分子生物學筆記 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，與進化的復雜性并不一致(C -value Paradox)。

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

第二節(jié) 真核生物基因組

一、真核生物基因組的特點： ， ①真核基因組DNA在細胞核內(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)高度重復序列(重復次數(shù)>lO5) 衛(wèi)星DNA(Satellite DNA) (二)中度重復序列 1．中度重復序列的特點 ①重復單位序列相似，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中度重復序列一般具有種屬特異性，可作為DNA標記． ⑤中度重復序列可能是轉(zhuǎn)座元件(返座子)， 2．中度重復序列的分類 ①長散在重復序列(long interspersed repeated segments．) LINES ②短散在重復序列(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(duplication)和突變產(chǎn)生?；蚣易宓奶攸c： 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(重復單位：H1，H2A，H2B，H3、H4) 特點：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序列標記 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重復序列； +31bp間隔序列(中間)；兩側(cè)7-21bp正向重復(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序列標志。 2、可變數(shù)串聯(lián)重復 • ， • Variable number tamdem repeat， VNTR．又稱小衛(wèi)星DNA(minisatellite DNA) 由短重復單位(6-40bp)串聯(lián)重復(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（short tandem repeat,STR）又稱微衛(wèi)星DNA（microstallite DNA） 2-6個核苷酸組成的重復單位串聯(lián)重復(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： 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突變的表型表達與核DNA不同。 第四節(jié) 細菌和病毒基因組

一、細菌基因組的特點。 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．細菌DNA大部分為編碼序列。

二、病毒基因組的特點 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： 1、由富含G的簡單串聯(lián)重復序列組成(長達數(shù)kb)．人的端粒DNA重復序列：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 制原點