分子生物学笔记完全版

    第一章 基因的结构

    第一节 基因和基因组

    一、基因(gene)

    是合成一种功能蛋白或 RNA分子所必须的全部 DNA序列.

    一个典型的真核基因包括

    ①编码序列—外显子(exon)

    ②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron)

    ③5'-端和 3'-端非翻译区(UTR)

    ④调控序列(可位于上述三种序列中)

    绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene)，外显子不连续。

    二、基因组(genome)

    一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和，基因组的大小用全部 DNA的碱基对总数表示。

    人基因组 3X1 09(30 亿bp)，共编码约 10 万个基因。

    每种真核生物的单倍体基因组中的全部DNA量称为C值， 与进化的复杂性并不一致(C-value

    Paradox)。

    人类基因组计划(human genome project, HGP)

    基因组学(genomics),结构基因组学(structural genomics)和功能基因组学(functional

    genomics) 。

    蛋白质组(proteome)和蛋白质组学(proteomics)

    第二节 真核生物基因组

    一、真核生物基因组的特点： ，①真核基因组 DNA 在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中.

    ②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(2—3%)，二、真核基因组中 DNA 序列的分类 •

    (一)高度重复序列(重复次数>lO5)

    卫星 DNA(Satellite DNA)

    (二)中度重复序列

    1.中度重复序列的特点

    ①重复单位序列相似，但不完全一样，②散在分布于基因组中.

    ③序列的长度和拷贝数非常不均一，④中度重复序列一般具有种属特异性，可作为 DNA标记.

    ⑤中度重复序列可能是转座元件(返座子)，2.中度重复序列的分类

    ①长散在重复序列(long interspersed repeated segments.) LINES

    ②短散在重复序列(Short interspersed repeated segments) SINES

    SINES：长度<500bp，拷贝数>105.如人 Alu 序列

    LINEs：长度>1000bp(可达 7Kb),拷贝数 104-105，如人 LINEl

    (三)单拷贝序列(Unique Sequence)

    包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列， 三、基因家族(gene family)

    一组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)经重复(duplication)和突变产生。

    基因家族的特点：

    ①基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串联重复基因(tandemly

    repeated

    genes)，如 rRNA、tRNA 和组蛋白的基因；

    ②有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上，如珠蛋白基因；

    ③有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因 (Pseudogene).

    Ψa1 表示与a1 相似的假基因.

    假基因分类。加工过的假基因(processed pseudogene)。

    典型的基因家族

    1.tRNA 基因

    单倍体人基因组中 1300个 tRNA 基因，tRNA 基因簇.

    2.rRNA 基因

    >l00copy.rRNA基因簇(重复单元 28S、18S、5.8s-rRNA)

    3.组蛋白基因

    30-40copy.定位：7q32-q36

    组蛋白基因簇(重复单位：H1，H2A，H2B，H3、H4)

    特点：无 intron，Poly(A)- RNA.

    4.珠蛋白基因

    α类：16p13，基因簇(24Kb)：5’—ζ—Ψζ—Ψα1—α2—α1—3’

    β类：11p15，基因簇(60Kb)：5’— ζ—Gr—Ar—Ψβ—δ—β—3’

    四、超基因家族(Supergene family ，Superfamily)

    由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同.

    五、人类基因组中的重复序列标记

    1、A1u 序列

    单倍体人基因组 50 万-100 万拷贝，平均每隔 3-6Kb 就有一个 Alu 序列，人 A1u 序列长 300bp：

    2X130bp 重复序列；

    +31bp 间隔序列(中间)；

    两侧 7-21bp正向重复(direct repeats)，返座子?

    Alu 序列广泛散布于人基因组，约 90%巳克隆的人基因合有 Alu 序列

    Alu 序列标志。

    2、可变数串联重复 • ， •

    Variable number tamdem repeat， VNTR.

    又称小卫星 DNA(minisatellite DNA)

    由短重复单位(6-40bp)串联重复(6-100 次以上)而成，多位于基因的非编码区，广泛分布。

    VNTR 多态性—分子标记—DNA指纹图(fingerprint).

    小卫星 DNA 突变与肿瘤，H-Ras。

    3、短串联重复(short tandem repeat,STR)

    又称微卫星 DNA(microstallite DNA)

    2-6 个核苷酸组成的重复单位串联重复(10-60 次),两侧为特异的单拷贝序列，人基因组中每

    l0kb DNA序列至少一个 STR序列。

    {CA)n，50，000-100，000 拷贝.

    新一代遗传标记，人类基因组研究，肿瘤，遗传病.

    第三节 线粒体基因组

    人线粒体基因组的特点：

    1、人线粒体基因组为 16，569bp 的双链闭环分子，一条链为重链(H 链)，一条链为轻链(L

    链)，两条链均有编码功能，每个 mtDNA分于编码 13 种蛋白质和 24 种结构 RNA(22rRNA，2tRNA).

    2、线粒体 DNA为母系遗传.

    3、结构基因不含内含子，部分区域有基因重叠，因此病理性 mtDNA突变更易发生.

    4、mtDNA 突变频率更高.

    5、线粒体 DNA突变的表型表达与核 DNA不同。

    第四节 细菌和病毒基因组

    一、细菌基因组的特点。

    1.功能相关的几个结构基因往往串联在—起，受它们上游的共同调控区控制，形成操纵子

    结构，2.结构基因中没有内含子，也无重叠现象。

    3.细菌 DNA大部分为编码序列。

    二、病毒基因组的特点

    1.每种病毒只有一种核酸，或者 DNA，或者 RNA；

    2.病毒核酸大小差别很大，3X103一 3X106bp；

    3.除逆病毒外，所有病毒基因都是单拷贝的。

    4.大部份病毒核酸是由一条双链或单链分子(RNA 或 DNA)，仅少数 RNA病毒由几个核酸

    片段组成.

    5.真核病毒基因有内含子，而噬菌体(感染细菌的病毒)基因中无内含子.

    6.有重叠基因.

    第五节 染色质和染色体

    细胞分裂间期—染色质(chromatin)

    分裂期—染色体(chromosome)

    一、染色质的基本单位—核小体

    (一)核小体(nucleosome)结构

    DNA绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4 各一对)核心外 1.8 周(146bp),形成核小体核心

    颗粒 ......