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1、第二章 基因组的结构与功能第一节 病毒基因组的结构与功能第二节 原核生物基因组的结构与功能第三节 真核生物基因组的结构与功能基因组(genome)基因组是指一种生物所包含的全部遗传物质. (The complete DNA sequence of an organism)单倍体基因组:一个配子、一个病毒颗粒或一个细菌所含的全套基因。 染色体基因组：指一个或几个染色体包含的基因。 线粒体基因组：线粒体的环状双链DNA.Fluorsecent In Situ Hybridization (FISH)基因组大小的表示基因组大小的表示: :原子质量（ku） 碱基对数目（bp）质量单位（g、ng、pg）
2、 摩尔单位（pmol）光密度单位：1 1、基因大小可用分子量或碱基对（basepairs， bp）表示 2、分子量单位是道尔顿（Dalton，D）,1D=0.992原子质量单位u 3、生物大分子则以D或U单位的千（killo-）或百万mega- 倍来表示，写成kD（Ku）或MD（Mu） 4、DNA是双链结构，故常用碱基对(bp)，千碱基对（kb）,百万碱基对（Mb） 表示其大小 1bp=0.68kD酵母 0.05 碗豆 5.0果蝇 0.15 太阳花 5.3鸡 1.3 小麦 7.0人 3.2 蚕豆 14.6羊葱 16.8郁金香 31.2单倍体DNA( pg/cell)DNA分子大小的比较生 物
3、Kb 长度（微米） 染色体数 形 状 病毒 SV40 5.1 1.7 1 线状噬菌体 48.6 7 1 线状单链牛痘病毒 190 65 1 线状 细菌 大肠杆菌 4 000 1 360 1 环状 真核生物酵 母 13 500 4 600 17 果 蝇 165 000 56 000 4 人 2 900 000 990 000 23 病毒基因组结构特点1、结构简单，基因组小。2、基因组由DNA或RNA组成。3、有基因重叠现象。4、RNA病毒基因组可以由数条不相连的 RNA链组成5、重复序列少；非编码区少。6、可以形成多顺反子mRNA。7、基因组是单倍体（除逆转录病毒）第一节 病毒基因组结构与功能D
4、NA分子大小的比较 生 物 Kb 长度（微米） 病毒 SV40 5.1 1.7 噬菌体 48.6 17 牛痘病毒 190 65 细菌 大肠杆菌 4 000 1 360 真核生物 酵母 13 500 4 600 果蝇 165 000 56 000 人 2 900 000 990 000 mRNA (+)链+DNA DNARNA+RNA-RNA-RNADNA-DNA+RNADNA-DNA+RNADNA(II)(I)(IV)(V)(VII )病毒核酸的分类x174基因重叠GAAGGAGTGATGTAATGTCTAAAGGTJ基因Met Ser Lys GlyE基因 Lys Gly 终止密码D基因 E
5、基因 基因组结构特点1、环状双链DNA，约3200bp；L(-)和 S(+)的5端碱基互补，因而形成双链；长链 （L链）的5端连有一蛋白质，是转录的起 点，产物为3.5Kb RNA。短链长度不定。2、有广泛的基因重叠。 乙型肝炎病毒（hepatitis B virus)3、四个开放阅读框（open reading frame, ORF)S区：由pre-S1，pre-S2和S基因组成，编码病毒 外膜蛋白。C区：由pre-C和C基因组成。两个ATG被pre-C 基因隔开，分别翻译出核心抗原和e抗原。P区：长度为832845个氨基酸。P区的表达产 物是一个大蛋白质，切割成逆转录酶等。X区：编码X蛋白
6、，154个氨基酸 ，属核蛋白核蛋白功能：（1）反式作用因子 作用于HBV 启动子和增强子以及细胞的某些基因。（2）参与HBV基因组与肝细胞基因组的整合。细胞质细胞核外壳HB5Ag 5,端结合蛋白反转录酶 HBV DNA 核心颗粒病毒侵入去 壳宿主聚合酶 532.1Kb RNAAAAA2.4Kb RNAAAAA 3.5Kb RNAAAAA蛋白合成形成颗粒RNA(+)AA途径 1病毒包装和释放途径 2DNA(-)基因组为一条（+）RNA，可直接作为mRNA使用 包括某些噬菌体（如Q），多数植物病毒，动物小 RNA病毒（如polio, HAV), 披盖病毒。例：脊髓灰质炎病毒(poliovirus)
