第3章基因組組的結(jié)構(gòu)與功能

1、第三章第三章基因組的結(jié)構(gòu)與功能基因組的結(jié)構(gòu)與功能The Central Dogma轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄翻翻 譯譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)復(fù) 制制 DNA通過基因表達(dá)，決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能通過基因表達(dá)，決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能 DNA通過復(fù)制，將基因信息代代相傳通過復(fù)制，將基因信息代代相傳 RNA參與參與DNA遺傳信息的表達(dá)遺傳信息的表達(dá) RNA也可作為某些病毒遺傳信息的載體也可作為某些病毒遺傳信息的載體【基因基因】 基因是核酸分子中貯存遺傳信息基因是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位，是指貯存有功能的蛋白的遺傳單位，是指貯存有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或質(zhì)多肽鏈或RNA序列信息及表達(dá)這序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部

2、核苷酸序列。些信息所必需的全部核苷酸序列。基因和蛋白的關(guān)系？ 55AGCCGACTATGTCGAAGCTTAGCCGACTATGTCGAAGCTTGCTTGACTATAAGACAGCTTGACTATAAGACA3333TCGGCTGATACAGCTTCGAATCGGCTGATACAGCTTCGAACGAACTGATATTCTGTCGAACTGATATTCTGT55 轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū) 貯存貯存RNARNA或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息區(qū)或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息區(qū) 轉(zhuǎn)錄終止區(qū)轉(zhuǎn)錄終止區(qū) 大部分生物中構(gòu)成基因的遺傳物質(zhì)是大部分生物中構(gòu)成基因的遺傳物質(zhì)是DNA，但有一部分生物（，但有一部分生物（RNA病毒）是病毒）是以

3、以RNA作為構(gòu)成基因的遺傳物質(zhì)。作為構(gòu)成基因的遺傳物質(zhì)。基因的基本結(jié)構(gòu)：基因的基本結(jié)構(gòu)： 【基因組基因組】細(xì)胞或生物體中，一套完整單倍體的遺細(xì)胞或生物體中，一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和（包括一種生物所需的全套傳物質(zhì)的總和（包括一種生物所需的全套基因及其間隔序列）稱為基因組?；蚣捌溟g隔序列）稱為基因組。人類基因組包括：人類基因組包括：22條染色體，條染色體，X、Y兩條性染色體及胞漿線粒兩條性染色體及胞漿線粒體上遺傳物質(zhì)。體上遺傳物質(zhì)?；蚪M的結(jié)構(gòu)主要指不同的基因功能區(qū)基因組的結(jié)構(gòu)主要指不同的基因功能區(qū)域在核酸分子中的分布和排列情況，基因域在核酸分子中的分布和排列情況，基因組的功能是貯存和表達(dá)

4、遺傳信息。組的功能是貯存和表達(dá)遺傳信息?；蚪M的結(jié)構(gòu)和功能是密切相關(guān)的?；蚪M的結(jié)構(gòu)和功能是密切相關(guān)的。第第 一一 節(jié)節(jié)病病 毒毒 基基 因因 組組一、病毒基因組核酸的主要類型一、病毒基因組核酸的主要類型雙鏈雙鏈RNARNA單鏈負(fù)股單鏈負(fù)股RNARNA 單鏈正股單鏈正股RNARNA分類分類DNADNARNARNA 雙鏈雙鏈DNADNA：HBVHBV 單鏈單鏈DNADNA：M13M13噬菌體噬菌體正股(+)：序列與mRNA相同的鏈 負(fù)股(-)：序列與mRNA互補(bǔ)的鏈（一）雙鏈（一）雙鏈DNA病毒病毒 （SV40 病毒）病毒） 基因組基因組DNA DNA 復(fù)制復(fù)制 基因組基因組 DNA 或通過逆轉(zhuǎn)

5、錄完成復(fù)制（少數(shù)，見三）。或通過逆轉(zhuǎn)錄完成復(fù)制（少數(shù)，見三）。（二）單鏈（二）單鏈DNA病毒病毒 （M13 噬菌體）噬菌體） 基因組基因組DNA DNA 復(fù)制復(fù)制 基因組基因組DNA （三）（三）DNARNA病毒病毒 （HBV） 基因組基因組DNA 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 RNA 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 基因組基因組DNA（四）雙鏈（四）雙鏈RNA病毒病毒 （呼腸孤病毒）（呼腸孤病毒） 基因組基因組RNA RNA 復(fù)制復(fù)制 基因組基因組RNA（五）單鏈（）（五）單鏈（）RNA病毒病毒 （脊髓灰白質(zhì)炎病毒）（脊髓灰白質(zhì)炎病毒） 基因組基因組RNA RNA 復(fù)制復(fù)制 基因組基因組RNA （六）單鏈（）（六）單鏈（）RNA

6、 病毒病毒 （皰疹性口炎病毒，（皰疹性口炎病毒，VSV） 基因組基因組RNA RNA 復(fù)制復(fù)制 基因組基因組RNA（七）（七）RNADNA病毒病毒 （逆轉(zhuǎn)錄病毒）（逆轉(zhuǎn)錄病毒） 基因組基因組RNA 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 cDNA 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 基因組基因組RNA二、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)二、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)（一）基因組核酸可以是任何一種類型的核酸，（一）基因組核酸可以是任何一種類型的核酸，但一種病毒的基因組只是一種核酸。但一種病毒的基因組只是一種核酸。（二）不同病毒基因組的核酸大小差別很大。（二）不同病毒基因組的核酸大小差別很大。（三）基因常常成簇排列，沒有間隔序列或間（三）基因常常成簇

7、排列，沒有間隔序列或間隔序列很小。隔序列很小。 (功能上相關(guān)的基因排列在一起功能上相關(guān)的基因排列在一起) （四）病毒的基因都是單拷貝，基因組多為單（四）病毒的基因都是單拷貝，基因組多為單倍體倍體（五）病毒基因組有重疊基因（五）病毒基因組有重疊基因（六）病毒基因組的編碼序列平均約（六）病毒基因組的編碼序列平均約 90 （但差異很大）（但差異很大）（七）病毒基因有連續(xù)的，有不連續(xù)的（七）病毒基因有連續(xù)的，有不連續(xù)的（八）病毒基因組含有不規(guī)則的結(jié)構(gòu)基因（八）病毒基因組含有不規(guī)則的結(jié)構(gòu)基因1、幾個結(jié)構(gòu)基因的編碼區(qū)無間隔，因此有些結(jié)、幾個結(jié)構(gòu)基因的編碼區(qū)無間隔，因此有些結(jié) 構(gòu)基因沒有翻譯起始序列。構(gòu)基因

