從核酸到基因組

1第一節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

A-DNA右手雙螺旋結(jié)構(gòu)

B-DNA左手雙螺旋結(jié)構(gòu)Z-DNA十字型DNA三股螺旋結(jié)構(gòu)234

5678四、線粒體DNA

人類線粒體DNA測(cè)序完成于1981年含有16569bp，37個(gè)基因：編碼2種rRNA(12S和16S)22種tRNA13種蛋白質(zhì)(主要是呼吸鏈成分)

9第二節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能一、RNA的基本特征

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二、mRNA1.mRNA的特點(diǎn)：種類多、含量少、壽命短、分子大小不均，差異極大。mRNA約占細(xì)胞內(nèi)總RNA的10%以下，不同的mRNA編碼不同的蛋白質(zhì)，完成使命即被降解11

2.mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：⑴帽子結(jié)構(gòu)⑵poly(A)尾⑶內(nèi)含子、外顯子

3.功能

1213三、tRNA

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.功能1415四、rRNA

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.功能16五、小核RNA（snRNA）

只存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)，分子較小，約含70-300個(gè)核苷酸。功能主要是參與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工過程。17六、核酶

概念：核酶(Ribozyme)是具有催化活性的RNA特點(diǎn):

①化學(xué)本質(zhì)為RNA或RNA片斷②核酶都有自己的活性序列或活性中心③核酶的底物種類比較簡(jiǎn)單，多為自身RNA或其它RNA分子④核酶的催化效率比酶蛋白低得多⑤反應(yīng)時(shí)需要Mg2+參加⑥核酶的催化活性也具有專一性18結(jié)構(gòu)：意義:

1.對(duì)RNA的生物學(xué)功能有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí).

2.RNA催化功能的發(fā)現(xiàn)對(duì)于了解生命進(jìn)化過程有著重要意義

3.用于治療

19核酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)20第三節(jié)基因和基因組基本概念

基因：是指貯存有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部核苷酸序列。它是核酸（DNA、RNA）分子中貯存遺傳信息的遺傳單位信息區(qū)－結(jié)構(gòu)基因基因組成調(diào)節(jié)區(qū)－調(diào)節(jié)基因21mRNA—蛋白質(zhì)表達(dá)產(chǎn)物tRNArRNAsnRNA基因組:是細(xì)胞或生物體中一套完整的遺傳物質(zhì)。原核生物：整個(gè)染色體核基因組：22條常染色體，X／Y性染色體人線粒體基因組：胞漿線粒體上的遺傳物質(zhì)22一、基因的基本結(jié)構(gòu)⑴編碼序列⑵非編碼序列⑶外顯子⑷內(nèi)含子⑸啟動(dòng)子⑹轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)⑺終止子23基因結(jié)構(gòu)

24二、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特征⒈核酸種類與結(jié)構(gòu)可以不同DNA／RNA

單股／雙股線性／環(huán)狀⒉大小差異較大⒊分子數(shù)不同⒋為單倍體且基因不重復(fù)⒌基本都是編碼序列⒍基因連續(xù)性不同⒎相關(guān)基因叢集成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單位⒏有些病毒存在基因重疊現(xiàn)象

2526三、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)特征⒈基因組通常由單一環(huán)狀雙鏈DNA分子組成⒉基因組中只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)⒊基因組所含基因數(shù)量較多，形成操縱子結(jié)構(gòu)（多順反子）⒋基因組編碼序列一般不重疊。⒌基因是連續(xù)的，無內(nèi)含子，因而轉(zhuǎn)錄后不需要剪接

⒍編碼序列約占基因組的50%⒎非編碼序列主要是一些調(diào)控序列。⒏多拷貝基因很少

⒐基因組中存在轉(zhuǎn)座子⒑在DNA分子中存在各種特異序列

2728四、真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特征⒈真核生物有完整的細(xì)胞核，核DNA與組蛋白、非組蛋白及RNA形成染色體結(jié)構(gòu)⒉每一種真核生物都有一定的染色體數(shù)目，配子(精子和卵子)為單倍體外，體一般為雙倍體。⒊真核生物基因組有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。4.真核基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子mRNA

29⒌真核生物基因組含大量重復(fù)序列

⑴高度重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù):大于106

功能:參與DNA復(fù)制、基因表達(dá)調(diào)控、基因轉(zhuǎn)座或細(xì)胞分裂時(shí)的染色體配對(duì).⑵中度重復(fù)序列:重復(fù)次數(shù):小于105

排列特點(diǎn)：大多數(shù)與單拷貝基因交替排列.

