基因與基因表達(dá)調(diào)控(2013)-PPT幻燈片

基因是一個(gè)特定的DNA或RNA片段，但并非一段DNA或RNA都是基因。一、基因概念的發(fā)展：現(xiàn)代基因的概念：基因是DNA分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。遺傳因子染色體是基因的載體DNA是遺傳物質(zhì)基因是有功能的DNA片段3（一）遺傳因子（1）孟德爾認(rèn)為生物的性狀是由“遺傳因子”決定的。孟德爾（JohannGregorMendel）6經(jīng)典的基因概念：

突變的最小單位

重組的最小單位

功能的最小單位“三位一體”1926《基因論》它決定著一個(gè)特定的性狀，而且能發(fā)生突變并隨著染色體同源節(jié)段的互換而交換，它不僅是決定性狀的功能單位，而且是一個(gè)突變單位和交換單位。10/30/20227（三）DNA是遺傳物質(zhì)1928，Griffith肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。

10/30/20228

1944年，Avery體外的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。

1956年，Hershey-Chase噬菌體感染實(shí)驗(yàn)。

1956年，F(xiàn)raenkel-Conrat煙草花葉病毒實(shí)驗(yàn)。11（四）基因是有功能的DNA片段1、1941年Beadle和Tatum（1909～1975）提出一個(gè)基因一種酶學(xué)說，溝通了蛋白質(zhì)合成與基因功能的研究。10/30/2022122、1953年，美國(guó)生物化學(xué)家沃森和英國(guó)生物物理學(xué)家克里克

提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。沃森(JamesD.Watson,1928～)和克里克(FrancisH.C.Crick，1916～)3、1957年S.Benzer用大腸桿菌T4噬菌體作為材料，分析了基因內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，提出順反子(cistor)概念，證明基因是DNA分之上一個(gè)特定的區(qū)段，是一個(gè)功能單位，包括許多突變位點(diǎn)（突變子），突變位點(diǎn)之間可以發(fā)生重組（重組子）（S.Benzer,1921～)

經(jīng)典的基因概念：

突變的最小單位重組的最小單位功能的最小單位現(xiàn)代的基因概念：

三位一體基因具有精細(xì)結(jié)構(gòu)重組子突變子順反子Benzer的重組測(cè)驗(yàn)和互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)跳躍基因斷裂基因重復(fù)序列假基因基因序列的多樣性二、基因的類別及其相互關(guān)系根據(jù)基因的功能和性質(zhì)，可將其分為以下幾類：結(jié)構(gòu)基因（structuralgene)和調(diào)節(jié)基因(regulatorygene)：既可轉(zhuǎn)錄又可翻譯。核糖體RNA基因（rRNA基因簡(jiǎn)稱rDNA）和轉(zhuǎn)移RNA基因（tRNA基因簡(jiǎn)稱tDNA）：只可轉(zhuǎn)錄不可翻譯。啟動(dòng)子（promotor）和操縱基因(operator)：既無轉(zhuǎn)錄功能又無翻譯功能，確切說，它們不能稱為基因。三、基因與DNA一個(gè)基因大約有500-6000個(gè)核苷酸對(duì)，但并非DNA分子上任一含有幾千個(gè)核苷酸對(duì)的區(qū)段都是一個(gè)基因，基因是一個(gè)含有特定遺傳信息的DNA分子區(qū)段。如何判斷一段核苷酸序列是否是某個(gè)基因？

