基因及基因组结构PPT课件

噬菌体G4一段DNA序列内A、C、K基因三重重叠
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基因读框相同，只是起始部位不同
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重叠基因
实质：两个基因虽共用一段核苷酸序列，但其 读码结构互不相同，编码不同的蛋白质。
意义：使DNA的利用率提高，是基因表达调控 的方式之一。
目前，在少数原核生物（大肠杆菌、病毒）中 发现，在少数真核生物中也发现了类似的基因 重叠现象（果蝇）。
bony fish amphibians
reptiles
The human genome is thought to contain ~30,000 to 40,000 genes.
birds mammals
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1.08
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1010 1011
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（二）遗传物质组成
病毒基因组
核基因组 原核生物基因组
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（三）基因分类
第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻 译功能，包括编码酶和结构蛋白的结构基因以 及编码阻遏蛋白的调节基因
第二类是只有转录功能而没有翻译功能的基因， 包括tRNA基因和rRNA基因
第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节 控制作用，包括启动基因和操纵基因
ห้องสมุดไป่ตู้
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二、基因组（genome）
第三章 基因及基因组结构
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一、基因（gene）
（一）定义
生物学定义：
——具有遗传功能的DNA片段。
分子生物学定义：
——DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸
序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功
能的多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通
常是DNA序列）。
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（二）基因的组成
一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或RNA 的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控 序列、5′非翻译序列、内含子以及3′非翻译序 列等所有的核酸序列（蛋白质基因和RNA基 因）。
基因组越小，编码蛋白越少，对寄主依赖 性越大。
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2.化学组成多样
DNA病毒、RNA病毒 单链、双链 线状、环状 分节段、不分节段
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3.基因重叠现象普遍存在
单链环状DNA，基因 组共5386个核苷酸，构 成3个转录单元，共编 码11个蛋白质，总分子 量为25万左右，相当 于6078个核苷酸所容 纳的信息量。
其中非编码序列只有
217/5386，不足5%。
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重叠基因
定义：核苷酸序列彼此重叠的2个基因 为重叠基因overlapping genes，或称 嵌套基因nested genes。
类型：
① 一个基因的核苷酸序列完全包含在另一个基因中；
② 两个基因的核苷酸序列部分重叠；
③ 两个基因只有一个碱基重叠。
一个基因终止密码子的最后一个碱基是另一个基因
起始密码子的第一个碱基。
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5’…GCTGGTGGAAAATGAGGAAATTCAAT…3’ DNA序列
Leu Val Glu Asn Glu Glu Ile Gln
K蛋白
Ala Gly Gly Lys Ter
A蛋白
FMetArg Lys Phe Asn C蛋白
（一）定义
生物学定义：
——细胞内所携带的全部遗传信息DNA 的总和；对多倍体生物指单倍体DNA的 总和。
分子生物学定义：
——携带生物体全部遗传信息的核酸量。
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编码蛋白的结构基因
基因组DNA 复制转录的调控序列
功能尚不清楚的区域
不同生物体中具有不同的基因组大小
对人类而言： 22+X+Y+mt DNA。
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Genome sizes in nucleotide pairs (base-pairs)
plasmids viruses bacteria fungi plants algae
insects
mollusks
The size of the human genome is ~ 3 X 109 bp; almost all of its complexity is in single-copy DNA.
1. 拟核（类核）结构；
2. 存在多顺反子结构；
3. 除RNA基因外，基本是单拷贝的；
利于核糖体的快速组装，短时间内合成大量核糖体。
4. 非编码序列相对较少；（相对于真核生物）
5. 基因多是连续的；
6. 存在不同的功能识别区
复制起始区、复制终止区等
多顺反子mRNA:可编码两条或两条以上蛋白质分
子的mRNA的分子。
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6. 除反转录病毒外，病毒基因组只 有一个拷贝；
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7.有的病毒基因组中具有宿主细胞基因 组的结构特点；
比如：某些病毒基因组中的原癌基因与宿主 细胞具有类似结构。
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第二节 原核生物基因组结构
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（一）细菌基因组的结构特点：
真核生物基因组
线粒体DNA
核外遗传物质 叶粒体DNA
质粒DNA
非独立的基因组：
转位因子----能在基因组DNA中移动的DNA序
列，不能独立存在，需插入核或核外DNA中。
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（三）基因组结构与进化的关系：
1.基因组的物质组成从多样 → 单一； DNA、RNA分工明确 单链、双链，线状、环状→ 双链线状 2. 基因组由小→ 大； 3. DNA的利用率越来越低；（多拷贝、非编码 区、基因不连续） 4. 调控序列增多，调控方式更复杂。
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第一节 病毒基因组的结构
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（一）病毒的基本结构
外壳蛋白： 识别、侵袭特定的宿主细
胞，并保护基因组不被
核酸酶破坏；
DNA（RNA）：编码结构蛋白和少量
调控蛋白。
不能独立复制，必需进入宿主细胞，借助
细胞内一些酶类和细胞器才能得以复制。
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（二）病毒基因组的结构特点：
1.基因组较小，大小差异较大； CAV DNA 2.3kb，编码3种蛋白质 乙肝病毒RNA 3kb，编码4种蛋白质 痘病毒DNA 300kb，编码几百种蛋白
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4.结构简练
大部分可编码蛋白质,只有非常小的一 部份不编码蛋白质(通常是基因表达的 控制序列）（非编码序列较少）；
ΦX174 DNA中不翻译的部份只占 217/5375 G4 DNA中不翻译的部份占282/5577 乳头瘤病毒基因组中不翻译的部份占1.0/8.0 Kb
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5. 基因组中功能基因丛集成一个或几个特定区域， 形成一个功能单位或转录单元，即形成多顺反子 结构（polycistronie）。