基因組與蛋白質(zhì)組

1、第一節(jié) 基因組一、生物分類系統(tǒng)一、生物分類系統(tǒng) 動物 真菌原生生物 植物非細(xì)胞生物真核生物原核生物生物界（病毒）（藍(lán)藻、細(xì)菌、支原體、 衣原體、立克次氏體）基因組分類基因組分類三、基因組三、基因組基因組（基因組（genomegenome）: :是指單倍體細(xì)胞中全套是指單倍體細(xì)胞中全套的染色體或全部基因。的染色體或全部基因。單倍體細(xì)胞中全套的染色體為一個(gè)基因組。單倍體細(xì)胞中全套的染色體為一個(gè)基因組。單倍體細(xì)胞中全部基因?yàn)橐粋€(gè)基因組。單倍體細(xì)胞中全部基因?yàn)橐粋€(gè)基因組?；蚪M基因組是單倍體細(xì)胞中包括編碼序列和非編是單倍體細(xì)胞中包括編碼序列和非編碼序列在內(nèi)的全部碼序列在內(nèi)的全部DNADNA分子。分子。

2、 基因組大小基因組大小 C值（C-value）：單倍體基因組中的全部DNA量(bp) 106 107 108 109 1010 1011顯花植物骨魚類哺乳類甲殼類爬行類鳥類藻類真菌革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌支原體霉菌蠕蟲類軟體動物棘皮類昆蟲類軟骨魚類兩棲類 C C值（值（C valueC value）：單倍體基因組中的全部）：單倍體基因組中的全部DNADNA量，也就是基因組的大小。量，也就是基因組的大小。 C C值矛盾（值矛盾（C value paradoxC value paradox）：生物體的進(jìn)化程度與基因組大小之間不完全成比例的現(xiàn)象稱為）：生物體的進(jìn)化程度與基因組大小之間不完全成比例的現(xiàn)

3、象稱為C C值矛盾，值矛盾，又稱又稱C C值悖論。值悖論。第二節(jié)第二節(jié)原核生物基因組原核生物基因組第二節(jié)第二節(jié) 原核生物基因組原核生物基因組一、原核生物基因組特征一、原核生物基因組特征一、原核生物基因組特征 什么是什么是（prokaryoteprokaryote）？）？ 細(xì)菌、支原體、衣原體、立克次體、螺旋體、細(xì)菌、支原體、衣原體、立克次體、螺旋體、放線菌和藍(lán)綠藻等原始生物的總稱，放線菌和藍(lán)綠藻等原始生物的總稱，是最簡單的細(xì)是最簡單的細(xì)胞生物體。胞生物體。 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別原核生物基因組原核生物基因組 原核生物基因組原核生物基因組DNADNA較小，一般在較小，一

4、般在10106 610107 7bpbp之間之間 原核生物基因組中只有一個(gè)原核生物基因組中只有一個(gè)DNADNA復(fù)制復(fù)制起點(diǎn)起點(diǎn) 僅有一條染色體構(gòu)成，且為環(huán)狀雙鏈裸僅有一條染色體構(gòu)成，且為環(huán)狀雙鏈裸DNADNA 大腸桿菌4.6106 bp人類3109bp基因數(shù)目較少，約含3500個(gè)基因一、原核生物基因組特征一、原核生物基因組特征（一）原核生物的類核結(jié)構(gòu)（二）原核生物的操縱子結(jié)構(gòu)（三）原核生物的結(jié)構(gòu)基因（四）含有可移動DNA序列（五）具有編碼同工酶的基因( (一一) ) 原核生物的類核結(jié)構(gòu)原核生物的類核結(jié)構(gòu) 1. 1. 類核的定義類核的定義 原核生物沒有典型的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，基因組原核生物沒有典型的細(xì)

5、胞核結(jié)構(gòu)，基因組DNADNA位于細(xì)胞中央的核區(qū)，無核膜將其與細(xì)胞質(zhì)隔開，但能位于細(xì)胞中央的核區(qū)，無核膜將其與細(xì)胞質(zhì)隔開，但能在蛋白質(zhì)的協(xié)助下，以一定的組織形式盤曲、折疊包裝，形成在蛋白質(zhì)的協(xié)助下，以一定的組織形式盤曲、折疊包裝，形成類核，類核，也稱也稱擬核擬核。 （二）原核生物的操縱子結(jié)構(gòu)（二）原核生物的操縱子結(jié)構(gòu) 1 1、定義、定義 原核生物的結(jié)構(gòu)基因大多數(shù)按功能相關(guān)性成簇原核生物的結(jié)構(gòu)基因大多數(shù)按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)排列于染色體上。結(jié)構(gòu)基因連同其上游的調(diào)地串聯(lián)排列于染色體上。結(jié)構(gòu)基因連同其上游的調(diào)控區(qū)（包括調(diào)節(jié)基因、啟動基因和操縱基因）以及控區(qū)（包括調(diào)節(jié)基因、啟動基因和操縱基因）以及下游的

6、轉(zhuǎn)錄終止信號，共同組成了一個(gè)基因表達(dá)單下游的轉(zhuǎn)錄終止信號，共同組成了一個(gè)基因表達(dá)單位，位，即操縱子（即操縱子（operonoperon）。操縱子結(jié)構(gòu)是原核生物基因組的功能單位如：乳糖操縱子（lac operon）、阿拉伯糖操縱子（ara operon）及色氨酸操縱子（trp operon）。( (三三) )原核生物的結(jié)構(gòu)基因原核生物的結(jié)構(gòu)基因 1.1.定義定義 基因中編碼基因中編碼RNARNA或蛋白質(zhì)的或蛋白質(zhì)的DNADNA序列稱為結(jié)構(gòu)基因。序列稱為結(jié)構(gòu)基因。 結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子，基因是連續(xù)的，結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子，基因是連續(xù)的，RNARNA被合成后不需要經(jīng)過被合成后不需要經(jīng)過剪接加工。剪接

