医学分子生物学_第二章 基因
医学分子生物学习题集

医学分子生物学习题集第二章基因与基因组一、名词解释4.基因(gene)5.断裂基因(split gene)6.结构基因(structural gene)7.非结构基因(non-structural gene)8.内含子(intron)9.外显子(exon)10.基因间 DNA (intergenic DNA)11.GT-AG 法则(GT-AG law)12.启动子(promoter)13.上游启动子元件(upstream promoter element)14.反应元件(response element)15.poly(A)加尾信号(poly(A) signal)16.基因组(genome)17.操纵子(operon)18.单顺反子(monocistron)19.多顺反子(polycistron)20.转座因子(transposable element)21.转座子(transposon)22.基因家族(gene family)23.基因超家族(gene superfamily)24.假基因(pseudogene)25.自私 DNA (selfish DNA)26.反向重复(inverted repeat)27.串联重复(tandem repeat)28.卫星 DNA (satellite DNA)8.大卫星 DNA (macro-satellite DNA)9.小卫星 DNA (mini-satellite DNA)10.微卫星 DNA (micro-satellite DNA)11.可变数目串联重复(variable number of tandem repeat)12.短串联重复(short tandem repeat)13.基因组学(genomics)14.物理图谱(physical map)15.遗传图谱(genetic map)16.转录图谱(transcriptional map)17.序列图谱(sequence map)18.结构基因组学(structural genomics)19.功能基因组学(functional genomics)20.比较基因组学(comparative genomics)21.基因型(genotype)22.表型(phenotype)23.重叠基因(overlapping gene)24.分段基因组(segmented genome)25.逆转录病毒(retrovirus)26.等基因(isogene)27.同源多聚体(homomultimer)28.异源多聚体(heteromultimer)二、判断题1. 所有生物的遗传物质都是 DNA。
分子生物学:第二章 基因、染色体与DNA-1

Recombination analysis (重组分析)
rII47 0
rII102 0
rII47 0
rII104 0
infect E. coli B infect E. coli K12
两种噬菌斑
一种WT噬菌斑
可以根据重组值计算两两之间的距离
RII 47 104 101 103 105
2.1.1 遗传因子假说
(Hypothesis of the inherited factor G. J. Mendel 1866. )
• 生物性状由遗传因子控制
• 亲代传给子代的是遗传因子(A,a….) • 遗传因子在体细胞内成双(AA, aa)
在生殖细胞内为单(A,a) • 杂合子体细胞内具有成双的遗传因子(Aa) • 等位的遗传因子分离 • 非等位遗传因子间自由组合地独立分配到配子中
➢科学(基因--酶)为技术(互补测验)的发明提供了理论依据 ➢(互补测验)技术为科学(顺反子)的发现提供了方法手段 ➢构建大量(核苷酸及表型)突变体 ➢开展大量(功能互补)实验
顺反子学说(Theory of cistron)
• Cistron 是基因的同义词
• 在一个顺反子内,有若干个突变单位, 突变子(muton) • 在一个顺反子内,有若干个交换单位, 交换子(recon) • 基因是一个具有特定功能的,完整的,不可分割的
最小的遗传功能单位 three in one one in one
• 基因内可以较低频率发生基因内的重组,交换
• pseudo alleles 是基因内的不同突变体
• mut1 X mut2
WT 是基因内发生交换的结果
• cistron 概念的提出是对经典的基因概念的动摇
医学分子生物学-基因组

基因和基因组
基因是遗传的基本单位