8、沒有翻譯起始序列。2、gene mRNA，有的，有的mRNA 沒有沒有 5 端的帽端的帽 結(jié)構(gòu)，有翻譯增強(qiáng)子。結(jié)構(gòu)，有翻譯增強(qiáng)子。3、有的結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物本身沒有翻譯起始，需要、有的結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物本身沒有翻譯起始，需要在轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行加工、剪接，成為有翻譯功能的在轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行加工、剪接，成為有翻譯功能的mRNA 。三、典型病毒基因組舉例三、典型病毒基因組舉例 （一）（一）SV40病毒基因組病毒基因組 （雙鏈（雙鏈 DNA 病毒）病毒） 1、SV40病毒基因的結(jié)構(gòu)特征病毒基因的結(jié)構(gòu)特征 2、SV40病毒基因的表達(dá)和復(fù)制病毒基因的表達(dá)和復(fù)制（1）SV40 的基因表的基因表達(dá)達(dá) 啟動子，增強(qiáng)子啟動子

9、，增強(qiáng)子 （2）RNA的選擇剪切的選擇剪切形成不同的形成不同的mRNA，不，不連續(xù)基因，一個基因產(chǎn)連續(xù)基因，一個基因產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)生不同的蛋白質(zhì)初級轉(zhuǎn)錄物初級轉(zhuǎn)錄物（3）病毒基因組的復(fù)制）病毒基因組的復(fù)制 T抗原控制病毒的復(fù)制，啟動晚期轉(zhuǎn)錄抗原控制病毒的復(fù)制，啟動晚期轉(zhuǎn)錄 1、HBV基因組結(jié)構(gòu)基因組結(jié)構(gòu)（1）雙鏈（）雙鏈（）DNA病毒病毒（2）二條鏈長短不一）二條鏈長短不一（3）重疊基因）重疊基因（二）（二） HBV基因組基因組 （DNA-RNA 病毒）病毒）2、HBV基因組復(fù)制基因組復(fù)制（1）cccDNA（共價雙鏈閉環(huán)狀（共價雙鏈閉環(huán)狀DNA）的生成）的生成（2）轉(zhuǎn)錄生成（）轉(zhuǎn)錄生成（）R

10、NA（3）合成（）鏈）合成（）鏈DNA和（）鏈和（）鏈DNA（4）形成子代病毒）形成子代病毒（三）脊髓灰白質(zhì)炎病毒基因組（三）脊髓灰白質(zhì)炎病毒基因組 （ 單鏈單鏈() RNA 病毒病毒 ） 1. 基因組的特征基因組的特征（ mRNA） 2. 基因組信息表達(dá)的特點(diǎn)基因組信息表達(dá)的特點(diǎn) ( () RNA) RNA55-pUUNNNNN-pUUNNNNNNNNAAAAAAAn 3NNNAAAAAAAn 3VPg蛋白形成后，可以共價結(jié)合兩個蛋白形成后，可以共價結(jié)合兩個U，成為病毒成為病毒RNA復(fù)制的引物。復(fù)制的引物。 3. 基因組復(fù)制特點(diǎn)基因組復(fù)制特點(diǎn)UUp-UUp-（引導(dǎo)合成負(fù)鏈（引導(dǎo)合成負(fù)鏈RNA

11、）( () RNA) RNA3AANNNNNNN3AANNNNNNNNNNUUUUUUUp-NNNUUUUUUUp- 5 5 -pUU-pUU新合成的（）新合成的（）RNA的的poly(A) 尾不是另外尾不是另外加上去的，而是直接復(fù)制出來的。加上去的，而是直接復(fù)制出來的。（引導(dǎo)合成正鏈（引導(dǎo)合成正鏈RNA）( () RNA) RNA3AANNNNNNN3AANNNNNNNNNNUUUUUUUp-NNNUUUUUUUp- 5 5 -pUU-pUU（引導(dǎo)合成正鏈（引導(dǎo)合成正鏈RNA）合成的合成的()RNA實際上有三種用途：實際上有三種用途： 作為作為mRNA翻譯病毒蛋白質(zhì)翻譯病毒蛋白質(zhì); 作為模板

12、復(fù)制（）作為模板復(fù)制（）RNA; 作為子代病毒的作為子代病毒的RNA, 加上蛋白質(zhì)后包裝成加上蛋白質(zhì)后包裝成 病毒顆粒。病毒顆粒。（四）逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組（四）逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組 （RNA-DNA 病毒）病毒） 1.基因組結(jié)構(gòu)特征基因組結(jié)構(gòu)特征 （1）帽子結(jié)構(gòu)和多聚）帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾尾 （2）編碼區(qū)）編碼區(qū)（3）非編碼區(qū)（調(diào)控區(qū)）非編碼區(qū)（調(diào)控區(qū)） 重復(fù)序列重復(fù)序列R區(qū)區(qū) 引物結(jié)合區(qū)引物結(jié)合區(qū) U區(qū)區(qū) DLS、和和C區(qū)區(qū)A A：編碼區(qū)：編碼區(qū): :所有逆轉(zhuǎn)錄病毒均含有所有逆轉(zhuǎn)錄病毒均含有3 3個基本結(jié)構(gòu)基因個基本結(jié)構(gòu)基因gag: gag: 病毒衣殼蛋白病毒衣殼蛋白pol: pol: 肽鏈內(nèi)切酶肽

13、鏈內(nèi)切酶, ,一個逆轉(zhuǎn)錄酶一個逆轉(zhuǎn)錄酶, ,一個與前病毒整一個與前病毒整 合相關(guān)的酶合相關(guān)的酶env: env: 包膜蛋白包膜蛋白B B：非編碼區(qū)：非編碼區(qū): : 與基因組復(fù)制和基因表達(dá)有關(guān)與基因組復(fù)制和基因表達(dá)有關(guān)A: RA: R區(qū)區(qū): : 兩端的重復(fù)序列兩端的重復(fù)序列, ,與與cDNAcDNA合成有關(guān)合成有關(guān)B: B: 引物結(jié)合區(qū)引物結(jié)合區(qū)(primer binding site, PB)(primer binding site, PB)C: UC: U區(qū)區(qū): U3 : U3 含強(qiáng)啟動子含強(qiáng)啟動子, ,起始轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄RNA.RNA. U5 U5 與轉(zhuǎn)錄終止和加與轉(zhuǎn)錄終止和加polyApo

14、lyA有關(guān)有關(guān)D: DLS-D: DLS- -C-C區(qū)區(qū): : DLS: DLS:兩條病毒兩條病毒(+)RNA(+)RNA鏈結(jié)合位點(diǎn)鏈結(jié)合位點(diǎn) : : 包裝信號包裝信號:RNA:RNA裝入病毒顆粒裝入病毒顆粒 C: C: 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū). .2、前病毒基因的轉(zhuǎn)錄、前病毒基因的轉(zhuǎn)錄 （1） 病毒基因組的形成（轉(zhuǎn)錄）病毒基因組的形成（轉(zhuǎn)錄） U3有強(qiáng)啟動子，有強(qiáng)啟動子，5 端的端的U3是病毒是病毒RNA的的啟動子，啟動病毒啟動子，啟動病毒RNA的轉(zhuǎn)錄；的轉(zhuǎn)錄；3 端的端的U3可可作為下游基因的啟動子。作為下游基因的啟動子。R和和U5之間有加之間有加polyA信號的序列。信號的序列。 由由5 端的端的

