基因概念和结构断裂基因.ppt

关于基因的概念与结构断裂基因第一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月在真核生物基因的分子图谱完成之前，我们一直设想真核在真核生物基因的分子图谱完成之前，我们一直设想真核生物基因与原核生物基因有着相同的组织结构，我们认为生物基因与原核生物基因有着相同的组织结构，我们认为构成基因一定长度的构成基因一定长度的DNADNA和蛋白质之间呈线性关系，但和蛋白质之间呈线性关系，但是比较了是比较了DNADNA结构和相应的结构和相应的mRNAmRNA之后，我们发现在很之后，我们发现在很多情况下两者之间存在差异，多情况下两者之间存在差异，mRNA mRNA总是包含着这样一总是包含着这样一段核苷酸序列，这段序列按照遗传密码原则编码相应的蛋段核苷酸序列，这段序列按照遗传密码原则编码相应的蛋白质产物，而基因中则含有额外序列，它位于编码区域内，白质产物，而基因中则含有额外序列，它位于编码区域内，并且打断了最终翻译成蛋白质的序列。并且打断了最终翻译成蛋白质的序列。第二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月目前我们认为，基因包括基因两侧的调控区域，目前我们认为，基因包括基因两侧的调控区域，这个调控区域为起始和终止（某些情况下）基因这个调控区域为起始和终止（某些情况下）基因的表达需要。的表达需要。第三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月由断裂基因组成的由断裂基因组成的DNADNA序列被分成两个部分：序列被分成两个部分：外显子外显子的序列包含在成熟的序列包含在成熟RNARNA中，精确地说，基因起中，精确地说，基因起始于一个外显子的始于一个外显子的55端，终止于另一个外显子的端，终止于另一个外显子的33端。端。内含子内含子是插入序列，在初始转录物加工成成熟是插入序列，在初始转录物加工成成熟RNARNA时时被除去。被除去。断裂基因与非断裂基因相比，其表达需要一个额外的步骤。断裂基因与非断裂基因相比，其表达需要一个额外的步骤。DNADNA转录成的转录成的RNARNA代表基因组序列。但这个代表基因组序列。但这个RNARNA只是一个只是一个前体分子，它不能翻译成蛋白质。它首先要去除内含子，形成前体分子，它不能翻译成蛋白质。它首先要去除内含子，形成只含外显子的信使只含外显子的信使RNARNA，这个过程称为，这个过程称为RNARNA剪接剪接（RNA RNA splicingsplicing）。剪接过程包括内含子从初始转录物中精确去除，）。剪接过程包括内含子从初始转录物中精确去除，内含子去除后形成的内含子去除后形成的RNARNA的两个末端连接在一起形成一个的两个末端连接在一起形成一个完整的共价分子。完整的共价分子。第四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月基因的长度由初始基因的长度由初始RNARNA前体的长度决定，而不是前体的长度决定，而不是由信使由信使RNARNA决定。外显子（决定。外显子（exonexon）通常按照）通常按照DNADNA中的相同排列顺序连接在一起。中的相同排列顺序连接在一起。所有的外显子都来源于相同的所有的外显子都来源于相同的RNARNA分子，它们分子，它们的剪接只是一种分子内反应。通常不存在不的剪接只是一种分子内反应。通常不存在不同同RNARNA分子之间的外显子的连接，因此从剪接机制分子之间的外显子的连接，因此从剪接机制上排除了任何不同等位基因序列之间的剪接。若基上排除了任何不同等位基因序列之间的剪接。若基因中位于不同外显子的突变不能由另一个突变互补，因中位于不同外显子的突变不能由另一个突变互补，则把它们视为相同互补组中的成员。则把它们视为相同互补组中的成员。第六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月直接影响蛋白质序列的突变位于外显子中，那直接影响蛋白质序列的突变位于外显子中，那么内含子中的突变有什么作用呢？内含子的突么内含子中的突变有什么作用呢？内含子的突变会不会影响蛋白质序列？变会不会影响蛋白质序列？既然内含子不包含在信使既然内含子不包含在信使RNARNA中，那么它们发生突变就不中，那么它们发生突变就不会直接影响蛋白质的结构。但是内含子的突变却可以抑制信使会直接影响蛋白质的结构。但是内含子的突变却可以抑制信使RNARNA产物的生成，比如抑制外显子的剪接。这种类型的突变只作产物的生成，比如抑制外显子的剪接。这种类型的突变只作用于携带该基因的等位基因，因此，它们不能被等位基因中的其他用于携带该基因的等位基因，因此，它们不能被等位基因中的其他突变所互补并且像外显子一样是同一互补组的组成成分。突变所互补并且像外显子一样是同一互补组的组成成分。影响剪接的突变通常是有害的。这种突变大部分是在外影响剪接的突变通常是有害的。