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1、第三篇 基因信息的傳遞 中心法則 (central dogma) ： 1958年 F.Crick提 出 。 1970年 H.Temin發(fā)現(xiàn)逆轉錄現(xiàn)象 ， 補充 中心法則 。 DNA RNA 蛋白質 轉錄 翻譯 逆轉錄 復制 遺 傳 學 中 心 法 則 復制 ？ 第三篇 基因信息的傳遞 包括內(nèi)容： 第十三章 真核基因與基因組 第十四章 DNA的生物合成 第十五章 DNA的損傷和修復 第十六章 RNA的生物合成 第十七章 蛋白質的生物合成 第十八章 基因表達調(diào)控 第十九章 細胞信號轉導 第十三章 真核基因與基因組 基因 （ gene） ：編碼生物活性產(chǎn)物的 DNA功 能片段 ， 以堿基排列順序貯存
2、遺傳信息 。 由 Johannsen于 1909年首先提出 。 除了某些以 RNA為基因組的 RNA病毒外，基因 通常是指染色體或基因組的一段 DNA序列。 基因包括 編碼序列 （外顯子）、 調(diào)控序列 和 間 隔序列 （內(nèi)含子） 。 基因組（ genome）： 一個生物體內(nèi)所有 遺傳信息的總和。 人類基因組包含了細胞 核染色體 DNA （常染色體和性染色體）及 線粒體 DNA所 攜帶的所有遺傳物質。 真核基因的結構與功能 第一節(jié) The Structure and Function of Eukaryote Gene 利用堿基的不同排列荷載遺傳信息。 通過復制將遺傳信息穩(wěn)定、忠實地遺傳給子代
3、細胞，在這一過程中為適應環(huán)境變化，可能會 發(fā)生基因突變。 作為基因表達（ gene expression）的模板，使 其所攜帶的遺傳信息通過各種 RNA和蛋白質在 細胞內(nèi)有序合成而表現(xiàn)出來。 基因的功能 單個基因的組成結構及一個完整的生物體內(nèi)基因 的組織排列方式統(tǒng)稱為 基因組構 （ gene organization）。 與基因功能相關的結構 編碼區(qū)序列（ coding region sequence ） 非編碼序列（ non-coding sequence） 基因表達需要的調(diào)控區(qū)（ regulatory region） 序列，包括啟動子（ promoter）、增強子 （ enhancer）等
4、。 在細胞內(nèi)表達為蛋白質或功能 RNA的 DNA序列 一、真核基因的基本結構 編碼蛋白質或 RNA的 編碼序列 。 非編碼序列 ，包括編碼區(qū)兩側的調(diào)控序列和 編碼序列間的間隔序列。 真核基因結構不連續(xù)，為 斷裂基因（ split gene） 。 真核基因結構 外顯子 （ exon）；在基因序列中，出現(xiàn)在成熟 mRNA 分子上的序列。 內(nèi)含子 （ intron）：外顯子之間、與 mRNA剪接過程 中被刪除部分相對應的間隔序列。 真核生物絕大部分編碼蛋白質的基因都有內(nèi)含子。 編碼 rRNA和一些 tRNA的基因也都有內(nèi)含子。 內(nèi)含子的數(shù)量和大小決定了真核基因的大小。不 同種屬中，外顯子序列通常比較
5、保守，而內(nèi)含子 序列則變異較大。 外顯子與內(nèi)含子接頭處有一段高度保守的序列， 這一共有序列是真核基因中 RNA剪接的識別信 號。 基因的 5端稱之為上游， 3端稱為下游 基因序列中開始 RNA鏈合成的第一個核苷酸所 對應的堿基記為 +1，此堿基上游的序列記為負 數(shù)，下游的序列記為正數(shù)。 二、基因編碼區(qū)編碼多肽鏈和特定的 RNA分子 基因的編碼序列決定其編碼產(chǎn)物的序列和功能。 編碼序列中一個堿基的改變或突變，可能使基 因功能發(fā)生重要的變化。 相同的 DNA序列因起始位點的變化或不同的剪 接方式而編碼不同的蛋白質多肽鏈。 基因編碼區(qū)中的 DNA堿基序列 決定特定的成 熟 RNA分子的序列，即 DN
