復(fù)性動(dòng)力學(xué)PPT課件

1、1/C-1/ C0 = Kt - dC / dt= KC2 積分積分 C / C0 = 1 / (1+KC0t )當(dāng)當(dāng) C/ C0 = 1/2 時(shí)時(shí)的的C0t值定義為值定義為C0t1/2C / C0 = 1/2 = 1 / (1+ KC0t(1/2)Cot(1/2) = 1/K (mol. Sec / L)即復(fù)性反應(yīng)完成即復(fù)性反應(yīng)完成一半時(shí)一半時(shí)- dC /C2= Kdt當(dāng)當(dāng)t=0，C=C0第1頁(yè)/共34頁(yè)p不同不同DNA的的Cot (1/2)值不同，與值不同，與K值相關(guān)值相關(guān)pDNA序列的復(fù)雜性影響序列的復(fù)雜性影響K值值: 在控制反應(yīng)條件（初始濃度、溫度、離子強(qiáng)度、在控制反應(yīng)條件（初始濃度、

2、溫度、離子強(qiáng)度、片段大?。┫嗤那疤嵯?，片段大小）相同的前提下，DNA分子的分子的C0t (1/2)值，取決于核苷酸的排列復(fù)值，取決于核苷酸的排列復(fù)雜性雜性。pDNA序列的復(fù)雜性序列的復(fù)雜性(complexity) X：最長(zhǎng)的沒(méi)有重復(fù)序列的核苷酸對(duì)的數(shù)值。最長(zhǎng)的沒(méi)有重復(fù)序列的核苷酸對(duì)的數(shù)值。 X= K Cot1/2AAAAAAAA X = 1ATCGATCGATCG X = 4 N 105 X = 105Cot (1/2) = 1/K第2頁(yè)/共34頁(yè)復(fù)雜性復(fù)雜性X 1不同原核生物的不同原核生物的Cot曲線曲線復(fù)性分?jǐn)?shù)（復(fù)性分?jǐn)?shù)（1-c/c0）n Cot曲線：曲線：表示復(fù)性速度與表示復(fù)性速度與D

3、NA順序復(fù)雜性的關(guān)系。順序復(fù)雜性的關(guān)系。n 相同核苷酸數(shù)量的相同核苷酸數(shù)量的DNA，復(fù)雜性小的，復(fù)雜性小的DNA分子濃度分子濃度高，復(fù)性快，高，復(fù)性快，Cot (1/2)值小，復(fù)雜性大的值小，復(fù)雜性大的DNA分子復(fù)分子復(fù)性慢，性慢，Cot (1/2) 大。大。第3頁(yè)/共34頁(yè)原核生物原核生物Cot曲線的特點(diǎn)曲線的特點(diǎn)：形狀相似（跨越形狀相似（跨越2-3個(gè)數(shù)量個(gè)數(shù)量級(jí)），級(jí)），Cot（12）不相同不相同單一序列單一序列 只是復(fù)雜性不同只是復(fù)雜性不同高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列Cot (1/2)值小值小單一排列序列單一排列序列Cot (1/2) 大大poly(A) X=1 Cot(1/2)=2x10-

4、6 T4 X=1.7x105 Cot(1/2)= 0.3不同原核生物的不同原核生物的Cot曲線曲線第4頁(yè)/共34頁(yè)P(yáng)74圖圖16真核生物真核生物DNA復(fù)性復(fù)性曲線的模式圖曲線的模式圖基因組為基因組為7X108復(fù)性反應(yīng)分為三相，復(fù)性反應(yīng)分為三相，每相代表不同復(fù)雜每相代表不同復(fù)雜長(zhǎng)度的序列類(lèi)型長(zhǎng)度的序列類(lèi)型Cot1/2所占比例所占比例復(fù)雜性復(fù)雜性X重復(fù)頻率重復(fù)頻率第5頁(yè)/共34頁(yè)2 重復(fù)序列重復(fù)序列(repetitive sequences)根據(jù)復(fù)性動(dòng)力學(xué)研究將真核生物根據(jù)復(fù)性動(dòng)力學(xué)研究將真核生物DNA序列歸類(lèi)：序列歸類(lèi)：p 單拷貝序列單拷貝序列p 輕度重復(fù)序列輕度重復(fù)序列p 中度重復(fù)序列中度重復(fù)

