医学分子生物学(课件)

的结构 特点。 特点。
一、原核生物基因以操纵子方式组构 功能上相关的若干结构基因串联在一起， 功能上相关的若干结构基因串联在一起， 由一套调控序列控制其转录表达， 由一套调控序列控制其转录表达，构成基 本转录单位，称为操纵子（operon）。 本转录单位，称为操纵子（ 操纵子 ） 其转录产生的mRNA通常为多顺反子 通常为多顺反子 其转录产生的 通常为 （multicistron）：一个 ） 一个mRNA可编码多 可编码多 个蛋白质。 个蛋白质。
（三）单拷贝序列： 单拷贝序列： 单拷贝序列在基因组中只出现一次或几次， 单拷贝序列在基因组中只出现一次或几次， 因此复性速度很慢。 因此复性速度很慢。 单拷贝序列属于结构基因， 单拷贝序列属于结构基因，它储存了巨大 的遗传信息，编码各种功能不同的蛋白质。 的遗传信息，编码各种功能不同的蛋白质。
真核生物基因组中的重复序列
人类基因组中可分离出三类卫星DNA ，共占人 人类基因组中可分离出三类卫星 类基因组的5 类基因组的 ~ 6%： ： 大卫星DNA（macrosatellite DNA）： ① 大卫星 （ ） 其重复单位为5~171 bp，主要分布于染色体 的着丝粒区。 小卫星DNA（minisatellite DNA）： ② 小卫星 （ ） 其重复单位为15~70 bp，存在于常染色体。 微卫星DNA（microsatellite DNA）： ③ 微卫星 （ ）： 其重复单位为2~5 bp，存在于常染色体。
3. 复杂重复序列（complex repeats）： 复杂重复序列（ ）：
这种高度重复序列的重复单位是较为复杂 的核苷酸序列，多见于哺乳动物。 的核苷酸序列，多见于哺乳动物。
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
高度重复序列的功能： 高度重复序列的功能： 参与复制水平的调节； 参与复制水平的调节； 参与基因表达的调控； 参与基因表达的调控； 参与染色体配对； 参与染色体配对； 参与转位作用； 参与转位作用； 与进化有关； 与进化有关； 同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复 次数不一样，这可以作为每一个体的特征， 次数不一样，这可以作为每一个体的特征， 即DNA指纹 。 指纹
高度重复序列按其结构特点可分为三种： 高度重复序列按其结构特点可分为三种：
1.
反向重复序列（ 反向重复序列（inverted repeats）： ） 是由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA双 由两个相同顺序的互补拷贝在同一 双 链上反向排列而成。 链上反向排列而成。
反向重复序列的两种形式
2. 卫星 卫星DNA（satellite DNA） ： （ ）
Alec J.Jeffreys和历史上第一张 和历史上第一张DNA指纹图谱 和历史上第一张 指纹图谱
2003年瑞典外交大臣 年瑞典外交大臣Anna Lindh遇刺身亡 年瑞典外交大臣 遇刺身亡 1802年的一副杰斐逊和莎莉的讽刺画像 年的一副杰斐逊和莎莉的讽刺画像
（二）中度重复序列： 中度重复序列： 中度重复序列是指在基因组中重复数十次 至数万次的部分， 至数万次的部分 ， 其复性速度快于单拷贝 序列，但慢于高度重复序列。 序列，但慢于高度重复序列。
人类染色体上的假基因
假基因是由于在进化过程中，某些 假基因是由于在进化过程中，某些DNA片段发 片段发 生了缺失、倒位或点突变，导致调控基因丢失； 生了缺失、倒位或点突变，导致调控基因丢失； 或无剪接加工信号；或编码区出现终止信号； 或无剪接加工信号；或编码区出现终止信号； 或编码无功能或不完整的基因。 或编码无功能或不完整的基因。
4. 真核生物基因组中也存在一些可移动的 真核生物基因组中也存在一些可移动的DNA
序列（转座元件）。 序列（转座元件）。
一、真核生物基因组中重复序列的结构与功能
真核生物基因组中通常存在大量的重复序列， 真核生物基因组中通常存在大量的重复序列， 可占整个基因组DNA的90%以上。 的 以上。 可占整个基因组 以上 采用复性动力学方法来研究真核生物基因组 时，可按其复性速度的快慢或出现频率的高 高度重复序列 低，将这些重复序列分为高度重复序列，中 将这些重复序列分为高度重复序列， 度重复序列和单拷贝序列三大类。 度重复序列和单拷贝序列三大类。 三大类
别进行转录，且不同基因编码的蛋白质在功 别进行转录， 能上相关，如珠蛋白基因家族。 能上相关，如珠蛋白基因家族。
珠蛋白多基因家族的组织结构
β-类珠蛋白基因家族 类珠蛋白基因家族
chromosome 11
α-类珠蛋白基因家族 类珠蛋白基因家族
chromosome 16
假基因（ 假基因（pseudogene）——又称为加工基因或 ） 又称为加工基因或 非功能基因。 非功能基因。这类基因的核苷酸顺序虽然与正 常的结构基因很相似，但基本上不能表达。 常的结构基因很相似，但基本上不能表达。