基因:能够表达和产生蛋白质或RNA的DNA序列,是决定 遗传性状的功能单位。
Gene: The basic unit of heredity. Contains the information for making one RNA and, in most cases, one polypeptide
多顺反子,即数个结构基因联在一起,受同一调节区调节,即具 有操纵子结构(包括功能上相关的几个蛋白质基因和一个共同的 基因调控区组成的一段DNA)
4.基因组中非编码区远多于编码区。 5.真核基因多是不连续的(断裂基因),由外显子和内含子镶嵌排
列而成。1977, Broker&Sharp RNA剪接:1993年Noble Prize 外显子(exon)不仅包括基因中编码蛋白质氨基酸的DNA顺序,而
5’
3’
结构基因没有翻译起始序列
Splicing
DNA病毒 RNA过程
HBV 基因结构
原核生物基因组
模式生物: 大肠杆菌 (E.coli)
细菌的遗传物质
Genome DNA
plasmid
Transposable element
原核生物基因组结构与功能特点*
1、为一条环状双链DNA(无典型染色体结构,拟核) 2、只有一个复制起点(Ori) 3、具有操纵子结构 4、重复序列少:绝大部分基因为单拷贝(99.7%) 5、可表达基因约50%,真核生物,病毒 6、基因一般是连续的,无内含子(古细菌除外) 7 、编码顺序一般不重叠
真核生物基因组
模式生物:酵母、线虫、果蝇、小鼠、大 鼠
真核生物基因组结构与功能特点*
1.真核生物基因组远大于原核生物基因组,结构复杂, 基因数庞大,具有多个复制起点。
医学分子生物学

第二章基因组的结构和功能一、名词解释基因组(genome):细胞或生物体中,一套完整单倍体的遗传物质的总和。
如真核细胞基因组包含细胞核染色质DNA及线粒体DNA,原核细胞基因组包含染色体DNA和质粒DNA。
质粒(plasmid):细菌细胞内的、染色体外的DNA分子,是共价闭合的环状DNA分子,能够独立于细胞的染色质DNA进行复制。
假基因(pesudogene):与有功能的基因同源,但不能产生有功能的基因产物的基因。
卫星DNA(satellite DNA):是基因组中的一种高度重复序列,其重复单位一般由2~10bp 组成,成串排列,具有调节基因的复制和转录等功能。
单拷贝序列(singe copy sequence):在整个基因组只出现一次或很少的几次,绝大多数真核生物蛋白质的编码及因的单拷贝序列。
二、简答题1 原核生物染色体中结构基因的特点是什么?(1)编码的连续性(2)编码序列的不重叠性(3)重复序列很少(4)多为单拷贝基因在基因组中所占比例较大2 简述质粒的基本特征。
(1)原核细胞中染色体外的共价闭合的环状DNA分子(2)能够独立于细胞的染色体而进行复制,并依赖于宿主细胞(3)其所带的遗传信息能赋予宿主细胞特定的遗传性状(4)在宿主菌中具有不相容性是DNA重组技术中所使用的主要载体3 真核生物染色体中结构基因的特点是什么?(1)通常为断裂基因(2)转录产物多为单顺反子RNA(3)在基因组中所占比例较小4 真核生物染色质中含有几种蛋白质?各自功能是什么?(1)真核细胞染色质中含有组蛋白和非组蛋白两类蛋白质,参与DNA的折叠和组装。
(2)组蛋白包括核心组蛋白和连接组蛋白两种。
组蛋白借助静电作用使DNA分子缠绕在其周围,形成核小体。
并具有调控基因的复制和转录的功能。
(3)非组蛋白是染色体上结合特异DNA序列的蛋白质,其功能包括:①帮助DNA分子折叠。
②协助启动DNA复制。
③控制基因转录,调节基因表达。
分子生物学 第二章 有机体、基因和染色体

②蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。多拷贝 基因或多拷贝序列存在于染色体上常引起非均 等交换 , 结果导致了相同序列之间的基因的缺 失或倒位。 基因序列的倍增虽是经常发生的 (10-4), 可是绝大 多数的倍增并没有给细菌带来选择上的优势 , 因而很快又被淘汰。这样 , 使绝大多数的蛋白 质基因保持单拷贝形式。
类核的结构
E.coli: 4.2×106bp ( 1300 微米), 闭合环状,约 编 码 3000~4000 个 基因。
生物在进化中选择了经济而又有效的结构形式:
