1、遺傳信息的傳遞遺傳信息的傳遞第三篇第三篇真核基因與基因組真核基因與基因組DNA的生物合成的生物合成DNA的損傷和修復的損傷和修復RNA的生物合成的生物合成蛋白質的生物合成蛋白質的生物合成基因表達調控基因表達調控細胞信號轉導細胞信號轉導 本篇重點學習內容本篇重點學習內容中心法則中心法則 (The Central Dogma)轉轉 錄錄翻翻 譯譯逆轉錄逆轉錄復復 制制生物體內的遺傳信息傳遞遵循中心法則生物體內的遺傳信息傳遞遵循中心法則uDNA以半保留復制的方式將親代細胞的遺以半保留復制的方式將親代細胞的遺傳物質高度忠實地傳遞給子代。傳物質高度忠實地傳遞給子代。u以以DNA為模板轉錄生成的為模板轉錄

2、生成的mRNA作為信使，作為信使，其核苷酸序列構成的密碼子在合成蛋白質其核苷酸序列構成的密碼子在合成蛋白質時被翻譯為肽鏈中氨基酸的排列順序。時被翻譯為肽鏈中氨基酸的排列順序。u細胞內所有蛋白質一級結構的信息全部來細胞內所有蛋白質一級結構的信息全部來源于源于DNA序列。序列。真核基因與基因組真核基因與基因組 第十三章第十三章Eukaryote Gene and Genome除了某些以除了某些以RNA為基因組的為基因組的RNA病毒外，基因病毒外，基因通常是指染色體或基因組的一段通常是指染色體或基因組的一段DNA序列。序列。基因包括基因包括編碼序列編碼序列（外顯子）、（外顯子）、調控序列調控序列和和

3、間間隔序列隔序列（內含子）（內含子）。基因（基因（genegene）：）：編碼蛋白質或編碼蛋白質或RNA等具有特等具有特定功能產物的、負載遺傳信息的基本單位。定功能產物的、負載遺傳信息的基本單位。基因組（基因組（genome）：）：一個生物體內所有遺傳一個生物體內所有遺傳信息的總和。信息的總和。人類基因組包含了細胞人類基因組包含了細胞核染色體核染色體DNA（常（常染色體和性染色體）及染色體和性染色體）及線粒體線粒體DNA所攜帶的所所攜帶的所有遺傳物質。有遺傳物質。 真核基因的結構與功能真核基因的結構與功能 第一節第一節The Structure and Function of Eukaryot

4、e Gene 利用堿基的不同排列荷載遺傳信息。利用堿基的不同排列荷載遺傳信息。 通過復制將遺傳信息穩定、忠實地遺傳給子代通過復制將遺傳信息穩定、忠實地遺傳給子代細胞，在這一過程中為適應環境變化，可能會細胞，在這一過程中為適應環境變化，可能會發生基因突變。發生基因突變。 作為基因表達（作為基因表達（gene expression）的模板，使）的模板，使其所攜帶的遺傳信息通過各種其所攜帶的遺傳信息通過各種RNA和蛋白質在和蛋白質在細胞內有序合成而表現出來。細胞內有序合成而表現出來。 n 基因的功能基因的功能2021/5/711n9、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-6-192022-

5、6-19Sunday, June 19, 2022n10、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-6-192022-6-192022-6-196/19/2022 8:45:32 PMn11、人總是珍惜為得到。2022-6-192022-6-192022-6-19Jun-2219-Jun-22n12、人亂于心，不寬余請。2022-6-192022-6-192022-6-19Sunday, June 19, 2022n13、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-6-192022-6-192022-6-192022-6-196/19/2022n14、抱最大的希望，作最大的努力。2022年6月19日

6、星期日2022-6-192022-6-192022-6-19n15、一個人炫耀什么，說明他內心缺少什么。2022年6月2022-6-192022-6-192022-6-196/19/2022n16、業余生活要有意義，不要越軌。2022-6-192022-6-19June 19, 2022n17、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2022-6-192022-6-192022-6-192022-6-19單個基因的組成結構及一個完整的生物體內基因的組織單個基因的組成結構及一個完整的生物體內基因的組織排列方式統稱為排列方式統稱為基因組構基因組構（gene organization）。）。n 與基因

7、功能相關的結構與基因功能相關的結構編碼區序列（編碼區序列（coding region sequence ）非編碼序列（非編碼序列（non-coding sequence）基因表達需要的調控區（基因表達需要的調控區（regulatory region）序列，）序列，包括啟動子（包括啟動子（promoter）、增強子（）、增強子（enhancer）等。）等。在細胞內表達為蛋白質或功能在細胞內表達為蛋白質或功能RNA的的DNA序列序列一、真核基因的基本結構一、真核基因的基本結構編碼蛋白質或編碼蛋白質或RNA的的編碼序列編碼序列。非編碼序列非編碼序列，包括編碼區兩側的調控序列和，包括編碼區兩側的調控序

