第二章 染色質(zhì)、染

第二章染色質(zhì)、染色體、基因和基因組主要內(nèi)容第一節(jié)染色質(zhì)和染色體第二節(jié)基因第三節(jié)基因組第一節(jié)染色質(zhì)和染色體一、染色質(zhì)和染色體二、染色體的結(jié)構(gòu)組成三、染色質(zhì)和染色體的化學(xué)組成四、染色質(zhì)和染色體的功能一、染色質(zhì)與染色體染色質(zhì)(chromatin)

間期細(xì)胞內(nèi)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成的線性復(fù)合結(jié)構(gòu)染色體（chromosome）

細(xì)胞在分裂過程中，由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)常染色質(zhì)與異染色質(zhì)染色質(zhì)通過緊密折疊壓縮可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑例如：女性兩條X染色體中的其中一條在發(fā)育早期隨機(jī)失活。常染色質(zhì)異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)染色質(zhì)核小體結(jié)構(gòu)組蛋白八聚體核小體串珠結(jié)構(gòu)二、染色體包裝的結(jié)構(gòu)模型骨架——放射環(huán)結(jié)構(gòu)模型

多級螺旋模型

DNA雙螺旋鏈壓縮7倍核小體串珠狀壓縮6倍螺線管壓縮40倍超螺線管壓縮5倍染色單體一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)復(fù)制環(huán)微帶多級螺旋模型DNA核小體螺線管復(fù)制環(huán)微帶染色單體三、染色質(zhì)和染色體的化學(xué)成分（一）DNA（二）組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4

（三）非組蛋白（四）RNA（五）酶四、染色體的功能（一）遺傳信息的貯存（二）遺傳信息的傳遞（三）蛋白質(zhì)的合成第二節(jié)基因一、基因生物學(xué)定義二、基因的分子生物學(xué)定義三、基因功能四、原核生物基因特征五、真核生物基因特征六、細(xì)胞器基因七、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因特征生物學(xué)定義孟德爾——遺傳因子（1866）生物學(xué)定義丹麥遺傳學(xué)家Johannsen——基因（1909）睿Morgan——基因落實(shí)到染色體上，呈直線排列（1926）生物學(xué)定義Beadle和Tatum——一個基因一個酶一個基因一個蛋白質(zhì)（1941）基因生物學(xué)定義是生物體遺傳信息的結(jié)構(gòu)單位是控制生物體某一性狀的功能單位是由DNA組成的，編碼一條多肽鏈基因的相關(guān)概念重疊基因斷裂基因復(fù)等位基因假基因：不能轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后生成無功能蛋白質(zhì)的基因二、基因分子生物學(xué)定義特征1、含有調(diào)控序列2、含有內(nèi)含子3、最終產(chǎn)物有蛋白質(zhì)也有RNA(rRNA、tRNA、SnRNA)5′3′結(jié)構(gòu)基因mRNApeptide調(diào)控序列調(diào)控序列外顯子外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子

基因mRNA前體成熟mRNA就蛋白質(zhì)編碼的DNA序列而言，那些在成熟mRNA中不存在的序列稱為內(nèi)含子（intron），而在成熟mRNA中存在的序列稱為外顯子?；虻亩x能夠編碼有功能的多肽鏈或RNA的全部核苷酸序列（DNA)含有內(nèi)含子含有外顯子含有調(diào)控序列注意：在一些病毒中基因是RNA三、基因的功能遺傳信息的貯存和傳遞。包括基因的復(fù)制和基因的轉(zhuǎn)錄翻譯（表達(dá)）發(fā)生突變，突變積累能夠傳遞給后代產(chǎn)生遺傳變異四、原核生物基因特征僅一個染色體，大多雙鏈環(huán)狀，少數(shù)單鏈線狀功能相關(guān)的基因高度集中形成操縱子蛋白質(zhì)基因通常以單拷貝形式存在RNA基因是多拷貝的細(xì)菌中DNA不編碼序列很少基因連續(xù)，沒有內(nèi)含子在結(jié)構(gòu)基因中的重復(fù)序列少特征僅一個染色體，大多雙鏈環(huán)狀，少數(shù)單鏈線狀原核生物基因特征乳糖操縱子模型Iβ–半乳糖苷酶

POZYAβ–半乳糖苷透性酶β–半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶

原核生物基因特征蛋白質(zhì)基因通常以單拷貝形式存在abdcefABCDEF基因蛋白質(zhì)原核生物基因特征RNA基因是多拷貝的16St5S23S七個重復(fù)