①功能上相关的几个结构基因前后相连,再加上一 个共同的调节基因和一组共同的控制位点,即启 动子和操作子在基因转录时协同动作。细菌基因 表达调控的这样一个完整的单元,称为操纵元。 例:大肠杆菌中半乳糖代谢的 β- 半乳糖苷酶,半乳 糖苷透性酶,半乳糖苷乙酰化酶三个酶的基因z、 y 、 a 与控制位点 o 、 p 以及它们的调不需要转录后加工;而真 核生物基因转录后的绝大部分前提RNA必须经过剪接 过程才能形成成熟的RNA。 原核生物细胞内缺少分隔的功能区域,所有生理生化 反应都在同一细胞质中进行,因而原核生物的基因转 录和翻译是偶联的,边转录边翻译;真核生物细胞的 转录和翻译在时间和空间上都是分离的。
推理过程:
φ×174的DNA数量有限,其基因在排列上更加 体现了经济原则:
(1) φ×174 有11蛋白质基因,但是只转录成3个 mRNA,其中一个从A基因开始,一个从B基因开始, 另一个从D基因开始. (2) φ×174的DNA分子绝大部分用来编码蛋白质, 不翻译出来的部分只占4%(217/5386),其中包括 基因之间的间隔区和一些控制基因表达的序列. (3) φ×174 的基因排列上最显著的特点是有重叠 基因和基因内基因.
分子生物学第二章

增强子
TATA 盒 CAAT 盒 GC 盒
3’
内含子 外显子 转录终止子
• 真核生物启动子与基本转录因子及 RNA 聚合酶结合,起 始 hnRNA 的转录。
TATA 盒: 又称 Goldberg-Hogness 盒,转录因子 TFIID 的 结合位点,启动基因转录。
CAAT 盒:转录因子 CTF 的结合位点,决定启动子的转录 效率。
不同物种的基因组
人 (Homo sapiens) 小鼠 (M. musculus) 线虫 (C. elegans) 果蝇 (D. melanogaster) 酵母 (S. cerevisiae) 拟南芥(A. thaliana) 大肠杆菌 (E. coli) 艾滋病毒 (HIV)
基因组 (bp) 3 X 109 2.6 X 109 9.7 X 107
基因组 (Genome)
生物体或细胞中一套染色体的遗传物质的总和, 以全长 DNA 的碱基对 (bp) 数目表示。
病毒基因组的一般特点
包括 DNA 或 RNA 病毒或者动物、植物及细菌病毒。 1. 大小相差很大:如乙肝病毒 3.2 kb 编码 4 种蛋白,痘 状病毒可达 300 kb,编码几百种蛋白。
2. 基因组可以是 DNA,也可由 RNA 组成,但每种病毒 只含 1 种核酸分子,呈线形或环形,双链或单链。
3. DNA 病毒基因组由连续的 DNA 分子组成,有的RNA 病毒是不连续的:如流感病毒基因组由 8 条 RNA 单 链分 子构成。
4. 常见基因重叠现象。
基因 B
基因 C
基因 A
A 和 B 完全重叠,A 和 C 部分重叠 病毒基因组大多序列用来编码蛋白。
珠蛋白、免疫球蛋白基因
组蛋白基因家族 rRNA 基因家族
分子生物学第二章-染色体,染色质和核小体-chromosomes, chromatin, and t

• 许多复杂性相近的生物体其基因组大小却 显著不同:小麦基因组是水稻基因组的40 倍
• 基因的数目而不是基因组的大小与生物体 的复杂性更密切相关
– Gene number(基因数目): the number of genes included in a genome
➢Gene density(基因密度): the average number of genes per Mb of genomic DNA
Each DNA and its associated proteins is called a chromosome(染色体)
The importance of packing of DNA into chromosomes
(DNA包装为染色体的重要功能)
➢ Chromosome is a compact form of the DNA that readily fits inside the cell (染色体是DNA的紧密结构,更适合存在于细胞中)
Proteins in chromosome (1)
Half of the molecular mass of eukaryotic chromosome is protein
➢In eukaryotic cells a given region of DNA with its associated proteins is called chromatin(染色质)
• 每个细胞中可以有多个完整拷贝的质粒存在
• 大多数真核生物细胞是二倍体(diploid), 一个染色体有两个拷贝
