基因與基因組的結(jié)構(gòu)

關(guān)于基因與基因組的結(jié)構(gòu)1第1頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三2第一節(jié)、基因與基因的結(jié)構(gòu)基因（gene）：是DNA分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。

根據(jù)基因是否具有轉(zhuǎn)錄和翻譯功能分為：①編碼蛋白質(zhì)的基因，它具有轉(zhuǎn)錄和翻譯功能，包括編碼酶和結(jié)構(gòu)蛋白的結(jié)構(gòu)基因以及編碼阻遏蛋白的調(diào)節(jié)基因；②只有轉(zhuǎn)錄功能而沒(méi)有翻譯功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因；③不轉(zhuǎn)錄的基因，對(duì)基因表達(dá)起調(diào)節(jié)控制作用，包括啟動(dòng)基因和操縱基因，有時(shí)被統(tǒng)稱為控制基因。第2頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三3一、基因概念及其發(fā)展（一）經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的串珠理論經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為基因是遺傳信息結(jié)構(gòu)和功能的基本單位；即基因是最小的突變單位、重組單位和功能單位；基因位于染色體上，從結(jié)構(gòu)和功能來(lái)看，它們以線性的形式相互連接（串珠理論，thebeadsonastringtheory）。（二）近代基因概念上述“三位一體”的基因概念在上世紀(jì)四十年代以前占統(tǒng)治地位。Benzer在上世紀(jì)50年代初通過(guò)噬菌體重組實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)突變和重組可以發(fā)生在同一個(gè)基因內(nèi)的不同亞單元中，從而對(duì)以上結(jié)果提出了挑戰(zhàn)。研究表明：基因可被分為更小的單位，串珠理論必須修正。Benzer提出了突變子（muton），重組子（recon）和順?lè)醋樱╟istron）來(lái)分別定義突變、重組和功能作為不可分割單位。第3頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三41．順?lè)醋樱–istron）一個(gè)順?lè)醋邮且欢芜z傳區(qū)域，在這一遺傳區(qū)域中的突變位點(diǎn)之間沒(méi)有互補(bǔ)作用。（1）順?lè)醋拥母拍顏?lái)自順?lè)礈y(cè)驗(yàn)（cis-transtest）：它是用于說(shuō)明在同一染色體上（順式）或相對(duì)染色體上（反式）排列的突變位點(diǎn)之間的互補(bǔ)試驗(yàn)。順式試驗(yàn)實(shí)際是對(duì)照，如果兩個(gè)突變均在同一個(gè)基因組中，那么另一個(gè)基因組的兩個(gè)基因座均為野生型，其產(chǎn)物為正常的基因產(chǎn)物，細(xì)胞表現(xiàn)出野生表型；反式試驗(yàn)才是真正的互補(bǔ)試驗(yàn)，可以確定功能單位的邊界，如果反式排列時(shí)有互補(bǔ)作用，說(shuō)明兩個(gè)突變位點(diǎn)處于不同的順?lè)醋又?，如不能互補(bǔ)，說(shuō)明它們屬于同一順?lè)醋?。如果兩個(gè)突變?cè)谕粋€(gè)基因中，那么它們以反式構(gòu)型出現(xiàn)在細(xì)胞中時(shí)，每一基因組都攜帶有這一基因的突變體拷貝，因而在細(xì)胞中不能產(chǎn)生具有功能的產(chǎn)物，即不出現(xiàn)互補(bǔ)。如果突變位于不同基因中，當(dāng)它們以反式構(gòu)型出現(xiàn)時(shí)，那么每個(gè)基因組均可補(bǔ)償另一個(gè)基因組缺少的正常產(chǎn)物。當(dāng)細(xì)胞具有所有基因產(chǎn)物時(shí)，表現(xiàn)為野生型。

第4頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三5

順式試驗(yàn)反式試驗(yàn) 突變位點(diǎn)位于同一順?lè)醋又型蛔兾稽c(diǎn)于不同順?lè)醋又?ABABABAB+–++（2）不能互補(bǔ)的突變必然影響的是同一功能單位，能夠互補(bǔ)的突變必定影響不同的功能單位，通過(guò)順?lè)丛囼?yàn)發(fā)現(xiàn)的遺傳功能單位稱為順?lè)醋?。?）基因是一個(gè)順?lè)醋?，它是一個(gè)功能單位。一個(gè)順?lè)醋觾?nèi)存在許多突變位點(diǎn)，即存在許多突變子；一個(gè)順?lè)醋觾?nèi)可以發(fā)生交換出現(xiàn)重組，因此也可以有許多重組子。第5頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三62．突變子（muton）突變子是基因內(nèi)部變化后產(chǎn)生突變表型的最小單位，順?lè)醋觾?nèi)可能發(fā)生突變的最小單位，即核苷酸對(duì)。3．重組子（recon）

重組子是基因內(nèi)部不能由重組而分開(kāi)的基本單位，可進(jìn)行重組的最小遺傳單位，可小到只有單個(gè)核苷酸對(duì)。（三）基因與順?lè)醋拥年P(guān)系1．在簡(jiǎn)單基因組中基因與順?lè)醋拥葍r(jià)

