基因的結(jié)構(gòu)和功能

1、.1 基因的結(jié)構(gòu)和功能基因的結(jié)構(gòu)和功能 .2 1、基因的概念和特征、基因的概念和特征 2、基因序列及鏈特征、基因序列及鏈特征 3、真核生物的基因結(jié)構(gòu)及其功能、真核生物的基因結(jié)構(gòu)及其功能 4、原核生物、病毒的基因結(jié)構(gòu)及其功能、原核生物、病毒的基因結(jié)構(gòu)及其功能 提綱提綱 .3 1、基因的概念和特征、基因的概念和特征 .4 .5 基因概念的發(fā)展基因概念的發(fā)展 .6 基因（基因（Gene Mendelian Factor），），也稱為也稱為 遺傳因子，是控制性狀的基本遺傳單位遺傳因子，是控制性狀的基本遺傳單位 （突變單位、重組單位和功能單位突變單位、重組單位和功能單位），是），是 指線性排列在染色體上

2、的，攜帶有一定遺指線性排列在染色體上的，攜帶有一定遺 傳信息，具有一定結(jié)構(gòu)，并能進(jìn)行自我信傳信息，具有一定結(jié)構(gòu)，并能進(jìn)行自我信 息復(fù)制與傳遞，控制息復(fù)制與傳遞，控制 生物個(gè)體性狀表現(xiàn)的生物個(gè)體性狀表現(xiàn)的 一段一段DNA或或RNA序列序列 常常稱為常常稱為“染色體基因染色體基因”。 1. 1 基因的定義基因的定義 .7 M Snyder, M Gerstein (2003) Science 300: 258-60 .8 A. 基因座基因座（Gene Locus）：）：基因在染色體上的特定位置?；蛟谌旧w上的特定位置。 B. 等位基因等位基因（Alleles）：同源染色體上占據(jù)相同座位、具有不同

3、形式的基因。同源染色體上占據(jù)相同座位、具有不同形式的基因。 C. 純合子純合子/體體（Homozygous/Homozygotes) ：同一基因座位上，具同一基因座位上，具 有兩個(gè)相同等位基因的基因型，稱為純合子，其對(duì)應(yīng)細(xì)胞或個(gè)體稱為純合體。有兩個(gè)相同等位基因的基因型，稱為純合子，其對(duì)應(yīng)細(xì)胞或個(gè)體稱為純合體。 D. 雜合子雜合子/體體（Heterozygous/Heterozygote) ：同一基因座位上，同一基因座位上， 具有兩個(gè)不同等位基因的基因型，稱為雜合子，其對(duì)應(yīng)細(xì)胞或個(gè)體稱為雜合體。具有兩個(gè)不同等位基因的基因型，稱為雜合子，其對(duì)應(yīng)細(xì)胞或個(gè)體稱為雜合體。 E. 顯性基因顯性基因(Dom

4、inant Genes)： 雜合體中，表現(xiàn)為顯性性狀的基因。雜合體中，表現(xiàn)為顯性性狀的基因。 F. 隱性基因隱性基因(Recessive Genes)：雜合體中，表現(xiàn)為隱形性狀的基因。雜合體中，表現(xiàn)為隱形性狀的基因。 基因相關(guān)遺傳術(shù)語基因相關(guān)遺傳術(shù)語 了解知識(shí)了解知識(shí) .9 E.復(fù)等位基因復(fù)等位基因(Multiple Alleles): 在群體中，同一基因座上具有三個(gè)或三個(gè)以上的等在群體中，同一基因座上具有三個(gè)或三個(gè)以上的等 位基因。位基因。 F.擬等位基因擬等位基因 (Pseudo Alleles)：在功能上密切相關(guān)、在位置上又鄰接的幾個(gè)基因。：在功能上密切相關(guān)、在位置上又鄰接的幾個(gè)基因。

5、F. 突變型基因突變型基因 ( Mutant Genes)：同一基因座位，等位基因直接或間接地由野生型：同一基因座位，等位基因直接或間接地由野生型 基因突變產(chǎn)生的基因?；蛲蛔儺a(chǎn)生的基因。 G. 野生型基因野生型基因(Wild-type Genes): 在自然群體中占有多數(shù)的（視為在自然群體中占有多數(shù)的（視為 正常的）等位基因。正常的）等位基因。 H. 復(fù)合基因復(fù)合基因 (Complex Genes): 在作用上有關(guān)的幾個(gè)基因排列在一起，構(gòu)成一個(gè)基因在作用上有關(guān)的幾個(gè)基因排列在一起，構(gòu)成一個(gè)基因 復(fù)合體或基因簇。復(fù)合體或基因簇。 了解知識(shí)了解知識(shí) .10 了解知識(shí)了解知識(shí) .11 三大特點(diǎn)：三

6、大特點(diǎn)： l 自我復(fù)制（半保留復(fù)制）：自我復(fù)制（半保留復(fù)制）：是生物得以繁衍，保證物是生物得以繁衍，保證物 種穩(wěn)定，保持生物的基本特征。種穩(wěn)定，保持生物的基本特征。 l 基因決定性狀：基因決定性狀： l 能夠突變能夠突變 1.2. 基因的特點(diǎn)基因的特點(diǎn) .12 蛋白蛋白/酶酶 .13 l 能夠突變能夠突變 http:/www.shigen.nig.ac.jp 致死突變致死突變 非致死突變非致死突變 物種進(jìn)化物種進(jìn)化 致病突變致病突變 新物種新物種 遺傳病遺傳病 .14 .15 此外，此外， l不同物種，其基因大小不同。不同物種，其基因大小不同?？偟膩碚f，低等生物的基因總的來說，低等生物的基因

