（4 ）编码产物的功能或功能区相同PKC family of proteins (human) （5 ）假基因（pseudogene,Ψ）G A 2 1 Alu 10 kb 珠蛋白基因簇中的假基因与有功能的基因相似，不表达或表达产物没有功能。Translation Transcription mRNA DNA Protein Promoter Structure Gene 3′5′2. 单顺反子mRNA(monocistronic mRNA) 真核生物的一个编码基因转录生成一个mRNA 。(1) 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，结构基因主要是单拷贝序列。3. 染色体DNA 的类型(2) 中度重复序列: tRNA 、rRNA 组蛋白、免疫球蛋白可能与基因调控相关序列重复次数10-105 。(3) 高度重复序列（highly repetitive sequences ）B. 串联重复序列（tandem repeats ）A. 反向重复序列（inverted repeats) 重复次数>106 次卫星DNA （satellite DNA ）A. 反向重复序列5′AAACCACCGCTGGTAGCGGTGGTTT 3′3′TTTGGTGGCGACCATCGCCACCAAA 5′5′AAACCACCGCTAGCGGTGGTTT 3′3′TTTGGTGGCGATCGCCACCAAA 5′回文结构两个顺序列相同的拷贝在DNA 链上呈反向排列。T C G C C A A G C G G T G G T T T 3′G A C T G 5 ′A A A C C C G T G G C G A C C A A A 5 ′T C A 3 ′T T T G G A C C G C T 形成发夹结构B. 串联重复序列（卫星DNA ） 有相同的核心序列, 多为2 ～70 bp 。主带光密度卫星DNA 数浮力密度a. 大卫星（macro-satellite ）DNA ：重复单位5-10 bp ，其多态性不显著。光密度260nm 果蝇基因组A C A A A C T A C A A A C T A T A A A C T A T A A A C T A C A A A T T A C A A A T T 卫星带浮力密度主带b. 小卫星（minisatellite ）DNA ：重复单位9-24 bp ，呈高度多态性。可变数目串联重复序列（variable number of tandem repeat,VNTR ）端粒DNA ：（TTAGGG ）n ，2-20 kb ， 染色体复制，末端保护。核心序列：GGGCAGGAXG c. 微卫星DNA (micro-satellite DNA) 即短串联重复(short tandem repeat, STR) 。重复单位2~6 bp ，常见为(AC)n 和(TG)n ；重复次数10~60 次，总长度小于150 bp ；高度多态性，可作遗传标记。真核基因组的结构特点1. 每一种真核生物都有一定的染色体数目；2. 远大于原核基因组，结构复杂，基因数庞大；3. 真核生物基因转录产物为单顺反子；4. 有大量重复序列; 5. 真核基因为断裂基因; 6. 非编码序列多于编码序列; 7. 功能相关基因构成各种基因家族。复习题一、名词解释：基因基因组二、简答题：1. 真核基因的结构主要包括哪几部分？2. 顺式作用元件主要有哪些？3. 比较病毒和原核生物基因组结构特点。3. 比较原核生物和真核生物基因组结构特点。谢谢！分子生物学研究中心http://www.book118.com/mbrc/ 萧小鹃jocelyn_2008@ywww.book118.com +ssRNA 单链线性RNA ，二倍体；5′端有甲基化帽，3′端有poly(A) 尾。有三个基本的结构基因：gag 、pol 、env ；5′3′gag pol env 核心蛋白逆转录酶膜蛋白膜蛋白刺突蛋白核衣壳蛋白+ssRNA SARS 冠状病毒(SARS coronavirus) 单链RNA ，大部分为编码序列。4. 有的病毒基因组是连续的禽流感病毒(H5N1) （vian influenza A virus) 血凝素（H）神经氨酸酶（N）8节段-ssRNA 单链RNA 、8 节段。有的病毒基因组分节段；大T 抗原和小t 抗原的mRNA 有不同的剪接方式。5243 bp Ori 猴病毒(simian virus 40, SV40 ) 小t 抗原大T 抗原5. 