真核基因与基因组

关于真核基因与基因组第1页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五遗传信息传递的中心法则

遗传信息传递的中心法则（TheGeneticCentralDogma）主要阐述了遗传信息的传递方式，即阐述了遗传信息的流动方向。它包括了DNA的复制、RNA的转录、蛋白质的翻译，以及RNA的逆转录及RNA的复制等过程。第2页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五遗传信息传递的中心法则

蛋白质虽然不能作为DNA、RNA、蛋白质自身合成的模板，指导DNA、RNA或自身蛋白质的合成，但蛋白质参与了DNA、RNA及蛋白质自身的合成及合成调节的全过程。DNARNA蛋白质转录逆转录翻译复制RNA复制【RNA病毒】第3页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五第十三章真核基因与基因组

EukaryoteGeneandGenome第4页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五主要内容一、基因、基因组的概念二、真核生物基因的结构与功能三、真核生物基因组的结构与功能四、原核生物基因、基因组的结构第5页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五一、基因、基因组的概念（一）基因

基因（gene）是编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的、负载遗传信息的基本单位。

除了某些以RNA为基因组的RNA病毒外，基因通常是指染色体或基因组的一段DNA序列。

基因包括编码序列（外显子）、调控序列和间隔序列（内含子）。第6页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五基因表达的调控区（II类启动子）转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子AATAAA剪接加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体+1结构基因启动子上游启动子元件第7页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五一、基因、基因组的概念（一）基因

基因（gene）是编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的、负载遗传信息的基本单位。

除了某些以RNA为基因组的RNA病毒外，基因通常是指染色体或基因组的一段DNA序列。

基因包括编码序列（外显子）、调控序列和间隔序列（内含子）。基因是DNA分子上的一个最小的功能片段第8页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五基因的功能利用碱基的不同排列荷载遗传信息。通过复制将遗传信息稳定、忠实地遗传给子代细胞，在这一过程中为适应环境变化，可能会发生基因突变。作为基因表达（geneexpression）的模板，使其所携带的遗传信息通过各种RNA和蛋白质在细胞内有序合成而表现出来。基因表达（geneexpression）就是基因转录及翻译的过程，即生成具有生物学功能的产物的过程。（p356）第9页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五一、基因、基因组的概念（二）基因组

基因组（genome）是一个生物体内所有遗传信息的总和。

人类基因组包含了细胞核染色体DNA（常染色体和性染色体）及线粒体DNA所携带的所有遗传物质。第10页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五主要内容一、基因、基因组的概念二、真核生物基因的结构与功能三、真核生物基因组的结构与功能四、原核生物基因、基因组的结构第11页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五二、真核生物基因的结构与功能（一）真核基因的基本结构真核基因中的DNA序列可以分成两部分结构编码序列：基因中经转录及转录加工后生成的mRNA所对应的DNA序列。非编码序列：基因中编码区两侧的调控序列和编码序列间的间隔序列所对应的DNA序列。 调控序列又可以分为启动子、终止子及其他调控序列。第12页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五真核mRNA基因的结构DNA5'3'基因上游调控序列下游调控序列5'3'hnRNA转录转录后加工mRNAAAA...AAA5'3'外显子内显子起始密码子终止密码子NC蛋白质翻译启动子多聚A信号(原核：终止子)第13页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五外显子、内含子、断裂基因、基因组构外显子（exon）——在基因序列中出现，并出现在成熟mRNA分子上的序列。内含子（intron）——位于外显子之间、在mRNA剪接过程中被删除部分相对应的间隔序列。断裂基因（splitegene）——真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。第14页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五外显子、内含子、断裂基因、基因组构基因组构（geneorganization）——单个基因的组成结构及一个完整的生物体内基因的组织排列方式统称为基因组构。血红蛋白基因家族的基因组构图第15页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五二、真核生物基因的结构与功能（二）基因编码区的功能

——编码多肽链或特定的RNA分子5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtcatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′mRNAN······Ala·Val·His·Val······C蛋白质转录翻译基因（DNA）第16页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五二、真核生物基因的结构与功能（三）调控序列参与真核基因表达调控1.基因表达的调控区（顺式作用元件）

位于基因转录区前后，对基因表达起调控作用的区域称为基因表达的调控区。

因其是紧邻基因转录区的DNA序列，又称旁侧序列（flankingsequence）或称为顺式作用元件（cis-actingelement）。

常见的顺式作用元件包括：启动子、上游调控元件、增强子、加尾信号、各种细胞反应元件等等。第17页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五基因表达的调控区（II类启动子）转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子AATAAA剪接加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体+1结构基因启动子上游启动子元件第18页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五二、真核生物基因的结构与功能（三）调控序列参与真核基因表达调控1.基因表达的调控区（顺式作用元件）2.启动子

启动子（promoter）是DNA分子上能够介导RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的序列。多数启动子位于真核细胞基因转录起点的上游，启动子本身通常不被转录。少数启动子（如编码tRNA基因的启动子）位于转录起始点的下游，这些DNA序列可以被转录。第19页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五真核生物有三类启动子

真核生物有三大类RNA聚合酶，分别对应有三种不同类型的启动子。RNA聚合酶IRNA聚合酶IIRNA聚合酶III启动子I类启动子II类启动子III类启动子转录产物rRNA(除5SrRNA)hnRNA(即mRNA的前体)tRNA前体、5SrRNA、snRNA第20页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五真核生物有三类启动子

