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1、第二章第二章 遗传遗传遗传遗传 的分子基的分子基础础础础 第一节 真核基因的分子结结构（一） 基因（gene)的概念： 从遗传学的角度看， 基因是生物的遗传物质，是遗传的基本单位突变单位、重组单位和功能单位 从分子生物学的角度看， 基因是在染色体上占据一定位置的负载特定遗传信息的DNA分子片段 一 基因的概念与性质（二） 基因的类别结构基因： 某些能决定某种多肽链（蛋白质）或酶分子结构的基因。 调控基因：某些可调节控制结构基因表达的基因 （三） 基因的化学本质（DNA）DNA是遗传物质的间接和直接证据1 间接证据（1）同一种生物的核内DNA含量恒定（2）DNA是所有生物所共有的（3）DNA在代
2、谢上是稳定的2 直接证据（1）1944年Avery的肺炎双球菌转转化实验实验（证证明DNA是遗传遗传 物质质）转转化：指某一受体细细菌通过过直接吸收来自另一供体细细菌的特定遗传遗传 物质质，从而获获得了供体细细菌的相应遗传应遗传 性状，这这种现现象称为细为细 菌转转化。（2）1952 Hershey Chase 噬菌体侵染细细菌实实验验二 人类类基因组组的组组成人类基因组包括核基因组和线粒体基因组。一般情况指核基因组。人类基因组：人类22条常染色体和X、Y染色体上所 含有的全部遗传信息。基因组：一种生物的细胞内所含有的全部遗传信息。 通常以核内单倍数染色体所含有的所有遗传 信息为一个基因组。单
3、一序列（60-65%）重复序列人类基因组高度重复序列（10%）中度重复序列（20-30%）卫星DNA反向重复序列多基因家族微卫星DNA小卫星DNA回文结构发卡结构假基因短分散元件长分散元件（一）单一序列：也称单拷贝序列 在人类基因组中占60-65% 在一个基因组中只出现一次或很少几次。 由8001000bp组成 大多数编码蛋白质和酶的基因为单一序列 （二）重复序列： 在人类基因组中占30% 在一个基因组中有很多拷贝。 高度重复序列 中度重复序列 多基因家族 假基因 1 高度重复序列： 结构简单，长度2-200bp， 拷贝数106 -108 在人类基因组中占10% 卫星DNA 反向重复序列卫星D
4、NA：这类序列的碱基组成不同于其他部份，可 用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开，卫星DNA构成着丝粒、随体等，参与维持染色体结构 小卫星DNA 6-25bp 微卫星DNA 2-6bpDNA分子双链的某些部分，碱基序列相同但排列呈反向的现象。如： 反向重复序列： 回文序列 发卡结构序列长约300bp,常参与调节基因转录2 中度重复序列：由300-7000bp组成的DNA序列，重复次数在102-105以上在人类基因组中占20-30% 短分散元件 长分散元件核糖体RNA基因：拷贝100个以上tRNA基因：拷贝10-100个以上组蛋白基因：拷贝50-500个以上3 多基因家族：由一个祖先基因经过重
5、复和变异所产生的一组基因，编码的蛋白质相似，但其氨基酸序列不完全相同。 同一家族中的成员有时紧密的排列在一起，成为一个基因簇。假基因：在基因家族中，某些成员因突变而失去功能，不产生有功能的基因产物，这些基因称假基因，或拟基因。如珠蛋白基因蔟中的、和。 三 真核基因的分子结构特征 断裂基因 绝大多数真核生物的结构基因，其DNA序列由编码序列和非编码序列构成。编码顺序在DNA分子上是不连续的，被非编码顺序所隔开，形成镶嵌排列的断裂形式，称断裂基因。人类基因结构的2个部分：外显子与内含子；侧翼序列，也称调控区，包括启动子和增强子等编码顺序称为外显子（exon）-表达为多肽链的部分非编码顺序所称为内含
6、子（intron）-内含子只转录， 在前mRNA时被剪切掉 （1）外显子与内含子GT-AG法则：每个外显子和内含子接头区都有一段高度保守的一致顺序（consensus seqence）,即内含子5末端大多数是GT开始，3末端大多是AG结束，称为GT-AG法则GT-AG法则是普遍存在于真核基因中RNA剪接的识别信号 外显子和内含子的关系：不是固定不变的 有时候基因的内含子在另一种剪切形式下成为外显子DNA多肽链1多肽链2作为内含子作为外显子 启动子（promoter）包括TATA框、CAAT框、GC框等几种不同顺序，能促进转录过程， 增强子在真核基因转录起始点的上游或下游，它不能启动一个基因的转
7、录，但有增强转录的作用。终止子：位于结构基因末端起终止转录作用的一段DNA序列 （2）侧翼序列：真核基因转录区的两侧，包括启动子和增强子第二节 人类基因组计划人人类类基因基因组计组计 划划“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是美国科学家在1985年率先提出旨在阐明人类基因组DNA 3.0109核苷酸的序列，发现所有人类基因并阐明其在染色体上的位置，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。HGPHGP发展里程发展里程人类基因组计划与基因组学OO19841984，D
8、OEDOE，首次探讨人类基因组，首次探讨人类基因组DNADNA进行进行全序列分析的前景全序列分析的前景OO1986.31986.3，R. R. DulbeccoDulbecco发表发表“癌症研究的转折点癌症研究的转折点测定人类基因组序列测定人类基因组序列”OO1988.41988.4，HUGOHUGO成立成立OO1990.10.11990.10.1，美国，美国HGPHGP正式启动正式启动OO2001.22001.2，人类基因组工作框架图完成，人类基因组工作框架图完成OO2004.10.12004.10.1，人类全基因组高精度序列图最完成，人类全基因组高精度序列图最完成HGP基本任务建立人类基因