（1）在細(xì)菌中：基因是編碼區(qū)（多順?lè)醋樱?。?）在真核細(xì)胞中：基因是轉(zhuǎn)錄的單位（單順?lè)醋樱?．復(fù)雜基因組中基因與順?lè)醋硬坏葍r(jià)在高等真核細(xì)胞的基因組中，基因和產(chǎn)物之間的關(guān)系較為復(fù)雜。（1）在反式剪接與RNA編輯的中，單個(gè)多肽鏈的合成需要多個(gè)基因表達(dá)，每個(gè)基因都是同一功能單位的部分并構(gòu)成單個(gè)順?lè)醋印＃?）一個(gè)基因通過(guò)多種剪接方式或其他選擇性信息的利用方式產(chǎn)生多種產(chǎn)物。第6頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三7第7頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三83．重疊基因（overlappinggenes）：也稱為嵌套基因(nestedgene)，指是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成為兩個(gè)或兩個(gè)以上基因的組成部分。重疊基因有多種重疊方式。例如，大基因內(nèi)包含小基因；前后兩個(gè)基因首尾重疊一個(gè)或兩個(gè)核苷酸；幾個(gè)基因的重疊，幾個(gè)基因有一段核苷酸序列重疊在一起，等等。重疊基因中不僅有編碼序列也有調(diào)控序列，說(shuō)明基因的重疊不僅是為了節(jié)約堿基，能經(jīng)濟(jì)和有效地利用DNA遺傳信息量，更重要的可能是參與對(duì)基因的調(diào)控。第8頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三9三、基因的結(jié)構(gòu)（Geneorganization）1.基因的數(shù)量基因的功能取決于DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，一個(gè)DNA分子能攜帶多少基因呢？若以1000~1500bp編碼1個(gè)基因計(jì)算，猿猴病毒SV40基因組DNA有5000bp，可編碼5種基因。人類基因組DNA含3×109bp，理論上可編碼200萬(wàn)以上的基因，因存在內(nèi)含子而每個(gè)基因可長(zhǎng)達(dá)5000~8000bp，少數(shù)可達(dá)20000bp。這樣推算人類基因組相當(dāng)于40~60萬(wàn)個(gè)基因；而現(xiàn)在知道人類基因組所含基因只有2~2.5萬(wàn)個(gè)，只占全部基因組的3%，其余90%多屬于非編碼區(qū)，其功能仍不清楚。2.編碼區(qū)和非編碼區(qū)一個(gè)基因組的核酸可分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩類序列。（1）編碼區(qū)為mRNA、rRNA、tRNA以及其他各種RNA編碼。（2）非編碼區(qū)又可分為信號(hào)序列和非信號(hào)序列兩類。信號(hào)序列包括：復(fù)制起點(diǎn)、增強(qiáng)子、啟動(dòng)子、終止子及一切由調(diào)節(jié)蛋白識(shí)別和結(jié)合的序列；非信號(hào)序列是指間隔區(qū)。第9頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三103.一個(gè)完整基因的結(jié)構(gòu)一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)基因常具備以下幾個(gè)組成部分：?jiǎn)?dòng)子、編碼序列、終止子，以及基因在啟動(dòng)子的上游或其它區(qū)域的調(diào)控序列。（１）編碼區(qū)，又稱為開(kāi)放閱讀框（ORF）：可以翻譯成蛋白質(zhì)的DNA區(qū)域，在細(xì)菌中，即為一個(gè)基因；在真核細(xì)胞中，編碼區(qū)可以被內(nèi)含子隔斷。（２）轉(zhuǎn)錄單位（轉(zhuǎn)錄區(qū)域）：可以轉(zhuǎn)錄為RNA的一段DNA區(qū)域。在真核細(xì)胞中即為一個(gè)基因；在細(xì)菌中可能包含多個(gè)基因。（３）非翻譯區(qū)或非編碼區(qū)（UTR，NCR）：指轉(zhuǎn)錄單位中不能翻譯成蛋白的部分。又可分為5’UTR和3’UTR，這些序列往往具有調(diào)控功能；5’UTR控制核糖體的結(jié)合，還可能促進(jìn)衰減子控制；而3’UTR在mRNA的穩(wěn)定性中起重要作用。（4）基因間隔區(qū)：間隔區(qū)并非不含有信息，這信息不表現(xiàn)為核苷酸的順序，而表現(xiàn)為序列的長(zhǎng)度。如MS2外殼蛋白結(jié)構(gòu)基因上游的非編碼序列不得少于30nt，否則，翻譯效率要降低10倍；真核基因的內(nèi)含子含有重要信息，如剪接位點(diǎn)等都有嚴(yán)格要求；果蠅乙醇脫氫酶基因Adh有兩個(gè)內(nèi)含子，如缺失其中之一或兩個(gè)都缺失，則轉(zhuǎn)錄水平下降5倍。第10頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三11一個(gè)完整真核生物基因的結(jié)構(gòu)包括：

（1）啟動(dòng)子（promoter）：是RNA聚合酶特異性識(shí)別和結(jié)合的DNA序列，位于結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游-25bp處，本身不被轉(zhuǎn)錄；啟動(dòng)子必須與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合才能被RNA聚合酶識(shí)別與結(jié)合；具有TATA盒。（2）上游啟動(dòng)子元件（upstreampromoterelements)：TATA盒上游的一些特定的DNA序列；反式作用因子能與這些元件結(jié)合調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄效率；上游啟動(dòng)子元件包括CAAT盒（GCNCAATCT）、CACA盒（CCGCC）及GC盒（GCCACACCC）。（3）反應(yīng)元件（responseelement)：能介導(dǎo)基因?qū)?xì)胞外的某種信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)的DNA序列，稱為反應(yīng)元件。如糖皮質(zhì)、激素反應(yīng)元件。（4）增強(qiáng)子（enhancer)：指能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。其中含有多個(gè)能被反式作用因子識(shí)別與結(jié)合的順式作用元件，能增強(qiáng)鄰近基因的轉(zhuǎn)錄。（5）沉默子（silencer)：又稱負(fù)增強(qiáng)子，負(fù)調(diào)控序列。（6）加尾信號(hào)：結(jié)構(gòu)基因的最后一個(gè)外顯子中有一個(gè)保守序列AATAAA與下游一段GT豐富區(qū)或T豐富區(qū)共同構(gòu)成polyA加尾信號(hào)；與RNA聚合酶結(jié)合的延長(zhǎng)因子能識(shí)別這種結(jié)構(gòu)并與之結(jié)合，然后在AAUAAA下游10~30個(gè)堿基的部位切斷RNA并加上polyA尾巴。第11頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三124．基因命名法

