蒋-2016秋 基因结构与功能分析共133页文档
基因的结构与功能详解演示文稿
基因的结构与功能详解演示文稿各位老师、同学们，大家好！今天，我将为大家详细解析基因的结构与功能。
基因是生命的基础单位，它们携带着生物体遗传信息的蓝图，决定了个体的特征与表现形式。
下面，我将详细介绍基因的结构与功能。
一、基因的结构基因是位于染色体上的DNA序列，它由核苷酸组成。
核苷酸是由磷酸、五碳糖和三个不同的氮碱基组成的，而氮碱基有腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四种。
这四种碱基通过氢键的配对方式，A与T结合，G与C结合，形成了DNA的螺旋结构。
基因可划分为三个部分：启动子、编码区和终止子。
启动子位于基因的前端，它是转录因子结合的区域，可以启动基因的转录活动。
编码区是基因最重要的部分，它包含了编码蛋白质所需的所有信息。
终止子位于基因的末端，它信号转录的结束。
二、基因的功能基因的功能十分丰富。
主要包括决定蛋白质的合成、调控遗传信息的传递以及维持生命的稳定性等方面。
首先，基因决定蛋白质的合成。
通过基因的转录和翻译过程，基因中的编码信息被转化为特定的氨基酸序列，进而合成对应的蛋白质。
蛋白质是细胞中最重要的有机分子之一，它们参与了构筑细胞结构、催化化学反应、调控基因表达等众多生物学过程。
其次，基因能够调控遗传信息的传递。
基因编码的蛋白质可以参与到基因表达的调控中去，进而调控细胞的生理功能。
例如，转录因子可以结合到基因的启动子上，激活或抑制基因的转录。
这种调控机制使得细胞能够对外界环境做出迅速的响应，保持机体内环境的相对稳定。
另外，基因还维持了生命的稳定性。
DNA分子在复制过程中具有较高的稳定性，它们能够通过特定的复制机制确保基因信息的准确传递。
此外，DNA序列的稳定性也有助于避免基因突变和异常的发生。
此外，基因还具有其他的功能，包括调节细胞周期、参与细胞分化、修复DNA损伤等。
这些功能的发挥，使得基因在生物体内发挥了各种不可替代的作用。
总结起来，基因是生物体遗传信息的载体，同时也是细胞功能调控的关键。
基因结构与表达分析.ppt
基线：扩增曲线中的水平部分，为空白或 背景信号。
阈值（临界点）:
扩增信号进入指数增长期的最下限， 即由基线期进入指数增长期的拐点。
值:
从基线到指数增长的拐点所对应的循环次数。
值与[]0的关系
标准曲线：值对[]0作图
3. 反向（ ）
对已知片段两侧的未知序列进行扩 增和研究。
用限制性内切酶A消化 用T4连接酶环化
自动测序步骤
4种带有不同荧光染料标记的终止物
测序反应
反应产物毛细管电泳分离
激光激发不同大小片段上的荧光分子， 发射出四种不同波长的荧光
三、化学降解法
将待测片段3′或5′端进行同位素标记，标记 的片段分成四个反应，分别用不同的化学试剂 处理，造成碱基特异性切割，使片段分别于某 一种碱基处断裂。
化学降解G反应模式图
实时应用：用于基因拷贝数和表达定 量分析。
荧光标记方法 ①荧光染料
I 作用机理
每形成一个双链，就有一定数量的染料
②
寡核苷酸探针的5′端标记一个荧光报 告基团（ ），3′端标记一个荧光淬灭基团 （ ）。
③
探针具有发夹结构，5′端标记荧光 报告基团，3′端标记淬灭基团。
终点量是经过扩增的量，存在 部分失真，起点定量重现性好，终 点定量误差大。
硫酸二甲酯
哌啶
第三节 聚合酶链式反应
()
一、技术原理 二、耐热聚合酶 三、引物设计原则 四、条件的优化
一、技术原理
5
模板 引物 聚合酶 2+
5
5
Cycle 1
1 52
5 5
5 5
Cycle 2
5 5
5 5
Cycle 3
5
5
分子生物学课件之基因结构与功能分析-1
基因结构与功能分析技术
The Analysis Technology for Gene Structure and Function
目录
DNA序列测定 基因转录起点及其启动子的分析 基因编码序列的分析 基因拷贝数及其表达产物的分析 基因功能获得和/或缺失策略 随机突变筛选策略
目录
第一节 基因结构分析技术
模板基因拷贝数
DNA测序：最精确鉴定基因拷贝数
目录
第二节 基因表达产物分析技术
目录
一、转录水平分析（RNA分析）
根据分析方法的原理和功能特性，可分为：