9、组的结构图谱，即遗传图、物理图与序列图，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。人类基因组计划与基因组学染色体遗传图物理图序列图（连锁图） ATGACGTGACHGPHGP的主要成果的主要成果全部基因组长2.91Gb，仅有2.2万个基因。基因数量少得惊人人与人之间99.99的基因密码是相同的男性的基因突变率是女性的2倍人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠只有约1%-1.5%的DNA编码蛋白质基因是成簇存在的有200个基因是来自插入人类祖先基因组的细菌基因人类基因组编码的全套蛋白质（蛋白质组）比无脊椎动物编码的蛋白质组更复杂。功能基因组学功能基因组学 HGPHGP研究的是遗传
10、图、物理图、序列图、研究的是遗传图、物理图、序列图、基因图，主要探讨人类基因组的结构特点，又基因图，主要探讨人类基因组的结构特点，又称称结构基因组学结构基因组学(structural genomics)(structural genomics)。在在HGPHGP进行的同时，也开始研究人类基因进行的同时，也开始研究人类基因组计划相关及以后的领域，即所谓的组计划相关及以后的领域，即所谓的后基因组后基因组计划计划(past-genome (past-genome project)project)。后基因组计划以。后基因组计划以解释基因组的功能和调控机制为研究目标，所解释基因组的功能和调控机制为研究目
11、标，所以又称以又称功能基因组学功能基因组学(functional genomics)(functional genomics)。人类基因组计划与基因组学人类基因组多样性计划人类基因组多样性计划人类基因组多样性计划人类基因组多样性计划(human (human genome genome diversity diversity projectproject，HGDP)HGDP)旨在采集与保存世界旨在采集与保存世界范围内一些地理隔离的部落群体和具有独特文范围内一些地理隔离的部落群体和具有独特文化或语言背景的群体的基因组化或语言背景的群体的基因组DNADNA，其目标是，其目标是要揭示世界上不同民族生
12、理生化差异的遗传背要揭示世界上不同民族生理生化差异的遗传背景，以及群体之间的相互关系。景，以及群体之间的相互关系。人类基因组计划与基因组学比较基因组学比较基因组学比较基因组学比较基因组学(comparative (comparative genomics)genomics)是基是基于基因组图谱和测序基础上，在于基因组图谱和测序基础上，在DNADNA水平上对水平上对不同生物基因组的结构进行比较，以研究基因不同生物基因组的结构进行比较，以研究基因的结构功能、表达机制和物种进化的学科。的结构功能、表达机制和物种进化的学科。人类基因组计划与基因组学环境基因组学环境基因组学环境基因组学环境基因组学(en
13、vironmental (environmental genomics) genomics) 的目的是研究环境对人类疾病的影响和意义。的目的是研究环境对人类疾病的影响和意义。人类基因组计划与基因组学OO分析、鉴定与环境相关的疾病易感基因，识分析、鉴定与环境相关的疾病易感基因，识别基因组多样性和结构功能的关系别基因组多样性和结构功能的关系OO预测环境因素影响人类健康的风险并制定相预测环境因素影响人类健康的风险并制定相应预防措施和环境保护策略应预防措施和环境保护策略疾病基因组学疾病基因组学疾病基因组学疾病基因组学的主要任务是鉴定和分离重的主要任务是鉴定和分离重要疾病的致病基因与相关基因，并确定其致
14、病要疾病的致病基因与相关基因，并确定其致病机制。机制。人类基因组计划与基因组学OO单基因病：定位克隆单基因病：定位克隆 & & 候选克隆候选克隆OO多基因病：隔离群体的多基因病：隔离群体的QTLQTL药物基因组学药物基因组学药物基因组学药物基因组学(pharmacogenomics)(pharmacogenomics)是研究是研究机体对包括药物在内的化学物质反应的遗传差机体对包括药物在内的化学物质反应的遗传差异，以寻找更为有效的药物作用。异，以寻找更为有效的药物作用。人类基因组计划与基因组学OO“个体化个体化”药物的研制药物的研制OO“个人健康计划个人健康计划”的制定的制定HGPHGP伦理和社
15、会问题伦理和社会问题HGP的意义1、开创人类生命科学的新纪元2、改变了科学家进行科研的方式3、开创了医学个体化治疗的新时代 人类的保健模式将从“生了病后再治疗”的消 极模式转变为“预防”、“预测”的积极模式 4、积极推动了新药的开发5、促进生命科学与信息科学相结合 人类基因组计划与基因组学OO人类基因组数据的共享问题人类基因组数据的共享问题OO基因研究或基因检测后的隐私问题基因研究或基因检测后的隐私问题OO基因研究与基因检测中的知情同意原则基因研究与基因检测中的知情同意原则问题问题OO对有遗传缺陷者的歧视问题对有遗传缺陷者的歧视问题HGP的问题人类基因组计划与基因组学OO19961996，百慕大协议，百慕大协议( (基因组序列基因组序列2424小时公小时公布布) )OO个人遗传隐私权应予保护个人遗传隐私权应予保护OO知情同意原则知情同意原则OO遗传病患者、遗传缺陷的人或携带不利遗传病患者、遗传缺陷的人或携带不利基因的人，不应受到基因的人，不应受到“遗传歧视遗传歧视”HGP的原则
