分子生物學(xué)基因組的結(jié)構(gòu)與功能

1、第三章 基因組的結(jié)構(gòu)與功能,基因組（genome）：,細(xì)胞或生物體中，一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和。,如人： 22常+ X， Y，+ 線粒體基因組,基因組的結(jié)構(gòu)：,指不同的基因功能區(qū)域在核酸分子中的分布和排列情況。,基因組的功能：貯存和表達(dá)遺傳信息。,第一節(jié)： 病毒基因組,一、病毒基因組核酸的主要類型,正股(+)：序列與mRNA相同的鏈 負(fù)股(-)：序列與mRNA互補的鏈,二、病毒基因組的特點,1．基因組大小相差很大：,HBV

2、：3.2kb 痘病毒：300 kb,2．核酸結(jié)構(gòu)多樣性：,,DNA 或RNA 單鏈或雙鏈 合環(huán)狀分子或線性分子,,3．基因組有連續(xù)的，有不連續(xù)的,大多數(shù)連續(xù)流感病毒：8條單鏈RNA,,4．編碼序列>90%(基因組),5. 多為單拷貝,即每個基因只出現(xiàn)一次,6..基因有連續(xù)的和間斷的 (有內(nèi)含子),7.相關(guān)基因叢集: 功能上相關(guān)的基因排列在一起,8.有重疊基

3、因,9.含有不規(guī)則結(jié)構(gòu)基因,基因之間無間隔區(qū). mRNA５＇端無帽子結(jié)構(gòu). 結(jié)構(gòu)基因本身無翻譯起始序列,,三、典型病毒基因組介紹,1. SV40病毒基因組,雙鏈環(huán)狀DNA：5243bp,早期轉(zhuǎn)錄區(qū)：一個基因（2個蛋白質(zhì) t，T）,調(diào)控區(qū)（?400bp）：復(fù)制起始點，啟動子，增強子,晚期轉(zhuǎn)錄區(qū)：先轉(zhuǎn)錄出一個多順反子mRNA,,VP1 mRNA,VP2 mRNA,VP3 mRNA,,,

4、VP3比VP2N端少1/3,AUG 位于VP2和 VP3內(nèi),2、逆轉(zhuǎn)錄病毒(retroviruses),（1）一般特征,病毒(+)股RNA為2個拷貝,基本結(jié)構(gòu)為:,５＇帽－R－U5－PB－－DLS－?－gag－pol－env－(onc－)－ C－PB＋－U3－R－poly(A)n,病毒顆粒中有兩條相同的正股RNA+兩條來自宿主細(xì)胞的tRNA,A：編碼區(qū):所有逆轉(zhuǎn)錄病毒均含有3個基本結(jié)構(gòu)基因,gag: 病毒衣殼蛋白pol: 肽鏈內(nèi)切

5、酶,一個逆轉(zhuǎn)錄酶,一個與前病毒整 合相關(guān)的酶env: 包膜蛋白,,B：非編碼區(qū): 與基因組復(fù)制和基因表達(dá)有關(guān),A: R區(qū): 兩端的重復(fù)序列,與cDNA合成有關(guān)B: 引物結(jié)合區(qū)(primer binding site, PB)C: U區(qū): U3 含強啟動子,起始轉(zhuǎn)錄RNA. U5 與轉(zhuǎn)錄終止和加polyA有關(guān)D: DLS-?-C區(qū): DLS:兩條病毒(+)RNA鏈結(jié)

6、合位點 ?: 包裝信號:RNA裝入病毒顆粒 C: 調(diào)控區(qū).,,,,（2）前病毒基因組的轉(zhuǎn)錄和翻譯,A：逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄都需要經(jīng)過DNA中間體才能完成.,RNA病毒,DNA前病毒,RNA病毒,(cDNA),末端形成新的重復(fù)序列(U3-R-U5),稱長末端重復(fù)序列(LTR) long terminal repeat,,

