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1、第二章 人类基因 human gene 温州医学院生命科学学院生物系 唐霄雯 1 第二章 人类基因 前言 基因的概念 基因的化学本质 人类基因和基因组的结构特点 基因的生物学特性 人类基因组计划 2 前 言 基因 基因 genegene 是细胞内遗传物质的 结构和功能单位 它 以脱氧核苷酸 deoxyribonucleic acid DNA 化学形 式存在于染色体上 3 第一节 基因的概念 一个基因决定一种酶 一个基因一种 蛋白质 一个基因一条多肽链 现代遗传学认为 基因 gene 是决定一定功 能产物的DNA序列 一个基因的结构除了编 码特定功能产物的DNA序列外 还包括对这 个特定产物表达
2、所需的邻接DNA序列 4 第二节 基因的化学本质 在整个生物界中 绝大部分生物 包括人类 基因的 化学本质是DNA 在某些含有RNA和蛋白质的病毒 其RNA是遗传物质 5 一 DNA分子组成 基本单位 脱氧核苷酸 dNMP 每个脱氧核苷酸由 磷酸 orthophosphoric acid 脱氧核糖 deoxyribose 含氮碱基 A G C T 组成 dNMP的排列是DNA遗传的核心 6 一 DNA分子组成 7 二 DNA分子结构 8 二 DNA分子结构 双螺旋结构模型 DNA 双螺旋 正反向 互补链 碱基排列各不同 深沟浅沟两凹槽 识别调节最厉害 DNA 链很长 碱基排列无限多 种类繁多藏
3、世界 9 第三节 人类基因和基因组的结构特点 一 基因的结构 一 分类 二 断裂基因 split gene 二 基因组的组成 一 单拷贝序列 二 重复多拷贝序列 10 人类基因组的组织结构 11 一 基因的结构 一 基因的分类 1 单一基因 2 基因家族 3 拟基因 4 串联重复基因 珠蛋白基因家族和假基因 12 一 基因的结构 二 断裂基因 真核生物基因的编码序列往往被非编码序列所分割 呈现 断裂状的结构 故而也称断裂基因 split gene 编码序列称为外显子 exon 间隔的非编码序列称为内 含子 intron 13 一 基因的结构 二 断裂基因 特点 1 真核生物基因的表达中 一个基
4、因的内含子成为另一个基因的 外显子 产生基因的差别表达 2 外显子 内含子接头 14 二 基因组的组成 一 单拷贝序列 single copy sequence 二 重复多拷贝序列 简单序列DNA simple sequence DNA 卫星DNA satellite DNA 小卫星DNA minisatellite DNA 微卫星DNA microsatellite DNA 1 中度重复DNA intermediate repeat DNA 和可动DNA因子 短分散元件 short interspersed element Alu family 长分散元件 long interspersed
5、 element Kpn family15 第四节 基因的生物学特性 一 遗传信息的储存单位 二 基因通过自我复制保持遗传的连续性 三 基因表达 四 基因表达的调控 16 一 遗传信息的储存单位 一 遗传密码 genetic code 17 一 遗传信息的储存单位 二 遗传密码的特性 1 通用性 2 简并性 3 起始密码和终止密码 4 起始密码子 initiation codon AUG 5 终止密码子 stop codon UAA UAG UGA 18 二 基因通过自我复制保持遗传的连续性 一 基因具有自我复制 self replication 的重要特性 复制发生在细胞分裂周期的S期 DN
6、A双螺旋结 构解旋为两条单股的多核苷酸链 以DNA分子自 身的每一股单链为模板进行自我复制合成新的 DNA分子 19 二 基因通过自我复制保持遗传的连续性 二 D N A 自 我 复 制 的 过 程 20 二 基因通过自我复制保持遗传的连续性 三 DNA自我复制的特点 五性 1 互补性 2 半保留性 3 反向平行性 4 不对称性 5 不连续性 21 三 基因表达 gene expression 把基因所储存的遗传信息转变为由特定的氨基酸 种类和序列构成的多肽链 再由多肽链构成蛋 白质或酶分子 从而决定生物各种性状 表型 的过程 22 三 基因表达 gene expression 转录 tran
7、scription 以DNA为模板转录合成mRNA 翻译 translation 以mRNA为模板指导蛋白质合成的过程 在 细胞质内的核糖体上进行 23 转录 转录是在RNA聚合酶的催化下 以DNA3 5 单链 反编码链 为模板 按照碱基互补配对原 则 当RNA以U和DNA的A配对 其余配对形式 与复制时一致 以三磷酸核苷酸 NTP 为原 料合成RNA的过程 24 转录的过程转录的过程 起始阶段 RNA聚合酶 与启动子结合 启动RNA转录 侧翼序列 flanking sequence 延伸过程 RNA聚合酶 由全酶构型变为主酶构型 沿 着模板链的3 5 方向移动 并精确地按照碱基互补原则 以三
