染色质与基因组

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 遗传物质核酸,一、细菌的转化,二、噬菌体的侵染,三、感染性的RNA,四、DNA是遗传物质的旁证,一、细菌的转化,1928年，英国,Griffth,的肺炎双球菌转化实验,一、细菌的转化,1944年Avery等，将加热杀死的S型细菌滤过液分离纯化，提取了多糖、脂类、RNA、蛋白质、DNA等物质。,结果发现起转化作用的为DNA，首次证明了遗传信息是由核酸传递的。,二、噬菌体的侵染,T2,噬菌体由蛋白质和,DNA,组成，蛋白质含有,S,而不含,P，,而,DNA,则反之。,三、感染性的RNA,三、感染性的RNA,Electron micrograph of tobacco mosaic virus.Magnification 37,428.,Reconstitution experiment of,Fraenkel-Conrat,and Singer.The nucleic acid(RNA),not the protein component of the virus,controls inheritance.,四、DNA是遗传物质的旁证,1、细胞核中DNA的含量恒定性,2、细胞核中,DNA,在各个时期质的恒定性,3、配子中,DNA,含量一般是体细胞中,DNA,含量的一半，蛋白质和其他物质则否。,4、紫外线诱变作用与,DNA,的关系,第二节核酸的结构,从遗传现象来看，作为遗传物质应满足的条件：,（1）自我复制的能力,（2）相对的稳定性,（3）多样性,（4）可变性,第二节核酸的结构,一、DNA和RNA的化学组成,二、DNA的结构,三、RNA的结构,一、DNA和RNA的化学组成,核苷酸,碱基,戊核榶,磷酸,T,A,C,G,U,DNA,中,RNA,中,脱氧核糖（,DNA,中）,核糖（,RNA,中）,二、DNA的结构,1、,DNA,的一级结构,2、,DNA,的二级结构,3、,DNA,的高级结构,1、DNA的一级结构,DNA,的一级结构：,是指,DNA,分子中4种核苷酸的连接方式和排列顺序。绝大部分生物的,DNA,分子都由两条单链构成，通常以线性和环状的形式存在。,Chargaff,当量定律：,1943年，英国的,Chargaff,发现虽然不同的,DNA,其碱基组成显著不同，但,A,和,T，G,和,C,的摩尔含量总是相等的，即,A=T、G=C，,因此，嘌呤的总含量和嘧啶的总含量是相等的，即,A+G=C+T。,1、DNA的一级结构,Rosalind E.Franklin,(1920,1958),James D.Watson,(1928),(Cold Spring Harbor Laboratory Research,Library Archives.Margot,Bennet,photographer.),Francis Crick,(19162004),(Reproduced by permission of Herb,Weitman,Washington University,St.Louis,Missouri.),2、DNA的二级结构,2、DNA的二级结构,Double helical structure of DNA.,(,a,)DNA magnified twenty-five million times by scanning tunneling microscopy.(,b,)Component parts.(,c,)Line drawing.,(,a,.John D.Baldeschweiler.),2、DNA的二级结构,DNA,分子是同两条多核苷酸链构成的，两条链围绕着同一轴盘绕，形成一个反向平行的双螺旋结构，两条链由碱基对之间的氢键互补连接在一起。,双螺旋结构使,DNA,分子有相对的,稳定性,，两条链的反向极性和互补性提供了,DNA,分子,自我复制,的条件，无尽的核苷酸排列序列规定了,DNA,的,多样性,。,3、DNA的高级结构,是指DNA双螺旋进一步扭曲盘旋所形成的特定空间结构。,超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，分为负超螺旋和正超螺旋两种。,三、RNA的结构,1、信使RNA（mRNA）,2、核糖体RNA（rRNA）,3、转移RNA（tRNA）,1、信使RNA（mRNA）,是蛋白质结构基因转录的单链,RNA，,作为蛋白质合成的模板，载有各种蛋白质中氨基酸序列的信息，在蛋白质生物合成中起着传递信息的作用。,原核生物和真核生物,mRNA,的结构差别：,在原核生物中，通常是几种不同的,mRNA,连在一起，相互之间由一段短的不编码蛋白质的间隔序列所分开，这种,mRNA,称这为多顺反子,mRNA；,在真核生物中，,mRNA,则为一条,RNA,多聚链。,1、信使RNA（mRNA）,真核生物,mRNA,具有一些共同的结构特征,，如：5,端有一个特殊的帽子结构，即7-甲基鸟苷；3末端具有多聚腺嘌呤尾巴（长约200,nts)。,mRNA,约占细胞内,RNA,总量的5%10%，其寿命通常不很长，易被,RNA,酶降解。,2、核糖体RNA（rRNA）,核糖体是蛋白质合成装配的场所，它由rRNA和蛋白质组成。,rRNA约占细胞中RNA总量的75%80%。,3、转移RNA（tRNA）,是一类小分子量的RNA，每条tRNA含有7090nt。tRNA在翻译过程中起着转运各种氨基酸至核糖体，按照mRNA的密码顺序合成蛋白质的作用。,每个细胞中至少有50种tRNA，约占细胞内RNA总量的10%15%。