《基因和基因组》PPT课件.ppt
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1、第二章第二章 基因和基因组基因和基因组genesandgenomes一、原核生物和真核生物一、原核生物和真核生物 l原核:原核:无核结构无核结构l真核:真核:核膜包围染色体核膜包围染色体l主主要要区区别别:细细胞胞结结构构、遗遗传传组组织织、细细胞胞的其他功能的其他功能 生物进化的三界学说嗜热细菌古细菌产甲烷细菌嗜盐细菌原核大肠杆菌真细菌土壤杆菌原始细胞枯草杆菌原生生物真核真菌植物动物二、原核生物染色体及其基因二、原核生物染色体及其基因1、E.coli染色体4.2106bp双链环状DNA,无核结构。相对集中产生类核,DNA占80%,RNA和蛋白质占20%,1000bp/基因。E.coli有30
2、00-4000个基因。相关术语介绍:l操纵子:功能上相关的几个结构基因相连,由一个共同的调节基因和一组共同的控制位 点 即 启 动 子(promoter)和 操 作 子(operator,也称操纵基因)。在基因表达时协调作用。这种基因表达调控结构组成一个单元,称为操纵子(也称为操纵元)。如E.coli中的乳糖代谢操纵子l操纵子组成包括结构基因、启动子和被调节基因产物识别的操纵基因调控子:一个调节基因的产物能调控几个操纵子基因的表达。这样几个操纵子加上它们的调节基因就是调控子结构基因:编码蛋白质的特定DNA序列,常为单拷贝。lRNA基因:仅转录合成RNA的特定DNA序列。多拷贝。l遗传密码:DN
3、A序列和相应蛋白质氨基酸之间的关系。通过mRNA中碱基的排列来联系。l密码子:mRNA中的三联体。l突变热点:DNA序列中特定区段容易发生突变的位点。顺反互补顺反互补-基因基因的认识的认识l可读框DNA中具有潜在编码蛋白质氨基酸的核苷酸序列。l编码区:DNA中对应于蛋白质中氨基酸序列的核苷酸序列。l转录单位:包括转录的启动子及其上游的其它调控区域、基因本身和转录的终止序列。l间隔区:基因序列中没有编码功能的区域。包括一些复制、转录、翻译过程的调控区段。2、噬菌体 lx174l单链环状DNA。5386核苷酸,11个基因,3个mRNA,翻译11种蛋白质,重叠基因和基因内基因。l噬菌体l48502b
4、p,双链DNA,(环状和线形分子)在E.coli中有两种形态存在,以分离的环状分子存在于寄主的细胞质中和以原噬菌体形式整合到寄主染色体中。cI溶原化的原因溶原化的原因三、真核生物基因组 1、真核生物基因组大小与C值矛盾基因组、染色体数目、C值C值矛盾(Cvalueparadox),人们无法用已知功能来解释基因组的DNA含量,所以产生了C值矛盾。与预期的编码蛋白质基因数量相比,基因组DNA含量过多。一些物种间的复杂性变化范围并不大,但C值却很大。常见试验动物的DNA含量2 2、基因组的基因数目、基因组的基因数目 a.全序列测定,酵母,1.3107bp,平均每个可读框为1.4kb。基因间的平均间隔
5、为600bp.则1.3107bp/1.4kb+600bp=6500(基因)b.可读框最大值c.表达基因数最小值d.致死基因数不等交换改变基因数目四、真核生物的染色体四、真核生物的染色体 l1.染色质和核小体异染色质组成型异染色质DNA序列不转录兼性异染色质X染色体常染色质l2.核小体染色体的基本结构单位200bpDNA+组蛋白(H2A,H2B,H3,H4)+H1染色质染色体,被压缩8000-10000倍四级结构核小体螺线体超螺线体染色单体核小体的组装H3和H4先形成四聚体,一个锁芯样结构,70-80bpDNA缠绕其上形成一圈螺旋,然后H2A和H2B形成异二聚体,结合于四聚体的两个侧面,各异二聚
6、体与30-40bpDNA结合各产生半圈螺旋,最后H1与DNA结合锁住核小体的进出口。3、着丝粒(centromere)功能:染色体分裂的完整性、连续性、两极分离性酵母菌的着丝粒序列(cen3)插入酵母菌质粒中。使质粒在细胞分裂表现出有规则地向子细胞分配行为。结构:DNA特殊序列,大多数着丝粒中含110bp的AT富集保守区,在其两侧是高度保守的序列(成分和成分)特征:不同物种的着丝粒中DNA序列不同,同种生物不同染色体的着丝粒结构也有差别。4端粒(telomere)l线性DNA分子末端特化了的序列,是特殊的二级结构。l端粒的DNA由许多短的正向重复序列组成。5端总是在富含C的链上,3端则在富含G
7、的链上。lCn(A/T)mn=18lGn(T/A)mm=14l具有一条单链末端,总是富含G的链,即带有3端。l端粒DNA单链末端不被核酸外切酶及单链特异性的内切核酸酶所识别。l人类端粒5TTAGGG-3,l端粒、着丝粒和DNA复制起点构成了染色体的不可缺少的三要素。l人 工 染 色 体(artificialchromosome)五五 真核生物的基因真核生物的基因l1真核生物DNA复性 动 力学真核生物DNA复性跨越78个数量级,复性可分为三个组分,每个组分代表基因组中不同复杂性的序列l第一相:快复性组分约占25Cot1042102,Cot1/2=0.0013l第二相:中间复性组分占30Cot0
8、.2100Cot1/2=1.9l第三相:慢复性组分占45Cot8010000Cot1/2=630l真核DNA的复杂性大于原核DNA.从Cot曲线可见原核的Cot曲线都呈“S”形。跨度一般分布2个数量级,表明原核DNA都是单一序列。lDNA复杂性为最长的没有重复序列的DNA核苷酸对数目。可通过E.coliDNA作为标准对被测DNA进行复杂性的计算:l4.2106bp样品DNACot1/2(观察可得)lXE.coliDNACot1/2(已知)各组分复杂性的计算是独立进行的,独立与标准各组分复杂性的计算是独立进行的,独立与标准DNADNA的的CotCot曲线比较。曲线比较。第三相第三相 占占4545
9、,其,其Cot Cot 浓度也是总浓度也是总CotCot的的45%45%,因而它实际上的,因而它实际上的CotCot1/21/2 应为应为6304563045283283,假定同样条件下,假定同样条件下,E.coliE.coli DNA DNA的的CotCot1/21/2 4 4,则代,则代入以上计算入以上计算DNADNA复杂性的公式可得第三相慢复性复杂性的公式可得第三相慢复性组分的组分的动力学复杂性动力学复杂性。4.2106bp283X3.0108bp4同理第二组分为6105bp第一组分为340bpl化学复杂性是利用化学方法测量的结果。上例中DNA总浓度7.8108bp,其 中 第 3组 分
10、 化 学 复 杂 性 为7.8108bp453.15108bp,该数据 和 按 复 性 动 力 学 估 算 的 结 果(3.0108bp)很接近。根据基因组总长度和每一组分的复杂长度,可计算出每一组分拷贝数l化学复杂长度基因组DNA总长度组分所占比例lfl动力学复杂长度动力学复杂长度l7.8108bp45l三相f1l3.0108bpll7.8108bp30l二相f350l6.0105bpl7.8108bp25l一相f500,000l3402、真核生物的单一序列,重复序列及卫星DNA l根据复性动力学研究结果可将真核DNA分为4种 单一序列单一序列非重复序列 轻度重复序列轻度重复序列在基因组中有
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