7、小，高等生物的基因（通常含大量的內(nèi)含子或重復(fù)序列）大。即使在同一生物內(nèi)，小，高等生物的基因（通常含大量的內(nèi)含子或重復(fù)序列）大。即使在同一生物內(nèi)， 不同基因大小不同。不同基因大小不同。 l原核生物：原核生物：基因數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，常具有操縱子結(jié)構(gòu)，序列利基因數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，常具有操縱子結(jié)構(gòu)，序列利 用效率高，易突變，大多為多順反子。用效率高，易突變，大多為多順反子。 l真核生物：真核生物：基因數(shù)目很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常含重復(fù)序列和非編碼序列，機(jī)基因數(shù)目很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常含重復(fù)序列和非編碼序列，機(jī) 制復(fù)雜，相對(duì)穩(wěn)定，大多為單順反子。制復(fù)雜，相對(duì)穩(wěn)定，大多為單順反子。 .16 l結(jié)構(gòu)基因結(jié)

8、構(gòu)基因-編碼蛋白和酶分子結(jié)構(gòu)（蛋白基因）；編碼蛋白和酶分子結(jié)構(gòu)（蛋白基因）； l調(diào)控基因調(diào)控基因(Regulatory Gene)-調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因表達(dá)，包含調(diào)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因表達(dá)，包含調(diào) 節(jié)基因、操縱基因和啟動(dòng)基因；節(jié)基因、操縱基因和啟動(dòng)基因； l轉(zhuǎn)錄而不翻譯的基因（轉(zhuǎn)錄而不翻譯的基因（RNA基因）：基因）： rRNA基因基因rRNA核仁形成區(qū)，核糖體組成。核仁形成區(qū)，核糖體組成。 tRNA基因基因tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸。轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸。 1.3 基因分類基因分類 按功能按功能 .17 l看家基因看家基因(House-keeping Gene) : 維持細(xì)胞最低限度功 能所不可少的基因, 如編碼組蛋白基因、

9、編碼核糖體蛋白基 因、線粒體蛋白基因、糖酵解酶的基因等。這類基因在所 有類型的細(xì)胞中都進(jìn)行表達(dá)。 l必需基因必需基因(Essential Gene ): 突變時(shí)會(huì)引起致死表型的 基因. 按重要程度按重要程度 按物種按物種 l原核基因；原核基因； l病毒基因；病毒基因； l真核基因真核基因 按拷貝數(shù)按拷貝數(shù) l單拷貝基因單拷貝基因(多出現(xiàn)在原核和病毒多出現(xiàn)在原核和病毒)； l多拷貝基因多拷貝基因； .18 2、基因序列及鏈特征、基因序列及鏈特征 .19 基因核酸鏈的化學(xué)組成：核苷基因核酸鏈的化學(xué)組成：核苷+磷酸磷酸 O C OHH 1 23 4 5 脫氧核苷脫氧核苷 -H2 HO- OH O 堿

10、基堿基 A G C T A G C U P O O -O O 磷酸核苷（磷酸核苷（NMP） -D-2-核糖（戊糖）核糖（戊糖） 核苷核苷 P O O -O 5 3 了解知識(shí)了解知識(shí) 核苷核苷 .20 腺嘌呤腺嘌呤A 鳥嘌呤鳥嘌呤G 了解知識(shí)了解知識(shí) 1 6 9 3 24 5 8 7 1 6 9 3 24 5 8 7 .21 了解知識(shí)了解知識(shí) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶T 胞嘧啶胞嘧啶C 1 6 4 5 3 2 尿嘧啶尿嘧啶U 1 6 4 5 3 2 1 6 4 5 3 2 .22 1 2 3 4 5 了解知識(shí)了解知識(shí) .23 雙鏈雙鏈DNA (Double-stranded Genomic DNA) 5

11、-ATGGTTTCCCAATTATTCGAAGAAAAAGCTAAAGCC-3+ or sense strand（正義鏈）（正義鏈） 3- TACCAAAGGGTTAATAAGCTTCTTTTTCGATTTCGG-5- or antisense strand（反義鏈）（反義鏈） 基基 因因 核核 酸酸 鏈鏈 的的 極極 性性 了解知識(shí)了解知識(shí) .24 了解知識(shí)了解知識(shí) 兩類核酸的基本化學(xué)組成比較兩類核酸的基本化學(xué)組成比較 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸(DNA)-核糖核酸核糖核酸(RNA) .25 核苷酸及相應(yīng)的核苷、堿基名稱中英文對(duì)照表核苷酸及相應(yīng)的核苷、堿基名稱中英文對(duì)照表 了解知識(shí)了解知識(shí) .

