药学分子生物21 ppt课件

1、第二章第二章 染色质、染色体、基因和基因组染色质、染色体、基因和基因组第一节、染色质和染色体第一节、染色质和染色体一、一、 染色质和染色体的形状染色质和染色体的形状一染色质一染色质存在于细胞核中，由存在于细胞核中，由DNADNA、组蛋白和非组蛋、组蛋白和非组蛋白构成白构成的高度有序的核蛋白质。的高度有序的核蛋白质。 常染色质和异染色质常染色质和异染色质常染色质：分布较稀疏，处于活泼形状。常染色质：分布较稀疏，处于活泼形状。异染色质：分布较严密，处于抑制形状。异染色质：分布较严密，处于抑制形状。异染色质异染色质常染色质常染色质1. 1. 核小体核小体核小体核小体nucleosome):nucle

2、osome):染色质的根本构造单位染色质的根本构造单位。核小体的组成核小体的组成2. 2. 染色质纤维染色质纤维间期染色质呈纤维状。间期染色质呈纤维状。二染色体二染色体原核染色体：单一环型双链原核染色体：单一环型双链DNADNA分子分子真核染色体：单一线型双链真核染色体：单一线型双链DNADNA分子及结合蛋白构成分子及结合蛋白构成的的 遗传物质单位遗传物质单位 DNA双螺旋紧缩7倍紧缩6倍紧缩40倍紧缩5倍合计紧缩合计紧缩84008400倍倍1. 1. 染色单体：染色单体：2. 2. 着丝粒：主缢痕：着丝粒所在部位两染色单体缩着丝粒：主缢痕：着丝粒所在部位两染色单体缩窄窄3. 3. 次溢痕：有

3、的染色体在长、短臂上还存在缩窄区次溢痕：有的染色体在长、短臂上还存在缩窄区或浅染区，称为次缢痕。或浅染区，称为次缢痕。4. 4. 随体：近端着丝粒染色体短臂末端有一球形小体随体：近端着丝粒染色体短臂末端有一球形小体5.5.核仁组织区：近端着丝粒染色体随体和短臂相连的核仁组织区：近端着丝粒染色体随体和短臂相连的柄部含有柄部含有rDNArDNA，可转录构成，可转录构成rRNA,rRNA,与核仁构成有关，与核仁构成有关，也称核仁组织者区。也称核仁组织者区。7.复制子与起始位点复制子与起始位点6. 6. 端粒：端粒端粒：端粒(telomeres)(telomeres)是染色体末端的高度保是染色体末端的

4、高度保守特异构造，它是由富含鸟嘌呤核苷酸的简单反复序守特异构造，它是由富含鸟嘌呤核苷酸的简单反复序列列TTAGGGTTAGGGn n组成组成. .染色体构造方式图染色体构造方式图二、染色质和染色体的化学成分及组二、染色质和染色体的化学成分及组成成一一DNA1.非反复序列非反复序列2.轻度反复序列轻度反复序列3.中度反复序列中度反复序列4.高度反复序列高度反复序列二组蛋白二组蛋白含量最高的一种染色体蛋含量最高的一种染色体蛋白质，带大量精氨酸和组白质，带大量精氨酸和组氨酸碱性氨基酸分为，氨酸碱性氨基酸分为，有有H1、H2A、H2B、H3、H4五种五种三非组蛋白：细胞中一类酸三非组蛋白：细胞中一类酸

5、性蛋白质，一半为构造蛋白，一性蛋白质，一半为构造蛋白，一半为酶类。半为酶类。作用：作用：1.参与染色体构建参与染色体构建2.启动基因复制启动基因复制3.调控基因转录调控基因转录四四RNA五酶五酶三、染色质和染色体的功能三、染色质和染色体的功能一染色体在遗传中的作用一染色体在遗传中的作用1.有丝分裂有丝分裂有丝分裂是真核生物细胞分裂的根本方式。有丝分裂是真核生物细胞分裂的根本方式。前期前期中期中期后期后期末期末期2.减数分裂减数分裂3.染色体畸变染色体畸变1染色体数目的改动染色体数目的改动1整倍体整倍体1.多倍体多倍体2.三倍体三倍体2)非整倍体非整倍体1.缺体缺体2.单体单体3.三体三体4.双

