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1、关于基因组的结构与功能(2)第1页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第2页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第3页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第4页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第5页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第6页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第7页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第8页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第9页，讲稿共126张，创作
2、于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第10页，讲稿共126张，创作于星期日第一节第一节 真核生物基因组的结构与功能真核生物基因组的结构与功能一、一、真核生物染色质真核生物染色质DNA的高级结构的高级结构 1、DNA高级结构中的蛋白质高级结构中的蛋白质 2、DNA与蛋白质的结合与染色体的组装与蛋白质的结合与染色体的组装二、二、真核生物核基因组结构与功能特点真核生物核基因组结构与功能特点 1、真核细胞基因组中结构基因的结构与功能特点真核细胞基因组中结构基因的结构与功能特点 2、真核细胞基因组中的重复序列的结构与功能特点真核细胞基因组中的重复序列的结构与功能特点 3、多基因家族与假基因、多基因家
3、族与假基因三、三、真核生物线粒体基因组的结构真核生物线粒体基因组的结构第11页，讲稿共126张，创作于星期日第12页，讲稿共126张，创作于星期日第13页，讲稿共126张，创作于星期日前期的染色体(chromosome)一、真核生物染色体一、真核生物染色体DNA的高级结构的高级结构第14页，讲稿共126张，创作于星期日染色体间期染色体片段300 nm纤维 30 nm 纤维核小体串DNA 片段第15页，讲稿共126张，创作于星期日 DNA高级结构中的蛋白质高级结构中的蛋白质1、组蛋白、组蛋白 1）性质：性质：含量恒定；带正电荷，含有较多的含量恒定；带正电荷，含有较多的Arg和和Lys，属碱性蛋白
4、，属碱性蛋白质质 2）分类：分类：高度保守的核心组蛋白（高度保守的核心组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）非高度保守的核心组蛋白（非高度保守的核心组蛋白（H1）3）结构结构：4种核心组蛋白均由球型部和种核心组蛋白均由球型部和尾部构成，尾部构成，球型部借球型部借Arg残基与磷酸二残基与磷酸二酯骨架间的静电作用使酯骨架间的静电作用使DNA分子缠绕分子缠绕在组蛋白核心周围在组蛋白核心周围，形成核小体；尾部，形成核小体；尾部有大量的有大量的Arg和和Lys残基，为组蛋白翻译残基，为组蛋白翻译后进行修饰的部位后进行修饰的部位第16页，讲稿共126张，创作于星期日2、非组蛋白、非组蛋白 1）特性：）特性：
5、p 带负电荷，属酸性氨基酸，含有较多的带负电荷，属酸性氨基酸，含有较多的Asp、Glup 在整个细胞周期都可以合成在整个细胞周期都可以合成p 能识别特异性的能识别特异性的DNA序列序列,位点在位点在DNA的大沟部分的大沟部分 2）功能）功能p 帮助帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域，有利于分子折叠，以形成不同的结构域，有利于 DNA复制和基因的转录复制和基因的转录p 协助启动协助启动DNA复制复制p 控制基因转录，调节基因表达控制基因转录，调节基因表达第17页，讲稿共126张，创作于星期日3.核小体核小体(nucleosome)：存在于真核存在于真核细胞染色体内由细胞染色体内由DNA和组蛋
6、白构成。和组蛋白构成。组蛋白分子共有组蛋白分子共有H1、H2A、H2B、H3和和H4五种，各两分子的五种，各两分子的H2A、H2B、H3和和H4构成扁平圆柱状八聚体，含构成扁平圆柱状八聚体，含146bp的的DNA双链在此颗粒上缠绕双链在此颗粒上缠绕1.8圈形成核圈形成核小体。核小体之间由一段小体。核小体之间由一段DNA（约（约55bp）和组蛋白）和组蛋白H1构成的连接区连接形构成的连接区连接形成串珠样结构。成串珠样结构。第18页，讲稿共126张，创作于星期日第19页，讲稿共126张，创作于星期日第20页，讲稿共126张，创作于星期日1、真核细胞基因组中、真核细胞基因组中结构基因结构基因的结构与
