分子生物學(xué)筆記 第一章 基因的結(jié)構(gòu)

第一節(jié) 基因和基因組

 一、基因(gene)  是合成一種功能蛋白或RNA分子所必須的全部DNA序列．一個典型的真核基因包括 ①編碼序列―外顯子(exon) ②插入外顯子之間的非編碼序列―內(nèi)合子(intron) ③5 -端和3 -端非翻譯區(qū)(UTR) ④調(diào)控序列(可位于上述三種序列中) 絕大多數(shù)真核基因是斷裂基因(split-gene)，外顯子不連續(xù)。

二、基因組(genome) 一特定生物體的整套(單倍體)遺傳物質(zhì)的總和，基因組的大小用全部DNA的堿基對總數(shù)表示。人基因組3X1 09(30億bp)，共編碼約10萬個基因。每種真核生物的單倍體基因組中的全部DNA量稱為C值，與進(jìn)化的復(fù)雜性并不一致(C -value Paradox)。

人類基因組計劃（human genome project, HGP）基因組學(xué)（genomics）,結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structural genomics）和功能基因組學(xué)（functional genomics）。蛋白質(zhì)組（proteome）和蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）

第二節(jié) 真核生物基因組

一、真核生物基因組的特點(diǎn)： ， ①真核基因組DNA在細(xì)胞核內(nèi)處于以核小體為基本單位的染色體結(jié)構(gòu)中． ②真核基因組中，編碼序列只占整個基因組的很小部分(2―3％)

二、真核基因組中DNA序列的分類

• (一)高度重復(fù)序列(重復(fù)次數(shù)>lO5) 衛(wèi)星DNA(Satellite DNA) (二)中度重復(fù)序列 1．中度重復(fù)序列的特點(diǎn) ①重復(fù)單位序列相似，但不完全一樣， ②散在分布于基因組中． ③序列的長度和拷貝數(shù)非常不均一， ④中度重復(fù)序列一般具有種屬特異性，可作為DNA標(biāo)記． ⑤中度重復(fù)序列可能是轉(zhuǎn)座元件(返座子)， 2．中度重復(fù)序列的分類 ①長散在重復(fù)序列(long interspersed repeated segments．) LINES ②短散在重復(fù)序列(Short interspersed repeated segments) SINES SINES：長度<500bp，拷貝數(shù)>105．如人Alu序列 LINEs：長度>1000bp(可達(dá)7Kb),拷貝數(shù)104-105，如人LINEl (三)單拷貝序列(Unique Sequence) 包括大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因和基因間間隔序列

三、基因家族(gene family) 一組功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因．可能由某一共同祖先基因(ancestral gene)經(jīng)重復(fù)(duplication)和突變產(chǎn)生?；蚣易宓奶攸c(diǎn)： ①基因家族的成員可以串聯(lián)排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串聯(lián)重復(fù)基因(tandemly repeated genes)，如rRNA、tRNA和組蛋白的基因； ②有些基因家族的成員也可位于不同的染色體上，如珠蛋白基因； ③有些成員不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這種基因稱為假基因 (Pseudogene)． Ψa1表示與a1相似的假基因．假基因分類。加工過的假基因(processed pseudogene)。典型的基因家族 1．tRNA基因 單倍體人基因組中1300個tRNA基因，tRNA基因簇． 2．rRNA基因 >l00copy．rRNA基因簇(重復(fù)單元28S、18S、5.8s-rRNA) 3．組蛋白基因 30-40copy．定位：7q32-q36 組蛋白基因簇(重復(fù)單位：H1，H2A，H2B，H3、H4) 特點(diǎn)：無intron，Poly(A)- RNA． 4．珠蛋白基因 α類：16p13，基因簇(24Kb)：5’―ζ―Ψζ―Ψα1―α2―α1―3’ β類：11p15，基因簇(60Kb)：5’― ζ―Gr―Ar―Ψβ―δ―β―3’

四、超基因家族(Supergene family ，Superfamily) 由基因家族和單基因組成的大基因家族，結(jié)構(gòu)上有程度不等的同源性，但功能不同．