7、加工。( (三三) )原核生物的結(jié)構(gòu)基因原核生物的結(jié)構(gòu)基因 2. 2.特點(diǎn)特點(diǎn)（1）單拷貝，連續(xù)排列，多順反子結(jié)構(gòu)（3）存在重復(fù)序列,多為反向重復(fù)序列（2）基因的編碼順序一般不重疊 多順反子多順反子 : :多個(gè)多個(gè)結(jié)構(gòu)基因共用一個(gè)啟動子和一個(gè)終止子，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因共用一個(gè)啟動子和一個(gè)終止子，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄共同共同生成一生成一個(gè)個(gè)mRNAmRNA分子，這個(gè)分子，這個(gè)mRNAmRNA分子帶有幾種蛋白質(zhì)的遺傳信息?？梢跃幋a幾種不同的、分子帶有幾種蛋白質(zhì)的遺傳信息?？梢跃幋a幾種不同的、但多為功能相關(guān)的蛋白質(zhì)。但多為功能相關(guān)的蛋白質(zhì)。原核的mRNA的5 端無帽狀結(jié)構(gòu)，3端也無poly（A）尾，但也有3 以及

8、5非編碼區(qū)。 原核生物基因組十大特征原核生物基因組十大特征1.僅有一條染色體構(gòu)成，且為環(huán)狀雙鏈裸DNA2.僅有一個(gè)DNA復(fù)制起點(diǎn)3.類核結(jié)構(gòu)，也稱“擬核”4.具有操縱子結(jié)構(gòu)5.結(jié)構(gòu)基因?yàn)閱慰截?、連續(xù)排列、多順反子結(jié)構(gòu)6.無重疊基因現(xiàn)象7.基因組中存在重復(fù)序列8.具有編碼同工酶的基因9.存在可移動序列10.編碼區(qū)在基因組中占50%第三節(jié)第三節(jié) 病毒基因組病毒基因組 第三節(jié)第三節(jié) 病毒基因組病毒基因組 病毒病毒 自然界普遍存在的一種結(jié)構(gòu)簡單、不能單獨(dú)繁殖，只能在宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行自然界普遍存在的一種結(jié)構(gòu)簡單、不能單獨(dú)繁殖，只能在宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行復(fù)制以保證遺傳信息傳遞的微生物。完整的病毒顆粒是由核酸和蛋白

9、質(zhì)組成。復(fù)制以保證遺傳信息傳遞的微生物。完整的病毒顆粒是由核酸和蛋白質(zhì)組成。 第三節(jié)第三節(jié) 病毒基因組病毒基因組一、病毒基因組特征二、DNA病毒三、RNA病毒一、病毒基因組特征一、病毒基因組特征（一）基因組的堿基組成（二）基因組核酸類型 （三）基因組中有基因重疊現(xiàn)象（四）基因組中具有操縱子結(jié)構(gòu)（五）病毒基因可連續(xù)也可間斷（六）基因組中重復(fù)序列少一、病毒基因組特征（七）基因組中非編碼區(qū)少 （八）基因組是單倍體 （九）相關(guān)基因叢集 （十）病毒基因組含有不規(guī)則結(jié)構(gòu)基因 ，轉(zhuǎn)錄出 多種mRNA分子一、病毒基因組特征一、病毒基因組特征 （一）基因組的堿基組成（一）基因組的堿基組成 病毒基因組結(jié)構(gòu)相對簡單

10、，基因數(shù)少，所含信息病毒基因組結(jié)構(gòu)相對簡單，基因數(shù)少，所含信息量也少，不同病毒的基因組大小有較大差異。量也少，不同病毒的基因組大小有較大差異。一、病毒基因組特征一、病毒基因組特征 （二）基因組核酸類型（二）基因組核酸類型 雙鏈雙鏈DNADNA；單鏈；單鏈DNADNA 雙鏈雙鏈RNARNA；單鏈；單鏈RNARNA 環(huán)狀分子；線性分子環(huán)狀分子；線性分子一、病毒基因組特征一、病毒基因組特征 什么是正鏈病毒？什么是負(fù)鏈病毒？什么是正鏈病毒？什么是負(fù)鏈病毒？ 如果基因組序列與如果基因組序列與mRNAmRNA相同，稱為正鏈相同，稱為正鏈DNA(+DNA)DNA(+DNA)或正鏈或正鏈RNA(+RNA)RN

11、A(+RNA)病毒。病毒。 如果與如果與mRNAmRNA互補(bǔ)，則稱為負(fù)鏈互補(bǔ)，則稱為負(fù)鏈DNA(-DNA)DNA(-DNA)或負(fù)鏈或負(fù)鏈RNA(-RNA)RNA(-RNA)病毒。病毒。 單鏈正鏈單鏈正鏈RNARNA病毒基因組可直接作為模板功能，翻譯出所編碼的蛋白質(zhì)，并復(fù)制病毒基因組可直接作為模板功能，翻譯出所編碼的蛋白質(zhì)，并復(fù)制出病毒核酸，自我組裝成為成熟的病毒顆粒，感染宿主細(xì)胞。出病毒核酸，自我組裝成為成熟的病毒顆粒，感染宿主細(xì)胞。一、病毒基因組特征 （三）基因組中有基因重疊現(xiàn)象（三）基因組中有基因重疊現(xiàn)象 這種結(jié)構(gòu)的意義在于使較小的基因組能攜帶較多的遺傳信息，使病毒利用有這種結(jié)構(gòu)的意義在于

