基因的結構和功能優(yōu)質課件

基因的結構和功能基因的結構和功能11、基因的概念和特征2、基因序列及鏈特征3、真核生物的基因結構及其功能4、原核生物、病毒的基因結構及其功能提綱1、基因的概念和特征提綱21、基因的概念和特征1、基因的概念和特征3基因的結構和功能優(yōu)質課件4基因概念的發(fā)展基因概念的發(fā)展5基因（GeneMendelianFactor），也稱為遺傳因子，是控制性狀的基本遺傳單位（突變單位、重組單位和功能單位），是指線性排列在染色體上的，攜帶有一定遺傳信息，具有一定結構，并能進行自我信息復制與傳遞，控制生物個體性狀表現(xiàn)的一段DNA或RNA序列常常稱為“染色體基因”。1.1基因的定義基因（GeneMendelianFactor），也稱為遺6MSnyder,MGerstein(2003)Science300:258-60MSnyder,MGerstein(2003)Sc7A.基因座（GeneLocus）：基因在染色體上的特定位置。B.等位基因（Alleles）：同源染色體上占據相同座位、具有不同形式的基因。C.純合子/體（Homozygous/Homozygotes)：同一基因座位上，具有兩個相同等位基因的基因型，稱為純合子，其對應細胞或個體稱為純合體。D.雜合子/體（Heterozygous/Heterozygote)：同一基因座位上，具有兩個不同等位基因的基因型，稱為雜合子，其對應細胞或個體稱為雜合體。E.顯性基因(DominantGenes)：雜合體中，表現(xiàn)為顯性性狀的基因。F.隱性基因(RecessiveGenes)：雜合體中，表現(xiàn)為隱形性狀的基因?；蛳嚓P遺傳術語了解知識A.基因座（GeneLocus）：基因在染色體上的特定位8E.復等位基因(MultipleAlleles):在群體中，同一基因座上具有三個或三個以上的等位基因。F.擬等位基因(PseudoAlleles)：在功能上密切相關、在位置上又鄰接的幾個基因。F.突變型基因(MutantGenes)：同一基因座位，等位基因直接或間接地由野生型基因突變產生的基因。G.野生型基因(Wild-typeGenes):在自然群體中占有多數(shù)的（視為正常的）等位基因。H.復合基因

(ComplexGenes):在作用上有關的幾個基因排列在一起，構成一個基因復合體或基因簇。了解知識E.復等位基因(MultipleAlleles):在群體9了解知識了解知識10三大特點：自我復制（半保留復制）：是生物得以繁衍，保證物種穩(wěn)定，保持生物的基本特征?；驔Q定性狀：能夠突變1.2.基因的特點三大特點：1.2.基因的特點11蛋白/酶蛋白/酶12能夠突變http://www.shigen.nig.ac.jp致死突變非致死突變物種進化致病突變新物種遺傳病能夠突變http://www.shigen.nig.ac.j13基因的結構和功能優(yōu)質課件14此外，不同物種，其基因大小不同。總的來說，低等生物的基因小，高等生物的基因（通常含大量的內含子或重復序列）大。即使在同一生物內，不同基因大小不同。原核生物：基因數(shù)目少，結構簡單、緊湊，常具有操縱子結構，序列利用效率高，易突變，大多為多順反子。真核生物：基因數(shù)目很多，結構復雜，常含重復序列和非編碼序列，機制復雜，相對穩(wěn)定，大多為單順反子。此外，不同物種，其基因大小不同?？偟膩碚f，低等生物的基因小，15結構基因---編碼蛋白和酶分子結構（蛋白基因）；調控基因(RegulatoryGene)---調節(jié)結構基因表達，包含調節(jié)基因、操縱基因和啟動基因；轉錄而不翻譯的基因（RNA基因）：

rRNA基因→rRNA→核仁形成區(qū)，核糖體組成。

tRNA基因→tRNA→轉運氨基酸。1.3基因分類按功能結構基因---編碼蛋白和酶分子結構（蛋白基因）；1.3基因16看家基因(House-keepingGene):

維持細胞最低限度功能所不可少的基因,如編碼組蛋白基因、編碼核糖體蛋白基因、線粒體蛋白基因、糖酵解酶的基因等。這類基因在所有類型的細胞中都進行表達。必需基因(EssentialGene):

