原核生物基因组PPT精选课件
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基因组结构ppt课件
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f. 真核基因为断裂基因：高等真核生物的大部分基因有 内含子，因此基因编码区是不连续的。
g. 存在大量重复序列，重复次数可以是几次、几十次， 甚至高达百万次。
h. 高等真核生物基因组中存在一些可移动的DNA因素，这 些因素的移动多被RNA介导，少数情况下被DNA介导。
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蠕虫类 霉菌
藻类 真菌 G+细菌 G-细菌 枝原体
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3、基因密度 Gene density:
• 是单位长度基因组DNA上基因的平均 数目。
• 生物体的复杂性与基因的密度之间存在 大致负相关的关系。
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不同生物染色体基因密度的比较
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导致真核细胞中基因密度降低的原因： ─基因长度和基因间隔区序列的增加。
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在已分析的DNA序列中，原核生物基因中几乎没有内含子， 低等真核生物如酵母内含子也不普遍，但在高等真核生物中 则大量存在内含子，且多数情况下，内含子要比外显子长得
多( Exons: 5%, Introns:95%)。
并非所有的高等生物的基因都含有内含子。在 已经分析过的基因中，已知编码组蛋白和干扰 素的基因是不含内含子的。
位于线性染色体的末端。维持染色体稳定及染色体的 末端复制。
它们对于细胞分裂过程中染色体的正确复制和分离是
至关重要的。
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DNA Replication and Cell Division
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6、染色质结构的调控
组蛋白八聚体相互作用是一个动态过程
核小体的重塑和修饰共同增加DNA的易接近性：
7章原核生物基因表达调控部分课件
4、cAMP-CRP是一个不同于阻遏物的正调控因子，而lac操纵子的 功能是在这两个相互独立的调控体系作用下实现的。
（一）CAP的正调控
（二）协调调节
--CAP的正调控与Lac负调控的共同调节
（二）协调调节 --CAP的正调控与Lac负调控的共同调节
（二）协调调节
--CAP的正调控与Lac负调控的共同调节
β-半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶= 1 ：0.5 ：0.2 Lac基因产物的量在翻译水平上受到调控： （1）lac mRNA可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而 终止蛋白质链的翻译； （2）在 lac mRNA分子内部，A基因比Z基因更容易受内 切酶作用发生降解。
2.色氨酸操纵子与负控阻遏系统
三、转录后水平上的调控（post-transcriptional regulation)
mRNA加工成熟水平上的调控（differential processing of RNA
transcript）
四、翻译水平上的调控（differential translation of mRNA )
在个体生长的全过程，某种基因产物在个体中按不同组织 空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性。基因表达伴 随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器 官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性 (cell or tissue specificity)。
第二节 原核基因表达调控机制
正控诱导系统
正控阻遏系统
2、负转录调控
调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor），起着阻止结构基因转录
的作用。根据其作用特征又可分为负控诱导系统和负控阻遏系统。
负控诱导系统
负控阻遏系统
第三节 乳糖操纵子(lac operon)
（一）CAP的正调控
（二）协调调节
--CAP的正调控与Lac负调控的共同调节
（二）协调调节 --CAP的正调控与Lac负调控的共同调节
（二）协调调节
--CAP的正调控与Lac负调控的共同调节
β-半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶= 1 ：0.5 ：0.2 Lac基因产物的量在翻译水平上受到调控： （1）lac mRNA可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而 终止蛋白质链的翻译； （2）在 lac mRNA分子内部，A基因比Z基因更容易受内 切酶作用发生降解。
2.色氨酸操纵子与负控阻遏系统
三、转录后水平上的调控（post-transcriptional regulation)
mRNA加工成熟水平上的调控（differential processing of RNA
transcript）
四、翻译水平上的调控（differential translation of mRNA )