要看這個(gè)特定的核苷酸序列是否與其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA核苷酸序列或翻譯產(chǎn)物多肽鏈的氨基酸序列相對(duì)應(yīng)，這樣就必須同時(shí)測(cè)定某一段DNA的核苷酸序列和相應(yīng)產(chǎn)物的序列。第一節(jié)基因的結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)基因組的結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)基因的表達(dá)與調(diào)控第一節(jié)基因的結(jié)構(gòu)與功能一、基因的分子基礎(chǔ)二、結(jié)構(gòu)基因的基本結(jié)構(gòu)三、原核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式五、特殊結(jié)構(gòu)與功能基因一、基因的分子基礎(chǔ)基因的化學(xué)本質(zhì)是一段DNA分子片段，攜帶有特定的遺傳信息。1953年,Watson&CrickDNA雙螺旋半保留復(fù)制基因是一個(gè)遺傳功能單位，它所對(duì)應(yīng)的一段核苷酸序列被稱為順反子。一個(gè)順反子編碼一條完整的多肽鏈。PPP53蛋白質(zhì)原核生物的多順反子mRNAPPPmG-53蛋白質(zhì)真核生物的單順反子mRNA二、結(jié)構(gòu)基因的基本結(jié)構(gòu)原核基因真核基因轉(zhuǎn)錄區(qū)非翻譯區(qū)非翻譯區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)：非編碼區(qū)：可以被轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，由連續(xù)的密碼子組成。翻譯區(qū)：從ATG至TAA非翻譯區(qū)：5’UTR、3’UTR位于轉(zhuǎn)錄區(qū)以外，包含有調(diào)控作用的序列。如啟動(dòng)子，增強(qiáng)子等。轉(zhuǎn)錄翻譯三、原核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式操縱子調(diào)控模式操縱子（operon）：在原核生物中，若干功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控，這種基因的組織形式成為操縱子。1、操縱子概念由啟動(dòng)子（P）、操縱基因（O）、調(diào)節(jié)基因、結(jié)構(gòu)基因所組成。2、原核生物基因表達(dá)調(diào)控—操縱子模式調(diào)控區(qū)信息區(qū)

1、斷裂基因（splitgene）

（1）外顯子Exon

：基因中編碼的序列，與mRNA的序列相對(duì)應(yīng)的序列區(qū)域。（2）內(nèi)含子Intron

：基因中不編碼的序列,是mRNA被轉(zhuǎn)錄后剪接加工過程中去除的區(qū)域。真核生物的結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的，編碼氨基酸的序列被非編碼序列所打斷，因被被稱為斷裂基因。四、真核生物基因結(jié)構(gòu)與調(diào)控模式剪接:

前體RNA中由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄下來的序列去除，并把由外顯子轉(zhuǎn)錄的RNA序列連接起來的過程。斷裂基因前體mRNAIntrons去除Exons連接斷裂基因是由一系列交替存在的外顯子和內(nèi)含子組成。R－環(huán)雞的卵清蛋白基因DNA與其mRNA雜交圖20世紀(jì)70年代，Chambon&Berget發(fā)現(xiàn)。2、真核生物基因表達(dá)調(diào)控模式真核生物基因表達(dá)調(diào)控較原核生物要復(fù)雜得多！人類細(xì)胞單倍體基因組就包含有3×109bp總DNA，大腸桿菌總DNA含有4×106bp，

1000倍，噬菌體總DNA幾十至幾百kb，10萬倍左右！真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是能在特定時(shí)間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)"預(yù)定"的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。真核基因表達(dá)調(diào)控多水平進(jìn)行，轉(zhuǎn)錄調(diào)控是主要環(huán)節(jié)！真核基因轉(zhuǎn)錄與翻譯兩個(gè)過程是分開的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性。同原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控是通過順式作用元件和反式作用因子相互作用實(shí)現(xiàn)的。真核基因的順式作用元件是指基因周圍能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要是起正性調(diào)控作用的順式作用元件，包括：（1）啟動(dòng)子(promoter)、（2）增強(qiáng)子(enhancer)；（3）近年又發(fā)現(xiàn)起負(fù)性調(diào)控作用的靜止子(silencer)順式作用元件(cisactingelements)（1）啟動(dòng)子

