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1、第二章第二章 基因基因基因（基因（gene):DNA分子上的具有分子上的具有特定功能的核苷酸序列。特定功能的核苷酸序列。DNA的的 结构特点、结构特点、存在的类型存在的类型基因的结构基因的结构基因复制与表达基因复制与表达RNA编辑编辑基因突变基因突变DNA损伤的修复损伤的修复第一节 基因的结构与功能一、一、DNA的分子结构的分子结构主链主链碱基对碱基对螺距螺距深沟与浅沟深沟与浅沟5 3 （RNA、DNA合成方向、阅合成方向、阅读方向）读方向）编码链编码链反编码链（模板链）反编码链（模板链），指导，指导RNA合成合成模板链模板链反编码链反编码链非模板链非模板链编码链编码链二、DNA存在的形式基因
2、组：生基因组：生殖细胞内基因的总和（人类殖细胞内基因的总和（人类所有的遗传信息）。所有的遗传信息）。（包括：细胞核基因组、（包括：细胞核基因组、mt基因组）基因组） 通常指核基因组。通常指核基因组。1、高度（串联）重复序列、高度（串联）重复序列(repetitive sequence )10%，几个，几个300bp，重复频率高，达几百，重复频率高，达几百万次，不转录，不编码蛋白。万次，不转录，不编码蛋白。分布分布:着丝粒、端粒区、散在分布着丝粒、端粒区、散在分布作用作用:与同源染色体配对有关，维持与同源染色体配对有关，维持cs结构，结构，构成基因间隔。构成基因间隔。例：卫星例：卫星DNA（ s
3、atellite DNA） 微卫星微卫星DNA micro satellite DNA) -短串联短串联重复序列（重复序列（short tandem repeat STR）卫星DNA（ satellite DNA)：DNADNA在在CsClCsCl密度梯度离密度梯度离心中，由于心中，由于GCGC的含量的含量少于少于ATAT，当重复序列，当重复序列的的GCGC与与ATAT的比率有差的比率有差异时，可在异时，可在DNADNA主峰主峰旁形成卫星旁形成卫星DNADNA。卫。卫星星DNADNA构成着构成着丝粒，丝粒，端粒和端粒和Y Y染色体长臂染色体长臂上的异染色质区上的异染色质区。称。称为卫星为卫星D
4、NADNA。 反向重复顺序反向重复顺序 是两个顺序相是两个顺序相同的互补拷贝在同同的互补拷贝在同一条一条DNADNA链上反向链上反向排列而成。排列而成。 可形成链内碱可形成链内碱基配对。基配对。 2.2.中度重复顺序中度重复顺序特点：在长度和拷贝数目上有很大差别。特点：在长度和拷贝数目上有很大差别。 有些中度重复序列有些中度重复序列DNADNA具有编码功能，如编具有编码功能，如编码码rRNArRNA和和tRNAtRNA以及组蛋白的基因以及组蛋白的基因, ,大多数无编码功大多数无编码功能，主要是一些分散重复能，主要是一些分散重复DNADNA序列。序列。 短分散核元件短分散核元件（short in
5、terspersed nuclear element,SINE) 7%,300-500bp, 如：如：Alu,每隔每隔5kb一个一个,由近由近100万个拷贝，常万个拷贝，常位于基因的非编码区，与基因的表达调控有位于基因的非编码区，与基因的表达调控有关。关。长分散核元件长分散核元件（long interspersed nuclear element,LINE) 5%，5000-7000bp, 如：如： LINE1,每隔每隔50kb一个，编码逆转录酶，一个，编码逆转录酶，可被可被kpn序列切割，又称序列切割，又称kpn序列序列3、单一序列、单一序列(unique sequence)（60-65%）
6、：）：某一特定序列在一个某一特定序列在一个g组内组内只有一个或几个只有一个或几个拷贝。拷贝。结构基因属于单一序列，但只是其中很小结构基因属于单一序列，但只是其中很小的一部分的一部分 三、基因及其结构蛋白质基因、蛋白质基因、RNA基因基因结构基因、调节基因结构基因、调节基因断裂基因（断裂基因（split gene）：在真核生物的基因）：在真核生物的基因中，编码序列和非编码序列间隔排列。中，编码序列和非编码序列间隔排列。断裂基因断裂基因外显子和内含子外显子和内含子侧翼序列侧翼序列外显子外显子内含子内含子启动子启动子增强子增强子polyApolyA附加信号附加信号TATATATA框框CAATCAAT
7、框框GCGC框框(一一)外显子和内含子：外显子和内含子：外显子（外显子（exon,E):属编码顺序，编码属编码顺序，编码Pr内含子（内含子（intron,I）非编码顺序，不编码）非编码顺序，不编码Pr，将外显子隔开。，将外显子隔开。内含子和外显子的关系不是固定不变的。内含子和外显子的关系不是固定不变的。GT-AG序列序列（二）结构基因的侧翼顺序（二）结构基因的侧翼顺序-调控顺序：调控顺序：在第一个和最后一个外显子的外侧都有在第一个和最后一个外显子的外侧都有一段不编码的序列，对基因的转录起调一段不编码的序列，对基因的转录起调控作用。控作用。1、启动子，、启动子，与与RNA聚合酶和转录因子结聚合酶