12、26 單鏈單鏈DNA/RNA （Single Stranded DNA， ssDNA/RNA) 單鏈線性單鏈線性DNA/RNA （Single Stranded Linear DNA/RNA） 單鏈環(huán)狀單鏈環(huán)狀DNA/RNA （Single Stranded Circular DNA/RNA) 雙鏈雙鏈DNA/RNA （Double Stranded DNA，dsDNA/RNA） 雙鏈線性雙鏈線性DNA/RNA （Double Stranded Linear DNA/RNA） 雙鏈環(huán)狀雙鏈環(huán)狀DNA/RNA （Single Stranded Circular DNA/RNA) 共價(jià)閉合環(huán)狀共價(jià)

13、閉合環(huán)狀DNA （Covalently Closed Circular DNA， cccDNA） 共價(jià)閉合環(huán)狀雙鏈共價(jià)閉合環(huán)狀雙鏈DNA質(zhì)粒（質(zhì)粒（Plasmid） DNA/RNA鏈的形式鏈的形式 .27 DNA分子由分子由兩條反向平行兩條反向平行多核苷酸多核苷酸 鏈圍繞同一中心軸構(gòu)成的鏈圍繞同一中心軸構(gòu)成的雙螺旋雙螺旋結(jié)結(jié) 構(gòu)。雙螺旋表面形成大溝和小溝構(gòu)。雙螺旋表面形成大溝和小溝 雙螺旋直徑雙螺旋直徑2nm，堿基平面垂直于，堿基平面垂直于 螺旋縱軸螺旋縱軸 兩條鏈都由磷酸和脫氧核糖以兩條鏈都由磷酸和脫氧核糖以3， 5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵相連而成，它們位于相連而成，它們位于 螺旋的外側(cè)。嘌呤

14、堿基與嘧啶堿基螺旋的外側(cè)。嘌呤堿基與嘧啶堿基 位于螺旋的內(nèi)側(cè)，糖基平面與堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，糖基平面與堿基 平面相垂直平面相垂直 兩條多核苷酸鏈依照兩條多核苷酸鏈依照堿基互補(bǔ)配對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì) 的原則形成的氫鍵相連接：的原則形成的氫鍵相連接：A-T間間 形成兩個(gè)氫鍵；形成兩個(gè)氫鍵；G-C間形成三個(gè)氫間形成三個(gè)氫 鍵鍵 3.4nm 右手雙螺旋模型要點(diǎn)右手雙螺旋模型要點(diǎn) 2nm5 3 3 5 了解知識(shí)了解知識(shí) .28 A-DNA：右手螺旋，右手螺旋，DNA與與RNA混合配對(duì)時(shí)混合配對(duì)時(shí) B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋，生理?xiàng)l件下最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)模型，右手螺旋，生理?xiàng)l件下最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)

15、Z-DNA：左手螺旋左手螺旋 Triple Helix DNA：兩股堿基按兩股堿基按Watson-Crick方式配對(duì)，第三股多聚方式配對(duì)，第三股多聚 嘧啶（鏡像重復(fù)）通過嘧啶（鏡像重復(fù)）通過TAT和和CGC+配對(duì)配對(duì) DNA鏈結(jié)構(gòu)多樣性鏈結(jié)構(gòu)多樣性 A-DNAB-DNAZ-DNA三股螺旋三股螺旋 了解知識(shí)了解知識(shí) .29 .30 DNA序列中以某一中心區(qū)序列中以某一中心區(qū) 域?yàn)閷?duì)稱軸，其兩側(cè)的堿域?yàn)閷?duì)稱軸，其兩側(cè)的堿 基對(duì)順序正讀和反讀都相基對(duì)順序正讀和反讀都相 同的雙螺旋結(jié)構(gòu)同的雙螺旋結(jié)構(gòu)。即對(duì)稱。即對(duì)稱 軸一側(cè)的片段旋轉(zhuǎn)軸一側(cè)的片段旋轉(zhuǎn)180后，后， 與另一側(cè)片段對(duì)稱重復(fù)。與另一側(cè)片段對(duì)稱

16、重復(fù)。 回文結(jié)構(gòu)能形成回文結(jié)構(gòu)能形成十字結(jié)構(gòu)十字結(jié)構(gòu) 和發(fā)夾結(jié)構(gòu)。和發(fā)夾結(jié)構(gòu)。 回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu) .31 存在于同一股上的某些存在于同一股上的某些DNA區(qū)段的反向重復(fù)序列。區(qū)段的反向重復(fù)序列。 此序列各單股中沒有互補(bǔ)序列，不能形成十字型或此序列各單股中沒有互補(bǔ)序列，不能形成十字型或 發(fā)夾結(jié)構(gòu)。發(fā)夾結(jié)構(gòu)。 鏡像重復(fù)鏡像重復(fù) AATTCAAGGGAGAAGTAATGAAGAGGGAAGGAT TTAAGTT CCC T CT T CATTAC T T CT CC C T TC CTA .32 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)一步盤曲形成的復(fù)雜的超螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)一步盤曲形成的復(fù)雜的超螺旋 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： l線狀線

17、狀DNA形成的紐結(jié)；形成的紐結(jié)； l超螺旋和多重螺旋；超螺旋和多重螺旋； l環(huán)狀環(huán)狀DNA形成的結(jié)；形成的結(jié)； l超螺旋超螺旋 l連環(huán)連環(huán) l. DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) .33 線狀線狀DNA形成的超螺旋形成的超螺旋 .34 環(huán)狀環(huán)狀DNA形成的超螺旋形成的超螺旋 .35 約約200個(gè)堿基對(duì)的個(gè)堿基對(duì)的DNA和包括和包括H1, H2A，H2B，H3，H4 在內(nèi)的在內(nèi)的5種組蛋白結(jié)合在一起所構(gòu)成種組蛋白結(jié)合在一起所構(gòu)成 。 DNA四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) .36 長(zhǎng)約長(zhǎng)約140bp的的DNA分子繞核心部位分子繞核心部位1圈圈 .37 核小體核小體 .38 核小體和染色質(zhì)核小體和染色質(zhì) .39 核小體構(gòu)成