12、使較小的基因組能攜帶較多的遺傳信息，使病毒利用有限的基因，編碼更多的蛋白質(zhì)。限的基因，編碼更多的蛋白質(zhì)。 一、病毒基因組特征一、病毒基因組特征一、病毒基因組特征一、病毒基因組特征一、病毒基因組特征 （四）基因組中具有操縱子結(jié)構(gòu)（四）基因組中具有操縱子結(jié)構(gòu) 噬菌體噬菌體174174是單鏈?zhǔn)菃捂淒NADNA病毒，含病毒，含A A、A A* *、B B、C C、D D、E E、F F、G G、H H、J J及及K K共共1111個(gè)蛋白質(zhì)基因個(gè)蛋白質(zhì)基因，但這些基因卻只能轉(zhuǎn)錄成，但這些基因卻只能轉(zhuǎn)錄成3 3個(gè)個(gè)mRNAmRNA，其中一個(gè)從，其中一個(gè)從A A基因開始，基因開始，一個(gè)從一個(gè)從B B基因開始

13、，另一個(gè)從基因開始，另一個(gè)從D D基因開始?；蜷_始。二、DNA病毒（一） DNA病毒基因組的一般特點(diǎn)（二） 幾種典型的DNA病毒二、二、DNADNA病毒病毒 （一） DNA病毒基因組的一般特點(diǎn) 1.DNA病毒基因組以雙鏈DNA為常見 2.DNA病毒的基因組中，不同基因可以不同的鏈作為轉(zhuǎn)錄模板 3.幾乎所有真核DNA病毒都是在活宿主細(xì)胞核內(nèi)復(fù)制 二、二、DNADNA病毒病毒 4 4較大的雙鏈較大的雙鏈DNADNA病毒可引起多種嚴(yán)重疾病，病毒可引起多種嚴(yán)重疾病，而較小的而較小的DNADNA病毒會在宿主體內(nèi)誘發(fā)腫瘤。病毒會在宿主體內(nèi)誘發(fā)腫瘤。 5 5有的有的DNADNA病毒不能直接通過病毒不能直接

14、通過DNADNA復(fù)制過程進(jìn)復(fù)制過程進(jìn)行行基因組復(fù)制，基因組復(fù)制， 必須先轉(zhuǎn)錄出一個(gè)必須先轉(zhuǎn)錄出一個(gè)RNARNA中間體（前中間體（前基基因組），然后通過逆轉(zhuǎn)錄過程才能完成基因組復(fù)因組），然后通過逆轉(zhuǎn)錄過程才能完成基因組復(fù)制。制。 6 6DNADNA病毒一般比病毒一般比RNARNA病毒大，生活周期較復(fù)病毒大，生活周期較復(fù)雜。雜。 （二）幾種典型的DNA病毒1.SV40病毒基因組2.腺病毒基因組3.乙型肝炎病毒基因組二、DNA病毒二、DNA病毒 1.SV40 1.SV40病毒基因組病毒基因組 SV40SV40也稱猿猴病毒也稱猿猴病毒4040（simian virus 40simian virus 4

15、0，SV40SV40） 基因組為雙鏈環(huán)狀基因組為雙鏈環(huán)狀DNADNA，由，由5243bp5243bp組成組成 基因組復(fù)制依賴于宿主細(xì)胞的酶類而完成基因組復(fù)制依賴于宿主細(xì)胞的酶類而完成 基因組中含有早期轉(zhuǎn)錄基因和晚期轉(zhuǎn)錄基因基因組中含有早期轉(zhuǎn)錄基因和晚期轉(zhuǎn)錄基因二、二、DNADNA病毒病毒二、二、DNADNA病毒病毒 2. 2.腺病毒基因組腺病毒基因組 腺病毒腺病毒(adenovirus)(adenovirus)顆粒呈球形，直徑顆粒呈球形，直徑70nm70nm90nm90nm，無包膜，無包膜 核心是線性雙鏈核心是線性雙鏈DNADNA，全長，全長36kb 36kb 二、二、DNADNA病毒病毒 3

16、. 3.乙型肝炎病毒基因組乙型肝炎病毒基因組 基因組長基因組長3.2kb3.2kb，是帶有部分單鏈區(qū)的環(huán)狀雙鏈，是帶有部分單鏈區(qū)的環(huán)狀雙鏈 DNADNA分子，兩條鏈長度不等。分子，兩條鏈長度不等。 長鏈為負(fù)鏈：長鏈為負(fù)鏈：L(-)L(-) 長度固定，攜帶有病毒全部的編碼信息。長度固定，攜帶有病毒全部的編碼信息。 短鏈為正鏈：短鏈為正鏈：S(+)S(+) 長度不等，約長度不等，約1.6kb1.6kb2.8kb2.8kb。二、二、DNADNA病毒病毒三、RNA病毒（一）基因組的一般特點(diǎn)（二）幾種典型的RNA病毒三、三、RNARNA病毒病毒 （一）基因組的一般特點(diǎn)（一）基因組的一般特點(diǎn) 1.1.單鏈

17、或雙鏈，但以單鏈單鏈或雙鏈，但以單鏈RNARNA為多見為多見 2.2.所攜帶的遺傳信息一般都在同一條鏈上，因此病毒所攜帶的遺傳信息一般都在同一條鏈上，因此病毒RNARNA鏈有正負(fù)之分鏈有正負(fù)之分 3.3.許多哺乳類逆轉(zhuǎn)錄病毒屬于單正鏈雙體許多哺乳類逆轉(zhuǎn)錄病毒屬于單正鏈雙體RNARNA，含有，含有2 2個(gè)相同的個(gè)相同的( ()RNA)RNA，屬于，屬于雙倍體雙倍體 三、三、RNARNA病毒病毒 4.RNA 4.RNA病毒變異率很高，平均每病毒變異率很高，平均每10103 310104 4個(gè)堿基個(gè)堿基中有一個(gè)突變中有一個(gè)突變 5.RNA5.RNA病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄常常獨(dú)立于宿主細(xì)胞核病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄

