真核生物基因结构市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第二节、真核生物基因结构及功效第二节、真核生物基因结构及功效 一、基因概念一、基因概念 基因概念伴随分子遗传学、分子生物学、基因概念伴随分子遗传学、分子生物学、生物化学领域进展而不停完善。生物化学领域进展而不停完善。l从遗传学角度看：从遗传学角度看：基因是生物遗传物质，是遗传基本单基因是生物遗传物质，是遗传基本单位位-突变单位、重组单位和功效单位。突变单位、重组单位和功效单位。l从分子生物学角度看：从分子生物学角度看：基因是负载着特定遗传信息基因是负载着特定遗传信息DNA分子片段，分子片段，在一定条件下能够表示这种遗传信息，执行特在一定条件下能够表示这种遗传信息，执行特定生理功效。定生理功效。1第1页一）基因普通特征l从分子水平看，基因有以下基本特征：从分子水平看，基因有以下基本特征：1、Gene自我复制自我复制-半保留复制半保留复制 2、基因决定性状：、基因决定性状：Protein GenemRNA enzyme 淘汰淘汰 3、Gene突变突变 生物进化生物进化 保留保留 遗传病遗传病2第2页二）Gene类别l依其功效分为：依其功效分为：1、结构、结构Gene-编码蛋白和酶分子结构；编码蛋白和酶分子结构；2、调控、调控Gene-调整结构基因表示；调整结构基因表示；3、转录而不翻译、转录而不翻译Gene：rDNA GenerRNA核仁形成区，核仁形成区，核糖体组成。核糖体组成。tRNA GenetRNA转运氨基酸。转运氨基酸。3第3页三）原核与真核生物基因比较l原核生物原核生物Gene：无核膜，散在细胞质。：无核膜，散在细胞质。普通只有一个染色体，即一个普通只有一个染色体，即一个DNA或或RNA分子，分子，Gene 是连续。是连续。大多数是双链环状，少数为单链、线状；大多数是双链环状，少数为单链、线状；如：大肠杆菌，双链环状如：大肠杆菌，双链环状DNA分子，分子，30004000个个 基因，基因，4.2x106 bp,已经定位已经定位900多个基因多个基因l真核生物真核生物Gene：有核膜，在核中和：有核膜，在核中和C质线粒体中。质线粒体中。Gene结构复杂，断裂基因，结构复杂，断裂基因，34万个万个Gene；Gene大小差异很大。大小差异很大。珠蛋白珠蛋白 基因（基因（1700bp）=3个外显子个外显子+2个内含子。个内含子。DMD基因（基因（2300kb）79个外显子个外显子 ，78个个内含子。内含子。（迄今认识最大基因）（迄今认识最大基因）4第4页二、真核生物基因结构二、真核生物基因结构l 真核生物结构基因真核生物结构基因DNA序列由编码序列和非编码序序列由编码序列和非编码序列两部分组成，编码序列是不连续，被非编码序列分割列两部分组成，编码序列是不连续，被非编码序列分割开来，称为断裂基因（开来，称为断裂基因（split gene）。）。1、外显子和内含子、外显子和内含子2、侧翼序列与调控序列、侧翼序列与调控序列 2.1 开启子开启子 2.2 增强子增强子 2.3 终止子终止子 5第5页1 1、外显子和内含子、外显子和内含子l在结构基因中，编码序列称为在结构基因中，编码序列称为外显子外显子(exon)，表示多肽，表示多肽链部分。非编码序列称为链部分。非编码序列称为内含子内含子(Intron)，又称插入序，又称插入序列。列。l珠蛋白珠蛋白 基因（基因（1700bp）=3个外显子个外显子+2个内含子。个内含子。lDMD基因（基因（2300kb）=79个外显子个外显子+78 个内含子。个内含子。（迄今认识最大基因）（迄今认识最大基因）6第6页外显子和内含子外显子和内含子l真核生物内含子和外显子真核生物内含子和外显子 不是完全固定不变，不是完全固定不变，有时同一有时同一DNA 链上某一段链上某一段DNA序列，当它作序列，当它作为编码某一多肽链基因时是外显子，而作为编为编码某一多肽链基因时是外显子，而作为编码另一多肽链时，则是内含子。这么，同一基码另一多肽链时，则是内含子。这么，同一基因却能够转录两种或两种以上因却能够转录两种或两种以上mRNA。l真核生物一些结构真核生物一些结构Gene没有内含子，如组蛋没有内含子，如组蛋白白Gene，干扰素，干扰素Gene等。它们多以基因簇形等。它们多以基因簇形式存在，大多数酵母结构式存在，大多数酵母结构Gene也没有内含子。也没有内含子。