基因的命名一般根據(jù)種屬習(xí)慣來(lái)命名。常用斜體表示基因的名稱，等位基因及其基因型，或在必要時(shí)表示基因轉(zhuǎn)錄而成的mRNA，而蛋白產(chǎn)物和表型用正體來(lái)表示。但是在研究不同生物的同一遺傳機(jī)制時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生一些混淆。在許多種屬中，基因由包括幾個(gè)字母和數(shù)字的符號(hào)來(lái)表示，一些種屬命名慣例(如果蠅、大腸桿菌)認(rèn)為使用小寫字母表示隱性突變，而用第一個(gè)字母大寫來(lái)表示顯性突變。在其他一些種屬包括人的基因命名中，基因全由大寫字母表示?，F(xiàn)在，通過(guò)大規(guī)模的測(cè)序方法，更多的基因不斷被鑒定，因而十分需要一個(gè)統(tǒng)一的命名方法。第12頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三13大腸桿菌和其他細(xì)菌：用三個(gè)小寫字母表示一個(gè)操縱子，接著的大寫字母表示不同基因座。例如：lac操縱子；基因座lacZ，lacY，lacA；蛋白質(zhì)LacZ，LacY，LacA。酵母：用三個(gè)字母表明基因功能，數(shù)字表示不同的基因座。啤酒酵母基因GAL4，CDC28；蛋白質(zhì)GAL4，CDC28；非洲粟酒酵母基因gal4，cdc2；蛋白質(zhì)Gal4，Cdc2。線蟲(chóng)：用三個(gè)小寫字母表示突變表型，如存在不只一個(gè)基因座，用連字符后接數(shù)字表示。例如：基因unc-86，ced-9；蛋白質(zhì)UNC-86，CED-9。果蠅：來(lái)自突變表型的描述可以用1-4個(gè)字母代表。例如基因white(w)，tailless(tll)；蛋白質(zhì)White，Tailless。植物：雖然沒(méi)有適用于所有植物的慣用法，但大多數(shù)用1-3個(gè)小寫字母表示。Arabidopsis基因用果蠅的方法命名但使用大寫字母，例如基因AGAMOUS(AG)，蛋白AGAMOUS。脊椎動(dòng)物：一般以描述基因功能的1-4個(gè)小寫字母和數(shù)字表示其基因功能。例如基因sey，myc，蛋白Sey，Myc。人類：方法如脊椎動(dòng)物但需大寫。例如基因MYC、ENO1，蛋白MYC、ENO1。第13頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三145.基因的突變

基因突變是指出現(xiàn)在單個(gè)基因內(nèi)部任何可遺傳的改變，又稱為點(diǎn)突變。基因突變可以自然發(fā)生，也可通過(guò)理化因素誘發(fā)。主要包括兩種情況：一是堿基替換：一個(gè)堿基對(duì)被另一堿基對(duì)替換，包括轉(zhuǎn)換和顛換。二是移碼突變：增加或減少一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)。基因突變與氨基酸順序的關(guān)系：（1）同義突變(samesensemutation)：密碼子發(fā)生改變，但所編碼的氨基酸不變。（2）錯(cuò)義突變(missensemutation)：DNA中堿基對(duì)替換，使mRNA的某一密碼子改變，由它所編碼的氨基酸不同。很多錯(cuò)義突變?cè)斐傻鞍踪|(zhì)的部分或完全失活，從而表現(xiàn)出突變性狀。（3）無(wú)義突變(nonsensemutation)：堿基替換改變了mRNA上的一個(gè)密碼子，成為3個(gè)密碼子UAG，UAA和UGA中的一個(gè)時(shí)，就出現(xiàn)無(wú)義突變。第14頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三15第二節(jié)、基因組及其結(jié)構(gòu)基因組(genome)

：是指含有一個(gè)生物體生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸。核基因組是單倍體細(xì)胞核內(nèi)的全部DNA分子；線粒體基因組和葉綠體基因組分別是指一個(gè)線粒體和葉綠體所包含的全部DNA分子。基因組中不同的區(qū)域具有不同的功能，有編碼區(qū)和非編碼區(qū)，有些區(qū)域的功能尚不清楚。功能基因組：是指表達(dá)一定功能的全部基因所組成的DNA序列，包括編碼基因和調(diào)控基因。基因組結(jié)構(gòu)：是指不同功能區(qū)域在整個(gè)DNA分子中的分布情況。

C值：是指單倍基因組DNA含量（haploidDNAcontent，C值）。不同的生物體，其基因組的大小和復(fù)雜程度各不相同。進(jìn)化程度越高的生物體一般其基因組越大也越復(fù)雜，但不盡然，如肺魚(yú)的C值居然比人高10多倍；在親緣關(guān)系相近的物種間，C值仍然相差很大，兩棲類的不同物種間C值可相差100倍，被子植物不同物種間C值相差達(dá)1000倍，藻類5000倍，魚(yú)類350倍，節(jié)肢動(dòng)物250倍，在原生動(dòng)物不同物種間C值相差竟高達(dá)5800倍。因此，C值的大小并不說(shuō)明遺傳復(fù)雜性的高低，而只說(shuō)明基因組中DNA的多少。第15頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三16一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)

