蛋白质或RNA的DNA序列，是决定 遗传性状的功能单位。 Gene: The basic unit of heredity. Contains the information for making one RNA and, in most cases, one polypeptide,结构基因:基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列 调控序列:启动子/增强子/加尾信号,基因组(Genome,细胞或生物体 一套完整单倍体的遗传物质的总和,常染色体：22 性染色体：X,Y 线粒体,人 （Homo Sapien,基因组储存了生物体

2、整套的遗传信息 不同生物体基因组蕴涵的遗传信息量有着巨大的差别 不同生物的基因组大小差异很大 基因组的大小与基因的数目没有直接的线性关系 不同生物基因组的结构与组织形式也明显不同,病 毒：动物病毒,原核生物：E. Coli,真核生物: 哺乳动物,病毒基因组,种类单一：DNA or RNA , 一包基因 形式多样：单链、双链、分节段、环状、线状 单倍体基因组：每个基因在病毒中出现一次(特例:Retrovirus 双倍体) 大小不一：2x103-2x105bp 基因重叠：高效资源利用 动物病毒与真核细胞基因组相似:有的含内含子间断;细菌病毒(噬菌体)与原核细胞基因组相似连续 编码基因90% 具有不

3、规则结构基因: 结构基因的编码区无间隔; 有些病毒的mRNA没有5端帽结构发卡结构的翻译增强子; 结构基因本身不具有翻译起始序列,病毒基因组结构与功能的特点,病毒不规则结构基因,病毒DNA,单链DNA,细/微小DNA病毒属:（Parvovirus,依赖病毒属: AAV（Dependovirus,双链DNA：环状,线状,部分双链,乳多空病毒科（Papillomaviridae,环状,微/细小DNA病毒科（Parvoviridae,线状：腺病毒科 、 疱疹病毒科、 痘病毒科、 彩虹病毒科,部分双链：嗜肝DNA病毒,DNA病毒 RNA过程,HBV 基因结构,病毒RNA,单链RNA 单正链RNA：病毒

4、RNA起类似细胞mRNA作用 帽状结构， PolyA尾, 直接翻译蛋白质 披膜病毒科（Togaviridae）: 风疹病毒 黄病毒科（Flaviviridae）: 登革病毒 小RNA病毒科（Picornaviridae）: 脊髓灰质炎病毒 冠状病毒科（Coronaviridae）:人呼吸道冠状病毒 单负链RNA：病毒RNA互补链起类似细胞mRNA作用 正粘病毒科（Orthomyxoviridae）：流感病毒（8段） 副粘病毒科（paramyxoviridae）: 麻疹病毒、呼吸合胞病毒 弹状病毒（Rhabdoviridae）: 狂犬病毒,双链RNA：分节段，分别编码各自蛋白 呼肠病毒科（Reo

5、viridae）: 轮状病毒（10段） 逆转录病毒RNA：单正链，帽、尾 双倍体：重组、复制 前基因组DNA： 整合 环状单链RNA：自身配对形成，HDV,HIV-1,原核生物基因组,模式生物: 大肠杆菌 (E.coli,细菌的遗传物质,Genome DNA,plasmid,Transposable element,原核生物基因组结构与功能特点,1、为一条环状双链DNA(无典型染色体结构,拟核) 2、只有一个复制起点（Ori） 3、具有操纵子结构 4、重复序列少:绝大部分基因为单拷贝（99.7%）; rRNA例外核糖体快速组装 5、可表达基因约50%，真核生物，病毒 6、基因一般是连续的，无内

6、含子（古细菌除外） 7 、编码顺序一般不重叠,操纵子,原核基因组特有的结构 数个功能上相关联的结构基因串联在一起,构成信息区,连同其上游的调控区(包括启动子和操纵基因)以及下游的转录终止信号所构成的基因表达单位。 所转录的RNA为多顺反子。 操纵基因并非一个基因，而是一段能被特异阻遏蛋白识别和结合的DNA序列,质粒DNA* 细菌染色体外的遗传物质。共价、闭合、环状结构的DNA分子（cccDNA），能独立复制。非细菌生长所必须，但能赋予细菌特定的遗传性状。 C：Covalent C：Closed C: Circular Drug resistant(R), Fertility(F), Colic

7、in(Col,质粒的遗传控制,1、复制调控系统：控制质粒拷贝数 rep+cop ori 2、分配系统：质粒平均分配至子代 par 3、细胞分裂控制系统：协调分裂与质粒复制 4、位点特异性重组系统：拆分高拷贝质粒多聚体,质粒的类型,1、表型：R、F、Col 2、接合传递与否：接合型、可移动型、自传递型 3、拷贝数：严谨型、松弛型 4、宿主范围（质粒复制对宿主依赖程度决定）：窄宿主谱、广宿主谱,转位因子,可移动的基因成分，能够在一个DNA分子内部或两个DNA分子之间移动的DNA片段。 在细菌中，指可在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的DNA片段。 转位也是DNA重组的一种形式。 细菌的转位因