5、序列p 高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列第6頁(yè)/共34頁(yè) 1）單拷貝序列）單拷貝序列(single copy sequences) 又稱(chēng)非重復(fù)序列：又稱(chēng)非重復(fù)序列： 一個(gè)基因組中只有一個(gè)拷貝。一個(gè)基因組中只有一個(gè)拷貝。 慢復(fù)性速度慢復(fù)性速度 單一序列的復(fù)性曲線常只有一個(gè)拐點(diǎn)，而重復(fù)單一序列的復(fù)性曲線常只有一個(gè)拐點(diǎn)，而重復(fù)序列常有多個(gè)拐點(diǎn)。序列常有多個(gè)拐點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 (蛋白質(zhì)基因蛋白質(zhì)基因)大多是單拷貝序列。大多是單拷貝序列。單拷貝順序在基因組占單拷貝順序在基因組占50-80，平均長(zhǎng)度為平均長(zhǎng)度為13000bp單拷貝順序儲(chǔ)存了巨大的遺傳信息。單拷貝順序儲(chǔ)存了巨大的遺傳信息。只有一小部分單拷貝序

6、列編碼蛋白質(zhì)。只有一小部分單拷貝序列編碼蛋白質(zhì)。第7頁(yè)/共34頁(yè)大部分結(jié)構(gòu)基因大部分結(jié)構(gòu)基因位于非重復(fù)的位于非重復(fù)的DNA序列內(nèi)序列內(nèi)第8頁(yè)/共34頁(yè)2）輕度重復(fù)序列）輕度重復(fù)序列(light repetitive sequences) 在基因組中重復(fù)數(shù)在基因組中重復(fù)數(shù)2-10的重復(fù)順序，的重復(fù)順序， 為慢復(fù)性速度。為慢復(fù)性速度。 少數(shù)在基因組中成串排列在一個(gè)區(qū)域，大多數(shù)與單拷貝基因間少數(shù)在基因組中成串排列在一個(gè)區(qū)域，大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列。隔排列。 多為多為編碼功能的序列編碼功能的序列第9頁(yè)/共34頁(yè)3）中度重復(fù)序列）中度重復(fù)序列(moderate repetitive sequence

7、s) 基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬(wàn)（基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬(wàn)（105）次的重復(fù)順序，）次的重復(fù)順序， 復(fù)性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復(fù)順序。復(fù)性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復(fù)順序。 多與單拷貝基因間隔排列。多與單拷貝基因間隔排列。 多為非編碼序列多為非編碼序列，如，如Alu序列序列 也有編碼基因也有編碼基因產(chǎn)物的，如產(chǎn)物的，如rDNA、tDNA、組蛋白、組蛋白基因基因家族家族, 一般往往以基因家族的形式組織。一般往往以基因家族的形式組織。第10頁(yè)/共34頁(yè)rDNA gene familyrDNA gene family海膽海膽450copies煙草煙草750 copies果蠅果蠅100 copi

8、esHistone gene familyHistone gene family 組蛋白基因家族組蛋白基因家族TS: 可轉(zhuǎn)錄的間隔序列可轉(zhuǎn)錄的間隔序列NTS:不轉(zhuǎn)錄的間隔序列不轉(zhuǎn)錄的間隔序列 NTS NTS TS 18s TS 5.8s TS 28s TS 圖10.29 非洲爪蟾rRNA基因的串聯(lián)重復(fù)排列 TS：可轉(zhuǎn)錄的間隔(spacer)順序 NTS：不可轉(zhuǎn)錄的間隔順序 NTSNTS第11頁(yè)/共34頁(yè) H1 H4 H2B H3 H2A海膽(R) 6000bp海膽(S) 6540bp海膽(L) 7240bp H1 H3 H4 H2A H2B果蠅 4800bp H1 H3 H2B H2A H4蠑

9、螈 9000bp 圖 10-31 組蛋白基因簇的重復(fù)單位 圖例： 基因； 間隔區(qū)； 轉(zhuǎn)錄方向 第12頁(yè)/共34頁(yè)有Alu酶切位點(diǎn)（AG/CT）而得名。 Alu家族： 重復(fù)單位約300bp，由兩個(gè)130bp重復(fù)序列及31bp間隔序列組成；重復(fù)30-50萬(wàn)次，分散存在；靈長(zhǎng)類(lèi)特有。約占人基因組的3-6。第13頁(yè)/共34頁(yè)真核生物的真核生物的 Alu familyAlu family300,000 copies 廣泛分布于非重復(fù)序列間廣泛分布于非重復(fù)序列間300bp300bp300bp6000bp6000bp6000bp6000bp功能：可能參與hnRNA的加工與成熟。與遺傳重組及染色體不穩(wěn)定性有關(guān)

10、。有形成Z-DNA的能力。可能具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用。第14頁(yè)/共34頁(yè)還有許多其它家族如： Kpn家族、 Hinf家族、 多聚d-d家族等。第15頁(yè)/共34頁(yè)4）高度重復(fù)序列）高度重復(fù)序列(highly repetitive sequences) 在基因組中重復(fù)頻率高，可達(dá)百萬(wàn)在基因組中重復(fù)頻率高，可達(dá)百萬(wàn)(106)以上，以上， 復(fù)性速度很快。復(fù)性速度很快。 序列一般較短，長(zhǎng)序列一般較短，長(zhǎng)10-300bp， 如真核生物的如真核生物的衛(wèi)星衛(wèi)星DNA。第16頁(yè)/共34頁(yè)衛(wèi)星衛(wèi)星 DNA序列序列(satellite DNA)螃蟹螃蟹2ATATAT.果蠅果蠅5ATAATATAAT.老鼠老鼠9GAAAAA