8、列和編碼序列間的間隔序列。編碼序列間的間隔序列。真核基因結構不連續，為斷裂基因（真核基因結構不連續，為斷裂基因（split gene）。）。真核基因結構真核基因結構外顯子外顯子（exon）；在基因序列中，出現在成熟）；在基因序列中，出現在成熟mRNA分子分子上的序列。上的序列。內含子內含子（intron）：外顯子之間、與）：外顯子之間、與mRNA剪接過程中被剪接過程中被刪除部分相對應的間隔序列。刪除部分相對應的間隔序列。真核生物絕大部分編碼蛋白質的基因都有內含子。真核生物絕大部分編碼蛋白質的基因都有內含子。編碼編碼rRNA和一些和一些tRNA的基因也都有內含子。的基因也都有內含子。內含子的數量

9、和大小決定了真核基因的大小。不內含子的數量和大小決定了真核基因的大小。不同種屬中，外顯子序列通常比較保守，而內含子同種屬中，外顯子序列通常比較保守，而內含子序列則變異較大。序列則變異較大。外顯子與內含子接頭處有一段高度保守的序列，外顯子與內含子接頭處有一段高度保守的序列，這一共有序列是真核基因中這一共有序列是真核基因中RNA剪接的識別信剪接的識別信號。號。基因的基因的5 端稱之為上游，端稱之為上游，3 端稱為下游端稱為下游基因序列中開始基因序列中開始RNA鏈合成的第一個核苷酸所鏈合成的第一個核苷酸所對應的堿基記為對應的堿基記為+1，此堿基上游的序列記為負，此堿基上游的序列記為負數，下游的序列記

10、為正數。數，下游的序列記為正數。二、基因編碼區編碼多肽鏈和特定的二、基因編碼區編碼多肽鏈和特定的RNA分子分子 基因的編碼序列決定其編碼產物的序列和功能。基因的編碼序列決定其編碼產物的序列和功能。編碼序列中一個堿基的改變或突變，可能使基因功能編碼序列中一個堿基的改變或突變，可能使基因功能發生重要的變化。發生重要的變化。相同的相同的DNA序列因起始位點的變化或不同的剪接方式序列因起始位點的變化或不同的剪接方式而編碼不同的蛋白質多肽鏈。而編碼不同的蛋白質多肽鏈。基因編碼區中的基因編碼區中的DNA堿基序列堿基序列決定特定的成熟決定特定的成熟RNA分分子的序列，即子的序列，即DNA的一級結構決定著其轉

11、錄產物的一級結構決定著其轉錄產物RNA分分子的一級結構。子的一級結構。三、調控序列參與真核基因表達調控三、調控序列參與真核基因表達調控 位于基因轉錄區前后，對基因表達起調控作用的區位于基因轉錄區前后，對基因表達起調控作用的區域，因其是緊鄰的域，因其是緊鄰的DNA序列，又稱旁側序列。序列，又稱旁側序列。基因的調控區（順式作用元件）基因的調控區（順式作用元件）轉錄起始點轉錄起始點TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增強子增強子AATAAA剪接加尾剪接加尾轉錄終止點轉錄終止點修飾點修飾點外顯子外顯子翻譯起始點翻譯起始點內內含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體+1結構基因結構基因

12、啟動子啟動子上游啟動子元件上游啟動子元件啟動子啟動子上游調控元件上游調控元件增強子增強子加尾信號加尾信號細胞信號反應元件細胞信號反應元件順式作用元件順式作用元件1. 1. 啟動子提供轉錄起始信號啟動子提供轉錄起始信號 啟動子啟動子是是DNA分子上能夠介導分子上能夠介導RNA聚合酶聚合酶結合并形成轉錄起始復合體的序列。結合并形成轉錄起始復合體的序列。多數啟動子位于真核細胞基因轉錄起點的上游，多數啟動子位于真核細胞基因轉錄起點的上游，啟動子本身通常不被轉錄。啟動子本身通常不被轉錄。少數啟動子（如編碼少數啟動子（如編碼tRNA基因的啟動子）位于基因的啟動子）位于轉錄起始點的下游，這些轉錄起始點的下游

13、，這些DNA序列可以被轉錄。序列可以被轉錄。真核生物有真核生物有3類啟動子，分別對應于細胞內存類啟動子，分別對應于細胞內存在的三種不同的在的三種不同的RNA聚合酶和相關蛋白質。聚合酶和相關蛋白質。 能夠在相對于啟動子的任何方向和位置（上游或者下游）能夠在相對于啟動子的任何方向和位置（上游或者下游）上發揮這種增強作用，大部分位于上游。上發揮這種增強作用，大部分位于上游。增強子序列距離所調控基因距離近者幾十個堿基對，遠增強子序列距離所調控基因距離近者幾十個堿基對，遠的可達幾千個堿基對。的可達幾千個堿基對。通常數個增強子序列形成一簇。通常數個增強子序列形成一簇。有時增強子序列也可位于內含子之中。有時

