分子生物学2课件

第三部分基因与基因组第三部分1基因(Gene)位于染色体上能编码一条多肽链或RNA并具有一定长度的DNA分子。基因(Gene)2原核细胞的基因结构

编码区启动子转录起始位点非翻译区转录区起始密码子终止密码子5’3’转录终止子核糖体结合位点原核细胞的基因结构编码区启动子转录起始3大肠杆菌中不同基因的启动子序列启动子(Promoter)与RNA聚合酶结合并起始转录的核苷酸序列，由-10区和-35区序列构成。大肠杆菌中不同基因的启动子序列启动子(Promoter4-10Region(Pribnowbox)T A T A A T77% 76% 60% 61% 56% 82%-35RegionT T G A C A69% 79% 61% 56% 54% 54%-10Region(Pribnowbox)-35Re5核糖体结合位点(RibosomeBindingSite,RBS)又称SD(Shine-Dalgarno)序列，与核糖体小亚基中16SrRNA的部分序列互补，启动蛋白质的生物合成。核糖体结合位点(RibosomeBindingS6mRNA序列中的RBSRBS起始密码子mRNA序列中的RBSRBS起始密码子7转录终止子(transcriptionterminator)基因下游的一段反向重复序列，经转录后生成的RNA产物形成茎-环二级结构，可阻止RNA聚合酶核心酶向下游移动而终止转录。转录终止子(transcriptiontermin8操纵子(operon)结构操纵子是原核生物基因转录的功能单位，由启动子、操纵序列和结构基因所构成。操纵子(operon)结构操纵子是原核生物基因转录的功能95’3’外显子剪切内含子的供体和受体位点GTAG内含子转录区起始密码子终止密码子调控序列转录终止子非翻译区转录起始位点真核细胞的基因结构

外显子(exon)：真核细胞基因的一部分，在剪接后存在于成熟mRNA分子的基因序列。内含子(intron)：真核细胞基因中的间插序列，不出现在成熟mRNA分子中，在转录后通过加工被切除。5’3’外显子剪切内含子的供体和受体位点GT105’3’----GCGC---CAAT---TATA----TATA盒CAAT盒GC盒增强子内含子外显子转录终止子结构基因调控序列5’3’----GCGC---CAAT---TATA--11真核生物启动子与基本转录因子及RNA聚合酶结合，起始hnRNA的转录。TATA盒：又称Goldberg-Hogness盒，转录因子TFIID的结合位点，启动基因转录。CAAT盒：转录因子CTF的结合位点，决定启动子的转录效率。GC盒：促进转录。增强子(enhancer)一段短的DNA序列，位于真核基因的任何位置，与特异转录因子结合，增强转录活性。真核生物启动子与基本转录因子及RNA聚合酶结合，起始12

转录终止子(序列)AAUAAA当RNApolII合成转录终止序列后，在终止因子的作用下，RNApolII脱离DNA模板，RNA合成终止。

转录终止子(序列)13分子生物学2课件14基因组(Genome)生物体或细胞中一套染色体的遗传物质的总和，以全长DNA的碱基对(bp)数目表示。基因组(Genome)15病毒基因组的一般特点包括DNA或RNA病毒或者动物、植物及细菌病毒。1.大小相差很大：如乙肝病毒3.2kb编码4种蛋白，痘状病毒可达300kb，编码几百种蛋白。2.基因组可以是DNA，也可由RNA组成，但每种病毒只含1种核酸分子，呈线形或环形，双链或单链。3.DNA病毒基因组由连续的DNA分子组成，有的RNA病毒是不连续的：如流感病毒基因组由8条RNA单链分子构成。4.常见基因重叠现象。病毒基因组的一般特点包括DNA或RNA病毒或者动物、16基因A基因B基因CA和B完全重叠，A和C部分重叠病毒基因组大多序列用来编码蛋白。5.功能密切相关的基因形成一个功能单位或转录单元，可以转录成合成多个蛋白质的mRNA分子，即多顺反子mRNA。6.除逆转录病毒，都是单倍体。7.噬菌体的基因都是连续的，而真核细胞病毒常含内含子。基因A基因B基因CA和B完全重叠，A和C部17噬菌体(phage)噬菌体(phage)18溶菌途径诱导噬菌体DNADNA进入大肠杆菌