指RNA聚合酶特異性識(shí)別和結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的DNA序列。真核啟動(dòng)子啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄需要多種蛋白質(zhì)因子的相互協(xié)調(diào)作用。真核啟動(dòng)子一般位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游，包含有若干具有獨(dú)立功能的DNA序列元件，每個(gè)元件約長(zhǎng)7－30bp。真核生物有3類RNA聚合酶，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄3類不同的啟動(dòng)子，分別為：Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。啟動(dòng)子元件分為核心啟動(dòng)子元件和上游啟動(dòng)子元件。真核生物RNA聚合酶Ⅱ所形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物蛋白質(zhì)亞基數(shù)功能RNA聚合酶Ⅱ12催化RNA的生物合成TBP1與啟動(dòng)子上的TATA區(qū)結(jié)合TFⅡA3使TBP及TFⅡB與啟動(dòng)子結(jié)合比較穩(wěn)定TFⅡB1與TBP結(jié)合,吸引RNA聚合酶和TFⅡF到啟動(dòng)區(qū)上TFⅡD12與各種調(diào)節(jié)因子相互作用TFⅡE2吸引TFⅡH,有ATP酶和解鏈酶的活性TFⅡF2結(jié)合RNA聚合酶Ⅱ并在TFⅡB幫助下阻止聚合酶與非特異性DNA序列結(jié)合TFⅡH12在啟動(dòng)子區(qū)解開DNA雙鏈，使RNA聚合酶Ⅱ磷酸化，接納核苷酸切除修復(fù)體系真核啟動(dòng)子含有不同的組件SV40早期啟動(dòng)子胸苷激酶組蛋白H2B-140-120-100-80-60-40-20+1OctCAATGCTATA真核生物RNA聚合酶的種類和性質(zhì)

