基因组组的结构与功能讲稿.ppt

关于基因组组的结构与功能第一页，讲稿共一百三十八页哦中心法则中心法则(TheCentralDogma)转转录录翻翻 译译逆转录逆转录复复 制制第二页，讲稿共一百三十八页哦nDNA通过基因表达，决定了蛋白质的结构、功能通过基因表达，决定了蛋白质的结构、功能nDNA通过复制，将基因信息代代相传通过复制，将基因信息代代相传nRNA参与参与DNA遗传信息的表达遗传信息的表达nRNA也可作为某些病毒遗传信息的载体也可作为某些病毒遗传信息的载体第三页，讲稿共一百三十八页哦【基因基因】基因是核酸分子中贮存遗传信息的基因是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位，是指贮存有功能的蛋白质多遗传单位，是指贮存有功能的蛋白质多肽链或肽链或RNA序列信息及表达这些信息所序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。必需的全部核苷酸序列。基因和蛋白的关系？第四页，讲稿共一百三十八页哦55AGCCGACTATGTCGAAGCTTAGCCGACTATGTCGAAGCTTGCTTGACTATAAGACAGCTTGACTATAAGACA3333TCGGCTGATACAGCTTCGAATCGGCTGATACAGCTTCGAACGAACTGATATTCTGTCGAACTGATATTCTGT55转录调控区转录调控区 贮存贮存RNARNA或蛋白质结构信息区或蛋白质结构信息区 转录终止区转录终止区大部分生物中构成基因的遗传物质是大部分生物中构成基因的遗传物质是DNA，但有一部分生物（，但有一部分生物（RNA病毒）是以病毒）是以RNA作作为构成基因的遗传物质。为构成基因的遗传物质。基因的基本结构：基因的基本结构：第五页，讲稿共一百三十八页哦【基因组基因组】细细胞胞或或生生物物体体中中，一一套套完完整整单单倍倍体体的的遗遗传传物物质质的的总总和和（包包括括一一种种生生物物所所需需的的全全套套基因及其间隔序列）称为基因组。基因及其间隔序列）称为基因组。人人类类基基因因组组包包括括：22条条染染色色体体，X、Y两两条条性性染染色色体体及及胞胞浆浆线线粒粒体体上上遗传物质。遗传物质。基基因因组组的的结结构构主主要要指指不不同同的的基基因因功功能能区区域域在在核核酸酸分分子子中中的的分分布布和和排排列列情情况况，基基因因组组的的功功能能是贮存和表达遗传信息。是贮存和表达遗传信息。基因组的结构和功能是密切相关的。基因组的结构和功能是密切相关的。第六页，讲稿共一百三十八页哦第第 一一 节节病病 毒毒 基基 因因 组组第七页，讲稿共一百三十八页哦一、病毒基因组核酸的主要类型一、病毒基因组核酸的主要类型第八页，讲稿共一百三十八页哦双链双链RNARNA单链负股单链负股RNARNA 单链正股单链正股RNARNA分类分类DNADNARNARNA 双链双链DNADNA：HBVHBV 单链单链DNADNA：M13M13噬菌体噬菌体正股(+)：序列与mRNA相同的链 负股(-)：序列与mRNA互补的链第九页，讲稿共一百三十八页哦（一）双链（一）双链DNA病毒病毒（SV40病毒）病毒）基因组基因组DNADNA复制复制基因组基因组DNA或通过逆转录完成复制（少数，见三）。或通过逆转录完成复制（少数，见三）。（二）单链（二）单链DNA病毒病毒（M13噬菌体）噬菌体）基因组基因组DNADNA复制复制基因组基因组DNA（三）（三）DNARNA病毒病毒（HBV）基因组基因组DNA转录转录RNA逆转录逆转录基因组基因组DNA第十页，讲稿共一百三十八页哦（四）双链（四）双链RNA病毒病毒（呼肠孤病毒）（呼肠孤病毒）基因组基因组RNARNA复制复制基因组基因组RNA（五）单链（）（五）单链（）RNA病毒病毒（脊髓灰白质炎病毒）（脊髓灰白质炎病毒）基因组基因组RNARNA复制复制基因组基因组RNA第十一页，讲稿共一百三十八页哦（六）单链（）（六）单链（）RNA病毒病毒（疱疹性口炎病毒，（疱疹性口炎病毒，VSV）基因组基因组RNARNA复制复制基因组基因组RNA（七）（七）RNADNA病毒病毒（逆转录病毒）（逆转录病毒）基因组基因组RNA逆转录逆转录cDNA转录转录基因组基因组RNA第十二页，讲稿共一百三十八页哦二、病毒基因组的结构与功能的特点二、病毒基因组的结构与功能的特点第十三页，讲稿共一百三十八页哦（一）基因组核酸可以是任何一种类型的核酸，但（一）基因组核酸可以是任何一种类型的核酸，但一种病毒的基因组只是一种核酸。