8、子包括：插入序列（IS），转座子及可转座的噬菌体,IS：转位酶+（双侧）反向重复序列,Transposon：转座酶+反向重复序列+特定编码基因,Transposable phage: 具备转座功能的溶源噬菌体 Mu噬菌体：温和致突变噬菌体,Ap Kan Tet Hg,细菌转位因子,真核生物基因组,模式生物：酵母、线虫、果蝇、小鼠、大 鼠,真核生物基因组结构与功能特点,1.真核生物基因组远大于原核生物基因组，结构复杂，基因数庞大，具有多个复制起点。 3-4万,但基因组并非越高级越大 2.基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内 3.真核基因为单顺反子，而细菌和病毒的结构基因为多顺反子。

9、 单顺反子，一个结构基因经转录和翻译生成一个mRNA分子或一条多肽链。 多顺反子，即数个结构基因联在一起，受同一调节区调节，即具有操纵子结构（包括功能上相关的几个蛋白质基因和一个共同的基因调控区组成的一段DNA,4.基因组中非编码区远多于编码区。90%-10% 5.真核基因多是不连续的（断裂基因），由外显子和内含子镶嵌排列而成。1977, Broker&Sharp RNA剪接：1993年Noble Prize 外显子(exon)不仅包括基因中编码蛋白质氨基酸的DNA顺序，而且包括mRNA中的5前导顺序和3端非翻译顺序。 内含子(intron)则是指插入到编码序列之中的非编码序列 断裂基因的表达

10、必须要以代表基因组顺序的RNA前体中精确地除去内含子，产生一系列外显子组成的成熟RNA，此过程称为RNA剪接,Splicing,hnRNA,mRNA,6.存在大量重复序列 轻度重复：2-10 copies, 组蛋白及酵母tRNA基因 中度重复：10-100s copies,一般为非编码序列，起调控作用 Alu, KpnI, EcoRI 家族 高度重复:100s-million copies, 非编码序列 卫星DNA：大，小，微 反向重复序列 重复序列多态性（RFLP），遗传标记，基因诊断，法医鉴定 7.功能相关的基因构成各种基因家族(gene family) 8.存在可移动的遗传因素（mobi

11、le genetic element） 9.体细胞为双倍体，配子（精子/卵子）为单倍体,多）基因家族：指核苷酸序列或编码产物的结构具有一定程度同源性的一组基因，它们功能相似。 基因超家族：一组由多基因家族及单基因组成的更大的基因家族。它们的结构有程度不等的同源性，但功能并不一定相同，甚至毫无相同之处。在进化上亲缘关系较远。 假基因：多基因家族中，某些成员并不能表达出有功能的产物。与有功能的基因同源，但因突变等原因失活，可能为进化的痕迹,真核生物基因组的结构,结构基因：基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列 调控序列：顺式作用元件,顺式作用元件（Cis-acting element,与结构基因相串

12、联的特定DNA顺序，能够基因调控蛋白特异性识别和结合，与基因表达调控相关。根据这些顺式作用元件的位置、转录激活中的作用及发挥作用的方式，可将这些顺式作用元件区分为启动子、上游启动子元件、增强子和沉默子、加尾信号、反应元件,启动子 DNA链上被RNA聚合酶识别、结合并启动转录的部位，位于被转录基因的5端上游-100-200bp，有方向性,TATA盒：转录起始点上游 -25-30bp 核心序列TATA（A/T）A（A/T） 转录因子TFD的结合位点，启动转录 上游启动子元件 CAAT盒： -70-80bp 保守序列GGNCAATCT，N=C或 T 转录因子CTF的结合位点，决定启动子 启动转录的效

13、率 GC盒： -35bp 富含GC的序列GGCGG 与转录因子Sp1结合，促进转录过程,增强子 是位于真核基因中远离转录起始点，能明显增加启动子转录效率的特殊DNA序列。它可位于被增强的转录基因的上游或下游，也可以相距靶基因较远,增强子作用特点,增强子可极大地提高目标基因的转录效率，增加幅度可达上百倍甚至上千倍。 远距离影响启动的转录调控元件，必须先与蛋白质因子结合，才能发挥增强转录的作用。 增强子作用对方向和定位没有依赖性。 增强子一般具有组织特异性或细胞特异性,沉默子在真核基因中，和起正调控作用的增强子相对应的是起负调控作用的静息子。它所具有的特性与增强子类似，即静息子的功能不受定位和方向的限制,反应元件,能与激活后的信息分子受体结合的特异D