真核生物基因組結(jié)構(gòu)

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1、第四章真核生物基因組結(jié)構(gòu)第一節(jié)真核生物基因組的組成C值（C-value）：一個(gè)物種單倍體基因組的DNA含量，通常稱為該物種的C值。每個(gè)物種的C值是相對(duì)恒定的，不同物種的C值差異極大。一般隨著生物結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜程度的增加而C值增大，即：生物細(xì)胞中的C值具有從低等生物到高等生物逐漸增加的趨勢(shì)。一、真核生物基因組的大小支原體細(xì)菌酵母霉菌蠕蟲(chóng)昆蟲(chóng)鳥(niǎo)類兩棲類哺乳類1010109108107106低等動(dòng)物的C值大于高等動(dòng)物如：兩棲類的C值大于哺乳類肺魚(yú)的C值比哺乳動(dòng)物大10－15倍同一門中的動(dòng)物C值變化很大

2、如：兩棲類中的C值變化很大，可相差100倍家蠅的比果蠅的大6倍指C值與生物進(jìn)化復(fù)雜性之間不相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象，也叫C值反常理論。說(shuō)明真核生物基因組中許多的DNA序列不編碼蛋白質(zhì)。表現(xiàn)：☆C值悖理理論（C-valueparadox)植物鳥(niǎo)類哺乳動(dòng)物爬行動(dòng)物兩棲動(dòng)物硬骨魚(yú)軟骨魚(yú)棘皮動(dòng)物甲殼動(dòng)物昆蟲(chóng)軟體動(dòng)物蠕蟲(chóng)霉菌藻類真菌格蘭氏陽(yáng)性菌格蘭氏陰性菌支原體陰影部分為一個(gè)門內(nèi)C-值的范圍二、真核生物基因組的基因數(shù)量不同物種編碼基因差別很大，從500個(gè)到50000個(gè)，有100倍的差距。真核生物的基因數(shù)量通常在600

3、0到50000之間。人的基因組的全長(zhǎng)為大約3X109對(duì)堿基，編碼3-4萬(wàn)個(gè)基因；但某些寄生的真核生物，如腦微孢子蟲(chóng)，基因數(shù)量可能不超過(guò)3000個(gè)，比很多細(xì)菌的基因數(shù)量還少。其中，C是單鏈DNA在t時(shí)刻的濃度。k＝復(fù)性速度常數(shù)三、真核生物基因組的非重復(fù)序列和重復(fù)序列DNA復(fù)性動(dòng)力學(xué)DNA的復(fù)性過(guò)程遵循二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。DNA復(fù)性過(guò)程中復(fù)性的速度用公式表示：dC/dt=-kC02對(duì)上式積分后重排，得出復(fù)性動(dòng)力學(xué)方程：C／C0＝1／（1＋kC0t）C0為單鏈DNA的起始濃度，C為單鏈DNA在t時(shí)刻的濃度

4、，單位mol/L。t為復(fù)性時(shí)間,單位為s（秒）。重組速率常數(shù)k的單位為L(zhǎng)/mol，取決于陽(yáng)離子的濃度、溫度、片段大小和DNA序列的復(fù)雜性。當(dāng)C/C0=1/2時(shí)的C0t值定義為C0t1/2C/C0=1/2=1/(1+kC0t(1/2))Cot(1/2)=1/k(mol.Sec/L)即復(fù)性反應(yīng)完成一半時(shí)在控制反應(yīng)條件（初始濃度、溫度、離子強(qiáng)度、片段大?。┫嗤那疤嵯拢珼NA分子的C0t(1/2)值，取決于核苷酸的排列復(fù)雜性。DNA序列的復(fù)雜度(complexity)X：最長(zhǎng)的沒(méi)有重復(fù)序列的核苷酸對(duì)的

5、數(shù)值。AAAAAAAAX=1ATCGATCGATCGX=4N=105X=105DNA序列的復(fù)雜性、初始濃度、片段大小、溫度、離子強(qiáng)度DNA復(fù)性的影響因素：X=kCot1/2相同核苷酸數(shù)量的DNA，復(fù)雜性小的DNA分子復(fù)性快，Cot(1/2)值小；復(fù)雜性大的DNA分子復(fù)性慢，Cot(1/2)大。Cot曲線：表示復(fù)性速度與DNA順序復(fù)雜性的關(guān)系。Cot(1/2)=1/k(mol.Sec/L)Cot曲線2.利用復(fù)性動(dòng)力學(xué)鑒定基因組序列原核生物Cot曲線的特點(diǎn)：形狀相似（跨越2-3個(gè)數(shù)量級(jí)），Cot（1

6、／2）不相同－－單一序列，只是復(fù)雜性不同。復(fù)雜性X1不同原核生物的Cot曲線復(fù)性分?jǐn)?shù)（1-c/c0）CotP74圖－16真核生物DNA復(fù)性曲線的模式圖復(fù)性反應(yīng)分為三相，每相代表不同復(fù)雜長(zhǎng)度的序列類型根據(jù)復(fù)性動(dòng)力學(xué)特征的不同，將真核生物DNA序列分為4類：零時(shí)復(fù)性序列快速?gòu)?fù)性序列中速?gòu)?fù)性序列慢速?gòu)?fù)性序列1）零時(shí)復(fù)性序列：具有反向重復(fù)結(jié)構(gòu)（也稱回文結(jié)構(gòu)），可在同一條鏈內(nèi)形成雙鏈區(qū)，變性后再?gòu)?fù)性時(shí)，在鏈間復(fù)性之前就已發(fā)生鏈內(nèi)復(fù)性，因此不遵循二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。由于這種序列的復(fù)性速度非?？?，在動(dòng)力學(xué)上稱

7、為零時(shí)（或瞬時(shí)）復(fù)性序列。DNA復(fù)性后可出現(xiàn)發(fā)卡形結(jié)構(gòu)。這種序列常常是DNA復(fù)制酶、轉(zhuǎn)錄酶以及特異蛋白質(zhì)的結(jié)合部位。2）快速?gòu)?fù)性序列：也叫高度重復(fù)序列（Highlyrepetitivesequence）大部分集中于異染色質(zhì)區(qū)，特別是在著絲粒和端粒區(qū)，往往沒(méi)有轉(zhuǎn)錄功能。占基因組的10-60%,長(zhǎng)度6～200bp，重復(fù)次數(shù)在105以上。P74圖－16真核生物DNA復(fù)性曲線的模式圖復(fù)性反應(yīng)分為三相，每相代表不同復(fù)雜長(zhǎng)度的序列類型3）中速?gòu)?fù)性序列：基因組中重復(fù)次數(shù)<105的重復(fù)順序,重復(fù)單位平均長(zhǎng)度約3

8、00bp;復(fù)性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復(fù)順序。多與單拷貝基因間隔排列。多為非編碼序列，如Alu序列也有編碼基因產(chǎn)物的，如rDNA、tDNA、組蛋白基因家族,一般往往以基因家族的形式存在。也叫中度重復(fù)序列(moderaterepetitivesequences)Alufamily（Alu家族）：長(zhǎng)約300bp的片段，大多數(shù)片段含有一個(gè)限制性內(nèi)切酶AluⅠ的酶切位點(diǎn)（AGCT）;均勻分散在整個(gè)基因組中的非重復(fù)序列間;在人類基因組中占1％～3％;4）慢速?gòu)?fù)性序列：C0t1/2一般在103mol.