18、常常獨(dú)立于宿主細(xì)胞核 6.6.盡管不同盡管不同RNARNA病毒的復(fù)制方式不相同，但均需病毒的復(fù)制方式不相同，但均需經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄完成其基因組的復(fù)制經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄完成其基因組的復(fù)制 （二）幾種典型的RNA病毒1.丙型肝炎病毒基因組2.人類免疫缺陷病毒基因組三、RNA病毒三、三、RNARNA病毒病毒1.1.丙型肝炎病毒基因組丙型肝炎病毒基因組 病毒呈球型顆粒，直徑約病毒呈球型顆粒，直徑約50nm50nm，有脂質(zhì)包膜，有脂質(zhì)包膜 基因組為單鏈正鏈基因組為單鏈正鏈RNARNA病毒，鏈長約病毒，鏈長約9.5kb 9.5kb 整個(gè)基因組只有一個(gè)整個(gè)基因組只有一個(gè)ORFORF，編碼，編碼30113011或或301030

19、10個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸 三、三、RNARNA病毒病毒HCVHCV基因組的兩個(gè)突出特征：基因組的兩個(gè)突出特征： 55末端有一個(gè)長度和序列非常穩(wěn)定的非編碼區(qū)（末端有一個(gè)長度和序列非常穩(wěn)定的非編碼區(qū)（UTRUTR），此區(qū)是整個(gè)基因組中），此區(qū)是整個(gè)基因組中最保守的區(qū)域最保守的區(qū)域 33端端UTRUTR長度取決于病毒的來源長度取決于病毒的來源 三、三、RNARNA病毒病毒 2. 2.人類免疫缺陷病毒基因組人類免疫缺陷病毒基因組 人類免疫缺陷病毒是獲得性免疫缺陷綜合征（人類免疫缺陷病毒是獲得性免疫缺陷綜合征（AIDSAIDS）的病原體，屬于）的病原體，屬于逆逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)錄病毒。 三、三、RNARNA病毒病

20、毒HIVHIV基因組：基因組： 由由2 2條相同的正鏈條相同的正鏈RNARNA在在55端通過氫鍵互相連接形成二聚體端通過氫鍵互相連接形成二聚體 單鏈單鏈RNARNA含含97499749個(gè)核苷酸，共有個(gè)核苷酸，共有9 9個(gè)基因個(gè)基因 3 3個(gè)為結(jié)構(gòu)基因（個(gè)為結(jié)構(gòu)基因（gaggag、polpol、envenv） 編碼病毒毒粒的結(jié)構(gòu)蛋白編碼病毒毒粒的結(jié)構(gòu)蛋白 6 6個(gè)為調(diào)控基因（個(gè)為調(diào)控基因（tattat、revrev、nefnef、vifvif、vprvpr、vpuvpu）三、三、RNARNA病毒病毒第四節(jié)第四節(jié) 真核生物基因組真核生物基因組第三節(jié)第三節(jié) 真核生物基因組真核生物基因組一、細(xì)胞核基因

21、組及其特點(diǎn)二、細(xì)胞質(zhì)基因組及其特點(diǎn)三、基因組結(jié)構(gòu)與疾病原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別線粒體、葉綠體真核生物基因組細(xì)胞核基因組細(xì)胞質(zhì)基因組一、真核生物細(xì)胞核基因組的特征一、真核生物細(xì)胞核基因組的特征體細(xì)胞為二倍體1線狀DNA與組蛋白結(jié)合形成染色體2基因?yàn)閿嗔鸦?，有?nèi)含子結(jié)構(gòu)3結(jié)構(gòu)基因?yàn)閱雾樂醋咏Y(jié)構(gòu)4基因組有大量的重復(fù)序列5染色體末端具有端粒結(jié)構(gòu)6高度重復(fù)序列中度重復(fù)序列低度重復(fù)序列基因組多態(tài)性7：凡是體細(xì)胞中含有兩個(gè)染色體組的生物個(gè)體，均稱為二倍體。可用2N表示。人和幾乎全部的高等動物，還有一半以上的高等植物都是二倍體。 （一）體細(xì)胞為二倍體從基因組DNA到染色體核小體念珠狀

22、結(jié)構(gòu)（右）及30nm螺線管結(jié)構(gòu)（左）DNA核小體30nm螺線管結(jié)構(gòu)超螺旋染色體長度（厘米） 直徑（微米） （二）線狀DNA與組蛋白結(jié)合形成染色體.（三）真核生物的斷裂基因（三）真核生物的斷裂基因間隔區(qū)DNA（非結(jié)構(gòu)基因）內(nèi)含子外顯子真核生物DNA模式圖真核生物結(jié)構(gòu)基因之間存在的編碼空白區(qū)或轉(zhuǎn)錄空白區(qū)?；蚪M愈大，間隔區(qū)DNA所占的比例愈高 。 間隔區(qū)DNA內(nèi)含子結(jié)構(gòu)基因中的非編碼序列，在mRNA的成熟過程中被剪切，對外顯子的正常表達(dá)可能具有調(diào)節(jié)作用。 外顯子 結(jié)構(gòu)基因中的編碼序列，在mRNA成熟過程中切去內(nèi)含子后拼接成完整的序列，成為成熟的mRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成。 順式作用元件反式作用因

23、子（四）真核細(xì)胞的（四）真核細(xì)胞的單順反子單順反子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單順反子一個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mRNA分子，翻譯成一條多肽鏈 多順反子多個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄共同生成一個(gè)mRNA分子，翻譯成一條多肽鏈 真核原核 啟終啟終（六）染色體末端具有端粒結(jié)構(gòu)（六）染色體末端具有端粒結(jié)構(gòu) 是是真核細(xì)胞真核細(xì)胞的的染色體末端染色體末端存在著一種由存在著一種由DNADNA片段和片段和蛋白蛋白組成的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，組成的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，對對維持染色體的穩(wěn)定性維持染色體的穩(wěn)定性具具有重要的作用。有重要的作用。1.端粒的定義2.2.端粒的結(jié)構(gòu)端粒的結(jié)構(gòu) 組成組成端粒的端粒的DNADNA是由是由(TTGGGG)n(TTGGGG)