(E.coli)基因组DNA子代DNADNA整合到E.coli基因组E.coli被裂解噬菌体生活史溶源途径溶菌途径诱导噬菌体DNADNA进入大肠杆菌1901020304048.5kbcos(左粘性末端) cos(右粘性末端)gamJNulRz头尾整合和重组DNA复制att裂解左臂区中心区噬菌体基因组右臂区01020逆转录病毒(Retrovirus)RNA逆转录酶外壳蛋白逆转录病毒(Retrovirus)RNA逆转录酶外壳蛋白21逆转录病毒对宿主细胞的感染逆转录病毒对宿主细胞的感染221.环形DNA分子集中分布在“拟(类)核”。2.绝大部分DNA序列用于编码蛋白质，编码基因不含内含子。3.重复序列少，除rDNA为多拷贝外，其它基因为单拷贝。4.功能密切相关的基因形成一个功能单位或转录单元，转录成多顺反子mRNA。5.DNA分子具有一个复制起点。原核细胞基因组的一般特点1.环形DNA分子集中分布在“拟(类)核”。原核23细菌基因组DNA细菌基因组DNA24大肠杆菌基因组(4.6X106bp)大肠杆菌基因组(4.6X106bp)25部分大肠杆菌基因组部分大肠杆菌基因组26真核生物基因组的特点1.基因组DNA的分子量大，线形DNA分子与组蛋白结合形成染色体，贮存在细胞核中。每个染色体的DNA具有许多复制起始点。2.真核生物基因占整个基因组的比例很小，基因组中非编码序列远远多于编码序列。3.编码蛋白质的基因常以单拷贝存在，并且转录成合成一条多肽链的mRNA分子，即单顺反子mRNA。4.真核生物存在大量重复序列，重复序列的长短不一，重复频率不同。5.编码基因含有内含子，在mRNA成熟过程中被切除。真核生物基因组的特点1.基因组DNA的分子量大，线形27人类基因组(3X109bp)人类基因组计划(Humangenomeproject,HGP)

测定人类基因组的全部核苷酸序列，破解人类遗传信息的奥秘。人类基因组(3X109bp)人类基因组计划(Hum28Nature,Vol.409,No.682215February2001Science,Vol.291,No.550716February2001Nature,Vol.409,No.6822Sci291.鉴定疾病相关基因。2.促进生命科学领域的基础研究，阐明基因的结构与功能关系，细胞的发育、生长、分化的分子机理，疾病发生的机理等。3.有利于理解生物如何进化，以追溯人类多数基因的起源。4.促进生命科学与信息科学相结合，刺激相关学科的发展，如生物信息学(bioinformatics)。HGP的意义HGP的意义30分子生物学2课件31/10005107/TheENCODEProject(ENCyclopediaOfDNAElements)，是美国国立人类基因组研究院(NHGRI)在2003年9月启动的跨国(包括美国、英国、西班牙、新加坡和日本)研究项目。/1000510732解析人类基因组中的所有功能性元件。2012年，发表了关于人类基因组功能重要发现的研究报告，其中包括基因组中某些可能是基因“开关”的位置，以及证明基因组中超过80%的序列(曾一度被称为“垃坡DNA”)都是发挥作用的。解析人类基因组中的所有功能性元件。33解析人类基因组中所有功能性元件。2012年，发现人类基因组中某些可能是基因“开关”的位置；证明基因组中超过80%的序列(曾一度被称为“垃坡DNA”)都能发挥作用。解析人类基因组中所有功能性元件。34人类基因组结构特点1.单拷贝序列(单一序列)在基因组中只出现一次或很少几次的碱基序列为单一序列，是结构基因的特点。结构基因编码的蛋白质包括结构蛋白、酶、激素、受体和调节蛋白等。2.重复多拷贝序列(重复序列)重复顺序是指在一个基因组中有多个拷贝的碱基顺序。(1)高度重复序列重复片段的长度单位在几个到几百个碱基对之间，重复频率高达>106，且集中在某一区域串联排列。一般不能编码蛋白质，用于维持染色体的结构、间隔结构基因等。人类基因组结构特点1.单拷贝序列(单一序列)(1)35

卫星DNA(satelliteDNA)重复单元为5-200bp，重复次数可达105次，位于着丝粒、端粒部位。

小卫星DNA(minisatelliteDNA)

重复单元为15-100bp，所形成的序列长度为1-5kb，又称可变数目串联重复序列

(variablenumberoftandemrepeats,

VNTR)。

微卫星DNA(microsatelliteDNA)重复单元为1~6bp，又称短串联重复序列(shorttandemrepeat,STR)。微卫星DNA(microsatelliteDNA36小卫星DNA和微卫星DNA在基因组中出现的数目及频率存在个体间的差异(多态性)，可用于检测DNA指纹(DNAfingerprinting)。小卫星DNA和微卫星DNA在基因组中出现的数目及频率37(2)中度重复序列重复长度300-7000bp不等，重复次数在102-105左右。重复基因：组蛋白基因，rRNA基因，tRNA基因重复序列：短分散DNA序列(短分散元件SINE)长分散DNA序列(长分散元件LINE)(2)中度重复序列382.多基因家族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基因。基因家族的不同成员可成簇排列在同一条染色体上，各基因之间由重复序列隔开。组蛋白基因家族成簇地集中在第7号染色体基因家族的不同成员成簇排列在不同的染色体上。珠蛋白、免疫球蛋白基因2.多基因家族39组蛋白基因家族rRNA基因家族组蛋白基因家族rRNA基因家族40单核苷酸多态性(SingleNucleotidePolymorphism,SNP)

