基因與基因組120828

1、藥學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)藥學(xué)分子生物學(xué)基礎(chǔ)第一篇第一篇第一章第一章基因與基因組基因與基因組第一節(jié)第一節(jié)基基 因因轉(zhuǎn)錄區(qū)轉(zhuǎn)錄區(qū) 其他功能序列其他功能序列調(diào)節(jié)區(qū)其結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)錄區(qū)調(diào)節(jié)區(qū)是儲存特定遺傳信息的DNA片段。( (一一) )基因的概念基因的概念一、基因的概念及分類 是RNA序列和蛋白質(zhì)多肽鏈順序相關(guān)遺傳信息的基本形式，以及表達這些信息所需要的全部核苷酸序列。編碼區(qū)非編碼區(qū)（ RNA 、蛋白質(zhì)） 1866年，孟德爾在植物的雜交試驗文中提出：“生物體的某一特定性狀是受一個遺傳因子(genetic factor)所控制的，也就是一個因子決定一個性狀”。 1926年，Morgan在基因論中提出：“基因既是攜

2、帶生物體遺傳信息的結(jié)構(gòu)單位，又是控制一個特定性狀的功能單位”。 1944年，Avery通過實驗證實 基因的化學(xué)本質(zhì)是DNA。 基因是1909年，由Johannsen創(chuàng)造的一個名詞，取代遺傳因子。1953年 Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。顯示了DNA的空間結(jié)構(gòu)，揭示了DNA分子具有自我復(fù)制功能。DNA RNA 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn) 錄翻 譯復(fù) 制1958年 Crick證明了生物遺傳的中心法則。在在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，以的開放閱讀框架區(qū)，以每每3個相鄰個相鄰的的核苷酸核苷酸為一組，為一組，代表代表一種一種氨基酸氨基酸(或其他信息或其他信息)，這種，這種三聯(lián)體三聯(lián)體形式形式的核苷酸序列稱

3、為的核苷酸序列稱為密碼子密碼子。起始密碼子起始密碼子(initiation codon)：密碼子（密碼子（codon）終止密碼子(termination codon) ：Start of genetic messageCapEndTail5-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 5 3 3-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 開放閱讀框架開放閱讀框架 AUG UAA、UAG、UGA 1961年 Crick又提出了遺傳密碼（66年）遺傳信息蘊藏于DNA鏈上4種堿基的不同組合中。(RNA.Pr，生物性狀)真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)編碼區(qū)互相間互相間隔開隔開但又但又連續(xù)鑲嵌連續(xù)

4、鑲嵌而成，去除非而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可編碼區(qū)再連接后，可翻譯翻譯出由連續(xù)氨基酸組成出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因斷裂基因。 斷裂基因(splite gene):CABD編碼區(qū)編碼區(qū) A、B、C、D非編碼區(qū)非編碼區(qū)（1977年）1963年Nass等首次發(fā)現(xiàn)線粒體中存在DNA。1981年Anderson等發(fā)表了完整的人線粒體DNA序列。1972年Fiers等測定了噬菌體MS2衣殼蛋白的基因序列。某些RNA病毒則以RNA作為遺傳信息的載體。( (二二) )基因的分類基因的分類核基因核外基因1. 編碼蛋白質(zhì)的基因2. 編碼RNA的基因按部位分按部

5、位分按功能和性質(zhì)分按功能和性質(zhì)分5 5 3 3 3 3 5 5 模板鏈模板鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向(在雙鏈DNA中轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段)1.編碼蛋白質(zhì)的基因調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因可轉(zhuǎn)錄成mRNA，翻譯成阻遏蛋白或激活蛋白，從而調(diào)控其他基因的活性2. 編碼RNA的基因rRNA基因tRNA基因小分子RNA基因核酶基因 還有一類不稱為基因的DNA序列，它們是不轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)段，但對基因起調(diào)控作用，如啟動子和增強子等。（酶的功能）（調(diào)節(jié)基因表達）原核生物：原核生物：PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)多個功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成一個轉(zhuǎn)錄單位，依賴同一調(diào)控序列對其進行

