2分子生物学课件.ppt

第二章遗传的物质基础 —染色体与DNA 一、基因（组）与遗传 二、遗传物质染色体与DNA的区别与联系 三、DNA的组成与结构 四、原核与真核染色体DNA比较 基因（gene） 一、基因（组）与遗传： 基因的分子生物学概念 基因的遗传学概念 从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段 泛基因（或者称前基因）阶段 孟德尔的遗传因子阶段 摩尔根的基因阶段 顺反子阶段 操纵子阶段 现代基因阶段 现代基因阶段 ——重新认识基因的阶段 基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位 对于编码蛋白质的结构基因来说，基因是决定一条多肽链的DNA片段 根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类 第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节基因 第二类是只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因 第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因 基因组（genome） 基因组： 细胞内遗传信息的携带者DNA的总体 基因组中不同的区域具有不同的功能： ? 有些区域编码蛋白质的结构基因 ? 有些区域复制及转录的调控信号 ? 有些区域的功能尚不清楚 基因组的结构 不同的功能区域（DNA fragment）在整个DNA分子中的分布情况 基因组结构 基因组结构 2.1.1 染色体的特点 2.1.2 真核生物(eukaryote) 染色体的组成 2.1.2.1 蛋白质----组蛋白和非组蛋白 1）组蛋白的一般特性 肽链氨基酸分布的不对称性 碱性氨基酸分布在N端的半条链上，如N端的静电荷为16+，C 端仅3+；碱性半条链与DNA负电荷区结合，另半条链与其他蛋白结合。 组蛋白的可修饰性 在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化和ADP核糖基化等。H3、H4修饰作用较普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。 H5组蛋白的特殊性 富含赖氨酸（24%），与H1无明显亲缘关系。 染色体中的核酸组成 ⑴不重复序列 在单倍体基因组里，这些序列一般只有一个或几个拷贝，它占DNA总量的40%－80%。不重复序列长约750－2000dp，相当于一个结构基因的长度。单拷贝基因通过基因扩增仍可合成大量的蛋白质，如一个蚕丝心蛋白基因可作为模板合成104个丝心蛋白mRNA，每个mRNA可存活4d，共合成105个丝心蛋白，这样，在几天之内，一个单拷贝丝心蛋白基因就可以合成109个丝心蛋白分子 。 ⑵中度重复序列 这类重复序列的重复次数在10－10000之间，占总DNA的10%－40%。各种rRNA、tRNA 及组蛋白基因等都属这一类。 非洲爪蟾的18S、5.8S及28SrRNA基因是连在一起的，中间隔着不转录的间隔区，这些单位在DNA链上串联重复约5000次。在卵细胞形成过程中这些基因可进行几千次不同比例的复制，产生2×106个拷贝，使rDNA占卵细胞DNA的75%，从而使该细胞能积累1012个核糖体。 ⑶高度重复序列——卫星DNA 这类DNA只在真核生物中发现，占基因组的10%—60%，由6—100个碱基组成，在DNA链上串联重复几百万次。由于碱基的组成不同，在CsCl密度梯度离心中易与其他DNA分开，形成含量较大的主峰及高度重复序列小峰，后者又称卫星区带（峰）。 高等真核生物DNA无论从结构还是功能看都极为复杂，以小鼠为例： ?1.小鼠总DNA的10％是小于10bp的高度重复序列，重复数十万到上百万次/genome。 ?2.总DNA的20％是重复数千次、长约数百bp的中等重复序列。 ?3.总DNA的70％是不重复或低重复序列,绝大部分功能基因都位于这类序列中。 DNA不仅具有严格的化学组成，还具有特殊的高级结构，它主要以有规则的双螺旋形式存在，其基本特点是： 1、DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的。 2、DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 四、原核与真核染色体DNA比较 原核生物中一般只有一条染色体且大都带有单拷贝基因，只有很少数基因〔如rRNA基因〕是以多拷贝形式存在； 整个染色体DNA几乎全部由功能基因与调控序列所组成； 几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。 真核细胞（Eukaryotic cells） 果蝇带有25倍于E. Coli 的DNA,人类带有600倍于E. Coli 的DNA. Eukaryotic DNA 中基因密度明显低于原核和病毒。如人DNA中平均每毫米只带有50个基因,而E. Coli中基因密度每毫米DNA带有2400个基因！一个人