RNApolymerasineukaryotevarietytranscriptsrespondtoα-amanitineⅠ45s-rRNA

resistant(28S,18S,5.8S)Ⅱ*

hnRNA,snRNA

verysensitiveⅢ

tRNA,5s-rRNAmiddlingsnRNA,sensitiveI類啟動(dòng)子III類啟動(dòng)子啟動(dòng)子中的元件可以分為兩種：②上游啟動(dòng)子元件(upstreampromoterelement)包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)更遠(yuǎn)的上游元件。這些元件與相應(yīng)的蛋白因子結(jié)合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。不同基因具有不同的上游啟動(dòng)子元件，其位置也不相同，這使得不同的基因表達(dá)分別有不同的調(diào)控①核心啟動(dòng)子元件(corepromoterelement)指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游－25/－30bp處的TATA盒。核心元件單獨(dú)起作用時(shí)只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件。最早是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)約200bp的一段DNA，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍，其后在多種真核生物，甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強(qiáng)子。增強(qiáng)子通常占100－200bp長(zhǎng)度，也和啟動(dòng)子一樣由若干組件構(gòu)成，基本核心組件常為8－12bp，可以單拷貝或多拷貝串連形式存在。（2）增強(qiáng)子負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。3.靜止子最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在T淋巴細(xì)胞的T抗原受體基因的轉(zhuǎn)錄和重排中證實(shí)這種負(fù)調(diào)控順式元件的存在。目前對(duì)這種在基因轉(zhuǎn)錄降低或關(guān)閉中起作用的序列研究還不多。靜止子的作用可不受序列方向的影響，也能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用，并可對(duì)異源基因的表達(dá)起作用。五、特殊結(jié)構(gòu)與功能的基因1.轉(zhuǎn)位基因2.假基因3.重疊基因4.基因家族可以在基因組內(nèi)移動(dòng)位置的基因。不產(chǎn)生有功能產(chǎn)物的基因。同一個(gè)DNA序列可以參與編碼兩個(gè)以上的RNA或多肽鏈。核苷酸序列或編碼產(chǎn)物結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。核酸序列相同：多拷貝基因，如tRNA基因家族核酸序列高度同源：如人類生長(zhǎng)激素基因家族編碼產(chǎn)物具有同源功能區(qū)：如src癌基因家族編碼產(chǎn)物具有小段保守基序：如DEAD盒基因家族基因超家族：一組由多基因家族及單基因組構(gòu)成的。BarbaraMcClintock(1902-1992)NobelPrizeforPhysiologyorMedicine1983原核生物轉(zhuǎn)座子的類型：1、插入序列(insertionsequence,IS)＜2000bp2、復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)＞2000bp3、轉(zhuǎn)座噬菌體，如噬菌體Mu和D108簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座復(fù)制性轉(zhuǎn)座人珠蛋白基因家族中的假基因（ψ）正常情況下人紅細(xì)胞可發(fā)現(xiàn)6種不同的血紅蛋白分子：胚胎期的血紅蛋白為Gower1(δ2ξ2)、Gower2(α2ξ2)和Portland(δ2γ2)；胎兒期血紅蛋白為HbF(α2γ2)；成人血紅蛋白，即HbA(α2β2)及HbA2(α2δ2)。1977年SangerΦX174噬菌體：DNA為單鏈環(huán)狀，有5386個(gè)核苷酸；感染后合成11種蛋白質(zhì)==6078個(gè)核苷酸同一段核酸能夠編碼2種或者兩種以上蛋白質(zhì)?；蛑丿B現(xiàn)象還見于線粒體DNA和質(zhì)粒DNA。第二節(jié)基因組的結(jié)構(gòu)與功能一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)二、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)三、真核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)四、線粒體基因組五、人類基因組一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)1．不同病毒基因組大小相差較大2．不同病毒的基因組可以是不同結(jié)構(gòu)的核酸3．病毒基因組有連續(xù)的也有不連續(xù)的4．病毒基因組的編碼序列大于90%5．單倍體基因組6．基因有連續(xù)的和間斷的7．相關(guān)基因叢集8．基因重疊9．病毒基因組含有不規(guī)則結(jié)構(gòu)基因二、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)1．具有操縱子結(jié)構(gòu)2．編碼序列在基因組中約占50%3．多順反子結(jié)構(gòu)，無內(nèi)含子4．基因組中重復(fù)序列很少5．存在移動(dòng)基因三、真核生物基因組的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)1．多條染色體，兩份同源的基因組2．基因組龐大、復(fù)雜3．單順反子結(jié)構(gòu)4．非編碼的順序占絕大部分，含有大量的重復(fù)順序5．具有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)6.有基因家族四、線粒體基因組的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)1．基因組多為環(huán)狀DNA分子，少數(shù)為線狀2.一個(gè)細(xì)胞里有多個(gè)線粒體基因組2．不同物種的線粒體基因組相差懸殊3．線粒體基因DNA沒有內(nèi)含子4．基因組能夠單獨(dú)進(jìn)行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和合成蛋白質(zhì)五、人類基因組的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)1．人類基因組DNA總量為3×109bp2.編碼序列占基因組DNA的5%3．非編碼序列占基因組DNA的95%4.非編碼序列中還有大量的重復(fù)序列5．重復(fù)序列在個(gè)體間最具有變異性，是形成DNA多態(tài)性的基礎(chǔ)。DNA多態(tài)性：基因組DNA中,由不同堿基結(jié)構(gòu)的等位基因所形成的多態(tài)性。（1）DNA序列多態(tài)性（DNA位點(diǎn)多態(tài)性）（2）DNA長(zhǎng)度多態(tài)性DNA多態(tài)性可分為兩類：等位基因之間在特定位點(diǎn)上的DNA序列存在差異。同一基因座上等位基因之間DNA片段長(zhǎng)度存在差異點(diǎn)突變？？（一）人類基因組的DNA多態(tài)性由于限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)上發(fā)生了單個(gè)堿基突變而使這一限制性位點(diǎn)發(fā)生丟失或獲得而產(chǎn)生的多態(tài)性。可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列（variablenumberoftandemrepeats，VNTRs）重復(fù)次數(shù)不同?；虻哪骋黄稳笔Щ驍U(kuò)增。小衛(wèi)星：minisatelliteDNA