11、TGAGAAAAATGA重復(fù)堿基數(shù)重復(fù)堿基數(shù) 序列序列 特點(diǎn)：特點(diǎn)：高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列，重復(fù)單位由重復(fù)單位由2-10bp組成，組成，成串排列，重復(fù)數(shù)以百萬(wàn)次成串排列，重復(fù)數(shù)以百萬(wàn)次 106。第17頁(yè)/共34頁(yè)衛(wèi)星衛(wèi)星DNA：這類(lèi)高度重復(fù)序列的堿基組成不同與其他部分，浮力密度也不同，用等這類(lèi)高度重復(fù)序列的堿基組成不同與其他部分，浮力密度也不同，用等密度梯度離心法可將其與主體密度梯度離心法可將其與主體DNA分開(kāi)分開(kāi) 。真核基因組DNA中的G:C堿基對(duì)的分布與細(xì)菌不同，是不均一的，約4560的DNA中G:C堿基對(duì)含量較高，小部分的堿基對(duì)含量相對(duì)較低，由于有這種堿基組成分布的不均一，在等密度梯度

12、超離心分離后，出現(xiàn)一個(gè)主峰和一、二個(gè)小峰，這種小峰對(duì)主峰而言尤似主峰的衛(wèi)星， 所以稱(chēng)衛(wèi)星DNA，它是多種短重復(fù)序列的混合物。按照重復(fù)序列的長(zhǎng)度將衛(wèi)星DNA分成3類(lèi)：衛(wèi)星DNA 小衛(wèi)星DNA 微衛(wèi)星DNA第18頁(yè)/共34頁(yè)衛(wèi)星衛(wèi)星DNA的分類(lèi)的分類(lèi)(1) 衛(wèi)星衛(wèi)星DNA：長(zhǎng)串聯(lián)重復(fù)序列，位于染色體上的長(zhǎng)串聯(lián)重復(fù)序列，位于染色體上的異染色區(qū)域。異染色區(qū)域。(2) 小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA重復(fù)序列重復(fù)序列(minisatellite) ：中等大：中等大小的串聯(lián)重復(fù)序列，位于染色體末端，或其他部小的串聯(lián)重復(fù)序列，位于染色體末端，或其他部位。位。v高變小衛(wèi)星高變小衛(wèi)星DNA：重復(fù)單位之間的序列差異大，重復(fù)單位

13、之間的序列差異大，但是有一個(gè)核心序列但是有一個(gè)核心序列GGGCAGGAXG, 近端粒部近端粒部位；位；v端粒端粒DNA： 主要有六個(gè)串聯(lián)重復(fù)單位組成主要有六個(gè)串聯(lián)重復(fù)單位組成 TTAGGG第19頁(yè)/共34頁(yè)衛(wèi)星衛(wèi)星DNA的分類(lèi)的分類(lèi)(3) 微衛(wèi)星微衛(wèi)星 (microsatellite, MS) 或?yàn)楹?jiǎn)短串聯(lián)重或?yàn)楹?jiǎn)短串聯(lián)重復(fù)復(fù)(STR, short tandem repeats ): 由更簡(jiǎn)單的重復(fù)單位組成的小序列，一般為由更簡(jiǎn)單的重復(fù)單位組成的小序列，一般為26個(gè)堿基重復(fù)，如個(gè)堿基重復(fù)，如(CA)n, (GT)n, (CAG)n等，等， (CA)n最為常見(jiàn)。最為常見(jiàn)。 在染色體在染色體DNA

14、中散在分布，中散在分布， 其數(shù)量可達(dá)五到十萬(wàn)其數(shù)量可達(dá)五到十萬(wàn), 是目前最有用的遺傳標(biāo)記。是目前最有用的遺傳標(biāo)記。第20頁(yè)/共34頁(yè)不同生物的非重復(fù)基因占基因組的比例差別很大；不同生物的非重復(fù)基因占基因組的比例差別很大； 原核生物無(wú)重復(fù)序列原核生物無(wú)重復(fù)序列 低等真核生物低等真核生物 10-20% repetitive sequence 高等植物高等植物 80% 高等動(dòng)物高等動(dòng)物 50%第21頁(yè)/共34頁(yè)基因家族基因家族1） 基因家族（基因家族（gene family）：真核生物基因組中：真核生物基因組中來(lái)源相同，結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的基因聚集在一起形來(lái)源相同，結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的基因聚集在一起形成基因