一种病毒的基因组只是一种核酸。（二）不同病毒基因组的核酸大小差别很大。（二）不同病毒基因组的核酸大小差别很大。（三）基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔（三）基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔序列很小。序列很小。(功能上相关的基因排列在一起功能上相关的基因排列在一起)（四）病毒的基因都是单拷贝，基因组多为单倍体（四）病毒的基因都是单拷贝，基因组多为单倍体第十四页，讲稿共一百三十八页哦（五）病毒基因组有重叠基因（五）病毒基因组有重叠基因第十五页，讲稿共一百三十八页哦（六）病毒基因组的编码序列平均约（六）病毒基因组的编码序列平均约90（但差异很大）（但差异很大）（七）病毒基因有连续的，有不连续的（七）病毒基因有连续的，有不连续的（八）病毒基因组含有不规则的结构基因（八）病毒基因组含有不规则的结构基因1、几个结构基因的编码区无间隔，因此有些结、几个结构基因的编码区无间隔，因此有些结构基因没有翻译起始序列。构基因没有翻译起始序列。2、genemRNA，有的，有的mRNA没有没有5端的帽端的帽结构，有翻译增强子。结构，有翻译增强子。3、有的结构基因转录后产物本身没有翻译起始，需要在转录、有的结构基因转录后产物本身没有翻译起始，需要在转录后进行加工、剪接，成为有翻译功能的后进行加工、剪接，成为有翻译功能的mRNA。第十六页，讲稿共一百三十八页哦三、典型病毒基因组举例三、典型病毒基因组举例第十七页，讲稿共一百三十八页哦（一）（一）SV40病毒基因组病毒基因组（双链（双链DNA病毒）病毒）1、SV40病毒基因的结构特征病毒基因的结构特征2、SV40病毒基因的表达和复制病毒基因的表达和复制第十八页，讲稿共一百三十八页哦第十九页，讲稿共一百三十八页哦（1）SV40的基因表达的基因表达启动子，增强子启动子，增强子第二十页，讲稿共一百三十八页哦（2）RNA的选择剪切形的选择剪切形成不同的成不同的mRNA，不连续，不连续基因，一个基因产生不同基因，一个基因产生不同的蛋白质的蛋白质初级转录物初级转录物第二十一页，讲稿共一百三十八页哦（3）病毒基因组的复制）病毒基因组的复制T抗原控制病毒的复制，启动晚期转录抗原控制病毒的复制，启动晚期转录第二十二页，讲稿共一百三十八页哦1、HBV基因组结构基因组结构（1）双链（）双链（）DNA病毒病毒（2）二条链长短不一）二条链长短不一（3）重叠基因）重叠基因（二）（二）HBV基因组基因组（DNA-RNA病毒）病毒）第二十三页，讲稿共一百三十八页哦第二十四页，讲稿共一百三十八页哦第二十五页，讲稿共一百三十八页哦2、HBV基因组复制基因组复制（1）cccDNA（共价双链闭环状（共价双链闭环状DNA）的生成）的生成（2）转录生成（）转录生成（）RNA（3）合成（）链）合成（）链DNA和（）链和（）链DNA（4）形成子代病毒）形成子代病毒第二十六页，讲稿共一百三十八页哦（三）脊髓灰白质炎病毒基因组（三）脊髓灰白质炎病毒基因组（单链单链()RNA病毒病毒）1.基因组的特征基因组的特征（mRNA）第二十七页，讲稿共一百三十八页哦2.基因组信息表达的特点基因组信息表达的特点第二十八页，讲稿共一百三十八页哦()RNA)RNA5-pUUNNNNN5-pUUNNNNNNNNAAAAAAAn 3NNNAAAAAAAn 3VPg蛋白形成后，可以共价结合两个蛋白形成后，可以共价结合两个U，成为，成为病毒病毒RNA复制的引物。复制的引物。3.基因组复制特点基因组复制特点UUp-UUp-（引导合成负链（引导合成负链RNA）第二十九页，讲稿共一百三十八页哦()RNA)RNA3AANNNNNNN3AANNNNNNNNNNUUUUUUUp-5 NNNUUUUUUUp-5 -pUU-pUU新合成的（）新合成的（）RNA的的poly(A)尾不是另外加上尾不是另外加上去的，而是直接复制出来的。去的，而是直接复制出来的。（引导合成正链（引导合成正链RNA）第三十页，讲稿共一百三十八页哦()RNA)RNA3AANNNNNNN3AANNNNNNNNNNUUUUUUUp-NNNUUUUUUUp-5 5 -pUU-pUU（引导合成正链（引导合成正链RNA）合成的合成的()RNA实际上有三种用途：实际上有三种用途：作为作为mRNA翻译病毒蛋白质翻译病毒蛋白质;作为模板复制（）作为模板复制（）RNA;作为子代病毒的作为子代病毒的RNA,加上蛋白质后包装成加上蛋白质后包装成病病毒颗粒。