真核生物的基因结构
微信课件原核细胞和真核细胞基因结构的区别
基因结构的区别
真核细胞基因结构示意图
一 基因结是间隔的， 不连续的。有外显子和内含子之分。
二 真核生物基因表达的调控
• 信使RNA的加工：
编码区上游 编码区下游
转录
初级转录物
加工
真核生物基因转录后 的剪切、拼接和转移等过程， 剪切内含子转录部分 都需要有调控序列的调控， 拼接外显子转录部分 这是真核生物所特有的。
真核细胞
2、如果由真核细胞和原核细胞的一个 等长的基因指导蛋白质的合成，谁指导 的蛋白质所含的氨基酸数目多？
原核细胞
身天 不才 懈意 的味 努着 力终 ！
成熟的信使RNA
二 真核生物基因表达的调控
• 真核生物基因表达调控过程与原核生物有 何不同之处？ 不同①：
真核生物中编码蛋白质的基因通常是 间断的、不连续的，由于转录时内含子和 外显子是一起转录的，因而转录产生的信 使RNA必须经加工，将内含子转录部分剪 切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能 成为成熟的RNA。
二 真核生物基因表达的调控
• 真核生物基因表达调控过程与原核生物有 何不同之处？ 不同②： 真核生物由于有细胞核，核膜将核质 与细胞质分隔开，因此，转录在细胞核中 进行，翻译在细胞质中进行。可见其转录 和翻译具有时间和空间上的分隔。
初试牛刀
1、如果由真核细胞和原核细胞的基因 指导同一个蛋白质的合成，谁的基因 结构长一些？
真核细胞与原核细胞基因结构比较
终止子：终止转录 终止密码子：终止翻译
功能： 阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离
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二、真核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游
启动子
编码区
非编码区 编码区下游
终止子
RNA聚合酶识别和结合位点
外显子
内含子
1、外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子 2、内含子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子
一、原核细胞的基因结构
非编码区
编码区
编码区上游 启动子
非编码区
编码区下游 终止子
RNA聚合酶识别与结合位点
1、编码区
能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质 的合成，也就是说能够编码蛋白质的区段
2、非编码区 不能编码蛋白质的区域，调控遗传信息的表达
1）启动子
位置：编码区上游紧靠着转录起点
功能：引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合 2）终止子
能转录为信使RNA
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三、真核细胞与原核细胞基因结子
编码区
RNA聚合酶识别与结合位点
图1 原核生物基因结构
非编码区 编码区下游
终止子
非编码区 编码区上游
启动子
编码区
非编码区 编码区下游
终止子
RNA聚合酶识别和结合位点
外显子
图2 原核生物基因结构
内含子
原核细胞基因的编码区是连续的， 真核细胞基因的编码区是间隔的、不连续的。
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第五章真核生物基因组结构
外显子：具有编码意义
结
转录单位
内含子：无编码意义（ 5′GT、
构
基 因
非编码区
3′AG；GT -AG法则） TATA框 前导区 启动子 CAAT框 尾部区 增强子 GC框：调节转录活动。 调控 区 mRNA裂解信号 终止子 回文结构
00:28
21
Interrupted gene
00:28
43
核小体的结构组成
每个核小体含有约200bp的DNA，核心
组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2份拷贝， 1份拷贝的H1组蛋白位于核小体外侧。
微球菌核酸酶(micrococcal nuclease) 处理染色体可得到单个核小体。
00:28 44
八聚体 染色质小体 (～166bp) 核小体 (～200bp) DNA 连接区 (常为 32～34bp) 图 10-10 核小体的组成 DNA H1
28
内含子(Intron)
选择性剪接：同一基因的转录产物
由于不同的剪接方式形成不同mRNA。
00:28
29
PS DNA
外显子 S
PL外显子 L来自外显子 2外显子 3
50b
2800bp
161bp
4500bp
205bp 327bp
初始转录本： 在唾腺中转录 成熟 mRNA： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mRNA： 1773nt 图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
00:28
染色体（ 1400nm，2个染色单体， 每个染 色体单体含10个螺旋圈）
51
染色质和染色体的概念
染色质(chromatin)：是指细胞周期间期细胞核内由 因其易被碱性染料染色而得名。