,A computer model of the serine transfer RNA.Theamino acid binding site is,yellow;,the anticodonis,red.,(.Ken Eward/SPL/Photo Researchers.),Specificity of the genetic codemanifests itselfin the transfer RNA,in which aparticular anticodon isassociated with a particular amino acid.In this case,glutamicacid is attached to its proper transfer RNA,which has theanticodon CUU.,第三节基因的结构特征,一、基因的概念发展,二、基因的一般结构特征,一、基因概念的发展,1909年“基因”,1865年“遗传因子”,1910年“定位于染色体上”,1944年“转化实验”,1952年“,T,2,噬菌体侵染实验”,1926年基因论,基因的化学本质是,DNA,1908年“苯丙酮尿症”,1941年,“一个基因一种酶”,顺反子学说：“一个基因一条多肽链”,1961年“操纵子”学说,1951年“转座子”的概念,1967年“插入序列”,1977年“断裂基因”,1978年内含子与外显子、重叠基因,二、基因的一般结构特征,（一）外显子与内含子,（二）信号肽序列,（三）侧翼序列和调控序列,真核生物基因的一般结构示意图,GC,盒,AGGA,或,CAAT,盒,内含子,加帽位点5,m2GpppNp,5非编码区,起始密码子,信号肽序列,内含子边界5,GT,外显子,终止密码子,加,poly(A),信号,3非编码区,内含子边界3,AG,TATA,盒,（一）外显子与内含子,真核生物结构基因是断裂基因，一般由若干个外显子和内含子组成。,内含子在原始转录产物的加工过程中被切除，不包含在成熟,mRNA,的序列中。,GT-AG,法则：,在每个外显子和内含子的接头区，有一段高度保守的共有序列，即每个内含子的5端起始的2,nts,都是,GT，3,末端的2,nts,都是,AG。,图示,（二）信号肽序列,在分泌蛋白基因的编码序列中，在起始密码子之后，有一段编码富含疏水氨基酸多肽的序列，称为信号肽序列，它所编码的信号肽行使着运输蛋白质的功能。,信号肽序列在完成分泌过程后将被切除，不留在新生的多肽链中。,图示,（三）侧翼序列和调控序列,每个结构因子在第一个和最后一个外显子的外侧，都有一段不被转录和翻译的非编区，称为,侧翼序列,其中从转录起始位点至起始密码子称为,5非翻译区,，,从终止密码子至转录终止子称为,3非翻译区,。,图示,侧翼序列虽不被转录和翻译，但它常常含有影响基因表达的,DNA,序列。对基因的有效表达起着调控作用的特殊序列被统称为,调控序列,.,包括启动子、增强子、沉默子、终止子、核糖体结合位点、加帽和加尾信号等。,（三）侧翼序列和调控序列,1、启动子,2、增强子和沉默子,3、终止子,4、加尾信号,5、核糖体结合位点,图示,1、启动子,是指准确而有效地启始基因转录所需的一段特异的核苷酸序列。,转录起始位点,(+1位),下游区域为正区，上游区域为负区。,启动子,通常位于转录起始位点上游100,bp(-100bp),内，是,RNA,聚合酶识别和结合的位点。,图示,2、增强子和沉默子,增强子也是一种基因调控序列，它可使启动子发动转录的能力大大增强，从而显著地提高基因转录的效率。,增强子的作用与它所处的位置、方向及与基因的距离无关。具有组织特异性和细胞特异性。,沉默子：通过与有关的蛋白质结合，对转录起阻抑作用，根据需要关闭某些基因的转录，可以远距离作用于启动子。其对基因的阻遏作用没有方向的限制。,3、终止子,是一段位于基因3端非翻译区（,UTL）,中与,终止转录过程,有关的序列，由一段,富含,GC,的颠倒重复序列以及寡聚,T,组成，是,RNA,酶停止工作的信号,。,图示,4、加尾信号,真核生物,mRNA,的3,Poly(A),尾巴,不是由基因编码,，是在转录后通过,多聚腺苷酸聚合酶,作用加上的。此过程受3,UTL,中加尾信号的控制。,图示,5、核糖体结合位点,SD,序列（,shine-dalgarno sequence)：,在原核生物基因,翻译起始位点周围,有一组特殊的序列，控制着基因的翻译过程，,SD,是其中主要的一种。,三、真核生物基因组的特点,（一）基因组和C值,（二）单一序列,（三）重复序列,（四）基因家族和假基因,（一）基因组和C值,1,、基因组,狭义：单倍体细胞中的全套染色体（人：,22,条常染色体,+X,，,Y+,线粒体,DNA,）,广义：一物种的全部遗传物质及其携带的遗传信息。,详细内容参见第八章 基因组学,2、C值与C值矛盾,C,值（,C value,）：,每一种生物中的单倍体基因组的,DNA,总量,是特异的，称这为,C,值。,一般来说，,C,值与生物结构、功能复杂程度相关，即表现在基因数目和基因产物的种类上。,不同生物基因组的C值,注：基因组的长度由公式,10bp=3.4nm,计算出,基因组,DNA,含量与物种形态复杂性并不对应,C,值矛盾,C,值的大小与物种的结构组成和功能的复杂性没有严格的对应关系，这种现象称为,C,值矛盾。,两栖类动物，例如两栖鲵的,C,值是,84,，其,c,值竟然比包括人类,(3.2),在内的哺乳类的,c,值还高近,30,倍。,牛与人的,DNA,含量相等。,而豌豆与蚕豆均属豆科，又都有,12,条染色体，可是,DNA,含量却相差,7,倍,n值矛盾,一些主要模式生物基因的数目,（二）单一序列,Unique Sequence,又称非重复序列,（,nonrepetitive sequence,）,是指在基因组中只有一个或几个拷贝的,DNA,序列。,原核生物除了短片段的反向重复序列以及,16S,、,23S,、,5SrRNA,和,tRNA,基因外，皆为单一序列。,真核生物单一序列所占的比例为,40%70%,（三）重复序列,Repetive sequence,重复序列的长短,：短的仅有几个甚至两个核苷酸，长的有几百至上千个核昔酸：,重复程度,：多的可在基因织中出现几十万到几百万次，称为高度重复序列，另外一些序列重复几十到几