基因组的结构与功能
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●卫星DNA 这类序列的碱基组成不同于基因组的其他部份 , 可用等密度梯度离心法将其与主体 DNA分开
2020/1/16
31
（1 ）高度重复序列功能
●参与复制水平的调节
存在于 DNA 复制起点区的附近，是一些蛋白质 （包括酶 )的结合位点
●参与基因表达的调控
可以形成发夹结构，有助于稳定 RNA分子
2020/1/16
23
（2）非组蛋白
是染色体上结合特异 DNA序列蛋白质
特性
● 酸性蛋白质 ● 合成与DNA复制同步进行 ● 能识别特异的 DNA序列
2020/1/16
24
功能
● 帮助DNA分子折叠 ● 协助启动 DNA复制 ● 控制基因转录，调节基因表达
2020/1/16
25
2.DNA与蛋白质的结合与染色体的组装
●大都为断裂基因 非编码区 内含子 编码区 外显子
●转录产物为单顺反子 ●结构基因所占区域远小于非编码区域
2020/1/16
30
2. 基因组中的重复序列的结构及其功能
（1 ）高度重复序列
重复频率可达 10 6次(卫星DNA、反向重复序列等）
● 反向重复序列 由两个相同顺序的互补拷贝在同一 DNA链上反 向排列而成
2020/1/16
3
特点
●不同的生物体，其基因组的大小和复杂程度 各不相同
●进化程度越高的生物其基因组越复杂
2020/1/16
4
第一节 原核生物基因组的结构与功能
一、原核生物染色体基因组的结构与功能 二、原核生物中的质粒DNA
2020/1/16
5
一、原核生物染色体基因组的结构与功能 （一） 原核生物染色体DNA的基本结构与功能 （1 ）基本结构特点
第二章
基因组的结构与功能
2020/1/16
1
第一节 原核生物基因组的结构与功能 第二节 真核生物基因组的结构与功能 第三节 病毒基因组的结构特点
2020/1/16
2
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
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
功 能 贮存和表达遗传信息
2020/1/16
8
（2）染色体DNA的功能与细胞膜密切相关
★ 信号区域往往优先与细胞膜结合
★ 在细胞分裂时将染色体 DNA均匀地分配到两 个子代细菌中
2020/1/16
9
（二）原核生物染色体基因组结构基因特征
● 结构基因的编码是连续的
●结构基因之间的编码序列不重叠
●基因组中很少有重复序列
●结构基因多为单拷贝基因（编码 rRNA的基因除外 )
●参与染色体配对
同源染色体之间的联会可能依赖于具有染 色体专一性的特定卫星 DNA序列
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（2）中度重复序列
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5.质粒对宿主的适应性
● 窄宿主谱质粒 仅能存在于一种或数种密切相关的宿主
● 广宿主谱质粒 可以在不同科、属、种的细菌之间传递
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第二节 真核生物基因组的结构与功能
一、真核细胞染色质DNA的高级结构 二、真核细胞核基因组结构和功能特点
2020/1/16
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一、真核细胞染色质DNA的高级结构
1. DNA 高级结构中的蛋白质
（1 ）组蛋白
碱性蛋白 , 带正电荷 , 有较多的精氨酸和赖氨酸
分类 核心组蛋白： H2A、H2B、H3、H4等4种 连接组蛋白： H1
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核心组蛋白结构特点
非常保守
● 球形部
原因： ●绝大多数氨基酸都与 DNA或其它组蛋白相互 作用,不可置换
●结构基因在基因组中所占的比例（约占 50%）远
大于真核基因组 ，小于病毒基因组
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10
（三）原核生物染色体基因组中结构基因与 调控序列的组织形式
● 操纵子（operon）
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11
● 转录终止信号
位于信息编码区 下游，使转录终 止
2020/1/16
12
二、原核生物中的质粒DNA 1. 质粒的基本特性 ● 质粒的定义
质粒（plasmid ）是细菌细胞内的、染色体外的 共价闭合的环状 DNA分子（covalent closed circularDNA ，cccDNA）
2020/1/16
13
质粒的结构与功能特点
● 能够独立于细胞的染色质 DNA而进行复制 ● 对宿主细胞的生存不是必需的 ● 能赋予细菌特定的遗传性状
●所有的生物中与组蛋白相互作用的 DNA磷酸 二酯骨架都是相同的
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四种核心组蛋白的组成
借精氨酸残基与磷酸二酯骨架间的静电 作 用使DNA 分子缠绕在组蛋白核心周围，形 成核小体
● 尾部
含有大量赖氨酸和精氨酸残基，为组蛋白翻 译后进行修饰的部位
.