7、功能特点的结构与功能特点p 真核生物的结构基因大都为断裂基因真核生物的结构基因大都为断裂基因p 真核细胞基因转录产物为单顺反子真核细胞基因转录产物为单顺反子p 基因组结构基因所占区域远小于非编码区域基因组结构基因所占区域远小于非编码区域2、真核细胞基因组中的真核细胞基因组中的重复序列重复序列的结构与功能特点的结构与功能特点 重复序列重复序列(repeated sequances)指在基因组中多次出现的指在基因组中多次出现的DNA序序列。由特定长度的重复单位，特定的拷贝数目在空间上以特定的方式组列。由特定长度的重复单位，特定的拷贝数目在空间上以特定的方式组成。成。根据根据Cot曲线分为高度重复序
8、列，中等重复序列和单拷贝序列。曲线分为高度重复序列，中等重复序列和单拷贝序列。二、真核生物核基因组结构与功能特点二、真核生物核基因组结构与功能特点第21页，讲稿共126张，创作于星期日重复序列重复序列：特定大小序列（重复单位），特定拷贝特定大小序列（重复单位），特定拷贝 数数,在空间上以特殊方式组成在空间上以特殊方式组成正正向向重重复复 AGGTAGGT TCCATCCAAGGTNNNNAGGT TCCA NNNNTCCAACTT TTCATGAAAAGT ACTTNNNN TTCA TGAANNNNAAGT反反向向重重复复串联串联两侧对称两侧对称旋转对称旋转对称 ACGGCCGT ACGGN
9、NNNNCCGT TGCCGGCA TCCCNNNNNGGCA 第22页，讲稿共126张，创作于星期日1)、高度重复序列高度重复序列(high repetitive sequence)：分类：分类：重复频率重复频率10，反向重复序列、，反向重复序列、卫星卫星 DNA(satellite DNA)和较复杂的重复单位组成的重复序列。和较复杂的重复单位组成的重复序列。A.反向重复序列反向重复序列 其总长度约占人基因组的其总长度约占人基因组的5%；其长度约为其长度约为300bp；多数为散在（两对之间的平均距离约为；多数为散在（两对之间的平均距离约为12kb）B.卫星卫星 DNA(satellite D
10、NA)占人基因组的占人基因组的5%6%；C.微微卫星卫星 DNA 6第23页，讲稿共126张，创作于星期日卫星卫星DNA(Satellite DNA)类型类型大卫星大卫星DNA:又叫经典又叫经典卫星卫星DNA 其功能目前尚不清其功能目前尚不清.小小卫星卫星DNA:重复单位长度重复单位长度9-24bp,长度呈高度可变性长度呈高度可变性.它它分分可变数目串联重复序列可变数目串联重复序列(VNTRS)和端粒和端粒DNA两种两种.前前者的核心序列为者的核心序列为:GGGCAGGAXG;功能与同源重组有关功能与同源重组有关.后者由后者由(TTAGGG)n组成的组成的2-20kb的的DNA片段片段,功能是
11、功能是维持端粒稳定维持端粒稳定.微微卫星卫星DNA:重复单位长重复单位长1-6bp,重复重复10-60次次;长度一般小于长度一般小于150bp,常见的是以常见的是以(AC)n和和(TG)n为重复单位为重复单位.是一种很是一种很好的遗传标记好的遗传标记.第24页，讲稿共126张，创作于星期日高度重复序列高度重复序列A功能功能1）参与复制水平的调节（常存在于复制起）参与复制水平的调节（常存在于复制起始区）始区）2）参与基因表达调控（可以转录到）参与基因表达调控（可以转录到hnRNA中；有助于稳定中；有助于稳定RNA分子）分子）3）参与染色体配对（）参与染色体配对（卫星卫星DNA分布着丝分布着丝粒附
12、近，即同源染色体之间的联会可能依赖粒附近，即同源染色体之间的联会可能依赖特定的卫星特定的卫星DNA序列）序列）第25页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第26页，讲稿共126张，创作于星期日2)、中等重复序列中等重复序列 分类：分类：重复频率重复频率10；大多数与单拷贝基因间隔排列，少数；大多数与单拷贝基因间隔排列，少数在基因组中成串排列在一个区域在基因组中成串排列在一个区域 A.短分散重复片段（短分散重复片段（SINES）：长度为）：长度为300500bp(与平与平均长度均长度1000bp的单拷贝序列间隔排列的单拷贝序列间隔排列)；重复次数大于；重复次数大于10万