6、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，使這些相關(guān)基因?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)表達。這樣一個多順反子轉(zhuǎn)錄單位與其調(diào)控序列即構(gòu)成操縱子操縱子。調(diào)控序列信息區(qū)調(diào)控區(qū)原核基因的協(xié)調(diào)表達就是通過調(diào)控同一啟動基因的活性來實現(xiàn)的。二、基因的結(jié)構(gòu)與功能（一）基因的結(jié)構(gòu)（一）基因的結(jié)構(gòu)真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)編碼區(qū)互相間互相間隔開隔開但又但又連續(xù)鑲嵌連續(xù)鑲嵌而成，去除非而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可編碼區(qū)再連接后，可翻譯翻譯出由連續(xù)氨基酸組成出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因斷裂基因。 斷裂基因(splite gene):CABD編碼區(qū)編碼區(qū) A、B、C、D

7、非編碼區(qū)非編碼區(qū)* *真核生物：真核生物：1.外顯子外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron) 外顯子外顯子（編碼區(qū)）在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。 內(nèi)含子（非編碼區(qū)）外顯子-內(nèi)含子接頭（邊界序列）：5 GT.AG 3 編碼組蛋白的基因是一例外，無內(nèi)含子。編碼rRNA和個別tRNA的結(jié)構(gòu)基因也都含有內(nèi)含子。轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒(II)CAAT盒GC盒(I) 增強子增強子AATAAA切離加尾切離加尾 轉(zhuǎn)錄終止點轉(zhuǎn)錄終止點 修飾點修飾點 外顯子外顯子 翻譯起始點翻譯起始點內(nèi)內(nèi)含含子子 OCT-1

8、OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因-25bp啟動子的核心序列上游啟動子元件2. 調(diào)控序列調(diào)控序列（啟動子、增強子、終止子）順式調(diào)節(jié)（同一個DNA分子中）順式作用元件（DNA序列）cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)順式調(diào)節(jié) mRNA C蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)CBA mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AA反式作用因子順式作用蛋白轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄開始1-30-5010-10-40-205 3 3 5 5 5 RNA聚合酶保護區(qū)聚合酶保護區(qū)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3 3 第一個外顯子的第一個堿基為+1上游下游0 0不用于標記堿基位置調(diào)控序列編碼序列 啟動子 增強子 沉默子 終止子1) 1)真核生物的順式作用元

9、件：真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個個轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的以及一個以上的功能組件功能組件。 啟動子啟動子TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒功能組件（啟動子具有方向性，啟動子本身通常不被轉(zhuǎn)錄。）轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒(II)CAAT盒GC盒(I) 增強子增強子AATAAA切離加尾切離加尾 轉(zhuǎn)錄終止點轉(zhuǎn)錄終止點 修飾點修飾點 外顯子外顯子 翻譯起始點翻譯起始點內(nèi)內(nèi)含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因-25bp啟動子的核心序列TFD（

10、轉(zhuǎn)錄起始的準確性及頻率）上游啟動子元件最簡單啟動子啟動子圖示啟動子圖示: 真核生物主要有三類啟動子： 類啟動子：富含GC堿基對，主要啟動rRNA基因的轉(zhuǎn)錄。類啟動子：通常由TATA盒、幾個上游啟動子元件和轉(zhuǎn)錄起始點組成。主要啟動蛋白質(zhì)和一些小RNA基因的轉(zhuǎn)錄。 類啟動子：主要啟動tRNA基因、5SRNA基因和 U6snRNA基因等RNA基因的轉(zhuǎn)錄。（對應(yīng)三種RNA聚合酶）轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒AATAAA轉(zhuǎn)錄終止點轉(zhuǎn)錄終止點 外顯子外顯子 翻譯起始點翻譯起始點內(nèi)內(nèi)含含子子 OCT-1 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因-25bp 增強子增強子(enhancer)指指遠離遠離轉(zhuǎn)錄起始點、決