突變時會引起致死表型的基因.按重要程度按物種原核基因；病毒基因；真核基因按拷貝數(shù)單拷貝基因(多出現(xiàn)在原核和病毒)；多拷貝基因；看家基因(House-keepingGene):維持細172、基因序列及鏈特征2、基因序列及鏈特征18基因核酸鏈的化學組成：核苷+磷酸OCOHH12345脫氧核苷-H2HO-OHO堿基AGCTAGCUPOO-OOα磷酸核苷（NMP）β-D-2-核糖（戊糖）核苷POO-O5’3’了解知識核苷基因核酸鏈的化學組成：核苷+磷酸OCOHH12345脫氧核苷19腺嘌呤A鳥嘌呤G了解知識169324587169324587腺嘌呤A鳥嘌呤G了解知識16932458716932458720了解知識胸腺嘧啶T胞嘧啶C164532尿嘧啶U164532164532了解知識胸腺嘧啶T胞嘧啶C164532尿嘧啶U16453212112345了解知識12345了解知識22雙鏈DNA(Double-strandedGenomicDNA)5‘-ATGGTTTCCCAATTATTCGAAGAAAAAGCTAAAGCC-3’+orsensestrand（正義鏈）3‘-TACCAAAGGGTTAATAAGCTTCTTTTTCGATTTCGG-5’-orantisensestrand（反義鏈）基因核酸鏈的極性了解知識雙鏈DNA(Double-strandedGenomic23了解知識兩類核酸的基本化學組成比較脫氧核糖核酸(DNA)----核糖核酸(RNA)了解知識兩類核酸的基本化學組成比較脫氧核糖核酸(DNA)--24核苷酸及相應的核苷、堿基名稱中英文對照表了解知識核苷酸及相應的核苷、堿基名稱中英文對照表了解知識25單鏈DNA/RNA（SingleStrandedDNA，ssDNA/RNA)單鏈線性DNA/RNA（SingleStrandedLinearDNA/RNA）單鏈環(huán)狀DNA/RNA（SingleStrandedCircularDNA/RNA)雙鏈DNA/RNA（DoubleStrandedDNA，dsDNA/RNA）雙鏈線性DNA/RNA（DoubleStrandedLinearDNA/RNA）雙鏈環(huán)狀DNA/RNA（SingleStrandedCircularDNA/RNA)共價閉合環(huán)狀DNA（CovalentlyClosedCircularDNA，cccDNA）共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA——質粒（Plasmid）DNA/RNA鏈的形式單鏈DNA/RNA（SingleStrandedDNA26DNA分子由兩條反向平行多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構成的雙螺旋結構。雙螺旋表面形成大溝和小溝雙螺旋直徑2nm，堿基平面垂直于螺旋縱軸兩條鏈都由磷酸和脫氧核糖以3’，5’-磷酸二酯鍵相連而成，它們位于螺旋的外側。嘌呤堿基與嘧啶堿基位于螺旋的內側，糖基平面與堿基平面相垂直兩條多核苷酸鏈依照堿基互補配對的原則形成的氫鍵相連接：A-T間形成兩個氫鍵；G-C間形成三個氫鍵3.4nm右手雙螺旋模型要點2nm5’3’3’5’了解知識DNA分子由兩條反向平行多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構成的雙螺旋27A-DNA：右手螺旋，DNA與RNA混合配對時B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋，生理條件下最穩(wěn)定的結構Z-DNA：左手螺旋TripleHelixDNA：兩股堿基按Watson-Crick方式配對，第三股多聚嘧啶（鏡像重復）通過TAT和CGC+配對DNA鏈結構多樣性A-DNAB-DNAZ-DNA三股螺旋了解知識A-DNA：右手螺旋，DNA與RNA混合配對時DNA鏈結構多28基因的結構和功能優(yōu)質課件29DNA序列中以某一中心區(qū)域為對稱軸，其兩側的堿基對順序正讀和反讀都相同的雙螺旋結構。即對稱軸一側的片段旋轉180°后，與另一側片段對稱重復。

回文結構能形成十字結構和發(fā)夾結構?；匚慕Y構DNA序列中以某一中心區(qū)域為對稱軸，其兩側的堿基對順序正讀和30存在于同一股上的某些DNA區(qū)段的反向重復序列。此序列各單股中沒有互補序列，不能形成十字型或發(fā)夾結構。鏡像重復AATTCAAGGGAGAAGTAATGAAGAGGGAAGGATTTAAGTT

CCC

T

CT

T

CATTAC

T

T

CT

CC

C

T

TC

CTA存在于同一股上的某些DNA區(qū)段的反向重復序列。此序列各單股中31DNA雙螺旋結構進一步盤曲形成的復雜的超螺旋結構：線狀DNA形成的紐結；超螺旋和多重螺旋；環(huán)狀DNA形成的結；超螺旋連環(huán)….DNA三級結構DNA雙螺旋結構進一步盤曲形成的復雜的超螺旋結構：DNA三級32線狀DNA形成的超螺旋線狀DNA形成的超螺旋33環(huán)狀DNA形成的超螺旋環(huán)狀DNA形成的超螺旋34約200個堿基對的DNA和包括H1,H2A，H2B，H3，H4在內的5種組蛋白結合在一起所構成。DNA四級結構約200個堿基對的DNA和包括H1,H2A，H2B，H3，35長約140bp的DNA分子繞核心部位1?圈長約140bp的DNA分子繞核心部位1?圈36核小體核小體37核小體和染色質核小體和染色質38核小體構成染色質絲核小體構成39RNA鏈結構多樣性IGCGCG5’3’mRNARNA鏈結構多樣性IGCGCG5’3’mRNA40rRNArRNA413、真核生物的基因結構及其功能所有含細胞的(單細胞或多細胞)生物的總稱，包括動物、植物、真菌和原生動物。特點：均含有細胞核（核遺傳）和其他細胞器（核外物質遺傳/胞質遺傳/母系遺傳），如線粒體或葉綠體，有細胞骨架基因編碼區(qū)不連續(xù)單順反子（一個基因序列編碼一種產物）基因內部存在大量重復序列多拷貝基因基因間大小差異大表達調控較復雜3、真核生物的基因結構及其功能所有含細胞的(單細胞或多細胞)423.1真核生物基因結構(EukaryoticGeneStructure)啟動子Promoter外顯子Exons內含子Introns增強子Enhancer(Optional)開放閱讀框ORF基因間隔區(qū)基因間隔區(qū)終止子Terminator3’-UTR加尾信號PolyA結構基因5’上游區(qū)側翼序列/調節(jié)序列/順式調控元件3’下游區(qū)側翼序列/調節(jié)序列/順式調控元件轉錄起始點5’-UTR3.1真核生物基因結構(EukaryoticGeneS43斷裂基因(RichardJ.Roberts&PhillipA.Sharp,1993）指基因編碼區(qū)域的不連續(xù)性，是真核基因的結構特點，即基因的外顯子被內含子間隔成不連續(xù)、按順序鑲嵌排列在基因的ORF區(qū)域（外顯子和內含子交替出現(xiàn)，每個內含子具有5‘-GT------AG-3’邊界序列）.內含子外顯子內含子外顯子OpenReadingFrameGTGTGTAGAGAG外顯子斷裂基因(RichardJ.Roberts&Philli44A.并非所有基因都是斷裂基因：如組蛋白基因和干擾素基因等。在單細胞真核生物中，其多數(shù)基因編碼區(qū)是連續(xù)的，非斷裂。B.斷裂基因是基因選擇性剪接的結構基礎：一個簡單基因編碼不同蛋白。人類基因35%的基因存在選擇性剪接。C.斷裂基因具有生物演化意義：

