1、第三章第三章 有機(jī)體、染色體及基因有機(jī)體、染色體及基因第一節(jié) 原核生物與真核生物細(xì)胞 v按照細(xì)胞的構(gòu)造和遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布，可將生命有機(jī)體劃分為原核生物和真核生物兩大類。v原核生物沒(méi)有真正的細(xì)胞核，遺傳物質(zhì)存在于整個(gè)細(xì)胞之中，有時(shí)雖有相對(duì)集中的區(qū)域，但并無(wú)核膜圍繞。v真核生物的遺傳物質(zhì)集中在有核膜包圍著的細(xì)胞核中，并與某些特殊的蛋白質(zhì)相結(jié)合成為核蛋白以構(gòu)成一種細(xì)密的構(gòu)造，這種構(gòu)造叫做染色體。原核生物原核生物 Prokaryotes 遺傳物質(zhì)類核或擬核遺傳物質(zhì)類核或擬核習(xí)慣上也稱為染色體習(xí)慣上也稱為染色體真核生物真核生物 Eukaryotes 遺傳物質(zhì)集中存遺傳物質(zhì)集中存在于核膜包圍的在于核

2、膜包圍的細(xì)胞核中細(xì)胞核中,并與并與特殊的蛋白質(zhì)結(jié)特殊的蛋白質(zhì)結(jié)合為核蛋白合為核蛋白染色體染色體v原核生物的遺傳物質(zhì)只以裸露的核酸分子存在，且與少量蛋白質(zhì)結(jié)合，但不構(gòu)成染色體構(gòu)造。然而習(xí)慣上，原核生物的核酸分子也常被人們稱為染色體。v某些有機(jī)體，如噬菌體和病毒，既不是原核生物，也不是真核生物。它們是一種超分子的亞細(xì)胞生命方式，它們的繁衍必需在寄主體內(nèi)進(jìn)展，因此其遺傳機(jī)制與其寄主親密相關(guān)，如噬菌體即細(xì)菌病毒順應(yīng)了原核生物的遺傳戰(zhàn)略，而動(dòng)物病毒和植物病毒那么運(yùn)用真核生物的遺傳法那么。 原核生物和真核生物的差別 v原核基因組的特點(diǎn):v為一條環(huán)狀雙鏈DNA;只需一個(gè)復(fù)制起點(diǎn);具有支配子構(gòu)造;絕大部分為單

3、拷貝;基因普通是延續(xù)的,無(wú)內(nèi)含子;反復(fù)序列很少。v真核基因組的特點(diǎn):v真核生物基因組遠(yuǎn)大于原核生物基因組,構(gòu)造復(fù)雜,基因數(shù)龐大,具有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn);v基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合成染色體,儲(chǔ)存于細(xì)胞核內(nèi);真核基由于單順?lè)醋?而細(xì)菌和病毒的構(gòu)造基因多為多順?lè)醋?基因組中非編碼區(qū)多于編碼區(qū);真核基因多為不延續(xù)的斷裂基因,由外顯子和內(nèi)含子鑲嵌而成;存在大量的反復(fù)序列;功能相關(guān)的基因構(gòu)成各種基因家族;存在可挪動(dòng)的遺傳要素;體細(xì)胞為雙倍體,而精子和卵子為單倍體.第二節(jié)第二節(jié) 基因組與基因組與C C值值v一個(gè)物種的單倍體的染色體的數(shù)目稱為該物種的基因組(genome)。v基因組(genome)：是指細(xì)胞或生物體

4、的全套遺傳物質(zhì)，即生物體維持配子或配子體正常功能的全套染色體所含的全部基因DNA)。v如人基因組的全長(zhǎng)為大約3109對(duì)堿基，編碼 3-4萬(wàn)個(gè)蛋白分子v一個(gè)單倍體基因組的DNA含量總是恒定的，是物種所特有的，稱為C 值(C-value)。vC值是每種生物的一個(gè)特征,不同物種的C值差別極大，最小的枝原體mycoplasma只需104bp，而最大的如某些顯花植物和兩棲動(dòng)物可達(dá)1011bp。單倍體基因組DNA含量在低等真核生物 各種生物基因組大小比較(從原核生物到哺乳動(dòng)物) v不同物種的C值差別很大，隨著生物的進(jìn)化，生物體的構(gòu)造與功能越復(fù)雜，其C值就越大。v在構(gòu)造、功能根類似的同一類生物中，甚至在親緣