6、三体双三体5.多体多体3体细胞非整倍体体细胞非整倍体1缺失：染色体部分丧失称为缺失缺失：染色体部分丧失称为缺失2反复：染色体上个别区段多出一份，称为反复反复：染色体上个别区段多出一份，称为反复反复反复3倒位：假设两次断裂构成的片段倒转180度重新接合，那么，虽然没有染色体物质的丧失，但基因顺序颠倒，称为倒位4易位：染色体片段位置的改动称为易易位：染色体片段位置的改动称为易位位 染色体相互易位染色体相互易位罗氏易位罗氏易位二组蛋白和非组蛋白磷酸化二组蛋白和非组蛋白磷酸化三组蛋白和非组蛋白的转录调三组蛋白和非组蛋白的转录调控控 第二节、基因第二节、基因一、一、 基因生物学定基因生物学定义义1. 1

7、. 重叠基因重叠基因: :原核生物和某些原核生物和某些病毒基因组比较小，为利用有限病毒基因组比较小，为利用有限碱基编码更多信息，存在重叠基碱基编码更多信息，存在重叠基因因2. 2. 断裂基因：真核的基因组方式。断裂基因：真核的基因组方式。编码序列称外显子编码序列称外显子exonexon，非编码序列称，非编码序列称内含子内含子intronintron，or intervening or intervening sequencesequence。 3. 3. 复等位基因：复等位基因：位于一对同源染色体上对应位置的一对基位于一对同源染色体上对应位置的一对基因叫等位基因。由于群体的突变，同一基因叫等位

8、基因。由于群体的突变，同一基因座的基因系列称为复等位基因，对某一因座的基因系列称为复等位基因，对某一个体来说一个基因座只需一对等位基因，个体来说一个基因座只需一对等位基因，复等位基因是群体的概念。复等位基因是群体的概念。HLAHLA存在为数众存在为数众多的复等位基因。多的复等位基因。如：人的如：人的ABOABO血型血型4. 4. 假基因假基因在多基因家族中，不产生有功能基因产在多基因家族中，不产生有功能基因产物的基因。即序列与有功能的基因类似，物的基因。即序列与有功能的基因类似，但或者不能转录，或者转录后生成无功但或者不能转录，或者转录后生成无功能的基因产物。用能的基因产物。用表示。呵斥缘由是

9、表示。呵斥缘由是基因在进化过程中，发生突变所致如基因在进化过程中，发生突变所致如缺失、倒位、点突变等。缺失、倒位、点突变等。二、二、 基因的分子生物学定义基因的分子生物学定义 DNA DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质多肽链或能的蛋白质多肽链或RNARNA所必需的全部核酸序所必需的全部核酸序列通常是列通常是DNADNA序列。故一个基因应包含不序列。故一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或仅是编码蛋白质肽链或RNARNA的核酸序列，还包的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序

10、列、括为保证转录所必需的调控序列、55非翻译非翻译序列、内含子以及序列、内含子以及33非翻译序列等一切的核非翻译序列等一切的核酸序列蛋白质基因和酸序列蛋白质基因和RNARNA基因。基因。三、三、 基因功能基因功能1. 1. 基因转录的根本特基因转录的根本特性性2.2.翻译翻译- -蛋白质的合成蛋白质的合成 功能上相关的基因高度集中，组成支配子构造。功能上相关的基因高度集中，组成支配子构造。编码蛋白的基因大多是是单拷贝的编码蛋白的基因大多是是单拷贝的RNA基因是多拷贝的基因是多拷贝的基因是延续的：构造基因中没有内含子基因是延续的：构造基因中没有内含子intron成分，在转录后不需剪接加工，转录产

11、物的寿成分，在转录后不需剪接加工，转录产物的寿命较短。命较短。6.构造基因反复序列少，基因组中仅有少数基构造基因反复序列少，基因组中仅有少数基因存在基因重叠景象因存在基因重叠景象7.单个染色体呈环状，染色体单个染色体呈环状，染色体DNA并不和蛋白并不和蛋白质固定结合。质固定结合。5.细菌中的细菌中的DNA大部分是用于编码蛋白质，只大部分是用于编码蛋白质，只需一小部分是不翻译的。需一小部分是不翻译的。五、五、 真核生物基因特征真核生物基因特征基因的不延续性基因的不延续性 1.1.基因家族基因家族 真核细胞基因组中有许多来源一样，构造真核细胞基因组中有许多来源一样，构造类似，功能相关的基因，这样的