6、A的一級結構決定著 其轉錄產(chǎn)物 RNA分子的一級結構。 三、調(diào)控序列參與真核基因表達調(diào)控 位于基因轉錄區(qū)前后，對基因表達起調(diào)控作 用的區(qū)域，因其是緊鄰的 DNA序列，又稱旁側序 列。 基因的調(diào)控區(qū)（順式作用元件） 啟動子 上游調(diào)控元件 增強子 加尾信號 細胞信號反應元件 轉錄起始點 TATA盒 CAAT盒 GC盒 增強子 AATA AA 剪接加尾 轉錄終止點 修飾點 外顯子 翻譯起始點 內(nèi) 含 子 OCT-1 OCT-1： ATTTGCAT八聚體 +1 結構基因 啟動子 上游啟動子元件 1. 啟動子提供轉錄起始信號 啟動子 是 DNA分子上能夠介導 RNA聚合酶 結合并形成轉錄起始復合體的序列
7、。 多數(shù)啟動子位于真核細胞基因轉錄起點的上游， 啟動子本身通常不被轉錄。 少數(shù)啟動子（如編碼 tRNA基因的啟動子）位 于轉錄起始點的下游，這些 DNA序列可以被轉 錄。 真核生物有 3類啟動子，分別對應于細胞內(nèi)存 在的三種不同的 RNA聚合酶和相關蛋白質。 能夠在相對于啟動子的任何方向和位置 （ 上游或者下游 ） 上發(fā)揮這種增強作用 ， 大部分位于上游 。 增強子序列距離所調(diào)控基因距離近者幾十個堿基對 ， 遠 的可達幾千個堿基對 。 通常數(shù)個增強子序列形成一簇 。 有時增強子序列也可位于內(nèi)含子之中 。 不同的增強子序列結合不同的調(diào)節(jié)蛋白 。 2. 增強子增強鄰近基因的轉錄 增強子 是增強真核
8、基因啟動子工作效率的順 式作用元件，是真核基因中最重要的調(diào)控序列， 決定著每一個基因在細胞內(nèi)的表達水平。 沉默子 （ silencer） 是抑制基因轉錄的特定 DNA序列 ， 當其結合一些反式作用因子時對基 因的轉錄起阻遏作用 ， 使基因沉默 。 3. 沉默子是負調(diào)節(jié)元件 真核基因組的結構與功能 第二節(jié) The Structure and Function of Eukaryote Genome 基因組 ：細胞或生物體的一套完整單 倍體遺傳物質的總和。 一、真核基因組具有獨特的結構 基因的 編碼序列 所占比例遠 小 于非編碼序列。 高等真核生物基因組含有大量的 重復序列 ， 真核基因組中存在
9、多基因家族和假基因 。 大多基因具有 可變剪接 ， 80%的可變剪接會使 蛋白質的序列發(fā)生改變。 基因組 DNA與蛋白質結合形成 染色體 ，儲存于 細胞核內(nèi)，除配子細胞外，體細胞的基因組 為二倍體。 結構特點： 二、真核基因組中存在大量重復序列 高度重復序列（ highly repetitive sequence） 中度重復序列（ moderately repetitive sequence） 單拷貝序列（ single copy sequence）或低度重復序列 （一）高度重復序列 主要存在于染色體的著絲粒區(qū)域，重復單位一般由 2-10 bp組成，成串排列，在人基因組中約占 5%-6%。 重
10、復頻率可達 106以上，不編碼蛋白質或 RNA。 反向重復序列（ inverted repeat sequence） 衛(wèi)星 DNA（ satellite DNA） 兩個相同順序的互補拷貝在同一 DNA鏈上反向排列而成， 重復單位長度約 300 bp，多數(shù)散在于基因組中，總長度約占 人基因組的 5 。 分類： 參與復制水平的調(diào)節(jié) 存在于 DNA復制起點區(qū)的附近，是一些蛋白 質（包括酶）的結合位點。 參與基因表達的調(diào)控 可以轉錄到核內(nèi)不均一 RNA分子中，有些反 向重復序列可以形成發(fā)夾結構，有助于穩(wěn)定 RNA 分子。 參與染色體配對 如 衛(wèi)星 DNA成簇樣分布在染色體著絲粒附 近，可能與染色體減數(shù)
11、分裂時染色體配對有關。 功能： （二）中度重復序列 重復數(shù)十至數(shù)千次 ,大多數(shù)與單拷貝基因 間隔排列。 短分散重復片段 長分散重復片段 平均長度約 300 bp-500 bp，與長度約為 1000 bp的單拷貝序列間隔排列?？截悢?shù)可達數(shù)十萬。 如 Alu家族、 KpnI家族、 Hinf家族。 平均長度為 3500 bp-5000bp，與長度約為 13000bp的單拷貝序列間隔排列。 重復達 3050萬次 ， 每個成員的長度約 300 bp。 每個單位長度中一個限制性內(nèi)切酶 Alu的切點 （ AGCT），將其切成長 130bp和 170bp的兩段。 Alu家族 僅次于 Alu家族的第二大家族，