• 多倍体真核细胞(polyploid): 细胞中每 条染色体都超过两个拷贝
• 巨核细胞:特化的多倍体细胞,每条染 色体有128个拷贝,通过多倍体形式维持 高水平新陈代谢,以生产大量的血小板
医学分子生物学-2.基因与基因组-coco

非编码序列 >95%
59
5. 功能相关基因构成各种基因家族
核苷酸序列或编码产物的结构上具有一定程
度同源性的一组基因。家族内成员由同一个祖先 基因进化而来。
人生长激素(hGH)与绒毛膜生长催乳素(hCS)序列
真核生物基因组的结构特点
• 每一种真核生物都有一定的染色体数目 • 基因组庞大,结构复杂,多个复制起点 • 转录产物为单顺反子 • 存在大量重复序列 • 非编码序列多于编码序列 • 功能相关基因构成各种基因家族
二、原核生物基因组
以大肠杆菌(Escherichia coli)为例
染色体DNA
质粒DNA
36
(一)原核生物基因组特点
1.由一条环状双链DNA分子组成,
2.通常只有一个DNA复制起点。
OriC
4.6×106 bp
TerC 大肠杆菌染色体DNA
37
3.结构基因大多组成操纵子
掌握概念
操纵子(operon):多个功能相关的结构基因成簇 串联排列,与上游共同的调控区和下游转录终止 信号组成的基因表达单位。
单链线性RNA
双链线性DNA
双链线性RNA 单链环状DNA
2.不同病毒基因组大小相差较大
例如:痘病毒:130-375kb;HBV:3.2kb
26
3. 除逆转录病毒外,通常为单倍体基因组。
二倍体基因组
逆转录病毒基因组的复制与基因表达
逆转录病毒的复制与表达
单链线性RNA,二倍体;
有三个基本的结构基因:gag、pol、env;
2. 顺式作用元件有哪些? 主要有启动子和上游启动子元件、增强子、 沉默子、反应元件、Poly(A)加尾信号。
第二节 基因组(genome)
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带负电荷的核酸在电场中向正极泳动,泳动速 率与其分子量的对数近似负线性关系
2000 bp 1500 bp 1000 bp 700 bp
500 bp 400 bp 300 bp 200 bp
100 bp
50 bp
Size of DNA fragment
M
1
2
3
4
5 Cathode(-)
900bp 800bp 700bp 600bp 500bp
– Example: methylation (甲基化)of the N-6 position of adenine and the 4-amino group, and the 5-position of cytocine, phage DNAs; modifications of RNA.
核酸的物理化学性质
Effect of acid(酸效应 酸效应) 酸效应 • Highly acidic conditions may hydrolyze nucleic acids to their components: bases, sugar and phosphate. Moderate acid causes the hydrolysis of the purine base glycosylic bonds (糖苷键) to yield 糖苷键) apurinic acid(脱嘌啉核苷酸). (脱嘌啉核苷酸) • More complex chemistry has been developed to remove particular bases, and is the basis of chemical DNA sequencing.
基因的概念及其含义的演变
参见“医学分子生物学---第一章 绪论” 相关学习网站: (NHGRI官方网站)
Eukaryotic Central Dogma
启动子
外显子
内含子 转录 RNA剪接 剪接 下游
上游
RNA初始转录本 初始转录本
非翻译序列 翻译 蛋白
Viscosity(黏滞性 黏滞性) 黏滞性
• DNA solutions have high viscosity(粘滞 性). Long DNA molecules are susceptible to cleavage by shearing(剪 切)(or by sonication(超声)in solution – this process can be used to generate DNA of a specific average length.
