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1、编辑ppt1 第二章（第二章（2 2） 断裂基因断裂基因 编辑ppt2 在真核生物基因的分子图谱完成之前，我们一直设在真核生物基因的分子图谱完成之前，我们一直设 想真核生物基因与原核生物基因有着相同的组织结想真核生物基因与原核生物基因有着相同的组织结 构，我们认为构成基因一定长度的构，我们认为构成基因一定长度的DNADNA和蛋白质和蛋白质 之间呈线性关系，但是比较了之间呈线性关系，但是比较了DNADNA结构和相应的结构和相应的 mRNAmRNA之后，我们发现在很多情况下两者之间存在之后，我们发现在很多情况下两者之间存在 差异，差异， mRNA mRNA总是包含着这样一段核苷酸序列，这总是包含着
2、这样一段核苷酸序列，这 段序列按照遗传密码原则编码相应的蛋白质产物，段序列按照遗传密码原则编码相应的蛋白质产物， 而基因中则含有额外序列，它位于编码区域内，并而基因中则含有额外序列，它位于编码区域内，并 且打断了最终翻译成蛋白质的序列。且打断了最终翻译成蛋白质的序列。 编辑ppt3 目前我们认为，基因包括基因两侧的调控区目前我们认为，基因包括基因两侧的调控区 域，这个调控区域为起始和终止（某些情况域，这个调控区域为起始和终止（某些情况 下）基因的表达需要。下）基因的表达需要。 编辑ppt4 由断裂基因组成的由断裂基因组成的DNADNA序列被分成两个部分：序列被分成两个部分： 外显子外显子的序列
3、包含在成熟的序列包含在成熟RNARNA中，精确地说，基因中，精确地说，基因 起始于一个外显子的起始于一个外显子的55端，终止于另一个外显子的端，终止于另一个外显子的33 端。端。 内含子内含子是插入序列，在初始转录物加工成成熟是插入序列，在初始转录物加工成成熟RNARNA 时被除去。时被除去。 断裂基因与非断裂基因相比，其表达需要一个额外断裂基因与非断裂基因相比，其表达需要一个额外 的步骤。的步骤。DNADNA转录成的转录成的RNARNA代表基因组序列。但这个代表基因组序列。但这个 RNARNA只是一个前体分子，它不能翻译成蛋白质。它首只是一个前体分子，它不能翻译成蛋白质。它首 先要去除内含子
4、，形成只含外显子的信使先要去除内含子，形成只含外显子的信使RNARNA，这个，这个 过程称为过程称为RNARNA剪接剪接（RNA splicingRNA splicing）。剪接过程包括内）。剪接过程包括内 含子从初始转录物中精确去除，内含子去除后形成的含子从初始转录物中精确去除，内含子去除后形成的 RNARNA的两个末端连接在一起形成一个完整的共价分子。的两个末端连接在一起形成一个完整的共价分子。 编辑ppt5 编辑ppt6 基因的长度由初始基因的长度由初始RNARNA前体的长度决定，前体的长度决定， 而不是由信使而不是由信使RNARNA决定。外显子（决定。外显子（exonexon） 通常按
5、照通常按照DNADNA中的相同排列顺序连接在一中的相同排列顺序连接在一 起。起。 所有的外显子都来源于相同的所有的外显子都来源于相同的RNARNA分子，分子， 它们的剪接只是一种分子内反应。通常不它们的剪接只是一种分子内反应。通常不 存在不同存在不同RNARNA分子之间的外显子的连接，分子之间的外显子的连接， 因此从剪接机制上排除了任何不同等位基因此从剪接机制上排除了任何不同等位基 因序列之间的剪接。若基因中位于不同外因序列之间的剪接。若基因中位于不同外 显子的突变不能由另一个突变互补，则把显子的突变不能由另一个突变互补，则把 它们视为相同互补组中的成员。它们视为相同互补组中的成员。 编辑pp
6、t7 直接影响蛋白质序列的突变位于外显子中，直接影响蛋白质序列的突变位于外显子中， 那么内含子中的突变有什么作用呢？内含子那么内含子中的突变有什么作用呢？内含子 的突变会不会影响蛋白质序列？的突变会不会影响蛋白质序列？ 既然内含子不包含在信使既然内含子不包含在信使RNARNA中，那么它们发生突变中，那么它们发生突变 就不会直接影响蛋白质的结构。但是内含子的突变却可以就不会直接影响蛋白质的结构。但是内含子的突变却可以 抑制信使抑制信使RNARNA产物的生成，比如抑制外显子的剪接。这种产物的生成，比如抑制外显子的剪接。这种 类型的突变只作用于携带该基因的等位基因，因此，它们类型的突变只作用于携带该