13、次万次,如如Alu B.长分散重复片段（长分散重复片段（LINES）：长度为）：长度为3.55kb(与平均与平均长度长度13kb的单拷贝序列间隔排列的单拷贝序列间隔排列)功能与比例：功能与比例：在人基因组中中等重复序列大多不编码在人基因组中中等重复序列大多不编码蛋白质；所占比例为蛋白质；所占比例为12%类型：类型：编码序列：如编码编码序列：如编码rRNA；组蛋白；免疫球蛋等。；组蛋白；免疫球蛋等。非编码序列：如非编码序列：如Alu；KpnI等等.56第27页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第28页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第29
14、页，讲稿共126张，创作于星期日Alu家族的特点家族的特点 1、在单倍体人基因组中重复次数达、在单倍体人基因组中重复次数达30万万50万次，约占人基因组万次，约占人基因组的的3%6%；2、平均长度为、平均长度为300bp；限制酶可将其切成；限制酶可将其切成130bp和和170bp的两段的两段（AGCT）3、Alu序列具有种属特异性序列具有种属特异性 170bp 130bp.CTAGT.GGGGA.GGGGA.CTAGT.内部正向重复序列（40bp)Alu位点侧翼正向重复序列（6-20bp)31bp的插入序列第30页，讲稿共126张，创作于星期日KpnI家族特点家族特点 1、在单倍体人基因组中重
15、复次数达、在单倍体人基因组中重复次数达30004800次，约占人基因组的次，约占人基因组的1%；2、KpnI限制酶可将其切成限制酶可将其切成1.2、1.5、1.8、1.9kb的的4个片段；个片段；3端有广泛的同源性端有广泛的同源性 3、有一部分是通过、有一部分是通过KpnI序列的序列的RNA转录产转录产物的物的cDNA拷贝重新插入到人基因组拷贝重新插入到人基因组DNA中产生中产生的的第31页，讲稿共126张，创作于星期日rRNA基因家族的特点基因家族的特点 1、各重复单位都是相同的；通常集成成族存在、各重复单位都是相同的；通常集成成族存在如如rDNA区区 2、人类的、人类的rRNA位于位于13
16、、14、15、21和和22号号染色体的核仁组织中每个组织平均含有染色体的核仁组织中每个组织平均含有50个重复个重复单位单位 3、5SrRNA位点是位点是1q42-43；每单倍体基因组；每单倍体基因组有有1000个基因个基因第32页，讲稿共126张，创作于星期日3)、单拷贝序列（、单拷贝序列（unique sequences)A.在基因组中只出现一次或少数几次的序在基因组中只出现一次或少数几次的序列列(unique sequences essentially comprises single-copy genes,or those repeated a few times).B.单拷贝序列在基因
17、组中占单拷贝序列在基因组中占50%80%（人约（人约60%65%）C.单拷贝序列中，小部分编码蛋白质单拷贝序列中，小部分编码蛋白质第33页，讲稿共126张，创作于星期日3、多基因家族与假基因、多基因家族与假基因多基因家族多基因家族(multigene family)：由某一祖先基因经过重复和变异产生的一组基因。由某一祖先基因经过重复和变异产生的一组基因。分类：分类：1)、分布在同一条染色体上，同时发挥作用如组蛋白基因家族、分布在同一条染色体上，同时发挥作用如组蛋白基因家族（7q32-36）2)、分布在不同染色体上，其功能相关如珠蛋白基因家族、分布在不同染色体上，其功能相关如珠蛋白基因家族(珠蛋
18、珠蛋白在白在16p13.3；珠蛋白在珠蛋白在11p15）假基因假基因(psuedogene)：核苷酸序列与正常功能基因相似，但不能转录或转录后生成核苷酸序列与正常功能基因相似，但不能转录或转录后生成无功能蛋白质的无功能蛋白质的DNA序列。序列。第34页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第35页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第36页，讲稿共126张，创作于星期日 -珠蛋白基因家族珠蛋白基因家族(定位定位16p13.316p13.3，全长，全长29kb29kb。3 3个功能基因，个功能基因，3 3个假基因）个假基因）-珠蛋白基因家族珠蛋白
