药学分子生物2.1

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1、第二章 染色质、染色体、基因和基因组第一节、染色质和染色体一、 染色质和染色体的形态 （一）染色质 存在于细胞核中，由DNA、组蛋白和非组蛋白形成 的高度有序的核蛋白质。 常染色质和异染色质 常染色质：分布较稀疏，处于活跃状态。 异染色质：分布较紧密，处于抑制状态。异染色质常染色质n n染色质和染色体之染色质和染色体之 间的关系间的关系 ( (同一物质在细胞周同一物质在细胞周 期不同时期的不同期不同时期的不同 形态和功能形式形态和功能形式) )1. 核小体核小体（nucleosome):染色质的基本结构单位。核小体的组成核心颗粒核心颗粒连接区连接区八八聚体聚体 （组蛋白组蛋白H2AH2A、H2

2、BH2B、H3H3、H4H4各各2 2分子分子）140bp DNA140bp DNA，缠绕缠绕1.751.75圈圈60bp60bp左右左右DNADNA片段片段+H1+H1组蛋白组蛋白2. 染色质纤维 间期染色质呈纤维状。（二）染色体原核染色体：单一环型双链DNA分子 真核染色体：单一线型双链DNA分子及结合蛋白形成的遗传物质单位DNA双螺旋核小体（一级结构）核小体（一级结构）螺线体（二级结构）螺线体（二级结构）超螺线管（三级结构）超螺线管（三级结构）染色单体染色单体（四级结构）（四级结构）压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍共计压缩8400倍1. 染色单体： 2. 着丝粒：主缢痕：着丝粒所在部位

3、两染色单体缩主缢痕：着丝粒所在部位两染色单体缩 窄窄3. 次溢痕：有的染色体在长、短臂上还存在缩窄区有的染色体在长、短臂上还存在缩窄区 或浅染区，称为或浅染区，称为次缢痕。缢痕。4. 随体：近端着丝粒染色体短臂末端有一球形小体近端着丝粒染色体短臂末端有一球形小体 5.核仁组织区：近端着丝粒染色体随体和短臂相连的近端着丝粒染色体随体和短臂相连的 柄部含有柄部含有rDNArDNA，可转录形成可转录形成rRNArRNA, ,与核仁形成有关，与核仁形成有关， 也称核仁组织者区。也称核仁组织者区。7. 复制子与起始位点6. 端粒：端粒(telomeres)是染色体末端的高度保守特 异结构，它是由富含鸟嘌

4、呤核苷酸的简单重复序列（ TTAGGG）n组成.染色体结构模式图二、染色质和染色体的化学成分及组 成 （一）DNA 1.非重复序列 2.轻度重复序列 3.中度重复序列 4.高度重复序列（二）组蛋白 含量最高的一种染色体蛋 白质，带大量精氨酸和组 氨酸（碱性氨基酸）分为 ，有H1、H2A、H2B、 H3、H4五种 （三）非组蛋白：细胞中一类酸 性蛋白质，一半为结构蛋白，一 半为酶类。 作用：1.参与染色体构建2.启动基因复制3.调控基因转录（四）RNA （五）酶 三、染色质和染色体的功能（一）染色体在遗传中的作用 1.有丝分裂 有丝分裂是真核生物细胞分裂的基本形式。前期中期后期末期2.减数分裂

5、3.染色体畸变 （1 1）染色体数目的改变）染色体数目的改变 1）整倍体1.多倍体2.三倍体 2) 非整倍体1.缺体2.单体3.三体4.双三体5.多体 3）体细胞非整倍体（2 2）染色体的结构的改变）染色体的结构的改变1）缺失：染色体部分丢失称为缺失2）重复：染色体上个别区段多出一份，称为重复重复3）倒位：如果两次断裂形成的片段倒转180度重新接 合，那么，虽然没有染色体物质的丢失，但基因顺序 颠倒，称为倒位4）易位：染色体片段位置的改变称为易位染色体相互易位罗氏易位（二）组蛋白和非组蛋白磷酸化（三）组蛋白和非组蛋白的转录调 控 第二节、基因 一、 基因生物学定义1. 重叠基因:原核生物和某些

6、病 毒基因组比较小，为利用有限碱 基编码更多信息，存在重叠基因2. 断裂基因：真核的基因组形式。编码序列称外显子（exon），非编码序列称 内含子（intron，or intervening sequence） 。 3. 复等位基因：位于一对同源染色体上对应位置的一对基因叫等 位基因。由于群体的突变，同一基因座的基因系 列称为复等位基因，对某一个体来说一个基因座 只有一对等位基因，复等位基因是群体的概念。 HLA存在为数众多的复等位基因。 如：人的ABO血型4. 假基因在多基因家族中，不产生有功能基因产物的基 因。即序列与有功能的基因相似，但或者不能 转录，或者转录后生成无功能的基因产物。用

7、表示。造成原因是基因在进化过程中，发生 突变所致（如缺失、倒位、点突变等）。二、 基因的分子生物学定义DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质多 肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。故一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或 RNA的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控 序列、5非翻译序列、内含子以及3非翻译序列等所 有的核酸序列（蛋白质基因和RNA基因）。三、 基因功能1. 基因转录的基本特性2.翻译-蛋白质的合成 四、原核生物基因特征四、原核生物基因特征 1.功能上相关的基因高度集中，组成操纵子结构 。2.编码蛋白的基因大多是是