7、基因的等位基因，因此，它们 不能被等位基因中的其他突变所互补并且像外显子一样是不能被等位基因中的其他突变所互补并且像外显子一样是 同一互补组的组成成分。同一互补组的组成成分。 影响剪接的突变通常是有害的。这种突变大部分是在影响剪接的突变通常是有害的。这种突变大部分是在 外显子和内含子的连接处发生单个碱基的置换，这样就导外显子和内含子的连接处发生单个碱基的置换，这样就导 致产物中外显子的丢失和内含子的不切除，或使在异常位致产物中外显子的丢失和内含子的不切除，或使在异常位 点发生剪接。最通常的结果是产生一个终止密码子，从而点发生剪接。最通常的结果是产生一个终止密码子，从而 导致蛋白质序列的截短。引
8、起人类疾病的约导致蛋白质序列的截短。引起人类疾病的约15%15%的点突变的点突变 是由剪接的破坏而引起的。是由剪接的破坏而引起的。 编辑ppt8 只有在已知只有在已知 DNADNA功能或已功能或已 经鉴定出突变经鉴定出突变 的情况下才能的情况下才能 得到该得到该DNADNA的的 限制性酶切图限制性酶切图 谱？谱？ 编辑ppt9 编辑ppt10 编辑ppt11 断裂基因仅存在 于真核生物中吗？ 内含子通常不具备可读框，去除内含子后内含子通常不具备可读框，去除内含子后mRNAmRNA序列序列 才会产生一个完整的读框。才会产生一个完整的读框。 所有种类的基因都有可能被打断，如编码蛋白质的核所有种类的
9、基因都有可能被打断，如编码蛋白质的核 基因、编码基因、编码rRNArRNA的核仁基因和编码的核仁基因和编码tRNAtRNA的基因。在的基因。在 低等真核生物的线粒体和叶绿体基因中，我们也发现低等真核生物的线粒体和叶绿体基因中，我们也发现 了断裂基因。断裂基因并非只存在于真核生物中，也了断裂基因。断裂基因并非只存在于真核生物中，也 存在于细菌和噬菌体中，尽管在原核生物基因组中发存在于细菌和噬菌体中，尽管在原核生物基因组中发 现断裂基因的概率非常低。现断裂基因的概率非常低。 编辑ppt12 编辑ppt13 外显子序列保守而内含 子序列变化多端是由于 外显子和内含子中发生 突变的概率不同的结果？ 编
10、辑ppt14 编辑ppt15 编辑ppt16 外显子捕捉技术外显子捕捉技术 分离基因分离基因 外显子捕获外显子捕获(exon trapping) (exon trapping) 是构建是构建 一种载体，从其插入片段中识别一种载体，从其插入片段中识别 和回收外显子序列，从而克隆目和回收外显子序列，从而克隆目 的基因。凡是有内含子和外显子的基因。凡是有内含子和外显子 的基因在转录后都要经过的基因在转录后都要经过RNARNA剪剪 接，这就需要有剪接供体接，这就需要有剪接供体(splicing (splicing donordonor，SD)SD)位点和剪接受体位点和剪接受体 (splicing ac
11、ceptor(splicing acceptor，SA)SA)位点。因此，位点。因此， SASA位点可作为基因的标志。位点可作为基因的标志。 pETVpETV咀载体的克隆位点上游有咀载体的克隆位点上游有 一个一个“外显子捕获序列外显子捕获序列”(exon (exon trap cassette)trap cassette)，可用来识别载体的，可用来识别载体的 插入片段中有无插入片段中有无SASA位点。位点。 编辑ppt17 编辑ppt18 编辑ppt19 大多数基因由一条大多数基因由一条DNADNA序列组成，这个序列组成，这个DNADNA序列序列 只编码一种蛋白质（尽管基因两端可能包含非编码只
12、编码一种蛋白质（尽管基因两端可能包含非编码 区域或编码区内含有内含子），但是，也存在区域或编码区内含有内含子），但是，也存在 DNADNA单条序列编码一种以上蛋白质的情况。单条序列编码一种以上蛋白质的情况。 重叠基因重叠基因（overlapping geneoverlapping gene）发生在相对简单的）发生在相对简单的 情况下，其中一条基因是另一条基因的一部分，基情况下，其中一条基因是另一条基因的一部分，基 因的第二部分（或第一部分）独立地用来翻译一种因的第二部分（或第一部分）独立地用来翻译一种 蛋白质，这种蛋白质代表整条基因翻译出的蛋白质蛋白质，这种蛋白质代表整条基因翻译出的蛋白质 的