封闭性系统研究方法： DNA芯片 （仅限于已知基因） RNA印迹
实时RT-PCR等
开放性系统研究方法：差异显示PCR （用于分析未知基因）双向基因表达指纹图谱
（一）用PCR结合测序技术分析启动子结构
根据启动子序列
最简单和直接
设计一对引物 PCR法扩增启动子 测序，分析启动子序列
目录
（二）用核酸-蛋白质相互作用技术 分析启动子结构
1. 足迹法 分析启动子中潜在的调节蛋白结合位点
足迹法（footprinting）：利用DNA电泳条带 连续性中断的图谱特点判断与蛋白质结合的DNA 区域。
目录
（二）全自动激光荧光DNA测序技术
——原理基于Sanger双脱氧法
1. 单色荧光法：
2. 四色荧光法：
单一荧光染料
标记
引物5′-端或dNTP
所有DNA片段均 带同一种荧光标记
4种不同荧光染料
标记
同一引物或4种 不同ddNTP
4种不同颜色DNA片段
样品的4个反应产物分别 在4个不同泳道内电泳
样品的4个反应产物可在 同一个泳道内电泳
高中生物教案：了解基因的结构和功能
高中生物教案：了解基因的结构和功能一、基因的结构与功能的定义与概述基因作为生物体遗传信息的基本单位，对生物的结构和功能起着决定性的作用。
了解基因的结构与功能，是理解生命本质、遗传规律以及进化过程的重要一环。
本文将围绕基因的结构和功能展开，分为三个主要部分进行讲解。
二、基因的结构基因是由DNA分子组成的，包含了决定生物个体性状的信息。
DNA由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、鳗状核嘧啶）组成，通过不同顺序排列而形成了不同的基因。
基因的结构主要由编码区、非编码区和调控区组成。
1. 编码区：基因中的编码区域决定了蛋白质的氨基酸序列。
人类基因组中只有大约2%的DNA编码蛋白质，这部分编码区域也被称为外显子。
外显子编码的氨基酸序列决定了蛋白质的结构和功能。
2. 非编码区：基因中的非编码区域占据了大部分的DNA序列。
这些非编码区域被称为内含子，对蛋白质的合成没有直接作用。
然而，最新研究表明，非编码区域在后转录调控中具有重要的功能，参与表观遗传调控以及多种非编码RNA的合成。
3. 调控区：基因中的调控区域起着控制基因表达的重要作用。
这些区域包括启动子、增强子、转录因子结合位点等。
调控区域的作用是通过与转录因子结合，调控基因的表达水平。
基因的结构与功能密切相关，不同区域的相互作用决定了基因的表达模式和调控水平。
三、基因的功能基因的功能主要表现在蛋白质的合成和遗传信息的传递中。
1. 蛋白质的合成：基因在指导蛋白质的合成中起到重要作用。
基因编码的信息通过转录和翻译过程转化为蛋白质的氨基酸序列。
蛋白质是生物体内重要的功能分子，承担着多种生理功能，如酶的催化作用、结构蛋白的构建等。
2. 遗传信息的传递：基因作为遗传信息的携带者，通过传代遗传来传递个体特性。
基因通过传代的方式将个体的性状传递给后代，决定了后代的遗传特征。
基因通过遗传方式影响个体形态、生理和行为特征，形成个体间的遗传差异。
四、基因在进化中的作用基因的结构和功能在进化过程中起着重要作用。
基因的结构与功能PPT课件
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反向重复序列 （inverted repeats)
• 指两个顺序相同的互补拷贝在DNA链上呈反向排列。一 种形式为两个反向排列的拷贝之间隔着一段间隔顺序如： 5`AAACCACCGCTGGTAGCGGTGGTTT3`
3`TTTGGTGGCGACCATCGCCACCAAA5`
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卫星DNA：
• 大卫星DNA： • 小卫星DNA：中等大小串联重复
✓ 高度可变：9-24bp，呈高度多态性； ✓ 端粒DNA：见后
• 微卫星DNA：1-5bp，10-60次，总长小于150bp； 遗传标记，亲子鉴定的依据。
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端粒（telomere)
• 以线性染色体形式存在的真核基因组DNA的末 端的一种特殊结构，是一段DNA序列和蛋白质 形成的一种复合体。保守序列:TTAGGG重复序 列.