19、基因家族(定位定位11p1511p15，全长，全长60kb60kb。5 5个功能基因，个功能基因，2 2个假基因个假基因）2 1 2 12 G A 1 5 58 8周胚胎周胚胎 8 81414周胚胎周胚胎 出生以后出生以后 第37页，讲稿共126张，创作于星期日Yeast(chromosome 3)Human-globin gene cluster(chromosome 11)tRNA geneORF 2 G A 1 Alu siteDiagrams of 80kb region from yeast and human chromosomes第38页，讲稿共126张，创作于星期日 超基因家族
20、(supergene family)由多基因家族和单拷贝基因组成，结构有程度不同的由多基因家族和单拷贝基因组成，结构有程度不同的同源性，但功能并不相同的基因家族。同源性，但功能并不相同的基因家族。如如免疫球蛋白免疫球蛋白超基因家族超基因家族 ，丝氨酸蛋白酶超基因家，丝氨酸蛋白酶超基因家族和族和RASRAS超基因家族。超基因家族。第39页，讲稿共126张，创作于星期日免疫球蛋白超基因家族主要成员分类表免疫球蛋白超基因家族主要成员分类表第40页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第41页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第42页，讲稿共126张
21、，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第43页，讲稿共126张，创作于星期日DNADNA多态性的类型多态性的类型 （1 1）限制性片断长度多态性）限制性片断长度多态性（restricted fragment length polymorphism,RFLP）（2 2）可变数目串联重复序列）可变数目串联重复序列（variable number tandem repeats,VNTR)，即小卫星即小卫星DNA(minisatellite DNA)（3）微卫微卫DNA(microsatellite DNA)（4）单核苷酸多态性单核苷酸多态性(single nucleotide polymor
22、phism,SNP)第44页，讲稿共126张，创作于星期日ABCD A,A,父亲父亲 B B，母亲，母亲 C C，无争议孩子，无争议孩子 D D，有争议孩子，有争议孩子 限制酶切点限制酶切点 A B C D86543 DNA分型示意图第45页，讲稿共126张，创作于星期日真核生物基因组结构特点1 1，均为，均为DNADNA，体细胞基因组为二倍体。体细胞基因组为二倍体。2 2，基因数多，结构复杂，多个复制起始点。，基因数多，结构复杂，多个复制起始点。3 3，转录产物为单顺反子，无操纵子结构。，转录产物为单顺反子，无操纵子结构。4 4，非编码序列占基因组的，非编码序列占基因组的90%90%以上。以
23、上。5 5，有大量的重复序列。，有大量的重复序列。6 6，大多数基因是断裂基因。，大多数基因是断裂基因。7 7，多基因家族，超基因家族。，多基因家族，超基因家族。第46页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第47页，讲稿共126张，创作于星期日第二节第二节 原核生物基因组的结构与功能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原核生物染色体基因组的结构与功能 1、原核生物染色体、原核生物染色体DNA的基本结构与功能的基本结构与功能 2、原核生物染色体基因组中结构基因的基本结构、原核生物染色体基因组中结构基因的基本结构 与功能特征与功能特征 3、原核生
24、物染色体原核生物染色体基因组中结构基因基因组中结构基因与调控序列与调控序列 的组织形式的组织形式二、原核生物中的质粒二、原核生物中的质粒DNA 1、质粒的基本特征、质粒的基本特征 2、质粒的遗传控制、质粒的遗传控制 3、质粒的类型、质粒的类型第48页，讲稿共126张，创作于星期日1、原核生物染色体DNA的基本结构与功能类核（类核（nucleoid)：类核结构的中央部分由：类核结构的中央部分由RNA和支架蛋白和支架蛋白 组成，外围是双链闭环的超螺旋组成，外围是双链闭环的超螺旋DNA第49页，讲稿共126张，创作于星期日E.Colibacterium大肠杆菌第50页，讲稿共126张，创作于星期日l
25、iggyrAdnaldnaZdnaXpolCpolBdnaCssbdnaBrpoBgryAdnaAorlCdnaPgyrBdnaG5060708090100010203040大肠杆菌染色体上参与基因大肠杆菌染色体上参与基因复制的一些主要酶基因位置复制的一些主要酶基因位置dnaL dnaP dnaB dnaC尚不清楚尚不清楚polC dnaZ DnaXDNA聚合酶聚合酶、三个亚基三个亚基gyrA gyrBDNA旋转旋转酶酶 、二个亚基二个亚基dnaA 复制调节因子复制调节因子dnaG DNA引物（合成）酶引物（合成）酶rpoB RNA聚合酶聚合酶 亚单位亚单位ssb 单链单链DNA结合酶结合酶p