5、關(guān)系非常接近的物種之間，它們的C值可以相差數(shù)10倍乃至上百倍。哺乳動(dòng)物(包括人類)的C值均為109bp的數(shù)量級(jí)，人們很難置信兩棲動(dòng)物的構(gòu)造和功能會(huì)比哺乳動(dòng)物更復(fù)雜。v C值矛盾：無(wú)法用知的功能解釋生物如此大的DNA量。C值矛盾v與預(yù)期的編碼蛋白質(zhì)的基因的數(shù)量相比，基與預(yù)期的編碼蛋白質(zhì)的基因的數(shù)量相比，基因組的因組的 DNADNA含量過(guò)多含量過(guò)多v例：人類與例：人類與E.coliE.coli編碼基因數(shù)目的比較研討編碼基因數(shù)目的比較研討v E.coli. 4 X 106bp DAN E.coli. 4 X 106bp DAN 約編碼約編碼30003000種種基因基因v 人類人類3 3109109的

6、的DNA DNA ，是大腸桿菌的，是大腸桿菌的700700多倍多倍v 有上百萬(wàn)個(gè)基因？有上百萬(wàn)個(gè)基因？v根據(jù)不同細(xì)胞中的根據(jù)不同細(xì)胞中的 mRNAmRNA數(shù)目來(lái)估算表達(dá)基因數(shù)目來(lái)估算表達(dá)基因的方法，哺乳動(dòng)物的每種表型的細(xì)胞表達(dá)的的方法，哺乳動(dòng)物的每種表型的細(xì)胞表達(dá)的基因約為基因約為1 1104104個(gè)個(gè)v這樣整個(gè)哺乳動(dòng)物的基因數(shù)目要多于每種細(xì)這樣整個(gè)哺乳動(dòng)物的基因數(shù)目要多于每種細(xì)胞的表達(dá)數(shù)，估計(jì)應(yīng)該有胞的表達(dá)數(shù)，估計(jì)應(yīng)該有1 1105105個(gè)不同書(shū)個(gè)不同書(shū)上有一定偏向上有一定偏向v 約為大腸桿菌的約為大腸桿菌的3030倍，那么倍，那么9090以上的以上的DNADNA功能何在？功能何在？常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)

7、生物基因組的大小 v基因組大小與遺傳復(fù)雜性并非線性相關(guān)，稱為C值矛盾(Paradox) ：v就哺乳動(dòng)物而言，由于哺乳動(dòng)物的基因含有所謂的“內(nèi)含子，因此基因可長(zhǎng)達(dá)50008000 bP，少數(shù)可達(dá)10 000 bp。即使按這樣大小的基因進(jìn)展推算，哺乳動(dòng)物的基因組相當(dāng)于400 000600 000個(gè)基因，這是能夠的嗎？ C值矛盾v基因數(shù)估計(jì)不會(huì)超越這個(gè)數(shù)字的10。經(jīng)過(guò)DNA與RNA雜交實(shí)驗(yàn)，在特定類型的細(xì)胞中表達(dá)的基因數(shù)目大約是10 000個(gè)，但各種細(xì)胞表達(dá)的基因不一樣，估計(jì)要乘上一個(gè)系數(shù)34才干得到基因組的基因數(shù)目，有功能的基因數(shù)目為30 00040 000個(gè)。v間接證據(jù)是經(jīng)過(guò)對(duì)果蠅突變的研討:必

8、需基因的總數(shù)大約為5 000個(gè)，其平均基因大小為2 000 bP，總長(zhǎng)度相當(dāng)于107bp，剛好為基因組大小的10。即使思索這些要素，基因所占基因組的比例也不會(huì)超越20。 v2019年4月14日，美國(guó)聯(lián)邦國(guó)家人類基因組研討工程擔(dān)任人弗朗西斯柯林斯博士盛大宣布，人類基因組序列圖繪制勝利，人類基因組方案的一切目的全部實(shí)現(xiàn)。這樣，由美、英、日、法、德和中國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)13年努力共同繪制完成了人類基因組序列圖，在人類提示生命奧妙、認(rèn)識(shí)自我的漫漫長(zhǎng)路上又邁出了重要的一步。v人類基因組“任務(wù)框架圖已于2000年6月完成，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)人類基因數(shù)目約為3.4萬(wàn)至3.5萬(wàn)個(gè)，僅比果蠅多2萬(wàn)個(gè)，遠(yuǎn)小于原先10萬(wàn)個(gè)基因的