✓ 重复序列与基因组的稳定性、组织形式及基因的表 达调控有关；
✓ 根据出现的频率不同可以分为高度重复、中度重复 及单拷贝序列。
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• 高度重复序列：重复次数>105的DNA 序列如卫星DNA和反向重复序列。
• 中度重复序列：重复次数为101～105。 • 单拷贝序列：大多数编码蛋白质的结构
基因属这一类。
但在基因外或某些内含子中也有增强子序列。
• 负增强子（negative enhancer)又称沉默子
（silencer)：负调控序列。
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• 顺式作用元件:指同一DNA分子中具有转录 调节功能的特异DNA序列。包括启动子、增 强子等。
• 反式作用因子:指能直接或间接地识别或结合 在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶 基因转录效率的蛋白质。多为转录因子。
全基因组结构与功能关联性分析
全基因组结构与功能关联性分析随着现代生物技术的不断发展，人们对于基因组结构和功能间关系的研究也越来越深入。
全基因组结构与功能关联性分析，简称GWAS（Genome-Wide Association Study），是一种广泛应用于生物学、医学等领域的研究方法。
本文将介绍GWAS的基本概念、研究流程和应用前景。
一、基本概念GWAS是一种基于全基因组的关联研究，旨在探究基因组结构和表型（Phenotype）之间的关系。
所谓表型，是指人们观察到的生物学特征，例如身高、体重等。
研究者通常通过对不同表型间的比较，找出表型变化与基因组位置间的联系，以此推断基因与表型之间的功能关系。
基因组结构的分析是GWAS的关键之一，目前常用的方法是基于单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphisms，SNPs）的分析。
SNPs是指在基因组DNA中发现的单个单核苷酸变异，其出现概率占据了人类基因组中所有变异情况的90%以上。
GWAS会对人类基因组进行数千次SNP检测，以探究SNPs在基因组与表型之间的联系。
二、研究流程（1）确定研究目标和样本量。
研究者在开展GWAS前，需要明确研究目标以及研究样本的规模，包括生物样本类型、样本数量、样本来源等重要信息。
这些信息不仅是保证研究质量的基础，同时也决定了研究结果的可靠性。
（2）DNA提取和测序。
GWAS的研究对象是人类基因组，需要DNA样本的提取和测序。
目前，科学家们已经开发出了大规模测序平台，能够对成千上万的样本进行DNA测序。
此步骤的重点是保证样本的准确性和可靠性。
（3）对SNPs进行分布分析。
GWAS将进行数千次SNP分析，旨在探究不同基因组位置的SNPs与表型之间的关系。
这个过程通常需要一定的统计学方法，例如染色体关联分析（Chromosome Association Analysis，CAA）或旁路分析（Pathway Analysis）。
（4）验证和复制研究。
第一章 基因的结构与功能(共75张PPT)
第二节 遗传物质的结构和特点
一 DNA的双螺旋结构及意义〔略〕 二 DNA的理化性质与应用
1 一般理化性质
• 晶形 DNA为白色纤维状固体
RNA为白色粉末状固体 • 两性解离
呈酸性
在中性溶液中带负电荷 • 溶解性
均溶于水
不溶于一般有机溶剂,在70%乙醇中形成沉淀
0.14MNacl 1-2MNacl DNA-蛋白 溶解度低 溶解度高
基因的功能〔2〕
近年来，发现细胞内存在为数众多的小 分子RNA，有特殊功能，它们也是转录 产物，但不翻译成蛋白质。有人主张， 编码这些RNA的DNA序列也应该叫做基 因。按此理解，基因就是染色体上具有 转录功能的DNA序列。 〔至于转录物RNA是进一步翻译或是就 以RNA的形式行使功能，是RNA的问题 〕
Chapter 1 基因的结构与功能
基因的活动是分子水平的核心 内容
• 核酸与蛋白质的结构与功能
• 基因组的结构与功能
• 基因的复制与表达 • 基因表达的调控及其生物学效应 • 生物大分子间的相互作用
• 细胞间通讯和细胞内信号转导
• 总之，人体的生长 发育 衰老 死亡等生命现象，人体 各种疾病的发生，都与一种基因或几种基因的结构与 功能有关。
RNA-蛋白 溶解度高 溶解度低
• 粘度 DNA粘度大 RNA粘度小
