第2章染色体和基因组.ppt

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1、2023-11-141第二章第二章 染色质、染色体、基因和基因组染色质、染色体、基因和基因组v第一节第一节 染色质和染色体染色质和染色体 chromatin and chromosomev第二节第二节 基因基因 genev第三节第三节 基因组基因组 genome2023-11-142第一节第一节 染色质和染色体染色质和染色体describes the state of nuclear DNA and its associated proteins during the interphase(between mitosis)of the eukaryotic cell cycle.is a di

2、screte unit of the genome carrying many genes.Each chromosome consists of a very long molecule of duplex DNA and an approximately equal mass of proteins.It is visible as a morphological entity only during cell division.一一.染色质和染色体的形态染色质和染色体的形态2023-11-143核心组蛋白与连接组蛋白核心组蛋白与连接组蛋白组成2023-11-144v常染色质常染色质 eu

3、chromatin浓缩程度低，转录活跃；常分布于核质浓缩程度低，转录活跃；常分布于核质;染色着染色着色较浅色较浅.v 异染色质异染色质 heterochromatin高度浓缩，一般不转录；常分布于核仁和核膜高度浓缩，一般不转录；常分布于核仁和核膜,染色体的端粒和着丝粒染色体的端粒和着丝粒;染色着色较深染色着色较深.染色质具有两种不同的形态染色质具有两种不同的形态:（一）（一）.染色质染色质2023-11-145vDNA 核小体核小体 螺线体螺线体 超螺线体超螺线体 7倍倍压压缩缩 6倍倍40倍倍5倍倍从核小体到染色从核小体到染色体体中期中期染色体染色体 30nm300nm 11nm 2nm20

4、23-11-146核小体核小体是染色质的基本结构单位是染色质的基本结构单位.核小体的结构核小体的结构:中心是组蛋白八聚体中心是组蛋白八聚体,缠在外面的缠在外面的DNA分子的长度是分子的长度是146bp,缠绕缠绕1.75圈，每个球状小体与圈，每个球状小体与连接连接DNA构成一个核小体，与单个核小体结合的构成一个核小体，与单个核小体结合的DNA长度是恒定的，一般为长度是恒定的，一般为200bp左右。左右。1.核小体核小体(nucleosome)2023-11-147染色质环染色质环（代表转录的功能域，一个基（代表转录的功能域，一个基因或基因簇）因或基因簇）螺线体螺线体(30nm)双螺旋双螺旋DNA

5、(2nm)核小体核小体(11nm)中期染色单体中期染色单体超螺线体超螺线体(300nm)2.螺线体螺线体3.超螺线体超螺线体 2023-11-148（二）（二）.染色体染色体chromosome端粒、着丝粒、复制起始点端粒、着丝粒、复制起始点是染色体三要素是染色体三要素z1.复制起始点复制起始点 z1114bp，同源性强，富含，同源性强，富含ATz2.着丝粒着丝粒 centromere（CEN）z 8090bp富含富含AT，两端分别为，两端分别为14、11bp保守区域保守区域2023-11-149z3.端粒端粒 端粒端粒（telomere，TEL）是染色体末端的特殊结构，是染色体末端的特殊结构

6、，每一个端粒都含有一系列的短的富含每一个端粒都含有一系列的短的富含G的正向重复的正向重复序列。序列。端粒酶端粒酶（telomerase）是含有）是含有RNA模板的逆转录酶。模板的逆转录酶。2023-11-1410端粒的结构：四膜虫（端粒的结构：四膜虫（T2G4）n，人（，人（TTAGGG）n端粒的功能端粒的功能 保持染色体的稳定保持染色体的稳定 使线形使线形DNA的顺利复制的顺利复制 影响染色体的行为影响染色体的行为 可能控制细胞的寿命可能控制细胞的寿命 和核骨架的组成有关和核骨架的组成有关端粒与肿瘤和衰老的关系端粒与肿瘤和衰老的关系正常细胞除生殖细胞和干细胞外，端粒酶皆为失活状正常细胞除生殖