1）不同外顯子不同功能域蛋白

2）外顯子的不同組合新蛋白

3）同一基因外顯子的不同剪接功能有別的蛋白

4）外顯子間隔有利于基因重組和演化，防止或減少突變A.并非所有基因都是斷裂基因：如組蛋白基因和干擾素基因等。45啟動子啟動子(Promoter)位于結構基因5’端轉錄起始點上游的大約100-200bp范圍內，并有若干具有獨立功能的DNA序列元件，每個元件約長7－30bp，序列本身不被轉錄，是RNA聚合酶特異性識別和結合的一段DNA序列，能控制基因表達（轉錄）的起始時間和轉錄程度。注意：啟動子包含轉錄起始點，內部還有精細的序列結構，其本身不能影響和控制轉錄起始時間和轉錄程度，而是通過與轉錄因子(Transcriptionfactor)蛋白質結合互作發(fā)生作用。轉錄起始點(5-9bp)，常見序列為CAT（原核），第一個轉錄通常為G/A5’-UTR啟動子啟動子(Promoter)位于結構基因5’端轉錄起始點46-10-35轉錄起始位點上游大約10/25bp和35/70bp處有兩個共有序列（ConsensusSequence），稱為-10和-35序列(分別控制轉錄起點和頻率)。共有序列只有少數(shù)幾個核苷酸有差異，能影響RNA聚合酶與啟動子的相互識別。TTGACATATATTAATGTGTGGAATPribnowbox（原核）Hognessbox/TATAbox（真核）[-80,-70]CCAAT(真核）[-30,-25]TATAAAAG(真核)GCCACACCC/GGGCGGG[-110,-80]GCbox(真核)TTGACA(原核)TATAA(原核)-10與-35之間核苷酸變動數(shù)應在[15,20],強啟動子(原核):17±1TFIICTFSP10轉錄起點核心啟動子元件（起始轉錄所必需的最小的DNA序列）轉錄起始點及其上游－25/－30bp處的TATA盒上游啟動子元件（－70bp附近的CAAT盒和GC盒及更遠）-10-35轉錄起始位點上游大約10/25bp和35/7047TATA框（TATABox）：一段高度保守序列(7bp)，TATAA/TAA/T，位于轉錄起始點上游25～30bp（-30～50）。TATA框與轉錄因子TFII結合，再與RNA聚合酶II形成復合物，從而準確地識別轉錄起始位置，對轉錄水平有定量效應。CAAT框（CAATBox）：一段保守序列GGGC/TCAATAC（9bp），位于轉錄起始點上游-70～-80bp，轉錄因子CTF識別位點并與之結合，激活轉錄。GC框（GCBox）：堿基序列為GGCGGG，有兩個拷貝，位于CAATBox兩側，與轉錄因子SP1結合。（SP1有鋅指區(qū)可以與DNA結合，在N端有激活轉錄的作用）GC框有激活轉錄的功能。TATA框（TATABox）：一段高度保守序列(7bp)，48不同的啟動子序列不同的啟動子序列49基因的結構和功能優(yōu)質課件50應答元件(Responsive

Elements)人金屬硫蛋白基因調控區(qū)域GRE-260-240-220-200-180-160140-120-100-80-60-40-20BLEMREBLETREMREGCMRETATAAP2AP1PICAP2蛋白連接/content/20050706/24825.htm位于結構基因上游（通常位于轉錄起點上游200bp內，也有位于啟動子或增強子內的，如HSE和GRE）能被轉錄因子識別和結合，從而調控基因專一性表達的DNA序列。應答元件是對某些特定的環(huán)境作出應答，能在一些特定情況下被表達調控因子識別.常見應答元件：

熱激應答元件(HeatShockResponseElement，HSE)、金屬應答元件(MetalResponseElement，MRE)、糖皮質激素應答元件(Glucor-ticoidResponseElement，GRE)

血清應答元件(SerumResponseElement，SRE)應答元件(Responsive

Elements)人金屬硫蛋51TATA框、CAAT框、GC框八核苷酸序列（Octamer）順式調控元件對基因表達有調控活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處于一個DNA分子上的基因。通常把順式調控元件中的核心序列稱為共有序列或一致序列（ConsensusSequence），包含啟動子、增強子、負調控元件、應答元件和加尾信號等。TATA框、CAAT框、GC框順式調控元件對基因表達有調控活52TBP:TATA-bindingproteinCTF:CAATboxtranscriptionfactor反式作用因子：TBP、CTF、SP-l反式作用因子一組識別與結合順式調控元件核心序列，進而調控靶基因轉錄效率的蛋白質。它由反式作用因子基因編碼，通常具有鋅指結構、堿性亮氨酸拉鏈、螺旋-環(huán)-螺旋基元等特征，具有DNA結合結構域和轉錄活化結構域兩個重要的結構域。TBP:TATA-bindingprotein反式作用因53廣譜表達型啟動子；組織特異性啟動子；腫瘤特異性啟動子；物種特異性啟動子；…惡性腫瘤轉錄因子調控障礙啟動子廣譜表達型啟動子；惡性腫瘤轉錄因子調控障礙啟動子54增強子Enhancer啟動子上游或下游的一段DNA序列（核心序列常為8-12bp），可以增強啟動子發(fā)動轉錄，提高轉錄效率。

特點：在任意位置都有效無方向性有組織特或細胞特異性增強子Enhancer啟動子上游或下游的一段DNA序列（核心55絕緣子/content/122/9/1275/F4.expansion.html嗅覺受體基因珠蛋白基因濃縮染色質核仁磷酸化蛋白CTCF:

CCCTC-bindingfactor

Beta珠蛋白基因增強子2個串聯(lián)重復,72bp,效率提高200倍絕緣子/c56外顯子結構基因中，編碼序列稱為外顯子(Exon)，表達多肽鏈部分。非編碼序列稱為內含子(Intron)。內含子外顯子、內含子真核基因內含子和外顯子并非完全固定不變：如編碼某一多肽鏈時，為外顯子，而編碼另一多肽鏈時，則是內含子。這樣，同一基因卻可以轉錄兩種或兩種以上的mRNA。某些真核基因無內含子：如組蛋白基因，干擾素基因等，它們多以基因簇形式存在。此外，大多數(shù)酵母結構基因也無內含子。5`GT——AG3`法則GTGTAGAG外顯子結構基因中，編碼序列稱為外顯子(Exon)，表達多肽鏈57DMD基因(2300kb)：79個外顯子+78個內含子DuchenneMuscularDystrophy(杜氏肌營養(yǎng)不良癥)DMD基因(2300kb)：79個外顯子+78個內含子58信使RNA蛋白質信使RNA信使RNA前體RNA斷裂蛋白質GeneA腺病毒GeneB高等動物

