基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能基因與基因組的結(jié)構(gòu)與功能DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制第1頁/共74頁第2頁/共74頁所有的細胞表面均有由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細胞膜。所有的細胞都含有兩種核酸：即DNA與RNA作為遺傳信息復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的載體。作為蛋白質(zhì)合成的機器核糖體，毫無例外地存在于一切細胞內(nèi)。所有細胞的增殖都以一分為二的方式進行分裂。 第3頁/共74頁核核仁仁粗面內(nèi)質(zhì)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)網(wǎng)染色染色質(zhì)質(zhì)核糖核糖體體高爾基高爾基體體微微管管中心中心體體溶酶溶酶體體線粒線粒體體過氧過氧化物化物酶體酶體第4頁/共74頁氨基酸氨基酸肽鏈肽鏈較成熟蛋白質(zhì)較成熟蛋白質(zhì)成熟蛋白質(zhì)成熟

2、蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體高爾基體細胞膜細胞膜線粒體線粒體囊泡囊泡囊泡囊泡合成合成 盤旋、折疊、盤旋、折疊、糖基化、運輸糖基化、運輸加工、修飾、分泌加工、修飾、分泌分泌分泌分泌蛋白分泌蛋白第5頁/共74頁核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體細胞膜合成肽鏈合成肽鏈運輸運輸糖基化糖基化折疊折疊盤旋盤旋運輸運輸包裝包裝加工加工外排作用外排作用分泌蛋白的合成與運輸分泌蛋白的合成與運輸線粒體提供能量提供能量各種生物膜在功能上既有各種生物膜在功能上既有明確的分工明確的分工，又有又有緊密緊密的聯(lián)系。的聯(lián)系。第6頁/共74頁第7頁/共74頁細胞核的結(jié)構(gòu)組成細胞核的結(jié)構(gòu)組成： 核被膜核被膜(nucl

3、ear envelope)與核孔復(fù)合體與核孔復(fù)合體(NPC） 染色質(zhì)（染色質(zhì)（chromatin） 核仁核仁(nucleolus) 核基質(zhì)核基質(zhì)第8頁/共74頁第9頁/共74頁第10頁/共74頁第11頁/共74頁第12頁/共74頁第13頁/共74頁第14頁/共74頁組蛋白： H1 H2A H2B H3 H4非組蛋白核小體DNA蛋白質(zhì)染色體真核生物染色體的組成第15頁/共74頁第16頁/共74頁第17頁/共74頁第18頁/共74頁第19頁/共74頁第20頁/共74頁第21頁/共74頁第22頁/共74頁第23頁/共74頁 第24頁/共74頁第25頁/共74頁第26頁/共74頁 第27頁/共74頁第

4、28頁/共74頁第29頁/共74頁第30頁/共74頁第31頁/共74頁真核生物： 90%原核生物：約50%第32頁/共74頁第33頁/共74頁第34頁/共74頁研究方法研究方法重復(fù)序列是通過復(fù)性動力學(xué)測定發(fā)現(xiàn)的，即指變性的重復(fù)序列是通過復(fù)性動力學(xué)測定發(fā)現(xiàn)的，即指變性的DNADNA兩條鏈在一定條件下可以重新結(jié)合成雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條鏈在一定條件下可以重新結(jié)合成雙螺旋結(jié)構(gòu)雙鏈雙鏈DNA變性變性復(fù)性復(fù)性單鏈單鏈DNA復(fù)性速度用復(fù)性速度用CotCot值衡量，值衡量，CoCo為變性為變性DNADNA的起始濃度，以的起始濃度，以mol/Lmol/L表示，表示，t t為時間，以秒表示，為時間，以秒表示，CotCo