8、和转录因子结合的核苷酸顺序，启动基因转录。合的核苷酸顺序，启动基因转录。2、增强子、增强子 位置不定位置不定 作用作用：可增强基：可增强基因表达。因表达。3、polyA附加信号附加信号exonintronTATA boxCAAT boxGC boxAATAAA enhancerT A T A AATATHogness box GT AG lawGC box GGCGGGCAAT box G G C A A T C ACT多基因家族多基因家族gene families/cluster ：来源相同，：来源相同，结构相似，功能相关的多个基因结构相似，功能相关的多个基因g簇：一个基因的多个拷贝、序列高
9、度同源、成簇簇：一个基因的多个拷贝、序列高度同源、成簇排列在同一染色体上，可能同时发挥作用或在不排列在同一染色体上，可能同时发挥作用或在不同发育阶段表达。同发育阶段表达。g超家族：不同基因成簇排列在不同染色体上，序超家族：不同基因成簇排列在不同染色体上，序列有些不同，编码一类功能相关的蛋白。列有些不同，编码一类功能相关的蛋白。例：珠蛋白例：珠蛋白g家族，包括家族，包括:珠蛋白基因簇、珠蛋白基因簇、珠蛋白基珠蛋白基因簇因簇假基因（假基因（pseudogene):不能产生有功能不能产生有功能g产产物的物的g。四、多基因家族和假基因第二节 基因复制与表达一、一、DNA复制复制半保留复制半保留复制半不
10、连续复制半不连续复制双向复制和复制子双向复制和复制子二、结构基因的表达 转录转录 翻译翻译 表达：表达：DNA - RNA - Pr1、转录：、转录：以反编码链为模板，以以反编码链为模板，以NTP为为原料，合成原料，合成RNANTP转录后的加工hnRNA： 核不均一核不均一RNA(异质异质核核RNA heterogeneous nuclear RNA)，是结，是结构基因的直接转录产构基因的直接转录产物，比成熟的物，比成熟的mRNA大大4-5倍倍,是是mRNA的的前体，需经剪接、戴前体，需经剪接、戴帽、加尾等加工后才帽、加尾等加工后才可作为翻译模版。可作为翻译模版。（1）剪接）剪接splicin
11、g:切去不编码部分切去不编码部分 GT/UAG 法则法则（2）戴帽）戴帽capping：m7G功能：功能：使使mRNA稳定；稳定；利于由核到质；利于由核到质；利于剪接；利于剪接；利于核糖体识别。利于核糖体识别。（3）加尾）加尾tailing：polyA功能：功能：促由核到质；促由核到质；稳定；稳定；利于核糖体识别。利于核糖体识别。RNA编辑（RNA editing ）RNA编辑是导致生成的编辑是导致生成的mRNA分子在编码区的核分子在编码区的核苷酸顺序不同于它的模板相应顺序的过程苷酸顺序不同于它的模板相应顺序的过程U的插入或删除的插入或删除A G或或C U的的RNA碱基转换碱基转换GU、 G
12、C、C G或或U A的碱基颠换的碱基颠换意义：意义：通过编辑的通过编辑的mRNA具有翻译活性具有翻译活性使该使该mRNA能被读通能被读通在一转录物在一转录物5末端可创造生成起始密码子，以调节翻译末端可创造生成起始密码子，以调节翻译活性活性可能与生物进化有关可能与生物进化有关不偏离中心法则不偏离中心法则短链干扰RNA（siRNA）是由双链是由双链RNA分子切割为分子切割为2123个核苷个核苷酸的片段，其酸的片段，其3端修饰物很短，与端修饰物很短，与dsRNA共同组成了双链复合体，是外共同组成了双链复合体，是外源的源的,使与之互补的目标使与之互补的目标mRNA沉默沉默.微小RNA（miRNA）普遍
13、存在于细胞中的长度约为个普遍存在于细胞中的长度约为个核苷酸的非编码小分子，是内核苷酸的非编码小分子，是内源的源的,单链的单链的,主要参与转录后水平的主要参与转录后水平的调控调控siRNA 和miRNA的比较相同点相同点：A.二者的长度都约在二者的长度都约在22bp左右。左右。B.二者都依赖二者都依赖Dicer酶的加工，是酶的加工，是Dicer的产物，的产物，所以具有所以具有Dicer产物的特点。产物的特点。C.二者生成都需要二者生成都需要Argonaute家族蛋白存在。家族蛋白存在。D.二者都是二者都是RISC组分，所以其功能界限变得组分，所以其功能界限变得不清晰，如二者在介导沉默机制上有重叠
