第二章 原核生物基因组
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第二章基因组的结构和功能一、名词解释基因组(genome):细胞或生物体中,一套完整单倍体的遗传物质的总和。
如真核细胞基因组包含细胞核染色质DNA及线粒体DNA,原核细胞基因组包含染色体DNA和质粒DNA。
质粒(plasmid):细菌细胞内的、染色体外的DNA分子,是共价闭合的环状DNA分子,能够独立于细胞的染色质DNA进行复制。
假基因(pesudogene):与有功能的基因同源,但不能产生有功能的基因产物的基因。
卫星DNA(satellite DNA):是基因组中的一种高度重复序列,其重复单位一般由2~10bp 组成,成串排列,具有调节基因的复制和转录等功能。
单拷贝序列(singe copy sequence):在整个基因组只出现一次或很少的几次,绝大多数真核生物蛋白质的编码及因的单拷贝序列。
二、简答题1 原核生物染色体中结构基因的特点是什么?(1)编码的连续性(2)编码序列的不重叠性(3)重复序列很少(4)多为单拷贝基因在基因组中所占比例较大2 简述质粒的基本特征。
(1)原核细胞中染色体外的共价闭合的环状DNA分子(2)能够独立于细胞的染色体而进行复制,并依赖于宿主细胞(3)其所带的遗传信息能赋予宿主细胞特定的遗传性状(4)在宿主菌中具有不相容性是DNA重组技术中所使用的主要载体3 真核生物染色体中结构基因的特点是什么?(1)通常为断裂基因(2)转录产物多为单顺反子RNA(3)在基因组中所占比例较小4 真核生物染色质中含有几种蛋白质?各自功能是什么?(1)真核细胞染色质中含有组蛋白和非组蛋白两类蛋白质,参与DNA的折叠和组装。
(2)组蛋白包括核心组蛋白和连接组蛋白两种。
组蛋白借助静电作用使DNA分子缠绕在其周围,形成核小体。
并具有调控基因的复制和转录的功能。
(3)非组蛋白是染色体上结合特异DNA序列的蛋白质,其功能包括:①帮助DNA分子折叠。
②协助启动DNA复制。
③控制基因转录,调节基因表达。
原核生物基因组的结构特点原核生物基因组是指原核生物(包括细菌和古菌)中的遗传物质的总和,是细胞内遗传信息的载体。
与真核生物相比,原核生物基因组具有一些独特的结构特点。
本文将从基因组大小、基因密度、基因组重复、基因组结构和基因组稳定性等方面进行探讨。
原核生物基因组的大小相对较小。
细菌的基因组大小一般在几百万到几千万碱基对之间,最小的细菌基因组仅有几十万碱基对。
古菌的基因组大小相对较大,一般在几百万到几千万碱基对之间。
与之相比,真核生物的基因组通常在几百万到几十亿碱基对之间。
原核生物基因组较小的特点主要是由于其相对简单的细胞结构和功能的限制所致。
原核生物基因组的基因密度较高。
基因密度指的是在基因组中基因的数量与基因组大小的比值。
由于原核生物基因组较小,相对较多的基因被编码在有限的基因组中,因此基因密度较高。
细菌的基因密度通常在80%以上,古菌的基因密度也较高。
而真核生物的基因密度往往较低,通常在2-3%左右。
第三,原核生物基因组存在较多的基因组重复。
基因组重复指的是基因组中出现了相同或类似序列的现象。
在原核生物基因组中,常见的重复序列包括转座子、重复序列和基因家族等。
转座子是一类能够在基因组中移动的遗传元件,其存在可以导致基因组结构的变化。
重复序列是指在基因组中存在多个重复的DNA序列,可以影响基因的表达和调控。
基因家族是指在基因组中存在多个相似的基因,这些基因通常具有相似的结构和功能。
原核生物基因组的结构较为简单。
原核生物基因组通常由一个圆形染色体组成,也可以存在线性染色体或多个染色体。
与真核生物不同,原核生物的基因组没有明显的核小体和染色体螺旋结构。
基因组中的基因通常以串联的方式排列,没有明确的染色体区域和染色体间的组织结构。
原核生物基因组的稳定性相对较低。
原核生物的基因组存在较高的突变率和重组率,容易发生基因重组、水平基因转移和基因组重排等现象。
这些变异和重组事件可以导致基因组结构的变化和基因的丢失或获得,从而影响细菌的适应性和进化。