在个体生长的全过程，某种基因产物在个体中按不同组织 空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性。基因表达伴 随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器 官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性 (cell or tissue specificity)。
第二节 原核基因表达调控机制
正控诱导系统
正控阻遏系统
2、负转录调控
调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor），起着阻止结构基因转录
的作用。根据其作用特征又可分为负控诱导系统和负控阻遏系统。
负控诱导系统
负控阻遏系统
第三节 乳糖操纵子(lac operon)
第三章--基因与基因组的结构PPT课件
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③近20年来，由于重组DNA技术的完善和应 用，人们已经改变了从表型到基因型的传统 研究基因的途径，而能够直接从克隆目的基 因出发，研究基因的功能及其与表型之间的 关系，使基因的研究进入了反向生物学阶段。
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5
• 反向生物学：指利用重组DNA技术和离体 定向诱变的方法研究已知结构的基因相应的 功能，在体外使基因突变，再导入体内，检 测突变的遗传效应即表型的过程。
• 例如，对于大肠杆菌和其他细菌，用三个小写
字母表示一个操纵子，接着的大写字母表示不
同基因座，lac 操纵子的基因座：lacZ，lacY， lacA；其表达产物蛋白质则是lacZ，lacY，
lacA。
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37
• 3．质粒和其他染色体外成分的命名 • 自然产生的质粒，用三个正体字母表示，第—
个字母大写，例如：ColEⅠ；
血破裂而使血红蛋白计数减少，造成贫血。
• 其本质是其血红蛋白的β-链与正常野生型
β-链之间的第6位氨基酸，由Val取代了 Glu所致。
-
32
• 这种贫血病是由基因突变造成的一种分子病，
除溶血后发生贫血外，还会堵塞血管形成栓塞， 从而伤及多种器官。
• 它的纯合子(通过单倍体形成的纯系双倍体)患
者在童年就夭折。
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• 6．线虫基因的命名
• 用三个小写斜体字母表示突变表型，如存
在不止一个基因座，则在连字符后用数字
表示，如基因unc-86，ced-9；蛋白UNC-
86；CED-9。
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• 7．植物基因的命名
• 多数用1～3个小写英文斜体字母表示。
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• 8．脊椎动物基因的命名
基因组ppt课件
20
阻遏蛋白的负性调节
I CAP RNPA O Z
Pol.
YA
Gene : OFF No mRNA products
没有乳糖存在时
21
I CAP RPPNolA. O Z
Y A RNA
Pol.
Inducer
仅有乳糖存在时
（半乳糖）
阻遏蛋白的负性调节
22
解释
CAP P O Z Y A
泄露表达
23
6
基因组学
分类
结构基因组学：以全基因组核苷酸序列测 定为目标
功能基因组学：根据结构基因组学提供的 信息，借助计算机分析以高通量、大规模 的实验方法，系统地对基因功能进行诠释
7
第一节 基因组
8
不同生物基因组大小
生物 病毒，噬菌体φ-x147
病毒，噬菌体λ 细菌，大肠杆菌 变形虫，无恒变形虫
植物，贝母 真菌，酿酒酵母 昆虫，黑腹果蝇 哺乳动物，人
YA
26
协调调节
e
Inducer
（半乳糖）
27
5.除16S、23S、5SrRNA及tRNA外， 原核生物的结构基因均为单拷贝 基因。
结构基因中没有内含子，RNA合成 后不需剪切加工
28
6.结构基因无重叠现象
重叠基因:基因 组DNA中的某些序 列被两个或两个 以上的基因所共 有
基因组大小（bp） 5378（最早） 5×104 4×106
67×1010（最大） 13×1010 2×107 2×108 3×109
9
一、原核生物基因组
什么是原核生物（prokaryote）？ 细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、
放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细 胞生物体。
阻遏蛋白的负性调节
I CAP RNPA O Z
Pol.
YA
Gene : OFF No mRNA products
没有乳糖存在时
21
I CAP RPPNolA. O Z
Y A RNA
Pol.
Inducer
仅有乳糖存在时
（半乳糖）
阻遏蛋白的负性调节
22
解释
CAP P O Z Y A
泄露表达
23
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基因组学
分类
结构基因组学：以全基因组核苷酸序列测 定为目标
功能基因组学：根据结构基因组学提供的 信息，借助计算机分析以高通量、大规模 的实验方法，系统地对基因功能进行诠释
7
第一节 基因组
8
不同生物基因组大小
生物 病毒，噬菌体φ-x147
病毒，噬菌体λ 细菌，大肠杆菌 变形虫，无恒变形虫
植物，贝母 真菌，酿酒酵母 昆虫，黑腹果蝇 哺乳动物，人
YA
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协调调节