毒颗粒。第三十一页，讲稿共一百三十八页哦（四）逆转录病毒基因组（四）逆转录病毒基因组（RNA-DNA病毒）病毒）1.基因组结构特征基因组结构特征 （1）帽子结构和多聚）帽子结构和多聚A尾尾 （2）编码区）编码区第三十二页，讲稿共一百三十八页哦（3）非编码区（调控区）非编码区（调控区）重复序列重复序列R区区 引物结合区引物结合区 U区区 DLS、和和C区区第三十三页，讲稿共一百三十八页哦A A：编码区：编码区:所有逆转录病毒均含有所有逆转录病毒均含有3 3个基本结构基因个基本结构基因gag:gag:病毒衣壳蛋白病毒衣壳蛋白pol:pol:肽链内切酶肽链内切酶,一个逆转录酶一个逆转录酶,一个与前病毒整一个与前病毒整 合合相关的酶相关的酶env:env:包膜蛋白包膜蛋白B B：非编码区：非编码区:与基因组复制和基因表达有关与基因组复制和基因表达有关A:RA:R区区:两端的重复序列两端的重复序列,与与cDNAcDNA合成有关合成有关B:B:引物结合区引物结合区(primer binding site,PB)(primer binding site,PB)C:UC:U区区:U3:U3 含强启动子含强启动子,起始转录起始转录RNA.RNA.U5 U5 与转录终止和加与转录终止和加polyApolyA有关有关D:DLS-D:DLS-C-C区区:DLS:DLS:两条病毒两条病毒(+)RNA(+)RNA链结合位点链结合位点 :包装信号包装信号:RNA:RNA装入病毒颗粒装入病毒颗粒 C:C:调控区调控区.第三十四页，讲稿共一百三十八页哦2、前病毒基因的转录、前病毒基因的转录（1）病毒基因组的形成（转录）病毒基因组的形成（转录）第三十五页，讲稿共一百三十八页哦U3有强启动子，有强启动子，5端的端的U3是病毒是病毒RNA的启的启动子，启动病毒动子，启动病毒RNA的转录；的转录；3端的端的U3可作为可作为下游基因的启动子。下游基因的启动子。R和和U5之间有加之间有加polyA信号信号的序列。的序列。第三十六页，讲稿共一百三十八页哦由由5端的端的U3提供启动子，从提供启动子，从U3和和R区分界区分界处开始转录。直到处开始转录。直到RNA转录到转录到3端的端的R和和U5之间之间时，时，RNA在在R和和U5交界处断裂，在交界处断裂，在RNA的的3端加端加polyA。第三十七页，讲稿共一百三十八页哦RNA5端的端的PB区与来自宿主细胞的区与来自宿主细胞的tRNA结合，两个相同的（结合，两个相同的（+）RNA又以平行的二聚体又以平行的二聚体结构在二聚体结合位点（结构在二聚体结合位点（DLS）以氢键相连。最）以氢键相连。最后，包装蛋白把病毒基因包装起来，形成病毒颗粒。后，包装蛋白把病毒基因包装起来，形成病毒颗粒。第三十八页，讲稿共一百三十八页哦（2）mRNA翻译翻译 gag基因的转录与翻译基因的转录与翻译 全长全长RNA能直接作为能直接作为gag基因的基因的mRNA，进，进行翻译。有行翻译。有90的的mRNA只翻译出只翻译出gag多蛋白质，多蛋白质，经肽链加工裂解成为病毒的衣壳蛋白。经肽链加工裂解成为病毒的衣壳蛋白。第三十九页，讲稿共一百三十八页哦pol基因的翻译基因的翻译RNA序列中有干扰序列中有干扰gag基因终止密码子的序列。约有基因终止密码子的序列。约有10的的mRNA在翻译过程中可以越过在翻译过程中可以越过gag基因的终止密码子，基因的终止密码子，一直翻译到一直翻译到pol基因的终止密码子，形成更大的多蛋白质，基因的终止密码子，形成更大的多蛋白质，经翻译后加工裂解，形成病毒的衣壳蛋白、逆转录酶和一经翻译后加工裂解，形成病毒的衣壳蛋白、逆转录酶和一种与前病毒整合有关的酶（种与前病毒整合有关的酶（integrase，整合酶）。，整合酶）。第四十页，讲稿共一百三十八页哦env基因的转录与翻译基因的转录与翻译 一部分全长一部分全长mRNA经过转录后剪接，使经过转录后剪接，使env基因的基因的编码区与病毒编码区与病毒RNA的的5端帽结构连接在一起，从而形端帽结构连接在一起，从而形成成env基因的基因的mRNA。翻译出病毒包膜的糖蛋白。翻译出病毒包膜的糖蛋白。第四十一页，讲稿共一百三十八页哦第第 二二 节节原原 核核 基基 因因 组组第四十二页，讲稿共一百三十八页哦一、原核生物基因组结构与功能的特点一、原核生物基因组结构与功能的特点第四十三页，讲稿共一百三十八页哦1、原核生物基因组通常由一条环状双链、原核生物基因组通常由一条环状双链DNA分子组分子组成。