发生在每个人的基因组DNA中由单个碱基的改变而引起的小的遗传变化或变异。平均每1000bp有1个SNP，可出现在基因的编码区或非编码区，通常出现在非编码区。单核苷酸多态性(SingleNucleotidePo41

基因组(bp)基因数(个)人(Homosapiens)3X10930,000小鼠(M.musculus)2.6X10930,000线虫(C.elegans)9.7X10719,000果蝇(D.melanogaster)1.37X10813,000酵母(S.cerevisiae) 1.2X1076,000拟南芥(A.thaliana) 1.0X10825,000大肠杆菌(E.coli)4.6X1063,200艾滋病毒(HIV)97009不同物种的基因组

基因组(bp)基因数(个)人(Homosapien42分子生物学2课件43NCBI(NIH,USA)基因组数据库NCBI(NIH,USA)基因组数据库44GarrawayLAandLanderES.LessonsfromtheCancerGenome.Cell2013,153:17-37.新的癌症基因:影响细胞信号转导、染色质、表观遗传调控、RNA剪接、蛋白质的动态平衡和代谢等。GarrawayLAandLanderES.新的癌45分子生物学2课件46分子生物学2课件47GeneticAlterationsDisruptMultipleCellularProcessesGeneticAlterationsDisruptMu48细胞的正常生长(growth)、增殖(proliferation)与分化(differentiation)由两大类基因调控。癌基因(oncogene)及其表达产物：促进细胞生长和增殖，并阻止其发生终末分化。抑癌基因(tumorsuppressorgene)及其表达产物：抑制细胞增殖，促进细胞分化、成熟和衰老，最后凋亡。癌基因与抑癌基因中任何一种或它们共同的变化，可能引起细胞增殖失控导致肿瘤的发生。癌基因与抑癌基因细胞的正常生长(growth)、增殖(pr49癌基因(oncogene)

能在体内诱发肿瘤、在体外引起细胞转化的基因称为癌基因,如myc,ras。癌基因的分类-病毒癌基因(viraloncogene,v-onc)：肿瘤病毒中能在体内诱发肿瘤并在体外引起细胞转化的基因。-原癌基因(protooncogene，pro-onc)或细胞癌基因(cellularoncogene，c-onc)：存在于细胞基因组中，对维持细胞正常功能具有重要作用，当被致癌因素活化后而导致细胞恶变的基因。癌基因(oncogene)能在体内诱发肿瘤、在体外引50PeytonRous(USA)由于发现肿瘤病毒于1966年获诺贝尔生理或医学奖LTR(longterminalrepeatedsequence)长末端重复序列5’LTR：含有启动子、增强子等转录调节序列；3’LTR：含有多聚腺苷酸化信号gag基因编码病毒核心蛋白；pol基因编码逆转录酶和整合酶；env基因编码病毒外壳蛋白src基因编码酪氨酸蛋白激酶鸡肉瘤病毒(Roussarcomavirus,RSV)基因组结构RNA肿瘤病毒PeytonRous(USA)LTR(longte51携带癌基因的逆转录病毒携带癌基因的逆转录病毒52DNA肿瘤病毒：人乳头瘤病毒