第二章基因与基因组结构与功能(一)选择题A型题1.原核生物染色体基因组是A.线性双链DNA分子B.环状双链DNA分子C.线性单链DNA分子D.线性单链RNA分子E.环状单链DNA分子2.真核生物染色体基因组是A.线性双链DNA分子B.环状双链DNA分子C.线性单链DNA分子D.线性单链RNA分子E.环状单链DNA分子3.有关原核生物结构基因的转录,叙述正确的是A.产物多为多顺反子RNAB.产物多为单顺反子RNAC.不连续转录D.对称转录E.逆转录4.原核生物的基因组主要存在于A.质粒B.线粒体C.类核D.核糖体E.高尔基体5.下列有关原核生物的说法正确的是A.原核生物基因组DNA虽然与蛋白结合,但不形成真正的染色体结构B.结构基因中存在大量的内含子C.结构基因在基因组中所占比例较小D.原核生物有真正的细胞核E.基因组中有大量的重复序列6.下列有关原核生物的说法不正确的是A.原核生物的结构基因与调控序列以操纵子的形式存在B.在操纵子中,功能上关联的结构基因串联在一起C.在一个操纵子内,几个结构基因共用一个启动子D.操纵元件也是结构基因E.基因组中只存在一个复制起点7.真核生物染色质中的非组蛋白是A.碱性蛋白质B.序列特异性DNA结合蛋白C.识别特异DNA序列的信息存在于蛋白上D.不能控制基因转录及表达E.不参与DNA分子的折叠和组装8.真核生物染色质的基本结构单位是A.α-螺旋B.核小体C.质粒D.ß-片层E.结构域9.关于真核生物结构基因的转录,正确的说法是A.产物多为多顺反子RNAB.产物多为单顺反子RNAC.不连续转录D.对称转录E.新生链延伸方向为3'→5'10.外显子的特点通常是A.不编码蛋白质B.编码蛋白质C.只被转录但不翻译D.不被转录也不被翻译E.调节基因表达11.下列有关卫星DNA说法错误的是A.是一种高度重复序列B.重复单位一般为2~10 bpC.重复频率可达106D.能作为遗传标记E.在人细胞基因组中占5%~6%以上12.下列有关真核生物结构基因的说法不正确的是A.结构基因大都为断裂基因B.结构基因的转录是不连续的C.含有大量的重复序列D.结构基因在基因组中所占比例较小E.产物多为单顺反子RNA13.染色体中遗传物质的主要化学成分是A.组蛋白B.非组蛋白C.DNAD.RNAE.mRNA14.真核生物染色质中的组蛋白是A.酸性蛋白质B.碱性蛋白质C.一种转录因子D.带负电荷E.不带电荷15.指导合成真核生物蛋白质的序列主要是A.高度重复序列B.中度重复序列C.单拷贝序列D.卫星DNAE.反向重复序列16.真核生物基因组一般比较庞大,但所含基因总数却很少,究其原因下列说法不正确的是A.产物多为单顺反子RNAB.存在大量的重复序列C.非编码区所占比例较大D.存在大量的内含子E.编码区所占比例很小17.在DNA重组技术中,最常用到的并存在于原核生物中的载体是A.BACB.人工染色体C.噬菌体D.质粒E.YAC18.与原核细胞基因组相比,真核细胞基因组的编码方式与其不同,主要体现在A.以单顺反子的形式进行转录B.以多顺反子的形式转录C.存在大量的重复序列D.基因组较大E.结构基因所占比例较小19.用非特异性核酸酶酶切真核细胞的染色质DNA时,大多数情况下可得到约200 bp的片段,其主要原因是A.DNA片段较短B.每个核小体单位包含约200 bp的DNAC.核酸酶没有特异性D.基因组结构简单E.DNA是线性的B型题A.不连续的B.连续的C.瞬时的D.无规律的E.不需要启动子20.原核生物结构基因中编码信息是21.真核生物结构基因中编码信息是A.质粒B.线粒体DNAC.核糖体中的核酸D.核小体E.重复序列22.原核生物的基因组除染色体DNA外还包括23.真核生物的基因组除染色体DNA外还包括A.线性分子B.环状分子C.单链分子D.RNAE.cDNA24.线粒体基因组是25.质粒基因组是X型题26.原核生物基因组位于哪种结构中A.质粒B.线粒体C.类核D.内质网E.核糖体27.真核生物基因组位于哪种结构中A.核糖体B.线粒体C.染色体D.质粒E.高尔基复合体28.真核生物染色体中的核心组蛋白包括A.H1B.H2AC.H2BD.H3E.H429.线粒体DNAA.能独立编码线粒体中的一些蛋白质B.是核外遗传物质C.是环状分子D.是线性分子E.编码的蛋白质不能进入细胞核30.病毒基因组可以是A.DNAB.RNAC.线性分子D.环状分子E.可以形成多顺反子mRNA(二)名词解释1.基因组(genome)2.质粒(plasmid)3.内含子(intron)4.外显子(exon)5.断裂基因(split gene)6.假基因(pseudogene)7.单顺反子RNA(monocistronic RNA)8.多顺反子RNA(polycistronic RNA)9.卫星DNA(satellite DNA)10.单拷贝序列(single copy sequence)(三)简答题1.原核生物染色体中结构基因的特点是什么?2.简述质粒的基本特征。