18、核小體構(gòu)成 染色質(zhì)絲染色質(zhì)絲 .40 RNA鏈結(jié)構(gòu)多樣性鏈結(jié)構(gòu)多樣性 IGC GCG53 mRNA .41rRNA .42 3、真核生物的基因結(jié)構(gòu)及其功能、真核生物的基因結(jié)構(gòu)及其功能 所有含細(xì)胞的所有含細(xì)胞的(單細(xì)胞或多細(xì)胞單細(xì)胞或多細(xì)胞)生物的總稱，包括動(dòng)物、植物、生物的總稱，包括動(dòng)物、植物、 真菌和原生動(dòng)物。真菌和原生動(dòng)物。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 均含有細(xì)胞核（核遺傳）和其他細(xì)胞器均含有細(xì)胞核（核遺傳）和其他細(xì)胞器（核外物質(zhì)遺傳（核外物質(zhì)遺傳/胞質(zhì)遺傳胞質(zhì)遺傳/ 母系遺傳），如線粒體或葉綠體，有細(xì)胞骨架母系遺傳），如線粒體或葉綠體，有細(xì)胞骨架 l基因編碼區(qū)不連續(xù)基因編碼區(qū)不連續(xù) l單順反子（一個(gè)基

19、因序列編碼一種產(chǎn)物）單順反子（一個(gè)基因序列編碼一種產(chǎn)物） l基因內(nèi)部存在大量重復(fù)序列基因內(nèi)部存在大量重復(fù)序列 l多拷貝基因多拷貝基因 l基因間大小差異大基因間大小差異大 l表達(dá)調(diào)控較復(fù)雜表達(dá)調(diào)控較復(fù)雜 .43 3.1 真核生物基因結(jié)構(gòu)真核生物基因結(jié)構(gòu)(Eukaryotic Gene Structure) 啟動(dòng)子啟動(dòng)子Promoter 外顯子外顯子Exons 內(nèi)含子內(nèi)含子Introns 增強(qiáng)子增強(qiáng)子Enhancer (Optional) 開放閱讀框開放閱讀框ORF 基因基因 間隔區(qū)間隔區(qū) 基因基因 間隔區(qū)間隔區(qū) 終止子終止子 Terminator 3-UTR 加尾信號(hào)加尾信號(hào) PolyA 結(jié)構(gòu)基

20、因結(jié)構(gòu)基因 5上游區(qū)上游區(qū) 側(cè)翼序列側(cè)翼序列/ 調(diào)節(jié)序列調(diào)節(jié)序列/ 順式調(diào)控元件順式調(diào)控元件 3下游區(qū)下游區(qū) 側(cè)翼序列側(cè)翼序列/ 調(diào)節(jié)序列調(diào)節(jié)序列/ 順式調(diào)控元件順式調(diào)控元件 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) 5-UTR .44 斷裂基因斷裂基因(Richard J.Roberts &Phillip A.Sharp, 1993） 指基因編碼區(qū)域的不連續(xù)性，是真核基因的結(jié)構(gòu)特指基因編碼區(qū)域的不連續(xù)性，是真核基因的結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)，即基因的外顯子被內(nèi)含子間隔成不連續(xù)、按順點(diǎn)，即基因的外顯子被內(nèi)含子間隔成不連續(xù)、按順 序鑲嵌排列在基因的序鑲嵌排列在基因的ORF區(qū)域（外顯子和內(nèi)含子交區(qū)域（外顯子和內(nèi)含子交 替出現(xiàn)，每個(gè)

21、內(nèi)含子具有替出現(xiàn)，每個(gè)內(nèi)含子具有5-GT-AG-3邊界序邊界序 列）列）. 內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子 Open Reading Frame GTGTGT AGAGAG 外顯子外顯子 .45 A. 并非所有基因都是斷裂基因：并非所有基因都是斷裂基因：如組蛋白基因和干擾素基因等。如組蛋白基因和干擾素基因等。 在單細(xì)胞真核生物中，其多數(shù)基因編碼區(qū)是連續(xù)的，非斷裂。在單細(xì)胞真核生物中，其多數(shù)基因編碼區(qū)是連續(xù)的，非斷裂。 B. 斷裂基因是基因選擇性剪接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：斷裂基因是基因選擇性剪接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：一個(gè)簡(jiǎn)單基一個(gè)簡(jiǎn)單基 因編碼不同蛋白。人類基因因編碼不同蛋白。人類基因35%的基因

22、存在選擇性剪接。的基因存在選擇性剪接。 C. 斷裂基因具有生物演化意義斷裂基因具有生物演化意義： 1）不同外顯子）不同外顯子不同不同功能域蛋白功能域蛋白 2）外顯子的不同組合）外顯子的不同組合新蛋白新蛋白 3）同一基因外顯子的不同剪接）同一基因外顯子的不同剪接功能有別的蛋白功能有別的蛋白 4）外顯子間隔有利于基因重組和演化，防止或減少突變）外顯子間隔有利于基因重組和演化，防止或減少突變 .46 啟動(dòng)子啟動(dòng)子 啟動(dòng)子啟動(dòng)子(Promoter) 位于結(jié)構(gòu)基因位于結(jié)構(gòu)基因5端轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的大約端轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的大約100-200bp 范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， 并有若干具有獨(dú)立功能的并有若干具有獨(dú)立功能的D