（一）病毒簡(jiǎn)介病毒是最小的生命體，直徑只有20-300nm，其基本構(gòu)造為一層外殼蛋白（capsid）包圍著核酸和數(shù)種酶；有些病毒在外殼蛋白外還有一層被膜（envelope），被膜內(nèi)有病毒基因編碼的糖蛋白。病毒必需進(jìn)入宿主細(xì)胞中借助宿主細(xì)胞內(nèi)的一些酶和細(xì)胞器才能使病毒得以復(fù)制；外殼蛋白（或被膜）有保護(hù)病毒基因組和識(shí)別、侵襲特定宿主細(xì)胞的功能。第16頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三171.病毒分類：病毒的遺傳物質(zhì)是單鏈或雙鏈的DNA或RNA，根據(jù)病毒所含的核酸及復(fù)制策略分成7類：雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA、正單鏈RNA、負(fù)單鏈RNA、反轉(zhuǎn)錄RNA及反轉(zhuǎn)錄DNA病毒。第17頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三182.病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①不同病毒基因組大小差異較大。病毒的基因組很小，但不同病毒基因組相差甚大。如乙肝病毒DNA只有3kb大小，只編碼4種（6種）蛋白質(zhì)；痘病毒的基因組為300kb，可編碼病毒復(fù)制所涉及的酶類，甚至包括核苷酸代謝的酶類等幾百種蛋白質(zhì)，因此痘病毒對(duì)宿主的依賴性比乙肝病毒小。②病毒基因組是DNA或RNA。每種病毒顆粒中只含一種核酸，可以是單鏈或雙鏈、環(huán)狀或線性分子。大多數(shù)DNA病毒的基因組是雙鏈DNA分子；大多數(shù)RNA病毒的基因組是單鏈RNA分子。乳頭瘤病毒是環(huán)狀雙鏈DNA病毒，腺病毒的基因組是線性雙鏈DNA，脊髓灰質(zhì)炎病毒是單鏈RNA病毒，呼腸孤病毒的基因組是雙鏈RNA。③多數(shù)RNA病毒的基因組是由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但有些病毒的基因組RNA由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成。流感病毒由8條RNA分子構(gòu)成；呼腸孤病毒由10個(gè)雙鏈RNA片段構(gòu)成。第18頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三19④基因重疊：病毒基因組有基因重疊現(xiàn)象，即同一段DNA片段能夠編碼2種甚至3種蛋白質(zhì)分子。線粒體和質(zhì)粒DNA也有基因重疊現(xiàn)象；基因重疊使較小的基因組能夠攜帶較多的遺傳信息。⑤病毒基因組的大部分是編碼蛋白質(zhì)的，只有非常小的部份不被翻譯。如X174中不翻譯的部份只占217/5375，不到5％，不翻譯的DNA順序通常是基因表達(dá)的控制序列。⑥病毒基因組DNA序列中功能相關(guān)的基因往往叢集存在，形成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元，稱為多順?lè)醋觤RNA，然后再加工成各種蛋白質(zhì)的模板mRNA。⑦除了反轉(zhuǎn)錄病毒外，病毒基因組都是單倍體，每個(gè)基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝。⑧噬菌體的基因是連續(xù)的，而真核病毒的基因具有內(nèi)含子，除正鏈RNA病毒外，真核細(xì)胞病毒的基因都是先轉(zhuǎn)錄成mRNA前體，再經(jīng)加工才能切除內(nèi)含子成為成熟的mRNA。有些真核病毒的內(nèi)含子或其中的一部分，對(duì)某一個(gè)基因來(lái)說(shuō)是內(nèi)含子，而對(duì)另一個(gè)基因卻是外顯子，如SV40和多瘤病毒的早期基因。第19頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三20二、原核基因組的結(jié)構(gòu)

原核基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在許多方面與病毒的基因組特點(diǎn)相似，但又有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能。1.原核染色體基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①原核染色體基因組通常由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。整個(gè)染色體DNA幾乎全部由功能基因與調(diào)控序列所組成，有密碼子重疊和基因重疊現(xiàn)象；染色體聚集成一個(gè)類核（nucleoid）區(qū)域。第20頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三21②功能相關(guān)的基因構(gòu)成操縱子，或高度集中，并常轉(zhuǎn)錄成為多順?lè)醋拥膍RNA。幾乎每個(gè)基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列呈線性對(duì)應(yīng)狀態(tài)。③結(jié)構(gòu)基因一般是單拷貝，但rRNA的基因往往是多拷貝。多拷貝的rRNA的基因有利于核糖體的快速組裝，便于在急需蛋白質(zhì)合成時(shí)在短時(shí)間內(nèi)生成的大量核糖體。④只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)；⑤基因是連續(xù)的，無(wú)內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄后不需剪接；編碼順序一般不會(huì)重疊；⑥編碼區(qū)在基因組中所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組，小于病毒基因組；基因組中重復(fù)序列少；⑦細(xì)菌基因組中存在可移動(dòng)的DNA序列，如：插入序列和轉(zhuǎn)座子。第21頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三222．質(zhì)粒（plasmid）（1）定義：存在于細(xì)菌染色體外能獨(dú)立復(fù)制、穩(wěn)定遺傳的共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子；（大小在1~200kb）。（2）質(zhì)粒的分類a.按功能分為：R質(zhì)粒：抗藥性質(zhì)粒；F質(zhì)粒（fertilityfactor）：性質(zhì)粒可決定細(xì)菌的性別；Col質(zhì)粒：為大腸桿菌素質(zhì)粒。b.根據(jù)質(zhì)粒能否在細(xì)胞間進(jìn)行傳遞分為：接合型質(zhì)粒、可移動(dòng)型質(zhì)粒、自傳遞質(zhì)粒。c.按復(fù)制機(jī)理分為：嚴(yán)緊型質(zhì)粒（stringentplasmid)：即低拷貝數(shù)質(zhì)粒；松弛型質(zhì)粒（relaxedplasmid)：高拷貝數(shù)質(zhì)粒。（3）質(zhì)粒的特性a.能自主復(fù)制；b.質(zhì)粒的不相容性（incompatibility）兩種親緣關(guān)系密切的不同質(zhì)粒不能共存于一個(gè)宿主菌；c.質(zhì)?？梢赞D(zhuǎn)移。第22頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三23三、真核生物基因組結(jié)構(gòu)

（一）真核生物基因組的特點(diǎn)①基因組遠(yuǎn)大于原核生物的基因組，具有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，而每個(gè)復(fù)制子的長(zhǎng)度較小。如人的單倍體基因組有3×109bp，大約含有2～2.5萬(wàn)個(gè)基因；而E.coli基因組約4×106bp，約有4000個(gè)基因。②真核生物基因組DNA與組蛋白等構(gòu)成染色質(zhì)，被包裹在核膜內(nèi)，核外還存在遺傳成分（如線粒體DNA等）；體細(xì)胞一般是二倍體（diploid），即有兩份同源的基因組。③真核生物基本上不存在操縱子結(jié)構(gòu)，一個(gè)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條mRNA，即mRNA是單順?lè)醋?，許多蛋白是由相同或不同的亞基構(gòu)成，因此涉及多個(gè)基因的協(xié)調(diào)表達(dá)。④非編碼區(qū)存在大量重復(fù)序列，重復(fù)序列或集中成簇，或散在分布于基因間。⑤基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。并且，編碼蛋白質(zhì)的基因一般是不連續(xù)的，即有外顯子和內(nèi)含子，在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)剪接成成熟mRNA后，才能翻譯成蛋白質(zhì)。人類基因組中可能僅有3%左右的序列是編碼區(qū)（codingregion）。第23頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三24（二）重復(fù)序列（repeatsequence)1.高度重復(fù)序列（highrepetitivesequences）高度重復(fù)序列在基因組中重復(fù)頻率可高達(dá)106以上，因此復(fù)性速度很快；序列長(zhǎng)度一般為10~300bp的較短序列，在基因組中所占比例隨種屬而異，約占10~60％，人基因組中約占20％。（1）高度重復(fù)序列的種類

