現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能培訓(xùn)課件

現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)核酸是遺傳物質(zhì)第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)第三節(jié)基因與基因組第四節(jié)核酸的功能第五節(jié)核酸的變性、復(fù)性和雜交2現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能遺傳的細胞學(xué)基礎(chǔ)原核生物和真核生物、細胞的結(jié)構(gòu)和功能：染色體－遺傳物質(zhì)的載體3現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

因為遺傳物質(zhì)是通過表達多種多樣的蛋白質(zhì)實現(xiàn)其功能的，而早期人們錯誤地認(rèn)為遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)必然與其表達的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)同樣復(fù)雜，所以在很長一段時間內(nèi)人們認(rèn)為，只有蛋白質(zhì)才具有足夠的多樣性來確定其它的蛋白質(zhì)，直到人們意識到遺傳物質(zhì)攜帶的是以密碼形式存在并確定蛋白質(zhì)的遺傳信息時，才拋棄了這個錯誤的看法。遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)？4現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能遺傳物質(zhì)必須具有以下特性：（1）貯存并表達遺傳信息；（2）能把遺傳信息傳遞給子代；（3）物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；（4）有遺傳變化的能力。DNA具有上述特性，適合作為遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)是什么呢？5現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳物質(zhì)的本質(zhì)一、DNA是遺傳物質(zhì)1.核酸是遺傳信息的載體2.核酸的發(fā)現(xiàn)1968年，瑞士科學(xué)家F.Miescher從外科繃帶上的膿細胞核中首次分離到。第一節(jié)核酸是遺傳物質(zhì)6現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能FriedrichMiescher

1879pictureofthelaboratorywhereMiescherisolatednuclein.ThelabwasrunbyFelixHoppe-Seyler,andlocatedinthevaultsofanoldcastle.

F.Miescher從外科繃帶上膿細胞的細胞核中分離出了一種有機物質(zhì)，它的含磷量之高超過任何當(dāng)時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有機化合物，并且有很強的酸性。由于這種物質(zhì)是從細胞核中分離出來的，當(dāng)時就稱它為核素(nuclein)。Miescher所分離到的核素就是我們今天所指的脫氧核糖核蛋白。7現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能3.證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩個實驗(1)肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗1928年Griffith(2)噬菌體感染實驗1944年Avery8現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能4.1950年以前，流行四核苷酸結(jié)構(gòu)學(xué)說，認(rèn)為核酸分子由等摩爾的4種核苷酸組成，因此核酸不大可能有重要功能。仍認(rèn)為蛋白質(zhì)是轉(zhuǎn)化因子。5.1950年以后，Chargaff、Markham等應(yīng)用紙層析及分光光度法測定各種生物DNA堿基組成，認(rèn)為A=T，G=C，提示了A-T、G-C之間的互補關(guān)系。6.1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出,解釋了DNA怎樣攜帶遺傳信息,為分子遺傳學(xué)的研究奠定了基礎(chǔ)。9現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳物質(zhì)的本質(zhì)一、DNA是遺傳物質(zhì)二、RNA也可以作為遺傳物質(zhì)1.RNA病毒以RNA作為遺傳物質(zhì)2.類病毒以RNA作為遺傳物質(zhì)三、核酸以外的其他遺傳物質(zhì)

引起羊搔癢病、庫魯病、克-雅氏病和瘋牛病的感染性粒子是蛋白質(zhì)。這種蛋白質(zhì)樣的感染性粒子稱為朊病毒(prion)。10現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)（StructureofNucleicAcid）一、DNA的結(jié)構(gòu)核酸中核苷酸的排列順序即稱堿基序列。（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)MolBiology

DNA一級結(jié)構(gòu)的不同是物種差異的根本原因。11現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能5′端3′端CGA核苷酸的連接核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。12現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能核酸的組成分子分子組成——堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖——磷酸(phosphate)堿基戊糖磷酸核酸酶核酸DNARNA核苷酸(ribonucleoside)13現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能AGP5PTPGPCPTPOH3書寫方法5pApCpTpGpCpT-OH

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ACTGCT

314現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)——雙螺旋模型

DNA的二級結(jié)構(gòu)是指兩條脫氧多核苷酸鏈反向平行盤繞所形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。15現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能1、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點（Watson,Crick,1953）DNA分子由兩條反向平行的右手雙螺旋的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架排列在外側(cè)，繞同一公共軸盤旋。螺旋直徑為2nm，形成了相間的大溝(majorgroove)及小溝(minorgroove)

。16現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點

（Watson,Crick,1953）堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對側(cè)堿基形成氫鍵互補配對（A=T;GC）。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對堿基。17現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點

（Watson,Crick,1953）氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性.堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。對雙螺旋的穩(wěn)定由為重要.18現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能2、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性19現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)不同構(gòu)型的意義：由于雙螺旋結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)型，引起螺旋表面結(jié)構(gòu)的改變，進而影響其生物學(xué)功能。如：

B型DNA表面有大溝和小溝；

A型DNA也有兩個溝；

Z型DNA僅有一個很深很窄的溝。

DNA雙螺旋的這種表面結(jié)構(gòu)有助于DNA結(jié)合蛋白識別并結(jié)合特定的DNA序列。而這種表面構(gòu)型的變化對于基因組DNA與其DNA結(jié)合蛋白的特異性相互作用具有重要的意義。20現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能（三）DNA的拓撲結(jié)構(gòu)DNA的拓撲結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。主要指正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同負超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反21現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能①超螺旋DNA比松弛型DNA更緊密，使DNA分子體積變得更小，對其在細胞的包裝過程更為有利。

人每條染色體的平均長度約5cm，而細胞核的直徑僅約5μm，所以DNA分子壓縮近萬倍。②超螺旋能影響雙螺旋的解鏈程序，因而影響DNA分子與其它分子（如酶、蛋白質(zhì)）之間的相互作用。對基因表達的調(diào)控有重要意義。超螺旋結(jié)構(gòu)的生物學(xué)意義：

