第二章染色质染色体基因和基因组优秀课件.ppt
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1、第二章 染色质染色体基因和基因组第1页,本讲稿共42页第一节第一节 染色质和染色体染色质和染色体v同一种物质同一种物质v不同细胞周期表现的不同形态不同细胞周期表现的不同形态v间期:染色质间期:染色质(伸展的染色质形态有利于在它上面的伸展的染色质形态有利于在它上面的DNADNA储存的信储存的信息的息的表达表达);分裂期:染色体分裂期:染色体(高度螺旋化了的棒状染色体则有利于细胞分高度螺旋化了的棒状染色体则有利于细胞分裂中遗传物质的裂中遗传物质的平分平分)第2页,本讲稿共42页3 左图为人类染色体,在光镜下即可观察其形态,右图为电镜左图为人类染色体,在光镜下即可观察其形态,右图为电镜图片,可见不规
2、则的染色质。图片,可见不规则的染色质。第3页,本讲稿共42页第4页,本讲稿共42页DNA的分布的分布主要在染色体上主要在染色体上细胞质内细胞质内细胞核遗传细胞核遗传细胞质遗传细胞质遗传生物的遗传生物的遗传(所以说,染色(所以说,染色体是体是DNA的主要的主要载体)载体)例:紫茉莉例:紫茉莉叶色的遗传叶色的遗传第5页,本讲稿共42页第二节第二节 基因基因 一、基因的概念一、基因的概念1、顺反子:、顺反子:vBenzerBenzer通过互补试验发现的遗传功能单位;通过互补试验发现的遗传功能单位;v顺反子是编码一条多肽链的单位。顺反子是编码一条多肽链的单位。v有关基因就是一个顺反子;有关基因就是一个
3、顺反子;第6页,本讲稿共42页2、基因的分子生物学定义:、基因的分子生物学定义:v基因是指基因是指DNADNA分子分子中能编码一条多肽链,并具有一中能编码一条多肽链,并具有一定长度的片段。基因包括定长度的片段。基因包括编码蛋白质肽链或编码蛋白质肽链或RNARNA的核酸序列的核酸序列以及以及保证其转录所必需的调控序列保证其转录所必需的调控序列。P43 P43 第7页,本讲稿共42页3、基因的结构:、基因的结构:v完整的基因结构包括:完整的基因结构包括:前导区、尾部区、内含子和外显子前导区、尾部区、内含子和外显子;前导区前导区:位于编码区之前,相当于位于编码区之前,相当于mRNAmRNA起始密码起
4、始密码5 5端序列;端序列;尾部区尾部区:位于编码区之后,指位于编码区之后,指mRNA3mRNA3端终止密码子后面的非翻译序列;端终止密码子后面的非翻译序列;内含子(内含子(intronintron):):位于编码序列之间,通常指基因中能被转录成前体位于编码序列之间,通常指基因中能被转录成前体转录物,但却不能成为转录物,但却不能成为mRNAmRNA组成部分的区域;组成部分的区域;外显子(外显子(exonexon):):即编码序列,也就是即编码序列,也就是DNADNA分子中编码分子中编码mRNAmRNA某一部某一部分序列的区域。分序列的区域。v转录时,转录时,外显子和内含子均被转录在外显子和内含
5、子均被转录在hnRNAhnRNA中,然后经转录后的剪接加中,然后经转录后的剪接加工过程去除内含子结构部分,外显子转录物再连接成一个完整的成熟工过程去除内含子结构部分,外显子转录物再连接成一个完整的成熟的的mRNAmRNA分子。分子。第8页,本讲稿共42页二、原核生物基因特征二、原核生物基因特征1、基因组较小,、基因组较小,1分子环状双链分子环状双链DNA 其其DNADNA是与蛋白质结合,但并不形成染色体结构,只是是与蛋白质结合,但并不形成染色体结构,只是习惯上将之称为染色体。细菌染色体习惯上将之称为染色体。细菌染色体DNADNA在胞内形成一个致在胞内形成一个致密区域,即类核(密区域,即类核(n
6、ucleoidnucleoid),类核无核膜将之与胞浆分开。),类核无核膜将之与胞浆分开。第9页,本讲稿共42页2、功能相关的基因高度集中,构成操纵子,多顺、功能相关的基因高度集中,构成操纵子,多顺反子;反子;操纵子(操纵子(operonoperon)是指数个是指数个功能相关的结构基因串联功能相关的结构基因串联在一起,构在一起,构成信息区,连同其成信息区,连同其上游的调控区上游的调控区(包括启动和操纵区)及其(包括启动和操纵区)及其下游下游的转录终止信号的转录终止信号构成的构成的基因表达单位基因表达单位。调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z:-
