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1、第三章 遗传的分子基础第一节 DNA的组成和结构一、DNA的组成核酸的基本单位单核苷酸nucleotide戊糖 脱氧核糖磷酸含氮有机碱嘌呤：（碱基）嘧啶：嘧 啶嘌 呤胞嘧啶 Ccytosine 胸腺嘧啶 Tthymine碱 基鸟嘌呤 Gguanine腺嘌呤 Aadenine35磷酸二酯键53DNA的双链形成二、结构第二节 真核基因的分子结构一、人类基因组的组成基因组（genome） 是一个生命体遗传信息的总和，是一种生物的细胞中所带有的全部遗传信息。细胞核内的基因组：3200Mb（3.2109bp）细胞质内线粒体基因组：16.6kb每个核基因组（genome)含3.0109bp （一）单一序列
2、（unique sequence）：（二）重复序列（repetitive sequence）：约占60%65%重复1次或很少几次、约有33.5万。基因组计划：17、19、22号基因多，4、18、x少占基因组的30%以上。 DNA序列在基因组中有多个拷贝，可有几十份，几百份，甚至几十万份 u高度重复序列106以上、20% (hight repetitive sequence) 重复序列（repetitive sequence）：u中度重复序列10104 10%(intermediate repetitive sequence) u多基因家族 (multigeng family)：u假基因 卫星D
3、NA（随体DNA ）： 反向重复序列： u1、高度重复序列106108以上、20% (hight repetitive sequence)小卫星、微卫星DNA（1）卫星DNA（satellite DNA）（随体DNA） 在Cscl密度梯度离心中，由于GC含量少于AT，可在DNA主峰旁形成卫星DNA峰。 重复106108次，构成着丝粒、端粒、y上异染色质区。 （2）小卫星、微卫星DNA 6-25bp称小卫星。 26bp为微卫星，串联重复分布（STR） （3）反向重复序列： 是两个顺序相同的互补拷贝在同一条DNA链上反向排列 。一种是无间隔，称为回文结构。一种是两个互补拷贝间有一个间隔，两个互补拷
4、贝则共价相接，形成十字状结构 。5AGACCACCAGTACAACGTTATTGTACTGGAACAAG33TCTGGTGGTCATGTTGCAATAACATGACCTTGTTC5 T G TC ATTGTACTGG AACAAG3 A A C A T G A C C5 AGACCAG T C A A3TCTGGT G G T C A T G T T TTGTTC5CCAGTACAA见于基因调控区，构成终止子。短分散元件(SINEs)： 长分散元件(LINEs)：u2、中度重复序列 (intermediate repetitive sequence) 重复102105次 占基因组20%30%（
5、1）短分散元件(SINEs)： 平均长度小于500bp，重复105次以上，例如人类Alu家族，占人类基因组的36，由300bp构成，在第170位附近都AGCT顺序，可被内切酶Alu I 。重复达3050万次。 参与基因调控。（2）长分散元件(LINEs)： 重复序列长度大于1000 bp，重复102104。如Kpn I家族在人类基因组散在分布。u3、多基因家族（multigene family） 指由一个祖先基因经重复和变异形成的一组来源相同、结构相似、功能相关的基因。 (1) 由一个基因产生的多次拷贝，具有几乎相同顺序，成簇排列于同一条染色体上，形成一个基因簇，它们同量发挥作用，合成某些蛋白
6、质。 如人类白细胞抗原（HLA），分布在6p21.3上 。 (2) 另一类是一个多基因家族中不同成员成簇分布于几条不同的染色体上，这些序列虽不同，但它们编码的是一组关系密切的蛋白质。 如珠蛋白基因是由、珠蛋白基因簇组成，在11号和16号上。 5 1 2 2 1 3胚胎期胚胎期和成人5 G A 3胚胎期成人期胎儿期Hb16p13.33P13.11 11p15.4-pter Hb 在多基因家族中，某些成员并不产生有功能的基因产物，称为假基因。 u假基因（pseudogene)：u高度重复序列106以上、20% (hight repetitive sequence) 重复序列（repetitive
7、sequence）：u中度重复序列10104 10%(intermediate repetitive sequence) u多基因家族 (multigeng family)：u假基因 二、真核基因的分子结构特征 大多数真核生物的结构基因是不连续的，在编码区内常常被不编码的序列隔开，为断裂基因（split gene）。 （一） 外显子和内含子 基因中编码的序列称为外显子(exon) ，不编码的间隔序列称为内含子(intron)。 人类珠蛋白基因结构图内含子1（I1）内含子2（I2）外显子 3（E3）105 146外显子 2 （E2）31 10453 转录起始点 外显子 1 （E1）1 30结构基
8、因编 码 区非编码区外显子：具有编码意义内含子：无编码意义（ 5GT、 3AG； GT -AG法则）：侧翼序列 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 。 外显子和内含子的关系并非一成不变。 基因的大小及内含子的数目相差很大，如DMD基因2300000bp,75个外显子、74个内含子。（二）侧翼序列（flanking sequence） 每个结构基因在第一个和最后一个外显子外侧，都有一段不被转录的非编码区，称侧翼序列，有启动子、增强子、终止子等。 u1、启动子 （promoter） 启动子是一段特异的核苷酸序列，位于基因转录起始点上游100bp范围内，启动子是D