9、估計(jì)。 v持家基因持家基因housekeeping genehousekeeping gene：有些基：有些基因是在一切的細(xì)胞類型中都表達(dá)的，即這些因是在一切的細(xì)胞類型中都表達(dá)的，即這些基因的功能為一切細(xì)胞所必需或稱組成型基因的功能為一切細(xì)胞所必需或稱組成型基因基因 constitutive geneconstitutive genev奢侈基因奢侈基因luxury geneluxury gene: :僅在某種特定類僅在某種特定類型的細(xì)胞中表達(dá)的基因型的細(xì)胞中表達(dá)的基因第二節(jié)第二節(jié) 原核生物染色體和基因原核生物染色體和基因一、大腸桿菌一、大腸桿菌Escherichia coli E.coli 1

10、 1、大腸桿菌在實(shí)踐任務(wù)中、大腸桿菌在實(shí)踐任務(wù)中 的重要性的重要性 1885 Theodor Escherich ( 1885 Theodor Escherich (德國(guó)德國(guó)) ) 原命名為原命名為 Bacterium coliBacterium coli 將其屬名改為將其屬名改為 Escherichia Escherichia 是為了留念發(fā)現(xiàn)者是為了留念發(fā)現(xiàn)者 經(jīng)常被當(dāng)作是一切生物的經(jīng)常被當(dāng)作是一切生物的 原型原型archetype b、生長(zhǎng)迅速，要求營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)簡(jiǎn)單，能進(jìn)展很多生理生化過(guò)程、生長(zhǎng)迅速，要求營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)簡(jiǎn)單，能進(jìn)展很多生理生化過(guò)程c、其有性生殖的存在使得遺傳學(xué)的研討成為能夠、其有性生

11、殖的存在使得遺傳學(xué)的研討成為能夠 d、可以供應(yīng)細(xì)菌病毒的生長(zhǎng)，使病毒的本性即病毒擴(kuò)增的、可以供應(yīng)細(xì)菌病毒的生長(zhǎng)，使病毒的本性即病毒擴(kuò)增的 深化研討成為能夠深化研討成為能夠 a、在實(shí)驗(yàn)室中容易操作、在實(shí)驗(yàn)室中容易操作 類核中，染色體類核中，染色體DNA成分占成分占80，其他為，其他為RNA和蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì) 4.6 x 106bp的基因組的基因組DNA 與多種與多種DNA結(jié)合蛋白質(zhì)組裝成結(jié)合蛋白質(zhì)組裝成 E.coli的染色體的染色體 基因組基因組DNA為雙鏈環(huán)狀，總長(zhǎng)度為為雙鏈環(huán)狀，總長(zhǎng)度為11001400m，1400 個(gè)基因都已定位個(gè)基因都已定位 1 染色體染色體DNA 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的

12、E.coli 24個(gè)類核豐富的基因組個(gè)類核豐富的基因組 DNA2 2、大腸桿菌的遺傳物質(zhì)、大腸桿菌的遺傳物質(zhì) E.coli的基因構(gòu)造的特點(diǎn)的基因構(gòu)造的特點(diǎn) a、功能相關(guān)的幾個(gè)構(gòu)造基因以支配元、功能相關(guān)的幾個(gè)構(gòu)造基因以支配元operon的方式存在的方式存在 其中包括共同的調(diào)理基因、啟動(dòng)子其中包括共同的調(diào)理基因、啟動(dòng)子promoter、操作子、操作子 operator,在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作 iOperonRegulatoryGenepozyaDNAm-RNA -Galactosidase -GalactosidasePermeaseTransacetylaseProtein b

13、、包括功能相關(guān)的、包括功能相關(guān)的RNA基因也串聯(lián)在一同基因也串聯(lián)在一同(rrn 支配元支配元)， 如：如：16S rRNA、23S rRNA、5S rRNA基因轉(zhuǎn)錄在同一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄在同一個(gè) 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中 d、RNA基因多拷貝基因多拷貝 大多數(shù)的大多數(shù)的E.coli菌株都含菌株都含 有七個(gè)有七個(gè)rrn其中六個(gè)分布在其中六個(gè)分布在 E.coliDNA的雙向復(fù)制的雙向復(fù)制 起起點(diǎn)附近點(diǎn)附近 c、蛋白質(zhì)基因通常以單拷貝的方式存在、蛋白質(zhì)基因通常以單拷貝的方式存在2 質(zhì)粒質(zhì)粒DNA plasmid DNA 細(xì)菌中另一類遺傳物質(zhì)細(xì)菌中另一類遺傳物質(zhì)環(huán)狀環(huán)狀DNA，存在于染色，存在于染色體之外，能自