这种突变大部分是在外显子和内含子的连接处发生单个碱基的置换，这样就导致产显子和内含子的连接处发生单个碱基的置换，这样就导致产物中外显子的丢失和内含子的不切除，或使在异常位点发生物中外显子的丢失和内含子的不切除，或使在异常位点发生剪接。最通常的结果是产生一个终止密码子，从而导致蛋白剪接。最通常的结果是产生一个终止密码子，从而导致蛋白质序列的截短。引起人类疾病的约质序列的截短。引起人类疾病的约15%15%的点突变是由剪接的的点突变是由剪接的破坏而引起的。破坏而引起的。第七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月只有在已知只有在已知DNADNA功能或已经鉴定功能或已经鉴定出突变的情况下出突变的情况下才能得到该才能得到该DNADNA的限制性酶切图的限制性酶切图谱？谱？第八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月断裂基因仅存在于真核生物中吗？内含子通常不具备可读框，去除内含子后内含子通常不具备可读框，去除内含子后mRNAmRNA序列才序列才会产生一个完整的读框。会产生一个完整的读框。所有种类的基因都有可能被打断，如编码蛋白质的核基所有种类的基因都有可能被打断，如编码蛋白质的核基因、编码因、编码rRNArRNA的核仁基因和编码的核仁基因和编码tRNAtRNA的基因。在低等真的基因。在低等真核生物的线粒体和叶绿体基因中，我们也发现了断裂基核生物的线粒体和叶绿体基因中，我们也发现了断裂基因。断裂基因并非只存在于真核生物中，也存在于细菌因。断裂基因并非只存在于真核生物中，也存在于细菌和噬菌体中，尽管在原核生物基因组中发现断裂基因的和噬菌体中，尽管在原核生物基因组中发现断裂基因的概率非常低。概率非常低。第十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第十二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月外显子序列保守而内含子序列变化多端是由于外显子和内含子中发生突变的概率不同的结果？第十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第十五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月外显子捕捉技术外显子捕捉技术分离基因分离基因外显子捕获外显子捕获(exon trapping)(exon trapping)是构建一是构建一种载体，从其插入片段中识别和回种载体，从其插入片段中识别和回收外显子序列，从而克隆目的基因。收外显子序列，从而克隆目的基因。凡是有内含子和外显子的基因在转凡是有内含子和外显子的基因在转录后都要经过录后都要经过RNARNA剪接，这就需要剪接，这就需要有剪接供体有剪接供体(splicing donor(splicing donor，SD)SD)位点和位点和剪接受体剪接受体(splicing acceptor(splicing acceptor，SA)SA)位点。位点。因此，因此，SASA位点可作为基因的标志。位点可作为基因的标志。pETVpETV咀载体的克隆位点上游有一个咀载体的克隆位点上游有一个“外显子捕获序列外显子捕获序列”(exon trap cassette)(exon trap cassette)，可用来识别载体的插入片段中有，可用来识别载体的插入片段中有无无SASA位点。位点。第十六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第十七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第十八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月大多数基因由一条大多数基因由一条DNADNA序列组成，这个序列组成，这个DNADNA序列只编序列只编码一种蛋白质（尽管基因两端可能包含非编码区域码一种蛋白质（尽管基因两端可能包含非编码区域或编码区内含有内含子），但是，也存在或编码区内含有内含子），但是，也存在DNADNA单条单条序列编码一种以上蛋白质的情况。序列编码一种以上蛋白质的情况。重叠基因重叠基因（overlapping geneoverlapping gene）发生在相对简单的情）发生在相对简单的情况下，其中一条基因是另一条基因的一部分，基因况下，其中一条基因是另一条基因的一部分，基因的第二部分（或第一部分）独立地用来翻译一种蛋的第二部分（或第一部分）独立地用来翻译一种蛋白质，这种蛋白质代表整条基因翻译出的蛋白质的白质，这种蛋白质代表整条基因翻译出的蛋白质的第一（或第二）部分。第一（或第二）部分。