15、U3 提供啟動子，從提供啟動子，從U3和和R區(qū)分區(qū)分界處開始轉(zhuǎn)錄。直到界處開始轉(zhuǎn)錄。直到RNA轉(zhuǎn)錄到轉(zhuǎn)錄到3端的端的R和和U5之間時，之間時，RNA在在R和和U5交界處斷裂，在交界處斷裂，在RNA的的3 端加端加polyA 。 RNA 5 端的端的PB區(qū)與來自宿主細(xì)胞的區(qū)與來自宿主細(xì)胞的tRNA結(jié)合，兩個相同的（結(jié)合，兩個相同的（+）RNA又以平行又以平行的二聚體結(jié)構(gòu)在二聚體結(jié)合位點(diǎn)（的二聚體結(jié)構(gòu)在二聚體結(jié)合位點(diǎn)（DLS）以）以氫鍵相連。最后，包裝蛋白把病毒基因包裝氫鍵相連。最后，包裝蛋白把病毒基因包裝起來，形成病毒顆粒。起來，形成病毒顆粒。（2）mRNA翻譯翻譯 gag 基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯基因

16、的轉(zhuǎn)錄與翻譯 全長全長RNA能直接作為能直接作為gag基因的基因的mRNA，進(jìn)行翻譯。有進(jìn)行翻譯。有90的的mRNA只翻譯出只翻譯出gag 多蛋多蛋白質(zhì)，經(jīng)肽鏈加工裂解成為病毒的衣殼蛋白。白質(zhì)，經(jīng)肽鏈加工裂解成為病毒的衣殼蛋白。 pol基因的翻譯基因的翻譯RNA序列中有干擾序列中有干擾gag基因終止密碼子的序列。約有基因終止密碼子的序列。約有10的的mRNA在翻譯過程中可以越過在翻譯過程中可以越過gag基因的終止基因的終止密碼子，一直翻譯到密碼子，一直翻譯到pol基因的終止密碼子，形成更基因的終止密碼子，形成更大的多蛋白質(zhì)，經(jīng)翻譯后加工裂解，形成病毒的衣大的多蛋白質(zhì)，經(jīng)翻譯后加工裂解，形成病毒

17、的衣殼蛋白、逆轉(zhuǎn)錄酶和一種與前病毒整合有關(guān)的酶殼蛋白、逆轉(zhuǎn)錄酶和一種與前病毒整合有關(guān)的酶（integrase，整合酶）。，整合酶）。 env 基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯 一部分全長一部分全長mRNA經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后剪接，使經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后剪接，使env基因基因的編碼區(qū)與病毒的編碼區(qū)與病毒RNA的的5 端帽結(jié)構(gòu)連接在一起，從端帽結(jié)構(gòu)連接在一起，從而形成而形成env基因的基因的mRNA。翻譯出病毒包膜的糖蛋白。翻譯出病毒包膜的糖蛋白。第第 二二 節(jié)節(jié)原原 核核 基基 因因 組組一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)1、原核生物基因組通常由一條環(huán)狀雙鏈、原核生物基因組通常由一

18、條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。原核生物的基因組分子組成。原核生物的基因組DNA雖與蛋雖與蛋白結(jié)合，但不形成染色體結(jié)構(gòu)，只是習(xí)慣上白結(jié)合，但不形成染色體結(jié)構(gòu)，只是習(xí)慣上將之稱為染色體。將之稱為染色體。 染色體染色體DNA在細(xì)胞內(nèi)形成一個致密區(qū)域在細(xì)胞內(nèi)形成一個致密區(qū)域，即類核（，即類核（nucleoid）。類核無核膜將之與胞）。類核無核膜將之與胞漿分開。漿分開。 在染色體在染色體DNA中含有許多基因。中含有許多基因。 2基因組中只有基因組中只有1個復(fù)制起點(diǎn)。個復(fù)制起點(diǎn)。啟動子（啟動子（promoter), 操縱元件（操縱元件（operator）結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因, 終止子（終止子（terminator

19、)，3、原核基因的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、原核基因的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因（結(jié)構(gòu)基因（structure gene)4、操縱子結(jié)構(gòu)、操縱子結(jié)構(gòu)操縱子（操縱子（operon）是指數(shù)個功能上相關(guān)聯(lián)的結(jié)）是指數(shù)個功能上相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，構(gòu)成信息區(qū)，連同其上游的構(gòu)基因串聯(lián)在一起，構(gòu)成信息區(qū)，連同其上游的調(diào)控區(qū)（包括啟動子和操縱區(qū)）以及下游的轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)（包括啟動子和操縱區(qū)）以及下游的轉(zhuǎn)錄終止信號所構(gòu)成的基因表達(dá)單位，所轉(zhuǎn)錄的終止信號所構(gòu)成的基因表達(dá)單位，所轉(zhuǎn)錄的RNA為多順反子。為多順反子。多順多順反子反子單順單順反子反子真核生物真核生物原核生物原核生物非編碼序列啟動子是啟動子是RNA聚合酶結(jié)合的區(qū)域，聚

20、合酶結(jié)合的區(qū)域，操縱區(qū)是特異阻遏蛋白結(jié)合區(qū)。操縱區(qū)是特異阻遏蛋白結(jié)合區(qū)。操縱子的轉(zhuǎn)錄通常受一個調(diào)節(jié)基因所表達(dá)的阻遏蛋操縱子的轉(zhuǎn)錄通常受一個調(diào)節(jié)基因所表達(dá)的阻遏蛋白的控制。白的控制。核糖體蛋白的操縱子核糖體蛋白的操縱子: : 大腸桿菌核糖體有大腸桿菌核糖體有5050余種蛋白，其基因是組余種蛋白，其基因是組合在數(shù)個操縱子中。如：合在數(shù)個操縱子中。如： S10S10L3L3L4L4L23L23L2L2L22L22S19S19S3S3L16L16L29L29S17S17operon : operon : L10L10L7L7L12L12operon : operon : S13S13S11S11S4S

21、4L17L17(, : RNA(, : RNA聚合酶的亞單位聚合酶的亞單位 ) )5、結(jié)構(gòu)基因無重疊現(xiàn)象，基因組中的任何一、結(jié)構(gòu)基因無重疊現(xiàn)象，基因組中的任何一段段DNA順序不會用于編碼兩種蛋白質(zhì)。順序不會用于編碼兩種蛋白質(zhì)。6、基因序列是連續(xù)的，無內(nèi)含子。、基因序列是連續(xù)的，無內(nèi)含子。7、編碼區(qū)在基因組中所占的比例（約占、編碼區(qū)在基因組中所占的比例（約占50）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組，但又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于病毒基遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組，但又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于病毒基因組。非編碼區(qū)主要是一些調(diào)控序列。因組。非編碼區(qū)主要是一些調(diào)控序列。8、基因組中重復(fù)序列很少。編碼蛋白質(zhì)的結(jié)、基因組中重復(fù)序列很少。編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因多為單拷