非編碼區(qū)(Non-codingRregion)不能編碼蛋白質的區(qū)段叫做非編碼區(qū)

信使RNA蛋白質信使RNA信使RNA前體RNA斷裂蛋白質Ge59終止子Terminator使RNA聚合酶轉錄終止的DNA序列。包含一段回文序列、5’--AATAAA--3’(PolyA)序列及富含GT/T序列。終止子加尾信號終止子Terminator使RNA聚合酶轉錄終止的DNA序列605’-C

C

CAGC

CCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTT-3’3’-GGGTCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAA-5’DNA回文序列：轉錄終止信號7-20bp阻礙RNA聚合酶的移動。一串U與DNA模板中的A的結合不穩(wěn)定，從模板上脫落下來，終止轉錄。5’-CCCAGCCCGCCUAAUGAGCGGGCUUUUUUU-3’mRNA5’-CCCAGCCCGCCGGGCGUUUUUUU-3’CUAAUGA發(fā)夾環(huán)PolyA：附加信號ρ因子非依賴性終止子，GC含量高5’-CCCAGCCCGCCTAATGAGCGGGCT61Rho-dependent

TerminatorRho-dependent

Terminator62UTR：UntranslatedRegion終止密碼mRNA前導區(qū)(leader)尾區(qū)UTR：UntranslatedRegion終止密碼mRN635`-UTR:翻譯起始密碼子上游,mRNA翻譯起點的鳥嘌呤核苷酸G（甲基化帽CAP）延伸至ATG起始密碼子,能被核糖體識別結合，充當滑道的序列（SD序列原核）；3`-UTR:

編碼區(qū)末端終止密碼子到多聚A末端。AAUAAA多聚腺苷酸信號保護性蛋白連接位點miRNAs連接位點注：3`-UTR可脫離mRNA單獨存在，稱為游離3`-UTR5`-UTR:翻譯起始密碼子上游,mRNA翻譯起點的鳥64側翼序列Flankingsequence5’上游區(qū)側翼序列/調節(jié)序列3’下游區(qū)側翼序列/調節(jié)序列結構基因的第一個和最后一個外顯子的外側，不被轉錄的非編碼區(qū)，稱為側翼序列?；虻恼{控序列，對基因的有效表達起調控作用，包括：啟動子、增強子、終止子等。側翼序列Flankingsequence5’上游區(qū)側翼序列65基因家族（GeneFamily

）基因家族：指由某一祖先基因經過重復復制和變異所產生的一組基因，其核苷酸序列或編碼產物的結構具有一定程度的同源性。（每個基因都有自己的啟動子，與操縱子不同；功能相近，利于功能發(fā)揮。）基因家族（GeneFamily）基因家族：指由某一祖先基66低密度脂蛋白受體基因家族分揀蛋白http://www.mdc-berlin.de清除血液中的脂蛋白（介導內吞作用，傳遞信號到靶細胞）低密度脂蛋白受體基因家族分揀蛋白http://www.mdc67B.簇集在不同染色體上，編碼功能緊密相關的一組蛋白。胎兒期基因胚胎期基因成人期基因假基因ξ2Ψξ1Ψα2Ψα1α2α1θ

εGγAγΨβδββ珠蛋白基因11染色體α珠蛋白基因16染色體基因家族簇集方式A.簇集在同一條染色體上，可同時發(fā)揮作用，合成某些蛋白質。如組蛋白基因家族：第7號染色體長臂3區(qū)2帶到3區(qū)6帶區(qū)域內。B.簇集在不同染色體上，編碼功能緊密相關的一組蛋白。胎68基因家族類型：A.多拷貝基因家族（彼此核酸序列相同）：rRNA家族、tRNA家族、組蛋白家族。B.序列高度同源基因家族（同源性80%～）：人類生長激素基因家族。C.同源功能基因家族（編碼產物具有同源功能區(qū)）：src癌基因家族。D.保守基序基因家族（編碼產物具有小段保守基序）：DEAD盒。E.基因超家族：指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。F.假基因（Pseudogene，ψ）：多基因家族中，具有功能基因相似的基因序列，但不能產生功能性產物的基因?；蚣易孱愋停?9來源：復制插入突變：功能基因復制插入序列中，后經過突變形成非功能性基因。反轉錄插入：自主的反轉錄轉座元件，來源于RNA聚合酶Ⅱ的轉錄產物（由mRNA反轉錄為cDNA，后整合在基因組中）。它通常具有mRNA的特征（5’端有mRNA分子特有的多聚腺苷Poly(A)序列）特點：

不含內含子序列，末端有很短一段A·T堿基對，兩端各有一個短的正向重復序列。假基因（Pseudogene）來源：假基因（Pseudogene）70假基因中可以積累許多突變，并常常同時存在三種終止密碼子序列復制插入突變反轉錄插入復制突變反轉錄插入假基因中可以積累許多突變，并常常同時存在三種終止密碼子序列復714、原核、病毒的基因結構和功能特征真核生物與原核生物的最大區(qū)別在于出現(xiàn)了胞質和核質的區(qū)域化，使遺傳信息的復制、轉錄與翻譯在時空上完全分開。單倍體一條染色體+質粒+轉座因子..4、原核、病毒的基因結構和功能特征真核生物與原核生物的最大區(qū)72原核生物基因結構ProkaryoticGeneStructure

