基因的结构.ppt

LOGO基因的基因的基因的基因的结结结结构、功能与突构、功能与突构、功能与突构、功能与突变变变变1.调节转录活活动。增增强子子尾部区尾部区结构构基基因因转录单位位非非编码区区调控控 区区外外显子：具有子：具有编码意意义内含子：无内含子：无编码意意义前前导区区启启动子子终止子止子mRNAmRNA裂解信号裂解信号回文回文结构构2.什么是内含子和外什么是内含子和外显子？子？原核原核原核原核细细胞基因胞基因胞基因胞基因的的的的编码编码区是区是区是区是连续连续的，的，的，的，真核真核真核真核细细胞基因胞基因胞基因胞基因的的的的编码编码区是区是区是区是间间隔的、不隔的、不隔的、不隔的、不连续连续的的的的.真核生物基因的真核生物基因的真核生物基因的真核生物基因的结结构特点是：构特点是：构特点是：构特点是：“编码编码区是区是区是区是间间隔的、隔的、隔的、隔的、不不不不连续连续的。的。的。的。”也就是也就是也就是也就是说说：能：能：能：能够编码够编码蛋白蛋白蛋白蛋白质质的序列被的序列被的序列被的序列被不能不能不能不能编码编码蛋白蛋白蛋白蛋白质质的序列分隔开来，成的序列分隔开来，成的序列分隔开来，成的序列分隔开来，成为为一种断裂的一种断裂的一种断裂的一种断裂的形式。其中，形式。其中，形式。其中，形式。其中，能能能能够编码够编码蛋白蛋白蛋白蛋白质质的序列叫外的序列叫外的序列叫外的序列叫外显显子，不子，不子，不子，不能能能能编码编码蛋白蛋白蛋白蛋白质质的序列叫内含子。的序列叫内含子。的序列叫内含子。的序列叫内含子。真核基因包括真核基因包括真核基因包括真核基因包括编码编码区和非区和非区和非区和非编码编码区，区，区，区，编码编码区又分区又分区又分区又分为为外外外外显显子和内含子子和内含子子和内含子子和内含子,内含子不翻内含子不翻内含子不翻内含子不翻译译蛋白蛋白蛋白蛋白质质。知知识拓展拓展3.什么是内含子和外什么是内含子和外显子？子？在在在在遗传遗传学上通常将能学上通常将能学上通常将能学上通常将能编码编码蛋白蛋白蛋白蛋白质质的基因称的基因称的基因称的基因称为结为结构基构基构基构基因。真核生物的因。真核生物的因。真核生物的因。真核生物的结结构基因是断裂的基因。一个断裂基构基因是断裂的基因。一个断裂基构基因是断裂的基因。一个断裂基构基因是断裂的基因。一个断裂基因能因能因能因能够够含有若干段含有若干段含有若干段含有若干段编码编码序列，序列，序列，序列，这这些可以些可以些可以些可以编码编码的序列称的序列称的序列称的序列称为为外外外外显显子子子子。在两个外。在两个外。在两个外。在两个外显显子之子之子之子之间间被一段不被一段不被一段不被一段不编码编码的的的的间间隔序隔序隔序隔序列隔开，列隔开，列隔开，列隔开，这这些些些些间间隔序列称隔序列称隔序列称隔序列称为为内含子内含子内含子内含子。内含子（内含子（内含子（内含子（Intervening regionIntervening region）是一个基因中非）是一个基因中非）是一个基因中非）是一个基因中非编编码码DNADNA片断，它分开相片断，它分开相片断，它分开相片断，它分开相邻邻的外的外的外的外显显子。更精确的定子。更精确的定子。更精确的定子。更精确的定义义是：是：是：是：内含子是阻断基因内含子是阻断基因内含子是阻断基因内含子是阻断基因线线性表达的序列。性表达的序列。性表达的序列。性表达的序列。DNADNA上的内含子上的内含子上的内含子上的内含子会被会被会被会被转录转录到前体到前体到前体到前体RNARNA中，但中，但中，但中，但RNARNA上的内含子会在上的内含子会在上的内含子会在上的内含子会在RNARNA离开离开离开离开细细胞核胞核胞核胞核进进行行行行转译转译前被剪除。前被剪除。前被剪除。前被剪除。在成熟在成熟在成熟在成熟mRNAmRNA被保留被保留被保留被保留下来的基因部分被称下来的基因部分被称下来的基因部分被称下来的基因部分被称为为外外外外显显子。子。子。子。真核生物的基因含有真核生物的基因含有真核生物的基因含有真核生物的基因含有外外外外显显子和内含子，是前者区子和内含子，是前者区子和内含子，是前者区子和内含子，是前者区别别原核生物的特征之一。