第三章-基因组(医学分子生物学-2011.9-2011级研究生).ppt

1、1、第三节原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原原基因的数量一般来说3、一、原核生物基因组通常由环状双链DNA组成，原核生物基因组通常由一个环状DNA分子组成，并与蛋白质结合后作为复合物存在于细胞中。 细菌染色体DNA形成比较致密的区系核结构。 中央： RNA和支架蛋白质占20%的外围：双链闭环超螺旋DNA为80%，花瓣状结构，4，2，操纵子结构是原核生物基因组的结构特征之一，操纵子(operon )与原核生物的大多数结构基因功能性相关它与其上游的控制区

2、(包括启动子和操纵子)和下游的转录终止信号一起定义为构成一个基因表达单位，操纵子结构。5，5，1961年，由Jacob和Monod提出。 6、操作元件(operator )是能与不同基因表达调控蛋白识别结合的DNA序列，是决定基因表达效率的重要因素。 一个操作子只包含一个启动序列和多个可转录的结构基因。 在同一启动顺序控制下，多顺逆子mRNA被转录。 7、Promoter (启动子):RNA聚合酶结合的区域，是调控转录的重要部位，也称启动子序列。 基因一开放，几个基因就被转录到一个mRNA链上，各个蛋白肽链被翻译合成。 操作员的终端有特殊的终端序列。 原核生物的许多基因表达调控是通过算子的机制

3、实现的。 8、乳糖(Lac )操纵子，转录到mRNA链，3条多肽链(1)-半乳糖苷酶(2)-半乳糖苷酶(3)-半乳糖苷酶，9，操纵子的结构和功能，Inhibitor gene，p，S1，S2，S3，丙Operator gene，Structure gene，控制区，结构基因，操纵子，表达抑制蛋白质，在转录开始部位结合RNA聚合酶，转录mRNA，表达功能蛋白质， 可以控制、I、抑制物质基因、信息区、控制区、操作结构基因的“开放”和“关闭”，与抑制蛋白质结合，10、3、原核生物基因组具有结构特征，1 .原核生物基因组中的基因密度非常高，基因组序列中编码区所占的比例很大(2 .基因组相对较小，只有一

4、个DNA复制起点(OriC )。 3 .结构基因没有重复现象，基因组中的任何DNA都不被用于编码2种蛋白质。 4 .结构基因是连续的，没有内含子，11、12，5 .编码蛋白质的结构基因总是单拷贝(99.7% )，而编码rRNA的基因通常是多拷贝。 这有助于核糖体的迅速组装。 6 .基因组中的重复序列很少。 7 .具有编码同工酶的基因。 这是结构完全不同，功能相同的基因。 例如，E.coli含有两个编码醋酸乳酸合成酶的基因，两个编码支链酸重排酶同工酶的基因。 8 .不同原核生物基因组中GC含量变化很大，其范围从25u%开始。 因此，通过测定基因组的GC含量可以识别细菌的种类。13，4，原核生物基

5、因组的非编码区主要有几个控制序列，原核生物基因组DNA序列中有很多具有各种功能的识别区，如复制开始区OriC、复制结束区TerC、转录开始区和结束区等。 这些区域通常有一个特殊的序列，其中包含相反的重复序列。 大肠菌色氨酸操作子： 3端含有40bp的GC丰富区，其后是AT丰富区，这就是转录终止子结构。 14、强终止子：含有逆反复序列，可以形成茎环结构，其后有poly(T )结构，无需终止蛋白质因子的参与就可以终止转录。 弱终结器：虽然也包括反向迭代序列，但没有poly(T )结构，终止子因子必须参与其中才能中止转录。15，5，细菌基因组中的可移动成分可以引起转移现象，所谓转移(transpos

6、ition )是指基因组中某个地方的一个或一组基因复制新的拷贝并转移到基因组的另一个地方。 转座子是可以在一个DNA分子内部或两个DNA分子之间移动的DNA片段。 目前发现了很多基因，最简单的还是最初发现的插入序列。 p 75，16，(一)原核生物重排因子的种类，1 .插入序列(insertion sequence，IS ) :长度在2000bp以内，小的重排因子，除了具有与重排作用相关的基因(转移酶基因)之外，什么都没有。 只有在转移到受体的某个基因上使该基因失活，产生极性效应的情况下才能被发现。 有IS1(768bp )、IS2(1327bp )、IS4(1428bp )、IS5(1195