操縱子（Operon）：原核基因功能單位，含有一個啟動子序列和多個結構基因。指數(shù)個功能上相關的基因串聯(lián)在一起，連同上游的調控區(qū)和下游的轉錄終止信號構成基因的表達單位。原核生物基因結構ProkaryoticGeneStruc73原核生物基因結構——乳糖操縱子（LactoseOperon)調節(jié)序列結構基因（3個）Plac結構基因啟動子調節(jié)基因啟動子Pio操作子：阻遏蛋白結合位點i調節(jié)基因編碼區(qū)y滲透酶z半乳糖苷酶a轉乙酰酶調節(jié)基因乳糖操縱子阻遏蛋白原核生物基因結構——乳糖操縱子（LactoseOpero74調節(jié)基因：可轉錄翻譯出調節(jié)蛋白/阻遏蛋白,調節(jié)操縱基因的活動（本身能轉錄出mRNA）操縱基因：位于基因啟動子后或與啟動子重疊,可控制鄰近基因或基因群的表達及表達速度（本身不能轉錄成mRNA)啟動基因：位于操縱基因附近，其作用是發(fā)出信號，mRNA合成開始（不能轉錄成mRNA

）調節(jié)基因：可轉錄翻譯出調節(jié)蛋白/阻遏蛋白,調節(jié)操縱基因的活75一段DNA序列從原位上單獨復制或斷裂下來，插入另DNA序列位點，并調控其后基因的轉錄，此過程稱轉座（Transposition）。這段序列稱跳躍基因、轉座子或轉座元件（TranposableElement）。轉座子（Tansposon）一段DNA序列從原位上單獨復制或斷裂下來，插入另DNA序列位76TranposableElementTranposable77相關基因叢集:功能上相關的基因排列在一起含有不規(guī)則基因結構序列有重疊基因病毒基因特點相關基因叢集:功能上相關的基因排列在一起病毒基因特點78重疊基因（OverlappingGene）1977年Sanger在研究ΦX174噬菌體時發(fā)現(xiàn)，有兩個或兩個以上的基因共用一段DNA序列，或一段DNA序列成為兩個或兩個以上基因的組成部分。重疊基因有編碼序列，也有調控序列：節(jié)約堿基，參與對基因的調控。

僅見于線粒體和質粒DNA（其它的生物細胞）重疊基因（OverlappingGene）1977年San79兩基因首尾重疊：A’-K幾個基因重疊一段核苷酸序列：A-A’-B-KEAA’CDKB重疊基因重疊類型兩基因首尾重疊：A’-KEAA’CDKB重疊基因重疊類型80正向重復（DR)：5’-TTCACCTCTGC-3’特點HBV(HepatitisBVirus)正向重復（DR)：5’-TTCACCTCTGC-3’特點HB811、基因的概念和特征2、基因序列及鏈特征(知識回顧與了解)3、真核生物的基因結構及其功能增強子、啟動子、內含子/外顯子、終止子、UTR、側翼序列、基因家族、假基因、斷裂基因4、原核生物、病毒的基因結構及其功能操縱子、轉坐子、重疊基因總結1、基因的概念和特征總結82基因的結構和功能基因的結構和功能831、基因的概念和特征2、基因序列及鏈特征3、真核生物的基因結構及其功能4、原核生物、病毒的基因結構及其功能提綱1、基因的概念和特征提綱841、基因的概念和特征1、基因的概念和特征85基因的結構和功能優(yōu)質課件86基因概念的發(fā)展基因概念的發(fā)展87基因（GeneMendelianFactor），也稱為遺傳因子，是控制性狀的基本遺傳單位（突變單位、重組單位和功能單位），是指線性排列在染色體上的，攜帶有一定遺傳信息，具有一定結構，并能進行自我信息復制與傳遞，控制生物個體性狀表現(xiàn)的一段DNA或RNA序列常常稱為“染色體基因”。1.1基因的定義基因（GeneMendelianFactor），也稱為遺88MSnyder,MGerstein(2003)Science300:258-60MSnyder,MGerstein(2003)Sc89A.基因座（GeneLocus）：基因在染色體上的特定位置。B.等位基因（Alleles）：同源染色體上占據相同座位、具有不同形式的基因。C.純合子/體（Homozygous/Homozygotes)：同一基因座位上，具有兩個相同等位基因的基因型，稱為純合子，其對應細胞或個體稱為純合體。D.雜合子/體（Heterozygous/Heterozygote)：同一基因座位上，具有兩個不同等位基因的基因型，稱為雜合子，其對應細胞或個體稱為雜合體。E.顯性基因(DominantGenes)：雜合體中，表現(xiàn)為顯性性狀的基因。F.隱性基因(RecessiveGenes)：雜合體中，表現(xiàn)為隱形性狀的基因?；蛳嚓P遺傳術語了解知識A.基因座（GeneLocus）：基因在染色體上的特定位90E.復等位基因(MultipleAlleles):在群體中，同一基因座上具有三個或三個以上的等位基因。F.擬等位基因(PseudoAlleles)：在功能上密切相關、在位置上又鄰接的幾個基因。F.突變型基因(MutantGenes)：同一基因座位，等位基因直接或間接地由野生型基因突變產生的基因。G.野生型基因(Wild-typeGenes):在自然群體中占有多數(shù)的（視為正常的）等位基因。H.復合基因

(ComplexGenes):在作用上有關的幾個基因排列在一起，構成一個基因復合體或基因簇。了解知識E.復等位基因(MultipleAlleles):在群體91了解知識了解知識92三大特點：自我復制（半保留復制）：是生物得以繁衍，保證物種穩(wěn)定，保持生物的基本特征?；驔Q定性狀：能夠突變1.2.基因的特點三大特點：1.2.基因的特點93蛋白/酶蛋白/酶94能夠突變http://www.shigen.nig.ac.jp致死突變非致死突變物種進化致病突變新物種遺傳病能夠突變http://www.shigen.nig.ac.j95基因的結構和功能優(yōu)質課件96此外，不同物種，其基因大小不同?？偟膩碚f，低等生物的基因小，高等生物的基因（通常含大量的內含子或重復序列）大。即使在同一生物內，不同基因大小不同。原核生物：基因數(shù)目少，結構簡單、緊湊，常具有操縱子結構，序列利用效率高，易突變，大多為多順反子。真核生物：基因數(shù)目很多，結構復雜，常含重復序列和非編碼序列，機制復雜，相對穩(wěn)定，大多為單順反子。此外，不同物種，其基因大小不同?？偟膩碚f，低等生物的基因小，97結構基因---編碼蛋白和酶分子結構（蛋白基因）；調控基因(RegulatoryGene)---調節(jié)結構基因表達，包含調節(jié)基因、操縱基因和啟動基因；轉錄而不翻譯的基因（RNA基因）：

rRNA基因→rRNA→核仁形成區(qū)，核糖體組成。

tRNA基因→tRNA→轉運氨基酸。1.3基因分類按功能結構基因---編碼蛋白和酶分子結構（蛋白基因）；1.3基因98看家基因(House-keepingGene):

