第二章 染色体和基因1.ppt

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,*,欢 迎,第二节 基因,基因的定义,原核生物基因的特征,真核生物基因的特征,基因和顺反子的关系,基因的定义,基因（,gene),是核酸分子,中储存遗传信息的遗传,单位，是指储存有功能的,蛋白质多肽链或,RNA,序列,信息及表达这些信息所,必需的全部核苷酸序列。,结构基因,指编码,蛋白质或,RNA,的,DNA,序列。,几个定义,重叠基因,:,一个基因位于另一个基因中,;,部分基因重叠,;,只有一个碱基重复,.,断裂基因,:,外显子和内含子,复等位基因,:,决定血型的基因,假基因,:,含有与正常基因相似的内含子和外显子,但不能翻译成功能蛋白,可能是基因突变形成,.,原核生物基因的特征,功能相关的基因高度集中,编码蛋白质的基因通常以单拷贝的形式存在,RNA,的基因通常是多拷贝的,结构基因没有居间序列,是连续的,大部分用于编码蛋白,只有少数不编码,结构基因重复序列少,染色体呈环状,不和蛋白固定结合,真核生物基因的特征,基因不连续性,基因家族,:,真核生物基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这样一组基因称为基因家族,超基因家族,:,由基因家族和单基因组成的较大的基因家族,.,结构同源性不等,.,重复基因结构,:,中度重复和高度重复,高度重复序列,：就是在基因组中存在大量拷贝的序列，其重复次数高达,10,6,-10,8,。（通常这些序列是由很短的碱基组成的，长度为,2-200bp,。包括,反向重复序列和卫星,DNA,卫星,DNA(satellite DNA),：,有些高度重复序列常含有异常高或低的,GC,含量，当基因组,DNA,被切断成数百个碱基对的片段进行氯化铯密度梯度超离心时，这些重复序列片段常在主要,DNA,带的前面或后面形成一个次要的,DNA,区带，这些小的区带就象卫星一样围绕着,DNA,主带。,反向重复序列,基因与顺反子的关系,在原核和低等的真核生物中，顺反子小于基因。,在高等真核生物中，顺反子等价于结构基因。,细胞器基因,包括线粒体和叶绿体当中的基因特征，我们在基因组一节中，细胞器基因组结构特征中向大家介绍。,亚细胞结构基因特征,此部分已在病毒一节讲过，大家再自己看看书，这里不再重讲。,癌基因与抑癌基因,1910,年,Rous,发现,鸡肉瘤病毒,(,RSV:RNA,反转录病毒）。,1963,年,Dulbeco,发现正常细胞感染病毒可恶变为癌细胞。,1970,年,Baltimore,发现病毒感染宿主时，,RNA,经逆转录酶合成,DNA,并整合到宿主,DNA,，从而导致宿主细胞的恶性转化。,1970,年,Marein,证明细胞恶性转化与,RSV,基因组中一个特定的基因,src,相关，该基因被命名为,病毒癌基因,1976,年,Bishop,证明,正常细胞,中存在与,v-oncogene,同源序列,细胞癌基因,(cellular,oncogene,c-onc,),。,80,年代初,Weinberg,等几个实验室通过转染实验证明人体细胞中的癌基因,H-,ras,。,现已发现,100,多种的,oncs,。,在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中发现的可以导致细胞恶性转化的核酸片断,称为,癌基因,。根据其来源可以分为两类。,病毒癌基因、细胞癌基因,无论病毒癌基因还是细胞癌基因被激活后均有诱导肿瘤发生的作用，所以有时候我们又将肿瘤细胞中的癌基因称为,肿瘤癌基因,。,癌基因的概念,病毒癌基因,(,virus-,oncogene,；,v-onco,),指病毒核酸能够使细胞恶性转化的片断。,原癌基因,(,proto-oncogene,，,pro-,onco,),即细胞癌基因,在人类、哺乳动物如大鼠、小鼠，乃至酵母、果蝇中发现的与肿瘤病毒癌基因的同源顺序。这种基因,是正常的细胞基因,，其表达产物的功能在于维持细胞的正常生长发育。但是，这种基因一旦被某些因素激活就会转变成有转化能力的癌基因。,细胞癌基因概述,细胞癌基因是细胞正常生长、分化所必需的，是生长发育过程中所不可缺少的。,这些细胞癌基因在发育过程中的一定时间、一定组织中定量的表达，产生生命活动中所必需的蛋白质，促进某些生命过程的进行，使生长发育得以实现。