11、定基因的時間、空間特異轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、空間特異性、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的性、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列序列。增強效應(yīng)明顯,與方向、距離無關(guān)沒有基因特異性,受外部信號的調(diào)控大多為重復(fù)序列,組織和細胞特異性活性與其在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的空間方向性有關(guān).特點增強子增強子 沉默子沉默子(silencer)某些基因的負性調(diào)節(jié)元件，當其結(jié)合特異某些基因的負性調(diào)節(jié)元件，當其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。 有時,同一DNA元件可以既有增強子活性又有沉默子活性,這取決于與之結(jié)合的蛋白質(zhì)性質(zhì).5 -AAUAAA-5 -AAUAAA-核酸酶核酸酶-GUGU

12、GUGRNA-polAATAAA GTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點轉(zhuǎn)錄終止的修飾點5 5 3 3 5 5加帽加帽 3 3 加尾加尾AAAAAAA 3 mRNA 終止子 和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。 還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達，調(diào)節(jié)自身基因的表達，稱稱順式作用順式作用。 由某一基因表達產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通由某一基因表達產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的過與另一基因的特異的順式作用元件順式作用元件相相互作用，調(diào)節(jié)其表達。這種調(diào)節(jié)作用稱互作用，調(diào)節(jié)其表達。這種調(diào)節(jié)作用稱為為反式作用反式作用。

13、 2) 2)反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) （二）基因功能概述（二）基因功能概述 基因攜帶遺傳信息。 遺傳信息的表達過程是一個基因所攜帶的信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N具有正常功能產(chǎn)物（蛋白質(zhì)、多肽、RNA）的過程。有意義密碼子61個1. 遺傳信息的儲備64個密碼l半保留復(fù)制(概念)l雙向復(fù)制(復(fù)制子）l復(fù)制的半不連續(xù)性2. 基因的復(fù)制3. 基因的表達DNA RNAmRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)多肽鏈的生成 轉(zhuǎn)錄： 翻譯：基因表達的調(diào)控：nRNARNA的種類、分布、功能的種類、分布、功能核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小

14、胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運的剪接、轉(zhuǎn)運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線

15、粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運的剪接、轉(zhuǎn)運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNAn蛋白質(zhì)生物合成(翻譯)反應(yīng)過程: 氨基酸的活化氨基酸的活化 肽鏈的生物合成肽鏈的生物合成 肽鏈形成后的加工和靶向輸送肽鏈形成后的加工和靶向輸送起 始延 長終 止轉(zhuǎn)錄后加工基因激活基因激活轉(zhuǎn)錄

16、起始轉(zhuǎn)錄起始蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯 翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾調(diào)控在各個水平上DNA水平轉(zhuǎn)錄水平翻譯水平組蛋白乙?；疍NA去甲基化對核酸酶敏感mRNA（三）基因突變與疾?。ㄈ┗蛲蛔兣c疾病1.單基因病2.線粒體遺傳病3.多基因病4. 基因診斷與治療基因診斷基因診斷(genetic diagnosis)是利用分利用分子生物學(xué)及分子遺傳的技術(shù)和原理，在子生物學(xué)及分子遺傳的技術(shù)和原理，在DNA水平分析、鑒定遺傳疾病所涉及基水平分析、鑒定遺傳疾病所涉及基因的置換、缺失或插入等突變。因的置換、缺失或插入等突變。又稱又稱DNA診斷診斷 。（1）基因診斷：基本過程： 區(qū)分或鑒定區(qū)分或鑒定DNA的異常的異常

17、分離、擴增待測的分離、擴增待測的DNA片斷片斷基因探針組織和分化階段表達特異性的基因及異常進行檢測和診斷（2）基因治療定義定義基因治療基因治療(gene therapy)是向有功能缺是向有功能缺陷的細胞補充相應(yīng)功能的基因，以糾正或補陷的細胞補充相應(yīng)功能的基因，以糾正或補償其基因的缺陷，從而達到治療的目的。償其基因的缺陷，從而達到治療的目的。方式方式體細胞基因治療體細胞基因治療 (somatic cell gene therapy)生殖細胞基因治療生殖細胞基因治療 (germ line gene therapy)第二節(jié)第二節(jié)基基 因因 組組基因組(genome)：一個細胞或生物體 中的全部DNA