維持細胞最低限度功能所不可少的基因,如編碼組蛋白基因、編碼核糖體蛋白基因、線粒體蛋白基因、糖酵解酶的基因等。這類基因在所有類型的細胞中都進行表達。必需基因(EssentialGene):

突變時會引起致死表型的基因.按重要程度按物種原核基因；病毒基因；真核基因按拷貝數(shù)單拷貝基因(多出現(xiàn)在原核和病毒)；多拷貝基因；看家基因(House-keepingGene):維持細992、基因序列及鏈特征2、基因序列及鏈特征100基因核酸鏈的化學組成：核苷+磷酸OCOHH12345脫氧核苷-H2HO-OHO堿基AGCTAGCUPOO-OOα磷酸核苷（NMP）β-D-2-核糖（戊糖）核苷POO-O5’3’了解知識核苷基因核酸鏈的化學組成：核苷+磷酸OCOHH12345脫氧核苷101腺嘌呤A鳥嘌呤G了解知識169324587169324587腺嘌呤A鳥嘌呤G了解知識169324587169324587102了解知識胸腺嘧啶T胞嘧啶C164532尿嘧啶U164532164532了解知識胸腺嘧啶T胞嘧啶C164532尿嘧啶U164532110312345了解知識12345了解知識104雙鏈DNA(Double-strandedGenomicDNA)5‘-ATGGTTTCCCAATTATTCGAAGAAAAAGCTAAAGCC-3’+orsensestrand（正義鏈）3‘-TACCAAAGGGTTAATAAGCTTCTTTTTCGATTTCGG-5’-orantisensestrand（反義鏈）基因核酸鏈的極性了解知識雙鏈DNA(Double-strandedGenomic105了解知識兩類核酸的基本化學組成比較脫氧核糖核酸(DNA)----核糖核酸(RNA)了解知識兩類核酸的基本化學組成比較脫氧核糖核酸(DNA)--106核苷酸及相應的核苷、堿基名稱中英文對照表了解知識核苷酸及相應的核苷、堿基名稱中英文對照表了解知識107單鏈DNA/RNA（SingleStrandedDNA，ssDNA/RNA)單鏈線性DNA/RNA（SingleStrandedLinearDNA/RNA）單鏈環(huán)狀DNA/RNA（SingleStrandedCircularDNA/RNA)雙鏈DNA/RNA（DoubleStrandedDNA，dsDNA/RNA）雙鏈線性DNA/RNA（DoubleStrandedLinearDNA/RNA）雙鏈環(huán)狀DNA/RNA（SingleStrandedCircularDNA/RNA)共價閉合環(huán)狀DNA（CovalentlyClosedCircularDNA，cccDNA）共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA——質粒（Plasmid）DNA/RNA鏈的形式單鏈DNA/RNA（SingleStrandedDNA108DNA分子由兩條反向平行多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構成的雙螺旋結構。雙螺旋表面形成大溝和小溝雙螺旋直徑2nm，堿基平面垂直于螺旋縱軸兩條鏈都由磷酸和脫氧核糖以3’，5’-磷酸二酯鍵相連而成，它們位于螺旋的外側。嘌呤堿基與嘧啶堿基位于螺旋的內側，糖基平面與堿基平面相垂直兩條多核苷酸鏈依照堿基互補配對的原則形成的氫鍵相連接：A-T間形成兩個氫鍵；G-C間形成三個氫鍵3.4nm右手雙螺旋模型要點2nm5’3’3’5’了解知識DNA分子由兩條反向平行多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構成的雙螺旋109A-DNA：右手螺旋，DNA與RNA混合配對時B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋，生理條件下最穩(wěn)定的結構Z-DNA：左手螺旋TripleHelixDNA：兩股堿基按Watson-Crick方式配對，第三股多聚嘧啶（鏡像重復）通過TAT和CGC+配對DNA鏈結構多樣性A-DNAB-DNAZ-DNA三股螺旋了解知識A-DNA：右手螺旋，DNA與RNA混合配對時DNA鏈結構多110基因的結構和功能優(yōu)質課件111DNA序列中以某一中心區(qū)域為對稱軸，其兩側的堿基對順序正讀和反讀都相同的雙螺旋結構。即對稱軸一側的片段旋轉180°后，與另一側片段對稱重復。

回文結構能形成十字結構和發(fā)夾結構。回文結構DNA序列中以某一中心區(qū)域為對稱軸，其兩側的堿基對順序正讀和112存在于同一股上的某些DNA區(qū)段的反向重復序列。此序列各單股中沒有互補序列，不能形成十字型或發(fā)夾結構。鏡像重復AATTCAAGGGAGAAGTAATGAAGAGGGAAGGATTTAAGTT