原核生物的基因组成。原核生物的基因组DNA虽与蛋白结合，但不虽与蛋白结合，但不形成染色体结构，只是习惯上将之称为染色体。形成染色体结构，只是习惯上将之称为染色体。第四十四页，讲稿共一百三十八页哦染染色色体体DNA在在细细胞胞内内形形成成一一个个致致密密区区域域，即类核（即类核（nucleoid）。类核无核膜将之与胞浆分开。）。类核无核膜将之与胞浆分开。在染色体在染色体DNA中含有许多基因。中含有许多基因。第四十五页，讲稿共一百三十八页哦2基因组中只有基因组中只有1个复制起点。个复制起点。第四十六页，讲稿共一百三十八页哦启动子（启动子（promoter),操纵元件（操纵元件（operator）结构基因结构基因,终止子（终止子（terminator)，3、原核基因的基本结构特点、原核基因的基本结构特点第四十七页，讲稿共一百三十八页哦结构基因（结构基因（structuregene)第四十八页，讲稿共一百三十八页哦4、操纵子结构、操纵子结构操操纵纵子子（operon）是是指指数数个个功功能能上上相相关关联联的的结结构构基基因因串串联联在在一一起起，构构成成信信息息区区，连连同同其其上上游游的的调调控控区区（包包括括启启动动子子和和操操纵纵区区）以以及及下下游游的的转转录录终终止止信信号号所构成的基因表达单位，所转录的所构成的基因表达单位，所转录的RNA为多顺反子。为多顺反子。第四十九页，讲稿共一百三十八页哦多顺多顺反子反子单顺单顺反子反子真核生物真核生物原核生物原核生物非编码序列第五十页，讲稿共一百三十八页哦启动子是启动子是RNA聚合酶结合的区域，聚合酶结合的区域，操纵区是特异阻遏蛋白结合区。操纵区是特异阻遏蛋白结合区。操纵子的转录通常受一个调节基因所表达的阻遏蛋白的操纵子的转录通常受一个调节基因所表达的阻遏蛋白的控制。控制。第五十一页，讲稿共一百三十八页哦核糖体蛋白的操纵子核糖体蛋白的操纵子:大大肠肠杆杆菌菌核核糖糖体体有有5050余余种种蛋蛋白白，其其基基因因是是组组合合在在数个操纵子中。如：数个操纵子中。如：S10S10L3L3L4L4L23L23L2L2L22L22S19S19S3S3L16L16L29L29S17S17operon:operon:L10L10L7L7L12L12operon:operon:S13S13S11S11S4S4L17L17(,:RNA(,:RNA聚合酶的亚单位聚合酶的亚单位 )第五十二页，讲稿共一百三十八页哦5、结结构构基基因因无无重重叠叠现现象象，基基因因组组中中的的任任何何一一段段DNA顺序不会用于编码两种蛋白质。顺序不会用于编码两种蛋白质。6、基因序列是连续的，无内含子。、基因序列是连续的，无内含子。第五十三页，讲稿共一百三十八页哦7、编编码码区区在在基基因因组组中中所所占占的的比比例例（约约占占50）远远远远大大于于真真核核基基因因组组，但但又又远远远远小小于于病病毒毒基基因因组组。非非编编码区主要是一些调控序列。码区主要是一些调控序列。第五十四页，讲稿共一百三十八页哦8、基基因因组组中中重重复复序序列列很很少少。编编码码蛋蛋白白质质的的结结构构基基因因多多为为单单拷拷贝贝，但但编编码码rRNA的的基基因因往往往是多拷贝的。往是多拷贝的。第五十五页，讲稿共一百三十八页哦9、具具有有编编码码同同工工酶酶的的基基因因（isogene）。这这是是一一类类结结构构上上不不完完全全相相同同，而而功功能能相相同同的的基基因因。例例如如在在大大肠肠杆杆菌菌中中含含有有2个个编编码码乙乙酸酸乳乳酸酸合合成成酶酶同同工工酶酶的基因的基因,和和2个编码分支酸变位酶同工酶的基因。个编码分支酸变位酶同工酶的基因。10、细菌基因组中存在着可移动的、细菌基因组中存在着可移动的DNA序列，包括序列，包括插入序列和转座子插入序列和转座子 第五十六页，讲稿共一百三十八页哦沙沙门门菌菌鞭鞭毛毛素素基基因因的的调调节节H2鞭毛素鞭毛素阻遏蛋白阻遏蛋白Hin重组酶重组酶倒位片段倒位片段hinH2IH1H1鞭毛素鞭毛素hinH2IDNA启动序列启动序列H1启动序列启动序列第五十七页，讲稿共一百三十八页哦二、染色体外的遗传物质二、染色体外的遗传物质 质粒质粒第五十八页，讲稿共一百三十八页哦（一）质粒的定义（一）质粒的定义质质粒粒（plasmid）是是细细菌菌细细胞胞内内携携带带的的染染色色体体之之外外的的环环状状DNA分分子子，是是共共价价闭闭合合的的环环状状DNA分分 子子（covalant closed circular DNA，cccDNA），可以独立于细菌染色体而进行复制），可以独立于细菌染色体而进行复制第五十九页，讲稿共一百三十八页哦第六十页，讲稿共一百三十八页哦1、质粒的大小、质粒的大小小型质粒：小型质粒：15kb小小型型质质粒粒易易于于通通过过转转化化作作用用进进入入细细菌菌，大大型型质质粒粒只只能能通通过过细细菌菌的的接接合合作作用用从从一一个个细细菌菌传传递递到到另另一一个个细菌。