18、。細菌和噬菌體 指單個染色體所含的全 部DNADNA。二倍體真核生物指維持生物體正常功能最基本的一套染色體及所攜帶的全部遺傳信息?；蚪M的定義： 總長為4.2106個bp，完全伸展開，其長度約136mm，為菌體長度的1000倍。不形成染色體結(jié)構(gòu)，只有一個復(fù)制起點。 大腸桿菌約有3500個基因，已經(jīng)定位1000多個，有些基因的DNA序列也已測定。 一般的原核生物基因組都在106水平上，比病毒基因組要大上千倍。一、原核生物基因組1.1.基因組通常僅由一條基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNADNA分子分子組成組成特點2.2.結(jié)構(gòu)基因與調(diào)控序列以結(jié)構(gòu)基因與調(diào)控序列以操縱子操縱子的形式組織在一起的形

19、式組織在一起 5.5.基因是基因是連續(xù)的連續(xù)的 6.6.編碼序列一般編碼序列一般不會重疊不會重疊4.4.結(jié)構(gòu)基因多為結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝單拷貝 rRNA基因是多拷貝的。 當基因開放時，這幾個基因轉(zhuǎn)錄在一條mRNAmRNA鏈上，然后翻譯成幾條功能相關(guān)的蛋白質(zhì)多肽鏈，故稱之為多順反子(polycistron)(polycistron)。 細菌的結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子(intron)成分，即基因序列是連續(xù)的。原核生物基因組中只有少數(shù)基因存在基因重疊。3.3.基因組中基因組中重復(fù)序列很少重復(fù)序列很少7.7.編碼區(qū)編碼區(qū)在基因組中所占的比例遠遠在基因組中所占的比例遠遠大大于真核于真核基因組而小于病毒基因組基

20、因組而小于病毒基因組編碼區(qū)占50%，非編碼區(qū)主要是一些調(diào)控序列。8.8.細菌基因組中存在可細菌基因組中存在可移動的移動的DNADNA序列序列包括插入序列和轉(zhuǎn)座子。二、真核生物基因組真核生物DNA染色體DNA線粒體DNA染色體DNA八大特點八大特點 （一）真核生物基因組特點（一）真核生物基因組特點1.1.真核生物基因組真核生物基因組DNADNA都是都是雙鏈線狀雙鏈線狀且往往不是一條且往往不是一條配子為單倍體，體細胞一般含兩份同源的基因組。2.2.大多數(shù)真核生物的結(jié)構(gòu)基因組為大多數(shù)真核生物的結(jié)構(gòu)基因組為斷裂基因斷裂基因，并，并 受一系列順式作用元件的調(diào)控受一系列順式作用元件的調(diào)控3.3.結(jié)構(gòu)基因的

21、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子單順反子v 與原核生物不同，真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子，翻譯生成一條多肽鏈。4.4.真核生物基因組內(nèi)真核生物基因組內(nèi)非編碼非編碼的序列遠遠的序列遠遠多多于編碼區(qū)于編碼區(qū)90%以上5.5.真核生物基因組中含有大量真核生物基因組中含有大量重復(fù)序列和基因家族重復(fù)序列和基因家族v 在真核細胞DNA中發(fā)現(xiàn)某些核苷酸序列大量重復(fù)出現(xiàn)，這些核苷酸序列叫重復(fù)序列，但在原核細胞基因組中幾乎不存在。核苷酸序列的重復(fù)次數(shù)越高，DNA復(fù)性速度就越快。占35%。6.6.真核基因組真核基因組DNADNA的末端都有一種稱為的末端都有一種稱為端粒端

22、粒的特殊結(jié)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)由末端由末端單鏈單鏈DNA序列序列和和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)構(gòu)成。構(gòu)成。7.7.真核生物基因組中也存在一些可移動的遺傳因子真核生物基因組中也存在一些可移動的遺傳因子8.8.真核生物基因組還包括真核生物基因組還包括細胞器基因組細胞器基因組線粒體基因組、葉綠體基因組果蠅中發(fā)現(xiàn)的DNADNA轉(zhuǎn)座子 端粒端粒(telomere)指指真核真核生物染色體生物染色體線性線性DNA分子分子末端的結(jié)構(gòu)末端的結(jié)構(gòu)。功能 維持染色體的維持染色體的穩(wěn)定性穩(wěn)定性 維持維持DNA復(fù)制的復(fù)制的完整性完整性* *結(jié)構(gòu)特點: 由末端由末端單鏈單鏈DNA序列序列和和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)構(gòu)成。構(gòu)成。TTTTGGGGTTTTGG

