医学分子生物学第二讲.ppt

基因（gene）是指核酸分子中贮存与表达遗传信息的单位，包括结构基因和调控序列 (DNA or RNA)。 基因组（genome）是指细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总和。 真核生物常为二倍体（diploid），所以其基因组是指细胞中的单套染色体DNA及其它DNA。 基因组 = 染色体DNA + 其它DNA C值悖理 C值：生物体单倍体基因组所含DNA总量。 C值悖理： 从总体上说，生物基因组的大小同生物在进化上所处地位的高低无关，这种现象称为C值悖理。 第一节 人基因组的结构与功能 Section 1 Structure and Function of Human Genome 人类基因组 (chrDNA + mtDNA) 3万个基因中，约25%编码蛋白质，其中： 90%基因属于看家基因（house keeping) 10%基因属于奢侈基因（luxury gene) 不同肤色人种的基因差异0.01% 一、人基因组的结构和功能特点 一般属于断裂基因（split gene），由外显子和内含子构成，需经剪接加工，才能作为模板指导蛋白质合成。 一般转录生成单顺反子(monocistron)，即一个基因编码一条多肽链。 基因组中存在大量的重复序列以及非编码序列，结构基因所占比例远远小于非编码区。 基因组中也存在一些可移动的DNA序列（转座元件），但尚无明确的生物学功能。 若干功能相似或相关的结构基因常常串联组织在一起形成基因家族。 基因组非常庞大，结构非常复杂，有多个复制起始位点。 二、人基因组中的重复序列 人基因组中通常存在大量的重复序列，可占整个基因组DNA的70%以上。 采用复性动力学方法来研究人基因组时，可按其复性速度的快慢或出现频率的高低，将这些重复序列分为高度重复序列，中度重复序列和单拷贝序列三大类。 Types of repeat 高度重复序列： 在基因组中重复频率高，可达百万次，复性速度很快。高度重复序列在基因组中所占比例随种属而异，一般在1～30%范围内。 人的高度重复序列约占整个基因组的20% 左右。 ① 反向重复序列（inverted repeats）： 反向重复序列的长度一般在300～600 bp范围内，分散于整个基因组中。 此序列的结构特点是在DNA分子的每一条单链中，碱基序列回排对称。 当反向重复序列的双链DNA分离后，每一条单链内的回排部分可通过链内氢键相连，形成发卡结构或十字架结构。 反向重复序列及其发卡结构 ② 简单重复序列（simple repeats）： 这种重复序列的重复单位是由简单的核苷酸序列所组成，大部分卫星DNA（satellite DNA）属于此种高度重复序列。 卫星DNA的碱基组成不同于其它部分，故可用等密度梯度离心法从基因组中分离出来。 高度重复序列--卫星DNA (Satellite DNA) 卫星DNA的重复单位一般由2～10 bp组成，成串排列，故也属于串联重复序列（tandem repeats）。 卫星DNA占基因组的比例随种属而异，在0.5～31% 范围内。 人类基因组中可分离出三类卫星DNA ，共占人类基因组的5 ~ 6%： 大卫星DNA（macrosatellite DNA）： 重复单位为5~171 bp，分布于染色体的着丝粒区。 小卫星DNA（minisatellite DNA）： 重复单位为15~70 bp，存在于常染色体。 微卫星DNA（microsatellite DNA）： 重复单位为2~5 bp，存在于常染色体。 ③ 复杂重复序列（complex repeats）： 这种高度重复序列的重复单位是较为复杂的核苷酸序列，多见于哺乳动物。 高度重复序列功能 参与复制水平的调节 存在于DNA复制起点区的附近，是一些蛋白质 （包括酶)的结合位点 参与基因表达的调控 可以形成发夹结构，有助于稳定RNA分子 参与染色体配对 同源染色体之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定卫星DNA序列 中度重复序列： 是指在基因组中重复十几次至几十万次的部分，其复性速度快于单拷贝序列，但慢于高度重复序列。 在基因组中所占比例差异很大，一般为12～35%，人类基因组中约占12%。 中度重复序列中有些属于结构基因，如rRNA基因、组蛋白基因、免疫球蛋白基因、tRNA基因等，这些结构基因常常以串联形式排列在基因组中，故也属于串联重复序列；另一些中度重复序列则属于转座元件。 转座子占人和小鼠基因组序列的40％以上 中度重复序列中，典型的编码蛋白质的结构基因是组蛋白基因。 各种生物组蛋白基因重复频率不同。如海胆中重复300～1000次，果蝇的重复约110次，人的组蛋白基因重复30～40次。 组蛋白基