细菌。（二）质粒的主要特性（二）质粒的主要特性第六十一页，讲稿共一百三十八页哦2、质粒的复制、质粒的复制质质粒粒与与染染色色体体拷拷贝贝数数之之比比10为为低低拷拷贝贝数质粒，数质粒，10为高拷贝数质粒。为高拷贝数质粒。质质粒粒的的复复制制是是自自主主调调节节的的，不不受受染染色色体体复制调节因素的影响。复制调节因素的影响。复制调控系统由质粒上的复制起点（复制调控系统由质粒上的复制起点（ori）、质）、质粒的粒的rep基因和基因和cop基因构成。基因构成。低拷贝数质粒也称为严谨型质粒，自身产生的复制阻遏低拷贝数质粒也称为严谨型质粒，自身产生的复制阻遏作用较强，分子量较大。作用较强，分子量较大。高拷贝数质粒或称为松驰型质粒，分子量小。高拷贝数质粒或称为松驰型质粒，分子量小。第六十二页，讲稿共一百三十八页哦3、质粒的不相容性。、质粒的不相容性。利利用用相相同同复复制制系系统统的的质质粒粒不不能能共共存存于于同同一一个宿主细胞内，这种特性称为质粒的不相容性。个宿主细胞内，这种特性称为质粒的不相容性。两两个个具具有有相相同同或或密密切切相相关关复复制制起起始始位位点点和和调控机制的质粒不能共存于同一个宿主细胞内。调控机制的质粒不能共存于同一个宿主细胞内。第六十三页，讲稿共一百三十八页哦两个带有两个带有ColE1复制调控系统的质粒不复制调控系统的质粒不能共存于同一个细胞内。能共存于同一个细胞内。第六十四页，讲稿共一百三十八页哦pMB1和和ColE1是两个密切相关的复制调是两个密切相关的复制调控系统，带有控系统，带有pMB1和和ColE1复制调控系统的复制调控系统的质粒也是不相容的。质粒也是不相容的。第六十五页，讲稿共一百三十八页哦但但ColE1和和pMB1与带有与带有pSC101或或p15A复制调控系统的质粒则是完全相容的，复制调控系统的质粒则是完全相容的，可以共存于同一个细胞内。可以共存于同一个细胞内。第六十六页，讲稿共一百三十八页哦4 4、质粒与宿主细胞的关系。、质粒与宿主细胞的关系。（1 1）质质粒粒是是作作为为附附加加的的遗遗传传物物质质存存在在于于细细菌菌细细胞胞内内，其其复复制制和和遗遗传传均均独独立立于于宿宿主主细细胞胞染染色色体。体。（2 2）质粒的存在通常不是宿主细胞所必须的。）质粒的存在通常不是宿主细胞所必须的。（3 3）质质粒粒的的复复制制和和转转录录均均依依赖赖于于宿宿主主细细胞胞的的酶和蛋白质。酶和蛋白质。（4 4）在在特特定定的的条条件件下下，质质粒粒编编码码的的蛋蛋白白质质（酶）可以赋予宿主细胞生存优势。（酶）可以赋予宿主细胞生存优势。第六十七页，讲稿共一百三十八页哦5、质粒的功能、质粒的功能质质粒粒的的功功能能主主要要通通过过质质粒粒本本身身携携带带的的基基因因编编码码蛋蛋白白质质而而表表现现出出来来。携携带带质质粒粒的的宿宿主主细细胞胞可可表表现出相应的表型。现出相应的表型。（1）性质粒）性质粒（2）抗生素抗性）抗生素抗性（3）产生毒素的质粒（如大肠杆菌素）产生毒素的质粒（如大肠杆菌素）（4）降解复杂的有机化合物作为能源）降解复杂的有机化合物作为能源（5）产生限制和修饰酶）产生限制和修饰酶第六十八页，讲稿共一百三十八页哦6、质粒的转移性、质粒的转移性在在自自然然条条件件下下，有有些些质质粒粒可可以以通通过过细细菌的接合作用在细菌细胞间传递。菌的接合作用在细菌细胞间传递。基基因因工工程程中中常常用用的的质质粒粒载载体体缺缺乏乏转转移移所所需需的的基基因因（mob基基因因），不不能能通通过过接接合合作作用用在在细细胞胞间间传传递递，但但可可采采用用人人工工方方法法转转化化到到细菌细胞中。细菌细胞中。第六十九页，讲稿共一百三十八页哦三、转位因子三、转位因子第七十页，讲稿共一百三十八页哦转转位位因因子子（transposableelement），即即可可移移动动的的基基因因成成分分，是是指指能能够够在在一一个个DNA分分子子内内部部或或两两个个DNA分分子子之之间间移移动动的的DNA片片段段。