第2章-染色体和基因组(上)药学分子生物学课件.ppt

2023/2/14China Pharmaceutical University1第二章第二章染色质、染色体、基因和基因组染色质、染色体、基因和基因组v第一节第一节染色质和染色体染色质和染色体chromatinandchromosomev第二节第二节基因基因genev第三节第三节基因组基因组genome2023/2/14China Pharmaceutical University2第一节第一节染色质和染色体染色质和染色体vv染色质染色质染色质染色质ChromatinChromatin describesthestateofnuclearDNAanditsassociatedproteinsduringtheinterphase(betweenmitosis)oftheeukaryoticcellcycle.vv染色体染色体染色体染色体AchromosomeAchromosomeisadiscreteunitofthegenomecarryingmanygenes.EachchromosomeconsistsofaverylongmoleculeofduplexDNAandanapproximatelyequalmassofproteins.Itisvisibleasamorphologicalentityonlyduringcelldivision.一一.染色质和染色体的形态染色质和染色体的形态2023/2/14China Pharmaceutical University3v常染色质常染色质euchromatin浓缩程度低，转录活跃；常分布于核质浓缩程度低，转录活跃；常分布于核质;染色着染色着色较浅色较浅.v异染色质异染色质heterochromatin高度浓缩，一般不转录；常分布于核仁和核膜高度浓缩，一般不转录；常分布于核仁和核膜,染色体的端粒和着丝粒染色体的端粒和着丝粒;染色着色较深染色着色较深.染色质具有两种不同的形态染色质具有两种不同的形态:常染色质和异染色质常染色质和异染色质常染色质和异染色质常染色质和异染色质（一）（一）.染色质染色质ChromatinChromatin2023/2/14China Pharmaceutical University4vDNA核小体核小体螺线体螺线体超螺线体超螺线体7倍倍压缩压缩 6倍倍40倍倍5倍倍从核小体到染色从核小体到染色体体中期中期染色体染色体 30nm300nm 11nm 2nm2023/2/14China Pharmaceutical University6核心组蛋白与连接组蛋白核心组蛋白与连接组蛋白组成2023/2/14China Pharmaceutical University7染色质环染色质环（代表转录的功能域，一个基（代表转录的功能域，一个基因或基因簇）因或基因簇）螺线体螺线体(30nm)双螺旋双螺旋DNA(2nm)核小体核小体(11nm)中期染色单体中期染色单体超螺线体超螺线体(300nm)2.螺线体螺线体3.超螺线体超螺线体 2023/2/14China Pharmaceutical University8（二）（二）.染色体染色体chromosome端粒、着丝粒、复制起始点端粒、着丝粒、复制起始点是染色体三要素是染色体三要素z1.复制起始点复制起始点 z1114bp，同源性强，富含，同源性强，富含ATz2.着丝粒着丝粒 centromere（CEN）z 8090bp富含富含AT，两端分别为，两端分别为14、11bp保守区域保守区域2023/2/14China Pharmaceutical University10端粒的结构：四膜虫（端粒的结构：四膜虫（T2G4）n，人（，人（TTAGGG）n端粒的功能端粒的功能 保持染色体的稳定保持染色体的稳定 使线形使线形DNA的顺利复制的顺利复制 影响染色体的行为影响染色体的行为 可能控制细胞的寿命可能控制细胞的寿命 和核骨架的组成有关和核骨架的组成有关端粒与肿瘤和衰老的关系端粒与肿瘤和衰老的关系正常细胞除生殖细胞和干细胞外，端粒酶皆为失活状正常细胞除生殖细胞和干细胞外，端粒酶皆为失活状态；端粒酶在肿瘤细胞的表达阳性率达态；端粒酶在肿瘤细胞的表达阳性率达85%95%；真核细胞端粒随细胞的分裂而缩短，直到细胞衰老。真核细胞端粒随细胞的分裂而缩短，直到细胞衰老。2023/2/14China Pharmaceutical University11端粒酶抑制剂的研究端粒酶抑制剂的研究v1.针对针对RNA部分的反义核酸部分的反义核酸v2.逆转录酶抑制剂逆转录酶抑制剂v3.核苷类似物核苷类似物2023/2/14China Pharmaceutical University13二二.