功能：①RNA、組蛋白及免疫球蛋白的編碼序列。②可能與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)30⒍真核生物基因組的90%以上為非編碼序列⒎真核生物基因是斷裂基因⒏存在各種基因家族

31基因家族(genefamily)

概念：指堿基序列或編碼產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有一定程度同源性的一組基因。認(rèn)為同一基因家族的成員由同一祖先基因進(jìn)化而來，功能相似，堿基序列同源性高。同源性最高的可達(dá)100％(即多拷貝基因)。⑴多基因家族與假基因多基因家族是指由同一祖先基因經(jīng)過重組和變異所產(chǎn)生的一組基因。分布：編碼產(chǎn)物：功能相似32假基因：在多基因家族中，不能表達(dá)出有功能產(chǎn)物的某些成員。在結(jié)構(gòu)上假基因與有功能的基因同源，原來可能也有功能，只是由于發(fā)生基因突變等而失活。⑵基因超家族基因超家族：指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。結(jié)構(gòu)上有程度不等的同源性，可能都起源于相同的祖先基因，但其功能不一定相同。33⒐真核生物也存在轉(zhuǎn)座子⒑真核基因組DNA為線性分子，其末端特殊序列稱為端粒。34五、真核DNA的多態(tài)性DNA多態(tài)性：同一物種不同個(gè)體之間的基因產(chǎn)物大多數(shù)一致，但不同個(gè)體之間存在遺傳差異，這種遺傳差異可以孟德爾遺傳方式遺傳,這種差異稱為DNA多態(tài)性

。物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA堿基序列的差異。其中有些差異在群體中出現(xiàn)的頻率大于1%35DNA的多態(tài)性主要有㈠單核苷酸多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism，SNP)主要是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所產(chǎn)生的DNA多態(tài)性，是人類可遺傳的變異中最常見的一種，占所有已知多態(tài)性的90%以上。SNP在人類基因組中廣泛存在，平均每1000bp中就有1個(gè)，估計(jì)其總數(shù)可達(dá)300萬個(gè)甚至更多。36多態(tài)性只涉及到單個(gè)核苷酸的變異編碼序列或非編碼序列內(nèi)

意義：

SNP有助于解釋個(gè)體的表型差異，包括對(duì)各種藥物的耐受性差異、對(duì)環(huán)境因子的反應(yīng)差異以及對(duì)疾病的易感性差異。SNP已成為研究基因組多樣性、定位疾病相關(guān)基因的新手段。37㈡串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性(tandemrepeatspolymorphism)是由DNA所含重復(fù)序列數(shù)目發(fā)生變異而產(chǎn)生的DNA多態(tài)性㈢限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性

用限制性內(nèi)切核酸酶切割不同來源的DNA，可以得到不同長(zhǎng)度的DNA片段，稱為限制性片段

38用特別的探針與這些DNA片段雜交時(shí)，發(fā)現(xiàn)同一物種不同個(gè)體的DNA的探針雜交信號(hào)有所不同，形成限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(restrictionfragmentlengthpolymorphisms，RFLP)

SNP存在于限制性酶切位點(diǎn)之內(nèi)產(chǎn)生RFLP串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性導(dǎo)致酶切片段長(zhǎng)度改變，而產(chǎn)生RFLPRFLP因插入、缺失和重組等基因突變而產(chǎn)生通過分析RFLP可以篩選基因突變，診斷遺傳病。

39㈣單鏈構(gòu)象多態(tài)性在中性條件下，單鏈DNA會(huì)因其分子內(nèi)堿基之間的相互作用，形成一定的立體構(gòu)象。長(zhǎng)度相同的單鏈DNA，如果堿基序列不同，形成的構(gòu)象就不同