5、t（克分子（克分子秒秒/L/L）。）。 重復(fù)序列（重復(fù)序列（repeat sequencerepeat sequence）第35頁/共74頁根據(jù)組織結(jié)構(gòu)分布特點分為二類：根據(jù)組織結(jié)構(gòu)分布特點分為二類：1 1、散在重復(fù)序列：以其單體形式散在分布于整、散在重復(fù)序列：以其單體形式散在分布于整個基因組中。個基因組中。2 2、串聯(lián)重復(fù)序列：各重復(fù)單位以頭尾相連的形、串聯(lián)重復(fù)序列：各重復(fù)單位以頭尾相連的形式串聯(lián)重復(fù)存在于基因組中。式串聯(lián)重復(fù)存在于基因組中。第36頁/共74頁 各類重復(fù)序列的結(jié)構(gòu)特征與功能各類重復(fù)序列的結(jié)構(gòu)特征與功能1 1、高度重復(fù)序列、高度重復(fù)序列 高度重復(fù)序列中比較清楚的有兩類，即衛(wèi)星高

6、度重復(fù)序列中比較清楚的有兩類，即衛(wèi)星DNADNA和反向重復(fù)序列。和反向重復(fù)序列。衛(wèi)星衛(wèi)星DNA(satellite DNA)DNA(satellite DNA) DNA DNA的浮力密度與它的的浮力密度與它的G-CG-C堿基對含量有關(guān)，堿基對含量有關(guān)，G-CG-C含量高，浮力密度大，反之亦然。原核生物含量高，浮力密度大，反之亦然。原核生物DNADNA中中G-CG-C含量較均勻，只顯示一個峰；真核生物含量較均勻，只顯示一個峰；真核生物DNADNA中中G-CG-C含量不均勻，經(jīng)超離心后，除了主峰外，還有小峰，這些小峰在主峰邊上就像衛(wèi)星一樣，故名衛(wèi)星含量不均勻，經(jīng)超離心后，除了主峰外，還有小峰，這些

7、小峰在主峰邊上就像衛(wèi)星一樣，故名衛(wèi)星DNADNA。作用：與細胞有絲分裂有關(guān)。作用：與細胞有絲分裂有關(guān)。第37頁/共74頁第38頁/共74頁 人類人類DNADNA非編碼區(qū)主要串聯(lián)重復(fù)序列的類別非編碼區(qū)主要串聯(lián)重復(fù)序列的類別 類別類別 重復(fù)單位大?。ㄖ貜?fù)單位大?。╞pbp） 主要的染色體分布與功能主要的染色體分布與功能大衛(wèi)星大衛(wèi)星DNADNA ( (纏繞無活性控制染色體的運動纏繞無活性控制染色體的運動) )（區(qū)塊長度常為（區(qū)塊長度常為100kb100kb幾個幾個MbMb）衛(wèi)星序列衛(wèi)星序列2 2和和3 5 3 5 幾乎所有染色體幾乎所有染色體衛(wèi)星序列衛(wèi)星序列1 1 25-48 25-48 大多數(shù)染色

8、體著絲粒區(qū)異染色質(zhì)大多數(shù)染色體著絲粒區(qū)異染色質(zhì)和其它異染區(qū)和其它異染區(qū)DNA 171 DNA 171 所有染色體著絲粒區(qū)異染色質(zhì)所有染色體著絲粒區(qū)異染色質(zhì)(Sau3A(Sau3A家族家族) 68 ) 68 主要在主要在1 1、9 9、1313、1414、1515、2121、2222和和Y Y的著絲粒區(qū)異染色的著絲粒區(qū)異染色質(zhì)質(zhì)小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNADNA( (區(qū)塊長度常常為區(qū)塊長度常常為20kb)20kb)端粒家族端粒家族 6 6 所有端粒（端粒的功能、前述）所有端粒（端粒的功能、前述）高度可變家族高度可變家族 9-24 9-24 所有染色體，?？拷肆Ｋ腥旧w，常靠近端粒微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNADN

9、A 1-4 1-4 所有染色體，功能不清楚所有染色體，功能不清楚( (區(qū)塊長度小于區(qū)塊長度小于150bp)150bp)第39頁/共74頁反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列 存在兩種形式：存在兩種形式：A.A.兩互補拷貝間無間隔序列兩互補拷貝間無間隔序列如如GGTACCCCATGGB.B.兩互補拷貝間有間隔序列兩互補拷貝間有間隔序列如如GGTNNNNACCCCANNNNTGG 電鏡下，兩種形式都呈十字形結(jié)構(gòu)，有間隔的反向重復(fù)序列，在十字型結(jié)構(gòu)兩頭形成兩個小環(huán)。電鏡下，兩種形式都呈十字形結(jié)構(gòu)，有間隔的反向重復(fù)序列，在十字型結(jié)構(gòu)兩頭形成兩個小環(huán)。作用：常見于基因組的調(diào)控區(qū)內(nèi)，可能與復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的調(diào)控有關(guān)。作用：

10、常見于基因組的調(diào)控區(qū)內(nèi)，可能與復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的調(diào)控有關(guān)。第40頁/共74頁2 2、中度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列 中度重復(fù)序列是復(fù)性速度介于單拷貝序列和高度重復(fù)序列之間的那部分中度重復(fù)序列是復(fù)性速度介于單拷貝序列和高度重復(fù)序列之間的那部分DNA,DNA,重復(fù)頻率重復(fù)頻率10101 110105 5 。根據(jù)排列形式可分為。根據(jù)排列形式可分為： 長散在重復(fù)序列（long interspersed repeated segments，LINES） 長度1000bp(可達7Kb)，拷貝數(shù)104-105，如人LINES短散在重復(fù)序列（Short interspersed repeated segments，SI

11、NES） 長度105如人Alu序列作用：中度重復(fù)序列約占基因組的作用：中度重復(fù)序列約占基因組的35%35%，有一部分是編碼，有一部分是編碼rRNArRNA、tRNAtRNA、組蛋白及免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)基因，另一些可能與基因的調(diào)控有關(guān)。、組蛋白及免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)基因，另一些可能與基因的調(diào)控有關(guān)。第41頁/共74頁(shat interspersed nuclear elements) (shat interspersed nuclear elements) long interspersed nuclear elements)long interspersed nuclear elements)

12、代表代表 （1 1）序列中含）序列中含AluAlu限制酶位點限制酶位點 （1 1）序列中含）序列中含KpnKpn限制酶位點限制酶位點（2 2）基因組中重復(fù)數(shù)）基因組中重復(fù)數(shù)3-53-510105 5 （2 2）全長）全長6-7kb6-7kb（3 3）AluAlu順序之間間隔順序之間間隔:3-5kb :3-5kb （3 3）Knp Knp 消化后可見消化后可見4 4條帶條帶（4 4）相對集中在染色體）相對集中在染色體R R帶帶 （4 4）集中分布在染色體）集中分布在染色體G G或或Q Q帶帶 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子 RNARNA介導(dǎo)轉(zhuǎn)座介導(dǎo)轉(zhuǎn)座 , ,合成合成cDNAcDNA基因組基因組第42

13、頁/共74頁第43頁/共74頁第44頁/共74頁第45頁/共74頁第46頁/共74頁第47頁/共74頁三三、基因作圖、基因作圖 將基因組中的基因或遺傳標(biāo)記分配在各個染色體上將基因組中的基因或遺傳標(biāo)記分配在各個染色體上, ,并確定基因或標(biāo)記間的距離的線性圖稱為基因組圖譜。基因組圖譜包括以染色體重組交換為基礎(chǔ)的遺傳圖譜和以并確定基因或標(biāo)記間的距離的線性圖稱為基因組圖譜?；蚪M圖譜包括以染色體重組交換為基礎(chǔ)的遺傳圖譜和以DNADNA的核苷酸序列為基礎(chǔ)的物理圖譜。的核苷酸序列為基礎(chǔ)的物理圖譜。 指將基因定位于某一特定的染色體上指將基因定位于某一特定的染色體上, ,以及測定基因在染色體上的線性排列的順序