8、单拷贝的3. RNA基因是多拷贝的4.基因是连续的：结构基因中没有内含子（intron ）成分，在转录后不需剪接加工，转录产物的 寿命较短。6.结构基因重复序列少，基因组中仅有少数基因存在基因重叠现象7. 单个染色体呈环状，染色体DNA并不和蛋白质固定结合。5.细菌中的DNA大部分是用于编码蛋白质，只有 一小部分是不翻译的。五、 真核生物基因特征基因的不连续性 1.基因家族真核细胞基因组中有许多来源相同，结构相似 ，功能相关的基因，这样的一组基因称基因家族(1) 串联重复基因簇（2）分散式基因簇 （3）超基因家族 （supergene family）：由多基因家族及 单基因组成的更大的基因家族

9、。成员间 有不同程度的同源，但它们的功能并不 相似，这是与多基因家族的差别所在。 如Ig超家族。（三）重复基因结构 1.中度重复序列: 100-几千bp片段的重复，其产物是细 胞大量需要的。其长度3007000bp，一般都是不编 码的顺序。据认为在基因调控中起重要作用，包括开 启或关闭基因，促进或终止转录，DNA复制的起始， 参与前mRNA加工等。 rRNA基因：可重复数百次，可作为一种遗传标志 。tRNA基因 组蛋白基因Alu家族：有3万个成员，平均每6kb就有一个，长度约 300bp，因在170bp处有一Alu位点（AG/CT） 而得名。Alu顺序具有种的特异性，功能：尚 不清楚。可能在h

10、nRNA转录和加工中起作用； 遗传重组及染色体不稳定性有关；人类质粒（ human plasmid）；形成Z-DNA。Kpn家族：人类和灵长类DNA经Kpn酶解后，产生4个片 段（1.2、1.5、1.8、1.9kb），这些就被命名为 Kpn家族。人类基因组中的Kpn序列约在3- 6%，也是散在分布的。功能尚不清楚。2高度重复序列：高度重复顺序不能转录，它们参与染色体结构 的维持，形成结构基因间隔。分布于着丝点、 端粒区、结构基因两侧(1)反向重复序列(2)卫星DNA：简单串联重复序列六 细胞器基因 1.线粒体-母性遗传 .线粒体DNA编码的蛋白质占线粒体 全部蛋白质的10%，其余90%由核基

11、因编码Maternal InheritancemtDNA AmtDNA BmtDNA DmtDNA CElectron micrograph of a mitochondrial DNAElectron micrograph of a mitochondrionEncoded by nuclear genes. Encoded by mitochondrial genes.Gene Products Essential to Mitochondrial Function:Map of human mtDNAHypervariable region七 亚细胞结构的基因特征病毒、噬菌体：1.核酸成

12、分只有一种2.单链、双链或者片段3.大小很大差别4.具有启动子和操纵基因的结构5.噬菌体基因组没有内含子，真核病毒 基因组有内含子6.病毒中有重叠基因存在噬菌体x174基因图谱八、原核和真核细胞中基因和顺反子的关系原核-单顺反子真核-多顺反子第三节、基因组基因组就是一个物种中所有 基因的整体组成。人类基因 组有两层意义：遗传信息和 遗传物质。要揭开生命的奥 秘，就需要从整体水平研究 基因的存在、基因的结构与 功能、基因之间的相互关系 。 基因组：携带生物体全部遗传信息的核酸量。“Cellular” Genomes Viruses ProcaryotesEucaryotesViral genom

13、eBacterial chromosomePlasmidsChromosomes (Nuclear genome)Mitochondrial genomeChloroplast genomeCapsidNucleus一、 基因组的结构特点原核生物基因组结构 1.基因组较小,平均1Kb，大小变化不大2.几乎无蛋白质同核酸结合3. 具有操纵子结构4.结构基因是单拷贝，rRNA基因是多拷贝。5.有基因重叠现象。6.多顺反子（二）真核生物基因组结构 1.基因组较大，且大小变化大 2.和蛋白质结合，形成染色体，而且是多条3.有重复序列 4.有单拷贝和多拷贝两种形式 5.基因是不连续的，基因家族化是最显著

14、特征之 一。并且DNA片段可以重排 6.转录单位一般是单顺反子的。即基因-一种蛋白质Chromosome organizationEucaryotic chromosomeTelomereTelomereCentromerep-armq-armEucaryotic genesExon 1 90 bpExon 2 222 bpExon 3 126 bpIntron A 131 bpIntron B 851 bpHemoglobin beta subunit geneIntrons: intervening sequences within a gene that are not translat

15、ed into a protein sequence. Collagen has 50 introns. Exons: sequences within a gene that encode protein sequences Splicing: Removal of introns from the mRNA molecule.Splicing（三）线粒体基因组结构 1人类线粒体的基因排列得非常紧凑，除与mtDNA复制 及转录有关的一小段区域外，无内含子序列。在37个基因 之间，基因间隔区总共只有87bp,只占DNA总长度的的 0.5%，有些基因之间没有间隔，有时基因有重叠，即前一 个基因的

16、最后一段碱基与下一个基因的第一段碱基相衔接 。因此，mtDNA的任何突变都会累及到基因组中一个重要 功能区域。2mtDNA为高效利用DNA。有5个阅读框架，缺少 终止密码子，仅以U或UA结尾。3mtDNA的突变率高于核中DNA，并且缺乏修复能 力。4mtDNA为母系遗传。5.部分mtDNA的密码子不同于核内DNA的密码子。Daphnia Daphnia pulexpulex (15,333bp)(15,333bp)The animal mitochondrial genomeThe animal mitochondrial genome（四）叶绿体基因组结构Electron microscopic image of a circular DNA molecule isolated from a soybean chloroplast (a ctDNA)Chloroplast D