23、NA序列元件，每個(gè)元件約長(zhǎng)序列元件，每個(gè)元件約長(zhǎng)7 30bp，序列本身不被轉(zhuǎn)錄，是，序列本身不被轉(zhuǎn)錄，是RNA聚合酶聚合酶特異性識(shí)別和結(jié) 合的一段DNA序列，能控制基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄）的起始時(shí)間，能控制基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄）的起始時(shí)間 和轉(zhuǎn)錄程度。和轉(zhuǎn)錄程度。 注意：?jiǎn)?dòng)子包含轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，內(nèi)部還有精細(xì)的序列結(jié)構(gòu)，注意：?jiǎn)?dòng)子包含轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，內(nèi)部還有精細(xì)的序列結(jié)構(gòu)， 其本身不能影響和控制轉(zhuǎn)錄起始時(shí)間和轉(zhuǎn)錄程度，而是通過其本身不能影響和控制轉(zhuǎn)錄起始時(shí)間和轉(zhuǎn)錄程度，而是通過 與轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄因子(Transcription factor) 蛋白質(zhì)結(jié)合互作發(fā)生作用。蛋白質(zhì)結(jié)合互作發(fā)生作用。 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)

24、(5-9bp)，常見序列為常見序列為CAT（原核），第一個(gè)轉(zhuǎn)錄通常為（原核），第一個(gè)轉(zhuǎn)錄通常為G/A 5-UTR .47 -10 -35 轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游大約轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游大約10/25bp和和35/70bp處有兩個(gè)共有序列處有兩個(gè)共有序列 （Consensus Sequence），稱為），稱為-10和和-35序列序列(分別控制轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)分別控制轉(zhuǎn)錄起點(diǎn) 和頻率和頻率)。共有序列只有少數(shù)幾個(gè)核苷酸有差異，能影響。共有序列只有少數(shù)幾個(gè)核苷酸有差異，能影響RNA聚聚 合酶與啟動(dòng)子的相互識(shí)別。合酶與啟動(dòng)子的相互識(shí)別。 TTGACATATATTAATGTGTGGAAT Pribnow box（原核）（

25、原核） Hogness box/TATA box（真核）（真核） -80, -70 CCAAT(真核）真核） -30, -25 TATAAAAG(真核真核) GCCACACCC /GGGCGGG -110, -80 GC box(真核真核) TTGACA(原核原核)TATAA(原核 原核) -10與與-35之間核苷酸變動(dòng)數(shù)應(yīng)在之間核苷酸變動(dòng)數(shù)應(yīng)在 15, 20, 強(qiáng)啟動(dòng)子強(qiáng)啟動(dòng)子(原核原核) : 171 TFIICTF SP1 0 轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起點(diǎn) 核心啟動(dòng)子元件核心啟動(dòng)子元件 （起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的（起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列）序列） 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游25/30b

26、p處的處的TATA盒盒 上游啟動(dòng)子元件上游啟動(dòng)子元件 （70bp附近的附近的CAAT盒和盒和GC盒及更遠(yuǎn)）盒及更遠(yuǎn)） .48 TATA框（框（TATA Box）：）：一段高度保守序列一段高度保守序列(7bp)，TATAA/TAA/T，位，位 于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游2530 bp（-3050）。）。TATA框與轉(zhuǎn)錄因子框與轉(zhuǎn)錄因子TFII結(jié)結(jié) 合，再與合，再與RNA 聚合酶聚合酶II形成復(fù)合物，從而準(zhǔn)確地識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始位置，形成復(fù)合物，從而準(zhǔn)確地識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始位置， 對(duì)轉(zhuǎn)錄水平有定量效應(yīng)。對(duì)轉(zhuǎn)錄水平有定量效應(yīng)。 CAAT框（框（CAAT Box）：一段保守序列：一段保守序列GGGC/TCA

27、ATAC（9bp），）， 位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-70-80bp，轉(zhuǎn)錄因子，轉(zhuǎn)錄因子CTF識(shí)別位點(diǎn)并與之結(jié)合，識(shí)別位點(diǎn)并與之結(jié)合， 激活轉(zhuǎn)錄。激活轉(zhuǎn)錄。 GC框（框（GC Box）：）：堿基序列為堿基序列為GGCGGG，有兩個(gè)拷貝，位于，有兩個(gè)拷貝，位于CAAT Box兩側(cè)，與轉(zhuǎn)錄因子兩側(cè)，與轉(zhuǎn)錄因子SP1結(jié)合。（結(jié)合。（SP1有鋅指區(qū)可以與有鋅指區(qū)可以與DNA結(jié)合，在結(jié)合，在N 端有激活轉(zhuǎn)錄的作用）端有激活轉(zhuǎn)錄的作用）GC框有激活轉(zhuǎn)錄的功能?？蛴屑せ钷D(zhuǎn)錄的功能。 .49 不同的啟動(dòng)子序列不同的啟動(dòng)子序列 .50 .51 應(yīng)答元件應(yīng)答元件(Responsive Elements)

28、 人金屬硫蛋白基因調(diào)控區(qū)域人金屬硫蛋白基因調(diào)控區(qū)域 GRE -260 -240 -220 -200 -180 -160 140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 BLEMREBLE TRE MRE GC MRE TATA AP2AP1 PIC AP2 蛋白連接蛋白連接 http:/ 位于結(jié)構(gòu)基因上游位于結(jié)構(gòu)基因上游（通常位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游（通常位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游200bp內(nèi)，也有位于啟動(dòng)子內(nèi)，也有位于啟動(dòng)子 或增強(qiáng)子內(nèi)的，如或增強(qiáng)子內(nèi)的，如HSE和和GRE）能被轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別和結(jié)合能被轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別和結(jié)合，從而調(diào)控從而調(diào)控 基因?qū)Ｒ恍员磉_(dá)的基因?qū)Ｒ恍员磉_(dá)的DNA序列序列。應(yīng)答元件是對(duì)

