第二篇 基因、基因组与基因组学二.ppt

一、引言
第二章基因组结构与功能
基因组是指细胞内携带遗传信息的DNA的总体。
基因组中不同的区域具有不同的功能,有些是编码蛋白质的结构基因,有些是复制及转录的调控信号,有些区域的功能尚不清楚。
基因组结构是指不同功能区域在整个DNA分子中的分布情况。
不同的生物体,其基因组的大小和复杂程度各不相同,进化程度越高的生物体其基因组越复杂。
本章主要介绍病毒、细菌及真核细胞染色体基因组结构和功能。另外,对质粒和线粒体DNA的结构和功能也分别作一介绍。
不同生物体中DNA的大小
生物种类
千碱基对/染色体
长度(cm)
染色体数(单倍体)
形状
病毒SV40


1
环状
噬菌体φX174


1
线状单链
噬菌体λ
46

1
线状
细菌大肠杆菌
4000

1
环状
酵母
1000

17
果蝇
41000

4
人
125000

23
二、病毒基因组的结构和功能
病毒是最简单的原核生物,完整的病毒颗粒包括外壳蛋白和内部的基因组DNA或RNA,有些病毒的外壳蛋白外面有一层由宿主细胞构成的被膜(envelope),被膜含有病毒基因编码的糖蛋白。
TMV
烟草花叶病毒
TYMV
番茄黄化花叶病毒
Phage
噬菌体
二、病毒基因组的结构和功能
病毒不能独立地复制,必需进入宿主细胞中借助细胞内的一些酶类和细胞器才能使病毒得以复制。外壳蛋白(或被膜)的功能是识别和侵袭特定的宿主细胞并保护病毒基因组不受核酸酶的破坏。
1. 病毒基因组的结构特点
1) 与细菌或真核细胞相比,病毒的基因组很小,且不同的病毒之间基因组大小相差甚大。
如:乙肝病毒DNA只有3kb大小,所含信息量也较小,只能编码4种蛋白质;
痘病毒的基因组有300kb之大,可以编码几百种蛋白质,不但为病毒复制所涉及的酶类编码,甚至为核苷酸代谢的酶类编码,因此,痘病毒对宿主的依赖性较乙肝病毒小得多。
2) 病毒基因组可以由DNA或RNA组成,每种病毒颗粒中只含有一种核酸,DNA或RNA,两者一般不共存于同一病毒颗粒中。
病毒基因组的DNA和RNA可以是单链,也可以是双链;可以是闭环分子,也可以是线性分子。
如:乳头瘤病毒是一种闭环的双链DNA病毒,
腺病毒的基因组则是线性的双链DNA,
脊髓灰质炎病毒是一种单链的RNA病毒,
呼肠孤病毒的基因组是双链的RNA分子。
大多数DNA病毒的基因组是双链DNA分子,而大多数RNA病毒的基因组是单链RNA分子。
3) 多数RNA病毒的基因组是由连续的核糖核酸链组成,但也有些病毒的基因组RNA由不连续的几条核酸链组成。
如:流感病毒的基因组RNA分子是节段性的,由八条RNA分子构成,每条RNA分子都含有编码蛋白质分子的信息;
呼肠孤病毒的基因组由双链的节段性的RNA分子构成,共有10个双链RNA片段,同样每段RNA分子都编码一种蛋白质。
目前,还没有发现有节段性的DNA分子构成的病毒基因组。
4) 基因重叠即同一段DNA片段能够编码两种甚至三种蛋白质分子。
重叠基因是1977年Sanger在研究ΦX174噬菌体时发现的。ΦX174是一种单链DNA病毒,宿主为大肠杆菌。它感染大肠杆菌后共合成11个蛋白质分子,总分子量为25万左右,相当于6078个核苷酸所容纳的信息量。而该病毒DNA本身只有5375个核苷酸,最多能编码总分子量为20万的蛋白质分子。这种结构使较小的基因组能够携带较多的遗传信息。
线粒体和质粒DNA中也有重叠基因现象。
重叠基因有以下几种情况:
(1)一个基因完全在另一个基因里面。
如基因A和B是两个不同基因,而B包含在基因A内。同样,基因E在基因D内。