染色质和染色体的化学成分及组成染色质和染色体的化学成分及组成染色质由染色质由DNA、RNA、组蛋白和非组蛋白等组成、组蛋白和非组蛋白等组成（一）（一）DNA（二）（二）组蛋白组蛋白v核心组蛋白核心组蛋白碱性蛋白质，序列保守碱性蛋白质，序列保守有有H2A、H2B、H3、H4四种四种v连接组蛋白连接组蛋白H1（三）（三）非组蛋白非组蛋白参与参与DNA复制转录作用的各种蛋复制转录作用的各种蛋白酶及结构蛋白质和部分转录因子白酶及结构蛋白质和部分转录因子（四）（四）RNA2023/2/14China Pharmaceutical University15第二节第二节基因基因Genep39v一、一、基因的生物学定义基因的生物学定义从基因研究的历史中发现基因概念的演绎从基因研究的历史中发现基因概念的演绎2023/2/14China Pharmaceutical University16119世纪中世纪中Mendel，hereditaryfactor21909年年JohnansenGene3Morgon染色体是基因的载体；连锁和交换定律染色体是基因的载体；连锁和交换定律4Watson和和Crick5Benzer基因是有功能的基因是有功能的DNA片段，顺反子片段，顺反子6Jacob.Monod操纵子模型操纵子模型单顺反子和多顺反单顺反子和多顺反子子2023/2/14China Pharmaceutical University18v假如一个假如一个DNA片断上有两个突变位点片断上有两个突变位点a和和b，其在杂合细胞中，其在杂合细胞中同源染色体上的排列有两种情况（如下），在顺式排列中，同源染色体上的排列有两种情况（如下），在顺式排列中，有一个有一个DNA片断是未突变的，其所决定的性状为野生型，而片断是未突变的，其所决定的性状为野生型，而在反式排列中，每个在反式排列中，每个DNA片断都由一个正常位点和一个突变片断都由一个正常位点和一个突变位点组成，如果这个个体的表现为野生型，则说明位点组成，如果这个个体的表现为野生型，则说明a.b两个位两个位点属于不同的基因，即不同顺反子，点属于不同的基因，即不同顺反子，a/+,b/+都有一个正常基都有一个正常基因，其功能发生了互补。如果个体表现为突变型，则说明因，其功能发生了互补。如果个体表现为突变型，则说明a和和b是一个基因内的不同突变点，一个基因在任何一点发生突是一个基因内的不同突变点，一个基因在任何一点发生突变都会影响基因正常功能而表现为突变性状，这种试验就是变都会影响基因正常功能而表现为突变性状，这种试验就是互补试验或称顺反试验。在反式结构中不能互补的各个突变互补试验或称顺反试验。在反式结构中不能互补的各个突变位点在染色体上所占的一个区域就叫一个顺反子。位点在染色体上所占的一个区域就叫一个顺反子。互补试验是比较顺式和反式构型的细胞，从而判断互补试验是比较顺式和反式构型的细胞，从而判断两个突变是否属于同一基因的测验两个突变是否属于同一基因的测验测验基因间测验基因间是否互补。是否互补。概念二：概念二：互补试验互补试验complementationTest2023/2/14China Pharmaceutical University19如果两个突变产生野生型如果两个突变产生野生型表型，那么这两个突变点表型，那么这两个突变点或者在同一基因处于或者在同一基因处于顺式顺式顺式顺式，或者发生在不同的基因或者发生在不同的基因（无论顺式还是反式）（无论顺式还是反式）如果两个突变点产生突变如果两个突变点产生突变型表型，那么这两种突变型表型，那么这两种突变在同一基因处于在同一基因处于反式反式反式反式两个突变点不能在反式两个突变点不能在反式排列中互补，它们属于排列中互补，它们属于同一互补群同一互补群杂合细胞的同源染色体杂合细胞的同源染色体野生型野生型野生型互补试验互补试验反式反式顺式顺式2023/2/14China Pharmaceutical University20概念三：顺反子概念三：顺反子cistronv在反式结构中不能互补的各个突变位点在染色体上在反式结构中不能互补的各个突变位点在染色体上所占的一个区域就叫一个所占的一个区域就叫一个顺反子顺反子。顺反子即基因（错误）顺反子即基因（错误）一个顺反子是一条编码多肽链的单位（不完全对）一个顺反子是一条编码多肽链的单位（不完全对）2023/2/14China Pharmaceutical University21 基因研究的历史中有出现一些新的发现，挑战基因的概念：重叠基因断裂基因跳跃基因复等位基因假基因2023/2/14China Pharmaceutical University22（一）重叠基因（一）重叠基因(overlapping gene)v采莲人采莲人在绿杨津在绿杨津，在绿杨津在绿杨津一阙新；一阙新；一阙新歌声漱玉一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人歌声漱玉采莲人。