CCC

T

CT

T

CATTAC

T

T

CT

CC

C

T

TC

CTA存在于同一股上的某些DNA區(qū)段的反向重復序列。此序列各單股中113DNA雙螺旋結構進一步盤曲形成的復雜的超螺旋結構：線狀DNA形成的紐結；超螺旋和多重螺旋；環(huán)狀DNA形成的結；超螺旋連環(huán)….DNA三級結構DNA雙螺旋結構進一步盤曲形成的復雜的超螺旋結構：DNA三級114線狀DNA形成的超螺旋線狀DNA形成的超螺旋115環(huán)狀DNA形成的超螺旋環(huán)狀DNA形成的超螺旋116約200個堿基對的DNA和包括H1,H2A，H2B，H3，H4在內的5種組蛋白結合在一起所構成。DNA四級結構約200個堿基對的DNA和包括H1,H2A，H2B，H3，117長約140bp的DNA分子繞核心部位1?圈長約140bp的DNA分子繞核心部位1?圈118核小體核小體119核小體和染色質核小體和染色質120核小體構成染色質絲核小體構成121RNA鏈結構多樣性IGCGCG5’3’mRNARNA鏈結構多樣性IGCGCG5’3’mRNA122rRNArRNA1233、真核生物的基因結構及其功能所有含細胞的(單細胞或多細胞)生物的總稱，包括動物、植物、真菌和原生動物。特點：均含有細胞核（核遺傳）和其他細胞器（核外物質遺傳/胞質遺傳/母系遺傳），如線粒體或葉綠體，有細胞骨架基因編碼區(qū)不連續(xù)單順反子（一個基因序列編碼一種產物）基因內部存在大量重復序列多拷貝基因基因間大小差異大表達調控較復雜3、真核生物的基因結構及其功能所有含細胞的(單細胞或多細胞)1243.1真核生物基因結構(EukaryoticGeneStructure)啟動子Promoter外顯子Exons內含子Introns增強子Enhancer(Optional)開放閱讀框ORF基因間隔區(qū)基因間隔區(qū)終止子Terminator3’-UTR加尾信號PolyA結構基因5’上游區(qū)側翼序列/調節(jié)序列/順式調控元件3’下游區(qū)側翼序列/調節(jié)序列/順式調控元件轉錄起始點5’-UTR3.1真核生物基因結構(EukaryoticGeneS125斷裂基因(RichardJ.Roberts&PhillipA.Sharp,1993）指基因編碼區(qū)域的不連續(xù)性，是真核基因的結構特點，即基因的外顯子被內含子間隔成不連續(xù)、按順序鑲嵌排列在基因的ORF區(qū)域（外顯子和內含子交替出現(xiàn)，每個內含子具有5‘-GT------AG-3’邊界序列）.內含子外顯子內含子外顯子OpenReadingFrameGTGTGTAGAGAG外顯子斷裂基因(RichardJ.Roberts&Philli126A.并非所有基因都是斷裂基因：如組蛋白基因和干擾素基因等。在單細胞真核生物中，其多數(shù)基因編碼區(qū)是連續(xù)的，非斷裂。B.斷裂基因是基因選擇性剪接的結構基礎：一個簡單基因編碼不同蛋白。人類基因35%的基因存在選擇性剪接。C.斷裂基因具有生物演化意義：

1）不同外顯子不同功能域蛋白

2）外顯子的不同組合新蛋白

3）同一基因外顯子的不同剪接功能有別的蛋白

4）外顯子間隔有利于基因重組和演化，防止或減少突變A.并非所有基因都是斷裂基因：如組蛋白基因和干擾素基因等。127啟動子啟動子(Promoter)位于結構基因5’端轉錄起始點上游的大約100-200bp范圍內，并有若干具有獨立功能的DNA序列元件，每個元件約長7－30bp，序列本身不被轉錄，是RNA聚合酶特異性識別和結合的一段DNA序列，能控制基因表達（轉錄）的起始時間和轉錄程度。注意：啟動子包含轉錄起始點，內部還有精細的序列結構，其本身不能影響和控制轉錄起始時間和轉錄程度，而是通過與轉錄因子(Transcriptionfactor)蛋白質結合互作發(fā)生作用。轉錄起始點(5-9bp)，常見序列為CAT（原核），第一個轉錄通常為G/A5’-UTR啟動子啟動子(Promoter)位于結構基因5’端轉錄起始點128-10-35轉錄起始位點上游大約10/25bp和35/70bp處有兩個共有序列（ConsensusSequence），稱為-10和-35序列(分別控制轉錄起點和頻率)。共有序列只有少數(shù)幾個核苷酸有差異，能影響RNA聚合酶與啟動子的相互識別。TTGACATATATTAATGTGTGGAATPribnowbox（原核）Hognessbox/TATAbox（真核）[-80,-70]CCAAT(真核）[-30,-25]TATAAAAG(真核)GCCACACCC/GGGCGGG[-110,-80]GCbox(真核)TTGACA(原核)TATAA(原核)-10與-35之間核苷酸變動數(shù)應在[15,20],強啟動子(原核):17±1TFIICTFSP10轉錄起點核心啟動子元件（起始轉錄所必需的最小的DNA序列）轉錄起始點及其上游－25/－30bp處的TATA盒上游啟動子元件（－70bp附近的CAAT盒和GC盒及更遠）-10-35轉錄起始位點上游大約10/25bp和35/70129TATA框（TATABox）：一段高度保守序列(7bp)，TATAA/TAA/T，位于轉錄起始點上游25～30bp（-30～50）。TATA框與轉錄因子TFII結合，再與RNA聚合酶II形成復合物，從而準確地識別轉錄起始位置，對轉錄水平有定量效應。CAAT框（CAATBox）：一段保守序列GGGC/TCAATAC（9bp），位于轉錄起始點上游-70～-80bp，轉錄因子CTF識別位點并與之結合，激活轉錄。GC框（GCBox）：堿基序列為GGCGGG，有兩個拷貝，位于CAATBox兩側，與轉錄因子SP1結合。（SP1有鋅指區(qū)可以與DNA結合，在N端有激活轉錄的作用）GC框有激活轉錄的功能。TATA框（TATABox）：一段高度保守序列(7bp)，130不同的啟動子序列不同的啟動子序列131基因的結構和功能優(yōu)質課件132應答元件(Responsive

Elements)人金屬硫蛋白基因調控區(qū)域GRE-260-240-220-200-180-160140-120-100-80-60-40-20BLEMREBLETREMREGCMRETATAAP2AP1PICAP2蛋白連接/content/20050706/24825.htm位于結構基因上游（通常位于轉錄起點上游200bp內，也有位于啟動子或增強子內的，如HSE和GRE）能被轉錄因子識別和結合，從而調控基因專一性表達的DNA序列。應答元件是對某些特定的環(huán)境作出應答，能在一些特定情況下被表達調控因子識別.常見應答元件：