24、n所組成的非編碼重復(fù)序列所組成的非編碼重復(fù)序列 。 組成組成端粒的蛋白質(zhì)端粒的蛋白質(zhì)有兩種，一種與單鏈富含有兩種，一種與單鏈富含G G的端粒的端粒DNADNA結(jié)合，另一種與雙鏈的結(jié)合，另一種與雙鏈的端粒端粒DNADNA結(jié)合。結(jié)合。3.3.端粒的主要作用端粒的主要作用 維持染色體的穩(wěn)定性，防止染色體的重組及末端被降解。維持染色體的穩(wěn)定性，防止染色體的重組及末端被降解。 組織培養(yǎng)細(xì)胞證明，經(jīng)過多代培養(yǎng)的老化細(xì)胞端粒變組織培養(yǎng)細(xì)胞證明，經(jīng)過多代培養(yǎng)的老化細(xì)胞端粒變短，染色體也變得不穩(wěn)定。短，染色體也變得不穩(wěn)定。 在新細(xì)胞中，細(xì)胞每分裂一次，端粒就縮短一次，當(dāng)在新細(xì)胞中，細(xì)胞每分裂一次，端粒就縮短一次

25、，當(dāng)端粒不能再縮短時(shí)，細(xì)胞就無法繼續(xù)分裂了。這時(shí)候端粒不能再縮短時(shí)，細(xì)胞就無法繼續(xù)分裂了。這時(shí)候細(xì)胞就開始死亡。因此，端粒被科學(xué)家們視為細(xì)胞就開始死亡。因此，端粒被科學(xué)家們視為“生命生命時(shí)鐘時(shí)鐘”。 4.4.端粒酶端粒酶 精子和癌細(xì)胞內(nèi)的染色體端?？梢蚤L時(shí)間不被縮短？精子和癌細(xì)胞內(nèi)的染色體端?？梢蚤L時(shí)間不被縮短？ 端粒酶端粒酶 一種核糖蛋白酶，具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性，能維持端粒長度。一種核糖蛋白酶，具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性，能維持端粒長度。 端粒和端粒酶與端粒和端粒酶與腫瘤、衰老腫瘤、衰老有關(guān)。有關(guān)。( (七七) )基因組多態(tài)性基因組多態(tài)性 2.單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polym

26、orphism，SNP） 1.限制性片段長度多態(tài)性（restriction fragment length polymorphism， RFLP） 1.1.限制性片段長度多態(tài)性限制性片段長度多態(tài)性 多態(tài)性出現(xiàn)在限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)序列中，用某個(gè)內(nèi)切酶水解基因組多態(tài)性出現(xiàn)在限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)序列中，用某個(gè)內(nèi)切酶水解基因組的某段序列時(shí)，在同種的不同個(gè)體之間該段序列可能被酶解成長短不等的幾個(gè)的某段序列時(shí)，在同種的不同個(gè)體之間該段序列可能被酶解成長短不等的幾個(gè)DNADNA片段。片段。2.2.單核苷酸多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性 單個(gè)核苷酸的變異，人群中個(gè)體差異最具代表性的單個(gè)核苷酸的變異，人群中

27、個(gè)體差異最具代表性的DNADNA多態(tài)性多態(tài)性 人類基因組中每人類基因組中每1kb1kb就有一個(gè)就有一個(gè)SNPSNP位點(diǎn)位點(diǎn), ,共約共約300300萬個(gè)萬個(gè) 變異的變異的4 4種形式種形式 三種顛換：三種顛換：C AC A（G TG T） C GC G（G CG C） T AT A（A TA T） 一種轉(zhuǎn)換：一種轉(zhuǎn)換：C TC T（G AG A） 轉(zhuǎn)換的頻率是顛換的轉(zhuǎn)換的頻率是顛換的3 3倍，因此轉(zhuǎn)換是倍，因此轉(zhuǎn)換是SNPSNP發(fā)生的主要原因。發(fā)生的主要原因。1基因組DNA為雙鏈環(huán)狀超螺旋分子2主要編碼與生物氧化有關(guān)的蛋白3母系遺傳4突變率高5遺傳密碼與通用的遺傳密碼有所區(qū)別二、線粒體基因組特

28、點(diǎn).線粒體的起源線粒體是由共生于原始真核細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌演變而來1.內(nèi)共生學(xué)說線粒體的起源線粒體的起源二、細(xì)胞質(zhì)基因組及其特點(diǎn)二、細(xì)胞質(zhì)基因組及其特點(diǎn) 兩類細(xì)胞器能夠攜帶遺傳物質(zhì)：兩類細(xì)胞器能夠攜帶遺傳物質(zhì)： 線粒體和葉綠體，稱為線粒體和葉綠體，稱為細(xì)胞器基因組細(xì)胞器基因組 這些遺傳物質(zhì)獨(dú)立于細(xì)胞核基因組外自行復(fù)制和表達(dá)，這些遺傳物質(zhì)獨(dú)立于細(xì)胞核基因組外自行復(fù)制和表達(dá)，又稱為又稱為染色體外基因組。染色體外基因組。 葉綠體基因組葉綠體基因組只存在于綠色植物中只存在于綠色植物中 線粒體基因組線粒體基因組存在于幾乎所有的真核生物中存在于幾乎所有的真核生物中 。三、基因組結(jié)構(gòu)與疾病三、基因組結(jié)構(gòu)與疾病 基