在在细细菌菌中中，则则指指可可在在质质粒粒和和染染色色体体之之间间或或在在质质粒粒和和质质粒粒之之间间移移动动的的DNA片片段段。转转位位也也是是DNA重重组组的的一一种种形形式。式。第七十一页，讲稿共一百三十八页哦（一）转位因子的种类（一）转位因子的种类1、插入序列（、插入序列（insertionsequence,IS）（1）IS由由一一个个转转位位酶酶基基因因和和两两侧侧的的反反向向重重复序列组成。复序列组成。第七十二页，讲稿共一百三十八页哦（2 2）插入到新的位点后，两侧为顺向重复序列）插入到新的位点后，两侧为顺向重复序列（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。第七十三页，讲稿共一百三十八页哦（2 2）插入到新的位点后，两侧为顺向重复序列）插入到新的位点后，两侧为顺向重复序列（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。第七十四页，讲稿共一百三十八页哦2、转座子（、转座子（transposon,Tn）（1）结结构构基基因因的的两两侧侧含含2个个相相同同的的插插入入序序列列（复合型转座子）。（复合型转座子）。第七十五页，讲稿共一百三十八页哦（2）数个基因与）数个基因与2个反向重复序列，不含个反向重复序列，不含IS。（图3-7）第七十六页，讲稿共一百三十八页哦3、可转座的噬菌体（、可转座的噬菌体（transposablephage）（1）插入部位两侧有短的顺向重复序列）插入部位两侧有短的顺向重复序列（2）一个拷贝留在原位，新合成的拷贝插入新）一个拷贝留在原位，新合成的拷贝插入新的部位的部位（3）Mu噬菌体末端不含反向重复顺序噬菌体末端不含反向重复顺序第七十七页，讲稿共一百三十八页哦（二）转位作用的机理（二）转位作用的机理1 1、复制型转位机理、复制型转位机理共联体生成和解离，靶序列切割与复制共联体生成和解离，靶序列切割与复制（1 1）转座酶将转座子序列双链的相反极性端）转座酶将转座子序列双链的相反极性端同时切开单链切口。同时，在靶点序列两侧同时切开单链切口。同时，在靶点序列两侧各一条单链上造成一切口。各一条单链上造成一切口。第七十八页，讲稿共一百三十八页哦（2）供体上转座因子的游离端与靶位点）供体上转座因子的游离端与靶位点DNA上错开切割的突出端分别连接。上错开切割的突出端分别连接。（3）在宿主）在宿主DNA聚合酶的作用下进行复制，新聚合酶的作用下进行复制，新的转座成分通过半保留复制完成并伴有两个复的转座成分通过半保留复制完成并伴有两个复制子的融合，即形成制子的融合，即形成“共整合体共整合体”。第七十九页，讲稿共一百三十八页哦（4）此）此“共整合体共整合体”是以转座成分的正向重复是以转座成分的正向重复序列相连接的。序列相连接的。（5）tnpR基因编码的解离酶作用于共整合体中基因编码的解离酶作用于共整合体中转座因子的内解离区，切割、重组。转座因子的内解离区，切割、重组。第八十页，讲稿共一百三十八页哦（5）tnpR基因编码的解离酶作用于共整合体基因编码的解离酶作用于共整合体中转座因子的内解离区，使共整合体发生解中转座因子的内解离区，使共整合体发生解离，产生各含有一个离，产生各含有一个Tn拷贝的供体拷贝的供体DNA分子分子和受体和受体DNA分子。分子。第八十一页，讲稿共一百三十八页哦2、非复制型转位作用、非复制型转位作用转位酶将供体转位酶将供体DNA的转座因子两侧各切断一的转座因子两侧各切断一条单链，将靶序列的条单链，将靶序列的2个游离末端连接。个游离末端连接。随后并没有复制过程，而是由转位酶将供体随后并没有复制过程，而是由转位酶将供体DNA转座因子的另一端也切断，因此在供体转座因子的另一端也切断，因此在供体DNA上留下一个致死性缺口。上留下一个致死性缺口。转座子的两条游离单链在靶位点退火接合，转座子的两条游离单链在靶位点退火接合，DNA聚合酶填平缺口。聚合酶填平缺口。第八十二页，讲稿共一百三十八页哦第八十三页，讲稿共一百三十八页哦由转座子介导的转座由转座子介导的转座第八十四页，讲稿共一百三十八页哦第第 三节三节 真真 核核 生生 物物 基基 因因 组组 第八十五页，讲稿共一百三十八页哦一、真核生物基因组的结构一、真核生物基因组的结构与功能的特点与功能的特点第八十六页，讲稿共一百三十八页哦（一）真核基因的基本结构（一）真核基因的基本结构第八十七页，讲稿共一百三十八页哦1.