14、與距離。以及測定基因在染色體上的線性排列的順序與距離。（一）基因作圖（一）基因作圖(基因定位基因定位)的定義的定義:第48頁/共74頁遺傳圖譜遺傳圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜0.7 cM 或或 kb 序列圖譜序列圖譜物理圖譜物理圖譜四張圖：四張圖：物理圖、物理圖、 轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖遺傳圖遺傳圖 、序列圖、序列圖 HGPHGP的主要任務(wù)的主要任務(wù)第49頁/共74頁 又稱基因連鎖圖又稱基因連鎖圖(linkage map)(linkage map)或染色體圖或染色體圖(chromosome map),(chromosome map),是以多態(tài)性遺傳標(biāo)記為界標(biāo)是以多態(tài)性遺傳標(biāo)記為界標(biāo), ,通過計算在細胞減數(shù)分裂過

15、程中通過計算在細胞減數(shù)分裂過程中, ,由于同源染色體間交換所導(dǎo)致的遺傳標(biāo)記間發(fā)生重組的頻率由于同源染色體間交換所導(dǎo)致的遺傳標(biāo)記間發(fā)生重組的頻率, ,來確定這兩個標(biāo)記間在染色體上的相對位置的圖譜。來確定這兩個標(biāo)記間在染色體上的相對位置的圖譜。 1 1、遺傳圖譜、遺傳圖譜: :圖距圖距: :在遺傳圖譜上基因在遺傳圖譜上基因( (或遺傳標(biāo)記或遺傳標(biāo)記) )間的距離稱為圖距。圖距單位以重組值間的距離稱為圖距。圖距單位以重組值1%1%去掉去掉% %號表示號表示, ,單位為厘摩爾根單位為厘摩爾根(centimorgan,cM),1cM(centimorgan,cM),1cM約為約為10106 6bpbp第

16、50頁/共74頁第51頁/共74頁第52頁/共74頁第53頁/共74頁第54頁/共74頁小衛(wèi)星DNA由15-65bp的基本單位串聯(lián)重復(fù)而成，長度一般不超過20kb。重復(fù)次數(shù)（小衛(wèi)星DNA區(qū)的長度）在人群中是高度變異的；按照孟德爾的規(guī)律遺傳微衛(wèi)星DNA/簡短串聯(lián)重復(fù)（STR、STRP或SSLP）重復(fù)單元2-8bp，通常重復(fù)10-60次CTAGCTTATATATATATATATATATATATAAGCTTGC第55頁/共74頁SNP：是由于單個核苷酸改變而導(dǎo)致的核酸序列多態(tài)，包括缺失、插入和替換/錯配（主）。第56頁/共74頁人類999的基因密碼是相同的，而差異不到01，不同人群僅有140萬個核苷

17、酸差異。這些差異是由“單一核苷酸多樣性”（SNP）產(chǎn)生的，它構(gòu)成了不同個體的遺傳基礎(chǔ)。在整個基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一，從而說明人類不同“種屬”之間并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。 第57頁/共74頁SNP與RFLP和STR標(biāo)記的主要不同之處在于，它不再以DNA片段的長度變化作為檢測手段，而直接以序列變異作為標(biāo)記。第58頁/共74頁第59頁/共74頁第60頁/共74頁第61頁/共74頁第62頁/共74頁第63頁/共74頁第64頁/共74頁第65頁/共74頁第66頁/共74頁第67頁/共74頁隨著所測基因組總量增大，所需測序的片段大量增加高等真核生物（如人類）基因組中有大量重復(fù)序列，導(dǎo)致判斷

18、失誤第68頁/共74頁第69頁/共74頁物種物種完成完成年份年份總長度總長度/Mp/Mp已完成總長已完成總長的百分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)/%/%占常染色質(zhì)占常染色質(zhì)百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)/Mb/Mb基因數(shù)基因數(shù)/Mb/Mb酵母酵母1996199612129393100100483483線蟲線蟲1998199896969999100100197197果蠅果蠅2000200011611664649797117117擬南芥擬南芥200020001151159292100100221221人類第人類第2121染色體染色體20002000343475751001007 7人類第人類第2222染色體染色體199919993434707097971616人類全基因組人類全基因組(Public Sequence)(Public Sequence)20012001269326938