2023/2/14China Pharmaceutical University24 X174 3种重叠方式：种重叠方式：1.一个基因的核苷酸序列一个基因的核苷酸序列完全包含在另一基因的核完全包含在另一基因的核苷酸序列之中。苷酸序列之中。2.两个基因的核苷酸序列两个基因的核苷酸序列之末端密码子相互重叠。之末端密码子相互重叠。3.一个碱基重复一个碱基重复2023/2/14China Pharmaceutical University25目前认为，基因重叠有如下几种：目前认为，基因重叠有如下几种：1.异相位基因重叠异相位基因重叠 .UGAUG.2.同相位基因重叠同相位基因重叠 所编码蛋白质长短不同，氨基酸序列完全相同所编码蛋白质长短不同，氨基酸序列完全相同3.反向基因重叠反向基因重叠 DNA双链分别作为编码链双链分别作为编码链2023/2/14China Pharmaceutical University26（二）断裂基因（二）断裂基因splitgene 传统的观点认为每个结构基因是一段连续的传统的观点认为每个结构基因是一段连续的DNA序列，到序列，到1977年法国的年法国的Sharp等和美国的等和美国的Roberts等首次在猴类病毒等首次在猴类病毒SV40和腺病毒中发现和腺病毒中发现基因内部以及基因与基因之间存在有间隔序列基因内部以及基因与基因之间存在有间隔序列（spacer sequence），从而产生断裂基因的概念。），从而产生断裂基因的概念。高等真核生物多数都有内含子，只有少数基因高等真核生物多数都有内含子，只有少数基因没有内含子如组蛋白基因。没有内含子如组蛋白基因。2023/2/14China Pharmaceutical University28v请从生物进化的角度分析断裂基因存在请从生物进化的角度分析断裂基因存在的意义的意义2023/2/14China Pharmaceutical University29（三）复等位基因（三）复等位基因v某个基因座上不同等位基因的总数超过一对，这被某个基因座上不同等位基因的总数超过一对，这被称为复等位基因。称为复等位基因。v人血型基因人血型基因vMHC2023/2/14China Pharmaceutical University31假基因往往是一系列突变的积累假基因往往是一系列突变的积累Active genePseudogene启动子突变启动子突变剪接点缺失剪接点缺失无义突变无义突变错义突变错义突变2023/2/14China Pharmaceutical University32l假基因分为两类：假基因分为两类：l含有与正常基因相似的内含子和外显子，含有与正常基因相似的内含子和外显子，如人珠蛋白基因（见基因家族）如人珠蛋白基因（见基因家族）l没有内含子，如人金属硫蛋白基因没有内含子，如人金属硫蛋白基因2023/2/14China Pharmaceutical University33二、基因的分子生物学定义二、基因的分子生物学定义v基因中除编码蛋白质或基因中除编码蛋白质或RNA的核酸序列还的核酸序列还包括：包括：前导区前导区mRNA起始密码起始密码5非编译序列非编译序列尾部区尾部区mRNA3终止密码子后非编译序列终止密码子后非编译序列内含子内含子外显子外显子vv基因基因基因基因是染色体上有特定核苷酸序列的是染色体上有特定核苷酸序列的DNA片段，片段，它是储存遗传信息的功能单位它是储存遗传信息的功能单位.2023/2/14China Pharmaceutical University34E.coli基因组：基因组：v2.4102.4109 9 DaDa，4.24.2 10106 6 bpbp类核（类核（nucleoidnucleoid）每每200bp200bp就就有有一一个个负负超超螺螺旋旋,即基因组中含即基因组中含5%5%的负超螺旋的负超螺旋.三、原核生物基因特征三、原核生物基因特征2023/2/14China Pharmaceutical University351.功能相关的基因高度集中，即功能上密切相关的基功能相关的基因高度集中，即功能上密切相关的基因构成操纵子；因构成操纵子；v2.编码蛋白质的基因通常以单拷贝形式存在编码蛋白质的基因通常以单拷贝形式存在v3.RNA基因常是多拷贝的基因常是多拷贝的v4.细菌的结构基因是连续的细菌的结构基因是连续的v5.细菌中细菌中DNA大部分用于编码蛋白质大部分用于编码蛋白质v6.细菌结构基因重复序列少细菌结构基因重复序列少v7.单个染色体呈环状，基因组单个染色体呈环状，基因组DNA并不和蛋白质固并不和蛋白质固定结合定结合原核生物基因特征原核生物基因特征 p43 2023/2/14China Pharmaceutical University36Lac operon