• 旋光性 均很强
• 密度 RNA>双链DNA； 环状DNA >开环、线状DNA 单链DNA >双链DNA
• 沉降速度： RNA >环状DNA >开环、线状DNA
• 核酸的紫外吸收
• 碱基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的
• 第二个成功实验-噬菌体感染细菌。核酸 进入细菌细胞，并制造出成千上万的子 代。
基因的结构与功能详解演示文稿
Transcription
mR多N顺A 反子5m′RNA (polycistronic mRNA): 3′
原核生物的1一个mR2NA分子带3 有几个
结构基因的Tra遗n传sla信ti息on，利用共同的启动 子及终止信号，组成操纵子的基因表达 调Pr控ot单ein元s。
1
2
3
44
第四十四页，共60页。
1. 原核生物的结构基因是 连续的
30
第三十页，共60页。
2. 真核生物结构基因
由外显子（编码序列)和内含 子（非编码序列)两部分组成，
编码序列不连续，称为断裂基因（ interrupted gene）
mRNDAN前A 体
exon
RNA
剪接
intron
成熟mRNA 31
第三十一页，共60页。
3. GT-AG法则
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第十二页，共60页。
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第十五页，共60页。
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第十七页，共60页。
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第十八页，共60页。
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第十九页，共60页。
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第二十页，共60页。
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第二十一页，共60页。
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第二十二页，共60页。
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第二十三页，共60页。
基因的结构与功能详解演示文 稿
第一页，共60页。
（优选）基因的结构与功能
第二页，共60页。
3
第三页，共60页。
4
第四页，共60页。
5
第五页，共60页。
6
第六页，共60页。
第一节
蒋2016秋-基因诊断与基因治疗
光信号累积实时监测整个PCR 进程,最后通过标
准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
实 时 定 量
SYBR Green
PCR
分 析 原 理 示 意 图
荧光标记引物
相对定量
Livak Comparative Ct Method (2-DDCt) for Relative Quantification
• 核酸分子杂交（Nucleic acid hybridization） • 聚合酶链式反应(PCR)
• 单链构象多态性（SSCP）
• 限制性片段长度多态性（RFLP） • DNA序列测定（DNA sequencing） • 生物芯片（biochips） • Western免疫印迹（Western blotting）
镰状红细胞贫血的间接基因诊断 ——β-珠蛋白RFLP标记的连锁分析
N 7.6kb H P
正 常
13kb
HapⅠ HapⅠ
13kb
患 者
7.6kb
HapⅠ HapⅠ
Southern印迹杂交
N：正常；H：杂合子；P：患者（纯合子）；黄色区域为探针
STRs 短串联重复序列
STR广泛存在于人基因组，总数约有5-10万个，
PCR-RFLP
设计适当的扩增引物，使扩增片段包括 某一个或数个限制性内切酶识别序列，在 PCR 扩增后用该限制酶切割 PCR 产物，根据电泳后 酶切片段长度变化，即可作出诊断。
EcoR Ⅰ限制性内切酶位点的变化
GAATTC CTTAAG
A B
C
D E F C B A G
D
E
F
G
C +D E F B A G