DNA拓撲異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化由拓撲異構(gòu)酶（Ⅰ型和Ⅱ型）催化完成。22現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能（四）DNA的四級結(jié)構(gòu)真核生物中核酸與蛋白質(zhì)相互作用形成的核糖體、剪接體，即可看成核酸的四級結(jié)構(gòu)。另外DNA纏繞組蛋白構(gòu)成核小體。23現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能二、RNA的結(jié)構(gòu)

（StructureofRNA）24現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能RNA的種類、分布、功能25現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能RNA單鏈結(jié)構(gòu)環(huán)狀結(jié)構(gòu)（loop）局部雙螺旋結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)折疊分子伴侶生物活性分子具有催化活性的RNA稱為核酶。26現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)基因與基因組一、基因概念的歷史演變1.基因概念Gene2.表型與基因型phenotype&genotype3.基因突變mutation、突變體mutant與野生型wildtype基因突變是指基因發(fā)生的可遺傳的變異。攜帶突變基因的生物體叫突變體。攜帶正?；虻纳矬w叫野生型。4.孟德爾使用遺傳粒子描述基因,并總結(jié)了兩條基本遺傳定律:即遺傳因子的分離定律和自由組合定律27現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能孟德爾及所使用的實驗材料-豌豆和性狀GregorMendel,AustrianMonk(奧地利和尚)Mendel對豌豆等植物雜交實驗研究后提出基因是顆粒狀的分散的獨立遺傳因子，可以從親代忠實地傳遞給子代。1865年發(fā)表論文，在論文中確立了兩條基本遺傳學(xué)定律：遺傳因子的分離定律和自由組合定律。遺傳因子的分離定律:控制性狀的一對等位基因在產(chǎn)生配子時彼此分離，并獨立地分配到不同的性細胞中。自由組合定律：在配子形成時各對等位基因彼此分離后，獨立自由地組合到配子中。28現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能5.1909年丹麥遺傳學(xué)家約翰遜(Johannsen)首次使用基因術(shù)語一、基因概念的歷史演變ThewordGenewascoinedin1909byWilhelmjohannsentodescribethe“fundamentalunitofinheritance”29現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能6.摩爾根1910的果蠅突變體實驗確定基因在染色體上一、基因概念的歷史演變果蠅(FruitFly),Drosophilamelanogaster,(SEMX60).

30現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能1941年Beade和Tatum提出“一個基因一個酶”學(xué)說,后到1957年被Ingram的實驗證明,鐮刀狀貧血的病因是編碼血紅蛋基因發(fā)生了突變,證實了此學(xué)說,,并修證為:“一個基因一條多肽鏈”。8.順反互補測驗中確定的一個順反子(不可分割的遺傳單位)在本質(zhì)上與一個基因相同,可編碼一條多肽鏈.31現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能在遺傳學(xué)上，可用順反子的概念來表示基因。當(dāng)兩個突變具有相同的表型效應(yīng)而且其遺傳圖距很接近時，它們既可能屬于一個基因，也可能位于不同的基因上?；パa實驗可精確確定兩個突變間的關(guān)系，確定是同一基因還是不同基因?；パa實驗確定兩個突變是否一個基因的原理當(dāng)兩個純合的親代突變體雜交時，產(chǎn)生的雜合子后代將遺傳兩個親本的突變。如果兩個突變位于同一個基因上，雜合子中就不存在野生型的基因，所以具有突變的表型；如果突變位于不同的基因上，在雜合子的每條染色體上相鄰的兩個基因中，將有一個基因是野生型而另一個基因是突變型，即在雜合子中每個基因都有一個野生型拷貝，因此雜合子表現(xiàn)為野生型的表型，兩個基因之間的這種關(guān)系稱為互補。雜合子有順式構(gòu)型和反式構(gòu)型兩種順式構(gòu)型兩個突變位于同一條染色體上反式構(gòu)型兩個突變分別位于同源的兩條染色體兩種構(gòu)型的相對效果取決于兩個突變是否位于同一個基因上。當(dāng)突變位于同一個基因上時，雜合子的表型取決于構(gòu)型。反式構(gòu)型中基因在兩條同源染色體都有突變，因此表型是突變體。在順式構(gòu)型中，一條染色體的基因上有兩處突變，而另一條染色體上的基因正常，因此表型是野生型。而當(dāng)兩個突變位于不同的基因上時，表型與雜合子的構(gòu)型無關(guān)。兩種情況下，兩種基因都有一個野生型的拷貝，表型是野生型。32現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能二、DNA與基因基因是遺傳的基本單位,是染色體上的一段DNA序列2.突變的分子基礎(chǔ)是DNA序列發(fā)生變化，相應(yīng)地導(dǎo)致蛋白質(zhì)氨基酸序列改變，使蛋白質(zhì)的生物功能產(chǎn)生變化。3.基因中DNA序列并不直接翻譯成蛋白質(zhì)，而是通過產(chǎn)生信使RNA(mRNA）來合成蛋白質(zhì)。DNA以其中的一條鏈為模板轉(zhuǎn)錄出mRNA，與mRNA序列相同的鏈稱為信息鏈（Sensestrand)。DNA分子中除了編碼區(qū)外，還含有調(diào)控區(qū)和間隔序列。除了編碼蛋白質(zhì)的基因，還有最終產(chǎn)物是RNA的基因。6.有些DNA序列具有可移動性，不但可以在染色體上移動，而且還可以從一個染色體上跳到另一個染色體上。這些可以自由移動的DNA序列稱為轉(zhuǎn)座子。33現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能三、真核生物的割裂基因1、割裂基因的發(fā)現(xiàn)(1)割裂基因splitgene是指基因的編碼序列在DNA分子上不是連接排列的，而是被不編碼的序列所隔開。(2)割裂基因DNA序列分類分為外顯子exon和內(nèi)含子intron。外顯子是基因中編碼的序列，是基因中對應(yīng)于mRNA序列的區(qū)域。內(nèi)含子是不編碼的序列，是從mRNA中消失的區(qū)域。(3)割裂基因的證據(jù)通過對DNA和相應(yīng)的mRNA進行雜交,雜交后用電鏡進行觀察,如果基因中含有內(nèi)含子,在所形成的RNA-DNA雜交雙鏈的某一部位就會出現(xiàn)不能配對的單鏈環(huán)。(4)割裂基因轉(zhuǎn)錄后經(jīng)剪接除去內(nèi)含子