(PapillomaViruseHPV)HPV16,18,31,35,39引起宫颈癌Gardasil和Cervarix宫颈癌疫苗为第一支癌症疫苗DNA肿瘤病毒：人乳头瘤病毒(PapillomaVir53原癌基因的分类根据基因结构与功能将大部分原癌基因归属于以下家族：1.src家族：2.ras家族：所编码蛋白质的分子量均为21000Da，即p21;属于传递信号的小G蛋白。3.myc家族：表达产物为DNA结合蛋白类或转录调控因子。4.sis家族：表达产物与血小板源生长因子(PDGF)结构相似，可促进间叶组织的细胞增殖。5.erb家族：表达产物是生长因子和蛋白激酶类。6.myb家族：表达产物为转录调节因子。原癌基因的分类根据基因结构与功能将大部分原癌基因归属于以下54根据表达产物的功能和定位，将原癌基因分为以下几类：1.蛋白激酶类跨膜生长因子受体膜结合的酪氨酸蛋白激酶胞浆酪氨酸蛋白激酶胞浆丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶非蛋白激酶受体2.信息传递蛋白类与膜结合的GTP结合蛋白生长因子类核内转录因子根据表达产物的功能和定位，将原癌基因分为以下几类：55癌基因 表达产物的定位 功能abl 细胞核 DNA结合蛋白erbB 质膜 生长因子受体fms 质膜 生长因子受体fos 细胞核 转录因子jun 细胞核 转录因子myc 细胞核 转录因子raf 胞液 酪氨酸蛋白激酶ras 胞液 GTP结合蛋白sis 由细胞分泌 生长因子src 胞液 酪氨酸蛋白激酶trk 质膜 生长因子受体一些原癌基因表达产物的定位和作用癌基因 表达产物的定位 功能一些原癌基因表达产物的定位和561.原癌基因点突变基因产物的活性增强，对细胞增殖的刺激作用也增强；基因产物的稳定性增加，对细胞增殖刺激的时间也增加；可能会引起RNA的错误剪接而改变蛋白质的结构和功能。正常细胞H-ras基因肿瘤细胞H-ras基因正常细胞p21蛋白肿瘤细胞p21蛋白H-ras基因的点突变ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGGCGGTGTGATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGTCGGTGTGMetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaGlyAlaValMetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaValAlaVal原癌基因激活的机制1.原癌基因点突变正常细胞H-ras基因H-ras基572.原癌基因获得启动子与增强子某些不含v-onc的弱转化逆转录病毒，其前病毒(provirusDNA)含有强启动子和增强子的LTR。若前病毒整合到原癌基因邻近位置，会使该原癌基因过度表达，导致肿瘤的发生。

2.原癌基因获得启动子与增强子58逆转录病毒生活周期不含v-onc的逆转录病毒致癌机制逆转录病毒生活周期不含v-onc的逆转录病毒致癌机制593.原癌基因甲基化程度降低原癌基因DNA分子中的甲基化对于保持其双螺旋结构的稳定，阻抑基因的转录具有重要作用。4.原癌基因的扩增原癌基因通过某些机制在原染色体上复制出多个拷贝，导致表达产物异常增多而加速细胞增殖。

5.原癌基因的易位或重排癌基因从所在染色体的正常位置上易位(trnaslocation)至另一染色体的某一位置上，使其调控环境发生改变，从相对静止状态转为激活状态。3.原癌基因甲基化程度降低60t(9;22)(q34;q11)chronicmyelogenousleukemia(CML)abl基因:9q34编码产物：145kD蛋白质作用：抑制细胞生长bcr基因:22q11编码产物：激酶活性作用：参与信号传导BCR/ABL杂交蛋白(190或210kD)：增强的激酶活性导致细胞癌变t(9;22)(q34;q11)abl基因:9q3461基因易位基因易位62抑癌基因，又称肿瘤抑制基因，大多编码与细胞周期调控有关的抑制蛋白，可调控正常细胞的生长。当抑癌基因发生缺失或突变时，细胞不能表达或表达无活性的抑制蛋白，细胞增殖失控而导致肿瘤的发生。

抑癌基因抑癌基因，又称肿瘤抑制基因，大多编码与细胞周期调63细胞周期(cellcycle)细胞周期(cellcycle)64基因 染色体 基因产物及其作用 主要相关肿瘤APC 5q21 可能编码G蛋白 结肠癌BRCA1 17q21 含锌指蛋白的转录因子 乳腺癌、卵巢癌DCC 18q21 p192,细胞粘附分子 结肠瘤erbA 17q21 T3受体，含锌指结构 急性非淋巴细胞白血病 的转录因子NF-1 17p12 GTP酶激活剂 神经纤维瘤、嗜铬细胞瘤、雪旺 氏细胞瘤、神经纤维肉瘤P16 9p21 p16蛋白(CDK4,6抑制剂) 黑色素瘤等多种肿瘤P15 9q21 p16蛋白(CDK4,6抑制剂) 胶质母细胞瘤P21 6q21 p21蛋白(CDK4,6抑制剂) 前列腺癌P53 17p13 p53(转录因子) 星状细胞瘤、胶质母细胞瘤、结肠 癌、小细胞肺癌、胃癌PTEN 10q23 细胞骨架蛋白和磷酸酯酶 胶质母细胞瘤RB 13q14 p105(转录因子) 视网膜母细胞瘤、成骨肉瘤、胃癌、 小细胞肺癌、乳癌、结肠癌WT-1 11p13 含锌指蛋白的转录因子 WT、横纹肌肉瘤、肺癌、膀胱癌、 乳癌、肝母细胞瘤常见抑癌基因的一些生物学特性常见抑癌基因的一些生物学特性65p53基因野生型p53