29、因組結(jié)構(gòu)基因組結(jié)構(gòu) 基因組基因組DNADNA中中不同功能片段的分布不同功能片段的分布 基因組結(jié)構(gòu)與基因組結(jié)構(gòu)與染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)和形態(tài)染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)和形態(tài)有關(guān)有關(guān)三、基因組結(jié)構(gòu)與疾病三、基因組結(jié)構(gòu)與疾?。ㄒ唬┤祟惾旧w與疾?。ǘ┗蚪Y(jié)構(gòu)與疾病三、基因組結(jié)構(gòu)與疾?。ㄒ唬┤祟惾旧w與疾?。ㄒ唬┤祟惾旧w與疾病 核基因組存在于染色體，人類的染色體組（單倍體）核基因組存在于染色體，人類的染色體組（單倍體）約有約有3 3萬個(gè)結(jié)構(gòu)基因。萬個(gè)結(jié)構(gòu)基因。 染色體發(fā)生數(shù)目異?；蛭⑿〉慕Y(jié)構(gòu)改變，會導(dǎo)致相染色體發(fā)生數(shù)目異?；蛭⑿〉慕Y(jié)構(gòu)改變，會導(dǎo)致相應(yīng)的基因數(shù)量與結(jié)構(gòu)的異常，而引起疾病。應(yīng)的基因數(shù)量與結(jié)構(gòu)的異常，而

30、引起疾病。三、基因組結(jié)構(gòu)與疾病 1.1.染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)和形態(tài)染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)和形態(tài) 2.2.染色體數(shù)目畸變與疾病染色體數(shù)目畸變與疾病 多倍體和多倍性多倍體和多倍性 異倍性或非整倍性異倍性或非整倍性 三體性和單體性三體性和單體性 3.3.染色體結(jié)構(gòu)異常與疾病染色體結(jié)構(gòu)異常與疾病 三、基因組結(jié)構(gòu)與疾?。ǘ┗蚪Y(jié)構(gòu)與疾?。ǘ┗蚪Y(jié)構(gòu)與疾病 基因結(jié)構(gòu)異常一般指基因突變，即基因的核苷酸基因結(jié)構(gòu)異常一般指基因突變，即基因的核苷酸序列或數(shù)目發(fā)生改變，包括點(diǎn)突變，缺失、重復(fù)、插序列或數(shù)目發(fā)生改變，包括點(diǎn)突變，缺失、重復(fù)、插入等。入等。 三、基因組結(jié)構(gòu)與疾?。ǘ┗蚪Y(jié)構(gòu)與疾病1.單基因病2.多基因病3.

31、疾病基因與疾病相關(guān)基因三、基因組結(jié)構(gòu)與疾病 1. 1.單基因病單基因病血紅蛋白病、苯丙酮尿癥、原發(fā)性痛風(fēng)血紅蛋白病、苯丙酮尿癥、原發(fā)性痛風(fēng) 2.多基因病 原發(fā)性高血壓、糖尿病、哮喘、實(shí)體瘤 三、基因組結(jié)構(gòu)與疾病三、基因組結(jié)構(gòu)與疾病3.3.疾病基因與疾病相關(guān)基因疾病基因與疾病相關(guān)基因 疾病基因疾病基因 該基因的突變可引起某種疾病該基因的突變可引起某種疾病 疾病相關(guān)基因疾病相關(guān)基因 與某種疾病相關(guān)與某種疾病相關(guān)第五節(jié)第五節(jié) 人類基因組與人類基因組計(jì)人類基因組與人類基因組計(jì)劃劃 第四節(jié) 人類基因組與人類基因組計(jì)劃一、人類基因組二、人類基因組計(jì)劃一、人類基因組 人類基因組包括細(xì)胞核內(nèi)的人類基因組包括細(xì)

32、胞核內(nèi)的核基因組核基因組和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的線粒體線粒體基因組基因組 正常體細(xì)胞（二倍體）基因組包括二個(gè)核基因組和多個(gè)線正常體細(xì)胞（二倍體）基因組包括二個(gè)核基因組和多個(gè)線粒體基因組粒體基因組 人類基因組的組織特點(diǎn)：人類基因組的組織特點(diǎn)： 功能相似或相關(guān)的基因常常散在地分布在不同的染色功能相似或相關(guān)的基因常常散在地分布在不同的染色體上體上 基因組中各個(gè)基因之間差異極大基因組中各個(gè)基因之間差異極大 一、人類基因組 各個(gè)基因的大小差異很大各個(gè)基因的大小差異很大( (從數(shù)百個(gè)從數(shù)百個(gè)bpbp到數(shù)百個(gè)到數(shù)百個(gè)kbkb不等不等) ) 基因組含重復(fù)序列，大多為非編碼，與編碼序列相間排列基因組含重復(fù)序列，

33、大多為非編碼，與編碼序列相間排列 每個(gè)結(jié)構(gòu)基因都有單獨(dú)的調(diào)控序列每個(gè)結(jié)構(gòu)基因都有單獨(dú)的調(diào)控序列 一、人類基因組二、人類基因組計(jì)劃 （human genome project, HGP） （一） 人類基因組計(jì)劃的啟動（二） 人類基因組計(jì)劃的內(nèi)容（三） 人類基因組計(jì)劃的延伸后基因組計(jì)劃二、人類基因組計(jì)劃（一）（一） 人類基因組計(jì)劃的啟動人類基因組計(jì)劃的啟動 美國于美國于19901990年年1010月啟動月啟動“人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃” 歐洲、日本、韓國、俄羅斯、澳大利亞和中國相繼加入歐洲、日本、韓國、俄羅斯、澳大利亞和中國相繼加入人類基因組計(jì)劃的研究行列人類基因組計(jì)劃的研究行列二、人類基因組

