《分子生物学基因的结构和功能.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分子生物学基因的结构和功能.ppt（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 基因的结构与功能Chapter 1 Structure and Function of Gene第一篇 分子生物学基本原理基因（基因（gene）是指核酸分子中贮存与表达遗传是指核酸分子中贮存与表达遗传信息的单位。信息的单位。大多数生物的遗传信息贮存于大多数生物的遗传信息贮存于DNA分子。在某分子。在某些生物，如些生物，如RNA病毒以病毒以RNA作为遗传信息的载作为遗传信息的载体。体。DNA的化学结构的化学结构 一级结构（一级结构（primary structureprimary structure） 指指DNADNA分子中核苷酸的排列顺序分子中核苷酸的排列顺序 二级结构（二级结构（se
2、condary structuresecondary structure） 指两条指两条DNADNA单链形成的双螺旋结构单链形成的双螺旋结构 三级结构（三级结构（tertiary structuretertiary structure） 指双链指双链DNADNA进一步扭曲盘旋形成的超螺旋结构进一步扭曲盘旋形成的超螺旋结构 在原核生物中，在原核生物中，染色染色体体DNA通常为双链环状，通常为双链环状，与蛋白质构成复合体，与蛋白质构成复合体，以以类核（类核（nucleoid）结结构存在于细胞中。构存在于细胞中。 在真核生物细胞中，在真核生物细胞中，双螺旋的双螺旋的DNA分子与分子与蛋白质组装，形成
3、称蛋白质组装，形成称为为染色质染色质(chromatin)的高级结构。的高级结构。染色质的基本结构单位染色质的基本结构单位核小体核小体由由4种核心组种核心组蛋白各蛋白各2分子分子形成八聚体形成八聚体DNA双链缠绕在双链缠绕在组蛋白八聚体上组蛋白八聚体上形成核心颗粒，每形成核心颗粒，每圈圈80bp，约，约146bp核心颗粒之间由约核心颗粒之间由约60bp的的DNA与组蛋与组蛋白白H1构成连接区连接构成连接区连接每个核小体单位包含每个核小体单位包含约约200bp的的DNA链链一次折叠：核小体形成；一次折叠：核小体形成；二次折叠：核小体卷曲二次折叠：核小体卷曲（每周（每周6个）形成直径个）形成直径3
4、0nm的襻状结构；的襻状结构；三次折叠：三次折叠：30nm的纤维折的纤维折叠成柱状结构。叠成柱状结构。参与染色质形成的蛋白质主要包括参与染色质形成的蛋白质主要包括组蛋白组蛋白和和非组蛋白非组蛋白两大类。两大类。 组蛋白：组蛋白：属于碱性蛋白质，富含属于碱性蛋白质，富含Arg和和Lys残残基，共有基，共有5种。种。核心组蛋白核心组蛋白 H2A，H2B，H3，H4连接组蛋白连接组蛋白 H1核心组蛋白在结构上非常保守，且均由球形部和核心组蛋白在结构上非常保守，且均由球形部和尾部组成。球形部借尾部组成。球形部借Arg残基与残基与DNA分子作用，分子作用，参与形成核小体。尾部是无序的，从两圈参与形成核小
5、体。尾部是无序的，从两圈DNA中伸展至核小体外，与各种翻译后修饰有关。中伸展至核小体外，与各种翻译后修饰有关。 非组蛋白：非组蛋白：是染色体上结合特异是染色体上结合特异DNA序列的蛋序列的蛋白质，又称为序列特异白质，又称为序列特异DNA结合蛋白。结合蛋白。非组蛋白的特点有：非组蛋白的特点有：富含酸性氨基酸残基，属于酸性蛋白质；富含酸性氨基酸残基，属于酸性蛋白质；在整个细胞周期中都可合成；在整个细胞周期中都可合成；能识别并结合特异的能识别并结合特异的DNA序列；序列；其主要功能是参与其主要功能是参与DNA复制和基因表达调控。复制和基因表达调控。根据基因产物不同，分为蛋白质基因和根据基因产物不同，
6、分为蛋白质基因和RNA基因。基因。根据基因的功能，分为根据基因的功能，分为结构基因结构基因和和调节基调节基因。因。一、一、结构基因结构基因1.概念：概念：结构基因（结构基因（structural gene）是指能够编码特是指能够编码特定定RNA分子或蛋白质分子的遗传单位。分子或蛋白质分子的遗传单位。2.结构基因的特点：结构基因的特点：原核生物结构基因原核生物结构基因编码序列是连续的。编码序列是连续的。真核生物结构基因真核生物结构基因编码序列是不连续的，称为编码序列是不连续的，称为断裂基因断裂基因（split gene）。）。通常需要进行转录后剪接加工。通常需要进行转录后剪接加工。在真核结构基因
7、中，能够在成熟在真核结构基因中，能够在成熟RNA分子分子中保留中保留的序列称为的序列称为外显子外显子（exon），），而不能在成熟而不能在成熟RNA分子中保留的序列称为分子中保留的序列称为内含子（内含子（intron）。高等真核生物内绝大部分编码蛋白质的结构基高等真核生物内绝大部分编码蛋白质的结构基因都有内含子，只有组蛋白编码基因例外。因都有内含子，只有组蛋白编码基因例外。内含子数目内含子数目=外显子外显子-1二、基因的调控序列二、基因的调控序列与结构基因转录表达调控相关的非编码序列与结构基因转录表达调控相关的非编码序列称为称为调控基因（调控基因（regulating gene）或或调控序列调