原核生物的特征之一。原核生物的特征之一。原核生物的特征之一。知知识拓展拓展4.一、原核一、原核细胞的基因胞的基因结构构非编码区非编码区编码区编码区上游 编码区下游 与与RNA聚聚酶结合位点合位点启动子终止子RNA聚合聚合酶能能够识别调控序列中的控序列中的结合位点，并与其合位点，并与其结合。合。转录开始后，开始后，RNA聚合聚合酶沿沿DNA分子移分子移动，并与，并与DNA分子的一条分子的一条链为模板合成模板合成RNA。转录完完毕后，后，RNA链释放出来，放出来，紧接着接着RNA聚合聚合酶也从也从DNA模板模板链上脱落上脱落下来。下来。5.能能够转录为相相应的信使的信使RNA，进而指而指导蛋白蛋白质的合成，也就是的合成，也就是说能能够编码蛋白蛋白质 不能不能转录为信使信使RNA，不能，不能编码蛋白蛋白质 非编码区编码区6.编码区区启启动子子1 原核原核细胞的基因胞的基因结构构非非编码区区能能够转录为相相应的信使的信使RNA，进而指而指导蛋白蛋白质的合成，也就的合成，也就是是说能能够编码蛋白蛋白质的区段的区段 不能不能编码蛋白蛋白质的区域，的区域，调控控遗传信息的信息的表达表达 终止子止子位置位置功能功能位置位置功能功能编码区上游区上游紧靠着靠着转录起点起点 引引导RNA聚合聚合酶与基因的正确与基因的正确部位部位结合合 编码区下游区下游紧靠着靠着转录的的终点点的位置的位置 阻阻碍碍RNA聚聚合合酶的的移移动，并并使使其从其从DNA模板模板链上脱离下来上脱离下来 7.二、真核二、真核细胞的基因胞的基因结构构编码区非编码区非编码区与与RNA聚聚酶结合位点合位点内含子内含子 外外显子子 能能够编码蛋白蛋白质的序列叫做外的序列叫做外显子子 不能不能够编码蛋白蛋白质的序列叫做内含子，内的序列叫做内含子，内含子能含子能转录为信使信使RNA 启动子终止子编码区上游 编码区上游 内含子内含子 外外显子子 8.编码区区启启动子子2 真核真核细胞的基因胞的基因结构构非非编码区区间隔的、不隔的、不连续的的不能不能编码蛋白蛋白质的区域，的区域，调控控遗传信息的信息的表达表达 终止子止子外外显子子内含子内含子位置位置功能功能编码区中能区中能够编码蛋白蛋白质的的序列序列 引引导RNA聚合聚合酶与基因的正确与基因的正确部位部位结合合 编码区下游区下游紧靠着靠着转录的的终点点的位置的位置 阻阻碍碍RNA聚聚合合酶的的移移动，并并使使其从其从DNA模板模板链上脱离下来上脱离下来 编码区中不能区中不能够编码蛋白蛋白质的序列的序列 位置位置功能功能编码区上游区上游紧靠着靠着转录起点起点 9.知知识拓拓展展10.原原 核核细胞胞真真 核核细胞胞不不同同点点相相同同点点原原 核核细胞胞真真 核核细胞胞不不同同点点 编码区是区是连续的的编码区区是是间隔隔的的、不不连续的的相相同同点点都都由由能能够编码蛋蛋白白质的的编码区区和和具有具有调控作用的非控作用的非编码区区组成的成的原核原核细胞与真核胞与真核细胞的基因胞的基因结构比构比较：11.一、判断一、判断题1原核原核细胞的基因胞的基因结构中没有内含子，只有外构中没有内含子，只有外显子。子。（）（）2基因基因结构中的非构中的非编码序列通常是具有序列通常是具有调控作用的。控作用的。（）（）3真核真核细胞基因胞基因结构中的非构中的非编码序列是位于序列是位于编码区区上游和下游的核苷酸序列。（）上游和下游的核苷酸序列。（）4真核真核细胞的一个基因只能胞的一个基因只能编码一种蛋白一种蛋白质，因此，因此，它的它的编码序列只含有一个外序列只含有一个外显子和一个内含子。（子和一个内含子。（）12.Interrupted geneInterrupted gene13.1.1.外外显子和内含子子和内含子v 外外显子子（exonexon）断裂基因中编码序列称为外显子，它是基因中可表达为多肽的部分。v 内内含含子子（intronintron）断裂基因中的非编码序列称为内含子。14.2.2.