14、我復(fù)制體之外，能自我復(fù)制質(zhì)粒也攜帶許多基因，質(zhì)粒也攜帶許多基因，如：抗生素抗性基因如：抗生素抗性基因質(zhì)粒(Plasmid) ：獨(dú)立于染色體外的，能自主復(fù)制且穩(wěn)定遺傳的遺傳因子。是一種環(huán)狀的雙鏈DNA分子。存在于細(xì)菌、放線菌、真菌以及一些動(dòng)植物細(xì)胞中，在細(xì)菌細(xì)胞中最多。 3 3、大腸桿菌的酶類、大腸桿菌的酶類 細(xì)胞中含有核酸代謝所需的各種酶類細(xì)胞中含有核酸代謝所需的各種酶類 多種限制性內(nèi)切酶多種限制性內(nèi)切酶restriction endonuclease只在特異順序堿基的位點(diǎn)上迴文序列與只在特異順序堿基的位點(diǎn)上迴文序列與DNA結(jié)合，并沿結(jié)合，并沿固定的位點(diǎn)切割固定的位點(diǎn)切割如：如：E.coli的

15、的 EcoR的識(shí)別序列的識(shí)別序列 5.G-A-A-T-T-C3 3.C-T-T-A-A-G.5限制性內(nèi)切酶最根本的工具酶，限制性內(nèi)切酶最根本的工具酶，在在DNA測(cè)序、片段分別、克隆測(cè)序、片段分別、克隆DNA的環(huán)節(jié)都要利用的環(huán)節(jié)都要利用二、噬菌體二、噬菌體phage phage 1 1、X174X174噬菌體噬菌體 很小的很小的E.coliE.coli噬菌體，噬菌體，DNADNA為單鏈環(huán)狀，有為單鏈環(huán)狀，有53865386個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸Frederick SangerFrederick Sanger于于19771977分析測(cè)分析測(cè)定，為此榮獲第二次諾貝爾獎(jiǎng)定，為此榮獲第二次諾貝爾獎(jiǎng) 2 2、X

16、174X174噬菌體基因陳列更噬菌體基因陳列更加表達(dá)經(jīng)濟(jì)原那么：加表達(dá)經(jīng)濟(jì)原那么：a.11a.11個(gè)蛋個(gè)蛋白質(zhì)基因，只轉(zhuǎn)錄成三個(gè)白質(zhì)基因，只轉(zhuǎn)錄成三個(gè)mRNA mRNA b.DNAb.DNA分子絕大部分用來(lái)編碼分子絕大部分用來(lái)編碼蛋白質(zhì)，不翻譯部分只占蛋白質(zhì)，不翻譯部分只占4 4基因之間的間隔區(qū)控制基基因之間的間隔區(qū)控制基因表達(dá)的序列因表達(dá)的序列 重迭基因有以下幾種情況：重迭基因有以下幾種情況： * * 一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因內(nèi)部一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因內(nèi)部 如：如：B B和和A A，E E和和D D 其讀碼構(gòu)造互不一樣其讀碼構(gòu)造互不一樣 c c、最顯著的特點(diǎn)是有重疊基因、最顯著的特點(diǎn)是有重

17、疊基因overlapping genes overlapping genes 或或 嵌嵌套基因套基因 nested genesnested genes -ATG-/-AATGCC -/-ATAACG-/-TAA-A*BATGCCN-NNATAA * * 部分重疊部分重疊 K K和和C C * * 兩個(gè)基因共用少數(shù)堿基對(duì)，兩個(gè)基因共用少數(shù)堿基對(duì)，如：如：A A* *和和C C，D D和和J J-ATGA-CStart codon-TAATG-A*Stop codonDStop codonJStart codon * * 其基因均是按功能相近的聚集成簇的兩個(gè)正調(diào)理基因其基因均是按功能相近的聚集成簇