16S……大腸桿菌的rRNA基因的七個拷貝五、真核生物基因特征基因不連續(xù)性

基因家族

重復(fù)基因結(jié)構(gòu)基因的不連續(xù)性1、相關(guān)概念2、內(nèi)含子的特點(diǎn)基因的不連續(xù)性（interrupted）不連續(xù)基因（discontinuousgenes）：在DNA分子上基因的編碼序列是不連續(xù)的，被不編碼的序列所隔開的基因外顯子（exon）：編碼成熟mRNA某一部分序列的DNA區(qū)域內(nèi)含子（intron）：不編碼的DNA序列外顯子內(nèi)含子外顯子內(nèi)含子外顯子

基因原初轉(zhuǎn)錄物成熟mRNA，或rRNA或tRNA將原初RNA轉(zhuǎn)錄物中相應(yīng)于DNA內(nèi)含子的介入序列除去以后將外顯子連接起來，產(chǎn)生有功能的mRNA、rRNA、tRNA的過程叫RNA的拼接（RNAsplicing）AB內(nèi)含子的特點(diǎn)1、在不同的DNA序列中，內(nèi)含子的大小和數(shù)目有很大差異，如珠蛋白基因和雞卵清蛋白基因2、有些基因序列中的內(nèi)含子特別長，如小鼠的DHFR基因序列3、具有更高的相嵌性，如雞的膠原蛋白外顯子1外顯子2外顯子3

β珠蛋白基因雞卵清蛋白基因不同的DNA序列，內(nèi)含子的大小和數(shù)目有很大差異。1234567內(nèi)含子1內(nèi)含子2基因家族（genefamily）基因家族（genefamily）：真核細(xì)胞的基因組中許多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的一組基因超基因家族（supergenefamily）：由基因家族與單基因組成的較大的基因家族基因家族的分類

按終產(chǎn)物分基因家族編碼RNA編碼蛋白質(zhì)按分布不同基因家族串聯(lián)重復(fù)基因簇分散式基因簇串聯(lián)重復(fù)基因簇

主體rRNA基因簇前導(dǎo)序列18S5.8S28S……

組蛋白基因串聯(lián)重復(fù)基因簇

果蠅組蛋白基因簇H2B……

H2AH4H3H1分散式基因家族

α類和β類基因簇在不同染色體上人類的α類基因簇位于16號染色體人類的β類基因簇位于11號染色體

珠蛋白基因由α類和β類基因簇構(gòu)成珠蛋白（globin）亞基組成

八周前的胚胎階段ξ2ε2，ξ2γ2，α2ε2

胎兒階段α2γ2

成人階段α2β2，α2δ2，α2γ2

珠蛋白（globin）亞基組成

類α鏈ξ，α人類α基因簇ξ2ξ1Ψα1α2α1珠蛋白（globin）亞基組成

類β鏈β，ε，γ，δε2γ1Ψβ1δβγ2重復(fù)序列按出現(xiàn)的頻率分重復(fù)序列低度重復(fù)序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列低度重復(fù)序列

在某些情況下，這些序列并非一點(diǎn)不差地重復(fù)，這些基因的產(chǎn)物在氨基酸組成上略有差異，如胚胎、胎兒、成人的血紅蛋白β鏈.

有2～10個拷貝。中度重復(fù)序列

有10～幾百拷貝。

一般是不編碼序列，可能在基因調(diào)控中起重要作用，包括開啟或關(guān)閉基因的活性，促進(jìn)或終止轉(zhuǎn)錄，DNA復(fù)制的起始，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物參與hnRNA的處理等

例如Alu序列家族（Alufamily）和KpnⅠ家族Alu家族長約300bp，有30萬個成員，在170bp處有一個限制性酶切AluⅠ位點(diǎn)，故稱為Alu序列高度重復(fù)序列

高度重復(fù)序列一般不轉(zhuǎn)錄，因為在這些極其簡單的核苷酸順序上缺少轉(zhuǎn)錄所必需的啟動子。有幾百～幾百萬拷貝。

衛(wèi)星DNA、隱蔽衛(wèi)星DNA、小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA衛(wèi)星DNA