①反向重復(fù)序列：由兩個(gè)相同順序的互補(bǔ)拷貝在同一DNA鏈上反向排列而成；這種重復(fù)順序復(fù)性速度極快；序列長(zhǎng)度100~1000

bp，約占人基因組的5％。第24頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三25②串聯(lián)重復(fù)序列：由2~172bp重復(fù)單位排列成串而形成的。由于堿基組成不同于其他部份，在等密度梯度離心時(shí)與主體DNA分開(kāi)，稱衛(wèi)星DNA。串聯(lián)重復(fù)序列包括：

a.衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）：重復(fù)區(qū)涵蓋100kb~5Mb，大部分位于染色體著絲點(diǎn)。重復(fù)單位2bp~172bp。其中一種重復(fù)單位在170bp左右，為靈長(zhǎng)類所獨(dú)有，非洲綠猴重復(fù)單位為172bp。人類為171bp，約占每個(gè)染色體的3~5%。

b.小衛(wèi)星（minisatellite）DNA：重復(fù)區(qū)域在0.1kb~20kb間。主要包括重復(fù)單位在9~80bp之間的可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列（variablenumberoftandemrepeats，VNTR）和端粒。VNTR大多位于非編碼區(qū)，重復(fù)的數(shù)目隨個(gè)體差異很大，可用于DNA指紋分析；人類端粒的重復(fù)序列是TTAGGG，涵蓋10~15kb，老化后可能變短。

c.微衛(wèi)星（microsatellite）DNA：重復(fù)單元1~6bp的短串聯(lián)重復(fù)（shorttandemrepeats，STR），涵蓋區(qū)域小于150bp。微衛(wèi)星DNA里的重復(fù)數(shù)目亦隨個(gè)體而異，廣泛被用於DNA指紋；在人細(xì)胞組中衛(wèi)星DNA約占5-6％。衛(wèi)星DNA只發(fā)現(xiàn)于真核生物，占基因組10%~60%。第25頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三26③散布重復(fù)序列：可看成是一種轉(zhuǎn)座子（transposableelements)，它們借DNA重組機(jī)制而轉(zhuǎn)移；經(jīng)過(guò)許多代的遺傳累積，DNA的某段序列會(huì)散布各處；由于突變的結(jié)果，每個(gè)重復(fù)單位的序列并非完全相同。原位雜交技術(shù)證明衛(wèi)星DNA位于染色體的著絲點(diǎn)和端粒處

第26頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三27（2）高度重復(fù)順序的功能①參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)：反向序列常存在于DNA復(fù)制起點(diǎn)區(qū)的附近；許多反向重復(fù)序列也是一些蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。②參與基因表達(dá)的調(diào)控：DNA的重復(fù)順序可以轉(zhuǎn)錄到hnRNA分子中，有些反向重復(fù)順序可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，對(duì)穩(wěn)定RNA分子免遭分解有作用。③參與轉(zhuǎn)座作用：轉(zhuǎn)座子的末端一般都包括反向重復(fù)順序；由于這種順序可以形成回文結(jié)構(gòu)，因此在轉(zhuǎn)位作用中即能連接非同源的基因，又可被參與轉(zhuǎn)位的特異酶所識(shí)別。④與進(jìn)化有關(guān)：高度重復(fù)順序的核苷酸序列具有種屬特異性，但相近種屬又有相似性。⑤同一種屬中不同個(gè)體的高度重復(fù)順序的重復(fù)次數(shù)不一樣，這可以作為每一個(gè)體的特征，即DNA指紋。⑥衛(wèi)星DNA成簇的分布在染色體著絲點(diǎn)附近，可能與減數(shù)分裂時(shí)染色體配對(duì)有關(guān)，即同源染色體之間的聯(lián)會(huì)可能依賴于具有染色體專一性的特定衛(wèi)星DNA順序。第27頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三282.中度重復(fù)序列（moderaterepetitivesequences）：指在基因組中重復(fù)頻率10~105的順序，序列長(zhǎng)100~5000bp；在基因組中所占比例約占10~40％，分布于結(jié)構(gòu)基因之間、基因簇中、以及內(nèi)含子中。中度重復(fù)順序一般具有種特異性；在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以應(yīng)用它們作為探針區(qū)分不同種哺乳動(dòng)物細(xì)胞的DNA。中度重復(fù)序列一般不編碼蛋白質(zhì)，功能可能類似于高度重復(fù)順序；但也有些中度重復(fù)順序可以編碼蛋白質(zhì)或rRNA的結(jié)構(gòu)基因，如rRNA基因，tRNA基因，組蛋白基因，免疫球蛋白基因等。重復(fù)順序的長(zhǎng)度不同，有重復(fù)順序平均長(zhǎng)度為300bp的短分散片段（shortinterspersedrepeatedsegments,SINES），如Alu家族、Hinf家族等；以及重復(fù)順序平均長(zhǎng)度3500~5000bp的長(zhǎng)分散片段(LINES)，如KpnⅠ家族等。幾種典型的中度重復(fù)順序如下：（1）Alu家族：Alu序列分散在整個(gè)哺乳動(dòng)物基因組中，平均每5kb就有一個(gè)Alu序列；在間隔DNA、內(nèi)含子中都有Alu序列，約占人基因組的3~6％；Alu序列長(zhǎng)度約300bp，每個(gè)序列中有一個(gè)限制性內(nèi)切酶Alu的切點(diǎn)（AG↓CT）而定名為Alu家族。第28頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三29a.Alu順序具有種的特異性：如人的Alu序列制備的探針只能用于檢測(cè)人的基因組中的Alu序列。