7、polio基因组: 7434个核苷酸；复制酶(replicase)。（+）RNA病毒脊髓灰质炎病毒(poliovirus)3poly(A)(+)RNA 5复制酶脊髓灰质炎基因组复制和外壳蛋白切割示意图（-）RNA53复制酶(+)RNA55 5 55mRNA 53翻译NS蛋白酶VP1 VP3VP4VP2（）RNA病毒类型：杆状病毒：狂犬病毒（rabis），水泡口炎病毒（VSV)； 副粘病毒：腮腺炎病毒（mumps），麻疹病毒（measles），副流感病毒；正粘病毒：流感病毒A,B,C型。(-) RNA N NS M G L基因复制转录（+） RNA 复制翻译（-） RNA N NS M G L（
8、+） mRNA N NS M G L蛋白质装配核壳包膜VSV的复制N 50KNS 40kM 26KG 65KL 175KInfluenza virus A, B and CHA: hemagglutinin,15 subtypies, H1, H2, H3 found in human.NA: neuraminidase, 9 subtypies, N1, N2 found in human.第二节 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1、原核生物染色体DNA的基本结构与功能2、原核生物染色体基因组中结构基因的基本结构与功能特征3、原核生物染色体基因组中结构基因与调控
9、序列的组织形式 二、原核生物中的质粒DNA1、质粒的基本特征2、质粒的遗传控制3、质粒的类型1、原核生物染色体DNA的基本结构与功能类核（nucleoid)：类核结构的中央部分由RNA和支架蛋白组成，外围是双链闭环的超螺旋DNAE.Coli bacterium大肠杆菌liggyrAdnaldnaZdnaXpolCpolBdnaCssbdnaB rpoB gryA dnaA orlC dnaP gyrBdnaG50607080901000 10203040大肠杆菌染色体上参与基因 复制的一些主要酶基因位置dnaL dnaP dnaB dnaC尚不清楚polC dnaZ DnaXDNA聚合酶、 、
10、三个亚基gyrA gyrBDNA旋转酶 、二个亚基dnaA 复制调节因子dnaG DNA引物（合成）酶rpoB RNA聚合酶亚单位 ssb 单链DNA结合酶 poLA DNA聚合酶Ilig DNA连接酶2、原核生物染色体基因组结构与功能特征 1）结构基因的编码是连续的，不含内含子，转录后 不需要剪切.2）结构基因之间的编码序列不重叠.3）基因组中很少有重复序列.4）结构基因多为单拷贝基因，但编码rRNA的基因 是多拷贝基因.5）结构基因在基因组中所占的比例远远大于真核基 因组，但小于病毒基因组.3、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1）具有操纵子的结构.2）操纵子的上游是启动子
11、和操纵元件，转录产物 是多顺反子.3）信息编码区的下游是转录终止信号:弱终止子是 依赖因子终止的方式;强终止子可以不依赖因子 终止的方式.4）原核生物染色体基因组只有一个复制起始点.5）基因组的功能除复制外，还有复杂的代谢活动.多肽链 折叠阻遏蛋白 乳糖 RNA聚合酶 结构基因 -半乳糖苷酶透酶乙酰转移酶乳糖操纵子的作用机理：原核生物复制真核生物复制质粒(plasmid)：指细菌和某些真核细胞染色体外、细 胞内的共价闭合的环状DNA分子（cccDNA）。 （1）除酵母杀伤质粒为RNA外，质粒为环状超螺旋 DNA。 （2）分子量一般为106108，小型质粒的长度一般为 1.515kb。 （3）质
12、粒的复制依赖宿主细胞的复制机器。质粒可以转移。 （4）质粒不是宿主细胞生长、繁殖所必需的物质，但他所携带的遗传信息赋予宿主细胞特定的遗传性状 ，如F质粒的 性别；R质粒的赖药性等质粒的基本特性电镜下的DNA分子质粒的遗传控制1、复制调控系统：由ori、rep和cop基因构成2、分配系统：有分配区使质粒在细菌分裂过程 中精确分配到子细胞中3、细胞分裂控制系统：抑制细胞分裂，使细胞 分裂与质粒复制协调4、位点特异重组系统：由质粒的att位点、Int酶 、Xis酶和宿主提供的FIS因子、IHF因子组成5、质粒的不相容性：具有相同复制起始点和分 配区的两种质粒不能共存于一个宿主菌-噬菌体位点特异性重组（1）按质粒复制机理分为：严密控制型 细胞内质粒拷贝数少 松弛控制型 细胞内质粒拷贝数多 （2）按质粒性质分为：F质粒（性质粒）R质粒（抗药质粒)col质粒（大肠杆菌素因子） （
