第一章 遗传物质基础(M) [兼容模式].pdf

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1、2009/11/231MICROBIOLOGICAL GENETICS微生物遗传学微生物遗传学潘力潘力遗传遗传(Heredity,inheretance):基因的结构基因的结构(gene construction)DNA的复制的复制(replication),基因表达基因表达(gene expression)表达调控表达调控(regulation)基因纵向转递转化基因纵向转递转化(transformation)基因横向转递转导基因横向转递转导(transduction)转染转染(transfection)无性繁殖无性繁殖接合接合(conjugation)遗传学:遗传学:遗传遗传与与变异变异的规

2、律和机制的规律和机制无性繁殖无性繁殖接合接合(conjugation)保持物种稳定转基因保持物种稳定转基因(transgene)变异(variation)基因重组(Recombination)染色体间 减数分裂中染色体的自由组合染色体内 染色体的重排（Rearrangements)转基因体外重组突变(Mutation)基因突变染色体畸变（Aberration）有性繁殖物种进化变异(variation)基因重组(Recombination)染色体间 减数分裂中染色体的自由组合染色体内 染色体的重排（Rearrangements)转基因体外重组突变(Mutation)基因突变染色体畸变（Aberr

3、ation）有性繁殖物种进化1952年，年，Wilkins和和Franklin用高度定向的用高度定向的DNA纤维作出高质量的纤维作出高质量的X-光衍射照片光衍射照片DNA二级结构双螺旋模型1953年，年，Watson和和Crick提出提出DNA的反向平行的反向平行双螺旋双螺旋模型模型B型型DNA双螺旋结构的构象变异双螺旋结构的构象变异核苷酸顺序；碱基组成；盐的种类；相对湿度。DNA结构模型DNA结构模型1遗传物质基础1962年，年，Wilkins、Watson和和Crick共获诺贝尔化学奖共获诺贝尔化学奖Z型DNA:Z型DNA:左旋;“之”骨架;大沟消失，小沟窄而深。条件:高盐(NaCl2Mo

4、l/L,MgCl20.7 Mol/L)DNA的三级结构DNA的三级结构链的扭结和超螺旋或者是单链形成的环或是环状DNA中的连环体Watson and Crick，1953人类科学发展历人类科学发展历人类科学发展历人类科学发展历史上的伟大里程碑。史上的伟大里程碑。DNA的变性(DNA的变性(denaturation or melting)与复性(与复性(renaturation or annealing)DNA变性因素DNA变性因素：高温、酸、碱、尿素、甲酰胺DNA变性后性质变化DNA变性后性质变化：（1）流体力学的性质发生改变：粘度下降，而沉降速度增加；（2）提高了对紫外线的吸收能力，此称为增

5、色效应（hyperchromic effect）浓度为50g/ml：dsDNA A260=1.00，ssDNA的A260=1.37，游离碱基 A260=1.60解链温度解链温度（melting temperature,Tm）或熔点（melting temperature,Tm）或熔点：A260的升高达到极大值一半时的温度，即是变性温熔解曲线熔解曲线260的高达到极大值半时的度，即是变性度范围的中点。影响Tm的因素影响Tm的因素外部条件：温度和正离子浓度。（离子90%；左侧的元件(I)含有PuTCACPuTG顺序（Pu是嘌呤），右侧的元件(III)是由26bp组成的保守区，此区也是A-T丰富区。

6、所有真核生物的着丝粒功能都相同，但其DNA却具有种的特异性。着丝粒着丝粒端粒（端粒（telomere）几种生物端粒的重复单位几种生物端粒的重复单位生生 物物物物 种种DNA来源来源重复单位重复单位（53）密封着染色体末端，保证线性分子的稳定性。端粒序列：1)都有短的正向重复序列：Cn(A/T)mGn(T/A)mn=189,m=14；2)有一条单链末端，富含G，带有3OH；3)端粒部分DNA受蛋白质保护。功能：功能：保持染色体的稳定使线形DNA的顺利复制影响染色体的行为可能控制细胞的寿命和核骨架的组成有关生生 物物物物 种种DNA来源来源重复单位重复单位（53）四膜虫四膜虫Tetrahymena

7、,Paramecium大核大核CCCCAA尖毛虫尖毛虫StylonchiaOxytricha,Euplotes大核大核CCCCAAAA鞭毛虫鞭毛虫Trypanosoma,Leishmania微染色体微染色体CCCTA酵母酵母Saccharomyces染色体染色体C2-3A(CA)1-3拟南芥菜拟南芥菜Arabidopsis染色体染色体C3TA3泥毛霉菌泥毛霉菌Phyparum,DictyosteliumrDNACCCTA人人Homo Sapiens染色体染色体C3TA2这段RNA为合成富含C的序列提供了模板。形成互补序列的碱基对一个接一个以固有的顺序加和在一起。酶是间断性作用的：模板RNA位于

8、DNA前体上几个核苷酸加和到前体上然后酶又回到端粒酶端粒酶是一个巨大核蛋白，它含有一小段RNA，几个核苷酸加和到前体上，然后酶又回到原处，开始另一次作用。端粒酶是一个逆转录酶的特殊例子，它用RNA作为模板合成DNA。基因家族与基因簇基因家族（基因家族（gene family）：真核生物的基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这样的一组基因称为基因家族。如：血红蛋白基因家族。基因簇（基因簇（gene cluster）：来源相同，结构相似，功能相关的基因家族基因彼此靠近成串排列在一起，形成一个基因簇。2009/11/238人基因组（genome)的DNA含人基因组（genome)的DN