Table 1.1 Forms of DNA
Form Pitch(nm) Residues per turn Inclination of base pair from horizontal
A B C D Z
RNA-DNA hybrid
0. 26 0.34 0.33 0.30 0.45 0.28
Effect of alkali(碱效应 碱效应) 碱效应 • High pH denatures DNA and RNA by altering the tautomeric (互变异构) 互变异构) state of the bases and disrupting specific hydrogen bonding. • RNA is also susceptible to hydrolysis at high ramolecular cleavage of the phosphodiester backbone.
11 10 9.33 8.5 12 11
20º 0º
7º 20º
RNA secondary structure
• Most RNA molecules occur as a single strand (单链), which may be folded into a complex conformation, involving local regions of intramolecular base pairing(分子内碱基配 对) and other hydrogen bonding interactions.
医学分子生物学
第二章 基因
结构与功能
易光辉 南华大学医学院分子生物学研究中心 2009-11
Genes:
Structure and Function
by Prof. Guanghui Yi
ghyi6108@ 13974778329 Institute of Cardiovascular Disease Research Center for Molecular Biology Medical College, University of South China 2009-11
Stability of nucleic acids(核酸的稳定性 ) 核酸的稳定性
• Although it might seem obvious that DNA double strands and RNA structures are stabilized by hydrogen bonding, this is not the case. • H-bonds determine the specificity of the base pairing, but the stability of a nucleic acid helix is the result of hydrophobic(疏水) (疏水) and dipole-dipole interactions(双极 双极相 (双极-双极相 堆叠) 互作用) 互作用) between the stacked (堆叠)base pairs.
Examples: 5’-ATAAGCTC-3’ (DNA ), 5’-AUAGCUUGA-3’ (RNA).
DNA double helix • Two separate and antiparallel chains (反向平行)of DNA are wound around each other in a right-handed helical (coiled) path, with the sugar-phosphate backbones on the outside and the bases, paired by hydrogen bonding and stacked on each other, on the inside. Adenine pairs with thymine; guanine pairs with cytosine. The two chains are complemently(互 补); one specifies the sequence of the other.
成熟RNA 成熟
• Gene: A DNA segment containing biological information and hence coding for an RNA and/or polypeptide molecule. • 基因是含有生物信息的 基因是含有生物信息的DNA片段,根据 片段, 片段 这些生物信息可以编码具有生物功能的 产物,包括RNA和多肽链。 和多肽链。 产物,包括 和多肽链
Chemical and Physical Properties of Nucleic Acids
核酸的物理化学性质
• • • • • Stability of nucleic acids(核酸稳定性) Effect of acid(酸效应) acid Effect of alkali(碱效应) Chemical denaturation(化学变性) Viscosity(粘滞性)
Nucleotides In ribonucleotides(核苷酸)(CMP, CTP, ATP, GTP, UTP), the 2’-position is hydroxyl group. If the sugar is deoxyribose, then compounds are deoxynucleotides(脱氧核苷酸)(dATP, dGTP, dCTP, dTTP; dNTP). Base+sugar+phosphate=nucleotide.
基因的分子本质 Genes: Molecular Nature
碱基配对
T A
A:T
G:C
C G
双链 DNA的结构
• • • • 右手方向双股螺旋 反向平行 共同轴心 大沟和小沟
Bases In DNA, there are four heterocyclic bases: adenine(A)(腺嘌啉) and quinine(G)(鸟嘌啉) are purines; cytosine(C)(胞嘧啶) and thymine(T) (胸腺嘧啶) are pyrimidines. In RNA, thymine is replaced by the structurally very similar pyrimidine, uracil(U)(尿嘧啶).
Phosphodiester bonds Between the 5’-position of one sugar and the 3’-position of the next, forming a 3’, 5’phosphodiester bond. Nucleic acids are highly charged polymers with a negative charge(负 电荷) on each phosphate.
Chemical denaturation(化学变性 化学变性) 化学变性
• Some chemicals, such as urea(尿素) (尿素) and formamide(甲酰胺), can (甲酰胺) denature DNA and RNA at neutral pH by disrupting the hydrophobic forces between the stacked(堆叠)bases. (堆叠)