12、一组基因称类似，功能相关的基因，这样的一组基因称基因家族基因家族 (1) (1) 串联反复基因簇串联反复基因簇2 2分散式基因簇分散式基因簇 3 3超基因家族超基因家族 supergene familysupergene family：由多基因家族：由多基因家族及单基因组成的更大的基因家族。成员及单基因组成的更大的基因家族。成员间有不同程度的同源，但它们的功能并间有不同程度的同源，但它们的功能并不类似，这是与多基因家族的差别所在。不类似，这是与多基因家族的差别所在。如如IgIg超家族。超家族。三反复基因构造三反复基因构造 1.中度反复序列中度反复序列:100-几千几千bp片段的反复，其产物是细

13、片段的反复，其产物是细胞大量需求的。其长度胞大量需求的。其长度3007000bp，普通都是不编，普通都是不编码的顺序。据以为在基因调控中起重要作用，包括开码的顺序。据以为在基因调控中起重要作用，包括开启或封锁基因，促进或终止转录，启或封锁基因，促进或终止转录，DNA复制的起始，复制的起始，参与前参与前mRNA加工等。加工等。rRNA基因：可反复数百次，可作为一种遗传标志。基因：可反复数百次，可作为一种遗传标志。tRNA基因基因组蛋白基因组蛋白基因Alu家族：家族：有有3万个成员，平均每万个成员，平均每6kb就有一个，长度约就有一个，长度约300bp，因在，因在170bp处有一处有一Alu位点位

14、点AG/CT而得名。而得名。Alu顺序具有种的特异性，功能：尚顺序具有种的特异性，功能：尚不清楚。能够在不清楚。能够在hnRNA转录和加工中起作用；转录和加工中起作用；遗传重组及染色体不稳定性有关；人类质粒遗传重组及染色体不稳定性有关；人类质粒humanplasmid；构成；构成Z-DNA。Kpn家族：家族：人类和灵长类人类和灵长类DNA经经Kpn酶解后，产生酶解后，产生4个片个片段段1.2、1.5、1.8、1.9kb，这些就被命名为，这些就被命名为Kpn家族。人类基因组中的家族。人类基因组中的Kpn序列约在序列约在3-6%，也是散在分布的。功能尚不清楚。，也是散在分布的。功能尚不清楚。2高度

15、反复序列：高度反复序列：高度反复顺序不能转录，它们参与染色体构造高度反复顺序不能转录，它们参与染色体构造的维持，构成构造基因间隔。分布于着丝点、的维持，构成构造基因间隔。分布于着丝点、端粒区、构造基因两侧端粒区、构造基因两侧反向反复序列反向反复序列卫星卫星DNA：简单串联反复序列：简单串联反复序列六六 细胞器基因细胞器基因1.1.线粒体线粒体- -母性遗传母性遗传. .线粒体线粒体DNADNA编码的蛋白质占线粒体编码的蛋白质占线粒体全部蛋白质的全部蛋白质的10%10%，其他，其他90%90%由核基由核基因编码因编码MaternalInheritancemtDNA AmtDNA BmtDNA D

16、mtDNA CElectron micrograph of a mitochondrial DNAElectron micrograph of a mitochondrionEncodedbynucleargenes.Encodedbymitochondrialgenes.GeneProductsEssentialtoMitochondrialFunction:MapofhumanmtDNAHypervariable region七七 亚细胞构造的基因特征亚细胞构造的基因特征病毒、噬菌体：病毒、噬菌体：1.1.核酸成分只需一种核酸成分只需一种2.2.单链、双链或者片段单链、双链或者片段3.3.

17、大小很大差别大小很大差别4.4.具有启动子和支配基因的构具有启动子和支配基因的构造造5.5.噬菌体基因组没有内含子，噬菌体基因组没有内含子，真核病毒基因组有内含子真核病毒基因组有内含子6.6.病毒中有重叠基因存在病毒中有重叠基因存在噬菌体噬菌体x174基因图谱基因图谱八、原核和真核细胞中基因和顺反子的关系八、原核和真核细胞中基因和顺反子的关系原核原核- -单顺反子单顺反子真核真核- -多顺反子多顺反子第三节、基因组第三节、基因组基因组就是一个物种中一切基因的整体组成。人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。要揭开生命的奥妙，就需求从整体程度研讨基因的存在、基因的构造与功能、基因之间的相互关系

