第二章 基因与基因组结构.ppt
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第二章基因与基因组结构本章内容第一节基因的概念第二节原核生物基因组第三节真核生物基因组第四节人类基因组计划简介第一节基因的概念1909年,丹麦植物学家和遗传学家约翰逊(W.Johansen)首次提出“基因”这一名词(给予生命之意),用以表达孟德尔的遗传物质的分子。从此,“基因”一词一直伴随着遗传学发展至今。2.基因位于染色体上摩尔根(ThomasHuntMorgan)染色体-基因学说美国实验胚胎学家摩尔根和他的学生CalvinBridges以果蝇为材料证明了基因位于染色体上。他于1926年发表了《基因论》,建立了基因学说,为细胞遗传学的建立奠定了重要的基础。同时摩尔根还预见了基因是一个化学实体。3.从“一个基因一个酶”到“一个基因一条多肽”1941年,比德尔(G.W.Beadle)和塔特姆(E.L.Tatum)提出一个基因一个酶学说,证明基因通过它所控制的酶决定着代谢中生化反应步骤,进而决定生物性状。1953年,美国人沃森和英国人克里克提出DNA分子的双螺旋模型。5.转录基因、操纵基因原核基因的结构真核基因的结构色氨酸操纵子基因组(genome)定义1.一种生物体具有的所有遗传信息的总和。定义2.单倍体细胞核、细胞器或病毒粒子所含的全部DNA或RNA。基因组(一般的定义)是单倍体细胞中的全套染色体为一个基因组。基因编码序列只占整个基因组序列的很小一部分,因此,基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列和非编码序列在内的全部DNA。1.原核生物的染色体DNA分子量较小以E.coli为例,约为2.4×109道尔顿,长度为42000Kb左右(1300µm),形态为闭合环状,约编码2000个基因。一些真核生物和原核生物的染色体DNA生物分子量(Da)碱基对数长度(mm)蛙—2.3×10106700人—3×109870果蝇—8×10724脉孢菌2.8×10104.5×107—大肠杆菌2.5×1093×1061.0噬菌体T21.3×1083×1050.056λ噬菌体3.2×1075×1040.016多瘤病毒3×106——2.类核(nucleoid)的结构原核生物的DNA位于细胞的中央,称为类核。E.coli的类核由支架(scafford)和向四周伸出的100个DNA环组成,支架是含RNA和蛋白质的复合结构,四周的每个环就是一个独立的功能区,长40Kb,13µm。每个功能区的末端保持超螺旋状态,一个区的超螺旋不影响另一个区的超螺旋,功能区的相对独立性使同在一个环状染色体上的基因可以独立表达和调控。3.重叠基因(overlappinggene)1977年Sanger首先发现重叠基因。对单链环状的噬菌体X174进行了测序。5386Nt,11基因,3个转录单位,由3个启动子(pA,pB,pD)启动。X174含有的5386核苷酸最多能编码1795个氨基酸,若每个氨基酸的平均分子量为110,则总的蛋白质分子量为197,000Da,(理论)但实际蛋白质总分子量却为262,000Da。将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行比较,发现了重叠基因。重叠基因重叠基因OverlappingGenes普遍存在于线粒体、叶绿体、真核生物的细胞核和原核生物基因组中。重叠基因分为3类1)几个重叠基因分别位于双链DNA的2条单链上;2)2个重叠基因位于同一DNA单链上(同一单链);3)重叠区域含有3个或更多的基因(同一单链)。4.质粒(plasmid)质粒的一般特性5质粒的存在使宿主具有一些额外的特性51)抗性质粒(R因子,R质粒)主要包括抗药性(氯霉素、链霉素、氨苄青霉素和卡那霉素等)和抗重金属(碲、砷、汞、镍、钴、银、镉等)2大类。2)致育因子(F因子,F质粒)F质粒在大肠杆菌的有性生殖现象(接合作用,conjugation)中起主要作用。3)Col质粒有编码大肠杆菌素(colicins)基因,杀死近缘且不含Col质粒的菌株。4)降解质粒(degradativeplasmids)这类质粒上携带有能降解某些基质的酶的基因,含有这类质粒的细菌,特别是假单胞菌,能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式。对一些有毒化合物,如芳香簇化合物(苯)、农药(2,4-dichlorophenoxyaceticacid)、辛烷和樟脑等的降解,在环境保护方面具有重要的意义。5)侵入性质粒(virulenceplasmids)如Ti质粒,在根癌农杆菌中发现的。1.基因组小;2.单个染色体,一般呈环状,没有组蛋白;3.基因是连续的,不含内含子;4.基因通常是单拷贝,很