18、的兩個(gè)正調(diào)理基因N N 和和Q Q除外除外 * * 存在方式存在方式在寄主體內(nèi)有溶源在寄主體內(nèi)有溶源生長(zhǎng)周期原噬菌生長(zhǎng)周期原噬菌體和溶菌生長(zhǎng)周體和溶菌生長(zhǎng)周期兩種生活途徑期兩種生活途徑 第三節(jié)第三節(jié) 真核生物的染色體真核生物的染色體一、概述：一、概述： * * 真核真核DNADNA組蛋白組蛋白 核小體核小體 * * 核小體折疊壓積核小體折疊壓積 染色質(zhì)染色質(zhì)chromatinchromatin 其它的蛋白質(zhì)和其它的蛋白質(zhì)和RNARNA * * 大部分細(xì)胞生活周期里以染色質(zhì)的方式存在彌散狀大部分細(xì)胞生活周期里以染色質(zhì)的方式存在彌散狀 M M期染色體方式期染色體方式 * * 染色質(zhì)有兩種型染色質(zhì)有

19、兩種型 a a、常染色質(zhì)：密度較低，能被表達(dá)、常染色質(zhì)：密度較低，能被表達(dá) b b、異染色質(zhì)：密度較高，不被表達(dá)著絲粒、端粒、異染色質(zhì)：密度較高，不被表達(dá)著絲粒、端粒Cell cycle Cell cycle Interphase 間期間期: G1 + S + G2 M phase (mitosis 有絲分裂有絲分裂):二、核小體二、核小體NuclearsomeNuclearsome * * 染色體構(gòu)造的第一個(gè)染色體構(gòu)造的第一個(gè)層次，構(gòu)成染色質(zhì)的根層次，構(gòu)成染色質(zhì)的根本構(gòu)造單位本構(gòu)造單位 146bpDNA 146bpDNA 組蛋白組蛋白 八聚體八聚體核小體的核核小體的核 心顆粒心顆粒 直徑約直

20、徑約10nm10nm 1 1、核小體的組成、核小體的組成二、組蛋白二、組蛋白Histone 與與Euk.Euk.的的DNADNA結(jié)合的一類堿性蛋白質(zhì)結(jié)合的一類堿性蛋白質(zhì) * * 染色體的主要蛋白質(zhì)組分染色體的主要蛋白質(zhì)組分 * * 富含富含LysLys、ArgArg等堿性氨基酸，等堿性氨基酸，11KD 11KD 23KD23KD * * 中心組蛋白有中心組蛋白有H2AH2A、H2BH2B、H3H3和和H4H4，另一種為，另一種為H1H1 * * 與與DNADNA嚴(yán)密結(jié)合嚴(yán)密結(jié)合 * * 保守性強(qiáng)，但保守性強(qiáng)，但H1H1的保守性較弱的保守性較弱H2BH2AH3H4a2a3a1a2a3a1a2a3

21、a1a2a3a1L1L2aN * * 組蛋白八聚體組蛋白八聚體Histone octamer Histone octamer H2AH2A與與H2BH2B、H3H3與與H4H4的親和力強(qiáng)，的親和力強(qiáng)， 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)C C端的疏水氨基酸結(jié)合端的疏水氨基酸結(jié)合 兩個(gè)兩個(gè)H3H3、H4H4先構(gòu)成四聚體先構(gòu)成四聚體 結(jié)合兩個(gè)結(jié)合兩個(gè)H2AH2A和和H2BH2B的異二聚體的異二聚體 組蛋白八聚體組蛋白八聚體 組蛋白八聚體組蛋白八聚體146bp146bp的中心的中心DNADNA146bp146bp的中心的中心DNADNA在組蛋白八聚體上環(huán)繞在組蛋白八聚體上環(huán)繞1.81.8圈圈Mononucleosomes t

22、ypically have 200 bp DNA. End-trimming reduces the length of DNA first to 165 bp, and then generates core particles with 146 bp.微球菌核酸酶處置微球菌核酸酶處置所得核小體所得核小體DNADNA長(zhǎng)長(zhǎng)度的變化度的變化Chromatosome166 bp, 2 superhelical turnHistone H1 * * 組蛋白組蛋白H1H1把核小體把核小體 “ “封鎖起來(lái)封鎖起來(lái)其中，其中，166bp核小體核小體DAN的堆積比為的堆積比為1056nm線性長(zhǎng)度線性長(zhǎng)度5.