是抑癌基因，突变型起到癌基因作用。p53

基因定位于17p13，含有11个外显子，编码的p53蛋白是核内磷酸化蛋白。

p53蛋白能以四聚体的形式与DNA结合，调节其它基因的表达。有转录激活作用有结合DNA的特异序列与p53定位、结合DNA以及形成四聚体等作用有关p53基因有转录激活作用有结合DNA的特异序列与66p53蛋白核心区DNAp53蛋白四聚体DNAp53蛋白核心区DNAp53蛋白四聚体DNA67野生型p53蛋白的生物学功能：1.抑制细胞周期促进p21蛋白表达，p21蛋白是CKD的抑制剂，p21通过与CDK的结合而抑制CDK的激酶活性，使细胞周期停止在G1期。野生型p53蛋白的生物学功能：682.抑制细胞转化

野生型p53蛋白可有效抑制各种癌基因如c-myc，ras基因或腺病毒E1A对细胞的转化作用。3.监测细胞DNA损伤正常细胞在DNA损伤后，p53蛋白表达急剧上调，使细胞分裂停止于G1期，与复制因子A相互作用参与DNA复制，启动细胞DNA修复系统。4.诱导细胞调亡如细胞DNA修复失败，p53蛋白可启动程序性细胞死亡(programmedcelldeath,PCD)或称细胞凋亡(apotosis)的过程，诱导癌变细胞或有癌变倾向的DNA损伤细胞的死亡。2.抑制细胞转化69根据抑癌基因对细胞生长的作用分为以下两类：抑癌基因产物与癌基因产物直接作用核内(如p53，Rb)或胞浆(如NF1)：不可逆性抑制细胞增殖，使细胞生长、分化终止，促进细胞凋亡。抑癌基因对癌基因表达的负调节作用，包括转录或转录后的调节(如WT1)：可逆性抑制细胞增殖、生长。根据抑癌基因对细胞生长的作用分为以下两类：70抑癌基因的失活途经：基因缺失或自身突变，不表达或表达产物失去活性；表达蛋白质的磷酸化状态改变；抑癌蛋白与癌蛋白的相互作用，使活性相互抑制。抑癌基因的失活途经：71p53蛋白中6个常发生突变的氨基酸位点： Arg175 Gly245 Arg248 Arg249 Arg273 Arg282

p53蛋白结构在核心区p53蛋白中6个常发生突变的氨基酸位点：p53蛋白72第三部分基因与基因组第三部分73基因(Gene)位于染色体上能编码一条多肽链或RNA并具有一定长度的DNA分子。基因(Gene)74原核细胞的基因结构

编码区启动子转录起始位点非翻译区转录区起始密码子终止密码子5’3’转录终止子核糖体结合位点原核细胞的基因结构编码区启动子转录起始75大肠杆菌中不同基因的启动子序列启动子(Promoter)与RNA聚合酶结合并起始转录的核苷酸序列，由-10区和-35区序列构成。大肠杆菌中不同基因的启动子序列启动子(Promoter76-10Region(Pribnowbox)T A T A A T77% 76% 60% 61% 56% 82%-35RegionT T G A C A69% 79% 61% 56% 54% 54%-10Region(Pribnowbox)-35Re77核糖体结合位点(RibosomeBindingSite,RBS)又称SD(Shine-Dalgarno)序列，与核糖体小亚基中16SrRNA的部分序列互补，启动蛋白质的生物合成。核糖体结合位点(RibosomeBindingS78mRNA序列中的RBSRBS起始密码子mRNA序列中的RBSRBS起始密码子79转录终止子(transcriptionterminator)基因下游的一段反向重复序列，经转录后生成的RNA产物形成茎-环二级结构，可阻止RNA聚合酶核心酶向下游移动而终止转录。转录终止子(transcriptiontermin80操纵子(operon)结构操纵子是原核生物基因转录的功能单位，由启动子、操纵序列和结构基因所构成。操纵子(operon)结构操纵子是原核生物基因转录的功能815’3’外显子剪切内含子的供体和受体位点GTAG内含子转录区起始密码子终止密码子调控序列转录终止子非翻译区转录起始位点真核细胞的基因结构

外显子(exon)：真核细胞基因的一部分，在剪接后存在于成熟mRNA分子的基因序列。内含子(intron)：真核细胞基因中的间插序列，不出现在成熟mRNA分子中，在转录后通过加工被切除。5’3’外显子剪切内含子的供体和受体位点GT825’3’----GCGC---CAAT---TATA----TATA盒CAAT盒GC盒增强子内含子外显子转录终止子结构基因调控序列5’3’----GCGC---CAAT---TATA--83真核生物启动子与基本转录因子及RNA聚合酶结合，起始hnRNA的转录。TATA盒：又称Goldberg-Hogness盒，转录因子TFIID的结合位点，启动基因转录。CAAT盒：转录因子CTF的结合位点，决定启动子的转录效率。GC盒：促进转录。增强子(enhancer)一段短的DNA序列，位于真核基因的任何位置，与特异转录因子结合，增强转录活性。真核生物启动子与基本转录因子及RNA聚合酶结合，起始84

