生物化学和分子生物学：第十三章 真核基因与基因组.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,目录,遗传信息的传递,第三篇,DNA,RNA,PROTEIN,Transcription,Reverse-transcription,RNA-replication,DNA-replication,Translation,复制,转录,逆转录,RNA,复制,翻译,中心法则,原核和真核细胞中遗传信息的传递,真核基因与基因组,DNA,的生物合成,DNA,的损伤和修复,RNA,的生物合成,蛋白质的生物合成,基因表达调控,细胞信号转导,本篇学习内容：,真核基因与基因组,第十三章,Eukaryote Gene and Genome,核心内容：,1.,什么是基因（,Gene,）？,2.,基因的结构组成？功能？,3.,什么是基因组（,Genome,）？,4.,真核基因组的结构特点？,基因（,gene,）,：,编码蛋白质或,RNA,等具有特定功能产物的、负载遗传信息的基本单位。染色体或基因组的一段,DNA,序列。,Gene,vs,Genome,基因组（,genome,）,：,泛指一个细胞或一个生物体的全部遗传信息。包括核染色体及线粒体,DNA,。,真核基因的结构与功能,第一节,The Structure and Function of Eukaryotic Genes,1.,利用碱基的不同排列荷载遗传信息,2.,指导,RNA,和蛋白质的合成，表达遗传信息,基因的功能,转录起始位点（,mRNA,合成起始位点）,翻译起始位点（起始密码子,ATG,）,上游调控区,翻译终止密码子,3-,端非翻译区（,3 UTR,),5-,端非翻译区（,5 UTR,),编码序列,初级转录物,成熟转录物,内含子,一、真核基因的基本结构,真核基因的编码序列被内含子隔开，是断裂基因,1.,编码序列（,coding sequence),2.,非编码序列,(non-coding sequence),，包括编码区两侧的,调控序列,和编码序列间的,间隔序列,（,内含子，,intron,）,在细胞内表达为蛋白质或功能,RNA,的,DNA,序列真核基因的结构包括两部分：,转录起始点,TATA,盒,CAAT,盒,GC,盒,增强子,AATAAA,剪切位点,转录终止点,加尾信号序列,外显子,翻译起始点,内含子,OCT-1,OCT-1,：,ATTTGCAT,八聚体,+1,核心启动子,上游启动子元件,基因表达需要调控区（,regulatory region,）序列，包括启动子（,promoter,）、增强子（,enhancer,）等。,5,AAT,GCTACT,A,GTCGAAGCC3,+1,+2,+3,+4,+5,+6,+7,+8,-8,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,-9,DNA,5,A,GUCGAAGCC3,+9,+10,mRNA,基因序列的正负编号,编码序列决定编码产物的序列和功能；,编码序列碱基突变可导致基因功能变化；,相同序列起始位点的变化或不同的剪接方式可导致产物不同。,编码序列编码多肽链和特定的,RNA,分子,1.,启动子提供转录起始信号,启动子,是结合,RNA,聚合酶并形成转录起始复合体的,DNA,序列。,调控序列参与真核基因表达调控,可在启动子的上游或下游发挥作用；,距离所调控基因几百至几千个碱基对；,通常数个增强子序列形成一簇；,有时位于内含子之中；,不同的增强子结合不同调节蛋白。,2.,增强子增强邻近基因的转录,增强子（,Enhancer),是,增强真核基因启动子工作效率的最重要的顺式作用元件。沉默子,（,silencer,）是抑制基因转录的特定,DNA,序列，当其结合一些反式作用因子时对基因的转录起阻遏作用，使基因沉默。,3.,沉默子是负调节元件,真核基因组的结构与功能,第二节,The Structure and Function of Eukaryote Genome,人基因组构成,1.,编码序列比例远小于非编码序列,;,2.,含有大量的,重复序列,;,3.,存在,多基因家族,和,假基因,;,4.,多数基因进行可变剪接，导致蛋白多样性,;,5.,基因组,DNA,与蛋白质结合形成染色体。,一、真核基因组独特的结构特点,二、根据重复频率将重复序列分为三类,（一）高度重复序列,重复频率,10,6,，不编码蛋白质或,RNA,。,2.,反向重复序列,（,inverted repeat sequence,）,重复单位长度约,300 bp,，多数散在分布，约占,5,依据结构特点分为：,着丝粒区域，重复单位长度,2,10 bp,，成串排列，约占,5%,6%,。