熱激應答元件(HeatShockResponseElement，HSE)、金屬應答元件(MetalResponseElement，MRE)、糖皮質激素應答元件(Glucor-ticoidResponseElement，GRE)

血清應答元件(SerumResponseElement，SRE)應答元件(Responsive

Elements)人金屬硫蛋133TATA框、CAAT框、GC框八核苷酸序列（Octamer）順式調控元件對基因表達有調控活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處于一個DNA分子上的基因。通常把順式調控元件中的核心序列稱為共有序列或一致序列（ConsensusSequence），包含啟動子、增強子、負調控元件、應答元件和加尾信號等。TATA框、CAAT框、GC框順式調控元件對基因表達有調控活134TBP:TATA-bindingproteinCTF:CAATboxtranscriptionfactor反式作用因子：TBP、CTF、SP-l反式作用因子一組識別與結合順式調控元件核心序列，進而調控靶基因轉錄效率的蛋白質。它由反式作用因子基因編碼，通常具有鋅指結構、堿性亮氨酸拉鏈、螺旋-環(huán)-螺旋基元等特征，具有DNA結合結構域和轉錄活化結構域兩個重要的結構域。TBP:TATA-bindingprotein反式作用因135廣譜表達型啟動子；組織特異性啟動子；腫瘤特異性啟動子；物種特異性啟動子；…惡性腫瘤轉錄因子調控障礙啟動子廣譜表達型啟動子；惡性腫瘤轉錄因子調控障礙啟動子136增強子Enhancer啟動子上游或下游的一段DNA序列（核心序列常為8-12bp），可以增強啟動子發(fā)動轉錄，提高轉錄效率。

特點：在任意位置都有效無方向性有組織特或細胞特異性增強子Enhancer啟動子上游或下游的一段DNA序列（核心137絕緣子/content/122/9/1275/F4.expansion.html嗅覺受體基因珠蛋白基因濃縮染色質核仁磷酸化蛋白CTCF:

CCCTC-bindingfactor

Beta珠蛋白基因增強子2個串聯(lián)重復,72bp,效率提高200倍絕緣子/c138外顯子結構基因中，編碼序列稱為外顯子(Exon)，表達多肽鏈部分。非編碼序列稱為內含子(Intron)。內含子外顯子、內含子真核基因內含子和外顯子并非完全固定不變：如編碼某一多肽鏈時，為外顯子，而編碼另一多肽鏈時，則是內含子。這樣，同一基因卻可以轉錄兩種或兩種以上的mRNA。某些真核基因無內含子：如組蛋白基因，干擾素基因等，它們多以基因簇形式存在。此外，大多數(shù)酵母結構基因也無內含子。5`GT——AG3`法則GTGTAGAG外顯子結構基因中，編碼序列稱為外顯子(Exon)，表達多肽鏈139DMD基因(2300kb)：79個外顯子+78個內含子DuchenneMuscularDystrophy(杜氏肌營養(yǎng)不良癥)DMD基因(2300kb)：79個外顯子+78個內含子140信使RNA蛋白質信使RNA信使RNA前體RNA斷裂蛋白質GeneA腺病毒GeneB高等動物

非編碼區(qū)(Non-codingRregion)不能編碼蛋白質的區(qū)段叫做非編碼區(qū)

信使RNA蛋白質信使RNA信使RNA前體RNA斷裂蛋白質Ge141終止子Terminator使RNA聚合酶轉錄終止的DNA序列。包含一段回文序列、5’--AATAAA--3’(PolyA)序列及富含GT/T序列。終止子加尾信號終止子Terminator使RNA聚合酶轉錄終止的DNA序列1425’-C

C

CAGC

CCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTT-3’3’-GGGTCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAA-5’DNA回文序列：轉錄終止信號7-20bp阻礙RNA聚合酶的移動。一串U與DNA模板中的A的結合不穩(wěn)定，從模板上脫落下來，終止轉錄。5’-CCCAGCCCGCCUAAUGAGCGGGCUUUUUUU-3’mRNA5’-CCCAGCCCGCCGGGCGUUUUUUU-3’CUAAUGA發(fā)夾環(huán)PolyA：附加信號ρ因子非依賴性終止子，GC含量高5’-CCCAGCCCGCCTAATGAGCGGGCT143Rho-dependent

TerminatorRho-dependent

Terminator144UTR：UntranslatedRegion終止密碼mRNA前導區(qū)(leader)尾區(qū)UTR：UntranslatedRegion終止密碼mRN1455`-UTR:翻譯起始密碼子上游,mRNA翻譯起點的鳥嘌呤核苷酸G（甲基化帽CAP）延伸至ATG起始密碼子,能被核糖體識別結合，充當滑道的序列（SD序列原核）；3`-UTR:

編碼區(qū)末端終止密碼子到多聚A末端。AAUAAA多聚腺苷酸信號保護性蛋白連接位點miRNAs連接位點注：3`-UTR可脫離mRNA單獨存在，稱為游離3`-UTR5`-UTR:翻譯起始密碼子上游,mRNA翻譯起點的鳥146側翼序列Flankingsequence5’上游區(qū)側翼序列/調節(jié)序列3’下游區(qū)側翼序列/調節(jié)序列結構基因的第一個和最后一個外顯子的外側，不被轉錄的非編碼區(qū)，稱為側翼序列?；虻恼{控序列，對基因的有效表達起調控作用，包括：啟動子、增強子、終止子等。側翼序列Flankingsequence5’上游區(qū)側翼序列147基因家族（GeneFamily

）基因家族：指由某一祖先基因經過重復復制和變異所產生的一組基因，其核苷酸序列或編碼產物的結構具有一定程度的同源性。（每個基因都有自己的啟動子，與操縱子不同；功能相近，利于功能發(fā)揮。）基因家族（GeneFamily）基因家族：指由某一祖先基148低密度脂蛋白受體基因家族分揀蛋白http://www.mdc-berlin.de清除血液中的脂蛋白（介導內吞作用，傳遞信號到靶細胞）低密度脂蛋白受體基因家族分揀蛋白http://www.mdc149B.簇集在不同染色體上，編碼功能緊密相關的一組蛋白。