结构基因：内含子和外显子结构基因：内含子和外显子真核生物的结构基因是不连续的，编码真核生物的结构基因是不连续的，编码序列被非编码序列打断。序列被非编码序列打断。第八十八页，讲稿共一百三十八页哦在编码序列之间的序列称为内含子（在编码序列之间的序列称为内含子（intron），编），编码序列称为外显子（码序列称为外显子（extron）。）。第八十九页，讲稿共一百三十八页哦2.顺式调控元件顺式调控元件（1）启动子：）启动子：真核生物的启动子是由真核生物的启动子是由TATA盒、上游启动子盒、上游启动子元件和转录起始位点组成。元件和转录起始位点组成。第九十页，讲稿共一百三十八页哦启启动动子子（promoter）启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶特特异异性性识识别别和和结结合合的的DNA序序列列。启启动动子子有有方方向向性性，位于结构基因转录起始点的上游，本身并不被转录。位于结构基因转录起始点的上游，本身并不被转录。第九十一页，讲稿共一百三十八页哦（2）上游启动子元件上游启动子元件上上游游启启动动子子元元件件是是TATA盒盒上上游游的的一一些些特特定定的的DNA序序列列，反反式式作作用用因因子子可可与与这这些些元元件件结结合合，通通过过调调节节TATA因因子子与与TATA盒盒的的结结合合、RNA聚聚合合酶酶与与启启动动子子的的结结合合及及转转录录起起始始复复合合物物的的形形成成（转转录录起起始始因因子子与与RNA聚聚合合酶酶结结合合）来来调调控控基因的转录效率。基因的转录效率。第九十二页，讲稿共一百三十八页哦第九十三页，讲稿共一百三十八页哦（3）反应元件）反应元件一一些些信信息息分分子子的的受受体体被被细细胞胞外外信信息息分分子子激激活活后后，能能与与特特异异的的DNA序序列列结结合合，调调控控基基因因的的表表达达。这这种种特特异异的的DNA序序列列实实际际上上也也是是顺顺式式元元件件，由由于于能能介介导导基基因因对对细细胞胞外外的的某某种种信信号号产产生生反反应应，被被称称为为反反应应元元件件（responseelements）。反反应应元元件件都都具具有有较较短短的的保保守守序序列列。这这些些元元件件通通常常位位于于启启动动子子附附近近和和增增强强子子内。有不少是回文序列。内。有不少是回文序列。第九十四页，讲稿共一百三十八页哦糖皮质激素反应元件：糖皮质激素反应元件：5-AGAACAXXXTGTTCT-33-TCTTGTXXXACAAGA-5雌激素反应元件：雌激素反应元件：5-AGGTCAXXXTGACCT-33-TCCAGTXXXACTGGA-5甲状腺素反应元件：甲状腺素反应元件：5-AGGTCATGACCT-33-TCCAGTACTGGA-5第九十五页，讲稿共一百三十八页哦（4）增强子）增强子增增强强子子（enhancer）是是一一段段DNA序序列列，其其中中含含有有多多个个能能被被反反式式作作用用因因子子识识别别与与结结合合的的顺顺式式作作用用元元件件。反反式式作作用用因因子子与与这这些些元元件件结结合合后后能能够够调调控控（通通常常为为增增强强）邻邻近近基基因因的的转转录录。增增强强子子一一般般位位于于转转录录起起始始点点上上游游100300bp处处，但但在在基基因因之之外外或或某某些些内内含子中也有增强子序列。含子中也有增强子序列。第九十六页，讲稿共一百三十八页哦（5）加尾信号）加尾信号在在结结构构基基因因的的最最后后一一个个外外显显子子中中有有一一个个保保守守的的AATAAA序序列列，此此位位点点下下游游有有一一段段GT丰丰富富区区，或或T丰丰富富区区；这这两两部部分分序序列列共共同同构构成成poly(A)加加尾尾信号。信号。第九十七页，讲稿共一百三十八页哦（二（二)基因家族基因家族(genefamily)基基因因家家族族是是指指核核苷苷酸酸序序列列或或编编码码产产物物的的结构具有一定程度同源性的一组基因。结构具有一定程度同源性的一组基因。基因家族中个基因之间的关系：基因家族中个基因之间的关系：第九十八页，讲稿共一百三十八页哦（1）家族中各基因的核苷酸序列完全一样）家族中各基因的核苷酸序列完全一样这这些些基基因因家家族族也也被被称称为为单单纯纯多多基基因因家家族族（如如rRNA,tRNA基基因因家家族族）和和复复合合多多基基因因家家族族（如组蛋白基因家族）。（如组蛋白基因家族）。