22、貝，但編碼構(gòu)基因多為單拷貝，但編碼rRNA的基因的基因往往是多拷貝的。往往是多拷貝的。9、具有編碼同工酶的基因（、具有編碼同工酶的基因（isogene）。這是）。這是一類結(jié)構(gòu)上不完全相同，而功能相同的基一類結(jié)構(gòu)上不完全相同，而功能相同的基因。例如在大腸桿菌中含有因。例如在大腸桿菌中含有2個編碼乙酸乳個編碼乙酸乳酸合成酶同工酶的基因酸合成酶同工酶的基因, 和和2個編碼分支酸個編碼分支酸變位酶同工酶的基因。變位酶同工酶的基因。10、細(xì)菌基因組中存在著可移動的、細(xì)菌基因組中存在著可移動的DNA序列，序列，包括插入序列和轉(zhuǎn)座子包括插入序列和轉(zhuǎn)座子 沙沙門門菌菌鞭鞭毛毛素素基基因因的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié) H2鞭毛

23、素鞭毛素 阻遏蛋白阻遏蛋白 Hin重組酶重組酶倒位片段倒位片段hinH2IH1 H1鞭毛素鞭毛素hinH2IDNA啟動序列啟動序列H1啟動序列啟動序列二、染色體外的遺傳物質(zhì)二、染色體外的遺傳物質(zhì) 質(zhì)粒質(zhì)粒 （一）質(zhì)粒的定義（一）質(zhì)粒的定義 質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmid）是細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)攜帶的）是細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)攜帶的染色體之外的環(huán)狀染色體之外的環(huán)狀DNA分子，是共價閉合分子，是共價閉合的環(huán)狀的環(huán)狀DNA分子（分子（covalant closed circular DNA，cccDNA），可以獨(dú)立于細(xì)菌染色體），可以獨(dú)立于細(xì)菌染色體而進(jìn)行復(fù)制而進(jìn)行復(fù)制1、質(zhì)粒的大小、質(zhì)粒的大小 小型質(zhì)粒：小型質(zhì)粒： 15

24、kb 小型質(zhì)粒易于通過轉(zhuǎn)化作用進(jìn)入細(xì)菌，大型小型質(zhì)粒易于通過轉(zhuǎn)化作用進(jìn)入細(xì)菌，大型質(zhì)粒只能通過細(xì)菌的接合作用從一個細(xì)菌傳遞質(zhì)粒只能通過細(xì)菌的接合作用從一個細(xì)菌傳遞到另一個細(xì)菌。到另一個細(xì)菌。（二）質(zhì)粒的主要特性（二）質(zhì)粒的主要特性2、質(zhì)粒的復(fù)制、質(zhì)粒的復(fù)制 質(zhì)粒與染色體拷貝數(shù)之比質(zhì)粒與染色體拷貝數(shù)之比10為低拷為低拷貝數(shù)質(zhì)粒，貝數(shù)質(zhì)粒，10為高拷貝數(shù)質(zhì)粒。為高拷貝數(shù)質(zhì)粒。 質(zhì)粒的復(fù)制是自主調(diào)節(jié)的，不受染色質(zhì)粒的復(fù)制是自主調(diào)節(jié)的，不受染色體復(fù)制調(diào)節(jié)因素的影響。體復(fù)制調(diào)節(jié)因素的影響。復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)由質(zhì)粒上的復(fù)制起點(diǎn)（復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)由質(zhì)粒上的復(fù)制起點(diǎn)（ori）、）、質(zhì)粒的質(zhì)粒的rep基因和基因和cop基

25、因構(gòu)成。基因構(gòu)成。低拷貝數(shù)質(zhì)粒也稱為嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒，自身產(chǎn)生的復(fù)低拷貝數(shù)質(zhì)粒也稱為嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒，自身產(chǎn)生的復(fù)制阻遏作用較強(qiáng)，分子量較大。制阻遏作用較強(qiáng)，分子量較大。高拷貝數(shù)質(zhì)?；蚍Q為松馳型質(zhì)粒，分子量小。高拷貝數(shù)質(zhì)粒或稱為松馳型質(zhì)粒，分子量小。3、質(zhì)粒的不相容性。、質(zhì)粒的不相容性。 利用相同復(fù)制系統(tǒng)的質(zhì)粒不能共存于利用相同復(fù)制系統(tǒng)的質(zhì)粒不能共存于同一個宿主細(xì)胞內(nèi)，這種特性稱為質(zhì)粒的同一個宿主細(xì)胞內(nèi)，這種特性稱為質(zhì)粒的不相容性。不相容性。 兩個具有相同或密切相關(guān)復(fù)制起始位兩個具有相同或密切相關(guān)復(fù)制起始位點(diǎn)和調(diào)控機(jī)制的質(zhì)粒不能共存于同一個宿點(diǎn)和調(diào)控機(jī)制的質(zhì)粒不能共存于同一個宿主細(xì)胞內(nèi)。主細(xì)胞內(nèi)。 兩個帶

26、有兩個帶有ColE1復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)的質(zhì)粒復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)的質(zhì)粒不能共存于同一個細(xì)胞內(nèi)。不能共存于同一個細(xì)胞內(nèi)。 pMB1和和ColE1是兩個密切相關(guān)的復(fù)制是兩個密切相關(guān)的復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)，帶有調(diào)控系統(tǒng)，帶有pMB1和和ColE1復(fù)制調(diào)控系復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)的質(zhì)粒也是不相容的。統(tǒng)的質(zhì)粒也是不相容的。 但但ColE1和和pMB1與帶有與帶有pSC101或或p15A復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)的質(zhì)粒則是完全相容復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)的質(zhì)粒則是完全相容的，可以共存于同一個細(xì)胞內(nèi)。的，可以共存于同一個細(xì)胞內(nèi)。4 4、質(zhì)粒與宿主細(xì)胞的關(guān)系。、質(zhì)粒與宿主細(xì)胞的關(guān)系。（1 1）質(zhì)粒是作為附加的遺傳物質(zhì)存在于細(xì)）質(zhì)粒是作為附加的遺傳物質(zhì)存在于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)

27、，其復(fù)制和遺傳均獨(dú)立于宿菌細(xì)胞內(nèi)，其復(fù)制和遺傳均獨(dú)立于宿主細(xì)胞染色體。主細(xì)胞染色體。（2 2）質(zhì)粒的存在通常不是宿主細(xì)胞所必須）質(zhì)粒的存在通常不是宿主細(xì)胞所必須的。的。（3 3）質(zhì)粒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄均依賴于宿主細(xì)胞）質(zhì)粒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄均依賴于宿主細(xì)胞的酶和蛋白質(zhì)。的酶和蛋白質(zhì)。（4 4）在特定的條件下，質(zhì)粒編碼的蛋白質(zhì)）在特定的條件下，質(zhì)粒編碼的蛋白質(zhì)（酶）可以賦予宿主細(xì)胞生存優(yōu)勢。（酶）可以賦予宿主細(xì)胞生存優(yōu)勢。5、質(zhì)粒的功能、質(zhì)粒的功能 質(zhì)粒的功能主要通過質(zhì)粒本身攜帶的基質(zhì)粒的功能主要通過質(zhì)粒本身攜帶的基因編碼蛋白質(zhì)而表現(xiàn)出來。攜帶質(zhì)粒的宿主因編碼蛋白質(zhì)而表現(xiàn)出來。攜帶質(zhì)粒的宿主細(xì)胞可表現(xiàn)出相應(yīng)