26、oLA DNA聚合酶聚合酶Ilig DNA连接酶连接酶第51页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第52页，讲稿共126张，创作于星期日2、原核生物染色体基因组结构与功能特征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，转录后结构基因的编码是连续的，不含内含子，转录后 不需要剪切不需要剪切.2）结构基因之间的编码序列不重叠）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）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）结构基因多为单拷贝基因，但编码rRNA的基因的基因 是多拷贝基因是多拷贝基因.5）结构基因在基因组中
27、所占的比例远远大于真核基）结构基因在基因组中所占的比例远远大于真核基 因组，但小于病毒基因组因组，但小于病毒基因组.第53页，讲稿共126张，创作于星期日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）具有操纵子的结构具有操纵子的结构.2）操纵子的上游是启动子和操纵元件，转录产物是多顺）操纵子的上游是启动子和操纵元件，转录产物是多顺反子反子.3）信息编码区的下游是转录终止信号）信息编码区的下游是转录终止信号:弱终止子是依赖弱终止子是依赖因子终止的方式因子终止的方式;强终止子可以不依赖强终止子可以不依赖因子终止的方因子终止的方式式.4）
28、原核生物染色体基因组只有一个复制起始点）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）基因组的功能除复制外，还有复杂的代谢活动.第54页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第55页，讲稿共126张，创作于星期日多多肽肽链链 折叠折叠阻遏蛋白阻遏蛋白 乳糖乳糖 RNARNA聚合酶聚合酶 结构基因结构基因-半乳糖苷酶半乳糖苷酶透酶透酶乙酰转移酶乙酰转移酶乳糖操纵子的作用机理乳糖操纵子的作用机理：第56页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第57页，讲稿共126张，创作于星期日质粒质粒(plasmid)：指细
29、菌和某些真核细胞染色体外、细胞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内的共价闭合的环状DNA分子（分子（cccDNA）。）。（1）除）除酵母杀伤质粒为酵母杀伤质粒为RNA外，质粒为环状超螺旋外，质粒为环状超螺旋DNA。（2）分子量一般为）分子量一般为106108，小型质粒的长度一般为，小型质粒的长度一般为1.515kb。（3）质粒的复制依赖宿主细胞的复制机器。）质粒的复制依赖宿主细胞的复制机器。质粒可以转质粒可以转移。移。（4）质粒不是宿主细胞生长、繁殖所必需的物质，但他）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，所携带的遗传信息赋予
30、宿主细胞特定的遗传性状，如如F质质粒的粒的 性别；性别；R质粒的赖药性等质粒的赖药性等质粒的基本特性质粒的基本特性第58页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第59页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第60页，讲稿共126张，创作于星期日质粒的遗传控制质粒的遗传控制1、复制调控系统：由复制调控系统：由ori、rep和和cop基因构成基因构成2、分配系统：有分配区使质粒在细菌分裂过程中精、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、细胞分裂控制系统：抑制细胞分裂