转录终止子(序列)AAUAAA当RNApolII合成转录终止序列后，在终止因子的作用下，RNApolII脱离DNA模板，RNA合成终止。

转录终止子(序列)85分子生物学2课件86基因组(Genome)生物体或细胞中一套染色体的遗传物质的总和，以全长DNA的碱基对(bp)数目表示。基因组(Genome)87病毒基因组的一般特点包括DNA或RNA病毒或者动物、植物及细菌病毒。1.大小相差很大：如乙肝病毒3.2kb编码4种蛋白，痘状病毒可达300kb，编码几百种蛋白。2.基因组可以是DNA，也可由RNA组成，但每种病毒只含1种核酸分子，呈线形或环形，双链或单链。3.DNA病毒基因组由连续的DNA分子组成，有的RNA病毒是不连续的：如流感病毒基因组由8条RNA单链分子构成。4.常见基因重叠现象。病毒基因组的一般特点包括DNA或RNA病毒或者动物、88基因A基因B基因CA和B完全重叠，A和C部分重叠病毒基因组大多序列用来编码蛋白。5.功能密切相关的基因形成一个功能单位或转录单元，可以转录成合成多个蛋白质的mRNA分子，即多顺反子mRNA。6.除逆转录病毒，都是单倍体。7.噬菌体的基因都是连续的，而真核细胞病毒常含内含子。基因A基因B基因CA和B完全重叠，A和C部89噬菌体(phage)噬菌体(phage)90溶菌途径诱导噬菌体DNADNA进入大肠杆菌

(E.coli)基因组DNA子代DNADNA整合到E.coli基因组E.coli被裂解噬菌体生活史溶源途径溶菌途径诱导噬菌体DNADNA进入大肠杆菌9101020304048.5kbcos(左粘性末端) cos(右粘性末端)gamJNulRz头尾整合和重组DNA复制att裂解左臂区中心区噬菌体基因组右臂区01092逆转录病毒(Retrovirus)RNA逆转录酶外壳蛋白逆转录病毒(Retrovirus)RNA逆转录酶外壳蛋白93逆转录病毒对宿主细胞的感染逆转录病毒对宿主细胞的感染941.环形DNA分子集中分布在“拟(类)核”。2.绝大部分DNA序列用于编码蛋白质，编码基因不含内含子。3.重复序列少，除rDNA为多拷贝外，其它基因为单拷贝。4.功能密切相关的基因形成一个功能单位或转录单元，转录成多顺反子mRNA。5.DNA分子具有一个复制起点。原核细胞基因组的一般特点1.环形DNA分子集中分布在“拟(类)核”。原核95细菌基因组DNA细菌基因组DNA96大肠杆菌基因组(4.6X106bp)大肠杆菌基因组(4.6X106bp)97部分大肠杆菌基因组部分大肠杆菌基因组98真核生物基因组的特点1.基因组DNA的分子量大，线形DNA分子与组蛋白结合形成染色体，贮存在细胞核中。每个染色体的DNA具有许多复制起始点。2.真核生物基因占整个基因组的比例很小，基因组中非编码序列远远多于编码序列。3.编码蛋白质的基因常以单拷贝存在，并且转录成合成一条多肽链的mRNA分子，即单顺反子mRNA。4.真核生物存在大量重复序列，重复序列的长短不一，重复频率不同。5.编码基因含有内含子，在mRNA成熟过程中被切除。真核生物基因组的特点1.基因组DNA的分子量大，线形99人类基因组(3X109bp)人类基因组计划(Humangenomeproject,HGP)