14、增強子序列也可位于內含子之中。不同的增強子序列結合不同的調節蛋白。不同的增強子序列結合不同的調節蛋白。2. 增強子增強鄰近基因的轉錄增強子增強鄰近基因的轉錄增強子增強子是增強真核基因啟動子工作效率的順是增強真核基因啟動子工作效率的順式作用元件，是真核基因中最重要的調控序列，式作用元件，是真核基因中最重要的調控序列，決定著每一個基因在細胞內的表達水平。決定著每一個基因在細胞內的表達水平。沉默子沉默子（silencer）是抑制基因轉錄的特定）是抑制基因轉錄的特定DNA序列，當其結合一些反式作用因子時對基序列，當其結合一些反式作用因子時對基因的轉錄起阻遏作用，使基因沉默。因的轉錄起阻遏作用，使基因沉

15、默。3. 沉默子是負調節元件沉默子是負調節元件真核基因組的結構與功能真核基因組的結構與功能 第二節第二節The Structure and Function of Eukaryote Genome基因組基因組：細胞或生物體的一套完整單倍體：細胞或生物體的一套完整單倍體遺傳物質的總和。遺傳物質的總和。一、真核基因組具有獨特的結構一、真核基因組具有獨特的結構 基因的編碼序列所占比例遠小于非編碼序列。基因的編碼序列所占比例遠小于非編碼序列。 高等真核生物基因組含有大量的重復序列，高等真核生物基因組含有大量的重復序列， 真核基因組中存在多基因家族和假基因。真核基因組中存在多基因家族和假基因。 大多基因

16、具有可變剪接，大多基因具有可變剪接，80%的可變剪接會的可變剪接會使蛋白質的序列發生改變。使蛋白質的序列發生改變。 基因組基因組DNA與蛋白質結合形成染色體，儲存與蛋白質結合形成染色體，儲存于細胞核內，除配子細胞外，體細胞的基因于細胞核內，除配子細胞外，體細胞的基因組為二倍體。組為二倍體。結構特點：結構特點：二、真核基因組中存在大量重復序列二、真核基因組中存在大量重復序列 高度重復序列高度重復序列（highly repetitive sequence）中度重復序列中度重復序列（moderately repetitive sequence）單拷貝序列單拷貝序列（single copy seque

17、nce）或低度重復序列或低度重復序列（一）高度重復序列（一）高度重復序列主要存在于染色體的著絲粒區域，重復單位一般由主要存在于染色體的著絲粒區域，重復單位一般由210 bp組成，成串排列，在人基因組中約占組成，成串排列，在人基因組中約占5%6%。重復頻率可達重復頻率可達106以上，不編碼蛋白質或以上，不編碼蛋白質或RNA。反向重復序列反向重復序列（inverted repeat sequence）衛星衛星DNA（satellite DNA）兩個相同順序的互補拷貝在同一兩個相同順序的互補拷貝在同一DNA鏈上反向排列而鏈上反向排列而成，重復單位長度約成，重復單位長度約300 bp，多數散在于基因組

18、中，總，多數散在于基因組中，總長度約占人基因組的長度約占人基因組的5 。分類：分類：l參與復制水平的調節參與復制水平的調節 存在于存在于DNA復制起點區的附近，是一些蛋白質（包復制起點區的附近，是一些蛋白質（包括酶）的結合位點。括酶）的結合位點。l參與基因表達的調控參與基因表達的調控 可以轉錄到核內不均一可以轉錄到核內不均一RNA分子中，有些反向重復分子中，有些反向重復序列可以形成發夾結構，有助于穩定序列可以形成發夾結構，有助于穩定RNA分子。分子。l參與染色體配對參與染色體配對 如如 衛星衛星DNA成簇樣分布在染色體著絲粒附近，可能成簇樣分布在染色體著絲粒附近，可能與染色體減數分裂時染色體配

19、對有關。與染色體減數分裂時染色體配對有關。功能：功能：（二）中度重復序列（二）中度重復序列重復數十至數千次重復數十至數千次,大多數與單拷貝基因大多數與單拷貝基因間隔排列。間隔排列。短分散重復片段短分散重復片段長分散重復片段長分散重復片段平均長度約平均長度約300 bp500 bp，與長度約為，與長度約為1000 bp的單的單拷貝序列間隔排列。拷貝數可達數十萬。如拷貝序列間隔排列。拷貝數可達數十萬。如Alu家族、家族、KpnI家族、家族、Hinf家族。家族。平均長度為平均長度為3500 bp5000bpbp，與長度約為，與長度約為13000bp的單拷貝序列間隔排列。的單拷貝序列間隔排列。l重復達

