真核生物基因結(jié)構(gòu)

1、第二節(jié)、真核生物基因結(jié)構(gòu)及功能,一、基因的概念 基因的概念隨著分子遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展而不斷完善。從遺傳學(xué)角度看： 基因是生物的遺傳物質(zhì)，是遺傳的基本單位----突變單位、重組單位和功能單位。從分子生物學(xué)角度看： 基因是負(fù)載著特定遺傳信息的DNA分子片段，在一定條件下能夠表達(dá)這種遺傳信息，執(zhí)行特定的生理功能。,1,一）基因的一般特性,從分子水平看，基因有以下基本特

2、性： 1、Gene自我復(fù)制------半保留復(fù)制 2、基因決定性狀： Protein Gene→mRNA → enzyme 淘汰 3、Gene突變 生物進(jìn)化

3、 保留 遺傳病,,,,2,二）Gene類(lèi)別,依其功能分為：1、結(jié)構(gòu)Gene---編碼蛋白和酶分子結(jié)構(gòu)；2、調(diào)控Gene---調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因表達(dá)；3、轉(zhuǎn)錄而不翻譯的Gene： rDNA Gene→rRNA→核仁形成區(qū)，

4、核糖體組成。 tRNA Gene→tRNA→轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸。,3,三）原核與真核生物基因比較,原核生物Gene：無(wú)核膜，散在細(xì)胞質(zhì)。一般只有一個(gè)DNA或RNA分子，Gene 是連續(xù)的。大多數(shù)是雙鏈環(huán)狀，少數(shù)為單鏈、線(xiàn)狀；如：大腸桿菌，雙鏈環(huán)狀DNA分子，3000~4000個(gè) 基因，4.2x106 bp,已經(jīng)定位900多個(gè)基因真核生物Gene：有核膜，在核中和C質(zhì)的線(xiàn)粒體中。Gene結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷裂基

5、因，3～4萬(wàn)個(gè)Gene；Gene大小差別很大。β珠蛋白 基因（1700bp）=3個(gè)外顯子+2個(gè)內(nèi)含子。DMD基因（2300kb） 79個(gè)外顯子 ， 78個(gè)內(nèi)含子。 （迄今認(rèn)識(shí)的最大的基因）,4,二、真核生物基因結(jié)構(gòu),真核生物的結(jié)構(gòu)基因的DNA序列由編碼序列和非編碼序列兩部分組成，編碼序列是不連續(xù)的，被非編碼序列分割開(kāi)來(lái)，稱(chēng)為斷裂基因（split gene）。1、外顯子和內(nèi)含子2、側(cè)翼序列與調(diào)控序列 2

6、.1 啟動(dòng)子 2.2 增強(qiáng)子 2.3 終止子,5,1、外顯子和內(nèi)含子,在結(jié)構(gòu)基因中，編碼序列稱(chēng)為外顯子(exon)，表達(dá)多肽鏈部分。非編碼序列稱(chēng)為內(nèi)含子(Intron)，又稱(chēng)插入序列。β珠蛋白 基因（1700bp）=3個(gè)外顯子+2個(gè)內(nèi)含子。DMD基因（2300kb）=79個(gè)外顯子+ 78 個(gè)內(nèi)含子。（迄今認(rèn)識(shí)的最大的基因）,6,外顯子和內(nèi)含子,真核生物內(nèi)含子和

7、外顯子 不是完全固定不變的，有時(shí)同一DNA 鏈上的某一段DNA序列，當(dāng)它作為編碼某一多肽鏈的基因時(shí)是外顯子，而作為編碼另一多肽鏈時(shí)，則是內(nèi)含子。這樣，同一基因卻可以轉(zhuǎn)錄兩種或兩種以上的mRNA。真核生物某些結(jié)構(gòu)Gene沒(méi)有內(nèi)含子，如組蛋白Gene，干擾素Gene等。它們多以基因簇形式存在，大多數(shù)的酵母結(jié)構(gòu)Gene也沒(méi)有內(nèi)含子。,7,5`GT——AG3`法則,在每個(gè)外顯子和內(nèi)含子的接頭區(qū)都是一段高度保守的共有序列，內(nèi)含子的5`端是GT，