7、bp )等多种类型。 p 75，17，2 .转座子，Tn :长度在2000万BP之间的大转座子除了有关转座子作用的基因外，还有其他基因。 例如，Tn903、Tn5具有卡那霉素抗性基因(kanR )，Tn10具有四环素抗性基因(terR )。 转子的公共结构特征是其两个末端具有反向重复序列，即一个末端序列是AGCT，另一个末端序列是TCGA。 缺少任一端的话，会妨碍转机功能。 p 76，18，3.mu噬菌体(mu ) :大肠杆菌的温和噬菌体，它在溶原细菌内像转送子一样在细胞内DNA上的不同位置之间转移，没有一定的整合位置。 由于Mu噬菌体被整合到宿主基因组中引起突变，因此被命名为变异诱导者(mu

8、tator )的前两个字符。 它有20多个基因，其中只有a、b基因与旋转座有关。 (p 76，19，(二)转录因子的一些遗传效应，1 .转录因子的转录不是自己的移动，而是从转录因子将新的拷贝转录到基因组的新位置，原来的转录因子保留在原来的位置。 2 .新的转录因子转移到靶上时，靶序列倍增为两个靶序列，分别排列在转录因子的两侧，形成同方向的重复序列。 这是易位因子易位后的重要标志。 只要一个DNA序列的两侧有同方向的重复序列，就可以判断它是重排因子。 3 .在易位中可以形成共聚物。 p78、20、p77、21、4 .转录因子被转录会促进染色体畸变。 5 .转换因子可以从原来的位置切除，称为切除(

9、excision )。 离婚和易位是两个不同的过程。 易位因子易位时，原来位置的易位因子不会消失。 易位和切断过程对外界条件的反应不同6 .易位会引起插入突变。 7 .因为具有标记基因(ampR、terR、smR )，转录因子被插入受体基因组中，受体基因组中增加了新的基因。 22，6，质粒DNA是一种具有自主复制能力的双链环状DNA，质粒(plasmid )的概念：存在于细菌染色体外，是一种具有自主复制能力的核酸分子，属于染色体外基因组。 质粒因为有某种特殊的遗传信息，可以在宿主细胞内自主复制，在细胞分裂时经常传递给子细胞，所以能给宿主细胞赋予新的遗传性状，可用于重组细菌的筛选和鉴定。 23、

10、质粒可以是DNA、RNA，也可以是环状或直线分子。 RNA质粒有蛋白质壳。 许多细菌质粒是共价键环状DNA分子(ccc DNA )、质粒的结构：24，cccDNA(covalent closed circular )形成的超螺旋结构(scDNA )， 双链DNA中缺失双链的直线DNA(L-DNA )产生双链DNA中缺失单链的开环DNA(ocDNA )、琼脂糖凝胶电泳时，电泳速度、环状双链DNA分子有三种配置，25、26，具有原核生物基因组结构和功能特征，1 .基因组2 .基因组比较小，通常只有一个DNA复制开始部位(OriC )。3 .具有操纵子结构(原核生物的基因表达单位)，其转录产物为多顺

11、逆子mRNA。 4 .结构基因编码序列没有重复现象5 .基因组中存在可移动的DNA序列：插入序列、转送子等。 27，6 .原核生物基因组中的基因密度非常高，基因组序列中编码区所占的比例大(约50%左右)，非编码区内主要是某些控制序列。 7 .结构基因连续，没有内含子8 .基因组中的重复序列很少。 编码蛋白质的结构基因通常是单拷贝(99.7% )，而编码rRNA的基因通常是多拷贝。 9 .具有编码同工酶的同基因的10 .不同的原核生物基因组中GC含量的变化很大，其范围从25u%开始。 因此，通过测定基因组的GC含量可以识别细菌的种类。 第28、第四节真核生物基因组、29、一、真核生物基因组远远大

12、于原核生物基因组，真核生物基因组的复杂性在两个方面：上具有复杂、多样的结构形式复杂、微细的基因表达调控机制，真核生物基因组结构庞大，人的单倍体基因组DNA 大肠杆菌基因组只有4.6106 bp。 30、2、真核生物基因组由染色体DNA和染色体外DNA组成，染色体DNA位于核内，呈线状，与组蛋白、非组蛋白结合形成染色质，染色质嵌入核内，外面包含核膜，所以基因组转录和翻译不能在同一空间内。 转录到细胞核，翻译成细胞浆。 31、关闭线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA )、环状双链DNA分子，哺乳动物16.5kb，酵母80kb。 每个细胞的mtDNA数量不同。 所占比例通常只