34現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能35現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能36現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能2、割裂基因的分布分布于各種核基因中編碼蛋白質(zhì)的核基因、編碼rRNA的核基因，以及編碼tRNA的核基因存在割裂基因。分布于低等真核生物的線粒體及葉綠體基因中

某些原核生物如古細菌和大腸桿菌的噬菌體中也存在割裂基因。真細菌中不存在割裂基因。真核基因不一定都是割裂基因，真核生物也有一些結(jié)構(gòu)基因不含內(nèi)含子，如組蛋白基因和干擾素基因都沒有內(nèi)含子。37現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能3、割裂基因的性質(zhì)割裂基因的外顯子在基因中的排列順序與在成熟mRNA產(chǎn)物中的排列順序相同特定的割裂基因在所有組織中都有相同的內(nèi)含子成分

核基因的內(nèi)含子通常在所有的可讀框中都含有無義密碼子，因此一般沒有編碼功能。內(nèi)含子上發(fā)生的突變不影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所以內(nèi)含子突變一般對生物體沒有影響。但一些發(fā)生在內(nèi)含子上的突變可通過抑制外顯子的相互剪接阻止mRNA的產(chǎn)生。割裂基因在進化過程中，內(nèi)含子比外顯子變化更快。38現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能四、基因大小由于割裂基因的存在，基因比實際編碼蛋白質(zhì)所需的序列要大很多。外顯子的大小與基因的大小沒有必然的聯(lián)系。在整個基因中，編碼蛋白質(zhì)的外顯子占很小的比例。一個外顯子編碼的氨基酸數(shù)一般小于100?；虻拇笮∪Q于它所包含的內(nèi)含子的長度。內(nèi)含子通常比外顯子大很多。各種內(nèi)含子大小差異很大，大小在200bp到10kb之間，有的甚至達50至60kb。39現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能40現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能由于基因的大小取決于內(nèi)含子的長度和數(shù)目，導(dǎo)致低等真核生物較高等生物的基因大小差異很大。大多數(shù)酵母基因小于2kb，很少超過5kb。蠅類和哺乳動物基因很少小于2kb,大多數(shù)長度在5-100kb之間。41現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能42現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能表3-1不同生物的平均基因大小43現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能重疊基因同一段DNA序列上轉(zhuǎn)錄出不同的mRNA產(chǎn)物，編碼多種蛋白質(zhì)，這段DNA就是重疊基因。1、原核生物的重疊基因基因B位于基因A*內(nèi)基因E位于基因D內(nèi)基因K與基因A*和C重疊44現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能2、真核生物的重疊基因45現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能真核生物基因組一、真核生物的基因組概念一個細胞單倍體或病毒顆粒所包含的全部遺傳物質(zhì)的總和就是該物種的基因組genome。特點：也就是與病毒、原核生物比較各有什么特點46現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能病毒基因組一般結(jié)構(gòu)特點不同病毒基因組大小相差較大與細菌或真核細胞相比，病毒基因組很小，但不同的病毒基因組相差很大。如乙肝病毒DNA為3.2kb,只編碼4種蛋白質(zhì),而痘病毒基因組DNA長300kb，可編碼幾百種蛋白質(zhì)。病毒基因組可由DNA組成，也可由RNA組成，但每種病毒顆粒只含1種核酸，可能是單鏈，也可能是雙鏈，可能是閉合環(huán)狀分子，也可能是線性分子。DNA病毒基因組均由連續(xù)的DNA分子組成。多數(shù)RNA病毒基因組也由連續(xù)的RNA組成，有些則以不連續(xù)的RNA鏈組成。如流感病毒由8條單鏈RNA分子構(gòu)成。常見基因重疊現(xiàn)象。47現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能5.病毒基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有很小的一部分不編碼蛋白質(zhì)。6.病毒基因組DNA序列中功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)基因往往叢集在基因組的一個或幾個特定部位，形成一個功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，它們可被一起轉(zhuǎn)錄成含有多個mRNA的分子（稱為多順反子mRNA）,然后加工成多種蛋白質(zhì)的mRNA模板。除逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個拷貝外，至今發(fā)現(xiàn)的病毒的基因組都是單倍體，每個基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。噬菌體(細菌病毒)的基因都是連續(xù)的，而多數(shù)真核細胞病毒常含不連續(xù)基因。除正鏈RNA病毒外，真核細胞病毒的基因都是先轉(zhuǎn)錄成mRNA前體，再經(jīng)加工切除內(nèi)含子成為成熟為mRNA。48現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能細菌基因組一般特點1.細菌染色體基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分了組成。2.基因組中只有一個復(fù)制起點3.具有操縱子結(jié)構(gòu)。其中的結(jié)構(gòu)基因為多順反子。如大腸桿菌260個基因有操縱子結(jié)構(gòu)，定位于75個操縱子中。4.在大多數(shù)情況下，編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因在細菌染色體基因組中是單拷貝的，但編碼rRNA的基因是多拷貝的，這可能可利于核糖體的快速組裝。5.和病毒基因組相似，不編碼的DNA部分所占比例比真核基因組少得多。49現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能6.具有編碼同工酶的同基因。如大腸桿菌基因組中有兩個編碼分支酸變位酶的基因，兩個編碼乙酰乳酸合成酶的基因。7.編碼順序一般不會重疊。這和病毒基因組是不同的。8.在DNA分子中具有多種功能的識別區(qū)域。這些區(qū)域往往具有特殊的序列，并且含有反向重復(fù)序列。如復(fù)制起始區(qū)、復(fù)制終止區(qū)、轉(zhuǎn)錄啟動子和終止區(qū)。9.在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止序列，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止和使RNA聚合酶從DNA鏈上脫落。10.細菌基因組中存在著可移動的DNA，這種移動是DNA介導(dǎo)的。有兩類可移動的序列，為插入序列和轉(zhuǎn)座子。50現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能真核生物基因組的總體特征1.真核生物基因組遠大于原核生物基因組，也比較復(fù)雜2.基因組中常具有許多復(fù)制起點。3.基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲存于細胞核內(nèi)。4.基因組中不編碼的區(qū)域遠多于編碼區(qū)域。真核生物的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物一般為單順反子，即一個結(jié)構(gòu)基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子，并且此mRNA分子僅翻譯成一個多肽分子。6.大部分基因有內(nèi)含子，因此基因編碼區(qū)是不連續(xù)的。7.存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可以是幾次，甚至高達百萬次。8.真核生物基因組中存在一些可移動的DNA。51現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能人的基因組組成52現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能二、基因組大小與C值矛盾1.C值某物種一個單倍體基因組的全部DNA含量稱為該物種的C值。2.C值大小不同物種的C值差異很大，最小的枝原體只有106，而最大的可達1011。人類基因組大小是3.3×109。C值與物種復(fù)雜程度的關(guān)系