7、半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y:透酶透酶A:乙酰基转移酶:乙酰基转移酶ZYAOPDNA第10页,本讲稿共42页3 3、大多数的、大多数的蛋白质基因保持单拷贝蛋白质基因保持单拷贝形式;形式;RNARNA基因常是多拷贝基因常是多拷贝的;的;4 4、没有内含子没有内含子,基因是连续的;,基因是连续的;5 5、重复序列少重复序列少;6 6、绝大部分、绝大部分DNADNA都是用于编码蛋白质的,只有都是用于编码蛋白质的,只有很少不编码的很少不编码的序列序列;第11页,本讲稿共42页原核基因的结构特点原核基因的结构特点 第12页,本讲稿共42页三、真核生物基因特征三、真核生物基因特征 1 1、核基因组核基因组由染色
8、体由染色体DNADNA组成:组成:分子量较大分子量较大;结构复杂;结构复杂;与蛋白质结合;与蛋白质结合;2 2、多数都是、多数都是断裂基因断裂基因:即编码序列(外显子)被非编码:即编码序列(外显子)被非编码序列(内含子)间隔开;序列(内含子)间隔开;3 3、大量重复序列大量重复序列(20206060):单一序列、轻度重复序列、):单一序列、轻度重复序列、中度重复序列、高度重复序列;中度重复序列、高度重复序列;4 4、多基因家族多基因家族:起源相同、结构相似、功能相关的一组:起源相同、结构相似、功能相关的一组基因。基因。5 5、单顺反子单顺反子;第13页,本讲稿共42页真核基因的结构特点真核基因
9、的结构特点 第14页,本讲稿共42页四、亚细胞结构基因特征四、亚细胞结构基因特征 v只有只有一种核酸一种核酸,大部分是一条单链或双链分子;,大部分是一条单链或双链分子;v核酸核酸大小差别大大小差别大,通常,通常DNADNA病毒的核酸分子较大,而病毒的核酸分子较大,而RNARNA病毒则较病毒则较小;小;v具有具有启动子和操纵子启动子和操纵子结构;结构;v噬菌体基因组中没有噬菌体基因组中没有内含子内含子,感染真核细胞的病毒基因组中有,感染真核细胞的病毒基因组中有内含子;内含子;v存在存在重叠基因重叠基因,同一段同一段DNADNA含有两种不同蛋白质的信息。含有两种不同蛋白质的信息。第15页,本讲稿共
10、42页 有重叠基因(Sanger 发现)基因内基因 部分重叠基因 一个碱基重叠第16页,本讲稿共42页第三节第三节 基因组基因组 一、基因组定义一、基因组定义v基因组基因组是细胞中一套是细胞中一套完整单体的遗传物质完整单体的遗传物质的总和。的总和。v基因组结构主要指不同的基因组结构主要指不同的DNADNA功能区在功能区在DNADNA分子中的分布分子中的分布和排列情况。和排列情况。第17页,本讲稿共42页二、基因组大小与二、基因组大小与C值矛盾值矛盾 vC C值(值(C valueC value):):单倍体基因组中单倍体基因组中DNADNA的含量。的含量。vC C值大小与生物进化程度基本成正比
11、,但这种相关性并不很精确。值大小与生物进化程度基本成正比,但这种相关性并不很精确。vC C值矛盾(值矛盾(C value paradoxC value paradox)也称也称C C值悖论,指生物体的进化程值悖论,指生物体的进化程度与基因组大小之间不完全成比例的现象。度与基因组大小之间不完全成比例的现象。vC C值矛盾主要是由于各种生物基因组的结构特征的差异所造成的。值矛盾主要是由于各种生物基因组的结构特征的差异所造成的。第18页,本讲稿共42页三、遗传图谱、物理图谱、基因图谱三、遗传图谱、物理图谱、基因图谱 1 1、遗传图谱(遗传图谱(genetic mapgenetic map)(1 1)