variablenumberoftandemrepeats,VNTR重復(fù)單位9-24bp、重復(fù)數(shù)次至數(shù)百次、總長(zhǎng)0.1-2.0kb，有特定的染色體定位微衛(wèi)星：microsatelliteMS,又稱短串聯(lián)重復(fù)序列shorttandemrepeats,STR重復(fù)單位2-6bp、重復(fù)次數(shù)5次-60次、總長(zhǎng)<400bp、在染色體DNA中散在分布。目前最有用的遺傳標(biāo)記“親子鑒定熱”摧毀家庭的基石造福人類還是戕害家庭？親子鑒定殺死了中國(guó)人的家庭忠誠(chéng)“親子鑒定”折射家庭信任危機(jī)親子鑒定拷問“真實(shí)的謊言”親子鑒定有什么錯(cuò)常用STR基因座及在染色體上的位置CSF1POD5S818D21S11TH01TPOXD13S317D7S820D16S539D18S51D8S1179D3S1358FGAVWAAMELAMELD2S1338D19S433PentaDPentaE父權(quán)概率為99.99999957%。結(jié)論：爭(zhēng)議父是子的生物學(xué)父親，從遺傳學(xué)角度已經(jīng)得到科學(xué)合理的確信。簡(jiǎn)要案情：父懷疑子是否為其親生。D8S1179D21S11D7S820CSF1POD3S1358D5S818D13S317D16S539爭(zhēng)議父12/152910/1210/121510/128/1111/13生母16/1729/3011/1212/1315/1611/12811/13子12/162911/1212/1315128/1111D2S1338D19S433vWAD12S391D18S51D6S1043FGAAMEL爭(zhēng)議父20/231516/1818/241413/1418/26X/Y生母19/2413.2/1416/1920/2216/1814/1823/24X子19/2313.2/1516/1822/2414/1613/1418/24X/Y簡(jiǎn)要案情：父懷疑子是否為其親生。D8S1179D21S11D7S820CSF1POD3S1358D5S818D13S317D16S539爭(zhēng)議父12/1330/318/127/1214/189/108/1111/12生母14/1529/30111216118/1011/12子11/14301110/1215/1611811/12D2S1338D19S433vWAD12S391D18S51D6S1043FGAAMEL爭(zhēng)議父18/2313/1414/1818/2016/1814/1822/25X/Y生母18/1914/15.214/1719/221611/1921/24.2X子17/1913/15.217/2019/22161124/24.2X/Y10個(gè)基因座違反遺傳規(guī)律。結(jié)論：爭(zhēng)議父不是子的生物學(xué)父親，從遺傳學(xué)角度已經(jīng)得到科學(xué)合理的確信。分析Y染色體的微衛(wèi)星DNA共分析11個(gè)微衛(wèi)星區(qū)域，每個(gè)區(qū)域里的重復(fù)數(shù)目如下：杰佛遜總統(tǒng)的叔叔的后代15、12、4、11、3、9、11、10、15、13、7EstonHemings的后代15、12、4、11、3、9、11、10、15、13、7ThomasWoodson的后代14、12、5、11、3、10、11、13、13、13、7概念：在基因組中反復(fù)出現(xiàn)，在基因組中含有一個(gè)以上序列相同的拷貝稱為重復(fù)序列.（二）人類基因組的重復(fù)序列

（1）反向重復(fù)序列----兩個(gè)序列相同的拷貝在DNA上呈反向排列

重復(fù)序列間有間隔

位于基因調(diào)控區(qū)內(nèi)

重復(fù)序列間無間隔

與基因的轉(zhuǎn)錄、復(fù)制有關(guān)

（2）串聯(lián)重復(fù)序列----相對(duì)恒定的序列為重復(fù)單位，首尾相接

（3）散在重復(fù)序列----相同序列的重復(fù)單位散在分布

短散布元件：重復(fù)單元的平均長(zhǎng)度為300~500bp，拷貝數(shù)可達(dá)10萬左右。包括Alu家族、Hinf家族。長(zhǎng)散布元件：重復(fù)單元的平均長(zhǎng)度為3500~5000bp。非編碼區(qū)

