分子生物學(xué)基因

分子生物學(xué)基因第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日第二章基因與基因組

第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日Chapter1

GeneandGenomics

第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日Genomics(基因組)：細(xì)胞內(nèi)所有DNA分子的總稱。基因組結(jié)構(gòu)是指不同功能區(qū)域在整個(gè)DNA分子中的分布情況。即基因及其調(diào)控序列的排列組合。第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日不同生物基因組大小第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日不同生物基因組大小

千堿基對(duì)/

染色體長(zhǎng)度

(mm）染色體數(shù)

(單倍體）形狀原核生物

病毒SV405.21.71環(huán)狀噬菌體φX1745.41.81線狀單鏈?zhǔn)删wλ46151線狀細(xì)菌大腸桿菌400013001環(huán)狀真核生物

酵母100033017

果蠅41000140004

人1250004100023

第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)和功能基因組小DNA或RNA；單鏈或雙鏈；閉環(huán)或線性分子。大多數(shù)RNA病毒是一條RNA，少數(shù)為多條RNA?；蛑丿B現(xiàn)象普遍功能上相關(guān)的基因或rRNA基因往往叢集形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單元。病毒基因組都是單倍體，唯有反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝。噬菌體的基因是連續(xù)的；真核病毒基因是不連續(xù)的，具有內(nèi)含子除正鏈RNA病毒外，真核細(xì)胞病毒的基因都是先轉(zhuǎn)錄成mRNA前體，再經(jīng)加工才能切除內(nèi)含子成為成熟的mRNA。第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能大腸桿菌RNA噬菌體如MS2，R17，f2和Qb基因組小，3600～4200bp，包含4基因，其中兩個(gè)編碼噬菌體結(jié)構(gòu)蛋白：A蛋白（成熟蛋白，識(shí)別宿主并使其RNA基因組能進(jìn)入宿主菌）和外殼蛋白。另外兩個(gè)編碼RNA復(fù)制酶和溶解蛋白。

第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能溶解蛋白基因與外殼蛋白和復(fù)制酶的基因有部分重疊，但讀框與外殼蛋白不同。在MS2、R17、f2基因組內(nèi)有二級(jí)結(jié)構(gòu)，可自我配對(duì)，防止RNase降解。編碼基因的5'和3'端各有一段非翻譯序列，對(duì)RNA分子有穩(wěn)定作用。

第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能溶解蛋白基因與外殼蛋白和復(fù)制酶的基因有部分重疊，但讀框與外殼蛋白不同。在MS2、R17、f2基因組內(nèi)有二級(jí)結(jié)構(gòu)，可自我配對(duì)，防止RNase降解。編碼基因的5'和3'端各有一段非翻譯序列，對(duì)RNA分子有穩(wěn)定作用。

第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日1、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能噬菌體Qb沒(méi)有獨(dú)立的溶解蛋白基因，結(jié)構(gòu)蛋白A2（成熟蛋白，MaturaitonProtein）具有溶解蛋白的功能.具有第二種外殼蛋白A1。第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日二、細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)和功能1.一般結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

通常為一條環(huán)狀雙鏈DNA分子具有操縱子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因多單拷貝非編碼的DNA比例很小一般無(wú)基因重疊現(xiàn)象具有復(fù)制起始區(qū)OriC，復(fù)制終止區(qū)TerC，轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)和終止區(qū)等各種功能的識(shí)別區(qū)域在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止序列第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日二、細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)和功能2.大腸桿菌一條環(huán)狀雙鏈DNA分子，3500個(gè)基因，75個(gè)操縱子已知基因中8％的序列具有調(diào)控作用。已知基因多是編碼一些酶類的基因，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸和維生素合成代謝的一些酶類的基因，以及大多數(shù)碳、氮化合物分解代謝的酶類的基因除了有些具有相關(guān)功能的基因在一個(gè)操縱子內(nèi)由一個(gè)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄外，大多數(shù)基因的相對(duì)位置可以說(shuō)是隨機(jī)分布的。如控制小分子合成和分解代謝的基因，糖酵解的酶類的基因等。第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日二、細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)和功能大腸桿菌多個(gè)rRNA基因重復(fù)，位于復(fù)制起點(diǎn)oriC附近。第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日三、真核生物線粒體DNA雙鏈環(huán)狀DNA分子；１～200×106Dθ型復(fù)制、滾環(huán)復(fù)制或D環(huán)復(fù)制編碼呼吸氧化酶類，rRNA，tRNA，核糖體基因第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日三、真核生物線粒體DNAUGA不是終止信號(hào)，而是色氨酸的密碼。因此，線粒體tRNAtrp可以識(shí)別UGG和UGA兩個(gè)密碼子。多肽內(nèi)部的甲硫氨酸由AUG和AUA兩個(gè)密碼子編碼；而起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四個(gè)密碼子編碼AGA，AGG不是精氨酸的密碼子，而是終止密碼子。因而線粒體的4個(gè)終止密碼子（UAA，UAG，AGA，AGG）mttRNA在結(jié)構(gòu)上與細(xì)胞質(zhì)tRNA也有區(qū)別。如GTφCRA序列在大多數(shù)mttRNA中不存在。D環(huán)和TφC環(huán)中一些保守的核苷酸也發(fā)生了變化。最突出的是tRNASer的結(jié)構(gòu)，該tRNA缺乏D臂。這些結(jié)構(gòu)上的差異表明mttRNA三維結(jié)構(gòu)以及與mt核糖體的作用方式與細(xì)胞質(zhì)tRNA不一樣。第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日三、真核生物線粒體DNA線粒體DNA的雙重遺傳控制

