绪论、基因、基因组复习要点(2011级研究生).ppt

1、生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室第一章第一章绪绪 论论1分子生物学定义分子生物学定义：是是从从分分子子水水平平研研究究生生命命现现象象、生生命命本本质质、生生命命活活动动及及其其规规律律的的科科学学。研研究究对对象象主要是主要是生物大分子生物大分子。分分子子水水平平生生命命活活动动主主要要是是通通过过核核酸酸和和蛋白质蛋白质这两类生物大分子的活动来实现的这两类生物大分子的活动来实现的。2医学分子生物学（医学分子生物学（medicalmolecularbiology）：是从分子水平研究人体和疾病相关生是从分子水平研究人体和疾病相关生物在正常和疾病状态下生命活动及其规律、物在正

2、常和疾病状态下生命活动及其规律、从分子水平开展人类疾病的预防、诊断和从分子水平开展人类疾病的预防、诊断和治疗研究的科学。治疗研究的科学。3 分子生物学的研究目的是分子生物学的研究目的是以生物大分子以生物大分子的结构和功能为基础研究生命活动的本质与的结构和功能为基础研究生命活动的本质与规律规律。分分子子水水平平生生命命活活动动主主要要是是通通过过核核酸酸和和蛋蛋白质白质这两类生物大分子的活动来实现的。这两类生物大分子的活动来实现的。4v 从从核核酸酸和和蛋蛋白白质质的的结结构构与与功功能能、基基因因组组的的结结构构与与功功能能到到基基因因的的复复制制、表表达达、调调控控及及生生物学效应；物学效应

3、；v 从从生生物物大大分分子子之之间间的的相相互互作作用用到到这这些些相相互互作用构成的细胞间通讯和细胞内信号转导；作用构成的细胞间通讯和细胞内信号转导；v 从从对对基基因因的的结结构构、功功能能、表表达达调调控控的的分分析析到到基基因因的的制制备备、改改造造、调调控控、应应用用所所需需的的各各种技术体系种技术体系现代分子生物学研究主要涉及三个领域现代分子生物学研究主要涉及三个领域51、人体某种细胞内的基因发生异常改变、人体某种细胞内的基因发生异常改变2、外源基因进入人体引起疾病、外源基因进入人体引起疾病3、疾病易感基因使机体对致病因素更加敏感、疾病易感基因使机体对致病因素更加敏感基因与疾病的

4、关系大致包括三种类型基因与疾病的关系大致包括三种类型6调控调控网络网络细胞间通讯网络细胞间通讯网络细胞内信号转导途径细胞内信号转导途径是体内细胞功能调控的分子基础是体内细胞功能调控的分子基础7基基因因诊诊断断：主主要要是是应应用用分分子子生生物物学学技技术术，检检测测人人体体某某些些基基因因结结构构和和表表达达的的变变化化，或或者者检检测测病病原原体体基基因因组组在在人人体体内内的的存存在在，从从而而达达到到诊诊断断疾疾病病或或监监控疾病治疗效果的目的控疾病治疗效果的目的。基基因因治治疗疗：通通过过特特定定的的分分子子生生物物学学技技术术关关闭闭或或降降低低异异常常表表达达基基因因，或或将将正

5、正常常的的外外源源基基因因导导入入体体内内特特定定的的靶靶细细胞胞以以弥弥补补缺缺陷陷基基因因，或或将将某某种种特特定定基基因因导导入入体体细细胞胞以以表表达达特特定定的的蛋蛋白白质质因因子子，实实现现对对疾病的治疗。疾病的治疗。8基因治疗总体上分为两大方面基因治疗总体上分为两大方面:1.纠正异常基因（异常表达或缺陷）纠正异常基因（异常表达或缺陷）2.2.利用特定基因在体内表达特定的蛋利用特定基因在体内表达特定的蛋 白质因子以实现对疾病的治疗作用白质因子以实现对疾病的治疗作用9生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室第二章第二章基因的结构与功能基因的结构与功能P210基因是编码基因