五、人類基因組中的重復(fù)序列標(biāo)記 1、A1u序列單倍體人基因組50萬-100萬拷貝，平均每隔3-6Kb就有一個Alu序列，人A1u序列長300bp： 2X130bp重復(fù)序列； +31bp間隔序列(中間)；兩側(cè)7-21bp正向重復(fù)(direct repeats)，返座子? Alu序列廣泛散布于人基因組，約90%巳克隆的人基因合有Alu序列 Alu序列標(biāo)志。 2、可變數(shù)串聯(lián)重復(fù) • ， • Variable number tamdem repeat， VNTR．又稱小衛(wèi)星DNA(minisatellite DNA) 由短重復(fù)單位(6-40bp)串聯(lián)重復(fù)(6-100次以上)而成，多位于基因的非編碼區(qū)，廣泛分布。 VNTR多態(tài)性―分子標(biāo)記―DNA指紋圖（fingerprint）. 小衛(wèi)星DNA突變與腫瘤，H-Ras。 3、短串聯(lián)重復(fù)（short tandem repeat,STR）又稱微衛(wèi)星DNA（microstallite DNA） 2-6個核苷酸組成的重復(fù)單位串聯(lián)重復(fù)(10-60次),兩側(cè)為特異的單拷貝序列，人基因組中每l0kb DNA序列至少一個STR序列。 {CA)n，50，000-100，000拷貝．新一代遺傳標(biāo)記，人類基因組研究，腫瘤，遺傳?。?/P>

 第三節(jié) 線粒體基因組

人線粒體基因組的特點(diǎn)： 1、人線粒體基因組為16，569bp的雙鏈閉環(huán)分子，一條鏈為重鏈(H鏈)，一條鏈為輕鏈(L鏈)，兩條鏈均有編碼功能，每個 mtDNA分于編碼13種蛋白質(zhì)和24種結(jié)構(gòu)RNA(22rRNA，2tRNA)． 2、線粒體DNA為母系遺傳． 3、結(jié)構(gòu)基因不含內(nèi)含子，部分區(qū)域有基因重疊，因此病理性mtDNA突變更易發(fā)生． 4、mtDNA突變頻率更高． 5、線粒體DNA突變的表型表達(dá)與核DNA不同。 第四節(jié) 細(xì)菌和病毒基因組

一、細(xì)菌基因組的特點(diǎn)。 1．功能相關(guān)的幾個結(jié)構(gòu)基因往往串聯(lián)在―起，受它們上游的共同調(diào)控區(qū)控制，形成操縱子結(jié)構(gòu)， 2．結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子，也無重疊現(xiàn)象。 3．細(xì)菌DNA大部分為編碼序列。

二、病毒基因組的特點(diǎn) 1．每種病毒只有一種核酸，或者DNA，或者RNA； 2．病毒核酸大小差別很大，3X103一3X106bp； 3．除逆病毒外，所有病毒基因都是單拷貝的。 4．大部份病毒核酸是由一條雙鏈或單鏈分子(RNA或DNA)，僅少數(shù)RNA病毒由幾個核酸片段組成． 5．真核病毒基因有內(nèi)含子，而噬菌體（感染細(xì)菌的病毒）基因中無內(nèi)含子． 6．有重疊基因．

第五節(jié) 染色質(zhì)和染色體

 細(xì)胞分裂間期―染色質(zhì)(chromatin) 分裂期―染色體(chromosome)

 一、染色質(zhì)的基本單位―核小體 (一)核小體(nucleosome)結(jié)構(gòu) DNA繞在組蛋白八聚體(H2A、H2B、H3、H4各一對)核心外1.8周(146bp),形成核小體核心顆粒。兩個核小體核 心顆粒之間有Linker DNA(0-80bp)，核小體核心顆粒+Linker=核小體(長180-210bp) 核小 體DNA Ladder． (二)組蛋白(histone)：一類小的帶有豐富正電荷<富含Lys，Arg)的核蛋白，與DNA有高親和力．組蛋白分 類： 1．核小體核心組蛋白，H2A，H2B，H3，H4。分子量較小(102-135aa) 作用：盤繞DNA形成核小體 。 2．H1組蛋白：較大(220aa)，作用：與Linker DNA結(jié)合后利于核小體穩(wěn)定和更高級結(jié)構(gòu)的形成• 。

二、染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu) 1、30nm染色質(zhì)纖絲 ， 2、袢環(huán)結(jié)構(gòu)(looped domain) 。 3、細(xì)胞分裂期染色體分裂期染色體=一對姐妹染色單體（Chromatid) 有絲分裂中期46條染色體按大小和形狀排列的的光學(xué)顯微鏡圖像稱為人的染色體核型(Karyotype) 三、染色體的結(jié)構(gòu)要素 。 (一)．著絲粒（centromere)：細(xì)胞分裂時染色體與仿錘絲相連結(jié)的部位，為染色體的正常分離所必需。 (二)．端粒(telomere)：真核生物線狀染色體分子末端的DNA區(qū)域端粒DNA的特點(diǎn)： 1、由富含G的簡單串聯(lián)重復(fù)序列組成(長達(dá)數(shù)kb)．人的端粒DNA重復(fù)序列：TTAGGC。 2、端粒的末端都有一條12-16堿基的單鏈3’端突出。端粒的作用：防止DNA末端降解，保證染色體的穩(wěn)定性和功能（三）、復(fù) 制原點(diǎn)