,这些细胞癌基因在机体生长发育过程完成后多处于关闭状态，即不表达或低表达。,一旦在错误的时间，不恰当地点，不适量表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于恶性转化。,病毒癌基因与细胞癌基因非常相似，主要不同之处在于：,细胞癌基因：含有内含子或者插入顺序。,病毒癌基因：不含有内含子。,二者在外显子序列中仅有非常微小的差别，他们的外显子在进化过程非常保守，这表明他们编码的蛋白质产物在进化上的重要性。,病毒癌基因与细胞癌基因的差别,根据癌基因编码蛋白质功能、性质进行分类。,1.,蛋白激酶类,酪氨酸蛋白激酶：,src,、,fgr,、,yes,。,丝氨酸,/,苏氨酸蛋白激酶：,raf,、,mos,、,2.,生长因子类,sis PDGF-2,；,int-2,EGf,的相似物；,erb,-B EGf,受体,3.GTP,结合蛋白类,产物具有,GTP,酶的活性,ras,(H-,ras,；,K-,ras,),4.,核蛋白类,产物与,DNA,结合，与复制启动有关,myc,；,fos,；,jun,；,erb,-A,癌基因的分类,癌基因的激活机制：,点突变（,point mutation,）,病毒诱导与,启动子插入激活,基因扩增（,gene amplification,）,染色体易位或重排,(chromosome translocation or recombination),抗癌基因,（,antioncogene,）,又名,抑癌基因,(tumor suppressor gene,TSGs,),、,隐性癌基因,。是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因。在生物 体内与癌基因功能相抵抗，共同保持生物体内正负信号相互作用的稳定。,已发现10种,抗癌基因,如,Rb,(Retinoblastoma,视网膜母细胞瘤,),p53,蛋白,许多,TSGs,产物是细胞周期调节因子或是生长相关基因的转录抑制子。它的非活性形式能促进肿瘤生长。,第三节 基因组,一、基因组的定义,二、原核生物和真核生物基因组的结构特点,三、遗传图谱、物理图谱、基因图谱,四、人类基因组计划,基因组,（,genome,）,指细胞或生物体中，一套,完整单倍体,的,遗传物质,的,总和,。如人类基因组包含,22,条染色体和,X,或,Y,两条,性染色体上的全部遗传物质（,核基因组,），以及胞浆线粒体上的遗传物质（,线粒体基因组,）。,基因组,二、原核生物和真核生物基因组的结构特点,原核生物基因组的结构特点：,1,、基因组较小，平均,1kb,，大小变化不大,2,、几乎无蛋白质同核酸结合,3,、有操纵子结构,4,、有单拷贝和多拷贝两种形式,5,、有重叠基因,6,、多顺反子,真核生物基因组的结构特点,1.,基因组较大，平均,16kb,，且变化较大,2.,和蛋白质结合，形成染色体,3.,有重复序列,4.,以单拷贝和多拷贝两种形式存在,5.,基因不连续，编码序列中含有内含子,6.,单顺反子,线粒体基因组（,mtDNA,1,、,G,、,C,含量 较少,为,A-T,型,DNA,，有,A,、,T,、,G,、,C,、,m,5,C,五种碱基，大多的线粒体基因组,G,、,C,含量 比,A,、,T,少。不同生物比例不同,生物,G,、,C,含量 生物,G,、,C,含量,人类,41%,鸡,49%,海胆,45%,果蝇,22%,爪蛙,44%,大鼠,41%,脉饱菌,42%,酵母,18%,玉米,48%,烟草,51%,豌豆,38%,鲤鱼,43%,2,、浮力密度低,(,核,DNA,浮力密度为,1.78,）,由于线粒体基因组中存在,GC,较少，所以他的浮力,密度较低，当与核,DNA,在一起离心时，经常位于离,心管中核,DNA,带的上侧依此可,mtDNA,的分离提取,生物 克,/,厘米,3,人类,1.705,海胆,1.704,爪蛙,1.704,蝾螈,1.693,豚鼠,1.702,绵羊,1.703,鸭,1.711,兔子,1.703,果蝇,1.681,蛔虫,1.685,3,、存在状态,多数生物的线粒体基因组为裸露双链闭合环状，,个别的如一些绿藻类为裸露的线状,4,、分子较小,动物的线粒体基因组较小，如人类、牛、老鼠等,都为,16.5kb,。