28、的表型。細(xì)胞可表現(xiàn)出相應(yīng)的表型。（1）性質(zhì)粒）性質(zhì)粒（2）抗生素抗性）抗生素抗性（3）產(chǎn)生毒素的質(zhì)粒（如大腸桿菌素）產(chǎn)生毒素的質(zhì)粒（如大腸桿菌素）（4）降解復(fù)雜的有機(jī)化合物作為能源）降解復(fù)雜的有機(jī)化合物作為能源（5）產(chǎn)生限制和修飾酶）產(chǎn)生限制和修飾酶6、質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性、質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性 在自然條件下，有些質(zhì)?？梢酝ㄟ^在自然條件下，有些質(zhì)?？梢酝ㄟ^細(xì)菌的接合作用在細(xì)菌細(xì)胞間傳遞。細(xì)菌的接合作用在細(xì)菌細(xì)胞間傳遞。 基因工程中常用的質(zhì)粒載體缺乏轉(zhuǎn)基因工程中常用的質(zhì)粒載體缺乏轉(zhuǎn)移所需的基因（移所需的基因（mob基因），不能通過基因），不能通過接合作用在細(xì)胞間傳遞，但可采用人工接合作用在細(xì)胞間傳遞，但可采用人

29、工方法轉(zhuǎn)化到細(xì)菌細(xì)胞中。方法轉(zhuǎn)化到細(xì)菌細(xì)胞中。三、轉(zhuǎn)位因子三、轉(zhuǎn)位因子 轉(zhuǎn)位因子（轉(zhuǎn)位因子（transposable element），即），即可移動的基因成分，是指能夠在一個可移動的基因成分，是指能夠在一個DNA分分子內(nèi)部或兩個子內(nèi)部或兩個DNA分子之間移動的分子之間移動的DNA片段。片段。在細(xì)菌中，則指可在質(zhì)粒和染色體之間或在在細(xì)菌中，則指可在質(zhì)粒和染色體之間或在質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動的質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動的DNA片段。轉(zhuǎn)位也是片段。轉(zhuǎn)位也是DNA重組的一種形式。重組的一種形式。（一）轉(zhuǎn)位因子的種類（一）轉(zhuǎn)位因子的種類 1、插入序列（、插入序列（insertion sequence, IS） （

30、1）IS由一個轉(zhuǎn)位酶基因和兩側(cè)的反向由一個轉(zhuǎn)位酶基因和兩側(cè)的反向重復(fù)序列組成。重復(fù)序列組成。（2 2）插入到新的位點(diǎn)后，兩側(cè)為順向重復(fù)序列）插入到新的位點(diǎn)后，兩側(cè)為順向重復(fù)序列（3 3）插入可以是正向，也可以是反向插入。）插入可以是正向，也可以是反向插入。（2 2）插入到新的位點(diǎn)后，兩側(cè)為順向重復(fù)序列）插入到新的位點(diǎn)后，兩側(cè)為順向重復(fù)序列（3 3）插入可以是正向，也可以是反向插入。）插入可以是正向，也可以是反向插入。2、轉(zhuǎn)座子（、轉(zhuǎn)座子（transposon, Tn） （1）結(jié)構(gòu)基因的兩側(cè)含）結(jié)構(gòu)基因的兩側(cè)含 2 個相同的插入個相同的插入序列（復(fù)合型轉(zhuǎn)座子）。序列（復(fù)合型轉(zhuǎn)座子）。（2）數(shù)個基

31、因與）數(shù)個基因與2個反向重復(fù)序列，不含個反向重復(fù)序列，不含IS。（圖3-7）3、可轉(zhuǎn)座的噬菌體（、可轉(zhuǎn)座的噬菌體（transposable phage）（1）插入部位兩側(cè)有短的順向重復(fù)序列）插入部位兩側(cè)有短的順向重復(fù)序列（2）一個拷貝留在原位，新合成的拷貝插）一個拷貝留在原位，新合成的拷貝插入新的部位入新的部位（3）Mu噬菌體末端不含反向重復(fù)順序噬菌體末端不含反向重復(fù)順序（二）轉(zhuǎn)位作用的機(jī)理（二）轉(zhuǎn)位作用的機(jī)理1 1、復(fù)制型轉(zhuǎn)位機(jī)理、復(fù)制型轉(zhuǎn)位機(jī)理共聯(lián)體生成和解離，靶序列切割與復(fù)制共聯(lián)體生成和解離，靶序列切割與復(fù)制（1 1）轉(zhuǎn)座酶將轉(zhuǎn)座子序列雙鏈的相反極）轉(zhuǎn)座酶將轉(zhuǎn)座子序列雙鏈的相反極性端同時

32、切開單鏈切口。同時，在靶點(diǎn)性端同時切開單鏈切口。同時，在靶點(diǎn)序列兩側(cè)各一條單鏈上造成一切口。序列兩側(cè)各一條單鏈上造成一切口。（2）供體上轉(zhuǎn)座因子的游離端與靶位點(diǎn)）供體上轉(zhuǎn)座因子的游離端與靶位點(diǎn)DNA上錯開切割的突出端分別連接。上錯開切割的突出端分別連接。（3）在宿主）在宿主DNA聚合酶的作用下進(jìn)行復(fù)制，聚合酶的作用下進(jìn)行復(fù)制，新的轉(zhuǎn)座成分通過半保留復(fù)制完成并伴有兩新的轉(zhuǎn)座成分通過半保留復(fù)制完成并伴有兩個復(fù)制子的融合，即形成個復(fù)制子的融合，即形成“ 共整合體共整合體”。（4）此）此“ 共整合體共整合體”是以轉(zhuǎn)座成分的正向是以轉(zhuǎn)座成分的正向重復(fù)序列相連接的。重復(fù)序列相連接的。（5）tnpR基因編碼

33、的解離酶作用于共整合基因編碼的解離酶作用于共整合體中轉(zhuǎn)座因子的內(nèi)解離區(qū)，切割、重組。體中轉(zhuǎn)座因子的內(nèi)解離區(qū)，切割、重組。（5）tnpR基因編碼的解離酶作用于共整合基因編碼的解離酶作用于共整合體中轉(zhuǎn)座因子的內(nèi)解離區(qū)，使共整合體發(fā)體中轉(zhuǎn)座因子的內(nèi)解離區(qū)，使共整合體發(fā)生解離，產(chǎn)生各含有一個生解離，產(chǎn)生各含有一個Tn拷貝的供體拷貝的供體DNA分子和受體分子和受體DNA分子。分子。2、非復(fù)制型轉(zhuǎn)位作用、非復(fù)制型轉(zhuǎn)位作用 轉(zhuǎn)位酶將供體轉(zhuǎn)位酶將供體DNA的轉(zhuǎn)座因子兩側(cè)各切的轉(zhuǎn)座因子兩側(cè)各切斷一條單鏈，將靶序列的斷一條單鏈，將靶序列的 2 個游離末端連接個游離末端連接。 隨后并沒有復(fù)制過程，而是由轉(zhuǎn)位酶將供隨