12、定义定义:也称连锁图谱,以具有遗传多态性的遗传标记:也称连锁图谱,以具有遗传多态性的遗传标记为为“路标路标”,以,以遗传学距离遗传学距离为图距的基因组图。为图距的基因组图。(2 2)原理:真核生物遗传过程中发生减数分裂时,染色)原理:真核生物遗传过程中发生减数分裂时,染色体的体的重组和交换的概率会随着染色体上任意两点间相对重组和交换的概率会随着染色体上任意两点间相对距离的远近而发生相应的变化距离的远近而发生相应的变化。(。(1 11cM1cM)第19页,本讲稿共42页(3 3)遗传标记)遗传标记v第一代第一代DNADNA遗传标记遗传标记限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性(restrict
13、ion fragment length polymorphismrestriction fragment length polymorphism,RFLPRFLP););v第二代第二代DNADNA遗传标记遗传标记微卫星(微卫星(microsatellitemicrosatellite););v第三代第三代DNADNA遗传标记遗传标记单个核苷酸多态性单个核苷酸多态性(single single nucleotide polymorphismnucleotide polymorphism,SNPSNP););第20页,本讲稿共42页2 2、物理图谱、物理图谱 v物理图谱是指以一段已知核苷酸序列的物
14、理图谱是指以一段已知核苷酸序列的DNADNA片段(片段(sequence sequence tagged sitetagged site,STSSTS,序列标记位点)为路标,以,序列标记位点)为路标,以MbMb或或kbkb为图距为图距的基因组图。的基因组图。v人类基因组计划的目标之一就是完成人类基因组中平均相隔人类基因组计划的目标之一就是完成人类基因组中平均相隔100kb100kb的以的以3000030000个个STSSTS为基础的物理图谱。为基础的物理图谱。第21页,本讲稿共42页3 3、基因图谱:鉴别全部基因,包括、基因图谱:鉴别全部基因,包括RNARNA基因,以及基因组中其它序列基因,以
15、及基因组中其它序列的结构和功能。的结构和功能。v转录图转录图又称又称cDNA cDNA 图谱或表达序列标签图谱。即把图谱或表达序列标签图谱。即把mRNAmRNA(或据(或据mRNAmRNA人人工合成的工合成的cDNAcDNA)分离、定位,绘制出的图谱称之。所有的生物性)分离、定位,绘制出的图谱称之。所有的生物性状,包括疾病,都是由结构或功能蛋白质决定的,而已知的所有状,包括疾病,都是由结构或功能蛋白质决定的,而已知的所有蛋白质都是蛋白质都是RNARNA聚合酶聚合酶IIII指导的指导的mRNAmRNA依据依据“遗传密码遗传密码”编码的。编码的。抓住抓住了(了(RNARNA)转录图,抓住了基因的主
16、要特点与主要部分(可转录的部分)。)转录图,抓住了基因的主要特点与主要部分(可转录的部分)。v序列图:序列图:测定总长度约由测定总长度约由3030亿核苷酸组成的序列图是人类基因组计亿核苷酸组成的序列图是人类基因组计划最为艰巨的任务。划最为艰巨的任务。第22页,本讲稿共42页四、人类基因组四、人类基因组 1 1、人类基因组定义:、人类基因组定义:是对人类自身认识生物体一个细胞所包含是对人类自身认识生物体一个细胞所包含DNADNA结构的一整结构的一整套基因,携带着决定生物特性的全部遗传信息套基因,携带着决定生物特性的全部遗传信息即记录即记录基因组全部基因组全部DNADNA序列。序列。第23页,本讲
17、稿共42页2 2、人类基因组计划研究的意义、人类基因组计划研究的意义v人类基因组计划(人类基因组计划(human genome projecthuman genome project,HGPHGP)v人类基因组计划研究主要分为两个部分,一是人类基因组人类基因组计划研究主要分为两个部分,一是人类基因组DNADNA的完全的完全测序测序;二是基因;二是基因DNADNA序列的识别和正常序列的识别和正常功能功能,基因变异与人,基因变异与人类疾病的研究;类疾病的研究;v目标是全面而透彻地认识目标是全面而透彻地认识人类基因组的正常结构、功能及基因的异人类基因组的正常结构、功能及基因的异常结构(变异)与人类疾
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