长度约为,5,微米,动物基因组大小,物种类别 基因组大小（,kb,）,脊椎动物,15.7-17.5,软体动物,15.7,昆虫,14.5-17.9,其他动物,14.4-17.5,原虫,18.540.0,真菌,18.9-95.0,植物线粒体基因组大小,植物类别 基因组大小（,kb,）,真菌,18.9-90.0,藻类,15.0-80.0,拟南芥,380.0,玉米,570.0,小麦,440.0,豌豆,240.0,蚕豆,190.0,西瓜,330.0,黄瓜,1500.0,甜瓜,2400.0,胡芦,2700.0,5,、数目,动物细胞中线粒体较多，几百个，甚至几万、几,十万个，植物细胞中较少，几百或几千个。,一个线粒体中可以有几个或几十个类核区，每个,类核区含有,45,个线粒体基因组,6,、两条链不对称 密度不同,mtDNA,的两条链一条富含胸腺嘧啶核苷酸（,T,）和,鸟嘌呤核苷酸（,G,），叫做重链（,H,）一条富含腺,嘌呤核苷酸（,A,）和胞嘧啶核苷酸（,C,），叫做轻,链（,L,），二者浮力密度不同，离心时可以把,两条链分开,7,、没有重复序列,复性动力学研究测定的分子大小与电镜下测定的,分子大小一致，说明没有重复序列,8,、基因特点,基因较小，排列紧凑,基因间无间隔，并不是每个基因都有启动子,两条链上都有基因存在，,人类以及脊椎动物的线粒体基因组有,2,个,rRNA,基,因，,22,个,tRNA,基因,13,个氧化磷酸化过程中的多,肽基因基因,动物线粒体基因无内含子，在酵母、植物线粒,体基因中发现有内含子,某些蛋白质或氨基酸与通用密码子不同,有一个,D,环，与复制有关。有,2,个复制起点,叶绿体基因组,(,cpDNA,）,1,、碱基组成,G,、,C,含量为,3738%,，缺少,5-,甲基胞嘧啶,2,、浮力密度,（,1.694-1.698,）,与核基因组、线粒体基因组有区别，有的比核基,因组低，有的比核基因组高，如：,小球藻 核基因组,1.716,叶绿体基因组,1.692,衣藻,1.707 1.695,菠菜,1.694 1.697,洋葱,1.691 1.696,3,、存在状态,裸露，闭合双链环状结构，缺乏超螺旋,4,、分子大小,最小的约,85kb,最大的约,195kb,。一般在,121,155kb,。长度约,4045,微米，是线粒体基因组的,89,倍。分子量为,85.496.710,6,道尔顿,5,、数目,多个拷贝，高等植物每个叶绿体中含,3060,个拷,贝，如甜菜细胞中有,40,个叶绿体，每个叶绿体中,有,418,个类核体，每个类核体有,48,个拷贝,cpDNA,，即每个细胞中约有,6000,拷贝。单细胞藻,类如衣藻细胞中有,5001500,个拷贝,细胞器基因组结构特征,1.,基因组是环状，并有多个拷贝,2.,基因组常以重组产生的序列变异体混合物的形式存在,3.,绝大多数细胞器基因都进行基因表达,4.,有多个转录起始点，是多顺反子,5.,细胞器可以携带基因组外的质粒,遗传图谱,遗传图谱（,genetic map,）又称连锁图谱,(linkage map),，它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆高于,1%,）的遗传标记为,“,路标,”,，以遗传学距离（在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组的百分率，,1%,的重组率称为,1cM,）为图距的基因组图。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件。,遗传连锁图：通过计算连锁的遗传标志之间的重组频率，确定它们的相对距离，一般用厘摩（,cM,，,即每次减数分裂的重组,频率为,1%,）,表示。,物理图谱,物理图谱（,physical map,）是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息，它是通过对构成基因组的,DNA,分子进行测定而绘制的。绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地排列出来。,基因图谱,基因图谱是鉴别人类目前认为的全部,6,万,-10,万个基因，其中包括决定各类,RNA,的基因。明了基因行使的功能及其在全部基因中所占的比例，只有弄清全部这些基因以及基因组中其他序列的结构与功能才是人类基因组计划的最终目标。人类基因组计划要完成,3,0,亿核苷酸序列图，这也是最高层次和最详尽的物理图。,人类基因组,人类基因组计划在绪论中已有所提及，大家再自己看看书，此为自学内容。,谢 谢,