（一）高度重复序列： 高度重复序列： 高度重复序列在基因组中重复频率高， 高度重复序列在基因组中重复频率高，可 达百万次，因此复性速度很快。 达百万次，因此复性速度很快。高度重复 序列在基因组中所占比例随种属而异， 序列在基因组中所占比例随种属而异，一 般在10～ 范围内。 般在 ～60%范围内。 范围内 人的高度重复序列约占整个基因组的20% 人的高度重复序列约占整个基因组的 左右。 左右。
Alu 家 族 的 功 能 是 多 方 面 的 ， 可 能 参 与 hnRNA的加工与成熟 ， 也与遗传重组及染 的加工与成熟， 的加工与成熟 色体不稳定性有关。 最近研究表明， 色体不稳定性有关 。 最近研究表明 ， Alu顺 顺 序可能具有转录调节作用。 序可能具有转录调节作用。
典型的长散在核元件（ 典型的长散在核元件（LINEs）是KpnⅠ重复 长散在核元件 ） Ⅰ 序列家族，因在其序列中存在限制酶 序列家族，因在其序列中存在限制酶KpnⅠ的 家族 Ⅰ 切点而得名。 切点而得名。 KpnⅠ家族的重复单位一般为6 ~ 7 kb或更长， Ⅰ家族的重复单位一般为 或更长， 或更长 其两侧也各有一段正向重复序列，功能上与 其两侧也各有一段正向重复序列，功能上与Alu 家族相似。 家族相似。
mtDNA长16,569 bp， 长 ， 个结构基因， 含37个结构基因，编码 个结构基因 13种蛋白、22种tRNA和 种蛋白、 种 种蛋白 和 2种rRNA。这13种蛋白 种 。 种蛋白 质为呼吸链酶复合物的 单位。 单位
第二节 原核生物基因组的 结构与功能
Section 2 Structure and Function of Prokaryotic Genome
多基因家族可分为两类： 多基因家族可分为两类：
1. 基因家族成簇地分布在同一染色体上并同时 基因家族成簇地分布在同一 同一染色体上并同时
进行转录，如组蛋白基因家族； 进行转录，如组蛋白基因家族；
chromosome 7
2. 基因家族成簇地分布于不同的染色体上并分 基因家族成簇地分布于不同 不同的染色体上并分
有一个复制起始点。 有一个复制起始点。
3. 含可转移的序列，如插入序列、转座子等。 含可转移的序列，如插入序列、转座子等。 4. 结构基因通常为连续基因 ， 少量重叠基因 ， 结构基因通常为连续基因， 少量重叠基因，
非编码区和重复序列少。 非编码区和重复序列少。
5. 功能相关的基因常常组织形成操纵子结构， 功能相关的基因常常组织形成操纵子结构，
2. 基因组非常庞大，结构非常复杂，有多个复 基因组非常庞大，结构非常复杂，
制起始位点。 制起始位点。
3. 基因组中存在大量的重复序列以及非编码序
列。真核生物基因组内非编码序列占90%以 真核生物基因组内非编码序列占 以 上，是与细菌、病毒的重要区别，在一定程 是与细菌、病毒的重要区别， 度上也是生物进化的标尺。 度上也是生物进化的标尺。
卫星DNA的重复单位一般由 ～70 bp组成， 的重复单位一般由2～ 组成， 卫星 的重复单位一般由 组成 成串排列。 成串排列。 卫星DNA占基因组的比例随种属而异，在 占基因组的比例随种属而异， 卫星 占基因组的比例随种属而异 0.5～31% 范围内。 ～ 范围内。
卫 星 DNA 的 碱 基 组 成不同于其它部分， 故可用等密度梯度 离心法从基因组中 分离出来。 分离出来。
原核生物基因组的特点
1. 基因组相对较小 ， 由 DNA组成 ， 包括染色体 基因组相对较小， 组成， 组成
DNA和质粒 和质粒DNA两种 两种DNA分子 ， 均为共价闭 分子， 和质粒 两种 分子 环双链。染色体 为单拷贝。 环双链。染色体DNA为单拷贝。 为单拷贝
2. 每个 每个DNA分子（染色体 分子（ 和质粒DNA）只 分子 染色体DNA和质粒 和质粒 ）
第二章 基因组的结构与功能
Chapter 2
Structure and Function of Genome
基因组（ 基因组（genome）是指生物体中一套完整的 ） 遗传物质的总和。 遗传物质的总和。 基因组的结构是指具有一定生物学功能的片段 在核酸分子上的分布与排列情况。 在核酸分子上的分布与排列情况。 基因组的功能是贮存和表达遗传信息。 基因组的功能是贮存和表达遗传信息。
第一节 真核生物基因组的 结构与功能
Section 1 Structure and Function of Eukaryotic Genome
真核生物基因组的特点
1. 真核生物基因组都是由大分子双链线状 真核生物基因组都是由大分子双链线状DNA
构成。染色体通常成对出现（双倍体）。 构成。染色体通常成对出现（双倍体）。
Alu家族的重复单位 Alu家族的重复单位 Alu家族的重复单位为 家族的重复单位为300bp，由两段 家族的重复单位为 ，由两段130bp的 的 重复序列与一段31bp的间隔序列构成，两侧各有 的间隔序列构成， 重复序列与一段 的间隔序列构成 一段6~20bp的正向重复序列。 的正向重复序列。 一段 的正向重复序列