《基因組的結(jié)》PPT課件.ppt

第一章 基因的結(jié)構(gòu)與功能,Chapter 1 Structure and Function of Gene,第一節(jié) 基因的化學(xué)結(jié)構(gòu),一 、基因,基因（gene）：是指核酸分子中貯存與表達(dá)遺傳信息的單位，包括編碼序列、非編碼序列和調(diào)控序列。大部分生物中構(gòu)成基因的核酸物質(zhì)是DNA，少數(shù)生物中是RNA。,DNA和RNA的化學(xué)組成,DNA：脫氧核糖核酸，由四種脫氧核糖核苷酸通過3，5磷酸二脂鍵連接而成,dAMP dGMP dCMP dTMP,RNA：核糖核酸，由四種核糖核苷酸通過3，5磷酸二脂鍵連接而成。分別為AMP、GMP、CMP、UMP。,二、基因的結(jié)構(gòu),基因的結(jié)構(gòu)主要指DNA的結(jié)構(gòu)：包括一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu) DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA分子中的所有脫氧核糖核苷酸的排列順序，這一順序是基因攜帶和傳遞遺傳信息的基礎(chǔ)。 一般書寫DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)是按53端書寫。,DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu),DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA的雙鏈反向互補(bǔ)右手螺旋結(jié)構(gòu)。 特點(diǎn)： 1、DNA是反向平行互補(bǔ)雙鏈結(jié)構(gòu) 2、DNA分子式右手雙螺旋 3、疏水性堿基堆積力和氫鍵是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定力。,Chargaff規(guī)則： 1、腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，而鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數(shù)相等。A=T，G=C 2、不同生物種屬的DNA堿基組成不同。 3、同一個(gè)體不同器官、不同組織的DNA具有相同堿基組成。,DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu),原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)：雙鏈閉合環(huán)狀DNA,當(dāng)E.coli的細(xì)胞被裂解后，類核區(qū)DNA就釋放出去形成環(huán)狀,真核生物染色質(zhì)DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu),細(xì)胞核中有23對(duì)染色體，每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開，平均長為5cm，核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來約1.7-2.0m，而細(xì)胞核直徑不足10um。 因此，不難想象DNA是以螺旋和折疊的方式壓縮起來的，壓縮比例高達(dá)上萬倍，這種壓縮的最初級(jí)結(jié)構(gòu)就是核小體。,DNA在真核細(xì)胞中的折疊核組裝必須有蛋白質(zhì)的參與，這些蛋白質(zhì)包括組蛋白和非組蛋白。 1、組蛋白：屬于堿性蛋白質(zhì)，富含精氨酸（Arg）和賴氨酸（Lys）殘基，共有5種。,（一）DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì),2、非組蛋白：是染色體上結(jié)合特異DNA序列的蛋白質(zhì)，又稱為序列特異DNA結(jié)合蛋白。 非組蛋白的特點(diǎn)： 富含酸性氨基酸殘基，屬于酸性蛋白質(zhì)； 在整個(gè)細(xì)胞周期中都可合成； 能識(shí)別并結(jié)合特異的DNA序列； 其主要功能是：參與DNA復(fù)制和基因表達(dá)調(diào)控。,（二）DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合與染色體的組裝,染色質(zhì)的基本組成單位是核小體，其結(jié)構(gòu)特征為： 由4種核心組蛋白各2分子形成八聚體； DNA雙鏈纏繞在組蛋白八聚體上形成核心顆粒，每圈80bp，共1.74圈，約146bp； 核心顆粒之間由約60bp的DNA與組蛋白H1構(gòu)成連接區(qū)連接起來； 每個(gè)核小體單位包含約200bp的DNA鏈。,核小體的結(jié)構(gòu)特征,由4種核心組 蛋白各2分子 形成八聚體,DNA雙鏈纏繞在 組蛋白八聚體上 形成核心顆粒，每 圈80bp，約146bp,核心顆粒之間由約 60bp的DNA與組蛋 白H1構(gòu)成連接區(qū)連接,每個(gè)核小體單位包含 約200bp的DNA鏈,（三）DNA在細(xì)胞內(nèi)的折疊,一次折疊：核小體形成； 二次折疊：核小體卷曲（每周6個(gè)）形成直徑30nm的襻狀結(jié)構(gòu)； 三次折疊：30nm的纖維折疊成柱狀結(jié)構(gòu)。,第二節(jié) 基因的功能和組構(gòu),基因按照其功能區(qū)分可以分為結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控序列 結(jié)構(gòu)基因： 是決定合成某一種蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)相應(yīng)的一段DNA。