9、A含3.0109的碱基对的碱基对.单一序列单一序列（unique sequence)：（unique sequence)：一个基因组中只有1个或很少几个拷贝,由800-1000bp组成，构成结构基因(33.5万)。占基因组的占基因组的60%65%轻度重复顺序：轻度重复顺序：在基因组中含有2-10拷贝，酵母tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。高度重复序列高度重复序列(high repetitive)卫星卫星DNA（随体（随体DNA）：）：210bp，用梯度离心法将它与主体，用梯度离心法将它与主体DNA分开，其序列成串排列分开，其序列成串排列,简单重复，集中分布在染色体的随体上，简单重复，集中分

10、布在染色体的随体上，5%-6%。微卫星。微卫星DNA，26bp为重复单位，长度为重复单位，长度1060bp，高度重，高度重复复，表现为高度多态表现为高度多态。sequence)反向重复序列：反向重复序列：复复，表现为高度多态表现为高度多态。DNA分子双链的某些部分，碱基排列呈反向序列相同现象。如：分子双链的某些部分，碱基排列呈反向序列相同现象。如：高度重复序列高度重复序列高度重复序列高度重复序列高度重复序列：由很短的碱基序列重复而成，长度高度重复序列：由很短的碱基序列重复而成，长度高度重复序列：由很短的碱基序列重复而成，长度高度重复序列：由很短的碱基序列重复而成，长度2 2200 bp200

11、bp，重复次数重复次数重复次数重复次数10106 610108 8。卫星卫星卫星卫星DNA(satellite DNA)DNA(satellite DNA)中度重复序列中度重复序列中度重复序列中度重复序列10104 10%(intermediate(intermediaterepetitive短分散元件(SINEs)：平均长度小于500短分散元件(SINEs)：平均长度小于500bp，两个片段间隔约，两个片段间隔约1000 bp的单拷贝序列例如人类的单拷贝序列例如人类Alu家族（家族（Alu family），占人类基因组的），占人类基因组的36，由，由300bp构成，在第构成，在第170位附近

12、都位附近都AGCT顺序，可被内切酶顺序，可被内切酶Alu。重复达。重复达3050万次，平均万次，平均AluIrepetitive sequence)长分散元件(LINEs)：长分散元件(LINEs)：5kbDNA就有一个就有一个Alu顺序。重复序列长度大于顺序。重复序列长度大于1000 bp重复序列之间间隔重复序列之间间隔1030 bp单拷贝序列。在人类基因组可重复几十次串联在一起形成基因簇有称串联重复基因。单拷贝序列。在人类基因组可重复几十次串联在一起形成基因簇有称串联重复基因。基因组大小与C值矛盾基因组（genome）：一个物种的单倍体上所含的全部基因，称为该物种的基因组。C值：一种生物单

13、倍体基因组的DNA含量总是恒定的，它通常称为该物种DNA的C值。各类生物基因组的DNA总量比较2009/11/239C值矛盾：值矛盾：一般生物体的结构与功能越复杂，其C值也就越大，但有些现象：（1）在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至亲缘关系十分接近的物种之间，它们的C值可相差10倍乃至上百倍。（2）某些低于等生物（两栖类）的C值超过了高等的生物（哺乳类）。人们无法用已知的功能来解释如此之大的DNA含量，这就叫做C值矛盾（C Value paradox）断裂基因断裂基因真核基因基本都含有内含子真核基因的分子结构真核基因的分子结构内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）外显子外显子3（E3

14、）105 146外显子外显子2（E2）31 1045 3 转录起始点转录起始点TATA框框RNA聚合酶结合决定转录起始点聚合酶结合决定转录起始点CAAT框框RNA聚合酶结合控制转录频率聚合酶结合控制转录频率外显子外显子1（E1）1 30AATAAA回文顺序回文顺序外显子外显子具有编码意义具有编码意义GC框框GC框框转录终止信号转录终止信号GC框：调节转录的活动。框：调节转录的活动。CAAT框增强子尾部区结构基因框增强子尾部区结构基因编 码 区非编码区调 控 区编 码 区非编码区调 控 区外显子外显子：具有编码意义具有编码意义内含子：无编码意义（内含子：无编码意义（5GT、3AG；GT-AG法则

15、）法则）前导区前导区启动子终止子启动子终止子TATA框框mRNA裂解信号裂解信号(AATAAA)回文结构回文结构内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）外显子外显子3（E3）105146外显子外显子2（E2）31 1045 3 TATA框框RNA聚合酶结合决定转录起始点聚合酶结合决定转录起始点CAAT框框RNA聚合酶结合控制转录频率聚合酶结合控制转录频率外显子外显子1（E1）1 30AATAAA回文顺序回文顺序内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）外显子外显子3（E3）外显子外显子2（E2）5 3 外显子外显子1（E1）AATAAA回文顺序回文顺序DNA转录转录hnRNA真核基因的转

16、录加工真核基因的转录加工内含子内含子（1）内含子内含子（2）（E3）105 146（E2）31104（E1）1 30回文顺序回文顺序内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）5 3 外显子外显子3（E3）105 146外显子外显子2（E2）31 104外显子外显子1（E1）1 30AATAAA回文顺序回文顺序外显子外显子3（E3）105 146外显子外显子2（E2）31 1045 3 外显子外显子1（E1）1 30AATAAAAAAAAAAAAAAAAmGmG剪接带帽加尾剪接带帽加尾成熟的成熟的mRNA加工加工