真核生物有三大类RNA聚合酶，分别对应有三种不同类型的启动子。第21页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五二、真核生物基因的结构与功能（三）调控序列参与真核基因表达调控1.基因表达的调控区（顺式作用元件）2.启动子3.增强子

增强子（enhancer）是增强真核基因启动子工作效率的顺式作用元件，是真核基因中最重要的调控序列，决定着每一个基因在细胞内的表达水平。第22页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五增强子作用的特点能够在相对于启动子的任何方向和位置（上游或者下游）上发挥这种增强作用，大部分位于上游。增强子序列距离所调控基因距离近者几十个碱基对，远的可达几千个碱基对。通常数个增强子序列形成一簇。有时增强子序列也可位于内含子之中。不同的增强子序列结合不同的调节蛋白。增强子有组织特异性。第23页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五增强子作用示意图第24页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五二、真核生物基因的结构与功能（三）调控序列参与真核基因表达调控1.基因表达的调控区（顺式作用元件）2.启动子3.增强子4.沉默子

沉默子（silencer）是抑制基因转录的特定DNA序列，当其结合一些反式作用因子时对基因的转录起阻遏作用，使基因沉默。

沉默子作用特点类似增强子。第25页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五二、真核生物基因的结构与功能（三）调控序列参与真核基因表达调控1.基因表达的调控区（顺式作用元件）2.启动子3.增强子4.沉默子5.其他一些调控序列绝缘子（insulator）——位于增强子或沉默子与基因之间抑制增强子或沉默子的作用细胞反应元件（应答元件）第26页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五应答元件（responseelements）

在真核生物细胞处于某一特定环境时，在基因上游有一些DNA序列能和专一性蛋白质因子结合，从而控制基因特异表达，这些DNA序列称为应答元件。如：结合于反应元件的特殊转录因子调节剂组件保守顺序DNA长度因子大小（kDa）热休克HSECNNGAANNTCCNNG27bpHSTF93糖皮质激素GRETGGTACAAATGTTCT20bp受体94弗波酯TREGACTCA22bpAP139血清SRECCATATTAGG20bpSRF52第27页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五总结：真核mRNA基因的结构第28页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五主要内容一、基因、基因组的概念二、真核生物基因的结构与功能三、真核生物基因组的结构与功能四、原核生物基因、基因组的结构第29页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五三、真核生物基因组的结构与功能（一）真核基因组的结构与特点人类基因组细胞核基因组2800Mb线粒体基因组16.6kb约25%约75%编码蛋白质基因序列基因外序列2个rRNA基因22个tRNA基因13个蛋白编码基因外显子内含子基因间序列中度至高度重复序列约1%约24%第30页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五三、真核生物基因组的结构与功能（一）真核基因组的结构与特点基因的编码序列所占比例远小于非编码序列高等真核生物基因组含有大量的重复序列真核基因组中存在多基因家族和假基因大多基因具有可变剪接，80%的可变剪接会使蛋白质的序列发生改变基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内除配子细胞外，体细胞的基因组为二倍体第31页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五三、真核生物基因组的结构与功能（二）重复序列重复序列低度重复序列(单拷贝序列)中度重复序列高度重复序列反向重复序列卫星DNA短分散重复片段(SINES)长分散重复片段(LINES)第32页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五反向重复序列轴向对称镜像对称第33页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五经CsCl密度梯度离心后的小鼠DNA第34页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五rRNA基因的重复序列属于中度重复序列各重复单位中的rRNA基因都是相同的。rRNA基因集中成簇存在，这样的区域称为rDNA区。人类的rRNA基因位于13、14、15、21和22号染色体的核仁组织区，每个核仁组织区平均含有50个rRNA基因的重复单位。5SrRNA基因似乎全部位于1号染色体，每个单倍体基因组约有1000个5SrRNA基因。DNA内含子内含子28S5.8S18SrDNA第35页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五三、真核生物基因组的结构与功能（二）重复序列重复序列的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：可以转录到核内不均一RNA分子中，有些反向重复序列可以形成发夹结构，有助于稳定RNA分子。参与染色体配对：如卫星DNA成簇样分布在染色体着丝粒附近，可能与染色体减数分裂时染色体配对有关。第36页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五三、真核生物基因组的结构与功能（三）多基因家族与假基因1.多基因家族（multigenefamily）

多基因家族是指由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组在结构上相似、功能相关的基因。

如血红蛋白多基因家族。第37页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五血红蛋白基因属于多基因家族α链（16号染色体）β链（11号染色体）珠蛋白基因的顺序表达GA1

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21第38页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五三、真核生物基因组的结构与功能（三）多基因家族与假基因1.多基因家族（multigenefamily）2.超基因家族（superfamilygene）

DNA序列相似，但功能不一定相关的若干个单拷贝基因或若干组基因家族总称。

如免疫球蛋白超基因家族。第39页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五免疫球蛋白分子结构第40页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五免疫球蛋白基因轻链基因及其重组机制第41页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五三、真核生物基因组的结构与功能（三）多基因家族与假基因1.多基因家族（multigenefamily）2.超基因家族（superfamilygene）3.假基因（pseudogene）

基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列称为假基因，以来表示。

假基因在基因组中形成稳定的和无活性的拷贝。一般认为由活化的原始基因突变而来，但因基因完整性存在缺陷（如缺失启动子）而不具有活性。第42页，共49页，2022年，5月20日，13点33分，星期五形成假基因的假说第43页，共49页，2022年，5月20日