真核原核细胞基因结构示意图
基因结构
真核细胞的基因结构通常包括编码区和非编码区，其中编 码区被内含子和外显子分隔；而原核细胞的基因结构相对 简单，没有内含子和外显子的区分。
染色体结构
真核细胞的染色体由DNA和蛋白质组成，呈现高度折叠的 结构；原核细胞的染色体则是由环状DNA分子组成，结构 相对简单。
复制方式
真核细胞的基因复制需要多种蛋白质的参与，复制过程复 杂；而原核细胞的基因复制则相对简单，不需要太多蛋白 质的参与。
遗传信息的储存和复制
遗传信息的储存
基因是遗传信息的载体，通过DNA双螺旋结构，将遗传信息稳定 地储存于细胞核或细胞质中。
复制机制
原核细胞通过半保留复制方式，真核细胞通过半不连续复制方式 ，确保遗传信息的准确传递。
基因表达与调控
转录过程
在RNA聚合酶的作用下，DNA的 遗传信息被转录为mRNA，为蛋
染色体数目与形态
80%
染色体数目
原核细胞通常只有一条染色体， 但在某些情况下可能存在多条染 色体。
100%
染色体形态
原核细胞的染色体呈环状或线性 ，没有真核细胞的染色体结构复 杂。
80%
复制与分离
原核细胞的染色体复制和分离机 制相对简单，通常只有一个复制 起点。
03
真核原核细胞基因结构的比较
结构差异
真核原核细胞基因结构示意图
目
CONTENCT
录
• 真核细胞基因结构 • 原核细胞基因结构 • 真核原核细胞基因结构的比较 • 真核原核细胞基因结构的功能 • 真核原核细胞基因结构的研究意义
01
真核细胞基因结构
结构特点
真核细胞基因结构包括 编码区和非编码区，其 中编码区又分为内含子 和外显子。
真核细胞与原核细胞基因结构的比较
2、非编码区 不能编码蛋白质的区域，调控遗传信息的表达
1）启动子
位置：编码区上游紧靠着转录起点
功能：引导RNA聚合酶与基因的正确部位结合 2）终止子
位置：编码区下游紧靠着转录的终点的位置
终止子：终止转录 终止密码子：终止翻译
功能： 阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离
二、真核细胞的基因结构
非编码区 编码区上游
启动子
编码区
非编码区 编码区下游
终止子
RNA聚合酶识别和结合位点
外显子
内含子
1、外显子 能够编码蛋白质的序列叫做外显子
2、内含子 不能够编码蛋白质的序列叫做内含子，内含子 能转录为信使RNA
三、真核细胞与原核细胞基因结构的比较
非编码区 编码区上游
启动子
编码区
RNA聚合酶识别与结合位点
真核细胞与原核细胞基因结构的 比较
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一、原核细胞的基因结构
非编码区
编码区
编码区上游 启动子
非编码区
编码区下游 终止子
RNA聚合酶识别与结合位点
1、编码区
能够转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质 的合成，也就是说能够编码蛋白质的区段
图1 原核生物基因结构
非编码区 编码区下游
终止子
非编码区 编码区上游
启动子
编码区
非编码区 编码区下游
终止子
RNA聚合酶识别和结合位点
外显子
图2 原核生的， 真核细胞基因的编码区是间隔的、不连续的。
真核生物染色体基因组的结构和功能
真核生物染色体基因组的结构和功能真核生物的基因组一般比较庞大，例如人的单倍体基因组由3×106bp硷基组成，但人细胞中所含基因总数大概会超过3万个。
这就说明在人细胞基因组中有许多DN A序列并不转录成mR NA用于指导蛋白质的合成。
研究发现这些非编码区往往都是一些大量的重复序列，这些重复序列或集中成簇，或分散在基因之间。
在基因内部也有许多能转录但不翻译的间隔序列（内含子）。
因此，在人细胞的整个基因组当中只有很少一部份（约占2-3％）的DNA序列用以编码蛋白质。
真核生物基因组有以下特点。
1.真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因的基因组是双份的（即双倍体,diploi d），即有两份同源的基因组。
2.真核细胞基因转录产物为单顺反子。
一个结构基因经过转录和翻译生成一个mRNA分子和一条多肽链。
3.存在重复序列，重复次数可达百万次以上。
4.基因组中不编码的区域多于编码区域。
5.大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的。
6.基因组远远大于原核生物的基因组，具有许多复制起点，而每个复制子的长度较小。
高度重复序列：高度重复序列在基因组中重复频率高，可达百万(106)以上。
在基因组中所占比例随种属而异，约占10-60％，在人基因组中约占20％。
高度重复顺序又按其结构特点分为三种（1）反向重复序列这种重复顺序约占人基因组的5％。
反向重复序列由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成。
变性后再复性时，同一条链内的互补的拷贝可以形成链内碱基配对，形成发夹式或“+”字形结构。
反向重复间可有一到几个核苷酸的间隔，也可以没有间隔。
没有间隔的又称回文结构，这种结构约占所有反向重复的三分之一。
原核、真核生物基因及表达调控
原核、真核生物基因及表达调控引言现代生物学中“基因”一词甚为流行，细胞学、遗传学、生物化学等，以及各种生物学课本中，都涉及到“基因”一词。