12、重復序列中含有限制性內(nèi)切酶 Kpn 的位點 呈散在分布，拷貝數(shù)約為 3000-4800個 KpnI家族 以 319bp長度的串聯(lián)重復存在于人基因組中 重復序列中含有限制性內(nèi)切酶 Hinf I的位點。 Hinf家族 rRNA基因重復序列屬于中度重復序列 各重復單位中的 rRNA基因都是相同的。 rRNA基因集中成簇存在，這樣的區(qū)域稱為 rDNA區(qū)。 人類的 rRNA基因位于 13、 14、 15、 21和 22 號染色體的核仁組織區(qū)，每個核仁組織區(qū)平 均含有 50個 rRNA基因的重復單位。 5SrRNA基因似乎全部位于 1號染色體，每個 單倍體基因組約有 1000個 5SrRNA基因。 在單倍
13、體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次， 大多數(shù)為蛋白質編碼的基因。 （三）單拷貝序列（低度重復序列） 三、真核基因組中存在大量的多基 因家族與假基因 多基因家族 是指由某一祖先基因經(jīng)過重復 和變異所產(chǎn)生的一組在結構上相似 、 功能相關 的基因 。 基因家族成簇地分布在某一條染色體上 ， 同時發(fā)揮作 用 ， 合成某些蛋白質 。 如組蛋白基因家族 。 基因家族的不同成員成簇地分布于不同染色體上 ， 編 碼一組功能上緊密相關的蛋白質 。 如球蛋白基因家族 。 DNA序列相似，但功能不一定相關的若 干個單拷貝基因或若干組基因家族總稱。 超家族基因 （ superfamily gene） 基因組中存在的一段與正常
14、基因非常相 似但不能表達的 DNA序列。以 來表示。 假基因（ psuedogene） 四、線粒體 DNA結構有別于染色體 DNA 線粒體 DNA（ mitochondrial DNA， mtDNA） 是核外遺傳物質 ， 能獨立編碼線粒體中的一些 蛋白質 。 mtDNA的結構為環(huán)狀分子 ， 與原核生物的 DNA類似 ， 結構特點也與原核生物相似 。 人的線粒體基因組 線粒體基因組編碼 37個基因，包括 13個編 碼呼吸鏈多酶體系的一 些多肽的基因、 22個編 碼 mt-tRNA的基因、 2 個編碼 mt-rRNA（ 16S 和 12S）的基因。 物種 基因組大小 (Mb) 基因數(shù) 染色體數(shù) *
15、 支原體 M. genitalium 0.58 470 無 流感嗜血桿菌 H. influrnzae 1.83 1743 無 枯草芽孢桿菌 B. subtilis 4.20 4100 無 大腸桿菌 E. coli 4.60 4288 無 釀酒酵母 S. cerevisiae 13.50 6034 16 裂殖酵母 S. pombe 12.50 4929 16 燕麥 O. sativa 466 30000 21 果蠅 D. melanogaster 165 13601 4 秀麗隱桿線蟲 C. elegans 97 18424 6 小鼠 mouse 2700 30000 20 人 H. sapiens 3000 25000 23 不同生物體基因組的比較 五、人基因組中有兩萬多個基因 基因組大小和基因數(shù)量在生物進化中 可能并不具有特別重要的意義，人類的基 因較其他生物體可能更為“有效”，其發(fā) 揮功能的方式與其他生物不同。 六、人的基因在染色體上的分布特征 人類基因組的染色體 DNA 基因在染色體上并不是均勻分布?；?密度最大的是第 19號染色體，密度最小的是 第 13號和 Y染色體。 染色體上存在著無基因的“沙漠區(qū)”， 即在 500kb區(qū)域內(nèi)，沒有任何基因的編碼序列。 基因在染色體上的分布特征
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