18、。 基因组：携带生物体全部遗传信息的核酸量。基因组：携带生物体全部遗传信息的核酸量。Viruses ProcaryotesEucaryotesViral genomeBacterial chromosomePlasmidsChromosomes(Nuclear genome)Mitochondrial genomeChloroplast genomeCapsidNucleus一、一、 基因组的构造特点基因组的构造特点原核生物基因组构造原核生物基因组构造 基因组较小基因组较小,平均平均1Kb，大小变化不大，大小变化不大几乎无蛋白质同核酸结合几乎无蛋白质同核酸结合 具有支配子构造具有支配子构造构造

19、基因是单拷贝，构造基因是单拷贝，rRNA基因是多拷贝。基因是多拷贝。有基因重叠景象。有基因重叠景象。多顺反子多顺反子P OZY A结构基因阻遏物基因启动子操纵基因产生阻遏蛋白 RNA酶结合结合阻遏物I二真核生物基因组构造二真核生物基因组构造 基因组较大，且大小变化大基因组较大，且大小变化大和蛋白质结合，构成染色体，而且是多条和蛋白质结合，构成染色体，而且是多条有反复序列有反复序列有单拷贝和多拷贝两种方式有单拷贝和多拷贝两种方式基因是不延续的，基因家族化是最显著特征之基因是不延续的，基因家族化是最显著特征之一。并且一。并且DNA片段可以重排片段可以重排转录单位普通是单顺反子的。即基因转录单位普通

20、是单顺反子的。即基因-一种一种蛋白质蛋白质Eucaryotic chromosomeTelomereTelomereCentromerep-armq-armExon 190 bpExon 2222 bpExon 3126 bpIntron A131 bpIntron B851 bpHemoglobinbetasubunitgeneIntrons:interveningsequenceswithinagenethatarenottranslatedintoaproteinsequence.Collagenhas50introns.Exons:sequenceswithinagenethatenc

21、odeproteinsequencesSplicing:RemovalofintronsfromthemRNAmolecule.Splicing三线粒体基因组构造三线粒体基因组构造 1人类线粒体的基因陈列得非常紧凑，除与人类线粒体的基因陈列得非常紧凑，除与mtDNA复制复制及转录有关的一小段区域外，无内含子序列。在及转录有关的一小段区域外，无内含子序列。在37个基因个基因之间，基因间隔区总共只需之间，基因间隔区总共只需87bp,只占只占DNA总长度的的总长度的的0.5%，有些基因之间没有间隔，有时基因有重叠，即前，有些基因之间没有间隔，有时基因有重叠，即前一个基因的最后一段碱基与下一个基因的第

22、一段碱基相衔一个基因的最后一段碱基与下一个基因的第一段碱基相衔接。因此，接。因此，mtDNA的任何突变都会累及到基因组中一个的任何突变都会累及到基因组中一个重要功能区域。重要功能区域。2mtDNA为高效利用为高效利用DNA。有。有5个阅读框架，短少个阅读框架，短少终止密码子，仅以终止密码子，仅以U或或UA结尾。结尾。3mtDNA的突变率高于核中的突变率高于核中DNA，并且缺乏修复才，并且缺乏修复才干。干。4mtDNA为母系遗传。为母系遗传。5.部分部分mtDNA的密码子不同于核内的密码子不同于核内DNA的密码子。的密码子。四叶绿体基因组构造Electronmicroscopicimageofa

23、circularDNAmoleculeisolatedfromasoybeanchloroplast(actDNA) 128 genes, 4 of which are rRNA genes, 32 are tRNA genes and 55 are open reading frames (ORF)三、基因组的染色体倍数性和数目三、基因组的染色体倍数性和数目一倍体数目代表基因组一份拷贝的染一倍体数目代表基因组一份拷贝的染色体数目色体数目. .如：如：2C2C四、四、 遗传图谱、物理图谱、基因图遗传图谱、物理图谱、基因图谱谱一遗传图谱一遗传图谱 指基因或指基因或DNADNA标志在染色体上的相对

24、位置与遗传标志在染色体上的相对位置与遗传间隔。间隔。CMCM表示基因或表示基因或DANDAN片段在染色体交换过片段在染色体交换过程中分别的频率。经过该图谱可分清各基因或程中分别的频率。经过该图谱可分清各基因或DNADNA片段之间的相对间隔与方向，如接近着丝粒片段之间的相对间隔与方向，如接近着丝粒或端粒。或端粒。Genetic MapCytogenetic MapPhysical MapRH MapClone-based MapSequence MapGATCTGCTA TACTACCGC ATTATTCCGRestriction Map150255075100125MbcM2030302025