9、NA分子上能与RNA聚合酶特异性识别并结合的部位，能促进转录过程。 （1）TATA框 ： 在转录起始点上游约-19-27bp处，由7个碱基组成，即TATATAT，是一段高度保守的序列，能与转录因子TFII结合，再与RNA聚合酶II形成复合物，而能准确识别转录起始位置。（2）CAAT框： 在转录起点上游-70-80bp，由GGGTCAATCA组成，转录因子CTF能识别并与之结合，其端有激活转录的功能，所以有促进转录的功能。（3）GC框： 顺序为GGCGGG，有2个拷贝，位于CAAT框两侧。GC框有激活转录的功能，与增强起始转录的效率有关。 u2、增强子 不具启动子的功能，但能增强转录活性的一段D
10、NA 顺序，位置自由。常有组织特异性。 u3、终止子：由反向重复序列及特定序列5AATAAA3 组成。GC框：调节转录的活动。CAAT框:促进转录增强子人类珠蛋白基因结构图内含子1（I1）内含子2（I2）外显子 3（E3）105 146外显子 2 （E2）31 10453 转录起始点 TATA框RNA聚合酶结合决定转录起始点CAAT框RNA聚合酶结合控制转录频率外显子 1 （E1）1 30AATAAA 回文顺序 结构基因编 码 区非编码区外显子：具有编码意义内含子：无编码意义（ 5GT、 3AG； GT -AG法则）启动子终止子TATA框:识别转录起始点mRNA裂解信号(AATAAA)回文结构
11、GC框 GC框 转录终止信号第三节 DNA的复制DNA复制(replication ): DNA分子合成一个与自己相同的DNA分子的过程。其结果DNA含量增加一倍。DNA复制的基本条件：1、复制模板。2、四种三磷酸脱氧核苷。3、DNA聚合酶、连接酶、解旋酶、解链酶等。4、RNA引物。一、双向复制5353复制起始点复制叉复制子：复制叉TAATGCCGTAA-TA-TATCGGCGCA-TT AT AA T C GG CT AT AAACGCTTGCG二.半保留复制（semi-conservative replication)C GG CA TA TAACGCTTGCGATGCAAA-TA-TAT
12、CGCGGCGCATTTATGCCGA-TA-TATCGGCGCA -TATGCTACGTAA-TA-TATCGGCG-C53535353复制起始点复制叉前导链后随链（延迟链）RNA引物冈崎片段三、半不连续复制 DNA复制过程显示复制的不连续性、前导链和后随链第四节 基因的表达DNA复制转录RNA翻译蛋白质指以DNA为模板合成RNA的过程。（ DNA 分子的3 5为模板链也叫反编码链； 5 3链叫编码链）。转录产物信息RNA(mRNA)转运RNA(tRNA)核糖体RNA(rRNA)核仁以外的常染色质转录的。核仁内的常染色质转录的。一、转录内含子1（I1）内含子2（I2）外显子 3（E3）105
13、 146外显子 2 （E2）31 10453 TATA框RNA聚合酶结合决定转录起始点CAAT框RNA聚合酶结合控制转录频率外显子 1 （E1）1 30AATAAA 回文顺序 内含子1（I1）内含子2（I2）外显子 3（E3）105 146外显子 2 （E2）31 10453 外显子 1 （E1）1 30AATAAA 回文顺序 内含子1（I1）内含子2（I2） 内含子1（I1）内含子2（I2） 内含子1（I1）内含子2（I2） 53外显子 3（E3）105 146外显子 2 （E2）31 104外显子 1 （E1）1 30AATAAA回文顺序 外显子 3（E3）105 146外显子 2 （E2
14、）31 10453外显子 1 （E1）1 30AATAAAAAAAAAAAAAAAAmGmGDNA转录剪接戴帽加尾成熟的mRNA hnRNA加工 (一)剪接： 按照GT-AG法则，切去内含子。 细胞核内snRNA参与剪接过程。5 5首先，RNA5端起始核苷酸的P与鸟苷三磷酸（m7G）形成5 5 键。然后，在乌苷酸7位N上甲基化，完成戴帽(帽0)在真核生物中、下一个的2 0位甲基化，形成帽1。(二)戴帽：(1)戴帽可有效地封闭RNA5末端，使它不再接核苷酸。同时可保护5末端，使其不受磷酸酶和核酸酶的消化作用，从而增加其稳定性。(2)帽还能被核糖体小亚基识别，促使mRNA与核糖体结合。戴帽作用：(
15、三)加尾：在戴帽同时，3端在在腺苷酸聚合酶作用下加接一连串Poly A，成尾，这过程称多聚腺苷酸化反应。作用：可使mRNA3末端稳定，不受酶的破坏，并可促使mRNA由核运转到质中。二、翻译-遗传信息由mRNA的碱基序列转变为多肽链的氨基酸顺序的过程。 需要mRNA、tRNA、rRNA等。IF230S-mRNA-50S-fMet-tRNAf5,3,A U G小亚基小亚基5,3,A U GIF3IF3IF3 -mRNA-30S 三元复合物IF2 -30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAfIF2IF3U A CfMet大亚基小亚基5,3,A U GU A
16、CfMetIF2GTPGDP+PiIF2大亚基小亚基5,3,A U GU A CfMetA位IF3 -mRNA-30S三元复合物IF3IF2 -30S-mRNA-fMet-tRNAf大亚基IF2 GTP小亚基IF3U A CfMetIF2IF3小亚基5,3,A U GA位U A CfMet大亚基GTPGDP+Pi密肽链合成的起始P位A位C G G丙EF-T GTPU A CfMetC G G丙fMetU A C肽基转移酶 形成肽键A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,EF-G 易位酶G因子GTPGDP+PiA G A丝C G GP位A位RF释放因子U G A丝fMet丙甘苏A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,RFU G A30S50SRF密P位A位C G G丙3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,P位A位fMetC G G丙A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,P位A位A C U U A G3,A U