一般來說，物種越復(fù)雜，需要的基因產(chǎn)物的種類越多，C值越大。4.C值矛盾有些親緣關(guān)系很近的物種，C值相差數(shù)十倍乃至上百倍。如兩棲動物，C值小的為109，大的可達1011。C值矛盾Cvalueparadox表現(xiàn)在兩個方面，(1)與預(yù)期的編碼蛋白質(zhì)的基因的數(shù)量相比，基因組DNA的含量過多。(2)一些物種之間的復(fù)雜性變化范圍并不大，但是C值卻有很大的變化。53現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能54現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能55現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能五、基因組的基因數(shù)目根據(jù)基因組大小，基因的密度及基因的平均大小，可確定基因組中基因的數(shù)目。56現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能表3-3不同生物的基因數(shù)目57現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能真核生物DNA序列組織一、真核生物DNA序列的復(fù)性動力學(xué)1.復(fù)性過程是一個復(fù)雜的多步反應(yīng)過程，基本上符合二級反應(yīng)動力學(xué)，故稱復(fù)性動力學(xué)reassociationkinetics。2.C0t曲線3.復(fù)性進行一半時的C0t值稱為C0t1/2,C0t1/2=1/k58現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能59現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能真核生物DNA序列組織4.DNA序列的復(fù)雜性(complexity)X:最長沒有重復(fù)序列的核苷酸對數(shù)(bp)值。復(fù)雜性與C0t1/2成正比,X=kC0t1/2。對于在DNA中不含重復(fù)序列的有機體來說，X就是以核苷酸對所表示的基因組的大小。兩種不同復(fù)雜性的DNA序列，當(dāng)DNA的絕對含量相同時，復(fù)雜性小的DNA分子濃度高，復(fù)性就快，需要的時間t就短，因而C0t1/2值就小。60現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能61現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能5.真核生物的DNA復(fù)性動力學(xué)曲線不同，常?？缭?8個數(shù)量級。序列的復(fù)雜性(complexity)X:最長沒有重復(fù)序列的核苷酸對數(shù)(bp)值。復(fù)雜性與C0t1/2成正比,X=kC0t1/2。對于在DNA中不含重復(fù)序列的有機體來說，X就是以核苷酸對所表示的基因組的大小。兩種不同復(fù)雜性的DNA序列，當(dāng)DNA的絕對含量相同時，復(fù)雜性小的DNA分子濃度高，復(fù)性就快，需要的時間t就短，因而C0t1/2值就小。62現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能真核生物DNA序列組織一、真核生物DNA序列的復(fù)性動力學(xué)根據(jù)DNA復(fù)性動力學(xué)的研究，真核生物的DNA序列可以分為四種類型：(1)單拷貝序列又稱非重復(fù)序列，在一個基因組中只有一個拷貝，真核生物的大多數(shù)基因都是單拷貝的。

(2)輕度重復(fù)序列在一個基因組中有2-10個拷貝(但2-3個拷貝常常被視為非重復(fù)序列)，如組蛋白基因和酵母tRNA基因。以上二者對應(yīng)于慢復(fù)性組分。

(3)中度重復(fù)序列對應(yīng)于中間復(fù)性組分，有10-幾百個拷貝。中度重復(fù)序列一般是不編碼的序列，它們可能在基因調(diào)控中起重要的作用，包括開啟或關(guān)閉基因的活性、促進或終止轉(zhuǎn)錄、DNA復(fù)制的起始等。這些重復(fù)序列的平均長度大約300bp。它們在一起構(gòu)成了序列家族。與非重復(fù)序列相間排列。其中有代表性的是人類的Alu序列家族(Alufamily)。

(4)高度重復(fù)序列對應(yīng)于快復(fù)性組分，有幾百個到幾百萬個拷貝。其中，有一些是重復(fù)數(shù)百次的基因，如rRNA基因和某些tRNA基因；大多數(shù)是重復(fù)程度更高的序列。63現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能真核生物DNA序列組織二、真核生物的單一序列絕大多數(shù)mRNA，可能高達80%，是同非重復(fù)DNA組分結(jié)合的。表明大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因位于非重復(fù)DNA序列上，即基因組中的非重復(fù)DNA序列決定生物體的復(fù)雜性。三、真核生物的重復(fù)序列基因組的很大一部分是由一系列緊密相關(guān)的非同源DNA序列構(gòu)成，稱為DNA序列家族或重復(fù)DNA。其中包括有編碼功能的基因家族，也包括沒有編碼功能的重復(fù)DNA序列家族。64現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能三、真核生物的重復(fù)序列（一）基因家族1.基因家族和基因簇基因家族(genefamily)

是真核生物基因組中來源相同，結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)的一組基因?；蚣易宄蓡T關(guān)系