6、是编码RNA或多肽链的核酸片段或多肽链的核酸片段v Beadle和和Tatum提出提出“一个基因一种酶一个基因一种酶”假说假说 为此获得为此获得1958年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖v 人们对上述学说进行修正，提出人们对上述学说进行修正，提出“一个基因一一个基因一 条多肽链条多肽链”的概念的概念基因定义基因定义：基因是负责编码基因是负责编码RNA或一条多肽链的或一条多肽链的DNA片片段，包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入段，包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列序列。P311基因基因：是是核核酸酸分分子子中中贮贮存存遗遗传传信信息息的的遗遗传传单单位位，是是指指贮贮存

7、存RNA序序列列信信息息及及表表达达这这些些信信息息所所必必需需的的全全部部核核苷酸序列。苷酸序列。其其中中贮贮存存RNA序序列列信信息息的的DNA区区段段称称为为结结构构基基因因，结结构构基基因因上上游游和和下下游游控控制制转转录录的的序序列列即即为为基基因因的调控序列。的调控序列。RNA的的碱碱基基序序列列直直接接来来源源于于结结构构基基因因，其其中中mRNA的的序序列列中中又又贮贮存存有有蛋蛋白白质质多多肽肽链链的的氨氨基基酸酸序序列信息。列信息。P112遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码（geneticcodegeneticcode）：mRNA分分子子上上从从53 方方向向，由由起起始始

8、密密码码子子AUG开开始始，每每3个个核核苷苷酸酸组组成成的的三三联联体体，决决定定肽肽链链上上某某一一个个氨氨基基酸酸或或蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始、终终止止信信号号，称为称为三联体三联体密码，也叫密码子（密码，也叫密码子（codon）。开放阅读框架开放阅读框架开放阅读框架开放阅读框架(openreadingframe,ORF)(openreadingframe,ORF)。从从mRNA5 端端起起始始密密码码子子AUG到到3 端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，各各个个三三联联体体密密码码连连续续排排列列编码一个蛋白质多肽链，称为编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读

9、框架开放阅读框架开放阅读框架开放阅读框架。13结构基因（结构基因（structure gene）：是指基因中编码是指基因中编码RNA或蛋白质的或蛋白质的DNA序列。序列。原始模板和直接模板原始模板和直接模板：DNA分子上决定蛋白质氨基酸序列分子上决定蛋白质氨基酸序列的遗传信息称为蛋白质合成的的遗传信息称为蛋白质合成的原始模板原始模板。指导蛋白质生物合成的指导蛋白质生物合成的mRNA称为蛋白质称为蛋白质合成的合成的直接模板直接模板。14模模板板链链(templatestrand)和和编编码码链链(codingstrand)：DNA双双链链中中按按碱碱基基配配对对规规律律，能能指指导导转转录录生生

10、成成RNA的的一一股股链链成成为为模模模模板板板板链链链链（也也称称作作反反意意义义链链antisensestrand或或Watson链链）。与与模模板板链链对对应应不不能能指指导导转转录录生生成成RNA的的另另一一股股链链称称为为编编编编码码码码链链链链（也也称称为为有有义义链链sensestrand或或信信息息链链、Crick链链），它它与与转转录录出出的的RNA碱碱基基序序列列比比较较，除除了了U代代替替T外外，其余都是一致的。其余都是一致的。15不对称转录的含义不对称转录的含义（1）DNA分子上分子上模板链模板链指导指导RNA转录，转录，编码链编码链不转录。不转录。（2）在一个多基因的

11、在一个多基因的DNA双链分子中，双链分子中，模板链并非都在同一模板链并非都在同一DNA单链上。单链上。RNA新链合成的方向：新链合成的方向：5 3。文献上刊出的文献上刊出的DNA单链，一般均指单链，一般均指编码链。编码链。16原原核核生生物物结结构构基基因因是是连连续续的的编编码码序序列列，其其RNA合成后不需剪接加工。合成后不需剪接加工。真真核核生生物物的的结结构构基基因因，有有若若干干个个编编码码区区被被非非编编码码区区相相互互间间隔隔开开但但又又连连续续镶镶嵌嵌而而成成，称称为为断断裂裂基基因因（split gene，discontinuous gene,interruptedgene）