第二章 DNA的结构第一节 DNA的一级结构互补双链:绝大多数生物的DNA线状单链:噬菌体、病毒DNA单链环状:M13、ΦX174环状双链闭合环状:细菌染色体DNA、mitDNA、chlDNA、病毒DNA质粒两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成脱氧核苷酸和磷酸交替连接,排在外侧,碱基排在内侧;两条链上的碱基通过氢键相结合,形成碱基对。
A=T,G≡CDNA在碱性条件下稳定性强,不断裂。
pH=11.5时仍稳定,而RNA易被碱水解。
DNA一级结构对高级结构的影响1、B-DNA中多聚(G-C)区易出现左手螺旋DNA——Z-DNA。
2、反向重复DNA易出现发夹结构或茎环结构。
DNA编码两类遗传信息●基因编码信息●基因选择性表达信息●DNA作为遗传物质的优点 (自然选择的优势)第三章基因组和基因第一节基因组与C值矛盾一、基因组一个生物物种所有染色体的总和(细胞遗传学)所有核酸分子的总和(分子遗传学)所有基因的总和(经典遗传学)指导一个物种的结构与功能的所有遗传信息的总和(现代分子生物学理论)二、C值一个单倍体基因组的DNA含量。
单位为dolton或uug或bp1 uug = 1 pg = 6.1×1011dolton对每一个物种,C值是恒定的。
三、C值矛盾一般而言,随着生物的进化,生物体的结构与功能越复杂,其C值也越大。
但真核生物中DNA含量并不与生物的复杂性相一致,这种反常现象称为C值矛盾。
C值矛盾表现在:1、结构、功能相似的同一类生物中,甚至亲缘关系十分接近的物种之间,它们的C值可相差10倍乃至上千倍。
如:豌豆的C值为14pg,而蚕豆只有2pg。
两栖类C值的变动范围很大,为109-1011bp。
2、较低等生物的C值大于较高等生物的C值如:两栖动物(1011bp)>哺乳动物(109bp)3、真核生物的C值之大,远远超过其基因编码所需将内含子算上,哺乳动物的一个基因长约5-8Kb,少数10Kb,则哺乳动物应有40-60万个基因。
基因组:一个细胞中遗传物质的总量(原核);一套染色体遗传物质的总量(真核);(遗传物质所携带的信息)C值:在每一种生物中其单倍体基因组的DNA总量。
(遗传物质的化学含量)基因组含有大量的单一序列,仅有少量的重复序列;真核基因组含有少量的单一序列和大量的重复序列。
真核生物DNA序列大致被分为3类:不重复序列、中度重复序列、高度重复序列原核生物的细胞中除了主染色体DNA以外,还含有质粒DNA和转座因子;真核生物除了染色体DNA以外,还存在细胞器DNA(线粒体基因组)。
单一序列:亦称非重复序列,是指在基因组中只有1个拷贝或2-3个拷贝的序列。
真核基因组中大多数基因是单拷贝的。
但单拷贝序列在真核生物中大部分不编码,编码的序列仅占百分之几正向重复:这种重复序列的方向是相同的。
如转座子的两端的宿主序列以及端粒结构等;反向重复:呈两侧对称(镜像关系),常存在于插入序列和转座子两端的结构元件中;回文序列:是一种旋转对称,回文序列常存在于各种蛋白质结合位点。
(特点是在该段的碱基序列的互补链之间正读反读都相同,注意:并非在同一条链上正读反读)卫星DNA:高度重复序列,是一种简单的重复序列;富含A-T,G-C含量远比基因组中其它部分要低得多;当将DNA切成片段进行氯化铯密度梯度超离心时,由于富含A-T片段的浮力密度小,在离心管中常常单独形成一条较窄的带,在主体DNA带的上面,故称为卫星DNA(satellite DNA)。
小卫星DNA:重复序列单位在10-100 bp 之间的序列。