7、细胞和干细胞外，端粒酶皆为失活状态；端粒酶在肿瘤细胞的表达阳性率达态；端粒酶在肿瘤细胞的表达阳性率达85%95%；真核细胞端粒随细胞的分裂而缩短，直到细胞衰老。真核细胞端粒随细胞的分裂而缩短，直到细胞衰老。2023-11-1411端粒酶抑制剂的研究端粒酶抑制剂的研究v1.针对针对RNA部分的反义核酸部分的反义核酸v2.逆转录酶抑制剂逆转录酶抑制剂v3.核苷类似物核苷类似物2023-11-1412v以往科学家们认为癌细胞会表现出高量的端粒酶以往科学家们认为癌细胞会表现出高量的端粒酶(telomerase)。现在发现有些癌细胞端粒酶的表现量并。现在发现有些癌细胞端粒酶的表现量并沒有增多，只是在细胞

8、核中分布得非常零散，相反的，沒有增多，只是在细胞核中分布得非常零散，相反的，正常细胞的端粒酶则是局限地分布在核仁的部位。正常细胞的端粒酶则是局限地分布在核仁的部位。v端粒酶是一种本身拥有模板的端粒酶是一种本身拥有模板的DNA聚合酶，癌细胞能借聚合酶，癌细胞能借它来修复在重复细胞分裂中逐渐缩短的染色体端粒，而它来修复在重复细胞分裂中逐渐缩短的染色体端粒，而能保持长生不死。正常细胞却只有在骨髓、消化道、睪能保持长生不死。正常细胞却只有在骨髓、消化道、睪丸等分裂旺盛的组织干细胞中表现出端粒酶的活性，然丸等分裂旺盛的组织干细胞中表现出端粒酶的活性，然而这些正常组织细胞却无法避免老化。而这些正常组织细胞

9、却无法避免老化。2023-11-1413二二.染色质和染色体的化学成分及组成染色质和染色体的化学成分及组成染色质由染色质由DNA、RNA、组蛋白和非组蛋白等组成、组蛋白和非组蛋白等组成（一）（一）DNA（二）（二）组蛋白组蛋白 v核心组蛋白核心组蛋白 碱性蛋白质，序列保守碱性蛋白质，序列保守 有有H2A、H2B、H3、H4四种四种v连接组蛋白连接组蛋白 H1（三）（三）非组蛋白非组蛋白 参与参与DNA复制转录作用的各种蛋复制转录作用的各种蛋白酶及结构蛋白质和部分转录因子白酶及结构蛋白质和部分转录因子（四）（四）RNA 2023-11-1414v第一节第一节 染色质和染色体染色质和染色体 chr

10、omatin and chromosomev第二节第二节 基因基因 genev第三节第三节 基因组基因组 genomev第四节第四节 人类基因组计划人类基因组计划 human genome project第二章第二章 染色质、染色体、基因和基因组染色质、染色体、基因和基因组2023-11-1415第二节第二节 基因基因 Genev一、一、基因的生物学定义基因的生物学定义从基因研究的历史中发现基因概念的演绎从基因研究的历史中发现基因概念的演绎2023-11-14161 19世纪中世纪中 Mendel，hereditary factor2 1909年年 Johnansen Gene3 Morgon

11、 染色体是基因的载体；连锁和交换定律染色体是基因的载体；连锁和交换定律4 Watson和和Crick5 Benzer 基因是有功能的基因是有功能的DNA片段，顺反子片段，顺反子6 Jacob.Monod 操纵子模型操纵子模型 单顺反子和多顺反单顺反子和多顺反子子2023-11-1417概念一：等位基因概念一：等位基因 allele An allele is one of several alternative forms of a gene occupying a given locus on a chromosome（GeneVIII）即等位基因是染色体同一基因座上同一基因的不同即等位基因是