12、。它它为为一一个个由由连连续续氨氨基基酸酸组组成成的的完完整整蛋蛋白白质质编码。编码。P1217外显子（外显子（exon）和内含子（）和内含子（intron）外显子外显子：即编码序列，即编码序列，在基因转录后经过在基因转录后经过剪接连在一起，形成成熟的剪接连在一起，形成成熟的mRNA，最终，最终参与指导多肽链合成的核苷酸序列。参与指导多肽链合成的核苷酸序列。内含子内含子：与外显子相对应的割断基因的线与外显子相对应的割断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的非编码核性表达而在剪接过程中被除去的非编码核苷酸序列。苷酸序列。P1218同一段同一段DNA序列能够编码两种序列能够编码两种甚至三种蛋白质分子

13、甚至三种蛋白质分子起起始始或或终终止止点点不不同同、阅阅读读框框架架不不同同、剪剪接接形形式式不不同同，可可以以在在同同一一段段DNA上上形形成成不不同同的的基基因因。还还有有些些基基因因的的内内含含子子中中包包含含其它基因的编码序列，即其它基因的编码序列，即基因内基因基因内基因。19真真核核生生物物基基因因的的外外显显子子和和内内含含子子接接头头处处都都 有有 一一 段段 高高 度度 保保 守守 的的 一一 致致 序序 列列：内内含含子子5端端大大多多数数以以GT开开始始，3端端大大多多数数以以AG结结束束，称称为为GT-AG法法则则，可可作作为为真核基因中真核基因中RNA剪接和识别信号。剪

14、接和识别信号。P1320基因中含有与转录调控相关的序列基因中含有与转录调控相关的序列（1）编码蛋白质肽链或）编码蛋白质肽链或RNA的序列的序列（2）保证转录所必需的调控序列）保证转录所必需的调控序列（3）位于编码区）位于编码区5 端上游的非编码序列端上游的非编码序列（4）内含子）内含子（5）位于编码区位于编码区3 端下游的非编码序列端下游的非编码序列一个基因应包含下列序列一个基因应包含下列序列21基因序列示意图基因序列示意图调控调控序列序列5 5 端非端非编码序编码序列列结构基因结构基因3 3 端非端非编码序编码序列列原核：操纵子调控模式原核：操纵子调控模式真核：顺式作用元件（包括启动子和上游

15、启动子元件、增强子、真核：顺式作用元件（包括启动子和上游启动子元件、增强子、反应元件、反应元件、poly(A)加尾信号）加尾信号）原核：原核：SD序列序列真核：真核：DNA元件元件编码蛋白质肽链或编码蛋白质肽链或RNA序列序列内含子（结构基因中非编码序列）内含子（结构基因中非编码序列）原核：多顺反子原核：多顺反子真核：单顺反子真核：单顺反子DNADNA模板靠近终止区，模板靠近终止区，转录终止的修饰点转录终止的修饰点侧翼序列，不被翻译的侧翼序列，不被翻译的DNA片段，包括前导序列。即第一片段，包括前导序列。即第一个外显子的上游和最后一个外显子的下游。个外显子的上游和最后一个外显子的下游。22真核

16、生物基因中的调控序列真核生物基因中的调控序列1.启动子（启动子（promoter）和启动子上游序列）和启动子上游序列一般位于基因转录起始点上游一般位于基因转录起始点上游100200碱基对范围，是能够被碱基对范围，是能够被RNA聚合酶识别并聚合酶识别并与其结合并起始转录的核苷酸序列，包括一组与其结合并起始转录的核苷酸序列，包括一组转录调控序列：转录调控序列：P1323TATA boxCAAT box 人类许多基因的转录起始点上游人类许多基因的转录起始点上游2530bp的位置有一段高度保守序列。由的位置有一段高度保守序列。由7个碱基个碱基组成，组成，TATAAAA或或TATATAT。是转录因子。是转录因子TFD的结合位点，的结合位点，TFD再与再与RNA聚合酶聚合酶形成复合物，启动基因转录，这一类启动形成复合物，启动基因转录，这一类启动子又称为子又称为类启动子类启动子。位于转录起始点上游位于转录起始点上游7080bp的位的位置一段保守序列，由置一段保守序列，由9个碱基组成，个碱基组成，GGNCAATCT，其中，其中N为为C或或T。CAAT盒与转录因子盒与转录因子CTF结合，决定启动子转录的