盡管基因家族各成員序列上具有相關(guān)性。但它們序列相似的程度以及組織方式不同。其中大部分有功能的家族成員之間相似程度很高。但也有些家族成員間的差異很大，甚至還有無功能的假基因(pseudogene)?；蚣易宓某蓡T在染色體上的分布形式不同

一些基因家族的成員在特殊的染色體區(qū)域上成簇存在，而另一些基因家族的成員在整個染色體上廣泛地分布，甚至可存在于不同的染色體上。65現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能三、真核生物的重復(fù)序列（一）基因家族1.基因家族和基因簇根據(jù)家族成員的分布形式可把不同的基因家族分為成簇存在的基因家族(clusteredgenefamily)或基因簇以及分散的基因家族(interspersedgenefamily)?；虼?genecluster)

基因家族的各成員緊密成簇排列成大段的串聯(lián)重復(fù)單位，定位于染色體的特殊區(qū)域。它們是同一個祖先基因擴增的產(chǎn)物。通常基因簇內(nèi)各序列間的同源性大于基因簇間的序列同源性。66現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能67現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能68現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能三、真核生物的重復(fù)序列（一）基因家族1.基因家族和基因簇分散的基因家簇

家族成員在DNA上沒有明顯的物理聯(lián)系，甚至分散在多條染色體上。各成員間在序列上有明顯差別。其中也含有假基因。但這種假基因與基因簇中的假基因不同，它們來源于RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座過程。69現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能（一）基因家族1.基因家族和基因簇2.廣義的基因家族經(jīng)典的基因家族

家族中各基因的全序列或至少編碼序列具有高度的序列同源性。例如rRNA基因家族和組蛋白?；蚣易逄攸c是:(1)各成員間有高度的序列一致性，甚至完全相同。(2)拷貝數(shù)高，常有幾十個甚至幾百個;(3)非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)短而且一致?；蚣易甯鞒蓡T的編碼產(chǎn)物上具有大段的高度保守氨基酸順序。這對基因發(fā)揮功能是必不可少的。這些基因家族的各基因中有部分十分保守的序列。但家族成員間總的序列相似性卻很低?；蚣易甯鞒蓡T的編碼產(chǎn)物之間只有一些很短的保守氨基酸順序，從DNA水平上看，這些基因家族的成員之間的序列同源性更低。但其基因編碼產(chǎn)物具有相同的功能，因為在蛋白質(zhì)中存在發(fā)揮生物功能所必不可少的保守區(qū)域。超基因家族

各基因序列間沒有同源性，但其基因產(chǎn)物的功能相似。蛋白質(zhì)產(chǎn)物中雖沒有明顯保守的氨基酸順序，但從整體上看卻有相同的結(jié)構(gòu)特征。如免疫球蛋白家族。70現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能三、真核生物的重復(fù)序列（二）基因外的重復(fù)DNA序列基因外的重復(fù)DNA序列

除了基因家族外，在染色體上還有大量無轉(zhuǎn)錄活性的重復(fù)DNA序列家族。兩種組織形式(1)串聯(lián)重復(fù)DNA，成簇存在于染色體的特定區(qū)域。(2)分散的重復(fù)DNA。這些重復(fù)單位并不成簇存在，而是分散于染色體的各個位點上。來源

RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座過程。分散的重復(fù)序列家族的許多成員是可轉(zhuǎn)移的元件。它們是不穩(wěn)定的，可轉(zhuǎn)移到基因組的不同的位置。衛(wèi)星DNA

概念

高度重復(fù)DNA序列的堿基組成和浮力密度同主體DNA有區(qū)別，在浮力密度梯度離心時，可形成不同于主DNA帶的衛(wèi)星帶。衛(wèi)星DNA由許多簡單的重復(fù)單位組成。這些序列一般對應(yīng)于染色體上的異染區(qū)域。衛(wèi)星DNA分類

分為衛(wèi)星DNA、小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA三類衛(wèi)星DNA長的串聯(lián)重復(fù)序列組成，這些序列一般對應(yīng)于染色體上的異染區(qū)域。小衛(wèi)星DNA

由中等大小的串聯(lián)重復(fù)序列組成。它們位于靠近染色體末端的區(qū)域，也可分散在核基因組的多個位置上，一般沒有轉(zhuǎn)錄活性。其中有一些高變的小衛(wèi)星DNA。它們的重復(fù)單位之間的序列有很大不同。但都含有一個基本的核心序列:GGGCAGGAXG，這些序列多數(shù)靠近端粒。還有一些位于其他的位點。端粒DNA小衛(wèi)星DNA

主要成分是六核苷酸的串聯(lián)重復(fù)單位TTAGGG，它們作為一種緩沖成分，在真核生物染色體末端的復(fù)制中起重要作用。微衛(wèi)星DNA

由更簡單的重復(fù)單位組成的小序列，分散于基因組中。大多數(shù)重復(fù)單位是二核苷酸，也有少量含有三核苷酸和四核苷酸的重復(fù)單位。分散的重復(fù)DNA序列家族

在高度分散的重復(fù)DNA家族中含有少量的轉(zhuǎn)座元件.根據(jù)其大小不同，可分為短散布元件和長散布元件。71現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能72現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能比較典型的SINE是人的Alu重復(fù)序列家族。在其他哺乳動物中也有類似的序列，如鼠的B1家族。Alu家族成員眾多，大約有300000個，平均每6kb就有一個，每個長度約300bp，在其序列中有AGCT序列，可被限制性內(nèi)切酶AluⅠ所切割，所以得名。Alu家族的各個成員之間有很大的同源性，從Alu家族序列的長度和重復(fù)頻率上看，Alu序列都更象高度重復(fù)序列，但它們不同于高度重復(fù)序列的串聯(lián)集中分布，而是廣泛地在非重復(fù)序列之間。Alu家族73現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能人類主要的散布的重復(fù)序列74現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能1、DNA的基本功能：是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)。第四節(jié)核酸的功能一、DNA的功能及基因治療MolBiology75現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能基因的分子定義：