40㈤DNA指紋應(yīng)用DNA印跡技術(shù)，將不同個(gè)體的基因組DNA用某種限制性內(nèi)切核酸酶水解，經(jīng)電泳分離，與小衛(wèi)星DNA探針進(jìn)行分子雜交，應(yīng)用放射自顯影技術(shù)進(jìn)行分析，可見每個(gè)個(gè)體都呈現(xiàn)出不同長(zhǎng)度片段的DNA雜交顯影帶。帶的多少和相對(duì)位置構(gòu)成了特定的的圖譜，類似于人的指紋，具有高度的個(gè)體特異性，稱之為DNA指紋(DNAfingerprinting)。DNA指紋實(shí)質(zhì)上是一種特殊的RFLP，不同個(gè)體DNA指紋各不相同。地球上除了同卵雙生子外，沒有兩個(gè)人的DNA指紋完全相同。因此，DNA指紋有著廣泛的應(yīng)用意義。41第四節(jié)人類基因組計(jì)劃HGP的主要目標(biāo)是在2005年之前分析人類24條染色體(22+×x,y)的遺傳圖譜、物理圖譜和全部堿基序列，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基因定位和分離，破譯人類基因的全部信息，建立人類遺傳物質(zhì)的全套信息數(shù)據(jù)庫，為從整體上揭示人類發(fā)生、發(fā)育、衰老、死亡和疾病的奧秘提供最基本的數(shù)據(jù)，從而使人類對(duì)自身的認(rèn)識(shí)達(dá)到一個(gè)新的高度。42一、人類基因組作圖首先必須將染色體DNA進(jìn)行分割，使之成為較易操作的小的結(jié)構(gòu)區(qū)域。這個(gè)過程簡(jiǎn)稱作圖。根據(jù)使用的標(biāo)記和手段不同，解析人類基因組的全序列需要依次繪制四張圖譜遺傳圖譜物理圖譜轉(zhuǎn)錄圖譜序列圖譜

43㈠遺傳圖譜遺傳圖譜(geneticmap)又稱為連鎖圖(linkagemap)，是以DNA多態(tài)性標(biāo)記為“位標(biāo)”，以遺傳學(xué)距離為“圖距”的基因組圖。1994年完成44㈡物理圖譜物理圖譜(physicalmap)是以一段已知堿基序列的DNA片段為“位標(biāo)”，以DNA實(shí)際長(zhǎng)度(kb)為圖距的基因組圖。1995年完成

45㈢轉(zhuǎn)錄圖譜從cDNA文庫隨機(jī)取樣進(jìn)行測(cè)序，在基因組中定位，作為表達(dá)基因的位標(biāo)。這樣的位標(biāo)稱為表達(dá)序列標(biāo)記(expressedsequencetag，EST)。轉(zhuǎn)錄圖譜(transcriptionmap)就是以EST作為位標(biāo)的基因組圖，又稱cDNA圖或“表達(dá)序列圖”。鑒定出基因組中所有的功能基因以及它們?cè)诨蚪M中的位置

cDNA具有組織特異性與時(shí)間特異性，可以繪制基因表達(dá)的時(shí)空?qǐng)D，以研究基因表達(dá)的時(shí)空特異性

46㈣序列圖譜人類基因組堿基序列圖譜(sequencemap)也就是在分子水平上層次最高、最詳盡的物理圖譜。人類基因組圖被譽(yù)為人類“分子水平上的解剖圖”，或更形象地稱為人類“生命元素周期表”。人類將依賴這張“生命元素周期表”徹底解開人類進(jìn)化和生命之謎，同時(shí)有望徹底闡明人類6000多種單基因、多基因遺傳病的發(fā)病機(jī)制，并為這些疾病的診斷、治療及預(yù)防奠定基礎(chǔ)。47二、功能基因組學(xué)指基因組功能信息的提取、鑒定和開發(fā)利用，以及與此相關(guān)的數(shù)據(jù)資料、基因材料和技術(shù)手段的貯存和使用48功能基因組學(xué)包括以下內(nèi)容：①研究基因，鑒定基因編碼序列及表達(dá)調(diào)控序列；②闡明所有基因產(chǎn)物的功能；③研究基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制，分析基因與基因產(chǎn)物的相互作用，繪制基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)