8、控序列（regulating sequence）。1.原核生物的调控基因原核生物的调控基因启动子（启动子（promoter）：指位于结构基因上游，并与指位于结构基因上游，并与RNA聚合酶识聚合酶识别、结合和启动转录有关的一段特殊别、结合和启动转录有关的一段特殊DNA序列。序列。 启动子序列不出现于启动子序列不出现于RNA产物中，仅提供产物中，仅提供 转录起始信号。转录起始信号。原核生物启动子，如原核生物启动子，如E.coli启动子，通常长约启动子，通常长约4060bp，可分为，可分为转录起始部位转录起始部位（+1bp）、）、 Pribnow盒盒（-10bp）和）和转录起始识别部位转录起始识别部
9、位 （-35bp）三部分。）三部分。原核生物启动子的共有序列原核生物启动子的共有序列强强弱弱每个人的基因里都有一段幸福因子，每个人的基因里都有一段幸福因子，当我们相遇时，当我们相遇时，启动子开启动子开始启动，始启动，因为没有终止子，所以会一直转录、翻译下去，因为没有终止子，所以会一直转录、翻译下去，并不断地表达，于是我们拥有了无穷无尽的幸福。并不断地表达，于是我们拥有了无穷无尽的幸福。DNADNARNA-RNA-polpol终止子（终止子（terminater）：指位于结构基因下：指位于结构基因下游的一段富含游的一段富含GC的具有回文特征的特殊的具有回文特征的特殊DNA序列，该序列转录生成的序
10、列，该序列转录生成的RNA能够形成能够形成特殊的发卡结构并导致特殊的发卡结构并导致RNA聚合酶从聚合酶从DNA模模板上脱离，促使转录过程终止板上脱离，促使转录过程终止。操纵元件（操纵元件（operator）：指位于结构基因上游的：指位于结构基因上游的一段一段DNA序列序列，该序列能够被阻遏蛋白识别并，该序列能够被阻遏蛋白识别并结合，从而阻止结构基因的转录。结合，从而阻止结构基因的转录。正调控蛋白结合位点：指正调控蛋白结合位点：指常出现于弱启动常出现于弱启动子附近的一段特殊的子附近的一段特殊的DNA序列，能与序列，能与某些某些具有转录激活作用的正调控蛋白识别结合，具有转录激活作用的正调控蛋白识别
11、结合，从而从而加快转录的启动。加快转录的启动。 大肠杆菌乳糖操纵子的基因序列大肠杆菌乳糖操纵子的基因序列2.2.真核生物的调控基因真核生物的调控基因启动子（启动子（promoter）：与原核生物类似，也是指位于结构基因上游，并与与原核生物类似，也是指位于结构基因上游，并与RNA聚合酶识别、结合和启动转录有关的一段特殊聚合酶识别、结合和启动转录有关的一段特殊DNA序列。序列。由于真核生物中存在三种不同的由于真核生物中存在三种不同的RNA聚合酶，因此聚合酶，因此相应的启动子也被分为相应的启动子也被分为、三类，这三类启动三类，这三类启动子在结构上存在差异。子在结构上存在差异。真核生物启动子的种类和性
12、质真核生物启动子的种类和性质类启动子类启动子类启动子类启动子类启动子类启动子结合的结合的RNARNA 聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶组组 分分核心元件和核心元件和上游调控元件上游调控元件TATATATA盒、上游启盒、上游启动子元件和转录起动子元件和转录起始位点始位点A A盒、盒、B B盒盒和和C C盒盒转录产物转录产物rRNArRNAmRNAmRNA和和miRNAmiRNA 5S 5S rRNArRNA、tRNAtRNA、 snRNAsnRNA增强子（增强子（enhancer）：是位于结构基因上游（是位于结构基因上游（-100 -300bp）、）、基因之外或内含子中的特殊基因
13、之外或内含子中的特殊DNA序列序列，该，该序列能被蛋白因子识别结合，促进邻近基序列能被蛋白因子识别结合，促进邻近基因的转录表达。因的转录表达。沉默子沉默子(silencer)：负性调节元件，当其结合：负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。poly(A)信号信号：位于结构基因下游的加尾信号，其保守序位于结构基因下游的加尾信号，其保守序列为列为AATAAA。该序列也参与该序列也参与RNA转录终止。转录终止。增强子增强子启动子启动子poly(A)信号信号结构基因结构基因依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(deoxyribonucle
14、ase, DNase)：专一降解专一降解DNA。RNA酶酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：53或或35核酸外切酶。核酸外切酶。核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。是指所有可以水解核酸的酶。5 55 53 33 3外切位点外切位点外切位点外切位点内切位点内切位点内切位点内切位点参与参与DNA的合成、修复以及的合成、修复以及RNA的剪接。的剪接。清清除除多多余余的的、结结构构和和功功能能异异常常的的核核酸酸，以以及及侵入细胞的外源性核酸。侵入细胞的外源性核酸。 降解食物中的核酸。降解食物中的核酸。体外重组体外重组DNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶 。n核酸酶的功能核酸酶的功能核酶（核酶（Ribozyme）是指具有）是指具有 催催化功能的化功能的RNA分子。分子。T.Cech掌握基因、结构基因、掌握基因、结构基因、断裂基因、外显子、断裂基因、外显子、内含子、启动子、内含子、启动子、增强子的概念增强子的概念
