基因组的结构与功能.ppt

2019/6/8,1,基因组的结构与功能,第二章,2,2019/6/8,第一节 原核生物基因组的结构与功能 第二节 真核生物基因组的结构与功能 第三节 病毒基因组的结构特点,3,2019/6/8,基因组（genome）,细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传 物质的总和 结 构 指不同的基因功能区域在核酸分子中 的分布和排列情况 功 能 贮存和表达遗传信息,4,2019/6/8,特点,不同的生物体，其基因组的大小和复杂程度 各不相同 进化程度越高的生物其基因组越复杂,5,2019/6/8,第一节 原核生物基因组的结构与功能,一、原核生物染色体基因组的结构与功能 二、原核生物中的质粒DNA,6,2019/6/8,（一）原核生物染色体DNA的基本结构与功能, 环状双链DNA分子 与蛋白质形成复合物 类核（nucleoid） 中央：RNA和支架蛋白组成。 外围：双链闭环的超螺旋DNA。,（1）基本结构特点,一、原核生物染色体基因组的结构与功能,7,2019/6/8,原核生物染色体DNA通常与细胞膜相连，连接点的数量随细胞生长状况和不同的生活周期而异,8,2019/6/8,原核生物DNA的高级结构-超螺旋结构,9,2019/6/8,（2）染色体DNA的功能与细胞膜密切相关, 信号区域往往优先与细胞膜结合 在细胞分裂时将染色体DNA均匀地分配到两 个子代细菌中,10,2019/6/8,（二）原核生物染色体基因组结构基因特征, 结构基因的编码是连续的 结构基因之间的编码序列不重叠 基因组中很少有重复序列 结构基因多为单拷贝基因（编码rRNA的基因除外) 结构基因在基因组中所占的比例（约占50%）远 大于真核基因组 ，小于病毒基因组,11,2019/6/8,（三）原核生物染色体基因组中结构基因与调控序列的组织形式, 操纵子（operon）,2019/6/8,12, 转录终止信号,位于信息编码区下游，使转录终止,13,2019/6/8,二、原核生物中的质粒DNA,1.质粒的基本特性 质粒的定义 质粒（plasmid）是细菌细胞内的、染色体外的共价闭合的环状DNA分子（covalent closed circularDNA，cccDNA）,14,2019/6/8,质粒的结构与功能特点, 能够独立于细胞的染色质DNA而进行复制 对宿主细胞的生存不是必需的 能赋予细菌特定的遗传性状,15,2019/6/8,2.质粒的遗传调控, 质粒自身带有一个复制调控系统 能使细胞分裂与质粒复制协调 质粒在宿主菌中具有不相容性,16,2019/6/8,3.质粒的类型, 接合型质粒 只能使细菌接合，本身不能被传递 可移动型质粒 可以被传递，但不能使质粒接合，只能被动传递 (接合型与可移动型并存时，能传递可移动型质粒) 自传递型质粒 兼具上述两种质粒的功能，因而可以自传递， 如F质粒,17,2019/6/8,4.质粒拷贝方式, 严谨型质粒（strigent plasmid） 低拷贝数质粒，一个细菌内仅含数个质粒。 松弛型质粒（relaxed plasmid） 即高拷贝质粒，每个细菌内的质粒数目可 达10-60个或更多。,18,2019/6/8,5.质粒对宿主的适应性, 窄宿主谱质粒 仅能存在于一种或数种密切相关的宿主, 广宿主谱质粒 可以在不同科、属、种的细菌之间传递,2019/6/8,19,第二节 真核生物基因组的结构与功能,一、真核细胞染色质DNA的高级结构 二、真核细胞核基因组结构和功能特点,20,2019/6/8,一、真核细胞染色质DNA的高级结构,1. DNA高级结构中的蛋白质,（1）组蛋白,碱性蛋白,带正电荷,有较多的精氨酸和赖氨酸,分类 核心组蛋白：H2A、H2B、H3、H4等4种 连接组蛋白：H1,21,2019/6/8,核心组蛋白结构特点,非常保守 原因：,绝大多数氨基酸都与DNA或其它组蛋白相互 作用,不可置换,所有的生物中与组蛋白相互作用的DNA磷酸 二酯骨架都是相同的, 