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连接蛋白H1特点 ● 具有种属特异性 ● 具有组织特异性
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源自文库
2.质粒的遗传调控
● 质粒自身带有一个复制调控系统 ● 能使细胞分裂与质粒复制协调 ● 质粒在宿主菌中具有不相容性
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15
3.质粒的类型
● 接合型质粒 只能使细菌接合，本身不能被传递
●可移动型质粒 可以被传递，但不能使质粒接合，只能被动传递 (接合型与可移动型并存时，能传递可移动型质粒 )
● 环状双链 DNA分子
● 与蛋白质形成复合物
● 类核（nucleoid ）
中央： RNA 和支架蛋白组成。
外围：双链闭环的超螺旋 DNA。
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6
原核生物染色体 DNA通常与细胞膜相连， 连接点的数量随细胞生长状况和不同的 生活周期而异
2020/1/16
7
原核生物 DNA的高级结构 --- 超螺旋结构
核小体是染色质的基本组成单位
●基本结构 八聚体核心组蛋白 ↓ 核心颗粒 ↓
核心颗粒之间 +连接区形成串珠样的结构
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26
核小体的结构
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27
多聚核小体的结构
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28
染色质的压缩过程
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29
二、真核细胞核基因组结构和功能特点
1 .结构基因的结构与功能特点
●自传递型质粒 兼具上述两种质粒的功能，因而可以自传递， 如F质粒
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4.质粒拷贝方式
● 严谨型质粒（ strigent plasmid ） 低拷贝数质粒，一个细菌内仅含数个质粒。
● 松弛型质粒（ relaxed plasmid ） 即高拷贝质粒，每个细菌内的质粒数目可 达10-60 个或更多。
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（1 ）高度重复序列功能
●参与复制水平的调节
存在于 DNA 复制起点区的附近，是一些蛋白质 （包括酶 )的结合位点
●参与基因表达的调控
可以形成发夹结构，有助于稳定 RNA分子
2020/1/16
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（2）非组蛋白
是染色体上结合特异 DNA序列蛋白质
特性
● 酸性蛋白质 ● 合成与DNA复制同步进行 ● 能识别特异的 DNA序列
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24
功能
● 帮助DNA分子折叠 ● 协助启动 DNA复制 ● 控制基因转录，调节基因表达
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2.DNA与蛋白质的结合与染色体的组装
●大都为断裂基因 非编码区 内含子 编码区 外显子
●转录产物为单顺反子 ●结构基因所占区域远小于非编码区域
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2. 基因组中的重复序列的结构及其功能
（1 ）高度重复序列
重复频率可达 10 6次(卫星DNA、反向重复序列等）
● 反向重复序列 由两个相同顺序的互补拷贝在同一 DNA链上反 向排列而成
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特点
●不同的生物体，其基因组的大小和复杂程度 各不相同
●进化程度越高的生物其基因组越复杂
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第一节 原核生物基因组的结构与功能
一、原核生物染色体基因组的结构与功能 二、原核生物中的质粒DNA
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一、原核生物染色体基因组的结构与功能 （一） 原核生物染色体DNA的基本结构与功能 （1 ）基本结构特点
第二章
基因组的结构与功能
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1
第一节 原核生物基因组的结构与功能 第二节 真核生物基因组的结构与功能 第三节 病毒基因组的结构特点
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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
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
功 能 贮存和表达遗传信息
2020/1/16
8
（2）染色体DNA的功能与细胞膜密切相关
