分子生物学基因

1、分子生物学基因第1页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一第二章 基因与基因组 第2页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一Chapter 1Gene and Genomics 第3页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一 Genomics (基因组)：细胞内所有DNA分子的总称。 基因组结构是指不同功能区域在整个DNA分子中的分布情况。即基因及其调控序列的排列组合。 第4页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一不同生物基因组大小第5页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一不同生物基因组大小千碱基对/染色体长度(m

2、m）染色体数(单倍体）形 状原核生物病毒SV405.21.71环状噬菌体X1745.41.81线状单链噬菌体46151线状细菌大肠杆菌400013001环状真核生物酵母100033017果蝇41000140004人1250004100023第6页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一一、病毒基因组的结构和功能 基因组小 DNA或RNA；单链或双链；闭环或线性分子。 大多数RNA病毒是一条RNA，少数为多条RNA。 基因重叠现象普遍 功能上相关的基因或rRNA基因往往丛集形成一个功能单位或转录单元。 病毒基因组都是单倍体，唯有反转录病毒基因组有两个拷贝。 噬菌体的基因是连续的；真

3、核病毒基因是不连续的，具有内含子 除正链RNA病毒外，真核细胞病毒的基因都是先转录成mRNA前体，再经加工才能切除内含子成为成熟的mRNA。 第7页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一1、RNA噬菌体的基因组结构和功能 大肠杆菌RNA噬菌体如MS2，R17，f2和Qb 基因组小，36004200 bp，包含4 基因，其中两个编码噬菌体结构蛋白：A蛋白（成熟蛋白，识别宿主并使其RNA基因组能进入宿主菌）和外壳蛋白。另外两个编码RNA复制酶和溶解蛋白。 第8页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一1、RNA噬菌体的基因组结构和功能 溶解蛋白基因与外壳蛋白和复制酶的

4、基因有部分重叠，但读框与外壳蛋白不同。 在MS2、R17、f2基因组内有二级结构，可自我配对，防止RNase降解。 编码基因的5和3端各有一段非翻译序列，对RNA分子有稳定作用。 第9页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一1、RNA噬菌体的基因组结构和功能 溶解蛋白基因与外壳蛋白和复制酶的基因有部分重叠，但读框与外壳蛋白不同。 在MS2、R17、f2基因组内有二级结构，可自我配对，防止RNase降解。 编码基因的5和3端各有一段非翻译序列，对RNA分子有稳定作用。 第10页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一1、RNA噬菌体的基因组结构和功能 噬菌体Qb没有

5、独立的溶解蛋白基因，结构蛋白A2（成熟蛋白，Maturaiton Protein）具有溶解蛋白的功能. 具有第二种外壳蛋白A1。第11页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一二、细菌基因组结构和功能1. 一般结构特点 通常为一条环状双链DNA分子 具有操纵子结构 结构基因多单拷贝 非编码的DNA比例很小一般无基因重叠现象具有复制起始区OriC，复制终止区TerC，转录启动区和终止区等各种功能的识别区域在基因或操纵子的终末往往具有特殊的终止序列第12页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一二、细菌基因组结构和功能2. 大肠杆菌 一条环状双链DNA分子，3500个基

6、因，75个操纵子 已知基因中8的序列具有调控作用。 已知基因多是编码一些酶类的基因，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸和维生素合成代谢的一些酶类的基因，以及大多数碳、氮化合物分解代谢的酶类的基因 除了有些具有相关功能的基因在一个操纵子内由一个启动子转录外，大多数基因的相对位置可以说是随机分布的。如控制小分子合成和分解代谢的基因，糖酵解的酶类的基因等。第13页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一二、细菌基因组结构和功能大肠杆菌 多个rRNA基因重复，位于复制起点ori C附近。第14页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一三、真核生物线粒体DNA 双链环状DNA分子；

7、200106 D 型复制、滚环复制或D环复制 编码呼吸氧化酶类，rRNA，tRNA，核糖体基因 第15页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一三、真核生物线粒体DNA UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码。因此，线粒体tRNA trp可以识别UGG和UGA两个密码子。 多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码；而起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四个密码子编码 AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子。因而线粒体的4个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）mttRNA在结构上与细胞质tRNA也有区别。如GTCRA序列在大多数mttRNA中不存在。

8、D环和TC环中一些保守的核苷酸也发生了变化。最突出的是tRNASer的结构，该tRNA缺乏D臂。这些结构上的差异表明mttRNA三维结构以及与mt核糖体的作用方式与细胞质tRNA不一样。第16页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一三、真核生物线粒体DNA线粒体DNA的双重遗传控制 线粒体具有自己的mtDNA 线粒体具有自己tRNA，rRNA，核糖体等 mtDNA编码复制和转录的聚合酶 呼吸链的一些复合酶由细胞核基因和mtDNA共同编码 第17页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一四、真核生物基因结构与功能 DNA以染色体形式存在，有核膜包被，基因组为双倍体，

9、diploid） 大部分基因为单顺反子 重复序列广泛存在，非编码序列为绝大部分 基因不连续，有内含子 多复制起点第18页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一四、真核生物基因结构与功能 1. 高度重复序列 重复频率可达百万次，占DNA序列的1060A 反向重复序列 重复单元长300bp，单元间隔1.6kb分散于基因组中；复性极迅速B 卫星DNA(satellite DNA) 重复单元2-10bp，成串排列。碱基组成特殊C 复杂的重复序列 灵长类所独有。非洲绿猴DNA重复单位为172bp。而人卫星DNA更复杂，含有多序列家族。第19页，共25页，2022年，5月20日，9点58分

10、，星期一四、真核生物基因结构与功能 1. 高度重复序列 功能 高度重复序列的功能 与DNA复制有关 参与基因表达调控和稳定RNA 与进化有关，具有种属特异性 a卫星DNA可能与染色体配对有关第20页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一四、真核生物基因结构与功能2. 中度重复序列 重复数十至数万次，占基因组的10-40，多不编码蛋白，一般具有种特异性。类型：A. 短分散片段：约300bp，与平均长度为1000bp的单拷贝序列间隔排列。如Alu家族，Hinf家族B. 长分散片段：3500-5000bp，与平均长度为13000bp的单拷贝序列间隔排列。如Kpn家族等。 有些中度重复

11、序列是结构基因，如rRNA基因，tRNA基因，组蛋白基因， HLA基因，免疫球蛋白基因等。第21页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一四、真核生物基因结构与功能2. 中度重复序列 Alu家族：哺乳动物含量最丰富的中度重复序列家族 第22页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一四、真核生物基因结构与功能Alu家族： 重复3050万次，300bp，具有Alu切点位点（AGCT）。分散存在；具种的特异性。 人类Alu序列是由两个约130bp的正向重复构成的二聚体。 Alu序列广泛散布于整个基因组，推测Alu序列可能能够移动。 Alu序列可能参与hnRNA的加工与成熟。 Alu序列可能具有转录调节作用。第23页，共25页，2022年，5月20日，9点58分，星期一四、真核生物基因结构与功能Kpn I家族 6 kb；三个Kpn I酶切位点； 拷贝数约30004800；散布；长分散片段型。 不同Kpn I家族同源性小，不能杂交，但3端有同源性。Hinf 家族 319bp；50100拷贝；散布。由 172bp和147bp 两个亚单位组成，它们之间有70%的同源