29、某些特定的環(huán)境作出應(yīng)答，。應(yīng)答元件是對(duì)某些特定的環(huán)境作出應(yīng)答， 能在一些特定情況下被表達(dá)調(diào)控因子識(shí)別能在一些特定情況下被表達(dá)調(diào)控因子識(shí)別. 常見應(yīng)答元件：常見應(yīng)答元件： l 熱激應(yīng)答元件熱激應(yīng)答元件 (Heat Shock Response Element，HSE)、 l 金屬應(yīng)答元件金屬應(yīng)答元件(Metal Response Element，MRE)、 l 糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(Glucor-ticoid Response Element，GRE) l 血清應(yīng)答元件血清應(yīng)答元件(Serum Response Element，SRE) .52 元件名稱元件名稱共同序列共同序列

30、結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 因子名稱因子名稱 結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 因子分子量因子分子量 結(jié)合結(jié)合DNA長(zhǎng)度長(zhǎng)度 (蛋白因子蛋白因子) TATAboxTATAAAATBP30,00010bp GC boxGGGCGGSP-1105,00020bp CAAT boxGGCCAATCTCTF/NF160,00022bp OctamerATTTGCAT1-Oct76,00010bp 2-Oct53,00020bp KBGGGACTTTCC NFkB44,00010bp ATFGTGACGTAFT?20bp TATA框、框、CAAT框、框、GC框框 八核苷酸序列（八核苷酸序列（Octamer） 順式調(diào)控元件順式調(diào)控

31、元件 對(duì)基因表達(dá)有調(diào)控活性的對(duì)基因表達(dá)有調(diào)控活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處于一序列，其活性只影響與其自身同處于一 個(gè)個(gè)DNA分子上的基因分子上的基因。通常把順式調(diào)控元件中的核心序列稱為共有序。通常把順式調(diào)控元件中的核心序列稱為共有序 列或一致序列（列或一致序列（Consensus Sequence），包含啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、負(fù)調(diào)），包含啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、負(fù)調(diào) 控元件、應(yīng)答元件和加尾信號(hào)等。控元件、應(yīng)答元件和加尾信號(hào)等。 .53 元件名稱元件名稱共同序列共同序列 結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 因子名稱因子名稱 結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 因子分子量因子分子量 結(jié)合結(jié)合DNA長(zhǎng)度長(zhǎng)度 (蛋白因子蛋白因子) TAT

32、AboxTATAAAATBP30,00010bp GC boxGGGCGGSP-1105,00020bp CAAT box GGCCAATCTCTF/NF160,00022bp OctamerATTTGCAT1-Oct76,00010bp 2-Oct53,00020bp KBGGGACTTTCCNFkB44,00010bp ATFGTGACGTAFT?20bp TBP: TATA-binding protein CTF: CAAT box transcription factor 反式作用因子：反式作用因子： TBP、CTF、SP-l 反式作用因子反式作用因子 一組識(shí)別與結(jié)合順式調(diào)控元件核心序

33、列，進(jìn)而調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。一組識(shí)別與結(jié)合順式調(diào)控元件核心序列，進(jìn)而調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。它由反式它由反式 作用因子基因編碼，通常具有鋅指結(jié)構(gòu)、堿性亮氨酸拉鏈、螺旋作用因子基因編碼，通常具有鋅指結(jié)構(gòu)、堿性亮氨酸拉鏈、螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋基元等特征，螺旋基元等特征， 具有具有DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域兩個(gè)重要的結(jié)構(gòu)域。結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域兩個(gè)重要的結(jié)構(gòu)域。 .54 l廣譜表達(dá)型啟動(dòng)子；廣譜表達(dá)型啟動(dòng)子； l組織特異性啟動(dòng)子；組織特異性啟動(dòng)子； l腫瘤特異性啟動(dòng)子；腫瘤特異性啟動(dòng)子； l物種特異性啟動(dòng)子；物種特異性啟動(dòng)子； l 惡性腫瘤惡性腫瘤 轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控障礙轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控障

34、礙 啟動(dòng)子啟動(dòng)子 .55 增強(qiáng)子增強(qiáng)子Enhancer 啟動(dòng)子上游或下游的一段啟動(dòng)子上游或下游的一段DNA序列（核心序列常為序列（核心序列常為 8-12bp），可以增強(qiáng)啟動(dòng)子發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)錄，提高轉(zhuǎn)錄效），可以增強(qiáng)啟動(dòng)子發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)錄，提高轉(zhuǎn)錄效 率。率。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： l在在任意任意位置都有效位置都有效 l無方向性無方向性 l有有組織特或細(xì)胞特異性組織特或細(xì)胞特異性 .56 絕緣子絕緣子 /content/122/9/1275/F4.expansion.html 嗅覺受嗅覺受 體基因體基因 珠蛋白基因珠蛋白基因 濃縮染色質(zhì)濃縮染色質(zhì) 核仁磷酸化蛋白核仁磷酸化