衛(wèi)星DNA

重復(fù)單位5-171bp，主要在非編碼區(qū)

小衛(wèi)星DNA

重復(fù)單位15-30bp，與染色體折疊壓縮

微衛(wèi)星DNA

重復(fù)單位2-6bp，和染色體配對(duì)有關(guān)

Alu家族（也稱為Alu重復(fù)序列）是一種短的散在分布的重復(fù)序列，重復(fù)單元長(zhǎng)度為300bp，因其含有一個(gè)AluI內(nèi)切酶位點(diǎn)而命名為Alu重復(fù)序列，是靈長(zhǎng)類動(dòng)物基因組特有的序列，平均每5kb就出現(xiàn)一個(gè)Alu序列

。在人類基因組中約占3～6%。Alu序列在170位堿基附近有限制性內(nèi)切酶Alu的酶切位點(diǎn)序列AGCT染色體5’……..AGCT…….3’3’……..TCGA…….5’:Alu重復(fù)序列AluI酶切位點(diǎn)170bp130bpAlu重復(fù)序列主要構(gòu)成基因組間隔序列和內(nèi)含子序列。與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。105以上10-10510以下分類2：按照重復(fù)序列重復(fù)頻率反向重復(fù)序列（invertedrepeatsequence）：這種重復(fù)順序復(fù)性速度極快。序列長(zhǎng)度100~1000bp，約占人基因組的5％?；匚男蛄?80°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱對(duì)稱軸鏡像對(duì)稱順看反看都一樣反向重復(fù)序列及其發(fā)卡結(jié)構(gòu)串聯(lián)重復(fù)序列（tandemrepeatsequence）：具有一個(gè)固定的重復(fù)單位（2~172bp），該單位頭尾相連形成重復(fù)順序片段，約占人基因組的10％。編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)序列非編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)序列如組蛋白基因。編碼五種組蛋白的基因密集在一個(gè)基本的7.0kb的重復(fù)單位上，各重復(fù)單位之間有高度的序列一致性。常存在于間隔DNA和內(nèi)含子內(nèi)，是組成衛(wèi)星DNA的基礎(chǔ)。果蠅海膽海膽組蛋白基因家族：編碼不同組蛋白的基因處于一個(gè)約為6000bp的片段中，分別被間隔序列所隔開。這5個(gè)基因組成的串聯(lián)單位在整個(gè)海膽基因組中可能重復(fù)多達(dá)1000次。衛(wèi)星DNA(satelliteDNA）重復(fù)單元序列為5～171bp，呈串連排列，重復(fù)序列的長(zhǎng)度可為100kbp～幾個(gè)Mb。主要分布在著絲粒和端粒。5’……AGGGTTCTTAAGTGTCAGGGTTCTTAAGTGTC…….3’3’……TCCCAAGAATTCACACTCCCAAGAATTCACAC…….5’重復(fù)單位為AGGGTTCTTAAGTGTC，表示為(AGGGTTCTTAAGTGTC)n染色體DNA重復(fù)序列rRNA基因也屬于中度重復(fù)序列，各種rRNA的基因串連成簇。真核生物的5.8s、18s、28srRNA基因序列在同一轉(zhuǎn)錄單位中，三個(gè)基因間有短的被轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)將它們分開，形成一個(gè)約7500bp的轉(zhuǎn)錄單位。45SrRNA前體45SrRNA前體rRNA基因18S5.8S28S不轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)第三節(jié)基因的表達(dá)與調(diào)控一、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理二、原核生物的基因表達(dá)調(diào)控三、真核生物的基因表達(dá)調(diào)控①基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄、翻譯產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的過程。②rRNA或tRNA的基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄和加工產(chǎn)生成熟的rRNA或tRNA的過程?；虮磉_(dá)的特異性①基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)：