15、家族。成基因家族。根據(jù)分布形式分根據(jù)分布形式分基因簇和散布的基因家族：基因簇和散布的基因家族： 基因簇（基因簇（gene cluster） 基因家族的各個(gè)成員基因家族的各個(gè)成員緊密成簇排列緊密成簇排列成大段的成大段的串聯(lián)串聯(lián)重復(fù)重復(fù)單位，分布在某一條染色體的特殊區(qū)域；單位，分布在某一條染色體的特殊區(qū)域； 它們可同時(shí)發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)。它們可同時(shí)發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)。 如如 組蛋白基因家族聚集在第組蛋白基因家族聚集在第7號(hào)染色體長(zhǎng)臂號(hào)染色體長(zhǎng)臂3區(qū)內(nèi)。區(qū)內(nèi)。第22頁(yè)/共34頁(yè)Histone gene familyHistone gene family 組蛋白基因家族組蛋白基因家族第23

16、頁(yè)/共34頁(yè) 假基因（假基因（pseudogene）：）：具有與功能基因相似的序具有與功能基因相似的序列，但由于有許多突變以致失去了原有的功能，所以列，但由于有許多突變以致失去了原有的功能，所以假基因是沒(méi)有功能的基因，用假基因是沒(méi)有功能的基因，用表示。表示。 來(lái)源：來(lái)源：一般認(rèn)為是由一般認(rèn)為是由mRNA反轉(zhuǎn)錄成反轉(zhuǎn)錄成cDNA，然后，然后整合在基因組中整合在基因組中 2 1 G A 圖 10-30 人 類(lèi) 血 紅 蛋 白 的 和 基 因 簇 第24頁(yè)/共34頁(yè) 散布的基因家族（散布的基因家族（interspersed gene family） 概念：概念：一個(gè)基因家族的不同成員成簇地分布不同染

17、一個(gè)基因家族的不同成員成簇地分布不同染色體上，各成員在序列上有明顯差異。色體上，各成員在序列上有明顯差異。 這些不同成員編碼一組這些不同成員編碼一組功能上緊密相關(guān)功能上緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)，的蛋白質(zhì)，如如珠蛋白基因家族。珠蛋白基因家族。第25頁(yè)/共34頁(yè) 兩種亞基的編碼基因分別形成兩個(gè)不同的基因簇，兩種亞基的編碼基因分別形成兩個(gè)不同的基因簇，并存在于不同的染色體上并存在于不同的染色體上. .人類(lèi)珠蛋白基因家族典型的人類(lèi)珠蛋白基因家族典型的血紅蛋白血紅蛋白珠蛋白珠蛋白血紅素血紅素 2 2 2 2 不同的亞基由各自不同的亞基由各自 的基因編碼的基因編碼 2 1 G A 圖 10-30 人 類(lèi) 血 紅

18、蛋 白 的 和 基 因 簇 第26頁(yè)/共34頁(yè)2) 廣義的基因家族廣義的基因家族 根據(jù)基因家族成員序列的相似程度分類(lèi)：根據(jù)基因家族成員序列的相似程度分類(lèi)：A 經(jīng)典的基因家族經(jīng)典的基因家族，家族成員序列有高度的同源性，序列，家族成員序列有高度的同源性，序列一致，拷貝數(shù)高，非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)短而一致。一致，拷貝數(shù)高，非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)短而一致。B 基因家族各成員的編碼產(chǎn)物保守（基因家族各成員的編碼產(chǎn)物保守（大段的高度保守大段的高度保守氨氨基酸序列）；只是基酸序列）；只是DNA序列的相似性低。序列的相似性低。C 基因家族各成員的編碼產(chǎn)物之間只有基因家族各成員的編碼產(chǎn)物之間只有很短的保守氨基酸很短的保守氨基酸序列，序列，DNA序列的相似性更低。序列的相似性更低。D 超基因家族超基因家族，各基因序列之間，各基因序列之間無(wú)同源性無(wú)同源性，但其基因產(chǎn)物，但其基因產(chǎn)物的功能相似。編碼產(chǎn)物之間也無(wú)明顯的保守氨基酸序的功能相似。編碼產(chǎn)物之間也無(wú)明顯的保守氨基酸序列，但也有一些共同特征。列，但也有一些共同特征。第27頁(yè)/共34頁(yè)基因外的重復(fù)序列基因外的重復(fù)序列 即為無(wú)編碼功能的重復(fù)序列即為無(wú)編碼功能的重復(fù)序列1) 串聯(lián)重復(fù)串聯(lián)重復(fù)DNA-衛(wèi)星衛(wèi)星DNA(高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列)2) 散布的重復(fù)散布的重復(fù)DNA第28頁(yè)/共34頁(yè)2) 散布的重復(fù)散布的重復(fù)DNA重復(fù)單位不成簇重復(fù)單位不成簇，分散在染