,1.,卫星,DNA,（,satellite DNA,）,5,5,3,3,5,5,3,3,AGGATTTC,CTTTAGGA,TCCTAAAG,GAAATCCT,5,3,AGGATTTC,GAAATCCT,Inverted repeats,：同一个序列的两个拷贝在一个分子中以相反的方向重复。,参与复制水平的调节,存在于,DNA复制起点附近,参与基因表达的调控,转录,hn,RNA,分子中，形成发夹结构，稳定,RNA,参与染色体配对,如,卫星,DNA,成簇样分布在染色体着丝粒附近，可能与染色体减数分裂时染色体配对有关。,高度重复序列的功能：,（二）中度重复序列,重复数十至数千次,与单拷贝基因间隔排列。,1.,短分散重复片段,300 bp,500 bp,，与,1000 bp,的单拷贝序列间隔排列,Alu,家族,：,300 bp,，重复,3050,万次，,Alu,酶切位点,（,AGCT,），分成,130bp,和,170bp,两段。,KpnI,家族,：仅次于,Alu,家族，,Kpn,位点，散在分布，,3000,4800,个拷贝,Hinf,家族,：串联重复，,319 bp,，,H,inf,I,酶切位点。,3,.,rRNA,基因重复序列属于中度重复序列,各重复单位中的,rRNA,基因都是相同的。,rRNA,基因集中成簇存在，这样的区域称为,rDNA,区。,rRNA,基因位于核仁组织区，每个核仁组织区平均含有,50,个,rRNA,基因的重复单位。,5SrRNA,基因似乎全部位于,1,号染色体，每个单倍体基因组约有,1000,个,5SrRNA,基因。,2.,长分散重复片段,3500 bp,5000,bp,，与,13000bp,的单拷贝序列间隔排列。,在单倍体基因组中只出现一次，大多数为蛋白质编码的基因。,（三）单拷贝序列,多基因家族（,multigene family),是指一类结构相似（核苷酸序列具有同源性）、功能相关的基因。可分为两类：,1.,基因家族成簇地分布在某一条染色体上，同时发挥作用，合成某些蛋白质。如组蛋白基因家族。,2.,基因家族的不同成员成簇地分布于不同染色体上，编码一组功能上紧密相关的蛋白质。如球蛋白基因家族。,三、真核基因组存在多基因家族与假基因,与正常基因非常相似但不能表达的,DNA,序列。,假基因（,pseudogene,），,DNA,序列相似，功能不一定相关的若干个基因或若干组基因家族的总称。如,IgG,超家族。,超家族基因,（,superfamily gene,）,四、线粒体,DNA,（,mitochondrial DNA,，,mtDNA,）,37,个基因：,13,个编码呼吸链多酶体系，,22,个编码,mt-tRNA,，,2,个编码,mt-rRNA,（,16S,和,12S,）。,物种,基因组大小,(,Mb,),基因数,染色体数*,支原体,M.genitalium,0.58,470,无,流感嗜血杆菌,H.influrnzae,1.83,1743,无,枯草芽孢桿菌,B.subtilis,4.20,4100,无,大肠杆菌,E.coli,4.60,4288,无,酿酒酵母,S.cerevisiae,13.50,6034,16,裂殖酵母,S.pombe,12.50,4929,16,燕麦,O.sativa,466,30000,21,果蝇,D.melanogaster,165,13601,4,秀丽隐杆线虫,C.elegans,97,18424,6,小鼠,mouse,2700,30000,20,人,H.sapiens,3000,25000,23,不同生物体基因组的比较,五、基因组大小或基因数量与生物体复杂度,六、人的基因在染色体上的分布特征,非均匀分布,19,号基因密度最大，,13,号和,Y,基因密度最小。,存在,“,沙漠区,”,，即在,500kb,区域内，没有任何基因的编码序列。,全部人类基因组约有,2.91Gbp,基因,数量约,3-4,万，,目前已定位了,2.6,万多个基因，但其中尚有,42%,的功能不明。,人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠”。编码序列约占,3%,，,非编码序列约占,97%,。,35.3%,的基因组包含,重复,的序列。,人与人之间,99.99%,的基因密码,是,相同,的。,大约有,223,个基因可能是人类的脊椎动物祖先生存时由细菌插入的顺序。,人类基因组草图初步结论,1.,如何理解断裂基因及其意义？,2.,何谓启动子、增强子、沉默子？,3.,真核基因组的结构特点是什么？,4.,是否可以依据基因组大小或基因数量判断,生物体的复杂度？,讨 论,