有的基因有内含子；线性双链DNA 腺病毒(adenovirus) 功能相关基因转录成多顺反子mRNA ；0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100% E4 E2B E2A E1A E1B E3 L2 L3 L4 L5 L1 6. 病毒基因组大部分为编码序列；噬菌体ΦX174 （phage phix 174 ）环状单链DNA 利用有限的核酸贮存更多的遗传信息，提高自身在进化过程中的适应能力。5386 nt 编码2500 个氨基酸5386 nt 编码2500 个氨基酸7. 基因重叠（Gene overlap ）开环部分双链DNA, 乙型肝炎病毒（Hepatitis B virus, HBV）3182bp 3182bp HBsAg 聚合酶HBcAg HBeAg 基因重叠。dsDNA 翻译蛋白质mRNA 转录基因组复制与基因表达-ssDNA 反转录+ssDNA 复制病毒颗粒dsDNA cccDNA 修复病毒基因组的结构特点2. 除逆转录病毒外，为单倍体基因组；1. 不同病毒基因组可以是不同结构的核酸；3. 病毒基因组有的是连续的，有的分节段；4. 有的基因有内含子；5. 病毒基因组大部分为编码序列；7. 功能相关基因转录为多顺反子mRNA 。6. 有基因重叠现象；二、原核生物基因组细菌染色体DNA 质粒DNA 以大肠杆菌（Escherichia coli）为例类核（nucleoid）：细菌染色体在 细胞内形成的一个致密区域大肠杆菌细胞结构nucleoid （一）由一条环状双链DNA 分子组成， 通常只有一个DNA 复制起点。大肠杆菌染色体DNA 大肠杆菌4000 K 3000 K 2000 K 1000 K 0 OriC TerC C-Value: 4.6×106bp （二）结构基因大多组成操纵子乳糖操纵子lac operon t a y z o p structural genes promoter terminator operator 半乳糖苷酶z 透酶y 半乳糖苷乙酰转移酶a 操纵子(operon): 多个功能相关的结构基因成簇串联排列，与上游共同的调控区和下游转录终止信号组成的基因表达单位。原核生物的mRNA 是多顺反子mRNA Promoter Gene 1 Gene 2 Gene 3 Terminator DNA Transcription mRNA 3’1 2 3 5’Translation Proteins 1 2 3 多顺反子mRNA ( polycistronic mRNA): 原核生物的一个mRNA 分子带有几个 结构基因的遗传信息，利用共同的启动子及终止信号，组成操纵子的基因表达 调控单元。（三）非编码区主要是调控序列：复制起始区（OriC ）复制终止区（TerC ）转录启动区转录终止区复制起始区（OriC ）E.coli oric region(250 bp) 13-mers 9-mers G A C C G C C G C U G G C G G C A U U U U-OH 3′5′U U C G G 5′…GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU…3′RNA 5′…GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT…3′DNA 强终止子：有反向重复顺序，可形成茎环结构，其后为poly(T) 。转录终止区（四）存在可移动的DNA 序列转座（transposition ）：转座因子在基因组不同位置间的移动。转座因子（transposable element ）：能够在一个DNA 分子内部或两个DNA 分子之间移动的DNA 片段。1. 转座因子的类别IS3 转座酶(1) 插入序列（insertion sequence, IS ）小于2000 bp ，只有转座相关基因2 kb Tn3 转座酶Tn10 转座酶(2) 转座子（transposon ，Tn ）2~20 kb ，常带有抗性基因等其它基因氨苄青霉素抗性四环素抗性2 kb (3) 可转座的噬菌体转座酶头尾部蛋白转座酶结合位点转座酶结合位点宿主DNA 宿主DNA 37 kb A B Mu 噬菌体简单转座是转座因子从原来位置上切除并转移到基因组新的位置复制性转座是转座因子复制出一个新拷贝转移到基因组新的位置2. 