31、，使细胞分裂与质粒复制协调粒复制协调4、位点特异重组系统：由质粒的、位点特异重组系统：由质粒的att位点、位点、Int酶、酶、Xis酶和宿主提供的酶和宿主提供的FIS因子、因子、IHF因子组成因子组成5、质粒的不相容性：质粒的不相容性：具有相同复制起始点和分配区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的两种质粒不能共存于一个宿主菌第61页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第62页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第63页，讲稿共126张，创作于星期日（1）按质粒复制机理分为：）按质粒复制机理分为：严密控制型严密控制型 细胞
32、内质粒拷贝数少细胞内质粒拷贝数少 松弛控制型松弛控制型 细胞内质粒拷贝数多细胞内质粒拷贝数多（2）按质粒性质分为：）按质粒性质分为：F质粒（性质粒）质粒（性质粒）R质粒（抗药质粒质粒（抗药质粒)col质粒（大肠杆菌素因子）质粒（大肠杆菌素因子）（3）按转移的方式）按转移的方式 接合型质粒接合型质粒 可移动型质粒可移动型质粒 自传递质粒自传递质粒（4）宿主谱：窄宿主谱和宽宿主谱）宿主谱：窄宿主谱和宽宿主谱质粒的类型质粒的类型第64页，讲稿共126张，创作于星期日2686bp第65页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第66页，讲稿共126张，创作于星期日一、病毒基因组结
33、构特点病毒基因组结构特点 1 1、结构简单，基因组小、结构简单，基因组小;如如x174 x174、HBV HBV、痘病毒、痘病毒 2 2、核酸结构多样性：由、核酸结构多样性：由DNADNA或或RNARNA组成组成;3 3、有基因重叠现象、有基因重叠现象;4 4、RNARNA病毒基因组可以由数条不相连的病毒基因组可以由数条不相连的RNARNA链组成链组成;5 5、编码区、编码区90%,90%,非编码区少非编码区少;6 6、可以形成多顺反子、可以形成多顺反子mRNA;mRNA;7 7、基因组是单倍体（除逆转录病毒外）、基因组是单倍体（除逆转录病毒外）;8 8、含有不规则结构基因、含有不规则结构基因
34、:基因之间无间隔区基因之间无间隔区,mRNA,mRNA端无帽子结构端无帽子结构,结构基因本身无翻译起始序列结构基因本身无翻译起始序列;9 9、基因有连续的和、基因有连续的和间断的间断的 (有内含子有内含子).第三节第三节 病毒基因组结构与功能病毒基因组结构与功能第67页，讲稿共126张，创作于星期日返回目录返回目录返回主页返回主页第68页，讲稿共126张，创作于星期日DNA分子大小的比较分子大小的比较生 物 Kb 长度（微米）病毒病毒 SV40 5.1 1.7 噬菌体噬菌体 48.6 17 牛痘病毒牛痘病毒 190 65 细菌细菌 大肠杆菌大肠杆菌 4 000 1 360 真核生物真核生物 酵
35、母酵母 13 500 4 600 果蝇果蝇 165 000 56 000 人人 2 900 000 990 000 第69页，讲稿共126张，创作于星期日二、病毒基因组核酸的主要类型病毒基因组核酸的主要类型双链双链RNARNA单链负股单链负股RNARNA 单链正股单链正股RNARNA分类分类DNADNARNARNA 双链双链DNADNA：HBVHBV 单链单链DNADNA：M13M13噬菌体噬菌体正股(+)：序列与mRNA相同的链 负股(-)：序列与mRNA互补的链第70页，讲稿共126张，创作于星期日mRNA(+)链链+DNA DNA RNA+RNA-RNA-RNA DNA-DNA+RNA
36、DNA-DNA+RNA DNA(II)(I)(IV)(V)(VII)病毒核酸的分类第71页，讲稿共126张，创作于星期日下一页下一页返回目录返回目录返回主页返回主页第72页，讲稿共126张，创作于星期日x174基因重叠基因重叠GAAGGAGTGATGTAATGTCTAAAGGTJ J基因基因Met Ser Lys GlyMet Ser Lys GlyE基因基因 Lys Gly 终止密码终止密码 D基因基因 E E基因基因 第73页，讲稿共126张，创作于星期日重叠基因有以下三种情况：重叠基因有以下三种情况：1.一个基因完全在另一个基因里面一个基因完全在另一个基因里面。如基因在基因内。如基因在基
37、因内,同样，同样，基因和是两个不同基因，而包含在基因内。基因和是两个不同基因，而包含在基因内。2.部分重叠部分重叠。如基因和基因及的一部分基因重叠。如基因和基因及的一部分基因重叠。3.两个基因两个基因只有一个碱基重叠只有一个碱基重叠。如基因的终止密码子的最后一个碱基。如基因的终止密码子的最后一个碱基是基因起始密码子的第一个碱基是基因起始密码子的第一个碱基(如如TAATG)。这些重叠基因尽管它们的这些重叠基因尽管它们的DNA大部分相同，但是由于将大部分相同，但是由于将mRNA翻译成翻译成蛋白质时的读框不一样，产生的蛋白质分子往往并不相同。有些重叠蛋白质时的读框不一样，产生的蛋白质分子往往并不相同