23、6nm螺線管螺線管銜接銜接 DNADNA 100 bp 100 bp平均平均 55 bp55 bpNucleosomeHistone H1Nucleosome repeat:Core + linker DNA200 bp 2 2、染色體構(gòu)造的構(gòu)成、染色體構(gòu)造的構(gòu)成 1 1 首先假設(shè)干個(gè)核小體構(gòu)成念珠狀構(gòu)造首先假設(shè)干個(gè)核小體構(gòu)成念珠狀構(gòu)造 The 10 nm fiber is a continuous strong of nucleosomes.每個(gè)核小體單位包括：200bp左右的DNA、一個(gè)組蛋白八聚體、一分子H1 高度有序高度有序 左手螺旋左手螺旋 每圈包括六個(gè)核小體每圈包括六個(gè)核小體 30

24、 nm fiber(直徑直徑30nm)Solenoid (螺線管螺線管2 2 30nm30nm纖絲的構(gòu)成纖絲的構(gòu)成 染色質(zhì)構(gòu)造的第二層次染色質(zhì)構(gòu)造的第二層次a a、組成、組成Nuclear matrix (核基質(zhì)), protein complex30 nm fiber300 nmb b、體內(nèi)存在形狀、體內(nèi)存在形狀從從DNA到染到染色體的過(guò)程色體的過(guò)程Compaction ratio = 8000Centromere著絲粒著絲粒Telomere有絲分裂中期的染有絲分裂中期的染色體色體姊妹染色單體姊妹染色單體Nuclear matrix核基質(zhì)核基質(zhì)30nm 纖絲環(huán)纖絲環(huán)Chromatid 染色染

25、色單體單體 3 3、著絲粒、著絲粒centromerecentromere 或中心?；蛑行牧? ) 和端粒和端粒(telomere)(telomere)1著絲粒著絲粒( centromere)Yeast centromere富含富含AT,兩側(cè)有高度反復(fù)的衛(wèi)星兩側(cè)有高度反復(fù)的衛(wèi)星DNA,屬異染色質(zhì)區(qū)屬異染色質(zhì)區(qū) a、真核染色體線性、真核染色體線性DNA末端的特殊末端的特殊DNA序列序列 b、有數(shù)百個(gè)拷貝的短的正向反復(fù)序列、有數(shù)百個(gè)拷貝的短的正向反復(fù)序列 ,且總是且總是3端富含端富含G 如：人體內(nèi)如：人體內(nèi) 5-TTAGGG-3 c、復(fù)制靠端粒酶、復(fù)制靠端粒酶 telomerase 核蛋白核蛋白)

26、來(lái)完成來(lái)完成 ，不同于正，不同于正常常DNA的復(fù)制的復(fù)制 d、端粒、端粒DNA構(gòu)成特殊的二級(jí)構(gòu)造構(gòu)成特殊的二級(jí)構(gòu)造G四聯(lián)體構(gòu)成四鏈構(gòu)造四聯(lián)體構(gòu)成四鏈構(gòu)造以使染色體末端免遭降解以使染色體末端免遭降解2 端粒端粒(Telomere )第四節(jié)第四節(jié) 真核生物的基因真核生物的基因一、基因簇與基因家族一、基因簇與基因家族Gene cluster、Gene family 基因家族基因家族Gene familyGene family: :真核生物的基因組中許多來(lái)源一樣，真核生物的基因組中許多來(lái)源一樣， 構(gòu)造類似、功能相關(guān)的一組基因構(gòu)造類似、功能相關(guān)的一組基因 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單多基因家族：多基因家族：5S rRNA5

27、S rRNA基因家族基因家族 復(fù)雜多基因家族：各個(gè)成員并不都是一樣的復(fù)雜多基因家族：各個(gè)成員并不都是一樣的 a a、五個(gè)組蛋白基因、五個(gè)組蛋白基因( (果蠅、海膽等的果蠅、海膽等的) ) b b、rRNArRNA、tRNAtRNA基因家族基因家族 往往以串聯(lián)反復(fù)基因簇的方式出現(xiàn)往往以串聯(lián)反復(fù)基因簇的方式出現(xiàn)目前可分目前可分為為三三類類： ：串聯(lián)反復(fù)基因簇的特點(diǎn)：串聯(lián)反復(fù)基因簇的特點(diǎn)：各成員之間有高度的序列一致性各成員之間有高度的序列一致性拷貝數(shù)高拷貝數(shù)高 幾十幾十 幾百幾百非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)短而一致非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)短而一致正好滿足組蛋白基因、正好滿足組蛋白基因、rRNA rRNA 基因和基因和 tR