（sateliteDNA）

衛(wèi)星DNA：在蔗糖或氯化銫密度梯度離心中的浮力密度曲線圖上觀察到的位于DNA主帶旁邊的小帶DNA主帶富含AT隱蔽衛(wèi)星DNA堿基組成與主體DNA堿基組成相差不大，可以用復(fù)性的手段把該DNA分離出來，該DNA也串聯(lián)集中分布，這樣的DNA叫隱蔽衛(wèi)星DNA小衛(wèi)星DNA（minisatellite）或稱可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列（variablenumberoftandemreapeat，VNTR）核心序列為11-60bp，由于其拷貝數(shù)變化，在不同個體間存在串聯(lián)數(shù)目的差異，利用限制性內(nèi)切酶結(jié)合southern雜交可產(chǎn)生DNA指紋微衛(wèi)星DNA（microsatellite）也稱短串聯(lián)重復(fù)序列（shorttandemrepeat，STR）由2-6bp重復(fù)單位構(gòu)成，通常多態(tài)性片段長度在100-300bp之間，以人類基因組為例每15-20kb就存在1個微衛(wèi)星因為其高度的多態(tài)性和穩(wěn)定性，也廣泛用于DNA指紋分析DNA指紋小衛(wèi)星或微衛(wèi)星DNA，重復(fù)片段的組成和拷貝數(shù)在不同的個體及基因組的不同位置上是不一樣的。提取不同個體的DNA后，用限制性內(nèi)切酶在重復(fù)片段的兩側(cè)切割基因組DNA，然后進(jìn)行凝膠電泳，不同長度的重復(fù)片段就會分開，再與含有這些重復(fù)序列的特異性探針進(jìn)行雜交，便形成有個體特異性的放射性自顯影圖，即DNA指紋JeffreysThefirstDNAfingerprinting來源于母親的染色體來源于父親的染色體5個重復(fù)12個重復(fù)重復(fù)數(shù)長DNA片段短DNA片段父母2520151050重復(fù)數(shù)長DNA片段短DNA片段25112525513820201251510183615712DNA指紋的特點(diǎn)多位點(diǎn)：高分辨率的DNA指紋圖通常由15-30個條帶組成簡單的遺傳方式，孟德爾遺傳高度變異性：不同的個體或群體有不同的DNA指紋圖譜特異性“短序重復(fù)片段”（shorttermrepeat,STR）名稱位置等位基因數(shù)可能的基因型數(shù)D3S13583P21836VWA12P121166FGA4q2814105D8S11798q241278D21S1121q21.122253D5S8185q21-311055D13S31713q22836D7S8207q1055D16S53916q22945THO111p15728TPOX2p23836CSF1PO5q331055DNA指紋的工作原理提取DNA酶切成小片段凝膠電泳分離變性，轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上用特異性探針進(jìn)行雜交放射自顯影DNA指紋的應(yīng)用1、用于刑事案件：配型工作2、用于親子鑒定3、空難事故受難者殘骸鑒定4、人種、性別的鑒定5、其它方面：鑒定雙胞胎，器官移植的配型試驗，腫瘤DNA指紋的改變用作腫瘤發(fā)生和發(fā)展的標(biāo)志六、細(xì)胞器基因大多數(shù)動物只有線粒體，植物細(xì)胞中既有線粒體又有葉綠體細(xì)胞器基因線粒體基因葉綠體基因線粒體DNA遺傳方式：母性遺傳含有兩條鏈：重鏈（H）和輕鏈（L）人類的mtDNA有16569bp，其中有2個rRNA、22個tRNA和13個蛋白質(zhì)編碼序列特點(diǎn)：1、mtDNA比核DNA重復(fù)性小，信息密度高，不含內(nèi)含子2、mtDNA的部分區(qū)域呈基因重疊3、mtDNA的突變頻率高于核DNA，并缺乏修復(fù)功能七、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因特征核酸成份只有一種，DNA或RNA為一條單鏈或雙鏈分子，呈環(huán)狀或線狀功能相關(guān)基因集中排列多為單拷貝基因病毒基因組不編碼序列很少噬菌體為連續(xù)基因，感染真核生物的病毒基因為斷裂基因重疊基因(較小基因組可攜帶更多信息)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因特征環(huán)狀或線狀腺病毒、皰疹病毒一般來說，大多數(shù)DNA病毒的基因組是雙鏈分子，而大多數(shù)RNA病毒的基因組是單鏈分子乳頭瘤病毒、乙型肝炎病毒功能相關(guān)的基因集中排列63A*ABK11036FGH8CDJpApBpCE噬菌體的基因是連續(xù)的，感染真核細(xì)胞的病毒含有內(nèi)含子多為單拷貝病毒基因組少量不被翻譯含有重疊基因亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因特征亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因特征重疊基因蛋白D……GCGGAAGGAGTGATGTAATGTCT…..蛋白E丙蛋谷纈甘終止終止谷賴精起