14、。和不清晰，如二者在介导沉默机制上有重叠。和siRNA合成都是由双链的合成都是由双链的RNA或或RNA前体形成的。前体形成的。siRNA 和miRNA的比较不同点不同点：A.根本区别是根本区别是miRNA是内源的，是生物体的固有因素；而是内源的，是生物体的固有因素；而siRNA是人工体外合成的，通过转染进入人体内，是是人工体外合成的，通过转染进入人体内，是RNA干干涉的中间产物。涉的中间产物。B.结构上，结构上，miRNA是单链是单链RNA，而，而siRNA是双链是双链RNA。C.Dicer酶对二者的加工过程不同，酶对二者的加工过程不同，miRNA是不对称加工，是不对称加工，miRNA仅是剪切
15、仅是剪切pre-miRNA的一个侧臂，其他部分降解；的一个侧臂，其他部分降解；而而siRNA对称地来源于双链对称地来源于双链RNA的前体的两侧臂。的前体的两侧臂。D.在作用位置上，在作用位置上，miRNA主要作用于靶标基因主要作用于靶标基因3-UTR区，区，而而siRNA可作用于可作用于mRNA的任何部位。的任何部位。E.在作用方式上，在作用方式上，miRNA可抑制靶标基因的翻译，也可以可抑制靶标基因的翻译，也可以导致靶标基因降解，即在转录水平后和翻译水平起作用，而导致靶标基因降解，即在转录水平后和翻译水平起作用，而siRNA只能导致靶标基因的降解，即为转录水平后调控。只能导致靶标基因的降解，
16、即为转录水平后调控。F.miRNA主要在发育过程中起作用，调节内源基因表达，主要在发育过程中起作用，调节内源基因表达，而而siRNA不参与生物生长，是不参与生物生长，是RNAi的产物，原始作用是抑的产物，原始作用是抑制转座子活性和病毒感染。制转座子活性和病毒感染。2、翻译、翻译translation摇摆假说摇摆假说wobble hypothesis 密码子的前两位碱基在和反密码子密码子的前两位碱基在和反密码子配对时配对时,遵循正常的碱基互补配对原遵循正常的碱基互补配对原则则,而第三位碱基的配对具有一定的而第三位碱基的配对具有一定的灵活性灵活性,即反密码子的第三个碱基（即反密码子的第三个碱基（5
17、碱基）可与密码子的第三位碱基）可与密码子的第三位(3)上上的不同的碱基配对。的不同的碱基配对。基因突变基因突基因突变GenemutationGenemutation基因突变基因突变Gene mutationGene mutation: :是是DNADNA分子分子中的核苷酸组成或顺序发生改变中的核苷酸组成或顺序发生改变. .体细胞突变体细胞突变: :有性生殖的个体中不会有性生殖的个体中不会造成后代的遗传变化造成后代的遗传变化. . 生殖细胞突变生殖细胞突变: :将引起后代遗传物质将引起后代遗传物质的改变的改变. . 突变后果不利于个体的生存和生育能力不利于个体的生存和生育能力可能对个体的生存带来
18、一定好处可能对个体的生存带来一定好处后果较微，不产生可察觉的效应，或后果较微，不产生可察觉的效应，或者只表现为个体间的遗传多态者只表现为个体间的遗传多态碱碱基基替替换换:DNA:DNA分分子子中中一一个个碱碱基基对对被被另另一一个个不不同同的的碱碱基基对对所所替替代代. .是是DNADNA分分子子中中发发生生的的单单个个碱碱基基的的改改变变, ,也也称称 为为 点点 突突 变变 point point mutationmutation. . 转转换换transitiontransition- -嘌嘌呤呤和和嘌嘌呤呤嘧嘧啶啶和和嘧嘧啶啶之之间间发发生生的替换的替换. .是最常见的是最常见的. .
19、 颠颠换换tiansversiontiansversion- -嘌嘌呤呤和嘧啶之间的替换和嘧啶之间的替换. .1、 碱基替换点突变的效应点突变的效应同同义义突突变变synonymous synonymous mutationmutation: :突突变变并未引起编码氨基酸的改变。并未引起编码氨基酸的改变。错错义义突突变变missense missense mutationmutation: :突突变变后后引起了编码的氨基酸的改变。引起了编码的氨基酸的改变。无无义义突突变变nonsense nonsense mutationmutation: :突突变变后后不不构构成成任任何何一一个个氨氨基基酸
20、酸的的密密码码，形形成成了终止密码。了终止密码。终终止止密密码码突突变变：终终止止密密码码转转变变为为氨氨基基酸的密码。酸的密码。 2 2、 移移 码码 突突 变变 frame-shift frame-shift mutationmutation:DNA:DNA分分子子的的碱碱基基组组成成中中增增加加或或减减少少一一个个或或几几个个不不是是3 3或或3 3的的倍倍数数的的碱碱基基对对，造造成成在在缺缺失失或或插插入入点点以以下下的的DNADNA编编码码框框架架全全部部发生改变。发生改变。3 3、动动态态突突变变dynamic dynamic mutationmutation重复序列的重复次数增加。重复序列的重复次数增加。