28、NAtRNA的的 基因產(chǎn)物被細(xì)胞大量需求基因產(chǎn)物被細(xì)胞大量需求基因簇基因簇gene clustergene cluster：基因家族的各成員嚴(yán)密成簇，陳列：基因家族的各成員嚴(yán)密成簇，陳列 成大段的串聯(lián)反復(fù)單位，定位于染成大段的串聯(lián)反復(fù)單位，定位于染 色體的特殊區(qū)域色體的特殊區(qū)域 由由發(fā)發(fā)育育階階段控制的多基因家族：人段控制的多基因家族：人類類珠蛋白的基因家族珠蛋白的基因家族 a a、組蛋白基因家族、組蛋白基因家族Histone gene familyHistone gene family一個(gè)反復(fù)單位一個(gè)反復(fù)單位( (基因簇，基因簇，gene cluster)gene cluster)的組織情況

29、的組織情況H1H4H2BH3H2A不轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)不轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)海膽海膽組蛋白基因表達(dá)特點(diǎn)：組蛋白基因表達(dá)特點(diǎn)： 沒(méi)有內(nèi)元沒(méi)有內(nèi)元 沒(méi)有多聚沒(méi)有多聚A A尾巴尾巴 真核生物基因特點(diǎn)真核生物基因特點(diǎn) b b、rRNA rRNA 基因家族基因家族 rDNA gene familyrDNA gene family海膽海膽450copies煙草煙草750 copies果蠅果蠅100 copiesT 18s T 5.8s T 28s NT 18s T 5.8s T28s5.8s反復(fù)單位的組織反復(fù)單位的組織一個(gè)反復(fù)單位內(nèi)的轉(zhuǎn)錄一個(gè)反復(fù)單位內(nèi)的轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)內(nèi)元的間隔區(qū)內(nèi)元反復(fù)單位之間的反復(fù)單位之間的不轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)不

30、轉(zhuǎn)錄間隔區(qū) c、tRNA基因基因 tRNAtRNA約長(zhǎng)約長(zhǎng) 707080 bp80 bp，其基因約長(zhǎng)，其基因約長(zhǎng)140 bp (140 bp (內(nèi)元內(nèi)元) )串聯(lián)反復(fù)陳列，但各反復(fù)單位內(nèi)的各串聯(lián)反復(fù)陳列，但各反復(fù)單位內(nèi)的各tRNAtRNA基因可以不同基因可以不同 d、5S rRNA基因基因 簡(jiǎn)單多基因家族簡(jiǎn)單多基因家族成簇陳列成簇陳列,102 ,102 104104拷貝拷貝123 3 不轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)不轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)1 5S rRNA2 假基因假基因 反復(fù)單位間由高反復(fù)單位間由高 度反復(fù)序列隔開(kāi)度反復(fù)序列隔開(kāi) 假基因假基因 Pseudogenes ：與正?；驑?gòu)造類似，但沒(méi)有正常與正?；驑?gòu)造類似

31、，但沒(méi)有正常功能的功能的DNADNA序列序列 e、由發(fā)育階段控制的多基因家族、由發(fā)育階段控制的多基因家族 人類珠蛋白基因家族典型的人類珠蛋白基因家族典型的2 2類基因簇：類基因簇： 珠蛋白基因簇，珠蛋白基因簇， 珠蛋白基因簇珠蛋白基因簇在基因組中可構(gòu)成穩(wěn)定的無(wú)活性的拷貝在基因組中可構(gòu)成穩(wěn)定的無(wú)活性的拷貝血紅蛋白血紅蛋白珠蛋白珠蛋白血紅素血紅素 發(fā)育過(guò)程中的珠蛋白血紅蛋白的亞基組成發(fā)育過(guò)程中的珠蛋白血紅蛋白的亞基組成兩種亞基的編碼基因分別構(gòu)成兩個(gè)不同的基因簇兩種亞基的編碼基因分別構(gòu)成兩個(gè)不同的基因簇, ,并存在于并存在于不同的染色體上不同的染色體上1616和和1111號(hào)染色體號(hào)染色體每個(gè)基因簇中