結(jié)構(gòu)基因的功能是把攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)錄給mRNA（信使核糖核酸），再以mRNA為模板合成具有特定氨基酸序列的蛋白質(zhì)。 有的結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為一些有特定功能的RNA（如rRNA，tRNA，小分子RNA）。 原核生物的結(jié)構(gòu)基因大多為連續(xù)基因； 真核生物的基因?yàn)閿嗔鸦颍?連續(xù)基因和斷裂基因,斷裂基因：真核生物的結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的，內(nèi)含子與外顯子間隔排列，這種基因稱為斷裂基因。 斷裂基因優(yōu)點(diǎn)： 不同的mRNA剪切加工方式產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)。 突變產(chǎn)生在內(nèi)含子與外顯子之間可以促進(jìn)生物進(jìn)化 可能內(nèi)含子與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。,在真核結(jié)構(gòu)基因中，能夠在成熟RNA分子中保留的序列稱為外顯子（exon），而不能在成熟RNA分子中保留的序列稱為內(nèi)含子（intron）。,調(diào)控序列,調(diào)控序列是基因中對(duì)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)起調(diào)控作用的序列。 這些調(diào)控序列也稱為順式作用元件。 順式作用元件必須與相對(duì)應(yīng)的酶或蛋白質(zhì)相互作用才能發(fā)揮其調(diào)控作用，因此與之作用的酶或蛋白因子被稱為反式作用因子。 順式作用元件=DNA 反式作用因子=蛋白質(zhì),原核生物基因調(diào)控序列,啟動(dòng)子位于結(jié)構(gòu)基因上游，與RNA聚合酶辨認(rèn)、結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄相關(guān)的DNA序列。原核生物啟動(dòng)子具有共同特征序列“TATAAT”稱為普里布諾盒。 操縱元件位于結(jié)構(gòu)基因與啟動(dòng)子之間，與阻遏蛋白結(jié)合相關(guān)的DNA序列。 正調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn)與促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控蛋白結(jié)合的DNA序列。 終止子轉(zhuǎn)錄終止相關(guān)的DNA序列為基因下游的一段富含GC的回文序列。,原核生物啟動(dòng)子的一致性序列,強(qiáng),弱,操縱元件位于結(jié)構(gòu)基因與啟動(dòng)子之間，與阻遏蛋白結(jié)合相關(guān)的DNA序列。,正調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn)與促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控蛋白結(jié)合的DNA序列。如CAP結(jié)合位點(diǎn),原核生物的兩種終止子,終止子轉(zhuǎn)錄終止相關(guān)的DNA序列為基因下游的一段富含GC的回文序列,回 文 結(jié) 構(gòu),畫上荷花和尚畫 書臨漢字翰林書,真核生物基因的調(diào)控序列,啟動(dòng)子：由于真核生物中有三種不同的RNA聚合酶，因此也有三種不同的啟動(dòng)子。 特點(diǎn)： （1）有多種元件：TATA框，GC框，CATT框，OCT等； （2）結(jié)構(gòu)不恒定。有的有多種框盒如組蛋白H2B；有的只有TATA框和GC框，如SV40早期轉(zhuǎn)錄蛋白， （3）它們的位置、序列、距離和方向都不完全相同， （4）有的有遠(yuǎn)距離的調(diào)控元件存在，如增強(qiáng)子； （5）這些元件常常起到控制轉(zhuǎn)錄效率和選擇起始位點(diǎn)的作用； （6）不直接和RNA pol結(jié)合。轉(zhuǎn)錄時(shí)先和其它轉(zhuǎn)錄激活因子相結(jié)合，再和聚合酶結(jié)合。,增強(qiáng)子：可增強(qiáng)真核生物基因啟動(dòng)子的工作效率的順式作用元件，是真核生物基因中最重要的調(diào)控序列。 特點(diǎn)： 1、 具有遠(yuǎn)距離效應(yīng)。常在上游-200bp處，但可增強(qiáng)遠(yuǎn)處啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄，即使相距十幾Kb也能發(fā)揮其作用； 可能機(jī)制： 1）拓樸效應(yīng)；（2）滑動(dòng)模型；（3）成環(huán)模型 2、 無方向性。無論在靶基因的上游，下游或內(nèi)部都可發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用； 3、順式調(diào)節(jié)。只調(diào)節(jié)位于同一染色體體上的靶基因，而對(duì)其它染色體上的基因無作用。 沉默子：是參與基因表達(dá)負(fù)調(diào)控的一種元件 ，與增強(qiáng)子作用相反。 沉默子的DNA序列被調(diào)控蛋白結(jié)合后