23、GGTTTTGGGGTTTTGGGG末端DNA序列是多次重復(fù)的富含T、G堿基的短序列。(膨大成顆粒狀)3 3 5 5 哺乳類動物基因組哺乳類動物基因組DNA 約約 3109bp。 人編碼基因人編碼基因約約2萬萬2.9萬個個， 60%的基因存在著可變剪接， 編碼序列僅占總長的編碼序列僅占總長的1%。 tRNA等重復(fù)基因等重復(fù)基因約占約占5%10%,80%90%無編碼功能無編碼功能，（內(nèi)含子、調(diào)控序列、重復(fù)序列，（內(nèi)含子、調(diào)控序列、重復(fù)序列)。 染色質(zhì)在核內(nèi)，時空隔開、加工、轉(zhuǎn)運染色質(zhì)在核內(nèi)，時空隔開、加工、轉(zhuǎn)運（二）人類基因組 1.人類基因組中的基因數(shù)量及分布 將基因組DNA切成數(shù)百個片斷進行超

24、速離心時，常會在DNA主峰旁形成一個次要的小峰。這些小峰在主峰邊上就象衛(wèi)星一樣，故命名為衛(wèi)星DNA，也叫隨機DNA、隨體。躍進式復(fù)制成串聯(lián)重復(fù)序列是形成衛(wèi)星DNA的基礎(chǔ)。衛(wèi)星DNA分三類：大衛(wèi)星、小衛(wèi)星、微衛(wèi)星DNA（1 1）高度高度重復(fù)序列有衛(wèi)星重復(fù)序列有衛(wèi)星DNADNA和反向重復(fù)序列。和反向重復(fù)序列。2.2.人類基因組中的人類基因組中的重復(fù)序列重復(fù)序列1） 衛(wèi)星DNA (satellite DNA) ：大衛(wèi)星DNA： DNA的浮力密度與它的GC堿基對含量有關(guān)， GC含量高，浮力密度大，反之亦然。當DNA分子的GC含量變化超過5%時，即可通過密度梯度離心將其區(qū)分開來。小衛(wèi)星DNA：由中等大小

25、的串聯(lián)重復(fù)序列構(gòu)成，分布在所有染色體。微衛(wèi)星DNA短串聯(lián)重復(fù)序列（STR）u 小衛(wèi)星和微衛(wèi)星DNA呈高度多態(tài)性，可作為遺傳標記。概念：是指兩個順序相同的拷貝在DNADNA鏈上呈反向排列；即按一定方向讀反向重復(fù)序列的兩條鏈，其堿基序列一樣。 有時兩個反向重復(fù)的DNADNA序列不一定鄰接，中間可以夾雜一些非重復(fù)的DNADNA序列，稱為間斷的反向重復(fù)序列。 反向重復(fù)序列占人類基因組的5%5%，主要位于基因調(diào)控區(qū)。2）反向重復(fù)序列 又稱為回文結(jié)構(gòu)l 較短的回文結(jié)構(gòu)常作為一種特別信號，如限制性內(nèi)切酶的識別位點；l 較長的回文結(jié)構(gòu)其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物易形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，在DNA中可能形成十字形結(jié)構(gòu)。5 GGAATCGA

26、TCTT AAGATCGATTCC 33 CCTTAGCTAGAA TTCTAGCTAAGG 5 注意： 每個重復(fù)序列長約150300bp，在單倍體基因組中重復(fù)30萬50萬次?？勺鳛樘烊坏倪z傳標志。（2 2）中度中度重復(fù)序列重復(fù)序列： 拷貝數(shù)小于106，多為103104。每個重復(fù)序列為數(shù)百至幾千個堿基對大小，分布于單拷貝的DNA大片段之間。1）短散在核元件2）長散在核元件 重復(fù)片段長度可長達35005000bp，分散（或分布）于整個基因組的不同部位。（rRNA、tRNA、組蛋白免疫球蛋白） （3）單拷貝序列： 單拷貝序列在整個基因組中僅出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次，在人類基因組中有60%65%的DNA序