34、計(jì)劃中國于中國于19941994年啟動人類基因組計(jì)劃年啟動人類基因組計(jì)劃最初的經(jīng)費(fèi)來源最初的經(jīng)費(fèi)來源: : 國家自然科學(xué)基金委員會國家自然科學(xué)基金委員會 “ “863”863”高科技計(jì)劃高科技計(jì)劃最初的研究項(xiàng)目最初的研究項(xiàng)目: :中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究重大疾病相關(guān)基因定位、克隆、結(jié)構(gòu)與功能研究重大疾病相關(guān)基因定位、克隆、結(jié)構(gòu)與功能研究二、人類基因組計(jì)劃 19991999年年9 9月起，我國承擔(dān)了人類基因組月起，我國承擔(dān)了人類基因組1%1%的的 測序任務(wù)測序任務(wù) 20012001年年8 8月月2626日，人類基因組日，人類基因組“中國卷中國卷

35、”的繪的繪 制工作宣告完成制工作宣告完成 二、人類基因組計(jì)劃 20032003年年4 4月月1414日，中、美、日、德、法、英等日，中、美、日、德、法、英等6 6國科國科學(xué)家宣布人類基因組序列圖繪制成功，人類基因組學(xué)家宣布人類基因組序列圖繪制成功，人類基因組計(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn) 已完成的序列圖覆蓋人類基因組的已完成的序列圖覆蓋人類基因組的99%99%，精確率達(dá)到，精確率達(dá)到99.99%99.99%，進(jìn)度比原計(jì)劃提前兩年多，進(jìn)度比原計(jì)劃提前兩年多 20042004年年1010月，公布人類基因組完成圖月，公布人類基因組完成圖 二、人類基因組計(jì)劃二、人類基因組計(jì)劃（二） 人類

36、基因組計(jì)劃的定義二、人類基因組計(jì)劃（二） 人類基因組計(jì)劃的內(nèi)容二、人類基因組計(jì)劃1.1.遺傳圖遺傳圖 DNADNA遺傳標(biāo)志遺傳標(biāo)志 第一代第一代 RFLPRFLP 第二代第二代 VNTRVNTR、STRSTR 第三代第三代 SNPSNP 二、人類基因組計(jì)劃第二代第二代DNADNA遺傳標(biāo)志遺傳標(biāo)志 小衛(wèi)星小衛(wèi)星VNTRVNTR 微衛(wèi)星微衛(wèi)星STRSTR 具高度多態(tài)性，提供更大的信息量具高度多態(tài)性，提供更大的信息量二、人類基因組計(jì)劃第三代第三代DNADNA遺傳標(biāo)志遺傳標(biāo)志( (SNPSNP） 人基因組中，每人基因組中，每10001000個(gè)堿基即會出現(xiàn)單個(gè)堿基的個(gè)堿基即會出現(xiàn)單個(gè)堿基的變異，由這種方

37、式產(chǎn)生的單堿基變異是一種雙等位基因變異，由這種方式產(chǎn)生的單堿基變異是一種雙等位基因多態(tài)性標(biāo)記。多態(tài)性標(biāo)記。二、人類基因組計(jì)劃2.2.物理圖物理圖 測定人類基因組測定人類基因組DNADNA分子的物理長度分子的物理長度 描述描述DNADNA分子兩個(gè)位點(diǎn)或染色體兩個(gè)位標(biāo)之間的實(shí)際距分子兩個(gè)位點(diǎn)或染色體兩個(gè)位標(biāo)之間的實(shí)際距離離 基本原理：人類基因組基本原理：人類基因組DNADNA 打碎打碎 拼接拼接 圖距：以圖距：以MbMb、kbkb作為圖距作為圖距, ,平均圖距平均圖距100kb100kb 路標(biāo)：以路標(biāo)：以DNADNA探針的探針的STSSTS序列為路標(biāo)序列為路標(biāo) 二、人類基因組計(jì)劃構(gòu)建物理圖的主要內(nèi)

38、容構(gòu)建物理圖的主要內(nèi)容: : 把含有把含有STSSTS對應(yīng)序列的對應(yīng)序列的DNADNA克隆片段連接成相互重疊的克隆片段連接成相互重疊的“片片段重疊群（段重疊群（contigcontig）” 以以STSSTS為路標(biāo)的物理圖與已建的遺傳圖進(jìn)行對比為路標(biāo)的物理圖與已建的遺傳圖進(jìn)行對比二、人類基因組計(jì)劃二、人類基因組計(jì)劃 3.3.序列圖序列圖 把龐大的基因組分成若干有路標(biāo)的區(qū)域后，進(jìn)行測序分把龐大的基因組分成若干有路標(biāo)的區(qū)域后，進(jìn)行測序分析析二、人類基因組計(jì)劃4.4.基因圖基因圖 內(nèi)容：鑒別全部基因的位置、結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)容：鑒別全部基因的位置、結(jié)構(gòu)與功能 人類基因組計(jì)劃已經(jīng)確定人類人類基因組計(jì)劃已經(jīng)確定

39、人類3 3萬多個(gè)基因在萬多個(gè)基因在2323對染對染色體上的位置及其堿基排列順序色體上的位置及其堿基排列順序二、人類基因組計(jì)劃（三）（三） 人類基因組計(jì)劃的延伸人類基因組計(jì)劃的延伸 后基因組計(jì)劃后基因組計(jì)劃二、人類基因組計(jì)劃后基因組計(jì)劃（功能基因組學(xué)）后基因組計(jì)劃（功能基因組學(xué)） 序列所起的作用是什么？序列所起的作用是什么？ 具有哪一些功能？具有哪一些功能？ 生命的整體現(xiàn)象是如何形成的？生命的整體現(xiàn)象是如何形成的？二、人類基因組計(jì)劃 基因組研究的重心將轉(zhuǎn)向基因功能，從分子整體水平基因組研究的重心將轉(zhuǎn)向基因功能，從分子整體水平對生物學(xué)功能進(jìn)行研究，在分子層面探索人類健康和對生物學(xué)功能進(jìn)行研究，在分