34、后并沒有復(fù)制過程，而是由轉(zhuǎn)位酶將供體體DNA轉(zhuǎn)座因子的另一端也切斷，因此在供轉(zhuǎn)座因子的另一端也切斷，因此在供體體DNA上留下一個致死性缺口。上留下一個致死性缺口。 轉(zhuǎn)座子的兩條游離單鏈在靶位點(diǎn)退火接合轉(zhuǎn)座子的兩條游離單鏈在靶位點(diǎn)退火接合，DNA聚合酶填平缺口。聚合酶填平缺口。由轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座由轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座第第 三節(jié)三節(jié) 真真 核核 生生 物物 基基 因因 組組 一、真核生物基因組的結(jié)構(gòu)一、真核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)與功能的特點(diǎn)（一）真核基因的基本結(jié)構(gòu)（一）真核基因的基本結(jié)構(gòu)1. 結(jié)構(gòu)基因：內(nèi)含子和外顯子結(jié)構(gòu)基因：內(nèi)含子和外顯子 真核生物的結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的，編碼真核生物的結(jié)構(gòu)基因是

35、不連續(xù)的，編碼序列被非編碼序列打斷。序列被非編碼序列打斷。在編碼序列之間的序列稱為內(nèi)含子（在編碼序列之間的序列稱為內(nèi)含子（intron），），編碼序列稱為外顯子（編碼序列稱為外顯子（extron）。）。2. 順式調(diào)控元件順式調(diào)控元件（1）啟動子：）啟動子： 真核生物的啟動子是由真核生物的啟動子是由TATA盒、上游啟盒、上游啟動子元件和轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)組成。動子元件和轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)組成。 啟動子（啟動子（promoter） 啟動子是啟動子是RNA聚聚合酶特異性識別和結(jié)合的合酶特異性識別和結(jié)合的DNA序列。啟動子序列。啟動子有方向性，位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游，有方向性，位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游，

36、本身并不被轉(zhuǎn)錄。本身并不被轉(zhuǎn)錄。（2）上游啟動子元件上游啟動子元件上游啟動子元件是上游啟動子元件是TATA盒上游的一些特定盒上游的一些特定的的DNA序列，反式作用因子可與這些元件結(jié)序列，反式作用因子可與這些元件結(jié)合，通過調(diào)節(jié)合，通過調(diào)節(jié)TATA因子與因子與 TATA 盒的結(jié)合盒的結(jié)合、RNA 聚合酶與啟動子的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始聚合酶與啟動子的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成（轉(zhuǎn)錄起始因子與復(fù)合物的形成（轉(zhuǎn)錄起始因子與 RNA 聚合聚合酶結(jié)合）來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效率。酶結(jié)合）來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效率。（3）反應(yīng)元件）反應(yīng)元件 一些信息分子的受體被細(xì)胞外信息分子激活一些信息分子的受體被細(xì)胞外信息分子激活后，能與特

37、異的后，能與特異的DNA序列結(jié)合，調(diào)控基因的表序列結(jié)合，調(diào)控基因的表達(dá)。這種特異的達(dá)。這種特異的DNA序列實際上也是順式元件，序列實際上也是順式元件，由于能介導(dǎo)基因?qū)?xì)胞外的某種信號產(chǎn)生反應(yīng)，由于能介導(dǎo)基因?qū)?xì)胞外的某種信號產(chǎn)生反應(yīng)，被稱為反應(yīng)元件（被稱為反應(yīng)元件（response elements）。反應(yīng)）。反應(yīng)元件都具有較短的保守序列。這些元件通常位元件都具有較短的保守序列。這些元件通常位于啟動子附近和增強(qiáng)子內(nèi)。有不少是回文序列。于啟動子附近和增強(qiáng)子內(nèi)。有不少是回文序列。糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件：糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件： 5-AGAACAXXXTGTTCT- 3 3-TCTTGTXXXACAAGA-

38、 5 雌激素反應(yīng)元件：雌激素反應(yīng)元件： 5-AGGTCAXXXTGACCT-3 3-TCCAGTXXXACTGGA-5 甲狀腺素反應(yīng)元件：甲狀腺素反應(yīng)元件： 5-AGGTCATGACCT-3 3-TCCAGTACTGGA-5（4）增強(qiáng)子）增強(qiáng)子增強(qiáng)子（增強(qiáng)子（enhancer）是一段）是一段DNA序列，其中序列，其中含有多個能被反式作用因子識別與結(jié)合的順式含有多個能被反式作用因子識別與結(jié)合的順式作用元件。反式作用因子與這些元件結(jié)合后能作用元件。反式作用因子與這些元件結(jié)合后能夠調(diào)控（通常為增強(qiáng)）鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)夠調(diào)控（通常為增強(qiáng)）鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游子一般位于轉(zhuǎn)錄起始

39、點(diǎn)上游100300 bp處，處，但在基因之外或某些內(nèi)含子中也有增強(qiáng)子序列。但在基因之外或某些內(nèi)含子中也有增強(qiáng)子序列。（5）加尾信號）加尾信號在結(jié)構(gòu)基因的最后一個外顯子中有一個保在結(jié)構(gòu)基因的最后一個外顯子中有一個保守的守的AATAAA序列，此位點(diǎn)下游有一段序列，此位點(diǎn)下游有一段GT豐富區(qū)，或豐富區(qū)，或T豐富區(qū)；這兩部分序列共同構(gòu)豐富區(qū)；這兩部分序列共同構(gòu)成成poly(A) 加尾信號。加尾信號。（二（二) 基因家族基因家族 (gene family) 基因家族是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物基因家族是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。 基因家族中

40、個基因之間的關(guān)系：基因家族中個基因之間的關(guān)系： （1）家族中各基因的核苷酸序列完全一樣）家族中各基因的核苷酸序列完全一樣 這些基因家族也被稱為單純多基因家族這些基因家族也被稱為單純多基因家族（如（如rRNA, tRNA基因家族）和復(fù)合多基因基因家族）和復(fù)合多基因家族（如組蛋白基因家族）。家族（如組蛋白基因家族）。（低等生物的（低等生物的 5.8S rRNA 基因基因 , 28S rRNA 基因基因 , 18S rRNA 基因）基因）（高等生物的（高等生物的 5.8S rRNA 基因基因 , 28S rRNA 基因基因 , 18S rRNA 基因）基因）（1）家族中各基因的核苷酸序列完全一樣）家

41、族中各基因的核苷酸序列完全一樣 這些基因家族也被稱為單純多基因家族這些基因家族也被稱為單純多基因家族（如（如rRNA, tRNA基因家族）和復(fù)合多基因基因家族）和復(fù)合多基因家族（如組蛋白基因家族）。家族（如組蛋白基因家族）。tRNA基因基因: 人類基因組約有人類基因組約有1300個個tRNA基因，基因，編碼編碼50多種多種tRNA。每一。每一tRNA約有約有10個到個到幾百個基因拷貝。幾百個基因拷貝。同種同種 tRNA 往往串聯(lián)在往往串聯(lián)在一起形成基因簇，但基因間有非轉(zhuǎn)錄間隔一起形成基因簇，但基因間有非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)分隔，常常比結(jié)構(gòu)基因長近區(qū)分隔，常常比結(jié)構(gòu)基因長近 10 倍。倍。（2）家族中各基