線粒體具有自己的mtDNA線粒體具有自己tRNA，rRNA，核糖體等mtDNA編碼復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的聚合酶呼吸鏈的一些復(fù)合酶由細(xì)胞核基因和mtDNA共同編碼第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能DNA以染色體形式存在，有核膜包被，基因組為雙倍體，diploid）大部分基因?yàn)閱雾樂(lè)醋又貜?fù)序列廣泛存在，非編碼序列為絕大部分基因不連續(xù)，有內(nèi)含子多復(fù)制起點(diǎn)

第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能1.

高度重復(fù)序列

重復(fù)頻率可達(dá)百萬(wàn)次，占DNA序列的10～60％A反向重復(fù)序列重復(fù)單元長(zhǎng)300bp，單元間隔1.6kb分散于基因組中；復(fù)性極迅速B衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)重復(fù)單元2-10bp，成串排列。堿基組成特殊C復(fù)雜的重復(fù)序列靈長(zhǎng)類所獨(dú)有。非洲綠猴DNA重復(fù)單位為172bp。而人衛(wèi)星DNA更復(fù)雜，含有多序列家族。第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能1.

高度重復(fù)序列功能

高度重復(fù)序列的功能與DNA復(fù)制有關(guān)參與基因表達(dá)調(diào)控和穩(wěn)定RNA與進(jìn)化有關(guān)，具有種屬特異性

a衛(wèi)星DNA可能與染色體配對(duì)有關(guān)第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能2.

中度重復(fù)序列重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬(wàn)次，占基因組的10-40％，多不編碼蛋白，一般具有種特異性。類型：A.短分散片段：約300bp，與平均長(zhǎng)度為1000bp的單拷貝序列間隔排列。如Alu家族，Hinf家族B.長(zhǎng)分散片段：3500-5000bp，與平均長(zhǎng)度為13000bp的單拷貝序列間隔排列。如KpnⅠ家族等。有些中度重復(fù)序列是結(jié)構(gòu)基因，如rRNA基因，tRNA基因，組蛋白基因，HLA基因，免疫球蛋白基因等。第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能2.

中度重復(fù)序列

Alu家族：哺乳動(dòng)物含量最豐富的中度重復(fù)序列家族第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能Alu家族：重復(fù)30~50萬(wàn)次，300bp，具有Alu切點(diǎn)位點(diǎn)（AG↓CT）。分散存在；具種的特異性。人類Alu序列是由兩個(gè)約130bp的正向重復(fù)構(gòu)成的二聚體。Alu序列廣泛散布于整個(gè)基因組，推測(cè)Alu序列可能能夠移動(dòng)。Alu序列可能參與hnRNA的加工與成熟。

Alu序列可能具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用。第二十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，2022年，8月28日四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與功能KpnI家族6kb；三個(gè)KpnI酶切位點(diǎn)；拷貝數(shù)約3000～4800；散布；長(zhǎng)分散片段型。不同KpnI家族同源性小，不能雜交，但3'端有同源性。Hinf家族319bp；50～100拷貝；散布。由172bp和147bp兩個(gè)亞單位組成，它們之間有70%的同源性。