27、列是單拷貝 的。（蛋白質(zhì)或酶、1%） 是指一組結(jié)構(gòu)類似、功能相關(guān)、核苷酸序列又有同源性的基因。家族成員在核酸序列上的同源性提示它們是由同一個祖先基因進化而來的。l 多基因家族是真核生物基因組織中最顯著的特征之一。多基因家族分類一類是編碼RNA的一類是編碼蛋白質(zhì)的串聯(lián)重復(fù)基因在不同染色體上分散排列(如干擾素、珠蛋白、生長激素)按基因的終產(chǎn)物分在基因組中的分布基因家族同源性程度核酸序列相同核酸序列高度同源超基因家族假基因3.3.基因家族基因家族 基因串聯(lián)排列在同一條染色體上，形成基因簇(gene cluster)(gene cluster)，每個重復(fù)的基因單元間由非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)分開。如rRNArR

28、NA、tRNAtRNA、組蛋白基因，它們的表達產(chǎn)物是為細胞所大量需要的。 rRNA基因28S、18S、5.8S構(gòu)成一重復(fù)單位；同種的tRNA串聯(lián)在一起，形成基因簇；組蛋白H1、H2A、H2B、H3、H4串聯(lián)在一起形成一個重復(fù)單位，多個重復(fù)單位再串聯(lián)。（1 1）核酸序列相同或幾乎相同）核酸序列相同或幾乎相同如：干擾素（三種，、基因） 珠蛋白（ 和 兩類基因族）、 生長激素（三種基因）它們均在不同染色體上分散排列。（3 3）超基因家族）超基因家族 是由基因家族與單基因組成的較大的基因家族。 超基因家族的結(jié)構(gòu)有不等的同源性，雖然它們起源于相同的祖先基因，功能卻并不相同。 如：免疫球蛋白超基因家族。（

29、2 2）核酸序列高度同源：）核酸序列高度同源：（4 4）假基因）假基因 是指基因家族中那些不產(chǎn)生有功能基因產(chǎn)物的一類基因，用表示。 假基因的核苷酸序列與相應(yīng)的活性基因極為相似，即假基因與相應(yīng)的基因是同源的。 假基因可能是一種進化遺跡，提示基因組不斷經(jīng)歷著改變?；?因因 組組 學(xué)學(xué)第三節(jié)第三節(jié)一、基因組概述即：human genome projecthuman genome project，HGPHGP（一）結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（一）結(jié)構(gòu)基因組學(xué)人類基因組計劃： 一個細胞所包含DNA結(jié)構(gòu)的一整套基因，即記錄基因組全部DNA序列。人類基因組計劃研究的內(nèi)容：1 1、遺傳圖譜2 2、物理圖譜3 3、序列圖譜

30、4 4、轉(zhuǎn)錄圖譜n 核心內(nèi)容是繪制四張圖譜： 又稱基因連鎖圖或染色體圖。是以具有多態(tài)性的遺傳標記為界標，以遺傳學(xué)距離為圖距的基因組圖。 通過計算在細胞減數(shù)分裂過程中，由于同源染色體間交換所導(dǎo)致的遺傳標記間發(fā)生重組的頻率，來確定這兩個標記在染色體上相對位置的圖譜。1.1.遺傳圖遺傳圖 是以一段已知的特異DNA序列為界標，以MbMb或kbkb為圖距所展示的基因組圖。它能反映生物基因組中基因或標記間的實際距離。 這段已知的特異DNA序列稱為序列標記位點，Sequence tagged site，STS。2.2.物理圖物理圖3.3.序列圖序列圖4.4.轉(zhuǎn)錄圖轉(zhuǎn)錄圖 最高層次和最詳盡的物理圖，獲得人類全

