《基因和基因组1已作》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基因和基因组1已作（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 基因和基因组,第一节 染色质和染色体,化学组成,DNA：染色体的主要化学成分,也是遗传信息的载体,蛋白质,组蛋白（histone）：染色体中的碱性蛋白质，其特点是富含二种碱性氨基酸（赖氨酸和精氨酸） Table,非组蛋白（NHP）:染色体中组蛋白以外的蛋白质，是一大类种类繁多的各种蛋白质的总称。,RNA：含量很少,还不到DNA量的10%。,染色体中的五种组蛋白,back,一、染色质（Chromatin）,染色质是间期细胞核内伸展开的DNA-蛋白质纤维，由核小体为基本单位构成。,H1,1.核小体,1)单个核小体的沉降系数约为11S,用微球菌核酸酶处理染色质可以释放出单个核小体,2）核小体
2、含有约200bp的DNA，核心组蛋 H2A、H2B、H3、H4各2份拷贝（Core histone）和1份拷贝的组蛋白H1,3）DNA以核小体阵列方式来缠绕,单一组织中每个核小体上DNA长度在154-260bp范围内变化,但一般情况下均值约为200bp,4）核小体DNA根据其对微球菌核酸酶的敏感性不同可分为核心DNA（146bp）和连接DNA（8-114bp），核小体DNA长度的变化是由于连接DNA长度的改变。,组蛋白八聚体和146bp的DNA,2.核小体的组装,go,二、染色体 （Chromosome）,染色体是细胞分裂期由染色质高度凝集而形成的一种棒状结构。,DNA,压缩1/7,压缩1/6
3、,压缩1/40,压缩1/5,DNA绕组蛋白,6个核小体围成一圈螺旋,螺线管进一步螺旋化,超螺旋管进一步盘绕和压缩,染色体的多级包装,核小体,螺线管结构,30nm超螺旋管纤维,染色单体,包装比（packing ratio）,see movie for DNA packing,算一算经过这几级包装之后，DNA被压缩了多少倍,染色体,第二节 基因组大小和C-值矛盾,各物种基因组大小比较,各门类物种的C-值,一个单倍体基因组的DNA含量是恒定的，称为C-值（C-value）,哺乳动物 两栖动物 鸟类 昆虫 线虫 霉菌 酵母 细菌 支原体,各个种类生物的最小基因组与其复杂性正相关,C-值矛盾（C-val
4、ue paradox）： 基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。,几种常用实验动物的基因组大小,第三节 原核生物基因组,1、结构简练。其DNA分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占4%；,原核生物基因组特点,2、存在转录单元（为多顺反子mRNA）.,3、基因重叠即同一段DNA片段能够编码两种甚至三种蛋白质分子。,噬菌体x174基因图，以A、B、C等标记基因，未标记是调控序列,x174,参考书30-31页,那么病毒基因组最主要的特点是什么？,一个是病毒基因组非常“经济”，一个是为多顺反子mRNA,第四节 真核基因组,待测样品复杂长度=,两种复杂性大小不同的DNA序列，当DNA绝对含量（即
5、总核苷酸数）相等时，复杂性小的分子浓度高，复性快。,一、真核生物复性动力学,小分子可以完全复性，而大分子较难。,复性动力学（Cot曲线）,Cot（浓度时间常数）：复性反应中DNA浓度与反应时间的乘积,Cot1/2:反应完成一半时所需的Cot值，直接与复性DNA成正比,复性的速度与DNA长度反相关,基因组的复杂性是用DNA中单一序列的长度加上各重复序列的长度。,真 核 生 物 D N A 的 复 性 曲 线,组分三的Cot1/2=630, 实际是63045%=283； 若E. coli Cot1/2=4，可按公式计算出，组分三的复杂长度为2.97108 bp； 已知分子总长度为7.0108bp，
6、则第三组分的实际长度为7.010845%=3.15108bp，与其动力学复杂长度基本相等，可以认为这个组分为非重复序列。,真核生物DNA复性动力学表现出三种组分,重复频率（即每一组分的拷贝数）,真核生物基因组特点,1.真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，除配子细胞外，体细胞是双倍体,2.真核细胞基因转录产物为单顺反子。,3.存在重复序列，重复次数可达百万次以上。,4.基因组中不编码的区域多于编码区域 。,5.基因是不连续的 。,6.基因组远远大于原核生物的基因组 。,按照拷贝数或重复频率，基因组中的基因种类有以下几种,非重复序列：在一个基因组中只有一份的DNA序列。,重复序列：在一个基
