第三章 基因组的结构与功能.

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1 第三章 基因组的结构与功能

2 指不同的基因功能区域在核酸分子中的分布和排列情况。
基因组（genome）： 细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总和。 如人： 22常+ X， Y，+ 线粒体基因组 基因组的结构： 指不同的基因功能区域在核酸分子中的分布和排列情况。 基因组的功能：贮存和表达遗传信息。

3 第一节： 病毒基因组 正股(+)：序列与mRNA相同的链 负股(-)：序列与mRNA互补的链 一、病毒基因组核酸的主要类型
分类 DNA RNA 双链DNA：HBV 单链DNA：M13噬菌体 正股(+)：序列与mRNA相同的链 负股(-)：序列与mRNA互补的链

4 二、病毒基因组的特点 HBV：3.2kb 痘病毒：300 kb 1．基因组大小相差很大： 2．核酸结构多样性： DNA 或RNA 单链或双链
合环状分子或线性分子 3．基因组有连续的，有不连续的 大多数连续 流感病毒：8条单链RNA 4．编码序列>90%(基因组)

5 5. 多为单拷贝,即每个基因只出现一次 6..基因有连续的和间断的 (有内含子) 7.相关基因丛集: 功能上相关的基因排列在一起 8.有重叠基因 9.含有不规则结构基因 基因之间无间隔区 mRNA５＇端无帽子结构. 结构基因本身无翻译起始序列

6 三、典型病毒基因组介绍 1. SV40病毒基因组

7 调控区（400bp）：复制起始点，启动子，增强子
双链环状DNA：5243bp 早期转录区：一个基因（2个蛋白质 t，T） 调控区（400bp）：复制起始点，启动子，增强子 晚期转录区：先转录出一个多顺反子mRNA VP1 mRNA AUG 位于VP2和 VP3内 VP2 mRNA VP3比VP2N端少1/3 VP3 mRNA

8 T - 抗原和t-抗原mRNA前体的不同剪接方式
UAA 内含子1 内含子2 前体mRNA 剪接方式1：去除内含子1 剪接方式2：去除内含子2 T-mRNA t -mRNA T- 抗原 t-抗原 分布于核内：100 KD 分布于胞浆内：18 KD T - 抗原和t-抗原mRNA前体的不同剪接方式

9 2、逆转录病毒(retroviruses)
（1）一般特征 病毒(+)股RNA为2个拷贝,基本结构为: ５＇帽－R－U5－PB－－DLS－－gag－pol－env－(onc－)－ C－PB＋－U3－R－poly(A)n 病毒颗粒中有两条相同的正股RNA+两条来自宿主细胞的tRNA

10 A：编码区:所有逆转录病毒均含有3个基本结构基因
gag: 病毒衣壳蛋白 pol: 肽链内切酶,一个逆转录酶,一个与前病毒整 合相关的酶 env: 包膜蛋白 B：非编码区: 与基因组复制和基因表达有关 A: R区: 两端的重复序列,与cDNA合成有关 B: 引物结合区(primer binding site, PB) C: U区: U3 含强启动子,起始转录RNA. U5 与转录终止和加polyA有关 D: DLS--C区: DLS:两条病毒(+)RNA链结合位点 : 包装信号:RNA装入病毒颗粒 C: 调控区.

11 （2）前病毒基因组的转录和翻译 A：逆转录病毒基因组的复制和转录都需要经过DNA中间体才能完成. RNA病毒 RNA病毒 DNA前病毒
(cDNA) 末端形成新的重复序列(U3-R-U5) 称长末端重复序列(LTR) long terminal repeat B：翻译 多顺反子mRNA gag pol(无起始密码子)

12 90% 形成gag蛋白 10%形成gag- pol 蛋白 剪接后形成env mRNA

13 第二节 原核生物基因组 一、原核生物基因组结构的特点： 1、基因组为环状双链DNA分子 2、只有一个复制起始点. 3、具有操纵子结构
第二节 原核生物基因组 一、原核生物基因组结构的特点： 1、基因组为环状双链DNA分子 2、只有一个复制起始点. 3、具有操纵子结构 指数个功能上相关的基因串联在一起,连同上游的调控区和 下游的转录终止信号构成基因的表达单位. 4、一般无重叠基因. 5、基因是连续的,无内含子 6、编码区在基因组中的比例 >> 真核基因组 << 病毒基因组