测定人类基因组的全部核苷酸序列，破解人类遗传信息的奥秘。人类基因组(3X109bp)人类基因组计划(Hum100Nature,Vol.409,No.682215February2001Science,Vol.291,No.550716February2001Nature,Vol.409,No.6822Sci1011.鉴定疾病相关基因。2.促进生命科学领域的基础研究，阐明基因的结构与功能关系，细胞的发育、生长、分化的分子机理，疾病发生的机理等。3.有利于理解生物如何进化，以追溯人类多数基因的起源。4.促进生命科学与信息科学相结合，刺激相关学科的发展，如生物信息学(bioinformatics)。HGP的意义HGP的意义102分子生物学2课件103/10005107/TheENCODEProject(ENCyclopediaOfDNAElements)，是美国国立人类基因组研究院(NHGRI)在2003年9月启动的跨国(包括美国、英国、西班牙、新加坡和日本)研究项目。/10005107104解析人类基因组中的所有功能性元件。2012年，发表了关于人类基因组功能重要发现的研究报告，其中包括基因组中某些可能是基因“开关”的位置，以及证明基因组中超过80%的序列(曾一度被称为“垃坡DNA”)都是发挥作用的。解析人类基因组中的所有功能性元件。105解析人类基因组中所有功能性元件。2012年，发现人类基因组中某些可能是基因“开关”的位置；证明基因组中超过80%的序列(曾一度被称为“垃坡DNA”)都能发挥作用。解析人类基因组中所有功能性元件。106人类基因组结构特点1.单拷贝序列(单一序列)在基因组中只出现一次或很少几次的碱基序列为单一序列，是结构基因的特点。结构基因编码的蛋白质包括结构蛋白、酶、激素、受体和调节蛋白等。2.重复多拷贝序列(重复序列)重复顺序是指在一个基因组中有多个拷贝的碱基顺序。(1)高度重复序列重复片段的长度单位在几个到几百个碱基对之间，重复频率高达>106，且集中在某一区域串联排列。一般不能编码蛋白质，用于维持染色体的结构、间隔结构基因等。人类基因组结构特点1.单拷贝序列(单一序列)(1)107

卫星DNA(satelliteDNA)重复单元为5-200bp，重复次数可达105次，位于着丝粒、端粒部位。

小卫星DNA(minisatelliteDNA)

重复单元为15-100bp，所形成的序列长度为1-5kb，又称可变数目串联重复序列

(variablenumberoftandemrepeats,

VNTR)。

微卫星DNA(microsatelliteDNA)重复单元为1~6bp，又称短串联重复序列(shorttandemrepeat,STR)。微卫星DNA(microsatelliteDNA108小卫星DNA和微卫星DNA在基因组中出现的数目及频率存在个体间的差异(多态性)，可用于检测DNA指纹(DNAfingerprinting)。小卫星DNA和微卫星DNA在基因组中出现的数目及频率109(2)中度重复序列重复长度300-7000bp不等，重复次数在102-105左右。重复基因：组蛋白基因，rRNA基因，tRNA基因重复序列：短分散DNA序列(短分散元件SINE)长分散DNA序列(长分散元件LINE)(2)中度重复序列1102.多基因家族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基因。基因家族的不同成员可成簇排列在同一条染色体上，各基因之间由重复序列隔开。组蛋白基因家族成簇地集中在第7号染色体基因家族的不同成员成簇排列在不同的染色体上。珠蛋白、免疫球蛋白基因2.多基因家族111组蛋白基因家族rRNA基因家族组蛋白基因家族rRNA基因家族112单核苷酸多态性(SingleNucleotidePolymorphism,SNP)

发生在每个人的基因组DNA中由单个碱基的改变而引起的小的遗传变化或变异。平均每1000bp有1个SNP，可出现在基因的编码区或非编码区，通常出现在非编码区。单核苷酸多态性(SingleNucleotidePo113

基因组(bp)基因数(个)人(Homosapiens)3X10930,000小鼠(M.musculus)2.6X10930,000线虫(C.elegans)9.7X10719,000果蝇(D.melanogaster)1.37X10813,000酵母(S.cerevisiae) 1.2X1076,000拟南芥(A.thaliana) 1.0X10825,000大肠杆菌(E.coli)4.6X1063,200艾滋病毒(HIV)97009不同物种的基因组

基因组(bp)基因数(个)人(Homosapien114分子生物学2课件115NCBI(NIH,USA)基因组数据库NCBI(NIH,USA)基因组数据库116GarrawayLAandLanderES.LessonsfromtheCancerGenome.Cell2013,153:17-37.新的癌症基因:影响细胞信号转导、染色质、表观遗传调控、RNA剪接、蛋白质的动态平衡和代谢等。GarrawayLAandLanderES.新的癌117分子生物学2课件118分子生物学2课件119GeneticAlterationsDisruptMultipleCellularProcessesGeneticAlterationsDisruptMu120细胞的正常生长(growth)、增殖(proliferation)与分化(differentiation)由两大类基因调控。癌基因(oncogene)及其表达产物：促进细胞生长和增殖，并阻止其发生终末分化。抑癌基因(tumorsuppressorgene)及其表达产物：抑制细胞增殖，促进细胞分化、成熟和衰老，最后凋亡。癌基因与抑癌基因中任何一种或它们共同的变化，可能引起细胞增殖失控导致肿瘤的发生。癌基因与抑癌基因细胞的正常生长(growth)、增殖(pr121癌基因(oncogene)