31、基因組的序列圖譜。cDNA圖譜或表達序列標記圖譜，是一種以表達序列標簽為“位標”繪制的分子遺傳圖。（二）功能基因組學(xué)（二）功能基因組學(xué)后功能基因組學(xué)，基因組動態(tài)的生物學(xué)功能的研究。 蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組、癌基因組、疾病基因組、藥物基因組、環(huán)境基因組、行為基因組等。（三）比較基因組學(xué)（三）比較基因組學(xué)在基因組層次上，比較不同基因組之間的異同。 對于人類的健康、疾病的診斷、預(yù)防和個體化治療都是很重要的。不同的人種、族群、群體、以及不同的個體等。（四）藥物基因組學(xué)（四）藥物基因組學(xué) 藥物基因組學(xué)是主要以闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運和藥物靶分子的基因多態(tài)性與藥物作用包括療效和毒副作用之間關(guān)系的一門科學(xué)，

32、是一門新興的研究領(lǐng)域。1.藥物基因組學(xué)研究的分子基礎(chǔ)藥物基因組學(xué)研究的分子基礎(chǔ)：藥物代謝酶的多態(tài)性；藥物轉(zhuǎn)運蛋白的多態(tài)性；藥物作用靶點的多態(tài)性。是基因的多態(tài)性，包括： 藥物基因組學(xué)是以提高藥物的療效及安全性為目標，研究影響藥物吸收、轉(zhuǎn)運、代謝、消除等個體差異的基因特性，并根據(jù)不同病人的基因差異選擇更加科學(xué)優(yōu)化的治療方案與劑量，以此為平臺開發(fā)新藥，最終達到藥物治療的個性化、安全化、經(jīng)濟化。 2.藥物基因組學(xué)研究的目標：藥物基因組學(xué)研究的目標：3.藥物基因組學(xué)研究的主要策略：藥物基因組學(xué)研究的主要策略：選擇藥物起效、活化、排泄等過程相關(guān)的候選基因進行研究，鑒定基因序列的變異，研究基因多態(tài)性與藥效多

33、樣性的關(guān)系。藥物基因組學(xué)的研究不需要發(fā)現(xiàn)新的基因。開辟全新的藥物開發(fā)領(lǐng)域合理用藥與個體化治療基因檢測用于藥物的臨床和臨床前研究 4.藥物基因組學(xué)的應(yīng)用：藥物基因組學(xué)的應(yīng)用：（五）疾病基因組學(xué)（五）疾病基因組學(xué) 是從基因組中分離重要疾病的疾病基因與相關(guān)基因，確定起致病機制。u HGP HGP的誕生：19851985年5 5月，美國加州舉行第一次會議美國能源部提出測定人類基因組序列的動議。19881988年美國成立“國家人類基因組研究中心”，DNADNA雙螺旋提出者WatsonWatson出任第一任主任。19901990年1010月1 1日正式啟動美國國會批準的HGPHGP在1515年內(nèi)，投入30

34、30億美元，對人類基因組分析。20002000年6 6月2626日，提前一年完成基因組基本構(gòu)圖。20032003年4 4月完成全部計劃，比原計劃提前兩年。中國完成了HGPHGP“工作框架圖”中的繪制任務(wù)。二、人類基因組計劃人類基因組計劃研究的內(nèi)容：1 1、遺傳圖譜2 2、物理圖譜3 3、序列圖譜4 4、轉(zhuǎn)錄圖譜n 核心內(nèi)容是繪制四張圖譜：u HGPHGP研究的意義：基因克隆基因診斷基因治療控制人體的生化特性，修復(fù)人體細胞或器官的功能。利用基因改良蔬菜品種，提高農(nóng)作物品質(zhì)?；蛩幬锼幬镩_發(fā)u DNA DNA分子標記的發(fā)展1 1、19801980年，第一代DNADNA標記限制性片段長度多態(tài)性（restriction restriction fragment length polymorphism, RFLPfragment length polymorphism, RFLP）。2 2、19891989年，第二代DNADNA標記微衛(wèi)星DNADNA或短串聯(lián)重復(fù)序列（short tandemshort tandemRepeat, STRRepeat, STR）3 3、19961996年，第三代DNADNA標記單核苷酸多態(tài)性標記（single single nucleotide polymorphismnucleoti