7、,B：翻譯,多順反子mRNA,gag-------------------pol(無起始密碼子),90% 形成gag蛋白 10%形成gag- pol 蛋白 剪接后形成env mRNA,第二節(jié) 原核生物基因組,一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)的特點：,1、基因組為環(huán)狀雙鏈DNA分子,2、只有一個復(fù)制起始點.,3、具有操縱子結(jié)構(gòu),指數(shù)個功能上相關(guān)的基因串聯(lián)在一起,連同上游的調(diào)控區(qū)和 下游的轉(zhuǎn)錄終止信號構(gòu)成基因的表達(dá)單位.,4、一般無重

8、疊基因.,5、基因是連續(xù)的,無內(nèi)含子,6、編碼區(qū)在基因組中的比例,>> 真核基因組 << 病毒基因組,7、基因組中重復(fù)序列很少,8、具有編碼同工酶的基因(isogene),9、存在可移動DNA序列,10、分子中有多功能識別區(qū)域,復(fù)制、轉(zhuǎn)錄起始區(qū) 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄終止區(qū),二、質(zhì)粒（pl

9、asmid）,是細(xì)菌內(nèi)攜帶的染色體以外的DNA分子,是共價閉合環(huán)狀DNA（covalent closed circular DNA， cccDNA）,1、最大特點: 可獨立復(fù)制,2、質(zhì)粒的遺傳控制,(1).復(fù)制控制系統(tǒng): 控制質(zhì)粒的拷貝數(shù),復(fù)制起始點(ori) Rep基因: Rep蛋白結(jié)合于ori, 促進復(fù)制 過量可抑制復(fù)制 Cop基因: 抑制復(fù)制,,(2).分配系統(tǒng):

10、使質(zhì)粒在細(xì)菌分裂時精確分配到子細(xì)胞中.,(3). 細(xì)胞分裂抑制系統(tǒng): 控制細(xì)胞分裂,使細(xì)胞分裂與質(zhì)粒 復(fù)制協(xié)調(diào),(4).位點特異重組系統(tǒng): 多聚體 單體,(細(xì)菌內(nèi)) (分裂時),,(5) 質(zhì)粒的不相容性: 具有相同復(fù)制起始點和分配區(qū)的兩種質(zhì)粒不能共 存于一個宿主,這種現(xiàn)象稱?.,共存一宿主 兩種質(zhì)粒 不共存一宿主,,另:凡經(jīng)改建作為基因克隆載體的質(zhì)粒必須包

11、括三種共同的組成成分:,復(fù)制基因(replicator) 選擇性標(biāo)記 克隆位點,,三、轉(zhuǎn)位因子(transposable element),指可移動的DNA 或＂跳躍基因(jumping gene)＂,分子內(nèi) 分子間,,1940s, 美國冷泉港實驗室(Cold Spring Harber Lab) 的女科學(xué)家B.McClintock(榮獲1983年若貝爾生物醫(yī)學(xué)獎)在玉米中首次發(fā)現(xiàn).

12、,1.分類及特征,插入序列(insertion sequence, IS):轉(zhuǎn)位(座)子(transposon, Tn) 噬菌體Mu 和 D108,,(1)插入序列:,較小,分子量< 2000 bp 首先在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn),,,共同特征:,A: 兩末端均有一段反向重復(fù)序列(IR,長度 不一定相同.B: 一般只編碼一種轉(zhuǎn)位酶.C: 插入后可在兩側(cè)形成順向重復(fù)序列.D: 可雙向插入: 正向 , 反向.,,(2)

13、.轉(zhuǎn)座子(Tn):,較大的可移動成分 , 分子量 >2000 bp,含轉(zhuǎn)座基因(轉(zhuǎn)座酶) 決定宿主遺傳性狀的基因,特征:,,A:復(fù)合型: 一個基因 + 兩側(cè)臂(IS 或類IS序列) (圖3-5),方向可相同可相反,不可單獨存在,,,B: TnA族兩側(cè)無IS.(如(Tn3) ).,,,,,,反向重復(fù),反向重復(fù),轉(zhuǎn)座酶（TnpA）,阻遏和解離蛋白（TnpR）,?-內(nèi)酰胺酶,,,,內(nèi)解離區(qū),Tn3 的分子結(jié)構(gòu),C：接合型: G(+