外外显子子与与内内含含子子接接头“GT“GTAGAG法法则”v外显子与内含子相连接的部位通常是一段高度保守的特定序列，即内含子5端都是GT开始，3端都是AG结尾，这种接头方式称为“GTAG法则”。v在RNA中对应为GUAG，是RNA剪接的信号。15.（二）（二）结构基因的构基因的侧翼序列与翼序列与调控序列控序列v 启动子v 增强子 v 终止子16.三、基因三、基因组组中的中的转转座因子座因子v转座座子子（transposable transposable elementelement）基因组中存在的能够自发地在基因组内移动，从染色体的一个区段转移到另一区段或从一条染色体转入另一条染色体的DNA片段。v转座因子转座后能够改变转座部位基因的结构和功能。17.四、基因表达及其四、基因表达及其调调控控v基基因因表表达达（gene gene expressionexpression）是DNA分子中蕴藏的遗传信息，通过转录、翻译形成蛋白质或转录形成RNA发挥功能的过程，即一些的传递过程。18.19.v基因的调控是指对基因的转录与翻译的调节机制。v基因表达调控在多层次进行，表现出时空性。20.（一）原核生物基因表达（一）原核生物基因表达调控控1.操纵子及与调节有关的基因v 操操纵子子（operonoperon）编码功能上相关的蛋白质或酶的基因，与一个共同的调控顺序相串联，形成基因表达和调控的功能单位，它包括结构基因、操纵基因和启动基因。21.乳糖操乳糖操纵子子(lac operon)(lac operon)及其及其调节有关基因有关基因22.（1 1）负负性性调节调节 负调节负调节蛋白（阻遏物）将基因关蛋白（阻遏物）将基因关闭闭，使其不能，使其不能转录转录的的调节调节方式（没有乳糖的情况下）。方式（没有乳糖的情况下）。23.mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在没有乳糖存在时阻遏蛋白的阻遏蛋白的负性性调节阻遏基因阻遏基因24.（2 2）乳糖的）乳糖的诱导表达表达调节25.mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷半乳糖苷酶诱导表达表达26.(二）真核二）真核细胞基因表达的胞基因表达的调控控 1.转录前的调控 2.转录水平的调控 3.转录后的调控 4.翻译水平的调控 5.翻译后的调控27.v 指基因被激活和抑制的机理。v 螺旋化程度低的常染色质可进行转录，螺旋化程度高的异染色质不转录。v 组蛋白抑制DNA的转录。组蛋白转位模型 真核生物基因调控系统模型1.1.转录前的前的调控控28.2.2.转录水平的水平的调控控（transcriptional controltranscriptional control）RNA聚合酶与启动子的结合对转录的启动十分关键。增强子能加强启动效应。29.3.3.转录后的后的调控控（post-transcriptional controlpost-transcriptional control）v 核内异质RNA的加工效率及mRNA的稳定性决定了转录后过程的特点。30.4.4.翻翻译水平的水平的调控控（translational controltranslational control）v受核糖体的数量，mRNA的成熟度，起始因子（IF），延长因子（EF），释放因子（RF）以及各种酶的影响。31.5.5.翻翻译后的后的调控控（post-translational modificationpost-translational modification）v翻译初产物需经加工、修饰才具有活性，翻译后的调控主要是指蛋白质的翻译后修饰：剪切 化学基团的修饰 酶原的激活 32.四、基因突四、基因突变变（一）基因突（一）基因突变的基本概念的基本概念v 基基因因突突变（gene gene mutationmutation）是指基因的核苷酸序列发生改变，造成基因表达产物的变化，从而引起表型的改变。33.v生生殖殖细胞胞突突变 发生在生殖细胞中的基因突变，可通过有性生殖遗传给后代，并存在于子代的每个细胞中。