35、蛋白 CTCF: CCCTC-binding factor Beta珠蛋白基因增強(qiáng)子珠蛋白基因增強(qiáng)子 2個(gè)串聯(lián)重復(fù)個(gè)串聯(lián)重復(fù),72bp, 效率提高效率提高200倍倍 .57 外顯子外顯子 結(jié)構(gòu)基因中，編碼序列稱為結(jié)構(gòu)基因中，編碼序列稱為外顯子外顯子(Exon)，表達(dá)，表達(dá) 多肽鏈部分。非編碼序列稱為多肽鏈部分。非編碼序列稱為內(nèi)含子內(nèi)含子(Intron)。 內(nèi)含子內(nèi)含子 外顯子、內(nèi)含子外顯子、內(nèi)含子 l真核基因內(nèi)含子和外顯子并非完全固定不變真核基因內(nèi)含子和外顯子并非完全固定不變：如編碼如編碼 某一多肽鏈時(shí)，為外顯子，而編碼另一多肽鏈時(shí)，則是內(nèi)含子。這樣，同一基因卻可以轉(zhuǎn)錄兩種或兩某一多肽鏈時(shí)，為

36、外顯子，而編碼另一多肽鏈時(shí)，則是內(nèi)含子。這樣，同一基因卻可以轉(zhuǎn)錄兩種或兩 種以上的種以上的mRNA。 l某些真核基因無內(nèi)含子某些真核基因無內(nèi)含子：如組蛋白基因，干擾素基因等，它們多以基因簇如組蛋白基因，干擾素基因等，它們多以基因簇 形式存在。此外，大多數(shù)酵母結(jié)構(gòu)基因也無內(nèi)含子。形式存在。此外，大多數(shù)酵母結(jié)構(gòu)基因也無內(nèi)含子。 GTGT .58 DMD基因基因 (2300kb)：79個(gè)外顯子個(gè)外顯子+ 78 個(gè)內(nèi)含子個(gè)內(nèi)含子 Duchenne Muscular Dystrophy (杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥 ) .59 信使信使RNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 信使信使RNA 信使信使RNA前體前體

37、RNA斷裂斷裂 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) GeneA 腺病毒腺病毒 GeneB 高等動(dòng)物高等動(dòng)物 非編碼區(qū)非編碼區(qū)(Non-coding Rregion) 不能編碼蛋白質(zhì)的區(qū)段叫做非編碼區(qū)非編碼區(qū) .60 終止子終止子Terminator 使使RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止的聚合酶轉(zhuǎn)錄終止的DNA序列序列。包含一段。包含一段回文回文 序列、序列、5-AATAAA-3 (PolyA)序列及富含序列及富含GT/T序列序列。 終止子終止子 加尾信號(hào)加尾信號(hào) .61 5-C C CAGC CCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTT-3 3-GGGTCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAA-5 DNA 回文

38、序列回文序列：轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)轉(zhuǎn)錄終止信號(hào) 7-20bp 阻礙阻礙RNA聚合酶的移動(dòng)。一串聚合酶的移動(dòng)。一串U與與 DNA模板中的模板中的A的結(jié)合不穩(wěn)定，從的結(jié)合不穩(wěn)定，從 模板上脫落下來，終止轉(zhuǎn)錄。模板上脫落下來，終止轉(zhuǎn)錄。 5-CCCA GCCCGC CUAAUGA GCGGGC UUUUUUU-3mRNA 5-CCCA G C C C G C C G G G C G UUUUUUU-3 C U A A U G A 發(fā)夾環(huán)發(fā)夾環(huán) PolyA：附加信號(hào)附加信號(hào) 因子非依賴性終止子，因子非依賴性終止子，GC含量高含量高 .62 lRho-dependent Terminator .63 UTR：U

39、ntranslated Region 終止密碼終止密碼 mRNA 前導(dǎo)區(qū)前導(dǎo)區(qū)(leader) 尾區(qū)尾區(qū) .64 l5- UTR: 翻譯起始密碼子上游翻譯起始密碼子上游, mRNA翻譯起點(diǎn)翻譯起點(diǎn) 的鳥嘌呤核苷酸的鳥嘌呤核苷酸G（甲基化帽（甲基化帽CAP）延伸至）延伸至ATG 起始密碼子起始密碼子,能被核糖體識(shí)別結(jié)合，充當(dāng)滑道的序能被核糖體識(shí)別結(jié)合，充當(dāng)滑道的序 列（列（SD序列序列原核原核）；）； l3- UTR: 編碼區(qū)末端終止密碼子到多聚編碼區(qū)末端終止密碼子到多聚A末端。末端。 AAUAAA 多聚腺苷酸信號(hào)多聚腺苷酸信號(hào) 保護(hù)性蛋白保護(hù)性蛋白 連接位點(diǎn)連接位點(diǎn) miRNAs 連接位點(diǎn)連接

40、位點(diǎn) 注：注： 3- UTR可脫離可脫離mRNA單獨(dú)存在，稱為游離單獨(dú)存在，稱為游離3- UTR .65 側(cè)翼序列側(cè)翼序列Flanking sequence 5上游區(qū)上游區(qū) 側(cè)翼序列側(cè)翼序列/ 調(diào)節(jié)序列調(diào)節(jié)序列 3下游區(qū)下游區(qū) 側(cè)翼序列側(cè)翼序列/ 調(diào)節(jié)序列調(diào)節(jié)序列 結(jié)構(gòu)基因的第一個(gè)和最后一個(gè)外顯子的外側(cè)，不被結(jié)構(gòu)基因的第一個(gè)和最后一個(gè)外顯子的外側(cè)，不被 轉(zhuǎn)錄的非編碼區(qū)，稱為轉(zhuǎn)錄的非編碼區(qū)，稱為側(cè)翼序列側(cè)翼序列。 基因的調(diào)控序列，對(duì)基因的有效表達(dá)起調(diào)控作用，包括：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、終止子等?；虻恼{(diào)控序列，對(duì)基因的有效表達(dá)起調(diào)控作用，包括：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、終止子等。 .66 基因家族基因家族（Ge