不同組織細(xì)胞中基因表達(dá)的數(shù)量、強(qiáng)度和種類各不相同。②基因表達(dá)的時(shí)間特異性(temporalspecificity)：細(xì)胞分化發(fā)育的不同時(shí)期，基因表達(dá)也不相同?；虮磉_(dá)的方式①組成性表達(dá)(constitutiveexpression)：

在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育過程中，在幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)地表達(dá)。

管家基因（housekeepinggene）②選擇性表達(dá)(constitutiveexpression)：

隨細(xì)胞種類的不同及環(huán)境條件的變化，有差異地表達(dá)。

誘導(dǎo)(induction)，可誘導(dǎo)的基因(induciblegene)阻遏(repression)，可阻遏的基因(repressiblegene)一、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理1、核酸分子之間的相互作用2、核酸與蛋白質(zhì)之間的相互作用3、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用二、原核生物的基因表達(dá)調(diào)控1、普遍存在操縱子調(diào)控模式2、通過特異的阻遏蛋白或激活蛋白調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄3、轉(zhuǎn)錄和翻譯的偶聯(lián)，使基因調(diào)節(jié)成為快速、有效的調(diào)控方式。（一）、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)：操縱子調(diào)控模式1、乳糖操縱子的調(diào)節(jié)作用與機(jī)制IPOZYA

控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因DNA阻遏蛋白啟動(dòng)序列操縱序列β半乳糖苷酶通透酶乙?；D(zhuǎn)移酶(1)乳糖操縱子(lactoseopron)結(jié)構(gòu)RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)調(diào)控基因(2)Lac阻遏物的作用---負(fù)調(diào)控Lac阻遏物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)調(diào)控機(jī)制(負(fù)調(diào)控)誘導(dǎo)劑由基因I編碼生成的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)具有4個(gè)相同亞基每個(gè)亞基中都有一與誘導(dǎo)劑結(jié)合的位點(diǎn)Lac阻遏物與O基因結(jié)合:結(jié)構(gòu)基因關(guān)閉Lac阻遏物與誘導(dǎo)劑結(jié)合:不與O基因結(jié)合,結(jié)構(gòu)基因開放

RNA聚合酶結(jié)合,轉(zhuǎn)錄開始生理性誘導(dǎo)劑：別位乳糖實(shí)驗(yàn)常用誘導(dǎo)劑：IPTGIOOρ誘導(dǎo)劑乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控（3）CAP-cAMP復(fù)合物的作用---正調(diào)控葡萄糖存在時(shí):優(yōu)先利用葡萄糖作為能源與阻遏蛋白的存在有關(guān)

--乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控與cAMP有關(guān):葡萄糖

cAMPLac操縱子(-)只有乳糖存在時(shí):只能利用乳糖解除阻遏蛋白的作用CAP-cAMP復(fù)合物的激活作用

CAP+cAMP乳糖操縱子導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄(正調(diào)控)cAMP在原核生物中的作用(饑餓信號(hào))CAP：分解物基因激活物蛋白有二個(gè)相同亞基的蛋白質(zhì)一個(gè)與DNA結(jié)合的domain一個(gè)與cAMP結(jié)合的domain

乳糖操縱子的正調(diào)控當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。TheLacOperon:

WhenGlucoseIsPresentButNotLactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveComeon,letmethroughNowayJose!CAPTheLacOperon:

WhenLactoseIsPresentButNotGlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThislactosehasbentmeoutofshapeCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee…!