（低等生物的（低等生物的5.8SrRNA基因基因,28SrRNA基因基因,18SrRNA基因）基因）第九十九页，讲稿共一百三十八页哦（高等生物的（高等生物的5.8SrRNA基因基因,28SrRNA基因基因,18SrRNA基因）基因）（1）家族中各基因的核苷酸序列完全一样）家族中各基因的核苷酸序列完全一样这这些些基基因因家家族族也也被被称称为为单单纯纯多多基基因因家家族族（如如rRNA,tRNA基基因因家家族族）和和复复合合多多基基因因家家族（如组蛋白基因家族）。族（如组蛋白基因家族）。第一百页，讲稿共一百三十八页哦tRNA基因基因:人类基因组约有人类基因组约有1300个个tRNA基因，编码基因，编码50多种多种tRNA。每一。每一tRNA约有约有10个到几百个个到几百个基因拷贝。同种基因拷贝。同种tRNA往往串联在一起形成往往串联在一起形成基因簇，但基因间有非转录间隔区分隔，常常基因簇，但基因间有非转录间隔区分隔，常常比结构基因长近比结构基因长近10倍。倍。第一百零一页，讲稿共一百三十八页哦（2）家族中各基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这些基因家族的各个成员在这些基因家族的各个成员在DNA分子上的排列顺分子上的排列顺序按照发育的不同阶段的先后次序排列，因而称为序按照发育的不同阶段的先后次序排列，因而称为受发育控制的复合多基因家族。受发育控制的复合多基因家族。第一百零二页，讲稿共一百三十八页哦人人类类生生长长激激素素基基因因家家族族：包包括括人人生生长长激激素素（hGH）、人人胎胎盘盘促促乳乳素素（hCS）和和催催乳乳素素（prolactin）。它它们们之间同源性很高。之间同源性很高。hGH和和hCS之间：之间：蛋白质氨基酸序列有蛋白质氨基酸序列有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。第一百零三页，讲稿共一百三十八页哦（3）家族中各基因编码的蛋白质具有高度的）家族中各基因编码的蛋白质具有高度的同源性，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，yesNH2COOH蛋白激酶同源结构域（蛋白激酶同源结构域（250个氨基酸残基）个氨基酸残基）此家族中各基因的此家族中各基因的DNA序列没有明显的同源性。序列没有明显的同源性。第一百零四页，讲稿共一百三十八页哦（4）家家族族中中各各基基因因编编码码的的蛋蛋白白质质中中具具有有很很小小的的保保守基序（守基序（conservedmotif）。）。如如DEADbox基因家族。基因家族。DEADbox：Asp-Glu-Ala-Asp此此家家族族中中各各基基因因的的DNA序序列列没没有有明明显显的的同同源源性性，但但所所有有的的表表达达产产物物都都有有解解旋旋酶酶的的功功能能，都都具具有有同同样样的的保保守守基基序序（DEAD盒盒），DEAD是是酶酶活活性性的的关键结构。关键结构。第一百零五页，讲稿共一百三十八页哦（5）基因超家族）基因超家族基基因因超超家家族族（genesuperfamily）是是指指一一组组由由多多基基因因家家族族及及单单基基因因组组成成的的更更大大的的基基因因家家族族。它它们们的的结结构构有有程程度度不不等等的的同同源源性性，因因此此它它们们可可能能都都起起源源于于相相同同的的祖祖先先基基因因，但但是是它它们们的的功功能能并并不不一一定定相相同同，这这一一点点正正是是与与多多基基因因家家族族的的差差别别所所在在。这这些些基基因因在在进进化化上上也也有有亲亲缘缘关关系系，但但亲亲缘缘关关系系较较远远，故故将将其其称称为基因超家族。为基因超家族。第一百零六页，讲稿共一百三十八页哦免免疫疫球球蛋蛋白白超超基基因因家家族族：表表达达产产物物都都具具有有免免疫疫球蛋白样的结构域结构。球蛋白样的结构域结构。2微微球球蛋蛋白白、MHC类类抗抗原原的的链链、类类抗抗原原的的链链和和链链，Thy1,CD4,CD8等等与与免免疫疫有有关关的的分分子子，以以后后又又陆陆续续发发现现了了许许多多免免疫疫系系统统内内和和与与免免疫疫无无关关的的家族成员。家族成员。第一百零七页，讲稿共一百三十八页哦丝氨酸蛋白酶基因超家族：丝氨酸蛋白酶基因超家族：丝丝氨氨酸酸蛋蛋白白酶酶家家族族的的基基因因产产物物都都有有一一个个特特殊殊的的功功能能区区，具具有有酶酶的的功功能能。功功能能区区中中丝丝氨氨酸酸是是活活性中心的关键氨基酸残基。性中心的关键氨基酸残基。现现有有很很多多新新成成员员加加进进去去，