13、是核内DNA的1%。 mtDNA结构紧凑，几乎没有重复序列。 mtDNA上的基因中，也有没有内含子重叠的基因。 动物细胞的mtDNA有2个rRNA、22个tRNA、多个酶亚基。 真核生物基因组中的非编码序列比编码序列多，真核基因组中的非编码序列(non-coding sequence，NCS )占90%以上。 在人基因组中，编码序列仅占3%左右。 这是真核生物和细菌病毒的重要差异，也在一定程度上是生物进化的尺度。 非编码序列与DNA总量的约50%、90%、33、重复序列、编码序列： rRNA、tRNA、组蛋白、免疫球蛋白的结构基因、非编码序列：基因组的稳定性、组织形式、基因表达控制有关，根据p

14、16、34、重复序列的出现频率反向排列的两个副本之间有一个间隔序列。两个副本反向连接，中间有一个没有间隔的序列，也称为回文结构。 串联重复序列：色散重复序列：编码区串联重复：人5种组蛋白基因密集在7.0kb的重复单位，具有高度的序列一致性。 非码区域串联重复：通常存在于间隔DNA和内部。 从两个碱基来说，长度可不同的重复次数可以是几到几百次，甚至几十万次。 是形成卫星DNA的基础。p17、36、ATTAGC GCTAAT TAATCG CGATTA回文结构：指一级DNA的顺序，在两条链上，顺序相同，形成反向的重复序列，37、aacatgtac、aacatgtgtac、a、38、卫星DNA (s

15、ate :在非编码区域出现的串联重复序列，具有一定的重复单元，该重复单元始终形成重复序列片段，通常存在于间隔DNA和内部。 卫星DNA根据中心顺序的长度，分为大卫星DNA、小卫星DNA、微卫星DNA三种。 如果p16、39、DNA分子间存在浮力密度的差异，则在氯化铯密度梯度下，在离心力不同的位置沉降。 DNA浮力密度()与其G-C含量有关：=1.660 0.00098(G-C% )。 经过密度梯度离心，高重复序列DNA可以在基因组DNA的主带旁形成一个或多个小带，因为它的G-C含量和重复的程度，所以也称为卫星DNA或随机DNA。40、(1)大卫星DNA (宏卫星)也被称为古典卫星DNA。 真核

16、生物(如果蝇)的基因组DNA片段以氯化铯密度梯度超离心后，在主带以外出现的3个卫星带是一部分碱基组成特殊且高度重复的DNA。 p 16，41，卫星DNA多分布在染色体着丝粒的周围和端粒的异染质区。 由42、Satellite DNA、G C含量决定密度梯度的特定位置。 不同成分的DNA的G C含量的差异超过5的话，就会形成不同的频带。 43、(2)小卫星DNA(minisatellite DNA )由中度的串联重复序列组成，分布于所有染色体，高度可变的小卫星DNA、端粒DNA、重复单元924bp，重复次数变化大，呈高度多态性，称为可变串联重复序列(VNTR ) 核心序列可能与GGGCAGGAX

17、G的DNA同源重组有关，由重复序列(TTAGGG)n组成的220kb的DNA片段在染色体DNA的复制、末端保护等方面发挥着重要的作用。 p16、44、(3)微卫星DNA (微卫星DNA )也称为短串重复序列，STR，重复单元为15bp，重复次数为1060，总长度通常小于150bp，分布于所有染色体上常见的是以(AC)n和(TG)n为重复单位，只存在于内含子、间隔DNA序列中。 也存在于编码区域，都是由3个碱基组成的重复单元。 微卫星DNA在人群中存在个体间的高度遗传多态性。 DNA指纹，p16，45，46，Alu家族：中等重复序列中研究最多的一种是重复序列，单倍体基因组为30万50万次，重复单位约300bp，由两个130bp的重复单元构成，中间有31bp的间隔序列因为170bp上有Alu的酶切断部位(AG/CT )而命名。 Alu序列300bp的两侧分别有1721bp的正向重复序列，与转子的目标部位的顺序类似。 p17、4