b.Alu家族的功能：由于在許多hnRNA中含有大量的Alu序列，而且，Alu序列含有與某些真核基因內(nèi)含子剪接接頭相似的序列，因而，Alu序列可能參與hnRNA的加工與成熟。（2）KpnⅠ家族：用限制性內(nèi)切酶KpnⅠ切靈長(zhǎng)類動(dòng)物的DNA，在電泳譜上可看到4個(gè)不同長(zhǎng)度的片段，這就是KpnⅠ家族，占人體基因組的1％。KpnⅠ家族成員序列比Alu家族長(zhǎng)，而且不均一，呈散在分布，屬于中度重復(fù)順序的長(zhǎng)分散片段型。（3）Hinf家族：這一家族以319bp長(zhǎng)度的串聯(lián)重復(fù)存在于人體基因組中，用限制性內(nèi)切酶HinfⅠ消化人體DNA，可以分離到這一片段。Hinf家族在單位基因組內(nèi)約有50~100個(gè)拷貝，分散在不同的區(qū)域。（4）多聚dT-dG家族：這一家族多個(gè)dT-dG雙核苷酸串聯(lián)在一起，分散于人體基因組中。在人基因組中，多聚dT-dG家族序列的平均長(zhǎng)度為40bp。第29頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三30（5）rRNA基因：rRNA基因集中成簇存在，各重復(fù)單位中的rRNA基因都相同，這樣的區(qū)域稱為rDNA，如染色體的核仁組織區(qū)（nucleolusorganizerregion）即為rDNA區(qū)。真核生物的18S、5.8S和28SrRNA基因構(gòu)成一個(gè)長(zhǎng)7.5kb轉(zhuǎn)錄單位。在高等生物中，5SrRNA單獨(dú)轉(zhuǎn)錄的，而且其在基因組中的重復(fù)次數(shù)高于18S和28S基因。多個(gè)轉(zhuǎn)錄單位和不轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)（21~100bp）構(gòu)成一個(gè)rRNA基因簇（rDNA簇），間隔區(qū)類似衛(wèi)星DNA的串聯(lián)重復(fù)順序，由于間隔區(qū)中的串聯(lián)重復(fù)次數(shù)不同，因此，不同間隔區(qū)的長(zhǎng)短差異很大。第30頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三31（6）組蛋白基因：組蛋白基因在各種生物體內(nèi)的拷貝數(shù)因種而異；組蛋白基因沒(méi)有一定的排列方式，在拷貝數(shù)大于100的基因組中串聯(lián)重復(fù)形成基因簇。在果蠅和非洲爪蟾中，5種組蛋白組成一個(gè)重復(fù)單位，也存在間隔區(qū)，而且組蛋白基因的轉(zhuǎn)錄方向不一樣，多個(gè)重復(fù)單位形成串聯(lián)重復(fù)排列。哺乳動(dòng)物的組蛋白基因一般呈散在分布或集成一小群；所有組蛋白基因都不含內(nèi)含子，而且在序列上相應(yīng)的組蛋白基因都很相似，從而編碼的組蛋白在結(jié)構(gòu)上和功能上極相似。第31頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三32（三）單拷貝序列（singlecopysequences）

1.單拷貝序列在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，又稱低度重復(fù)順序，占哺乳類基因組的50~80%，人基因組中約占65%，序列長(zhǎng)750~2000bp，相當(dāng)于一個(gè)結(jié)構(gòu)基因的長(zhǎng)度。

2.單拷貝序列中只有一小部分編碼蛋白質(zhì)，其它部份的功能尚不清楚。

3.在基因組中，單拷貝序列一般與重復(fù)序列相間排列。

4.單拷貝基因通過(guò)基因擴(kuò)增仍可合成大量的蛋白質(zhì)，如一個(gè)蠶絲心蛋白基因可作為模板合成104個(gè)絲心蛋白mRNA，每個(gè)mRNA可存活4d，共合成105個(gè)絲心蛋白，這樣，在幾天之內(nèi)，一個(gè)單拷貝絲心蛋白基因就可以合成109個(gè)絲心蛋白分子。（四）多基因家族與假基因