甚至象典型的宏观生物学科——生态学，也把一片森林称为一个“基因库”[1]。
现代生物学已经完全证明，DNA 分子是由称为核普酸的有机分子线性聚合而成。
基因就是核普酸按一定顺序排列而成的DNA分子片段，它携带着遗传信息。
基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中，把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。
其实质就是遗传信息的转录和翻译。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）[2]。
原核生物和真核生物的基因及表达过程有着差异。
随着世界分子生物学研究不断深入，基因表达技术有了很大的提高。
迄今为止，人们已经研究开发出多种原核和真核表达系统用以生产重组蛋白[3]。
一．原核、真核生物基因结构原核生物基因分为编码区与非编码区，所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，非编码区位于编码区的上游及下游。
[4]在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。
RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA，能识别调控序列中的结合位点，并与其结合。
真核生物基因结构见图1：图1 真核生物基因结构二．原核、真核生物基因结构的区别最主要的在于真核基因是不连续的,而原核基因是连续的。
所谓真核基因的不连续，即一个基因的编码序列也叫外显子，被一个或多个非编码序列，又叫内含子所间隔。
[5]这些内含子和外显子同属一个转录单位，转录形成前体。
经过转录的加工，即切去内含子，重新连按外显子，从而得到成熟。
而绝大多数的原核基因是连续的，没有内含子的间隔，转录产生成熟。
不仅如此，而且凡在代谢途径上功能有关的多个基因可能紧密相联，与它们的调控基因一起组成一个操纵子，转录到一条链。
分子生物学：真核基因表达调控
真核基因表达的多级调控
在真核生物中基因表达的调节其特是
（1）多层次; （2）无操纵子和弱化子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它 使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是 基因活性调控的一种方式。
实例： 非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷
贝，在减数分裂I的粗线期，这个基因开始迅速复制，到双线 期它的拷贝数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个 核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。
二、基因扩增、基因重排和基因丢失
三、DNA甲基化与基因活性的调控
一、 染色质结构对转录的影响
按功能状态的不同可将染色质分为： （1）活性染色质（有转录活性） （2）非活性染色质（没有转录活性）
染色质的核小体发生构象改变，松散的染色质结构，便 于转录调控因子和顺式用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上 滑动。
真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不 普遍；
顺式作用元件： 由若干可以区分的DNA序列组成，并与特定的功能
基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反 式作用因子结合，实现对基因转录的调控。
反式作用因子： 能直接地或间接地识别或结合在各类顺式作用元
件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白因子， 也被称为转录因子（TF）。
哺乳类基因组中约存在4万个CpG 岛，它们大多位于结构基 因启动子的核心序列和转录起始点，其中有60%～ 90% 的 CpG 被甲基化， CpG 岛在基因表达调控中起重要作用。
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真核生物的基因结构
真核生物的基因结构包括编码区和非编码区。
编码区其实是断裂基因结构，也就是不连续基因。
具有蛋白编码功能的不连续DNA 序列称为外显子，
外显子之间的非编码序列为内含子。
每个外显子和内含子接头区都有一段高度保守的一致序列，即内含子5’末端大多数是GT 开始，3’末端大多是AG 结束，称为GT-AG 法则，是普遍存在于真核基因中RNA 剪接的识别信号。
第一个外显子首端和最后一个外显子末端，分别为翻译蛋白的起始密码子和终止密码子。
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首位和末位外显子两侧的区域为非编码区，也可以叫做侧翼序列，侧翼序列中包含一些调控元件，比如启动子、终止子，还可能有增强子。
上游侧翼序列包含启动子区域，启动子区域包含：
列为TATAATAAT，是RNA聚合酶的重要的接触点，它能够使酶准确地识别转录
止密码子之间区域，不编码蛋白质。
miRNA 经常结合于3‘UTR，从而引起mRNA。