8、磷酸核苷酸 UTP CTP GTP和ATP 为底物 在3 端逐个添加核苷酸 使mRNA不断延伸 终 止 RNA聚合酶 在DNA模板上移动到达终止信 号时 RNA合成的停止 25 转录产物的加工和修饰转录产物的加工和修饰 加帽 5 端加 7 甲基鸟嘌吟核苷酸 加尾 3 端加 多聚腺苷酸 poly A 剪接 按GT AG法则将内含子切除 再将外 显子由连接酶逐段连接起来 形成成熟的mRNA分子 26 转录及其加工过程 27 翻译翻译translationtranslation translation是以mRNA为模板知道蛋白质合成的过程 mRNA 合成蛋白质的模板 携带遗传信息 tRNA 转运活化
9、的氨基酸和识别mRNA分子上的遗传密码 核糖体 蛋白质合成的场所 蛋白质合成通常包括三个阶段 起始 延长和终止 28 RNARNA编辑 编辑 RNARNA editing editing 及其意义 及其意义 定义 导致形成的mRNA分子在编码区的核苷酸序列不同与它 的DNA模板相应序列的过程 内容 1 尿嘧啶核苷酸的加入或删除 2 碱基转换 C U A G或G A 3 碱基颠换 C G G C或U A 4 方向 3 5 29 RNARNA编辑 编辑 RNARNA editing editing 及其意义 及其意义 生物学意义 1 翻译活性 2 通读性 3 调节翻译活性 4 与生物进化有关 5
10、编辑信息来源于DNA储存的遗传信息 30 四 基因的表达调控 特点 能在特定的时间和特定的细胞中激活特定的 基因 从而实现 预定 的有序的分化发育过程 真核生物基因的表达调控是经过多阶段水平实现的 31 人类基因组人类基因组 人类基因组 genome 是人的所有遗传信息 的总和 它包括两个相对独立而相互关联的基 因组 核基因组与线粒体基因组 通常人类基 因组指的是核基因组 32 第五节 人类基因组计划 Human genome project HGP 人类基因组计划 human genome project HGP 是20世纪90年代初开始的全球范围的全面研究人类基 因组的重大科学项目 HGP
11、是美国科学家在1985年率 先提出的 旨在阐明人类基因组DNA3 2 109核苷酸的 序列 发现所有人类基因并阐明其在染色体的位置 破译人类全部遗传信息 使得人类第一次在分子水平 上全面地认识自我 33 整体目标 阐明人类遗传信息的组成和表达 为人类遗传多样性 的研究提供基本数据 揭示人类单基因异常和严重危害人类健康的多基因病 的致病基因或者疾病易感基因 建立对各种基因病新 的诊治方法 从而推动整个生命科学和医学领域发展 34 基本任务 建立人类基因组的结构图谱 即遗传图 物理 图 转录图与序列图 并在 制图 测序 的基 础上鉴定人类的基因 绘出人类的基因图 35 一 结构基因组学 struc
12、ture genomics 一 遗传图 genetic map 二 物理图 physical map 三 转录图 transcription map 四 序列图 sequence map 36 二 后基因组时代 post genome era 后基因组计划 post genome era 它 主要研究基因组的功能 即功能基因组 学 人类基因组多样性计划 human genome diversity project HGDP 比较基因组学 comparative genomics 工业基因组学 industrial genomics 药物基因组学 pharmacogenomics 疾病基因组学
13、morbid genomics 蛋白质组学 protemics 37 1 功能基因组学 在基因组层次上 以 转录图 为基础 研究所有基因的表达 调控和功能 最后建立起 基因表达图 来揭示个体发育 中 各个器官组织中的基因组功能的三维动态变化 2 比较基因组学 是指在基因组的层次上 比较不同基因组之间的异同 包 括不同物种基因组比较和人类不同基因组比较两方面 3 工业基因组学 研究基因组学的工业应用的学科 比如以转基因动物为 原 料 的动物反应器来生产人类生物制品 事物和药物 提 供人体器官 培育新的动植物品种等 38 4 药物基因组学 研究与药物代谢有关的基因 研究所有 与药物作用有关的基因 1 寻找药物相关基因 2 基因芯片 chip 及蛋白质分析技术 5 疾病基因组学 疾病基因的分离 定位 克隆和鉴定及 其发病机制 6 蛋白质组学 研究细胞或组织中基因组所表达的全部蛋 白质 39 课后作业 掌握英语名词 1 gene 2 split gene 3 genome 4 genomics 5 gene family 问答题 1 简述人类基因和基因组的结构特点 2 简述基因的生物学特性 40 the end 41