14、) 球菌中發(fā)現(xiàn),可在不同細(xì)菌間移動.無末 端反向重復(fù)序列,2、轉(zhuǎn)位作用的機制(圖3-7),單純轉(zhuǎn)座(簡單轉(zhuǎn)座)復(fù)制型轉(zhuǎn)座,,http://news.39.net/txsdwybbk/170503/5348853.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170503/5348820.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170504/5351830.htmlhttp://n

15、ews.39.net/txsdwybbk/170504/5351802.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170504/5351793.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170504/5351779.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170504/5351754.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170

16、504/5351751.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170504/5351702.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5363505.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5363320.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5363300.htmlhttp://

17、news.39.net/txsdwybbk/170510/5363245.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5363168.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5363007.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5362994.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/17

18、0510/5362980.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5362898.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5362862.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170510/5362856.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170518/5382465.htmlhttp:/

19、/news.39.net/txsdwybbk/170518/5382441.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170518/5382401.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170518/5382392.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170518/5382391.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/1

20、70518/5382383.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170518/5382380.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170523/5395396.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170523/5395379.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170523/5395294.htmlhttp:

21、//news.39.net/txsdwybbk/170523/5395293.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170523/5395182.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170523/5395156.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170523/5395086.html,第三節(jié) 真核生物基因組,一 、特點,1、. 體細(xì)胞:

22、兩套基因組 性細(xì)胞: 一套基因組,2、基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜,數(shù)目龐大, 多個復(fù)制起始點,3、mRNA為單順反子.,4、含大量重復(fù)序列.,5、非編碼序列占90%以上.,6、基因間有間隔區(qū)(spacer DNA),基因為斷裂基因(split gene) 即內(nèi)含子,外顯子.,7、功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起形成基因家族,8、存在可移動成分.,類似細(xì)菌的:如玉米中發(fā)現(xiàn)的.類似逆轉(zhuǎn)錄病毒的: 轉(zhuǎn)位機制需RNA介導(dǎo)(圖3-8),,http://n

23、ews.39.net/txsdwybbk/170427/5339331.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170427/5339314.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342731.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342707.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170

24、428/5342679.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342642.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342606.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342599.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342591.htmlhttp://

25、news.39.net/txsdwybbk/170428/5342582.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342545.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342535.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342504.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/17

26、0428/5342471.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342463.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342454.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342445.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342361.htmlhttp:/

27、/news.39.net/txsdwybbk/170428/5342334.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342285.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170428/5342266.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5347476.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/1

28、70502/5347431.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5347363.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5347314.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5347275.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5347271.htmlhttp:

29、//news.39.net/txsdwybbk/170502/5347266.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5347130.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5347121.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5347071.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/

30、170502/5346936.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170502/5346906.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170503/5349137.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170503/5349118.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170503/5349101.htmlhttp

31、://news.39.net/txsdwybbk/170503/5348968.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170503/5348965.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170503/5348909.htmlhttp://news.39.net/txsdwybbk/170503/5348863.html,二、基因家族（gene family）或 多基因家族,指

32、結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)的一組基因, 由同一祖先進化而來。,假基因: 進化中死亡的基因(無功能),用? 表示,如:組蛋白基因家族:,5個成員: H1, H2A, H2B, H3, H4,5個基因串聯(lián)排列形成一個重復(fù)單位,但不同生物中排列不同,海膽: H1-H4-H2B-H3-H2A果蠅: H2B- H2A- H4- H3- H1水螈: H1-H3-H2B-H2A-H4,,三、基因超家族（gene superfamily） 或 超基因

33、家族,在結(jié)構(gòu)上有不同程度的同源性，但功能不一定相同。,如：免疫球蛋白基因超家族,隨著技術(shù)的發(fā)展： 基因家族 基因超家族,如：絲氨酸蛋白酶基因家族 + 載脂蛋白 超家族,,,四、重復(fù)序列,1.高度重復(fù)序列： 重復(fù)頻率 >1052.中度重復(fù)序列: 重復(fù)頻率 101-105,占基因總量的35% ( rRNA gene, tR