13、第一（或第二）部分。的第一（或第二）部分。 编辑ppt20 重叠基因重叠基因 编辑ppt21 可变剪接可变剪接 编辑ppt22 编辑ppt23 早期内含子模型：编编 码的序列需要精密重码的序列需要精密重 组，重组失败，则细组，重组失败，则细 胞损伤。胞损伤。RNARNA的剪接的剪接 为了利用转录出的新为了利用转录出的新 链的尝试，如果不成链的尝试，如果不成 功还可利用原来的链。功还可利用原来的链。 则则RNARNA缺失时不产生缺失时不产生 损害性后果，但若损害性后果，但若 DNADNA缺失，则会产生缺失，则会产生 损害性的不稳定性。损害性的不稳定性。 编辑ppt24 与之相反的例子。无论内含子
14、存在与否，我与之相反的例子。无论内含子存在与否，我 们仍能发现一些们仍能发现一些rRNA rRNA 和和tRNAtRNA基因的可变剪基因的可变剪 接。似乎进化不能将基本基因连接在一起，接。似乎进化不能将基本基因连接在一起， 最大可能就是连续的基因中插入内含子。最大可能就是连续的基因中插入内含子。 编辑ppt25 如果目前的蛋白质是由最初分开但后来组合在一起的如果目前的蛋白质是由最初分开但后来组合在一起的 祖先蛋白质进化而来，那么基因单位的增长可能经过几个祖先蛋白质进化而来，那么基因单位的增长可能经过几个 连续的时期，一次增加一个外显子。在现在的基因结构中连续的时期，一次增加一个外显子。在现在的
15、基因结构中 能观察到基因的不同功能被拼凑在一起的现象吗？即，我能观察到基因的不同功能被拼凑在一起的现象吗？即，我 们能将目前蛋白质的特殊功能等同于单一外显子吗？们能将目前蛋白质的特殊功能等同于单一外显子吗？ 这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、 内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的 表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加 的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。 编辑ppt2
16、6 一些例子证明在基因结构和蛋白质结构之间一些例子证明在基因结构和蛋白质结构之间 有着清楚的关系。免疫球蛋白就是其中一个有着清楚的关系。免疫球蛋白就是其中一个 最典型的一例，编码此基因的每个外显子与最典型的一例，编码此基因的每个外显子与 蛋白质的一个已知功能的结构域完全一致。蛋白质的一个已知功能的结构域完全一致。 编辑ppt27 很多例子表明基因的某些外显子可以通过特很多例子表明基因的某些外显子可以通过特 殊的功能而被鉴定出来，如在分泌蛋白质中，殊的功能而被鉴定出来，如在分泌蛋白质中， 它的第一个外显子编码多肽的它的第一个外显子编码多肽的N N端区域，通端区域，通 常是参与膜分泌的信号序列，胰
17、岛素就是其常是参与膜分泌的信号序列，胰岛素就是其 中一例。中一例。 编辑ppt28 编辑ppt29 这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显 子、内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于子、内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于 蛋白质的表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大蛋白质的表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大 部分新近添加的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表部分新近添加的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表 面。面。 编辑ppt30 编辑ppt31 编辑ppt32 编辑ppt33 编辑ppt34 思考 1、 Interrupted gene 2、 Overlapping gene 3、 Alternative splicing 4
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