转座作用的机制供体DNA 转座子受体DNA 复制和转座新的DNA 切除和连接转座子F E A B C D 复制插入转座子新拷贝F E A B D 引起插入突变 基因F 被隔断而失去功能携带标志基因使受体增添新基因（五）其它结构特点1. 基因密度非常高，基因组中编 码区大于非编码区；2. 结构基因没有内含子，多为单拷贝，结构基因无重叠现象；3. 重复序列很少，重复片段为转座子；4. 有编码同工酶的等基因（isogene ）; 分支酸别构酶ilvBN acetolactate synthase ⅠilvIH acetolactate synthase Ⅲ乙酰乳酸合酶entC isochorismate synthase entB isochorismatase ( 六) 质粒(plasmid) 质粒是存在于细菌染色体外的，具有自主复制能力的环状双链DNA 分子。质粒的特性在宿主细胞内可自主复制；所携带的遗传信息能赋予宿主特 定的遗传性状；细胞分裂时恒定地传给子代；质粒可以转移。1. 基因组由一条环状双链DNA 组成；2. 只有一个复制起始点；3. 大多数结构基因组成操纵子结构；5. 无内含子，转录后不需要剪接；4. 结构基因无重叠现象；原核生物基因组的结构特点6. 基因组中编码区大于非编码区7. 重复基因少，结构基因一般为单拷贝；9. 基因组中存在可移动的DNA 序列；10. 非编码区主要是调控序列。8. 有编码同工酶的等基因；三、真核生物基因组人类染色体核型由染色体DNA 和线粒体DNA 组成。人类线粒体DNA 1. 基因家族（gene family ）（1 ）基因超家族（supergene family ）由多基因家族及单基因家族组成，成员间有不同程度的同源，但它们的功能不一定相同。是指一组有类似功能，核苷酸序列又有同源性的基因。（2 ）核苷酸序列相同组蛋白基因家族多拷贝基因形成的基因簇，rRNA 、tRNA 、组蛋白基因家族。非洲爪蟾的5SRNA 基因结构5SRNA 基因非转录空隔区（3 ）核苷酸序列高度同源人生长激素（hGH ）与人胎盘催乳素（hCS ）序列比对* 分子生物学Molecular Biology 基因与基因组 Gene and Genome 分子生物学研究中心萧小鹃第一节基因一、基因的概念1865 年Mendel 提出遗传因子学说1900 年Vries, Tschermak, Corrensen 重新证实了Mendel 的遗传因子学说1903 年Sutton 和Boveri 提出了遗传因子在染色体上Wilhelm Ludwig Johannsen (1857 –1927) 基因型genotype 表型phenotype 1909 年基因gene GENOS 1944 年，O. Avery & M. McCarty 肺炎球菌转化实验基因的化学本质证实DNA 是遗传物质1952 年，Alfred Hershey & Martha Chase T4 噬菌体感染细菌实验1941 年，PNAS “链孢霉中生化反应的遗传控制”“一个基因，一种酶”George W. Beadle ( 1903-1989) Edward L. Tatum (1909-1975) 异源多聚体Hemoglobin 一个基因，一条多肽链基因的概念：储存有功能的蛋白质多肽链或RNA 序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。( 一) 结构基因( 二) 非结构基因二、基因的结构基因中编码RNA 或蛋白质的DNA 序列。结构基因两侧的一段不编码的DNA 片段(即侧翼序列)，参与基因表达调控。原核生物结构基因连续的，RNA 合成不需要剪接加工（一）结构基因a y z 结构基因非结构基因非结构基因真核生物结构基因DNA mRNA 前体编码序列不连续，称为断裂基因（split gene / interrupted gene）RNA 剪接2. 由外显子（编码序列) 和内含子（非编码序列) 两部分组成，intron exon 成熟mRNA 5′3′exon3 exon1 exon2 GT AG GT AG 真核基因中RNA 剪接的识别信号内含子的5′端以GT 开始， 3′端以AG 结束。GT-AG 法则intron2 intron1 ( 二) 非结构基因参与转录调控的顺式作用元件反式作用因子trans-acting factor 能识别和结合特定的顺式作用元件,并影响基因转录的一类蛋白质或RNA 顺
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