基因就是貯存RNA序列信息及表達這些信息所必需的全部核苷酸序列。

大多數(shù)生物的遺傳信息以特定的核苷酸排列順序儲存在DNA分子中。76現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

DNA分子攜帶兩類遺傳信息：⑴編碼信息：編碼RNA（mRNA、tRNA、rRNA）或蛋白質(zhì)的遺傳信息，為有功能活性的DNA序列所攜帶。⑵調(diào)控信息，是一些特定的DNA區(qū)段。決定有關(guān)基因選擇性表達的信息。77現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能2、基因治療：定義：指應(yīng)用DNA重組技術(shù)，將外源正?；?qū)氚屑毎?，以糾正或補償因基因缺陷和異常引起的疾病,以達到治療的目的。目前廣義上來講是指將某種遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到患者細胞內(nèi)，使其在體內(nèi)發(fā)揮作用，以達到治療疾病目的的方法。78現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能基因治療的基本程序治療性基因的選擇和制備基因載體的選擇靶細胞的選擇基因?qū)敕绞竭x擇外源基因表達的篩選

利用在體中的標(biāo)記基因病毒載體（逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒）非病毒載體（脂質(zhì)體、直接注射等）體細胞（造血c、肝c、淋巴c等）生殖細胞（國際上嚴(yán)禁使用）間接體內(nèi)療法（回輸法）——體外途徑直接體內(nèi)療法——體內(nèi)途徑基因克隆－定位－表達－評價表達情況79現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能基因治療的主要策略基因矯正(genecorrection)基因置換(genereplacement)基因增補(geneaugmentation)基因失活(geneinactivation)直接基因治療間接基因治療80現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能反義核酸技術(shù)核酶技術(shù)三鏈技術(shù)RNA干擾技術(shù)基因失活技術(shù)81現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能基因治療實例1、復(fù)合免疫缺陷綜合征的基因治療

（人類Gene治療成功例子）ADA缺乏癥-——致死性疾病，患者由于腺苷酸脫氨酶（ADA）缺乏。82現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能ADA-Gene+vector（逆轉(zhuǎn)錄病毒）

重組分子患者TLyCIL-2刺激C分裂

導(dǎo)入細胞生長分裂10天

Gene表達

回輸患兒體內(nèi)1~2月治療一次,10個月患兒體內(nèi)ADA水平達正常人的25%

83現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能2、乙型血友病XR，患者凝血因子Ⅸ缺乏，Ⅸ因子基因定位在Xq26.3~q27.2。臨床表現(xiàn)，易出血，凝血時間長，輕傷、小手術(shù)后常出血不止。發(fā)病率為1/30000。例如：我國學(xué)者薛京倫實施的FⅨ的基因治療。84現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能逆轉(zhuǎn)錄病毒載體+FⅨcDNA重組體5`LTRFⅨneoSVPSOLTR3`①導(dǎo)入倉鼠細胞（CHO）→FⅨ表達；②導(dǎo)入乙型血友病患者皮膚成纖維細胞（體外培養(yǎng)）→FⅨ表達；③91年，導(dǎo)入乙型血友病患者皮膚成纖維細胞（體外培養(yǎng)）→回植病人皮下→FⅨ基因表達，F(xiàn)Ⅸ基表達水平達正常人的5%。是我國基因治療成功的例子。85現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能3、黑色素瘤的基因治療腫瘤Gene治療是人們十分關(guān)注的問題，進行了廣泛的探索。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤浸潤淋巴細胞——TIL，它積聚腫瘤部位，并在該處持續(xù)存在而無副作用，利用此特點協(xié)助治療腫瘤。86現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能例：細胞因子基因治療和腫瘤壞死因子基因治療

①IL-2Gene②TNF-Gene

（白介2）

（腫瘤壞死因子）

逆轉(zhuǎn)錄病毒載體導(dǎo)入TIL（體外培養(yǎng)的自體細胞）回植患者體內(nèi)TIL進入自體腫瘤部位，提高細胞因子殺傷腫瘤細胞的作用。87現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能4、自殺基因的基因治療原理：即用（逆轉(zhuǎn)錄）病毒載體將編碼某種酶的基因（自殺基因）轉(zhuǎn)染到腫瘤細胞中，此酶可將一種無害的藥物前體轉(zhuǎn)變?yōu)榧毎緩?fù)合物，進而殺傷腫瘤細胞（腫瘤細胞不能復(fù)制而死亡）。這種基因載體只能在特定的組織或腫瘤中表達，而正常細胞中不表達。88現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能如：自殺基因+病毒載體

轉(zhuǎn)染重組載體

藥物前體無毒Gene→酶→↓

藥物復(fù)合物有毒

細胞死亡89現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能例如：

單純皰疹病毒HSVGene-TK（在腫瘤細胞中表達，正常細胞中不表達）GCV（胸苷類似物）

PGCV---p抑制DNA合成

腫瘤細胞死亡鄰近細胞死亡/凋亡（旁觀者效應(yīng)）90現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能基因治療的臨床應(yīng)用腫瘤的基因治療（61%病例）感染性疾病的基因治療艾滋?。?4%病例）乙型肝炎遺傳病的基因治療心血管疾病的基因治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基因治療全球臨床方案數(shù)達300多項，病例數(shù)超過3500人，其中美國病例占80%。91現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能二、RNA的功能hnRNAmRNA（一）mRNA及hnRNA的功能內(nèi)含子(intron)