14 二、质粒（plasmid） 7、基因组中重复序列很少 8、具有编码同工酶的基因(isogene) 9、存在可移动DNA序列
10、分子中有多功能识别区域 复制、转录起始区 复制、转录终止区 二、质粒（plasmid） 是细菌内携带的染色体以外的DNA分子 是共价闭合环状DNA（covalent closed circular DNA， cccDNA） 1、最大特点: 可独立复制 2、质粒的遗传控制

15 (1).复制控制系统: 控制质粒的拷贝数 复制起始点(ori) Rep基因: Rep蛋白结合于ori, 促进复制 过量可抑制复制 Cop基因: 抑制复制 (2).分配系统: 使质粒在细菌分裂时精确分配到子细胞中. (3). 细胞分裂抑制系统: 控制细胞分裂,使细胞分裂与质粒 复制协调 (4).位点特异重组系统: 多聚体 单体 (细菌内) (分裂时) (5) 质粒的不相容性: 具有相同复制起始点和分配区的两种质粒不能共 存于一个宿主,这种现象称.

16 共存一宿主 两种质粒 不共存一宿主 另:凡经改建作为基因克隆载体的质粒必须包括三种共同的组成成分: 复制基因(replicator) 选择性标记 克隆位点

17 三、转位因子(transposable element)
指可移动的DNA 或＂跳跃基因(jumping gene)＂ 分子内 分子间 1940s, 美国冷泉港实验室(Cold Spring Harber Lab) 的女科学家B.McClintock(荣获1983年若贝尔生物医学奖)在玉米中首次发现. 1.分类及特征 插入序列(insertion sequence, IS): 转位(座)子(transposon, Tn) 噬菌体Mu 和 D108

18 较小,分子量< 2000 bp 首先在细菌中发现 (1)插入序列: 共同特征: A: 两末端均有一段反向重复序列(IR,长度 不一定相同. B: 一般只编码一种转位酶. C: 插入后可在两侧形成顺向重复序列. D: 可双向插入: 正向 , 反向.

19 (2).转座子(Tn): 较大的可移动成分 , 分子量 >2000 bp 含转座基因(转座酶) 特征: 决定宿主遗传性状的基因
A:复合型: 一个基因 + 两侧臂(IS 或类IS序列) (图3-5) 不可单独存在 方向可相同可相反

20 C：接合型: G(+) 球菌中发现,可在不同细菌间移动.无末 端反向重复序列
B: TnA族两侧无IS.(如(Tn3) ). 阻遏和解离蛋白（TnpR） -内酰胺酶 反向重复 转座酶（TnpA） 反向重复 内解离区 Tn3 的分子结构 C：接合型: G(+) 球菌中发现,可在不同细菌间移动.无末 端反向重复序列

21 2、转位作用的机制(图3-7) 单纯转座(简单转座) 复制型转座

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23 第三节 真核生物基因组 一 、特点 1、. 体细胞: 两套基因组 性细胞: 一套基因组 2、基因组结构复杂,数目庞大, 多个复制起始点
第三节 真核生物基因组 一 、特点 1、. 体细胞: 两套基因组 性细胞: 一套基因组 2、基因组结构复杂,数目庞大, 多个复制起始点 3、mRNA为单顺反子. 4、含大量重复序列. 5、非编码序列占90%以上. 6、基因间有间隔区(spacer DNA),基因为断裂基因(split gene) 即内含子,外显子. 7、功能相关的基因串联在一起形成基因家族

24 8、存在可移动成分. 类似细菌的:如玉米中发现的. 类似逆转录病毒的: 转位机制需RNA介导(图3-8)

25 二、基因家族（gene family）或 多基因家族
指结构相似，功能相关的一组基因, 由同一祖先进化而来。 假基因: 进化中死亡的基因(无功能),用 表示 如:组蛋白基因家族: 5个成员: H1, H2A, H2B, H3, H4 5个基因串联排列形成一个重复单位,但不同生物中排列不同 海胆: H1-H4-H2B-H3-H2A 果蝇: H2B- H2A- H4- H3- H1 水螈: H1-H3-H2B-H2A-H4

26 三、基因超家族（gene superfamily） 或 超基因家族
在结构上有不同程度的同源性，但功能不一定相同。 如：免疫球蛋白基因超家族 随着技术的发展： 基因家族 基因超家族 如：丝氨酸蛋白酶基因家族 + 载脂蛋白 超家族

27 四、重复序列 1.高度重复序列： 重复频率 >105 2.中度重复序列: 重复频率 101-105,占基因总量的35%
2.中度重复序列: 重复频率 ,占基因总量的35% ( rRNA gene, tRNA gene, 组蛋白gene ) 3.单拷贝基因: 仅出现一次或少数几次. 大多数编码蛋 白质的基因.