7、因组中多于一份的DNA序列。,中度重复序列（moderately repetitive sequence） 高度重复序列（highly repetitive sequence）,真核生物基因组中非重复序列和重复序列的含量变化很大,高度重复序列没有表达的基因；中度重复序列表达少数基因；大多数基因由非重复序列表达。,DNA复性及RNA-DNA杂交动力学数据,1）高度重复序列（highly repetitive sequence）：重复数一般高达106 ，重复单位的长度一般为210bp ，少数可达200bp.又称简单重复序列（simply sequence DNA）,例：果蝇染色体着丝点附近的简单高
8、度重复序列,不能转录，参与染色体结构的维持，形成结构基因间隔，可能与减数分裂时同源染色体的联合配对有关。,卫星DNA位于着丝点附近的异染色质区,卫星DNA（satellite DNA）：一些A-T含量很高的简单高度重复序列，由于A-T碱基对浮力密度较低，经CsCl密度梯度离心，会在主要DNA带的上面，伴随着一个次要的DNA带相伴，即所谓的卫星DNA。,小（微）卫星DNA（minisatellite DNA）,小卫星DNA序列可用于区分不同的个体。,DNA指纹（DNA fingerptinting）原理,也是由短的单位串联重复组成，但总长度短得多，重复单位为670bp，称为小卫星或数目可变的串联
9、重复（variable number tandem repeat, VNTR）或短串联重复序列（short tandem repeat,STR）,2）中度重复顺序 (moderately repetitive sequence):,真核基因组中重复数十至数万（105）次的重复顺序。,中度重复顺序可分为两种类型:,（1）短分散片段（short interspersed repeated segments, SINES）如：Alu famliy,（2）长分散片段（Long interspersed repeated segments, LINES）如：Kpn I famliy,人类基因组中Alu序
10、列,Alu famliy,单拷贝顺序（低度重复顺序）,单拷贝顺序在单倍体基因组中只出现一次或数次，复性速度很慢, 蕴含大量遗传信息，编码各种不同功能蛋白质。 自私DNA(selfish DNA) （了解）,非编码序列，无特殊功能，即使基因缺失、重复或突变对生物体也无影响，只是自我复制，称为自私DNA或寄生DNA（parasite DNA）,(1)基因簇和基因家族,按照基因结构和功能，基因组中的基因种类有以下几种：,基因家族（gene family） 真核基因组中有许多来源相同、结构相似、功能相关的基因，这组基因称为基因家族。,基因簇（gene cluster） 是一组相同或者相近的相邻基因。,
11、一个基因组中的一基因家族通过复制和重组而来。其中某些基因保留了原来的功能；另一些则通过突变，获得新的功能，或者丧失了功能。,珠蛋白基因含有三个外显子结构,哺乳动物血红蛋白类-珠蛋白基因家族、类-珠蛋白基因家族都是由功能基因和假基因形成的一个基因簇。,(2)假基因（pseudogene）用符号y表示,基因家族中的某些成员并不产生有功能的基因产物，一般由先前的功能基因积累突变形成，称为假基因。,假基因累积了失活突变,兔2基因（珠蛋白基因）的变化,2.核外DNA,线粒体和叶绿体中也含有基因组,表现出非孟德尔遗传特性，一般为母性遗传,通常为环状DNA分子,线粒体基因组（mtDNA）（了解）,人类线粒体基因组 H：重链 L：轻链,ND1ND6基因:编码NADH脱氢酶亚单位 CO1CO3基因:编码细胞色素C氧化酶亚单位 13CYB基因:编码细胞色素b,人类线粒体基因组具有下列特点 (了解),1 排列紧凑 2 突变率高于核DNA，且缺乏修复能力 3 线粒体的密码子有若干处不同于核内通用密码 子。,思考题,1）染色体的组成？ 2）染色体的包装过程？ 3）什么是C值？如何理解C值矛盾？ 4）原核生物基因组的主要特点有哪些？ 5）我们如何知道真核生物具有重复序列？这些重复序列有哪些类型？ 6）什么是基因家族？基因簇？ 7）简要了解人类基因组的组成特点。,