42、因的核苷酸序列高度同源。）家族中各基因的核苷酸序列高度同源。 珠蛋白和珠蛋白和珠蛋白基因家族：珠蛋白基因家族：2121GA 這些基因家族的各個成員在這些基因家族的各個成員在DNA分子上的排分子上的排列順序按照發(fā)育的不同階段的先后次序排列，因列順序按照發(fā)育的不同階段的先后次序排列，因而稱為受發(fā)育控制的復(fù)合多基因家族。而稱為受發(fā)育控制的復(fù)合多基因家族。人類生長激素基因家族：包括人生長激素人類生長激素基因家族：包括人生長激素（hGH）、人胎盤促乳素（）、人胎盤促乳素（hCS）和催乳素）和催乳素（prolactin）。它們之間同源性很高。）。它們之間同源性很高。hGH 和和hCS 之間：之間：蛋白質(zhì)氨

43、基酸序列有蛋白質(zhì)氨基酸序列有 85 的同源性，的同源性，mRNA 序列上有序列上有92 的同源性。的同源性。（3）家族中各基因編碼的蛋白質(zhì)具有高度的）家族中各基因編碼的蛋白質(zhì)具有高度的 同源性，但基因的核苷酸序列可能不同。同源性，但基因的核苷酸序列可能不同。如如 src 基因家族基因家族: src，abl，fes，fgr，fps，fym，kck，lck，lyn，ros，tkl，yesNH2 COOH 蛋白激酶同源結(jié)構(gòu)域（蛋白激酶同源結(jié)構(gòu)域（250個氨基酸殘基）個氨基酸殘基）此家族中各基因的此家族中各基因的DNA序列沒有明顯的同源性。序列沒有明顯的同源性。 （4）家族中各基因編碼的蛋白質(zhì)中具有很

44、）家族中各基因編碼的蛋白質(zhì)中具有很小的保守基序（小的保守基序（conserved motif）。）。如如DEAD box基因家族。基因家族。DEAD box：Asp- Glu-Ala-Asp此家族中各基因的此家族中各基因的DNA序列沒有明顯的同源序列沒有明顯的同源性，但所有的表達(dá)產(chǎn)物都有解旋酶的功能，都性，但所有的表達(dá)產(chǎn)物都有解旋酶的功能，都具有同樣的保守基序（具有同樣的保守基序（DEAD盒），盒），DEAD是是酶活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。酶活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。（5）基因超家族）基因超家族 基因超家族（基因超家族（gene superfamily）是指一組）是指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族由

45、多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。它們的結(jié)構(gòu)有程度不等的同源性，因此它們。它們的結(jié)構(gòu)有程度不等的同源性，因此它們可能都起源于相同的祖先基因，但是它們的功可能都起源于相同的祖先基因，但是它們的功能并不一定相同，這一點(diǎn)正是與多基因家族的能并不一定相同，這一點(diǎn)正是與多基因家族的差別所在。這些基因在進(jìn)化上也有親緣關(guān)系，差別所在。這些基因在進(jìn)化上也有親緣關(guān)系，但親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，故將其稱為基因超家族。但親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，故將其稱為基因超家族。免疫球蛋白超基因家族：表達(dá)產(chǎn)物都具有免免疫球蛋白超基因家族：表達(dá)產(chǎn)物都具有免疫球蛋白樣的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)。疫球蛋白樣的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)。2 微球蛋白、微球蛋白、MHC 類抗原的類

46、抗原的鏈、鏈、 類類抗原的抗原的鏈和鏈和鏈，鏈，Thy1 , CD4 , CD8 等與免疫等與免疫有關(guān)的分子，以后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多免疫系統(tǒng)有關(guān)的分子，以后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多免疫系統(tǒng)內(nèi)和與免疫無關(guān)的家族成員。內(nèi)和與免疫無關(guān)的家族成員。 絲氨酸蛋白酶基因超家族：絲氨酸蛋白酶基因超家族： 絲氨酸蛋白酶家族的基因產(chǎn)物都有一個絲氨酸蛋白酶家族的基因產(chǎn)物都有一個特殊的功能區(qū)，具有酶的功能。功能區(qū)中絲特殊的功能區(qū)，具有酶的功能。功能區(qū)中絲氨酸是活性中心的關(guān)鍵氨基酸殘基。氨酸是活性中心的關(guān)鍵氨基酸殘基。 現(xiàn)有很多新成員加進(jìn)去，如載脂蛋白（現(xiàn)有很多新成員加進(jìn)去，如載脂蛋白（apolipoprotein），它們只是

47、轉(zhuǎn)移膽固醇蛋白），它們只是轉(zhuǎn)移膽固醇蛋白顆粒中的成分而不具備任何水解蛋白質(zhì)的酶顆粒中的成分而不具備任何水解蛋白質(zhì)的酶功能。功能。（三）假基因（三）假基因 假基因（假基因（pseudogenes）是多基因家族中的）是多基因家族中的成員，因堿基順序發(fā)生某些突變而失去功能，成員，因堿基順序發(fā)生某些突變而失去功能，不能表達(dá)或表達(dá)異常的無生物活性的多肽，這不能表達(dá)或表達(dá)異常的無生物活性的多肽，這些些DNA 順序在相應(yīng)基因名稱之前加順序在相應(yīng)基因名稱之前加表示。表示。-like globin gene family:2121 假基因假基因DNA中的突變可以影響基因表達(dá)的中的突變可以影響基因表達(dá)的任何一個環(huán)

48、節(jié)：任何一個環(huán)節(jié)：轉(zhuǎn)錄起始信號消失（順式元件缺失或突變）轉(zhuǎn)錄起始信號消失（順式元件缺失或突變）mRNA不能正常剪接（剪接位點(diǎn)缺失或突變）不能正常剪接（剪接位點(diǎn)缺失或突變）翻譯提前終止（突變產(chǎn)生終止密碼子）翻譯提前終止（突變產(chǎn)生終止密碼子）-like globin gene family:2121與與序列一樣，只有序列一樣，只有3個點(diǎn)突變。其中密碼個點(diǎn)突變。其中密碼子子6的的GAGTAG發(fā)生無義突變。發(fā)生無義突變。假基因普遍存在于真核生物中，在哺乳動物假基因普遍存在于真核生物中，在哺乳動物基因組中，約基因組中，約1/4基因為假基因。基因為假基因。（四）非編碼序列（四）非編碼序列 非編碼序列在基因

49、組非編碼序列在基因組 95。 編碼序列小于編碼序列小于DNA總量的總量的5。 真核生物基因組非常大，即使只有真核生物基因組非常大，即使只有5的的編碼序列，其基因數(shù)量也可達(dá)到原核生物基編碼序列，其基因數(shù)量也可達(dá)到原核生物基因組的基因數(shù)量的幾十倍。因組的基因數(shù)量的幾十倍。（五（五) 真核生物基因組中的轉(zhuǎn)座子真核生物基因組中的轉(zhuǎn)座子在真核基因組中，編碼序列在染色體中的位置在真核基因組中，編碼序列在染色體中的位置相對比較穩(wěn)定，但一些中度重復(fù)序列往往是可移相對比較穩(wěn)定，但一些中度重復(fù)序列往往是可移動的。動的。有些可移動成分的結(jié)構(gòu)與原核基因組的轉(zhuǎn)位因有些可移動成分的結(jié)構(gòu)與原核基因組的轉(zhuǎn)位因子相似，是通過子