38、。有些重叠基因读框相同，只是起始部位不同，如基因读框相同，只是起始部位不同，如SV40DNA基因组基因组中，编码三中，编码三个外壳蛋白个外壳蛋白VP1、VP2、VP3基因之间有基因之间有122个碱基的重叠，但密码个碱基的重叠，但密码子的读框不一样。而小子的读框不一样。而小t抗原完全在大抗原完全在大T抗原基因里面，它们有共同抗原基因里面，它们有共同的起始密码子。的起始密码子。第74页，讲稿共126张，创作于星期日三三、常见病毒的基因组结构与功能常见病毒的基因组结构与功能HBVSV40PoliovirusSARSH1N1HIV第75页，讲稿共126张，创作于星期日基因组结构特点基因组结构特点 1、
39、环状双链、环状双链DNA，约，约3200bp；L(-)和和S(+)的的5端碱基互补，因而形成双链；长链（端碱基互补，因而形成双链；长链（L链）链）的的5端连有一蛋白质，是转录的起点，产物端连有一蛋白质，是转录的起点，产物为为3.5Kb RNA。短链长度不定。短链长度不定。2、有广泛的基因重叠。、有广泛的基因重叠。(一一)乙型肝炎病毒（乙型肝炎病毒（hepatitis B virus)第76页，讲稿共126张，创作于星期日HBV基因图基因图第77页，讲稿共126张，创作于星期日HBV正负链的形成正负链的形成第78页，讲稿共126张，创作于星期日细细胞胞质质细胞核细胞核外壳外壳HB5Ag5,端结合
40、蛋白端结合蛋白反转录酶反转录酶HBV DNA核心颗粒核心颗粒病毒侵入病毒侵入去去 壳壳宿主聚合酶宿主聚合酶532.1Kb RNAAAAA2.4Kb RNAAAAA3.5Kb RNAAAAA蛋白合成形成颗粒蛋白合成形成颗粒 RNA(+)AA途径途径 1病毒包装和释放病毒包装和释放途径途径 2 DNA(-)第79页，讲稿共126张，创作于星期日3、四个开放阅读框（、四个开放阅读框（open reading frame,ORF)S区：区：由由pre-S1，pre-S2和和S基因组成，编码病毒外膜基因组成，编码病毒外膜蛋白。蛋白。C区：区：由由pre-C和和C基因组成。两个基因组成。两个ATG被被pr
41、e-C基因基因隔开，分别翻译出核心抗原和隔开，分别翻译出核心抗原和e抗原。抗原。P区：区：长度为长度为832845个氨基酸。个氨基酸。P区的表达产物是区的表达产物是一个大蛋白质，切割成一个大蛋白质，切割成逆转录酶逆转录酶等。等。X区：区：编码编码X蛋白，蛋白，154个氨基酸个氨基酸，属核蛋白，属核蛋白 核蛋白核蛋白功能：功能：（1）反式作用因子）反式作用因子 作用于作用于HBV启动启动子和增强子以及细胞的某些基因。子和增强子以及细胞的某些基因。（2）参与）参与HBV基因组与肝细胞基因组的整合。基因组与肝细胞基因组的整合。第80页，讲稿共126张，创作于星期日(二)SV40猿猴空泡病毒猿猴空泡病
42、毒40(Simian vacuolating virus 40,SV40)是是迄今为止研究得最为详尽的乳多空病毒迄今为止研究得最为详尽的乳多空病毒(Papova viruses)之一。之一。SV40病毒的基因组是一种环形双链的病毒的基因组是一种环形双链的DNA，其，其大小仅有大小仅有5243bp，很适于很适于基因基因操作。操作。猿猴空泡病毒猿猴空泡病毒40（SV40），是），是60年代初发现分离的猴肾年代初发现分离的猴肾细胞病毒，它是一种细胞病毒，它是一种DNA病毒病毒，其在体外可使，其在体外可使人人及及动物动物多种组织类型正常多种组织类型正常细胞细胞发生恶性转化，在转基因小鼠发生恶性转化，在
43、转基因小鼠体内可诱发多种肿瘤形成，并且人类许多体内可诱发多种肿瘤形成，并且人类许多肿瘤肿瘤的发生的发生也与之有关。近年来，人们对也与之有关。近年来，人们对SV40与人类肿瘤的关系与人类肿瘤的关系进行了大量的研究。进行了大量的研究。第81页，讲稿共126张，创作于星期日保罗.伯格(PaulBerg,1926)第82页，讲稿共126张，创作于星期日是基因工程的开拓者是基因工程的开拓者,与与桑格桑格(F.Sanger)和吉尔伯特和吉尔伯特(W.Gilbert)分分享了享了1980年的诺贝尔化学奖年的诺贝尔化学奖.1983年获美国国家科学奖等奖年获美国国家科学奖等奖;美国艺美国艺术和科学院院士术和科学