外顯子(exon)斷裂基因(DNA)92現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

mRNA的功能

把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對原則抄錄下來，以三聯(lián)體密碼的形式?jīng)Q定蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細胞細胞質(zhì)細胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細胞93現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點：1.含有稀有堿基，如DHU甲基化嘌呤假尿嘧啶2.含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)3′末端為—CCA-OH4.tRNA序列中有反密碼子（二）tRNA的功能94現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

tRNA的二級結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)TΨC環(huán)氨基酸臂額外環(huán)95現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

tRNA的三級結(jié)構(gòu)——倒L形96現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

tRNA的功能：2.活化氨基酸；1.搬運氨基酸；3.在密碼子與對應(yīng)氨基酸之間起接合體 (adaptor)的作用。如：密碼子GGU--攜帶反密碼子ACC的tRNA--Gly密碼子—tRNA反密碼子—氨基酸是對號入座的。97現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

rRNA的結(jié)構(gòu)（三）rRNA的功能

rRNA的功能：參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。98現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA99現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能原核生物16S21種23S5S31種真核生物49種28S5.85S5S18S33種rRNA蛋白質(zhì)小亞基大亞基

(50S)(30S)(40S)(60S)小亞基大亞基100現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能（四）其他小分子RNA除了上述三種RNA外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。

snmRNAs:101現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

snmRNAs的種類:核內(nèi)小RNA(smallnuclearRNA,snRNA)核仁小RNARNA(smallnucleolarRNA,snoRNA)胞質(zhì)小RNA(smallcytoplasmicRNA,scRNA)催化性小RNA(smallcatalyticRNA)小片段干涉RNA

(smallinterferingRNA,siRNA)起始RNA

(initiatorRNA，iRNA)微小RNA（microRNA,miRNA）

102現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

snmRNAs的功能：①U系列snRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成snRNP，參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運。如U1、U2、U3、U4、U5、U6等。多種多樣②siRNA和miRNA參與某些基因表達調(diào)控。③iRNA作為DNA合成的引物。103現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能Topic2:miRNAincancer微小RNA及其功能104現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能2006年度的諾貝爾獎授予了AndrewFire和CraigMello。一般情況下，microRNA幫助調(diào)控基因活動以及動植物的協(xié)調(diào)發(fā)育。105現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能Figure2.ExpressionofmiR-124aandmiR-1inZebrafish,Medaka,Mouse,andFly.

miR-124aisrestrictedlyexpressedinthebrainandthespinalcordinfishandmouseortotheventralnervecordinthefly.TheexpressionofmiR-1isrestrictedtothemusclesandtheheartinthemouse.青鳉斑馬魚小鼠果蠅LearningthemiRNAfunctionfromitsexpressionpattern106現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能miRNAcontrolssomeplantphenotype(控制植物表型特征)Jaw-miRNA控制擬南芥葉形變化(Nature,2003)107現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能(Science2004)3種miRNA控制造血干細胞向淋巴細胞的分化過程miRNAcontrolsthedifferentiationofthehematopoieticstemcell(調(diào)控造血干細胞的分化)108現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能miRNAsinhuman:

Thereareabout500miRNAsfromhumanhavebeenfoundandannotated.Theyarenamedashas-miRx.《Cell》發(fā)表哺乳動物microRNA表達圖譜P.Landgrafetal.,"AMammalianmicroRNAexpressionatlasbasedonsmallRNAlibrarysequencing,"Cell,June29,2007.109現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能miRNAexpressionpatternchangesduringoncogenesis,andisuniqueforeachcancer.微小RNA在癌癥發(fā)生中表達譜的變化110現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能111現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能Figure3,ComparisonbetweennormalandtumorsamplesrevealsglobalchangesinmiRNAexpression.112現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能SomemicroRNAsarepotentialoncogenes

有些微小RNA可能是致癌基因。113現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能B-細胞淋巴瘤114現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能Figure1.Themir-17–92clustershowsincreasedexpressioninB-celllymphomasamplesandcelllines.

Thelevelofmir-17–92pri-miRNAwasdeterminedbyreal-timequantitativeRT-PCRin46lymphomasand47colorectalcarcinomas,andcomparedtolevelsfoundincorrespondingnormaltissuesfromfiveindividuals.115現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能Figure2.Overexpressionofthemir-17–19bclusteracceleratesc-myc-inducedlymphomagenesisinmice.116現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能Nature.2007Oct11;449(7163):682-8.Epub2007Sep26.TumourinvasionandmetastasisinitiatedbymicroRNA-10binbreastcancer.MaL,Teruya-FeldsteinJ,WeinbergRA.Nature：一種microRNA能促使癌癥擴散侵略性的乳腺癌細胞（熒光點）轉(zhuǎn)移到了小鼠的肺部。117現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能miR-9神經(jīng)母細胞瘤

miR-10b乳腺癌

miR-15、miR-15a白血病、垂體腺瘤

miR-16、miR-16-1白血病、垂體腺瘤

miR-17-5p、miR-17-92肺癌、淋巴瘤

miR-20a肺癌、淋巴瘤

miR-21乳腺癌、膽管腺癌、頭頸癌、白血病、宮頸癌胰腺癌

miR-29、miR-29b白血病，膽管腺癌

miR-31結(jié)腸直腸癌

miR-34a胰腺癌神經(jīng)母細胞瘤

miR-96結(jié)腸直腸癌

miR-98頭頸癌

miR-103胰腺癌

miR-107白血病、胰腺癌

miR-125a、miR-125b神經(jīng)母細胞瘤、乳腺癌

miR-128膠質(zhì)母細胞瘤

miR-133b結(jié)腸直腸癌

miR-135b結(jié)腸直腸癌

miR-143結(jié)腸癌、宮頸癌

miR-145乳腺癌、結(jié)腸直腸癌

miR-146甲狀腺癌

miR-155乳腺癌、白血病、胰腺癌肺癌

miR-181、miR-181a、

miR-181b、miR-181c白血病、膠質(zhì)母細胞瘤、甲狀腺癌

miR-183直腸結(jié)腸癌

miR-184神經(jīng)母細胞瘤

miR-196a-2胰腺癌

miR-221膠質(zhì)母細胞瘤、甲狀腺癌胰腺癌

miR-222甲狀腺癌

miR-223白血病

miR-301胰腺癌

miR-376胰腺癌

let-7、let-7a、let-7a-1、

hsa-let-7a-2、let-7a-3肺癌、結(jié)腸癌肺癌microRNA與癌癥（見表1microRNA在癌癥中的作用）。118現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能（五）端粒酶RNA與核酶1、端粒（telomere）：是真核生物染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)由端粒DNA和端粒蛋白質(zhì)構(gòu)成作用：穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)