1.多基因家族（multigenefamily）：多基因家族是一群具相似序列的基因，編碼結(jié)構(gòu)和功能上相關(guān)聯(lián)的一個(gè)蛋白質(zhì)家族；來(lái)源于某一祖先基因經(jīng)過(guò)重復(fù)和變異所產(chǎn)生的一組基因（包括在結(jié)構(gòu)和功能上相關(guān)的rRNA和tRNA基因）。第32頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三33①簡(jiǎn)單多基因家族：各成員相同或基本相同，如5SRNA基因，在爪蟾中5SrRNA基因與非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)相間排列，組成一個(gè)重復(fù)單位，5SrRNA基因后面是一段并不轉(zhuǎn)錄的假基因。②復(fù)雜的多基因家族：各成員不完全相同，但功能相關(guān)，串聯(lián)在一起成為一個(gè)重復(fù)單位；如H2A、H2B、H3及H4屬于相同的組蛋白家族；果蠅的tRNA基因家族。③由發(fā)育階段控制的多基因家族：如人的-珠蛋白基因家族。成人的血紅蛋白A（HbA）占總血紅蛋白的97%，血紅蛋白A2（HbA2）占2%，其余1%是HbF。HbA是由2條鏈和2條鏈組成的四聚體（22），HbA2為22四聚體，HbAF為22四聚體。在哺乳動(dòng)物中編碼血紅蛋白的-樣和-樣亞基的基因分別形成兩個(gè)不同的基因族，并存在于不同的染色體上。這兩個(gè)基因族是按不同的發(fā)育時(shí)期表達(dá)不同的基因。第33頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三342.假基因（pseudogene）：在多基因家族中，某些成員并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這些基因稱為假基因。①非處理過(guò)假基因（nonprocessedpseudogenes）：由成簇的重復(fù)基因突變而來(lái)，也稱傳統(tǒng)性假基因(conventionalpseudogenes)，如珠蛋白基因家族里的。重復(fù)基因有多個(gè)副本，若其中幾個(gè)發(fā)生突變個(gè)體仍能生存而將此變異傳至后代。②處理過(guò)假基因（processedpseudogenes）：處理過(guò)假基因大多來(lái)自于DNA重組。假基因可能是mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生cDNA，再整合到DNA中形成的，因此該假基因沒(méi)有內(nèi)含子；在這個(gè)過(guò)程中，可能同時(shí)會(huì)發(fā)生缺失，倒位或點(diǎn)突變等變化，而使假基因不能表達(dá)。3.超基因（Supergene）：在一個(gè)基因簇內(nèi)含有幾百個(gè)功能相關(guān)的基因。如人類主要組織相容性抗原復(fù)合體HLA和免疫球蛋白重鏈及輕鏈基因都屬于超基因。來(lái)源于一個(gè)共同的祖先基因通過(guò)各種各樣的變異，產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)大致相同但功能卻不盡相似的一大批基因。這一大批基因分屬于不同的基因家族，但可以總稱為一個(gè)基因超家族第34頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三35（五）自私DNA（selfishDNA）在哺乳動(dòng)物基因組中有大量的非編碼序列，如高度重復(fù)序列，內(nèi)含子，間隔DNA等，其中只有很小一部分具有調(diào)節(jié)功能，絕大部分都沒(méi)有功能。在這些非編碼序列中雖積累了大量缺失、重復(fù)或其它突變，但對(duì)生物并無(wú)影響，它們的功能似乎只是為了自身復(fù)制，稱這類DNA為自私DNA或寄生DNA（parasiteDNA），自私DNA的功能目前還不了解。（六）限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性在同種生物的不同個(gè)體間，盡管其蛋白質(zhì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和功能完全相同或僅存在細(xì)微的差異，但在DNA水平卻存在差異，尤其在非編碼區(qū)差異更大；由于DNA順序上的大多數(shù)突變是不影響生物體表型的中性突變，因而無(wú)法用傳統(tǒng)的遺傳學(xué)方法來(lái)研究。分子生物學(xué)技術(shù)可從DNA水平上直接分析生物體的突變，若DNA序列中的某個(gè)堿基突變產(chǎn)生了某種限制性內(nèi)切酶的位點(diǎn)。利用此限制性內(nèi)切酶消化時(shí)會(huì)產(chǎn)生與正常不同的限制性片段；這樣，在同種生物的不同個(gè)體中會(huì)出現(xiàn)不同長(zhǎng)度的限制性片段類型，即限制性片段多態(tài)性（RestrictionFragmentLengthPolymorphism，RFLP）。第35頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三36RFLP分為兩類型：①點(diǎn)多態(tài)性；②由于DNA分子內(nèi)部發(fā)生較大的序列變化所產(chǎn)生的多態(tài)性。第36頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三371.點(diǎn)多態(tài)性（pointpolymorphism）：是由于限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)上發(fā)生了單個(gè)堿基突變而使這一限制性位點(diǎn)發(fā)生丟失或獲得而產(chǎn)生的多態(tài)性；這類多態(tài)性實(shí)際上是雙態(tài)的，即有（+）或無(wú)（-）。如：珠蛋白第6個(gè)Glu→Val引起貧血。對(duì)應(yīng)于第5~7個(gè)aa的序列5‘-CCTGAGGAG-3’，包含MstII的識(shí)別序列CCTNAGG，兩旁最近的MstII切點(diǎn)是5’端1.2kb處和3’端0.2kb處，因此MstII能將正常的DNA切成1.2kb和0.2kb。變異的珠蛋白第6個(gè)aa的GAG突變成GTG，使MstII無(wú)法在此處切下，于是產(chǎn)生一個(gè)1.4kb的片段，這個(gè)差別能夠以珠蛋白的DNA做探針顯示出來(lái)。第37頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三382.高變區(qū)DNA與DNA指紋（1）DNA分子內(nèi)部發(fā)生較大的序列變化產(chǎn)生的多態(tài)性又可分成兩類：①由于DNA序列上發(fā)生了缺失、重復(fù)、插入所致。②是近年發(fā)現(xiàn)的所謂“高變區(qū)”。高變區(qū)（highlyvariableregion）是由多個(gè)串聯(lián)重復(fù)序列組成的，不同個(gè)體高變區(qū)內(nèi)串聯(lián)重復(fù)的拷貝數(shù)不同而造成高變區(qū)長(zhǎng)度不同，而使高變區(qū)兩側(cè)限制酶識(shí)別位點(diǎn)的固定位置隨高變區(qū)的大小而發(fā)生相對(duì)位移。這一類型的RFLP是由于高變區(qū)內(nèi)串聯(lián)重復(fù)順序的拷貝數(shù)不同所產(chǎn)生的，其突出特征是限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)本身的堿基沒(méi)有發(fā)生改變，改變的只是它在基因組中的相對(duì)位置。（2）DNA指紋：人的衛(wèi)星DNA是由短的DNA片段（10bp左右）多次重復(fù)構(gòu)成的，重復(fù)片段的組成和拷貝數(shù)在不同個(gè)體及基因組的不同位置上不同，提取不同個(gè)體的基因組DNA，用其切點(diǎn)能識(shí)別序列為4個(gè)堿基而又不切割該重復(fù)片段的限制性內(nèi)切酶在重復(fù)片段的兩側(cè)切割基因組DNA，電泳分離，再與含有這些重復(fù)序列的特異性探針雜交，顯示有個(gè)體特異性的圖譜，即DNA指紋。第38頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三39DNA序列中有大量的單個(gè)堿基的替換，通常的技術(shù)只能檢測(cè)出影響到限制性內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)上的突變；因?yàn)镈NA的中性突變常以孟德?tīng)柟诧@性遺傳方式遺傳給下一代，所以對(duì)這類突變檢測(cè)已廣泛用于遺傳病的診斷、產(chǎn)前診斷、親子鑒定以及法醫(yī)學(xué)上對(duì)罪犯的確認(rèn)等。第39頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三40a.DNA指紋的圖譜取決于所用探針的核心序列（即重復(fù)序列中的重復(fù)單位）。目前有兩種探針，其核心序列分別為AGAGGTGGGCAGGTGG和AGGGCTGGAGG，這兩種序列在人體基因組中不同的位置重復(fù)次數(shù)不同，而在不同個(gè)體的基因組中，對(duì)應(yīng)位置上這兩種核心序列的重復(fù)次數(shù)也不同，用這兩種探針之一與合適的酶切的人基因組DNA片段雜交，在不同的個(gè)體將得到不同的DNA指紋。