8、3端是AG，這種接頭方式稱(chēng)為GT-AG法則，普遍存在于真核生物中，是RNA剪接的識(shí)別信號(hào)，轉(zhuǎn)錄后的前體RAN中的內(nèi)含子剪接位點(diǎn)。,8,2、側(cè)翼序列與調(diào)控序列,每個(gè)結(jié)構(gòu)基因的第一個(gè)和最后一個(gè)外顯子的外側(cè)，都有一段不被轉(zhuǎn)錄的非編碼區(qū)，稱(chēng)為側(cè)翼序列（Flanking sequence）。 它是基因的調(diào)控序列，對(duì)基因的有效表達(dá)起調(diào)控作用，包括：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、終止子等。,9,2.1 啟動(dòng)子,啟動(dòng)子（ Promoter）是一段特定的

9、核苷酸序列，位于Gene轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的100bp 范圍內(nèi)，是RNA聚合酶的結(jié)合部位，能促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過(guò)程。Promoter決定DNA中的轉(zhuǎn)錄鏈。TATA框（TATA Box）是一段高度保守序列，7個(gè)bp，TATAA/ TAA/T，位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游25～30 bp（-30～50）。TATA框與轉(zhuǎn)錄因子TFII結(jié)合，再與RNA 聚合酶II形成復(fù)合物，從而準(zhǔn)確地識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始位置，對(duì)轉(zhuǎn)錄水平有定量效應(yīng)。,10,CAAT框（CAAT Box）:是

10、一段保守序列，9bp,GGGC/TCAATAC, 位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-70～-80bp,轉(zhuǎn)錄因子CTF識(shí)別位點(diǎn)并與之結(jié)合，激活轉(zhuǎn)錄。GC框（GC Box）:順序?yàn)镚GCGGG,有兩個(gè)拷貝，位于CAAT Box兩側(cè)，與轉(zhuǎn)錄因子SP1結(jié)合。（SP1有鋅指區(qū)可以與DNA結(jié)合，在N端有激活轉(zhuǎn)錄的作用）GC框有激活轉(zhuǎn)錄的功能。,11,2.2 增強(qiáng)子,增強(qiáng)子（Enhancer）包括啟動(dòng)子上游或下游的一段DNA序列，可以增強(qiáng)啟動(dòng)子發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)錄，提高轉(zhuǎn)

11、錄效率。 特點(diǎn)：在任意位置都有效無(wú)方向性有組織特異性 例如：Beta珠蛋白Gene增強(qiáng)子是由串聯(lián)重復(fù)的兩個(gè)72bp長(zhǎng)的相同序列組成，位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游-1400bp或下游3300bp處，均可增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率（活性）200倍。增強(qiáng)子在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上下游一定范圍內(nèi)增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率。作用可以是5’～3’，也可以是3’～5’方向。,12,2.3 終止子,終止子（Terminator）由一段回文序列以及特定的序列

12、（PolyA）5’--AATAAA--3’組成?；匚男蛄袨檗D(zhuǎn)錄終止號(hào)。PolyA為附加信號(hào)。終止子為反向重復(fù)序列，是RNA聚合酶停止工作的信號(hào)，反向重復(fù)序列轉(zhuǎn)錄后，可以形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)，并且形成一串U。發(fā)夾式結(jié)構(gòu)阻礙了RNA聚合酶的移動(dòng)。一串U的U與DNA模板中的A的結(jié)合不穩(wěn)定，從模板上脫落下來(lái)，終止轉(zhuǎn)錄。,13,2.4 調(diào)控序列,調(diào)控序列（Regulator Sequence）包括啟動(dòng)子，增強(qiáng)子和終止子均屬于基因的順式調(diào)控因子（順式