防止染色體末端融合保護染色體結(jié)構(gòu)基因避免遺傳信息在復(fù)制過程中丟失119現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能1930’，著名的遺傳學(xué)家B.Mcclintock和HJ.Müller發(fā)現(xiàn)：染色體的末端可維持染色體的穩(wěn)定性Müller將它定義為“telomere”，這是由希臘語“末端”（telos）及“部分”（meros）組成的染色體失去了這些片段，就會互相粘連到一塊，發(fā)生結(jié)構(gòu)及功能上的改變，從而影響到細胞的分裂與生長端粒的發(fā)現(xiàn)120現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能1970’，EH.Blackburn利用四膜蟲揭示了端粒DNA的初步結(jié)構(gòu)：由非常短且數(shù)目精確的串聯(lián)重復(fù)DNA片段組成，富含嘌呤G。結(jié)構(gòu)：一條鏈Gn（T/A)m，互補鏈Cn（A/T)m。n﹥1，m為1～4。重復(fù)次數(shù)由幾十到數(shù)千不等端粒DNA結(jié)構(gòu)121現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能不同生物端粒DNA序列人：（TTAGGG）n，聯(lián)重復(fù)，5～15kb酵母：（TTTGGG），200—400bp尖毛蟲：TTTTGGGG，20bp小鼠：5—80kb大鼠：150kb122現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能2、端粒酶(telomerase)是端粒復(fù)制所必須的一種特殊的DNA聚合酶。具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性。能以hTR為模板，向染色體末端添加TTAGGG序列。123現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能端粒酶組成端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶協(xié)同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

端粒酶RNA的一級結(jié)構(gòu)缺乏保守性，但都有保守的二級結(jié)構(gòu)。124現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能端粒酶的結(jié)構(gòu)125現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能●model

TBPisReversetranscriptase-like

RNAcomplementwith3’endofDNA&astemplateforcDNA

ElongatedT2G43’-endasprimerfor5’-endDNAsynthesisG鏈

–T2G4-----TTGGGGTTGGG

C鏈--A2C4----

telomerase

3’

aaaAACCCCAACuuac---5’TTG端粒酶與染色體DNA末端的3‘單鏈區(qū)域結(jié)合（5’短縮），端粒酶中的RNA與DNA配對結(jié)合126現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

telomerase

3’

CCAACCCCAACCCC---5’G鏈

–T2G4-----TTGGGGTTGGG

C鏈--A2C4----TTG

telomerase

3’

aaaAACCCCAACuuac---5’GGGTTGG鏈

–T2G4-----TTGGGGTTGGG

C鏈--A2C4----TTGGGGTTG-------------

telomerase

3’

CCAACCCCAACCCC---5’

telomerase

3’

CCAACCCCAACCCC---5’

telomerase

3’

CCAACCCCAACCCC---5’

telomerase

3’

aaaAACCCCAACuuac---5’端粒酶中的RNA與DNA配對結(jié)合并以CCCCTT序列為模板，以DNA3’OH端為引物，完成GGGGAA一個重復(fù)單位的復(fù)制，如此循環(huán)復(fù)始，數(shù)十次重復(fù)的cDNA端粒末端合成后127現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能GGhoogsteenbond

Tetraplexhelix

G鏈–T2G4-----TTGGGG

TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG

C鏈--A2C4-----G鏈–T2G4-----TTGGGG

ttggggttgC鏈--A2C4-----AACCCCAAggggttgggPrimaseAACCCCAACCCCAACCCCAACCCCAACCCDNApolor3’單鏈自行回折并在G-G間以Hoogestin配對方式連接，最后與5‘端結(jié)合不僅避免了5’短縮，且形成的封閉式DNA末端保證了染色體DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定128現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能具有酶促活性的RNA稱為核酶。3、核酶(ribozyme)催化性RNA(RNAzyme)

作為序列特異性的核酸內(nèi)切酶降解mRNA——核酶。催化性DNA(DNAzyme)人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段，也能序列特異性降解RNA。129現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能四膜蟲rRNA的剪接采用自我剪接方式130現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

第一步：作為輔助因子的鳥苷或鳥苷酸進入內(nèi)含子IVS的結(jié)合位點，鳥苷或鳥苷酸的3’-OH對IVS的5’-磷酸殘基進行親核攻擊，進行轉(zhuǎn)磷酸酯反應(yīng)，生成5’-端外顯子以及3’-端外顯子—IVS-G復(fù)合物。第二步：5’-端外顯子的3’-OH對IVS的3’-端外顯子進行親核攻擊，通過轉(zhuǎn)磷酸酯反應(yīng)，使5’-端外顯子與3’-端外顯子連接，成為成熟的26srRNA以及G-IVS。131現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能最簡單的核酶二級結(jié)構(gòu)——槌頭狀結(jié)構(gòu)(hammerheadstructure)除rRNA外，tRNA、mRNA的加工也可采用自我剪接方式。132現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能核酶研究的意義核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補充；核酶的發(fā)現(xiàn)是對傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)；利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計合成人工核酶。133現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能核酸的變性、復(fù)性和雜交denaturation，renaturationandhybridizationofnucleicacid第四節(jié)MolBiology134現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能一、核酸的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。變性后理化性質(zhì)發(fā)生變化：260nm的紫外吸收值增加粘度降低，浮力密度升高二級結(jié)構(gòu)的改變等。135現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象。136現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能熱變性解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm處的吸光率）值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。137現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

Tm：變性是在一個相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。其大小與

DNA分子G+C含量成正比。一般70～85℃.138現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0OD260的應(yīng)用139現(xiàn)代分子生物學(xué)遺傳物質(zhì)的性質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能二、核酸的復(fù)性(renaturation)

定義:在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。減色效應(yīng)DNA復(fù)性時，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為退火(annealing)。復(fù)性條件：①有足夠