球形部,22,2019/6/8,四种核心组蛋白的组成,借精氨酸残基与磷酸二酯骨架间的静电 作 用使DNA 分子缠绕在组蛋白核心周围，形 成核小体 尾部 含有大量赖氨酸和精氨酸残基，为组蛋白翻 译后进行修饰的部位 .,23,2019/6/8,连接蛋白H1特点, 具有种属特异性 具有组织特异性,24,2019/6/8, 酸性蛋白质 合成与DNA复制同步进行 能识别特异的DNA序列,（2）非组蛋白,是染色体上结合特异DNA序列蛋白质,特性,25,2019/6/8,功能, 帮助DNA分子折叠 协助启动DNA复制 控制基因转录，调节基因表达,26,2019/6/8,2.DNA与蛋白质的结合与染色体的组装,基本结构 八聚体核心组蛋白 核心颗粒 核心颗粒之间+连接区形成串珠样的结构,核小体是染色质的基本组成单位,27,2019/6/8,核小体的结构,28,2019/6/8,多聚核小体的结构,29,2019/6/8,染色质的压缩过程,2019/6/8,30,二、真核细胞核基因组结构和功能特点,大都为断裂基因,1.结构基因的结构与功能特点,非编码区 内含子 编码区 外显子,转录产物为单顺反子 结构基因所占区域远小于非编码区域,31,2019/6/8,2.基因组中的重复序列的结构及其功能,（1）高度重复序列,重复频率可达106次(卫星DNA、反向重复序列等）, 反向重复序列,由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成,卫星DNA,这类序列的碱基组成不同于基因组的其他部份,可用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开,32,2019/6/8,（1）高度重复序列功能,参与复制水平的调节 存在于DNA复制起点区的附近，是一些蛋白质 （包括酶)的结合位点 参与基因表达的调控 可以形成发夹结构，有助于稳定RNA分子,参与染色体配对 同源染色体之间的联会可能依赖于具有染 色体专一性的特定卫星DNA序列,33,2019/6/8,（2）中度重复序列,短分散重复片段 平均长度约为300 bp-500 bp拷贝数可 达10万左右，如Alu家族 长分散重复片段 平均长度为3500 bp-5000 bp,重复数十至数万（105）次,34,2019/6/8, Alu家族,人基因组平均每5 kb DNA就有一个Alu序列，长度约300 bp ，每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点（AGCT），故称为Alu序列（或Alu家族）。有种属的特异性,35,2019/6/8,（3）单拷贝序列（低度重复序列）,在单倍体基因组中只出现一次或数次，单拷贝序列在基因组中占50-80，储存了编码各种不同功能的蛋白质的遗传信息,36,2019/6/8,3.多基因家族与假基因,多基因家族（multigene family） 指由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因 分布特点 基因家族成簇地分布在某一条染色体上 基因家族成簇地分布于不同染色体上,37,2019/6/8, 假基因（pseudogene）,多基因家族中并不产生有功能的基因产物的成员,特征,缺少正常基因的内含子,38,2019/6/8,线粒体DNA（mitochondrial ，mtDNA）, mtDNA是核外遗传物质 环状分子 结构特点与原核生物相同,2019/6/8,39,第三节 病毒基因组的结构特点,40,2019/6/8,1.病毒基因组的特点,基因组较小 不到大肠杆菌基因组大小的十分之一 可以是DNA，也可以是RNA 可以是单链结构，也可以是双链结构 可以是闭环分子，也可以是线性分子,41,2019/6/8,2. RNA病毒基因组,可以由不相连的几条RNA链构成 ，每个RNA分子都含有编码蛋白质分子的信息。DNA病毒无类似现象,42,2019/6/8,3. 基因