基因与基因组的结构与功能.pptVIP

第三章 基因与基因组的结构  和功能 基因的发展简史 基因的发展简史 基因的发展简史 基因的发展简史 基因的发展简史 基因的发展简史 基因的发展简史 基因的发展简史 基因的发展简史 真核生物与原核生物基因组的比较： 1）真核生物基因分布在多个染色体上，而原核生物只一个染色体。 2）真核生物在基因组转录后的绝大部分前体RNA必须经过剪接过程才能形成成熟的mRNA，而原核生物的基因几乎不需要转录后加工。 3）真核生物细胞中DNA与组蛋白和大量非组蛋白结合，并有核膜将其与细胞质隔离，结果真核细胞的转录和翻译在时间上和空间上都是分离的，而原核细胞的基因转录和翻译是同步的。 4）真核生物的基因是不连续的，中间存在不被翻译的内含子序列，而原核生物几乎每一个基因都是完整的连续的DNA片段。 包装比(packing ratio): 用以描述DNA的浓缩程度，即DNA的原始长度除以包装后的长度。 如人类最小的染色体（Y）：DNA拉直约为1.4 cm ，在有丝分裂最致密状态下，这条染色体长度约为2μm，因此包装比可以大到7000。 （一）病毒基因组的包装 病毒在解决基因组包装时的两种方案 (1)蛋白质外壳沿着核酸组装，在组装过程中利用蛋白质和核酸之间的相互作用来浓缩DNA或RNA (2)用各种组分构建成一个中空的壳体，然后装入核酸，此时核酸被浓缩 核酸物质高度浓缩 丝状RNA病毒在组装头部时浓缩其RNA基因组 球状DNA病毒将其DNA插入预先组装好的蛋白质外壳中 拟核可从极性沉降的复合物中直接分离出来，DNA约 80 %； 拟核能被作用于RNA或蛋白质的试剂解聚。 因此，蛋白质能够稳定拟核结构的证据很明显，但专门负责浓缩DNA的蛋白质还未发现；RNA的作用难以分析。 （三）真核生物基因组的包装 DNA 核小体 染色质 染色体 1 核小体的概念 核小体(nucleosome)：染色质的基本结构亚基，由约200 bp的DNA和约等量的组蛋白所组成。 2 核小体的结构组成 每个核小体含有约200bp的DNA，核心组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2份拷贝，1份拷贝的H1组蛋白位于核小体外侧。 微球菌核酸酶(micrococcal nuclease)处理染色体可得到单个核小体。 微球菌核酸酶将核小体修整成核心颗粒 核小体含有200 bp DNA和组蛋白 每个核小体有2圈DNA DNA圈之间相互靠近 核小体上DNA长度与 “典型” 的200 bp有些出入。 对于某种特定类型的细胞来说，其染色质都有一个特征性的平均值(±5bp)，最常见的平均值为180 – 200 bp。 但在一些极端情况下，可以低至154bp（在一种真菌中）或高至260bp（在一种海胆的精子中）。在成体器官的不同组织之间、单个细胞基因组的不同部分之间，其平均值都可能不同。 4 真核生物染色体DNA组装不同层次的结构 从DNA到染色体 第三节 基因组的包装 烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus, TMV) λ噬菌体 (phage lambda) 有关病毒包装的几个知识点 （二）细菌基因组的包装 Bacterial DNA is a compact nucleoid 细菌遗传物质表现为相当致密的小块（拟核：nucleoid)，或一串小块占细胞体的1/3，但没出现真核生物细胞染色体形态特征。 Bacterial DNA is tightly coiled thread 大肠杆菌 （E.coli）的拟核在菌体破碎后以环状纤维的形式被释放出来。但没有伸展为游离双链体。 细菌基因组共同结构特征： 拟核有约100个这样独立的负超螺旋结构域。 每个结构域是一个DNA环（40 kb)，其两端以某种（未知的）方法固定住，使旋转不会从一个结构域波及另一个结构域。 关于拟核 当分裂间期的细胞核悬浮于低离子强度的溶液中时，它们膨胀破裂，释放出染色质纤维（电镜图） 染色质是一串核小体 用微球菌核酸酶处理染色质可以释放出单个核小体 The DNA ladder corresbonds to multimers Extracted DNA and electrophorese 用蔗糖密度梯度离心分级核小体时，产生一系列分级峰值，分别与单体、二聚体、三聚体、四聚体等对应。 提取DNA电泳时也存在这样的对应关系 Monomers Dimers Trimers Tetramers Top Bottom 核小体由等量的DNA和组蛋白（包括H1）组成 核小体可能呈圆柱状，两圈DNA缠绕在它的表面 3 核小体上DNA长度的谨慎理解 （四）非编码区主要是调控序列： 复制起始区（OriC） 复制