b.對(duì)由于高變區(qū)重復(fù)片段長(zhǎng)度不同所引起的RFLP來(lái)說(shuō)，在基因組上，某位置核心序列的重復(fù)次數(shù)在不同的個(gè)體不同。如在個(gè)體Ａ為10個(gè)拷貝，個(gè)體Ｂ為15個(gè)拷貝，而個(gè)體Ｃ又可能為18個(gè)拷貝等。因此，在不同個(gè)體同一個(gè)相應(yīng)位置上核心序列的重復(fù)次數(shù)是多態(tài)的；即使在基因組上的某位置核心序列的重復(fù)次數(shù)相同，被酶切出的長(zhǎng)度相同，但在其它位置該序列重復(fù)次數(shù)可能不同，產(chǎn)生完全相同的機(jī)會(huì)小于6×10-9。第40頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三41c.DNA指紋技術(shù)用于親子鑒定和法醫(yī)上對(duì)罪犯的確認(rèn)等領(lǐng)域。例如：總統(tǒng)、傳聞兒子及衛(wèi)星DNA：長(zhǎng)久以來(lái)人們便一直認(rèn)為EstonHemings是美國(guó)的杰佛遜總統(tǒng)和他的女黑奴SallyHemings所生。另外，ThomasWoodson家族的人亦認(rèn)為他們是杰佛遜總統(tǒng)的后代。分析Y染色體的微衛(wèi)星DNA，杰佛遜總統(tǒng)并無(wú)其他兒子，因此用他的叔叔的后代的染色體來(lái)分析。共分析11個(gè)微衛(wèi)星區(qū)域，每個(gè)區(qū)域里的重復(fù)數(shù)目如下：杰佛遜總統(tǒng)的叔叔的后代15、12、4、11、3、9、11、10、15、13、7EstonHemings的后代15、12、4、11、3、9、11、10、15、13、7ThomasWoodson的后代14、12、5、11、3、10、11、13、13、13、7第41頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三42第三節(jié)、細(xì)胞器基因組一、線粒體基因組及其功能１．線粒體DNA的分子特點(diǎn)

（１）線粒體DNA（mtDNA）是雙鏈分子，是裸露的，一般為閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但也有線性的。其分子量約為60×106道爾頓，長(zhǎng)度為15~30m。mtDNA與核DNA有明顯的不同：（２）mtDNA與原核生物的DNA一樣，重復(fù)序列少；（３）mtDNA的浮力密度比較低；（４）mtDNA的堿基成分中G、C的含量比A、T少，如酵母mtDNA的G、C含量?jī)H為21%；（５）mtDNA兩條單鏈的密度不同，一條稱為重鏈（H鏈），另一條稱為輕鏈（L鏈）；（６）mtDNA單個(gè)拷貝非常小，僅為核基因組的十萬(wàn)分之一。（７）線粒體基因組大小變化較大，從哺乳動(dòng)物的約16kbp到高等植物的數(shù)10萬(wàn)bp（如玉米的為570kbp）。第42頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三43

２．mtDNA的基因組的構(gòu)成

（1）閉合環(huán)狀DNA；（2）基因數(shù)目和排列順序相同；（3）有D環(huán)和2個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)；（5）基因間沒(méi)有間隔，不是每個(gè)基因都有自己的起動(dòng)子。（6）某些蛋白質(zhì)的密碼子與核基因通用密碼子不同；（7）mtDNA主要編碼rRNA和tRNA分子，同時(shí)還編碼少部分氧化呼吸鏈所需要酶類的亞基。

（８）人、鼠和牛的mtDNA的全序列是最早被測(cè)出來(lái)的，三種mtDNA均顯示相同的基本遺傳信息結(jié)構(gòu)。每個(gè)都含有2個(gè)rRNA基因、22個(gè)tRNA基因和13個(gè)可能的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因。5個(gè)基因編碼已知的蛋白質(zhì)，但其他可能的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因的產(chǎn)物及功能目前尚未確定。第43頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三44（９）高等植物的mtDNA非常大，并且因植物種類不同而存在很大差異，其限制性內(nèi)切酶譜復(fù)雜，因而制作其基因組圖也相當(dāng)困難，比動(dòng)物的基因組圖研究落后。（10）一些高等植物的mtDNA的基因定位工作已相當(dāng)突出。已將玉米mtDNA的全序列基本測(cè)出來(lái)，其環(huán)狀mtDNA含有約570kbp，其內(nèi)部具有多個(gè)重復(fù)序列，主要的重復(fù)序列有6種（各有2個(gè)重復(fù)）。目前已有不少基因如編碼rRNA、tRNA、細(xì)胞色素C氧化酶等的基因定位于玉米和小麥等的mtDNA上。第44頁(yè)，講稿共55頁(yè)，2023年5月2日，星期三453.

mtDNA密碼子與核基因密碼子的差異（1）AUA編碼Met，而不是Ile；（2）UGA編碼Trp，而不是終止密碼子（3）AGA，AGG編碼Arg，而不是終止密碼子。4.線粒體的起源（１）內(nèi)共生假說(shuō)

1970，Margulis認(rèn)為，真核細(xì)胞祖先是種吞噬細(xì)胞；線粒體祖先是種革蘭氏陰性菌，前者吞后者。（２）細(xì)胞分化假說(shuō)原始的原核細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷包被DNA，然后再分化形成獨(dú)立的細(xì)胞器。5.線粒體基因組與核基因組的關(guān)系線粒體含有DNA，具有轉(zhuǎn)錄和翻譯的功能，構(gòu)成非染色體遺傳的又一遺傳體系。線粒體能合成與自身結(jié)構(gòu)有關(guān)的一部分蛋白質(zhì)，同時(shí)又依賴于核編碼的蛋白質(zhì)的輸入。因此，線粒體是半自主性的細(xì)胞器，與核遺傳體系處于相互依存之中。