能在体内诱发肿瘤、在体外引起细胞转化的基因称为癌基因,如myc,ras。癌基因的分类-病毒癌基因(viraloncogene,v-onc)：肿瘤病毒中能在体内诱发肿瘤并在体外引起细胞转化的基因。-原癌基因(protooncogene，pro-onc)或细胞癌基因(cellularoncogene，c-onc)：存在于细胞基因组中，对维持细胞正常功能具有重要作用，当被致癌因素活化后而导致细胞恶变的基因。癌基因(oncogene)能在体内诱发肿瘤、在体外引122PeytonRous(USA)由于发现肿瘤病毒于1966年获诺贝尔生理或医学奖LTR(longterminalrepeatedsequence)长末端重复序列5’LTR：含有启动子、增强子等转录调节序列；3’LTR：含有多聚腺苷酸化信号gag基因编码病毒核心蛋白；pol基因编码逆转录酶和整合酶；env基因编码病毒外壳蛋白src基因编码酪氨酸蛋白激酶鸡肉瘤病毒(Roussarcomavirus,RSV)基因组结构RNA肿瘤病毒PeytonRous(USA)LTR(longte123携带癌基因的逆转录病毒携带癌基因的逆转录病毒124DNA肿瘤病毒：人乳头瘤病毒

(PapillomaViruseHPV)HPV16,18,31,35,39引起宫颈癌Gardasil和Cervarix宫颈癌疫苗为第一支癌症疫苗DNA肿瘤病毒：人乳头瘤病毒(PapillomaVir125原癌基因的分类根据基因结构与功能将大部分原癌基因归属于以下家族：1.src家族：2.ras家族：所编码蛋白质的分子量均为21000Da，即p21;属于传递信号的小G蛋白。3.myc家族：表达产物为DNA结合蛋白类或转录调控因子。4.sis家族：表达产物与血小板源生长因子(PDGF)结构相似，可促进间叶组织的细胞增殖。5.erb家族：表达产物是生长因子和蛋白激酶类。6.myb家族：表达产物为转录调节因子。原癌基因的分类根据基因结构与功能将大部分原癌基因归属于以下126根据表达产物的功能和定位，将原癌基因分为以下几类：1.蛋白激酶类跨膜生长因子受体膜结合的酪氨酸蛋白激酶胞浆酪氨酸蛋白激酶胞浆丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶非蛋白激酶受体2.信息传递蛋白类与膜结合的GTP结合蛋白生长因子类核内转录因子根据表达产物的功能和定位，将原癌基因分为以下几类：127癌基因 表达产物的定位 功能abl 细胞核 DNA结合蛋白erbB 质膜 生长因子受体fms 质膜 生长因子受体fos 细胞核 转录因子jun 细胞核 转录因子myc 细胞核 转录因子raf 胞液 酪氨酸蛋白激酶ras 胞液 GTP结合蛋白sis 由细胞分泌 生长因子src 胞液 酪氨酸蛋白激酶trk 质膜 生长因子受体一些原癌基因表达产物的定位和作用癌基因 表达产物的定位 功能一些原癌基因表达产物的定位和1281.原癌基因点突变基因产物的活性增强，对细胞增殖的刺激作用也增强；基因产物的稳定性增加，对细胞增殖刺激的时间也增加；可能会引起RNA的错误剪接而改变蛋白质的结构和功能。正常细胞H-ras基因肿瘤细胞H-ras基因正常细胞p21蛋白肿瘤细胞p21蛋白H-ras基因的点突变ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGGCGGTGTGATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGTCGGTGTGMetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaGlyAlaValMetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaValAlaVal原癌基因激活的机制1.原癌基因点突变正常细胞H-ras基因H-ras基1292.原癌基因获得启动子与增强子某些不含v-onc的弱转化逆转录病毒，其前病毒(provirusDNA)含有强启动子和增强子的LTR。若前病毒整合到原癌基因邻近位置，会使该原癌基因过度表达，导致肿瘤的发生。

2.原癌基因获得启动子与增强子130逆转录病毒生活周期不含v-onc的逆转录病毒致癌机制逆转录病毒生活周期不含v-onc的逆转录病毒致癌机制1313.原癌基因甲基化程度降低原癌基因DNA分子中的甲基化对于保持其双螺旋结构的稳定，阻抑基因的转录具有重要作用。4.原癌基因的扩增原癌基因通过某些机制在原染色体上复制出多个拷贝，导致表达产物异常增多而加速细胞增殖。

5.原癌基因的易位或重排癌基因从所在染色体的正常位置上易位(trnaslocation)至另一染色体