41、ne Family ） 基因家族：基因家族：指由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)復(fù)制和變指由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)復(fù)制和變 異所產(chǎn)生的一組基因，其核苷酸序列或編碼產(chǎn)物異所產(chǎn)生的一組基因，其核苷酸序列或編碼產(chǎn)物 的結(jié)構(gòu)具有一定程度的同源性。的結(jié)構(gòu)具有一定程度的同源性。（每個(gè)基因都有自己的啟動(dòng)（每個(gè)基因都有自己的啟動(dòng) 子，與操縱子不同；功能相近，利于功能發(fā)揮。）子，與操縱子不同；功能相近，利于功能發(fā)揮。） .67 低密度脂蛋白受體基因家族低密度脂蛋白受體基因家族分揀蛋白分揀蛋白 http:/www.mdc-berlin.de 清除血液中的脂蛋白（介導(dǎo)內(nèi)吞作用，傳遞信號(hào)到靶細(xì)胞）清除血液中的脂蛋白（介導(dǎo)內(nèi)吞作用，

42、傳遞信號(hào)到靶細(xì)胞） .68 B. 簇集在不同染色體上簇集在不同染色體上，編碼功能緊密相關(guān)的一組蛋白。，編碼功能緊密相關(guān)的一組蛋白。 胎兒期基因胎兒期基因胚胎期基因胚胎期基因成人期基因成人期基因假基因假基因 2 1 2 1 2 1 G A 珠蛋白基因珠蛋白基因 11染色體染色體 珠蛋白基因珠蛋白基因 16染色體染色體 基因家族簇集方式基因家族簇集方式 A. 簇集在同一條染色體上簇集在同一條染色體上，可同時(shí)發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)。如組蛋，可同時(shí)發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)。如組蛋 白基因家族：第白基因家族：第7號(hào)染色體長(zhǎng)臂號(hào)染色體長(zhǎng)臂3區(qū)區(qū)2帶到帶到3區(qū)區(qū)6帶區(qū)域內(nèi)。帶區(qū)域內(nèi)。 .69 基因家族類型

43、：基因家族類型： A. 多拷貝基因家族多拷貝基因家族（彼此核酸序列相同）：（彼此核酸序列相同）：rRNA家族、家族、tRNA家族、組蛋白家族。家族、組蛋白家族。 B. 序列高度同源基因家族序列高度同源基因家族（同源性（同源性80%）：人類生長(zhǎng)激素基因家族。）：人類生長(zhǎng)激素基因家族。 C. 同源功能基因家族同源功能基因家族（編碼產(chǎn)物具有同源功能區(qū)）：（編碼產(chǎn)物具有同源功能區(qū)）：src癌基因家族。癌基因家族。 D. 保守基序基因家族保守基序基因家族（編碼產(chǎn)物具有小段保守基序）：（編碼產(chǎn)物具有小段保守基序）：DEAD盒。盒。 E. 基因超家族：基因超家族：指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家

44、族。指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。 F. 假基因（假基因（Pseudo gene，）：）：多基因家族中，具有功能基因相似的多基因家族中，具有功能基因相似的 基因序列，但不能產(chǎn)生功能性產(chǎn)物的基因。基因序列，但不能產(chǎn)生功能性產(chǎn)物的基因。 .70 來源：來源： l 復(fù)制插入突變復(fù)制插入突變：功能基因復(fù)制插入序列中，后經(jīng)過突變形成功能基因復(fù)制插入序列中，后經(jīng)過突變形成 非功能性基因。非功能性基因。 l 反轉(zhuǎn)錄插入反轉(zhuǎn)錄插入：自主的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座元件，來源于自主的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座元件，來源于RNA聚合酶聚合酶 的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（由的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（由mRNA反轉(zhuǎn)錄為反轉(zhuǎn)錄為cDNA，后整合在基因組中）。它通

45、常，后整合在基因組中）。它通常 具有具有mRNA的特征（的特征（5端有端有mRNA分子特有的多聚腺苷分子特有的多聚腺苷Poly(A)序列）序列） 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 不含內(nèi)含子序列，末端有很短一段不含內(nèi)含子序列，末端有很短一段AT堿基對(duì)，兩端各有一個(gè)短的正向重堿基對(duì)，兩端各有一個(gè)短的正向重 復(fù)序列。復(fù)序列。 假基因假基因（ Pseudo gene） .71 假基因中可以積累許多突變，并常常同時(shí)存在三種終止密碼子序列假基因中可以積累許多突變，并常常同時(shí)存在三種終止密碼子序列 復(fù)制插入突變復(fù)制插入突變 反轉(zhuǎn)錄插入反轉(zhuǎn)錄插入 復(fù)制復(fù)制 突變突變 反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄 插入插入 .72 4、原核、病毒的基因結(jié)構(gòu)和功能特征、原核、病毒的基因結(jié)構(gòu)和功能特征 真核生物與原核生物的最大區(qū)別在于出現(xiàn)了胞質(zhì)和核質(zhì)的真核生物與原核生物的最大區(qū)別在于出現(xiàn)了胞質(zhì)和核質(zhì)的區(qū)域區(qū)域 化化，使遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯在時(shí)空上完全分開。，使遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與翻譯在時(shí)空上完全分開。 單倍體單倍體 一條染色體一條染色體+質(zhì)粒質(zhì)粒+轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 座因子座因子. .73 原核生物基因結(jié)構(gòu)原核生物基因結(jié)構(gòu)Prokaryotic Gene Structure 操縱子（操縱子（Ope