★ 信号区域往往优先与细胞膜结合
★ 在细胞分裂时将染色体 DNA均匀地分配到两 个子代细菌中
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（二）原核生物染色体基因组结构基因特征
● 结构基因的编码是连续的
●结构基因之间的编码序列不重叠
●基因组中很少有重复序列
●结构基因多为单拷贝基因（编码 rRNA的基因除外 )
●参与染色体配对
同源染色体之间的联会可能依赖于具有染 色体专一性的特定卫星 DNA序列
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（2）中度重复序列
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5.质粒对宿主的适应性
● 窄宿主谱质粒 仅能存在于一种或数种密切相关的宿主
● 广宿主谱质粒 可以在不同科、属、种的细菌之间传递
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18
第二节 真核生物基因组的结构与功能
一、真核细胞染色质DNA的高级结构 二、真核细胞核基因组结构和功能特点
2020/1/16
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一、真核细胞染色质DNA的高级结构
1. DNA 高级结构中的蛋白质
（1 ）组蛋白
碱性蛋白 , 带正电荷 , 有较多的精氨酸和赖氨酸
分类 核心组蛋白： H2A、H2B、H3、H4等4种 连接组蛋白： H1
2020/1/16
20
核心组蛋白结构特点
非常保守
● 球形部
原因： ●绝大多数氨基酸都与 DNA或其它组蛋白相互 作用,不可置换
●结构基因在基因组中所占的比例（约占 50%）远
大于真核基因组 ，小于病毒基因组
2020/1/16
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（三）原核生物染色体基因组中结构基因与 调控序列的组织形式
● 操纵子（operon）
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● 转录终止信号
位于信息编码区 下游，使转录终 止
2020/1/16
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二、原核生物中的质粒DNA 1. 质粒的基本特性 ● 质粒的定义
质粒（plasmid ）是细菌细胞内的、染色体外的 共价闭合的环状 DNA分子（covalent closed circularDNA ，cccDNA）
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质粒的结构与功能特点
● 能够独立于细胞的染色质 DNA而进行复制 ● 对宿主细胞的生存不是必需的 ● 能赋予细菌特定的遗传性状
●所有的生物中与组蛋白相互作用的 DNA磷酸 二酯骨架都是相同的
2020/1/16
21
四种核心组蛋白的组成
借精氨酸残基与磷酸二酯骨架间的静电 作 用使DNA 分子缠绕在组蛋白核心周围，形 成核小体
● 尾部
含有大量赖氨酸和精氨酸残基，为组蛋白翻 译后进行修饰的部位
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连接蛋白H1特点 ● 具有种属特异性 ● 具有组织特异性
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源自文库
2.质粒的遗传调控
● 质粒自身带有一个复制调控系统 ● 能使细胞分裂与质粒复制协调 ● 质粒在宿主菌中具有不相容性
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3.质粒的类型
● 接合型质粒 只能使细菌接合，本身不能被传递
●可移动型质粒 可以被传递，但不能使质粒接合，只能被动传递 (接合型与可移动型并存时，能传递可移动型质粒 )
● 环状双链 DNA分子
● 与蛋白质形成复合物
● 类核（nucleoid ）
中央： RNA 和支架蛋白组成。
外围：双链闭环的超螺旋 DNA。
2020/1/16
6
原核生物染色体 DNA通常与细胞膜相连， 连接点的数量随细胞生长状况和不同的 生活周期而异
2020/1/16
7
原核生物 DNA的高级结构 --- 超螺旋结构
核小体是染色质的基本组成单位
●基本结构 八聚体核心组蛋白 ↓ 核心颗粒 ↓
核心颗粒之间 +连接区形成串珠样的结构
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核小体的结构
2020/1/16
27
多聚核小体的结构
2020/1/16
28
染色质的压缩过程
2020/1/16
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二、真核细胞核基因组结构和功能特点
1 .结构基因的结构与功能特点
●自传递型质粒 兼具上述两种质粒的功能，因而可以自传递， 如F质粒
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4.质粒拷贝方式
● 严谨型质粒（ strigent plasmid ） 低拷贝数质粒，一个细菌内仅含数个质粒。
● 松弛型质粒（ relaxed plasmid ） 即高拷贝质粒，每个细菌内的质粒数目可 达10-60 个或更多。