【正文】 分子生物學(xué)精品課程 第一節(jié) 原核基因組 細(xì)菌對分子生物學(xué)有重要貢獻(xiàn)，是基因工程研究的主要材料之一。 * 1個配對（精子或卵子）， 1個單倍體細(xì)胞或 1個病毒所包含的全套基因，稱為基因組 。 基因組的功能是貯存和表達(dá)遺傳信息。 等位基因 二倍體細(xì)胞有 2套基因，一套來自父本，另一套來自母本，每個細(xì)胞的全部基因均由 2套基因組成，每一對基因稱做等位基因。 從遺傳學(xué)上來說 代表 1個遺傳單位 、 1個功能單位、 1個交換單位或 1個突變單位。石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 基因組學(xué) （ genomics ） 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 概念 基因（ gene） 是核酸的中貯存遺傳信息的遺傳單位，是貯存有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或 RNA序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部核苷酸序列。 從生化學(xué)上來說 指的是一段 DNA或 RNA（病毒）順序，該順序可以產(chǎn)生或影響某種表型，可以由于突變生成等位基因變異體。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 表型和基因型 某一機(jī)體可以觀察到的特征稱為表型（ phenotype）， 與表型相應(yīng)的基因組成稱為基因型（ genotype）。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 基因的基本結(jié)構(gòu) 5’、 AGCCGACTATGTCGAAGCTT、 GCTTGACTATAAGACA、 3’ 3‘、 TCGGCTGATACAGCTTCTAA、 CGAACTGATATTCTGT、 5‘ 轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū) 貯存 RNA或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息區(qū) 轉(zhuǎn)錄終止區(qū) 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 基因組（ genome） 細(xì)胞或生物中，一套完整單倍體遺傳特質(zhì)的總和（包括一種生物所需的全套基因及間隔序列）稱為基因組。 人類基因組包含常染色體和 XY兩條性染色體上的全部遺傳物質(zhì)（核基因組）以及線粒體上的遺傳物質(zhì)（線粒體基因組） 。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 第一節(jié) 原核基因組 Prokaryotic genome 以細(xì)菌為代表講述，有稱 bacteria genome。 因?yàn)椋? ，取材便利，易于培養(yǎng) 。 ,是分子克隆 “ 明星 “ ,基因工程主要的工程菌，因?yàn)榛蚬こ痰闹饕ぷ魇强寺』蛟谠讼到y(tǒng)中表達(dá)。 只有 1個復(fù)制起點(diǎn) 。 操縱子（ operon） 是指數(shù)個功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，構(gòu)成信息區(qū)，連同其上游的調(diào)控區(qū)（包括啟動和操縱區(qū)）及其下游的轉(zhuǎn)錄終止信號構(gòu)成的基因表達(dá)單位。galactosidase半乳糖苷酶 z 223。galactoside transacetylase 半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶 a 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn) ， 基因組中任何一段 DNA不會用于編碼 2種蛋白質(zhì)。 50kb 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 50%。 編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝，但編碼 rRNA的基因往往是多拷貝的 。 DNA序列，包括插入序列和轉(zhuǎn)座子。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 t a y z o p structural gene 原核生物基因的調(diào)控序列 promoter 啟動子 promoter terminator 終止子 terminator operator 操縱元件 operator 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 G A C C G C C G C U G G C G G C A U U U UOH 3’ 5’ U U C G G 5’… GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU…3’ RNA 5’… GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT… 3’ DNA 終止子： 強(qiáng)終止子：有反向重復(fù)順序，可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，其后面為poly(T)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄終止無需 ρ因子。 DNA分子，大小在 1— 200kb之間。 從遺傳學(xué)來說， 質(zhì)粒是與宿主染色體有別的復(fù)制子（真核細(xì)胞分裂過程中， DNA分成許多復(fù)制單位，該單位稱為復(fù)制子）。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 （ 1）質(zhì)粒對宿主的生存不是必需的。 （ 3）質(zhì)粒經(jīng)常為宿主執(zhí)行一些適當(dāng)?shù)倪z傳功能。 如抗生素抗性基因： Ampr 酶，水解 β 內(nèi)酰胺環(huán) ,解除氨關(guān)毒性 ,使細(xì)菌抗氨。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 1）理論意義 質(zhì)粒能夠復(fù)制、傳遞和表達(dá)遺傳信息，從分子遺傳學(xué)觀點(diǎn)來看是一種有機(jī)體，是比病毒更原始的生命形式。 ①質(zhì)粒是可以改造的，可以剪切、剪接的， 基因工程的重要任務(wù)之一就是嚴(yán)格改造質(zhì)粒的同時，控制質(zhì)粒不傳遞，若一個致癌質(zhì)粒可以傳遞就會傳到處都是。 質(zhì)粒符合上述 3個條件。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 （二）質(zhì)粒的分類 ，分為 2類 ： 1）嚴(yán)謹(jǐn)控制型（ stringent contrd type） 2）松弛控制型（ relaxed control type） (1)拷貝數(shù)少，一般 10個，分子量大； (1)拷貝數(shù)多， 10200個，分子量?。? (2)復(fù)制受限，受細(xì)菌宿主 DNA復(fù)制系 (2)復(fù)制不受細(xì)菌 DNA復(fù)制系統(tǒng)限制， 統(tǒng)的控制； 僅需 DDDPI，其拷貝數(shù)可至 1000 3000之多，該性質(zhì)對基因工程十分有利。 *拷貝數(shù)（ copy number)— 細(xì)胞所含的按每 — 基因組計算的某種質(zhì)粒或基因的數(shù)目。（如 F質(zhì)粒）。 基因工程一般用小型質(zhì)粒。 3)自傳遞質(zhì)粒 （ selftran missible plasmid） 兼具 1） 2）兩種功能，因而可以自傳遞 ，如 F質(zhì)粒。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 （三）質(zhì)粒的功能 質(zhì)粒的功能主要通過質(zhì)粒本身攜帶的基因編碼蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來。 即雄性細(xì)菌 F質(zhì)粒，它本身轉(zhuǎn)到 F宿主細(xì)胞時，使后者變成 F+，改變宿主細(xì)菌性別。 如 col質(zhì)粒能產(chǎn)生大腸桿菌素因子（ colicin），殺死不合該毒素的親緣細(xì)菌。 。 利用相同復(fù)制系統(tǒng)的質(zhì)粒不能共存于同一個細(xì)胞內(nèi) 。 基因工程中常用的質(zhì)粒載體缺乏轉(zhuǎn)移所需的基因，但可采用人工方法轉(zhuǎn)化到細(xì)菌細(xì)胞中。在細(xì)菌中指在質(zhì)粒和染色體之間或在質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動的 DNA片段（也稱 跳躍基因 ， jumping gene）。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 移動基因最早由美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室（ cold spring Harbor Laboratory）的女科學(xué)家 40年代晚期在玉米中首次發(fā)現(xiàn)的。 1983年榮獲諾貝爾生物學(xué)醫(yī)學(xué)獎。 (2)感染細(xì)菌后，可以整合到細(xì)菌染色體中，插入位點(diǎn)是隨機(jī)的，可以插到結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部，引起突變， Mu即Mutator(突變子 )因此得名。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 *噬菌體（ phage） — 是侵襲細(xì)菌的病毒，主要由蛋白質(zhì)和核酸組成。 溶原性噬菌體（溫和噬菌體） → 宿主菌 → 將自身 DNA整合到細(xì)菌染色體中 → 和細(xì)菌染色體一起復(fù)制 → 隨細(xì)菌增殖傳到細(xì)菌子代中去，不產(chǎn)生子代 Phage. 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 轉(zhuǎn)位的遺傳效應(yīng) 可能產(chǎn)生 1個新的蛋白分子等，基因重排是進(jìn)化的動力。 如引進(jìn)抗藥基因。 DNA入侵。 。 DNA分子構(gòu)象，利于基因表達(dá)調(diào)控。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 第二節(jié) 真核生物基因組 DNA mRNA前體 RNA剪接 成熟 mRNA 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 人類基因組染色體 核小體 第二節(jié) 真核生物基因組 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 第二節(jié) 真核生物基因組 一 .真核生物基因組的結(jié)構(gòu) (一 )真核基因的基本結(jié)構(gòu) 、內(nèi)含和外顯子、斷裂基因。 （ 2） 內(nèi)含子和外顯子 真核生物的結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的，編碼序列被非編碼序列打斷，在編碼序列之間的序列稱為內(nèi)含子（ intron），編碼序列稱為外顯子（ extron）。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 雞卵清蛋白基因 DNA與其 mRNA雜交圖 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 剪接 : 前體 RNA中由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄下來的序列去除，并把由外顯子轉(zhuǎn)錄的 RNA序列連接起來的過程。 能與順式作用元件結(jié)合調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄活性的蛋白質(zhì)因子稱為 反式作用因子 （ trans— acting factors）。 ②功能特點(diǎn)： 啟動子位于結(jié)構(gòu)基因上游啟動子有方向性 決定轉(zhuǎn)錄方向及那一條 DNA鏈作模板轉(zhuǎn)錄 （ 以信息鏈的互補(bǔ)鏈作模板轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄的 mRNA與信息鏈一致）。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 （ 2）上游啟動子元件（ upstream promoter elements） ① UPS是 TATA盒上游的一些特定的 DNA序列。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 （ 3）反應(yīng)元件（ response elements） 一些信息分子的受體被細(xì)胞外信息分子激活后，能與特異的 DNA序列結(jié)合，調(diào)控基因的表達(dá)。 反應(yīng)元件都具有較短的保守序列。 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 （ 4）增強(qiáng)子（ enhancer）和沉默子（ silencer） 增強(qiáng)子是一段 DNA序列，其中含有多個能被反式作用因子識別與結(jié)合的順式作用元件。增強(qiáng)子一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游 100～ 300bp處，但在基因之外或某些內(nèi)含子中也有增強(qiáng)子序列。 沉默子 負(fù)調(diào)控序列、負(fù)增強(qiáng)子； 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 （ 5）加尾信號 在結(jié)構(gòu)基因的最后一個外顯子中有一個保守的AATAAA序列，此位點(diǎn)下游有一段 GT豐富區(qū)或 T豐富區(qū)，這兩部分序列共同構(gòu)成 poly(A)加尾信號。與 RNApol結(jié)合的延長因子可以識別這種結(jié)構(gòu)并與之結(jié)合，然后在 AAuAAA下游 1030個堿基的部位切斷RNA,并加上 poly(A)尾 . 石河子大學(xué)研究生生物化學(xué)與分子生物學(xué)精品課程 (二 )基因家族 (gene family) 基因家族 是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物具有一定程度同源性的一組基因 .