調(diào)控基因結(jié)構(gòu)基因

trpRtrp2、色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄衰減調(diào)控(1)色氨酸操縱子(lactoseopron)結(jié)構(gòu)催化分支酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼岬拿?2)阻遏蛋白對(duì)色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控反饋?zhàn)瓒?3)衰減作用對(duì)色氨酸操縱子的調(diào)控123~150bp前導(dǎo)區(qū)leader衰減子或弱化子attenuatorLowtraphophanHightraphophan高Trp時(shí):

Trp-tRNATrp存在

核糖體通過片段1(2個(gè)Trp密碼子)

封閉片段2

片段3,4形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)

類似于不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止序列

RNA聚合酶停止轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生衰減子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄、翻譯偶聯(lián),產(chǎn)生前導(dǎo)肽低Trp時(shí):Trp-tRNATrp沒有供應(yīng)核糖體翻譯停止在片段1

(2個(gè)Trp密碼子)

片段2,3形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)錄不終止

RNA聚合酶繼續(xù)轉(zhuǎn)錄什么是操縱子（operon)?試說明色氨酸操縱子（Trpoperon)在原核基因表達(dá)調(diào)控中的調(diào)控機(jī)制和重要作用。2003年武漢大學(xué)分子生物學(xué)試題（二）、翻譯水平的調(diào)節(jié)1、SD序列對(duì)翻譯的影響Shine-Dalgarno2、mRNA的穩(wěn)定性3、翻譯產(chǎn)物對(duì)翻譯的影響SD序列的影響：結(jié)合程度越強(qiáng)，翻譯的起始效率就越高。SD序列與起始密碼子之間的序列的影響：下游的堿基若為

AAAA

或

UUUU，翻譯效率最高；

SD序列與起始密碼子之間的距離的影響：SD序列位于AUG之前大約七個(gè)堿基處，表達(dá)水平最高三、真核生物的基因表達(dá)調(diào)控1、真核生物基因調(diào)控表現(xiàn)為時(shí)間和空間上的分離，轉(zhuǎn)錄和翻譯分開進(jìn)行。2、真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主3、多層次調(diào)控4、無操縱子和衰減子，功能相關(guān)的基因大多數(shù)分散在不同的染色體上，分別進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。5、個(gè)體發(fā)育復(fù)雜；受環(huán)境影響較小。

6.真核生物基因組的非編碼序列的存在與基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)：①DNA和染色體水平的調(diào)控基因擴(kuò)增、基因丟失、基因重排、基因修飾、基因封閉等。②轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄的起始、延伸和終止等。③轉(zhuǎn)錄后RNA前體加工及轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控基因在核中轉(zhuǎn)錄而在胞漿中翻譯，轉(zhuǎn)錄后需經(jīng)剪切、拼接、編輯、修飾和轉(zhuǎn)運(yùn)等過程。④翻譯水平的調(diào)控。

mRNA的穩(wěn)定性及翻譯起始等。⑤翻譯后水平的調(diào)控。翻譯產(chǎn)物剪切、修飾、構(gòu)象形成、轉(zhuǎn)運(yùn)和裝配等。⑥mRNA降解的調(diào)控細(xì)胞內(nèi)有控制mRNA壽命的機(jī)制。真核生物基因表達(dá)調(diào)控的可能環(huán)節(jié)（一）、DNA水平的調(diào)控1、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的影響染色質(zhì)中DNA和組蛋白的結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響轉(zhuǎn)錄。

基因修飾發(fā)生在DNA水平，主要包括甲基化修飾。2、基因修飾真核DNA中的胞嘧啶約有5%被甲基化為5-甲基胞嘧啶(5-methylcytidine,m5C)，而活躍轉(zhuǎn)錄的DNA序列中胞嘧啶甲基化程度常較低。甲基化最常發(fā)生在某些基因5’側(cè)區(qū)的CpG序列中3、基因重排指某些基因片段改變?cè)瓉泶嬖陧樞蚨匦屡帕薪M合，成為一個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位。調(diào)節(jié)表達(dá)產(chǎn)物多樣性。4、基因擴(kuò)增（geneamplification）基因組中的特定基因在某些情況下復(fù)制產(chǎn)生大量拷貝的現(xiàn)象，基因活性調(diào)控的一種方式。（二）、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控主要通過順式作用原件