32、的基因按其在發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)次序從每個(gè)基因簇中的基因按其在發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)次序從5353陳列在編碼鏈上陳列在編碼鏈上( (其中包括有功能的基因和假基因其中包括有功能的基因和假基因) )22222% 97% 1%2% 97% 1% - -樣亞基樣亞基 - -樣亞基樣亞基16號(hào)染色體上，包括一個(gè)活化的基因，一個(gè)假基因，2個(gè)基因，2個(gè)假基因和一個(gè)未知功能的基因，兩個(gè)基因編碼同樣的蛋白質(zhì)；-珠蛋白基因位于11號(hào)染色體上，包括5個(gè)有功能的基因、2、和，還有一個(gè)假基因。不同發(fā)育階段血紅蛋白的亞基組成 二、割裂基因二、割裂基因splitting gene 不延續(xù)基因不延續(xù)基因discontinuous ge

33、ne 斷裂基因斷裂基因interrupted gene概念：編碼某一概念：編碼某一RNARNA的基因中有些序列并不出如的基因中有些序列并不出如今成熟的今成熟的RNARNA序列中，成熟序列中，成熟RNARNA的序列在基因中被的序列在基因中被其他的序列隔開(kāi)。其他的序列隔開(kāi)。1 1、割裂基因的發(fā)現(xiàn)、割裂基因的發(fā)現(xiàn) 經(jīng)過(guò)成熟經(jīng)過(guò)成熟mRNAmRNA或或cDNAcDNA與編碼基因的與編碼基因的DNADNA雜交實(shí)驗(yàn)雜交實(shí)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)而發(fā)現(xiàn) intronsexonsR環(huán)環(huán)雞的卵清蛋白基因雞的卵清蛋白基因DNADNA與其與其mRNAmRNA雜交圖雜交圖1978 Gilbert 1978 Gilbert 真核生物基

34、因的新概念真核生物基因的新概念 Exon (外顯子、外元外顯子、外元)DNA 與成熟與成熟RNA間的對(duì)應(yīng)區(qū)域間的對(duì)應(yīng)區(qū)域氨基酸的編碼區(qū)氨基酸的編碼區(qū)amino acid coding region 非間隔區(qū)非間隔區(qū)unspacer is any segment of an interrupted gene that is represented in the mature RNA product原初轉(zhuǎn)錄物中經(jīng)過(guò)原初轉(zhuǎn)錄物中經(jīng)過(guò)RNARNA拼接反響而保管于成熟拼接反響而保管于成熟RNARNA中中的序列或基因中與成熟的序列或基因中與成熟RNARNA序列相對(duì)應(yīng)的序列相對(duì)應(yīng)的DNADNA序列序列Int

35、ron (Intron (內(nèi)含子、內(nèi)元內(nèi)含子、內(nèi)元) )is a segment of DNA that is transcribed, but removed from within the transcript by splicing together the sequences (exons) on either side of it. DNA 與成熟與成熟RNA間的非對(duì)應(yīng)區(qū)域間的非對(duì)應(yīng)區(qū)域 氨基酸的非編碼區(qū)氨基酸的非編碼區(qū)uncoding region 間隔區(qū)間隔區(qū)spacer 但被轉(zhuǎn)錄但被轉(zhuǎn)錄原初轉(zhuǎn)錄物中經(jīng)過(guò)原初轉(zhuǎn)錄物中經(jīng)過(guò)RNARNA拼接反響而被去除的拼接反響而被去除的RNARNA序列或序列或基因中與這種基因中與這種RNARNA序列相對(duì)應(yīng)的序列相對(duì)應(yīng)的DNADNA序列序列R R環(huán)環(huán)R-loopR-loop：mRNAmRNA與編碼單鏈與編碼單鏈DNADNA雜交時(shí)，不互補(bǔ)的雜交時(shí)，不互補(bǔ)的 intronintron部分構(gòu)成的環(huán)部分構(gòu)成的環(huán)割裂基因割裂基因前體前體mRNAIntrons 去除去除Exons 銜接銜接Precursor mRNA (pre-mRNA)Heterogeneous nuclear RNA (HnRNA)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄物又稱為真核生物基因的轉(zhuǎn)錄物又稱為 所以真核生物基因又稱為所以真核生物基因又稱為 Splitting gene Int