20、重復達3050萬次萬次，每個成員的長度約每個成員的長度約300 bp。l每個單位長度中一個限制性內切酶每個單位長度中一個限制性內切酶Alu的切點的切點（AGCT），將其切成長），將其切成長130bp和和170bp的兩段。的兩段。Alu家族家族l僅次于僅次于Alu家族的第二大家族，家族的第二大家族，l重復序列中含有限制性內切酶重復序列中含有限制性內切酶Kpn的位點的位點l呈散在分布，拷貝數約為呈散在分布，拷貝數約為30004800個個KpnI家族家族l以以319bp長度的串聯重復存在于人基因組中長度的串聯重復存在于人基因組中l重復序列中含有限制性內切酶重復序列中含有限制性內切酶Hinf I的位點

21、。的位點。Hinf家族家族rRNA基因重復序列屬于中度重復序列基因重復序列屬于中度重復序列l各重復單位中的各重復單位中的rRNA基因都是相同的。基因都是相同的。lrRNA基因集中成簇存在，這樣的區域稱為基因集中成簇存在，這樣的區域稱為rDNA區。區。l人類的人類的rRNA基因位于基因位于13、14、15、21和和22號染色號染色體的核仁組織區，每個核仁組織區平均含有體的核仁組織區，每個核仁組織區平均含有50個個rRNA基因的重復單位。基因的重復單位。l5SrRNA基因似乎全部位于基因似乎全部位于1號染色體，每個單倍體號染色體，每個單倍體基因組約有基因組約有1000個個5SrRNA基因。基因。在

22、單倍體基因組中只出現一次或數次，在單倍體基因組中只出現一次或數次，大多數為蛋白質編碼的基因。大多數為蛋白質編碼的基因。（三）單拷貝序列（低度重復序列）（三）單拷貝序列（低度重復序列）三、真核基因組中存在大量的多基因家三、真核基因組中存在大量的多基因家族與假基因族與假基因多基因家族多基因家族是指由某一祖先基因經過重復是指由某一祖先基因經過重復和變異所產生的一組在結構上相似、功能相關和變異所產生的一組在結構上相似、功能相關的基因。的基因。基因家族成簇地分布在某一條染色體上，同時發揮作基因家族成簇地分布在某一條染色體上，同時發揮作用，合成某些蛋白質。如組蛋白基因家族。用，合成某些蛋白質。如組蛋白基因

23、家族。基因家族的不同成員成簇地分布于不同染色體上，編基因家族的不同成員成簇地分布于不同染色體上，編碼一組功能上緊密相關的蛋白質。如球蛋白基因家族。碼一組功能上緊密相關的蛋白質。如球蛋白基因家族。 DNA序列相似，但功能不一定相關的若序列相似，但功能不一定相關的若干個單拷貝基因或若干組基因家族總稱。干個單拷貝基因或若干組基因家族總稱。超家族基因超家族基因 （superfamily gene）基因組中存在的一段與正常基因非常相基因組中存在的一段與正常基因非常相似但不能表達的似但不能表達的DNA序列。以序列。以 來表示。來表示。假基因（假基因（psuedogene）四、線粒體四、線粒體DNA結構有別

24、于染色體結構有別于染色體DNA線粒體線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）是核外遺傳物質，能獨立編碼線粒體中的一些是核外遺傳物質，能獨立編碼線粒體中的一些蛋白質。蛋白質。mtDNA的結構為環狀分子，與原核生物的的結構為環狀分子，與原核生物的DNA類似，結構特點也與原核生物相似。類似，結構特點也與原核生物相似。人的線粒體基因組人的線粒體基因組線粒體基因組編碼線粒體基因組編碼3737個基因，包括個基因，包括1313個編個編碼呼吸鏈多酶體系的一碼呼吸鏈多酶體系的一些多肽的基因、些多肽的基因、2222個編個編碼碼mt-tRNAmt-tRNA的基因、的基因、2 2個編碼個編碼mt

25、-rRNAmt-rRNA（16S16S和和12S12S）的基因。）的基因。物種物種基因組大小基因組大小( (Mb) )基因數基因數染色體數染色體數* *支原體支原體 M. genitalium0.58470無無流感嗜血桿菌流感嗜血桿菌 H. influrnzae1.831743無無枯草芽孢桿菌枯草芽孢桿菌 B. subtilis4.204100無無大腸桿菌大腸桿菌 E. coli 4.604288無無釀酒酵母釀酒酵母 S. cerevisiae 13.50603416裂殖酵母裂殖酵母 S. pombe12.50492916燕麥燕麥 O. sativa4663000021果蠅果蠅 D. melanogaster165136014秀麗隱桿線蟲秀麗隱桿線蟲 C. elegans97184246小鼠小鼠 mous