12、染色体同一基因座上同一基因的不同突变型。突变型。一个二倍体生物一个基因座上一般只有一对等位基一个二倍体生物一个基因座上一般只有一对等位基因。因。需要清楚的几个概念2023-11-1418v假如一个假如一个DNA片断上有两个突变位点片断上有两个突变位点a和和b，其在杂合细胞中，其在杂合细胞中同源染色体上的排列有两种情况（如下），在顺式排列中，同源染色体上的排列有两种情况（如下），在顺式排列中，有一个有一个DNA片断是未突变的，其所决定的性状为野生型，而片断是未突变的，其所决定的性状为野生型，而在反式排列中，每个在反式排列中，每个DNA片断都由一个正常位点和一个突变片断都由一个正常位点和一个突变位

13、点组成，如果这个个体的表现为野生型，则说明位点组成，如果这个个体的表现为野生型，则说明a.b两个位两个位点属于不同的基因，即不同顺反子，点属于不同的基因，即不同顺反子，a/+,b/+都有一个正常基都有一个正常基因，其功能发生了互补。如果个体表现为突变型，则说明因，其功能发生了互补。如果个体表现为突变型，则说明a和和 b是一个基因内的不同突变点，一个基因在任何一点发生是一个基因内的不同突变点，一个基因在任何一点发生突变都会影响基因正常功能而表现为突变性状，这种试验就突变都会影响基因正常功能而表现为突变性状，这种试验就是互补试验或称顺反试验。在反式结构中不能互补的各个突是互补试验或称顺反试验。在反

14、式结构中不能互补的各个突变位点在染色体上所占的一个区域就叫一个顺反子。变位点在染色体上所占的一个区域就叫一个顺反子。互补试验是比较顺式和反式构型的细胞，从而判断互补试验是比较顺式和反式构型的细胞，从而判断两个突变是否属于同一基因的测验两个突变是否属于同一基因的测验测验基因间测验基因间是否互补。是否互补。概念二：概念二：互补试验互补试验complementation Test2023-11-1419如果两个突变产生野生型如果两个突变产生野生型表型，那么这两个突变点表型，那么这两个突变点或者在同一基因处于或者在同一基因处于，或者发生在不同的基因或者发生在不同的基因（无论顺式还是反式）（无论顺式还是

15、反式）如果两个突变点产生突变如果两个突变点产生突变型表型，那么这两种突变型表型，那么这两种突变在同一基因处于在同一基因处于两个突变点不能在反式两个突变点不能在反式排列中互补，它们属于排列中互补，它们属于同一互补群同一互补群杂合细胞的同源染色体杂合细胞的同源染色体野生型野生型野生型互补试验互补试验反式反式顺式顺式2023-11-1420概念三：顺反子概念三：顺反子cistronv在反式结构中不能互补的各个突变位点在染色体上在反式结构中不能互补的各个突变位点在染色体上所占的一个区域就叫一个所占的一个区域就叫一个顺反子顺反子。顺反子即基因（错误）顺反子即基因（错误）一个顺反子是一条编码多肽链的单位（

16、不完全对）一个顺反子是一条编码多肽链的单位（不完全对）2023-11-1421 基因研究的历史中有出现一些新的发现，挑战基因的概念：重叠基因断裂基因跳跃基因复等位基因假基因2023-11-1422（一）重叠基因（一）重叠基因(overlapping gene)v采莲人采莲人在绿杨津在绿杨津，在绿杨津在绿杨津一阙新；一阙新；一阙新歌声漱玉一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人歌声漱玉采莲人。2023-11-1423 1977年，年，Sanger首先发现重叠基因。首先发现重叠基因。单链环状的噬菌体单链环状的噬菌体 X174,5375Nt 11 基因，基因，3个转录单位，由个转录单位，由3个启动子（个启动子（pA,pB,pD）启动。）启动。X174含有的含有的5375Nt最多能编码最多能编码1392个个aa，若每个若每个aa的平均的平均Mr为为110，则总的蛋白质，则总的蛋白质Mr为为154KD，但实际蛋白质总，但实际蛋白质总Mr却为却为262KD。2023-11-1424Sanger将将 X174 全部全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行比较，发现了重叠基因。比较，发