25、ProbeRestriction digestionSouthern Blot & HybridizationRE 1RE 2RE 3Allele 1Allele 2AB.CTAGACACTCCAGGC.CTAGACAATCCAGGCIntact chromosome50-260 Mb5-10 MbCytogenetic bandLong-rangeLandmark map50-2500 kb50-1500 kb100-200 kb60-1000 bp1bpYAC cloneBAC cloneSTSDNA sequenceGGATTCCGACTAGGTCGGTCTTGGATTAGCTA

26、GG.GTCGGTC.Adapted from Rossiter & Caskey二、物理图谱二、物理图谱 指指DNADNA序列上两点间的实践间隔。用于确定各遗传序列上两点间的实践间隔。用于确定各遗传标志间的物理间隔有两种物理图谱：标志间的物理间隔有两种物理图谱：1 1以已定以已定位的位的DNADNA序列标志位点序列标志位点STSSTS为位标，以为位标，以DNADNA实践实践长度为图谱间隔的基因组图谱。长度为图谱间隔的基因组图谱。2 2由由YACYAC和和/ /或或细菌人工染色体细菌人工染色体BACBAC延续克盛大叠群组成的物延续克盛大叠群组成的物理图谱。理图谱。三基因图谱三基因图谱

27、五、人类基因组五、人类基因组 一一 人类基因组定义人类基因组定义二人类基因组方案研讨的意义二人类基因组方案研讨的意义三三 人类基因组方案研讨的内容人类基因组方案研讨的内容 四人类基因组的多态性与基因组药物四人类基因组的多态性与基因组药物五五 后基因组研讨方案后基因组研讨方案六人类基因组的生物信息在药物研讨六人类基因组的生物信息在药物研讨中的作用中的作用 人类基因组方案人类只需一个基因组，大约有人类只需一个基因组，大约有5-105-10万个万个基因。人类基因组方案是美国科学家于基因。人类基因组方案是美国科学家于19851985年率先提出的，旨在阐明人类基因年率先提出的，旨在阐明人类基因组组303

28、0亿个碱基对的序列，发现一切人类亿个碱基对的序列，发现一切人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分人类全部遗传信息，使人类第一次在分子程度上全面地认识自我。方案于子程度上全面地认识自我。方案于19901990年正式启动，这一价值年正式启动，这一价值3030亿美圆的方案亿美圆的方案的目的是，为的目的是，为3030亿个碱基对构成的人类亿个碱基对构成的人类基因组准确测序，从而最终弄清楚每种基因组准确测序，从而最终弄清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。打个比如，基因制造的蛋白质及其作用。打个比如，这一过程就好似以步行的方式画出从北这一过程

29、就好似以步行的方式画出从北京到上海的道路图，并标明沿途的每一京到上海的道路图，并标明沿途的每一座山峰与山谷。虽然很慢，但非常准确。座山峰与山谷。虽然很慢，但非常准确。l美国：美国：WASHWASHMITMIT等等7 7家研讨中心，奉献率为家研讨中心，奉献率为5454。l英国：英国：SANGERSANGER一家研讨中心，奉献率为一家研讨中心，奉献率为3333。l日本：日本：RIKENRIKEN等两家研讨中心，奉献率为等两家研讨中心，奉献率为7 7。l法国：法国：GENOSCOPEGENOSCOPE研讨中心，奉献率为研讨中心，奉献率为2.82.8。l德国：德国：IMBIMB等等3 3家研讨中心，奉

30、献率为家研讨中心，奉献率为2.22.2。l中国：北京华大研讨中心、国家南北方基因研讨中国：北京华大研讨中心、国家南北方基因研讨l 中心等三家，奉献率为中心等三家，奉献率为1 1。 二二000000年六月二十六日克林顿宣布年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成人类基因组草图绘制完成l由由31.6531.65亿亿bp bp组成组成l含含33.533.5万基因万基因l与蛋白质合成有关与蛋白质合成有关l 的基因占的基因占2%2%人类基因组人类基因组人类蛋白质人类蛋白质 61%61%与果蝇同源与果蝇同源 43%43%与线虫同源与线虫同源 46%46%与酵母同源与酵母同源l基因数量少得惊人基因数量少得惊人l人类基因组中存在人类基因组中存在“热点和大片热点和大片“荒漠荒漠l三分之一为三分之一为“渣滓渣滓DNADNAl种族歧视毫无根据种