50、相似，是通過DNA介導(dǎo)的。介導(dǎo)的。而另外一些中度重復(fù)序列的轉(zhuǎn)移成分則與一般而另外一些中度重復(fù)序列的轉(zhuǎn)移成分則與一般細(xì)菌中的轉(zhuǎn)移成分不同，要先轉(zhuǎn)錄成細(xì)菌中的轉(zhuǎn)移成分不同，要先轉(zhuǎn)錄成RNA，再逆，再逆轉(zhuǎn)錄生成轉(zhuǎn)錄生成cDNA，然后重新整合到基因組中，這，然后重新整合到基因組中，這種逆轉(zhuǎn)錄旁路的轉(zhuǎn)移成分稱為逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（種逆轉(zhuǎn)錄旁路的轉(zhuǎn)移成分稱為逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retroposon）。）。（六）重復(fù)序列（六）重復(fù)序列 重復(fù)序列中，除了編碼重復(fù)序列中，除了編碼rRNA、tRNA、組蛋白及免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)基因外，大部分是組蛋白及免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)基因外，大部分是非編碼序列。非編碼序列。 它們的功能主要與基因

51、組的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、它們的功能主要與基因組的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、組織形式、以及基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。組織形式、以及基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些重復(fù)序列的特征與遺傳病有目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些重復(fù)序列的特征與遺傳病有密切聯(lián)系，因此可以通過測定某些特定重復(fù)序密切聯(lián)系，因此可以通過測定某些特定重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)而協(xié)助遺傳病的診斷。列的重復(fù)次數(shù)而協(xié)助遺傳病的診斷。根據(jù)出現(xiàn)頻率的不同可將根據(jù)出現(xiàn)頻率的不同可將DNA序列分為三類：序列分為三類：1高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列 在基因組中的重復(fù)次數(shù)在基因組中的重復(fù)次數(shù) 1052中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列 在基因組中的重復(fù)次數(shù)為在基因組中的重復(fù)次數(shù)為1011053單拷貝序列單拷貝

52、序列 在整個基因組中僅出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次在整個基因組中僅出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次（七）端粒（七）端粒 以線性染色體形式存在的真核基因組以線性染色體形式存在的真核基因組DNA的末端都有一種特殊的結(jié)構(gòu)，的末端都有一種特殊的結(jié)構(gòu)，稱為端粒（稱為端粒（telomere）。）。 該結(jié)構(gòu)是一段該結(jié)構(gòu)是一段DNA序列和蛋白質(zhì)形成的一序列和蛋白質(zhì)形成的一種復(fù)合體，僅在真核細(xì)胞染色體末端存在。種復(fù)合體，僅在真核細(xì)胞染色體末端存在。 端粒的端粒的DNA序列相當(dāng)保守，其序列相當(dāng)保守，其DNA一般由一般由多個串聯(lián)在一起的短寡核苷酸（多個串聯(lián)在一起的短寡核苷酸（58 bp）序列）序列構(gòu)成。構(gòu)成。 G-rich鏈由端粒酶合成，

53、鏈由端粒酶合成，C-rich鏈通過正常鏈通過正常DNA合成過程中隨從鏈的合成方式進(jìn)行合成（需合成過程中隨從鏈的合成方式進(jìn)行合成（需RNA引物）。引物）。 堿基對成分因種屬而異，重復(fù)次數(shù)在不堿基對成分因種屬而異，重復(fù)次數(shù)在不同生物中變化較大，如小鼠的端粒同生物中變化較大，如小鼠的端粒DNA達(dá)達(dá)150 kb，人類的端粒，人類的端粒DNA約約515 kb。 端粒功能主要有保護(hù)線性端粒功能主要有保護(hù)線性DNA的完整復(fù)的完整復(fù)制、保護(hù)染色體末端及決定細(xì)胞的壽命等。制、保護(hù)染色體末端及決定細(xì)胞的壽命等。二、人類基因組中重復(fù)順序二、人類基因組中重復(fù)順序1 1、反向重復(fù)順序、反向重復(fù)順序5GGAAGGTGCG

54、AAGGAAGGTGCGAATTCGCACCTTCCTTCGCACCTTCC33CCTTCCACGCTTCCTTCCACGCTTAAGCGTGGAAGGAAGCGTGGAAGG55GGAAGGTGCGAAGGAAGGTGCGAAAAGCGTGGAAGGAAGCGTGGAAGG33CCTTCCACGCTTCCTTCCACGCTTTTCGCACCTTCCTTCGCACCTTCC5 5AAGCTTAAGCTT3 3TTCGAATTCGAA5 回文序列回文序列 2、串聯(lián)重復(fù)順序、串聯(lián)重復(fù)順序（1）編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序）編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序 如如 5S rRNA 基因，基因， 組蛋白基因等組蛋白基因等 （2

55、）非編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序）非編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序 非編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序通常存在于非編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序通常存在于 間隔間隔DNA和內(nèi)含子內(nèi)和內(nèi)含子內(nèi) 大衛(wèi)星大衛(wèi)星DNA，小衛(wèi)星，小衛(wèi)星DNA，微衛(wèi)星，微衛(wèi)星DNA1）大衛(wèi)星）大衛(wèi)星 DNA 總長度：總長度：100 kb 到幾個到幾個 Mb根據(jù)浮力密度分為：根據(jù)浮力密度分為： , , , 型及型及、衛(wèi)星衛(wèi)星DNA重復(fù)單位重復(fù)單位: and , 5 bp， （AT-rich）,2548 bp， , 171 bp， , about 68 bp 衛(wèi)星衛(wèi)星DNA存在于異染色質(zhì)區(qū)域，這存在于異染色質(zhì)區(qū)域，這些區(qū)域纏繞緊密、無活性。些區(qū)域纏繞緊密、無活性。 異染色質(zhì)主要存在于著絲粒，在有絲異染色質(zhì)主要存在于著絲粒，在有絲分裂和減數(shù)分裂中形成著絲點(diǎn)、控制染分裂和減數(shù)分裂中形成著絲點(diǎn)、控制染色體的運(yùn)動。色體的運(yùn)動。 2）小衛(wèi)星）小衛(wèi)星 DNA variable number tandem repeat, VNTR 總長度：總長度：0.1 20 kb, 重復(fù)單位：重復(fù)單位：9 70 bp 端粒端粒DNA （TTAGGG）n 總長度：總長度：2 20 kb3）微衛(wèi)星）微衛(wèi)星 DNA 重復(fù)單位：重復(fù)單位：1 5 bp， 重復(fù)數(shù)目：重復(fù)數(shù)目：10 60， 總總 長長 度：度： 150 bp (AC)