v体体细胞胞突突变 发生在体细胞中的基因突变，不会传递给子代，但可传递给由突变细胞分裂所形成的子细胞，在局部形成突变细胞群，它可能成为病变甚至癌变的基础。34.（二）基因突（二）基因突变的的类型及其分子机制型及其分子机制1.碱基替换（base substitution）v DNA分子中的一个碱基对被另一个碱基对所替代，也称为点突变（point mutation）。35.v 转换（transitiontransition）指一种嘌呤被另一种嘌呤所替代或一种嘧啶被另一种嘧啶所替代。v 颠换（transversiontransversion）是嘌呤和嘧啶碱基之间的替代。36.v 碱基替换后可出现的效应：同义突变（synonymous mutation）错义突变（missense mutation）无义突变（nonsense mutation）37.2.2.碱基的插入与缺失碱基的插入与缺失v移移码突突变（frame-shift frame-shift mutationmutation）某些化合物与DNA结合后，可使DNA分子插入或缺失一个或几个碱基对，使该碱基对以下的读码顺序发生移动，从而改变其遗传信息。38.39.40.3.3.动态突突变v 又称不稳定三核苷酸重复序列突变。v 基因的编码区或非编码区的三核苷酸重复序列,如(CAG),(CGG),拷贝数变化,超过了正常范围。41.（三）基因突（三）基因突变的效的效应v基因突变可造成蛋白质（包括酶蛋白）结构改变或活性降低，甚至缺乏，导致各种遗传性疾病的发生。（1）引起细胞中结构蛋白的改变v 分子病：基因突导致蛋白质数量或结构的异常而产生的疾病称为分子病。如镰状红细胞性贫血42.（2）引起遗传性代谢病v 遗传性代谢病（遗传性酶病）：基因突变导致酶蛋白结构或数量的异常而引起的疾病称为遗传性代谢病。如苯丙酮尿症、白化病等43.（3）与肿瘤形成密切相关 v 目前认为与癌症发生直接相关的基因有癌基因（oncogene）及抑癌基因（tumor suppressor genes）。基因突变一方面可使原癌基因激活另一方面可使抑癌基因缺失或失活，这两方面的变化都可导致细胞的恶性转化。44.（四）（四）DNADNA损伤的修复的修复1.1.切除修复切除修复 人类DNA损伤的主要修复方式。45.2.2.复制后修复（重复制后修复（重组修复）修复）v复制重组合成在连接酶的作用下，以磷酸二酯键使新片段与旧链相接完成修复过程。v 特点：修复不彻底，但随着DNA的多次复制，损伤逐渐被“稀释”，使损伤的效应降低而近于正常。46.47.ExercisesExercisesv 从分子水平讲基因突变是怎样产生的？v 为什么说基因突变是生物进化的动力，而大多数基因突变又是有害的？48.LOGO49.50.51.v启启动子子（promoterpromoter）是指位于转录起始点上游（通常位于基因转录起点上游的100bp范围内）的特异序列，是转录起始时RNA聚合酶识别和结合的部位，与转录的启动有关，但本身并不转录。52.名称名称TATATATA框框（TATA boxTATA box）CAATCAAT框框（CAAT boxCAAT box）GCGC框框（GC boxGC box）所所处位位置置转录起始点上游约1927bp处位于转录起始点上游7080bp有两个拷贝，分别位于CAAT框的两侧组成成TATA(A/T)A(A/T)GG(T/C)CAATCTGGCGGG功能功能与转录因子TF结合，能够准确识别转录起始点与转录因子CTF结合，促进转录与转录因子SP1结合，起增强转录效率的作用53.增增强子子v是一段能增强启动子转录效率的特定序列，从而明显地提高基因转录的效率。v 特点：v 远距离调控v 无方向性54.v终止止子子（terminatorterminator）是位于基因末端的一段特异序列，具有终止转录的功能。它位于转录终止点的上游，由一段反 向 重 复 序 列 及 特 定 的 序 列 5-AATAAA-3组成，二者构成转录终止信号。55.终止子止子结构及构及转录形成的形成的发夹结构构56.57.58.59.