微卫星DNA:重复序列单位长度小于10 bp的序列。
卫星DNA在不同个体和基因组的不同位点上数目都不同。
核小体是由H2A、H2B、H3及H4各两个分子生成的八聚体和由大约200 bp DNA组成的。
八聚体在中间,DNA分子盘绕在外,HI在核小体的外面,每个核小体只有一个HI。
核小体可分为核心颗粒和接头区两部分。
核心颗粒包括八聚体、H1及结合的146 bp DNA,形成1.75圈,每圈80 bp。
第二章基因【目的要求】掌握:基因的概念及结构特点;结构基因;基因转录调控相关序列;顺式作用元件;多顺反子,单顺反子。
一、基因:是负责编码RNA或一条多肽链的DNA片段,包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列。
二、结构基因:基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列成为结构基因。
三、基因转录调控相关序列:1原核生物基因的调控序列中最基本的是启动子和终止子,有些基因中还有不同的调节蛋白结合位点或操纵元件。
操纵元件:是一段能够被不同基因表达调控蛋白识别和结合的DNA序列,是决定基因表达效率的关键元件。
2真核生物基因中的调控序列一般被称为顺式作用原件,包括启动子和上游启动子元件、增强子、反应元件和poly(A)加尾信号。
启动子和上游启动元件:TATA盒-TFIID-RNA聚合酶复合物(启动转录);CAA盒-CTF(决定转录的效率);GC盒-Sp1(促进转录)。
增强子:可特异性的与转录因子结合,增强转录因子的活性。
四、顺式作用元件:真核生物基因中的调控序列一般被称为顺式作用原件。
包括启动子和上游启动子元件、增强子、反应元件和poly(A)加尾信号。
五、多顺反子:原核生物的结构基因多转录为多顺反子mRNA,即每一个mRNA分子带有几种蛋白质的遗传信息(来自几个结构基因),利用共同的启动子及终止信号,组成“操纵子”的基因表达调控单元。
转录出来的mRNA分子可以编码几种不同的、但是多为功能相关蛋白质。
六、单顺反子:真核生物结构基因转录为单顺反子mRNA,即一个编码基因转录生成一个mRNA分子、经翻译生成一条多肽链,基本上没有操纵子的结构。
转录生成的mRNA前体中既有编码序列(外显子),又有间隔序列(内含子),需要进行转录后的剪切加工以及各种修饰,形成成熟的mRNA。
1熟悉:基因型;表现型;基因突变;;外显子;内含子;选择性剪接。
一、基因型:指逐代传递下去的成对因子的集合,因子中一个来源于父本,另一个来源于母本。
原核生物基因组的特征原核生物基因组是一组构成特定微生物细胞核中的全部遗传信息的基因组组成部分。
它是由细菌、古细菌和变形虫基因组中所有细胞核内的DNA包含的数据组成的。
原核生物基因组的特征如下:一、基因数量。
原核生物基因组的基因数量较少,通常少于10,000个。
古细菌基因组的基因数最少,一般只有3000到4000个。
而某些复杂的原核生物细胞有7000到8000个基因。
二、基因冗余。
由于原核生物细胞是通过复制、基因突变和演化过程来形成的,因此,原核生物基因组可能包含冗余基因,即存在重复结构和功能的基因。
三、基因重组。
以DNA片段为基础的重组技术促进了原核生物基因组的进化。
原核生物基因组可以通过转移异源DNA片段来重组,从而增加细菌的适应性和调节其生理功能。
四、基因功能。
原核生物基因组的基因具有多功能,即同一基因参与多种生理功能的调控。
此外,由于原核生物基因组的大小较小,因此基因之间的关系较复杂,基因的表达模式也较复杂。
五、拨轮机制。
拨轮机制是原核生物基因组进化调控的主要机制,它不需要新增基因来完成基因重组,而是在已有基因之间随机调节进行调控。
六、基因转录。
原核生物基因组中基因表达的转录看似渐进的,但经常会有复杂的情况出现,也就是转录过程中会存在基因组的复杂和有趣的表达模式,如多个基因之间的相互关系,共同影响转录的过程,以及基因多样化的情况等。
总之,原核生物基因组的特征是基因数量少、存在冗余基因、重组机制和多功能、拨轮机制以及渐进的转录等。
这些方面要求研究人员对原核生物基因组有深入的了解,从而带来新的发现和认识,为促进生物组学研究和生命科学技术的发展奠定基础。