e
Inducer
（半乳糖）
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5.除16S、23S、5SrRNA及tRNA外， 原核生物的结构基因均为单拷贝 基因。
结构基因中没有内含子，RNA合成 后不需剪切加工
28
6.结构基因无重叠现象
重叠基因:基因 组DNA中的某些序 列被两个或两个 以上的基因所共 有
基因组大小（bp） 5378（最早） 5×104 4×106
67×1010（最大） 13×1010 2×107 2×108 3×109
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一、原核生物基因组
什么是原核生物（prokaryote）？ 细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、
放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细 胞生物体。
基因和基因组 (3)PPT课件
第32页，共114页。
3)．中度重复序列（moderately repetitive sequence）
中度重复序列一般都是不编码的序列，有几十 至数千个拷贝，例如rRNA基因和tRNA基因等。 目前认为，大部分中度重复序列与基因表达 的调控有关，它们可能是与DNA复制、转录起 始和终止有关的酶及蛋白质因子的识别位点。 有短周期的分散重复序列和长周期的分散重 复序列两类中度重复序列：
第23页，共114页。
❖ 非组蛋白
非组蛋白：酶类、收缩蛋白、骨架蛋白、肌动蛋白、 肌球蛋白、微管蛋白、肌原蛋白等。
❖ 一般特性： ①非组蛋白的多样性
非组蛋白的量大约是组蛋白的60%～70%，但它的 种类却很多，约在20-100种之间，其中常见的有15-
20种。
②非组蛋白的组织专一性和种属专一性
第24页，共114页。
第38页，共114页。
A、卫星序列（satellite sequence） 当把断成约104 bp的DNA片段进行氯化铯（CsCl）
密度梯度离心分析时，发现除了一个主要的 DNA主峰外，旁边还出现不同密度的小峰。这 些小峰就像是主峰旁边的卫星，因此命名为 卫星DNA。
第39页，共114页。
果蝇（D.virilis）的卫星DNA
第13页，共114页。
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,diploid），即有两份同源的基因组。
可能与DNA的超螺旋结构有关。
3)．中度重复序列（moderately repetitive sequence）
中度重复序列一般都是不编码的序列，有几十 至数千个拷贝，例如rRNA基因和tRNA基因等。 目前认为，大部分中度重复序列与基因表达 的调控有关，它们可能是与DNA复制、转录起 始和终止有关的酶及蛋白质因子的识别位点。 有短周期的分散重复序列和长周期的分散重 复序列两类中度重复序列：
第23页，共114页。
❖ 非组蛋白
非组蛋白：酶类、收缩蛋白、骨架蛋白、肌动蛋白、 肌球蛋白、微管蛋白、肌原蛋白等。
❖ 一般特性： ①非组蛋白的多样性
非组蛋白的量大约是组蛋白的60%～70%，但它的 种类却很多，约在20-100种之间，其中常见的有15-
20种。
②非组蛋白的组织专一性和种属专一性
第24页，共114页。
第38页，共114页。
A、卫星序列（satellite sequence） 当把断成约104 bp的DNA片段进行氯化铯（CsCl）
密度梯度离心分析时，发现除了一个主要的 DNA主峰外，旁边还出现不同密度的小峰。这 些小峰就像是主峰旁边的卫星，因此命名为 卫星DNA。
第39页，共114页。
果蝇（D.virilis）的卫星DNA
第13页，共114页。
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,diploid），即有两份同源的基因组。
可能与DNA的超螺旋结构有关。
原核生物基因组-2013
乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控区 DNA 结构基因
P
O
操纵序列
Z
Y
A
Z： β-半乳糖苷酶
启动序列
Y： 透酶
A：乙酰基转移酶
CAP结合位点
原核生物基因组结构与功能的特点
3.除rRNA与tRNA外，原核生 物的结构基因均为单拷贝基因。
原核生物基因组结构与功能的特点
4.编码蛋白质的基因是连续的， 无内含子结构，这是与真核生 物基因组的主要区别。
（一）原核生物转座因子的种类及结 构功能特征
转座因子的分类： 1. 插入序列（insertion sequence, IS） 2. 转座子（transposons）
3.可转移性噬菌体（transposable phages）
插入序列（insertion sequence, IS）
AACA GGAT DR IR TTGT CCTA ATCC AACA
*IR（反向重复序列）： GGAAGGT、、、ACCTTCC
CCTTCCA、、、TGGAAGG
质粒（plasmid） 是一类染色体 外能进行自主 复制的核酸分 子，属染色体 外基因组。
（一）质粒的结构
除酵母的杀伤质粒（killer plasmid） 是RNA外，其余质粒均为共价闭合环 状的双链DNA分子（covalently closed circular，cccDNA）分子。
IS可从插入位点准确切割下来，使失活的基因 功能恢复，此过程称为切离。 有的IS是Tn的组成成分。 两个基因组DNA可通过共同的IS序列介导同源 重组。
转座子（transposons）
Tn是一类较大的可移动成分，除编码有关 转座的基因外，尚含有其它基因，如抗药 基因等。Tn是在研究抗药基因中发现的， 由此得知抗药基因可在质粒之间，质粒与 染色体之间或质粒与可转座的噬菌体之间 来回移动。