40、子層面探索人類健康和疾病的奧秘。疾病的奧秘。 大規(guī)模的功能基因組、蛋白質(zhì)組以及藥物基因組的研大規(guī)模的功能基因組、蛋白質(zhì)組以及藥物基因組的研究已經(jīng)成為新的熱點(diǎn)究已經(jīng)成為新的熱點(diǎn) 生物信息技術(shù)是后基因組時(shí)代的核心技術(shù)生物信息技術(shù)是后基因組時(shí)代的核心技術(shù) 二、人類基因組計(jì)劃兩個(gè)重要概念：生物信息學(xué)：生物信息學(xué)： 應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)研究生物信息的一門新生學(xué)科應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)研究生物信息的一門新生學(xué)科 將生物遺傳密碼與電腦信息結(jié)合，分析核酸、蛋將生物遺傳密碼與電腦信息結(jié)合，分析核酸、蛋 白質(zhì)等生物大分子的序列，揭示遺傳信息白質(zhì)等生物大分子的序列，揭示遺傳信息 通過查詢、搜索、比較、分析生物信息，理解生通過查詢

41、、搜索、比較、分析生物信息，理解生 物大分子信息的生物學(xué)意義物大分子信息的生物學(xué)意義 二、人類基因組計(jì)劃系統(tǒng)生物學(xué)：系統(tǒng)生物學(xué)： 在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)生物學(xué)、生物大科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)生物學(xué)、生物大科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科。計(jì)算數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科。 主要研究目標(biāo)：主要研究目標(biāo)： 了解生物系統(tǒng)中所有組成成分在特定條件下的了解生物系統(tǒng)中所有組成成分在特定條件下的相互關(guān)系和一定時(shí)間內(nèi)該系統(tǒng)的動力學(xué)過程。相互關(guān)系和一定時(shí)間內(nèi)該系統(tǒng)的動力學(xué)過程。二、人類基因組計(jì)劃二、人類基因組計(jì)劃（三）后基因組計(jì)劃1.功能基因組學(xué)2.蛋白質(zhì)組學(xué)3.比較基因組學(xué)4.環(huán)境基

42、因組學(xué)5.藥物基因組學(xué)6.基因組多態(tài)性的研究7.模式生物體基因組研究二、人類基因組計(jì)劃 1. 1.功能基因組學(xué)功能基因組學(xué) 從全基因組序列水平研究基因及其產(chǎn)物在不從全基因組序列水平研究基因及其產(chǎn)物在不同時(shí)間、空間、條件下結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系及活動規(guī)同時(shí)間、空間、條件下結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系及活動規(guī)律。律。 二、人類基因組計(jì)劃 2. 2.蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué) 以蛋白質(zhì)組為研究對象，主要研究細(xì)胞內(nèi)蛋以蛋白質(zhì)組為研究對象，主要研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的組成及其活動規(guī)律，建立完整的蛋白質(zhì)文白質(zhì)的組成及其活動規(guī)律，建立完整的蛋白質(zhì)文庫。庫。二、人類基因組計(jì)劃 3. 3.比較基因組學(xué)比較基因組學(xué)在整個(gè)基因組層次上進(jìn)行跨物種、跨

43、群體的核苷酸序列比較在整個(gè)基因組層次上進(jìn)行跨物種、跨群體的核苷酸序列比較對基因組的大小、數(shù)量，特定基因的存在或缺失，基因的位置及排列順序等進(jìn)行對基因組的大小、數(shù)量，特定基因的存在或缺失，基因的位置及排列順序等進(jìn)行比較比較探討物種的進(jìn)化、基因功能的演變和基因的調(diào)控探討物種的進(jìn)化、基因功能的演變和基因的調(diào)控 4. 4.環(huán)境基因組學(xué)環(huán)境基因組學(xué) 基因組中環(huán)境應(yīng)答基因的總和?；蚪M中環(huán)境應(yīng)答基因的總和。 環(huán)境應(yīng)答基因環(huán)境應(yīng)答基因 人類對環(huán)境暴露的易感性在不同個(gè)體中存在人類對環(huán)境暴露的易感性在不同個(gè)體中存在遺傳背景的差異，某些基因?qū)Νh(huán)境因素的作用會產(chǎn)遺傳背景的差異，某些基因?qū)Νh(huán)境因素的作用會產(chǎn)生特定的反

44、應(yīng)。生特定的反應(yīng)。二、人類基因組計(jì)劃二、人類基因組計(jì)劃 研究內(nèi)容：研究內(nèi)容： 研究環(huán)境因素對人類疾病的遺傳易感性，闡明環(huán)境研究環(huán)境因素對人類疾病的遺傳易感性，闡明環(huán)境暴露對易感人群反應(yīng)的分子機(jī)制。暴露對易感人群反應(yīng)的分子機(jī)制。 二、人類基因組計(jì)劃5.5.藥物基因組學(xué)藥物基因組學(xué) 研究影響藥物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝、清除等過程中的基因研究影響藥物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝、清除等過程中的基因差異差異 進(jìn)行疾病相關(guān)基因、藥物作用靶點(diǎn)、藥物代謝酶譜、藥進(jìn)行疾病相關(guān)基因、藥物作用靶點(diǎn)、藥物代謝酶譜、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因多態(tài)性等方面的研究物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因多態(tài)性等方面的研究 尋找新的藥物先導(dǎo)物和新的給藥方式，指導(dǎo)臨床用藥尋找新的藥物先導(dǎo)物和新的給藥方式，指導(dǎo)臨床用藥 二、人類基因組計(jì)劃6.6.基因組多態(tài)性的研究基因組多態(tài)性的研究 不同群體或個(gè)體在對疾病的易感性、抗性及其他生物不同群體