第十九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月重重叠叠基基因因第二十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月可变剪接可变剪接第二十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第二十二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月早期内含子模型：编码的编码的序列需要精密重组，重序列需要精密重组，重组失败，则细胞损伤。组失败，则细胞损伤。RNARNA的剪接为了利用转的剪接为了利用转录出的新链的尝试，如录出的新链的尝试，如果不成功还可利用原来果不成功还可利用原来的链。则的链。则RNARNA缺失时不缺失时不产生损害性后果，但若产生损害性后果，但若DNADNA缺失，则会产生损缺失，则会产生损害性的不稳定性。害性的不稳定性。第二十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月与之相反的例子。无论内含子存在与否，我们仍与之相反的例子。无论内含子存在与否，我们仍能发现一些能发现一些rRNA rRNA 和和tRNAtRNA基因的可变剪接。似乎基因的可变剪接。似乎进化不能将基本基因连接在一起，最大可能就是进化不能将基本基因连接在一起，最大可能就是连续的基因中插入内含子。连续的基因中插入内含子。第二十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 如果目前的蛋白质是由最初分开但后来组合在一起的祖先蛋如果目前的蛋白质是由最初分开但后来组合在一起的祖先蛋白质进化而来，那么基因单位的增长可能经过几个连续的时期，白质进化而来，那么基因单位的增长可能经过几个连续的时期，一次增加一个外显子。在现在的基因结构中能观察到基因的不同一次增加一个外显子。在现在的基因结构中能观察到基因的不同功能被拼凑在一起的现象吗？即，我们能将目前蛋白质的特殊功功能被拼凑在一起的现象吗？即，我们能将目前蛋白质的特殊功能等同于单一外显子吗？能等同于单一外显子吗？这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、内含子这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的表面。当一个边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加的模块的连接都是趋模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。向位于蛋白质的表面。第二十五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月一些例子证明在基因结构和蛋白质结构之间有一些例子证明在基因结构和蛋白质结构之间有着清楚的关系。免疫球蛋白就是其中一个最典着清楚的关系。免疫球蛋白就是其中一个最典型的一例，编码此基因的每个外显子与蛋白质型的一例，编码此基因的每个外显子与蛋白质的一个已知功能的结构域完全一致。的一个已知功能的结构域完全一致。第二十六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月很多例子表明基因的某些外显子可以通过特殊很多例子表明基因的某些外显子可以通过特殊的功能而被鉴定出来，如在分泌蛋白质中，它的功能而被鉴定出来，如在分泌蛋白质中，它的第一个外显子编码多肽的的第一个外显子编码多肽的N N端区域，通常是参端区域，通常是参与膜分泌的信号序列，胰岛素就是其中一例。与膜分泌的信号序列，胰岛素就是其中一例。第二十七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第二十八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。第二十九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三十二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月思考1、Interrupted gene2、Overlapping gene3、Alternative splicing4、Intron5、Exon6、Southern blotting第三十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月1、断裂基因仅存在于真核生物中。2、内含子的突变不会影响蛋白质序列。3、内含子的位置通常是保守的，而内含子的长度变化很大。4、外显子序列保守而内含子序列变化多端是由于外显子和内含子中发生突变的概率不同的结果。5、基因长度与mRNA长度或蛋白质产物长度之间并不相关。第三十五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第三十六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月