7第7页 5GTAG3 5GTAG3法则法则 在每个外显子和内含子接头区都是一段高在每个外显子和内含子接头区都是一段高度保守共有序列，内含子度保守共有序列，内含子5端是端是GT，3端是端是AG，这种接头方式称为，这种接头方式称为GT-AG法则法则，普遍存在于，普遍存在于真核生物中，是真核生物中，是RNA剪接识别信号，转录后前剪接识别信号，转录后前体体RAN中内含子剪接位点。中内含子剪接位点。8第8页2 2、侧翼序列与调控序列、侧翼序列与调控序列 每个结构基因第一个和最终一个外显子每个结构基因第一个和最终一个外显子外侧，都有一段不被转录非编码区，称为侧外侧，都有一段不被转录非编码区，称为侧翼序列（翼序列（Flanking sequence）。）。它是基因调控序列，对基因有效表示起调它是基因调控序列，对基因有效表示起调控作用，包含：开启子、增强子、终止子等。控作用，包含：开启子、增强子、终止子等。9第9页2.1 2.1 开启子开启子 开启子（开启子（Promoter）是一段特定核苷酸序列，位于是一段特定核苷酸序列，位于Gene转转录起始点上游录起始点上游100bp 范围内，是范围内，是RNA聚合酶结合部位，能促进聚合酶结合部位，能促进转录过程。转录过程。Promoter决定决定DNA中转录链。中转录链。lTATA框（框（TATA Box）是一段高度保守序列，）是一段高度保守序列，7个个bp，TATAA/TAA/T，位于转录起始点上游，位于转录起始点上游2530 bp（-3050）。）。TATA框与转录因子框与转录因子TFII结合，再与结合，再与RNA 聚合酶聚合酶II形成复合物，从而形成复合物，从而准确地识别转录起始位置，对转录水平有定量效应准确地识别转录起始位置，对转录水平有定量效应。10第10页lCAAT框（框（CAAT Box）:是一段保守序列，是一段保守序列，9bp,GGGC/TCAATAC,位于转录起始点上游位于转录起始点上游-70-80bp,转录因子转录因子CTF识别位点并与之结合，识别位点并与之结合，激活转录。激活转录。lGC框（框（GC Box）:次序为次序为GGCGGG,有两个有两个拷贝，位于拷贝，位于CAAT Box两侧，与转录因子两侧，与转录因子SP1结合。（结合。（SP1有锌指区能够与有锌指区能够与DNA结合，在结合，在N端有激活转录作用）端有激活转录作用）GC框有激活转录功效。框有激活转录功效。11第11页2.2 2.2 增强子增强子 增强子（增强子（Enhancer）包含开启子上游或下游一段包含开启子上游或下游一段DNA序列，能够增强开启子发动转录，提升转录效率。序列，能够增强开启子发动转录，提升转录效率。特点：特点：l在任意位置都有效在任意位置都有效l无方向性无方向性l有组织特异性有组织特异性 比如：比如：Beta珠蛋白珠蛋白Gene增强子是由串联重复两个增强子是由串联重复两个72bp长相同序列组成，位于转录起点上游长相同序列组成，位于转录起点上游-1400bp或下或下游游3300bp处，均可增强转录效率（活性）处，均可增强转录效率（活性）200倍。增强倍。增强子在转录起始点上下游一定范围内增强转录效率。作用子在转录起始点上下游一定范围内增强转录效率。作用能够是能够是53，也能够是，也能够是35方向。方向。12第12页2.3 2.3 终止子终止子l终止子（终止子（Terminator）由一段由一段回文序列以及特定序列回文序列以及特定序列（PolyA）5-AATAAA-3组成。组成。l回文序列为转录终止号。回文序列为转录终止号。PolyA为附加信号。终止子为反向重复为附加信号。终止子为反向重复序列，是序列，是RNA聚合酶停顿工作聚合酶停顿工作信号，反向重复序列转录后，能信号，反向重复序列转录后，能够形成发夹式结构，而且形成一够形成发夹式结构，而且形成一串串U。发夹式结构妨碍了。发夹式结构妨碍了RNA聚聚合酶移动。一串合酶移动。一串UU与与DNA模板模板中中A结合不稳定，从模板上脱落结合不稳定，从模板上脱落下来，终止转录。下来，终止转录。13第13页2.4 2.4 调控序列调控序列l调控序列（调控序列（Regulator Sequence）包含包含开启子，增强子和终止子均属于基因顺开启子，增强子和终止子均属于基因顺式调控因子（顺式作用元件），是人类式调控因子（顺式作用元件），是人类Gene组中一些特殊序列，起调控基因表组中一些特殊序列，起调控基因表示作用。示作用。l反式作用元件：反式作用元件：TFII、CTF、SP1。14第14页