44、院院士,法国科学院院士法国科学院院士.1943年考取宾夕法尼亚大学年考取宾夕法尼亚大学,因战争而参加了海军因战争而参加了海军.1948年才获生化硕士学位年才获生化硕士学位,1952年获生化博士学位年获生化博士学位;随后在丹麦的哥随后在丹麦的哥本哈根的赫尔曼本哈根的赫尔曼-卡尔卡卡尔卡(Herman Kalckar)教授实验室做博士后研教授实验室做博士后研究一年究一年.1954年到华盛顿大学跟随阿瑟年到华盛顿大学跟随阿瑟-科恩伯格科恩伯格(Arthur Kornberg)从事癌从事癌症的研究症的研究,1959年升为副教授年升为副教授,然后到然后到斯坦福大学斯坦福大学工作工作,先后任副教授、先后任
45、副教授、教授教授,生化系主任等职生化系主任等职.从从1959 年开始年开始SV40的研究的研究,在在70年代初年代初,将将SV40的的DNA插入噬菌体插入噬菌体的的DNA中中,形成新的重组形成新的重组DNA分子分子.1985年任年任斯坦福大学的贝克曼分子生物学与医学研究中心主任斯坦福大学的贝克曼分子生物学与医学研究中心主任,2000年年改任名誉主任和资深教授改任名誉主任和资深教授.第83页，讲稿共126张，创作于星期日SV40基因组结构基因组结构第84页，讲稿共126张，创作于星期日SV40第85页，讲稿共126张，创作于星期日SV40第86页，讲稿共126张，创作于星期日有趣的是，有些真核病
46、毒的内含子或其中的一部分，对某有趣的是，有些真核病毒的内含子或其中的一部分，对某一个基因来说是内含子，而对另一个基因却是外显子。如一个基因来说是内含子，而对另一个基因却是外显子。如SV40和多瘤病毒（和多瘤病毒（polyomavirus）的早期基因就是）的早期基因就是这样。这样。SV40的早期基因即大的早期基因即大T和小和小t抗原的基因都是从抗原的基因都是从5146开始反时针方向进行，大开始反时针方向进行，大T抗原基因到抗原基因到2676位终位终止，而小止，而小t抗原到抗原到4624位即终止了，但是，从位即终止了，但是，从4900到到4555之间一段之间一段346bp的片段是大的片段是大T抗原
47、基因的内含子，抗原基因的内含子，而该内含子中从而该内含子中从4900-4624之间的之间的DNA序列则是小序列则是小t抗原的编码基因。同样，在多瘤病毒中，大抗原的编码基因。同样，在多瘤病毒中，大T抗原基抗原基因中的内含子则是中因中的内含子则是中T和和t抗原的编码基因抗原的编码基因。第87页，讲稿共126张，创作于星期日根据根据SV40病毒感染作用的不同效应，可将其病毒感染作用的不同效应，可将其寄主细胞寄主细胞分分成三种不同的类型。成三种不同的类型。SV40病毒在感染了病毒在感染了CV-1和和AGMK猿猿猴猴细胞之后，便产生感染性的病毒颗粒，并使寄主细细胞之后，便产生感染性的病毒颗粒，并使寄主细
48、胞裂解。我们称这种感染效应为胞裂解。我们称这种感染效应为裂解感染裂解感染（lytic infection），而猿猴细胞则叫做），而猿猴细胞则叫做受纳细胞受纳细胞（permissive cell）。但如果感染的是）。但如果感染的是啮齿动物啮齿动物（通常是（通常是仓鼠仓鼠和小鼠）的和小鼠）的细胞，就不会产生感染性颗粒，此时病毒基因组整合细胞，就不会产生感染性颗粒，此时病毒基因组整合到寄生细胞的到寄生细胞的染色体染色体上，于是细胞便被转化，也就是说上，于是细胞便被转化，也就是说发生了发生了癌变癌变。我们称这种啮齿动物细胞为。我们称这种啮齿动物细胞为SV40病毒的病毒的非非受纳细胞受纳细胞（non-p
49、ermissive cell）。人体细胞是。人体细胞是SV40的的半受纳细胞半受纳细胞（semi-permissive cell），因为同），因为同SV40病毒病毒接触的人体细胞中，只有接触的人体细胞中，只有1%2%会产生出感染性的会产生出感染性的病毒。病毒。第88页，讲稿共126张，创作于星期日SV40病毒对猿猴细胞的裂解感染可分成三个不同的病毒对猿猴细胞的裂解感染可分成三个不同的时相时相。在感染了寄主细胞之后，有一段长达。在感染了寄主细胞之后，有一段长达812小时小时的的潜伏期潜伏期，在这个期间，病毒颗粒脱去，在这个期间，病毒颗粒脱去蛋白质蛋白质外壳，外壳，同时同时DNA逐渐地转移到寄主逐
50、渐地转移到寄主细胞核细胞核内；紧接着内；紧接着4小时小时为为早期时相早期时相，此时发生早期，此时发生早期mRNA和早期蛋白质的合成，和早期蛋白质的合成，并出现病毒诱导寄主细胞并出现病毒诱导寄主细胞DNA合成的激发作用；在这以合成的激发作用；在这以后的后的36小时称为小时称为晚期时相晚期时相。进行病毒。进行病毒DNA、晚期、晚期mRNA和晚期蛋白质的合成，并在高潮时发生病毒颗和晚期蛋白质的合成，并在高潮时发生病毒颗粒组装。大约在感染的第三天，细胞裂解，平均每个粒组装。大约在感染的第三天，细胞裂解，平均每个细胞可释放出细胞可释放出105个病毒颗粒。个病毒颗粒。第89页，讲稿共126张，创作于星期日