醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)

1、醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)*生物學(xué)： 研究生命、生命本質(zhì)、生命活動規(guī)律的科學(xué)，從整體水平、細(xì)胞水平、分子水平三個層次上研究生命活動及其規(guī)律的一門學(xué)科。*分子生物學(xué)：從分子水平研究生命現(xiàn)象、生命本質(zhì)、生命活動規(guī)律的一門新興邊緣學(xué)科。*醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)： 是分子生物學(xué)的一個重要分支，是從分子水平上研究人體在正常和疾病狀態(tài)下的生命活動及其規(guī)律，從分子水平開展人類疾病的預(yù)防、診斷和治療研究的一門科學(xué)。*分子生物學(xué)重要技術(shù)原理：基因工程技術(shù)（分子克?。┰?、DNA序列測定、核酸分子雜交、PCR、轉(zhuǎn)基因和基因打靶、DNA芯片技術(shù)的基本概念、原理及其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用*分子生物學(xué)在臨床醫(yī)學(xué)中應(yīng)用：基因結(jié)構(gòu)異常和調(diào)控異常與疾

2、病發(fā)生的關(guān)系、基因診斷和基因治療的基本概念及其應(yīng)用第 一 章 緒 論第一節(jié)分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)研究的主要內(nèi)容*分子生物學(xué)的基本含義研究對象 1.生物大分子的結(jié)構(gòu)2.生物大分子在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用學(xué)科地位 是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快的前沿領(lǐng)域，正在與其它學(xué)科廣泛交叉與滲透的重要前沿領(lǐng)域，生命科學(xué)的帶頭學(xué)科。分子生物學(xué)的主要內(nèi)容：一、生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能及分子間的相互作用：主要研究核酸、蛋白質(zhì)、酶的結(jié)構(gòu)與功能及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、核酸與核酸、核酸與蛋白質(zhì)、 核酸與其它生物大分子之間的相互作用。二、基因信息的傳遞及調(diào)控：三、細(xì)胞之間的信息傳遞機(jī)制：四、細(xì)胞的識別：涉及細(xì)胞粘附分子與細(xì)胞

3、外基質(zhì)。五、細(xì)胞的增殖與分化：包括癌基因與抑癌基因、肽類生長因子、細(xì)胞周期及其調(diào)控的分子機(jī)理等。六、分子生物學(xué)技術(shù)：主要包括分子雜交技術(shù)、鏈反應(yīng)技術(shù)、基因工程與蛋白質(zhì)工程等。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)主要內(nèi)容：一。生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能。二?；蚪M的結(jié)構(gòu)與功能。三?；虻膹?fù)制、表達(dá)、調(diào)控。四。細(xì)胞通訊與細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)。五基因工程的各種技術(shù)體系（克隆、測序、雜交、PCR、轉(zhuǎn)基因、DNA芯片）。六基因與疾病。七基因診斷與基因治療醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)的概念和性質(zhì)：一 定義：是從分子水平上研究人體正常和疾病狀態(tài)下生命活動及其規(guī)律的一門科學(xué)。二 是分子生物學(xué)的重要分支三 是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的帶頭學(xué)科第二節(jié) 分子生物學(xué)的歷史回顧孕

4、育階段 1.1871年 Miescher核素; 2.1900年，Gene 3.1910年，Morgan ：Gene 存在于染色體上 4.1944年，Avery證實(shí)DNA攜帶遺傳信息。創(chuàng)立階段1.二十年代，Levene研究了核酸的結(jié)構(gòu)，并提出了四核苷酸假說。2.1953年Watson 和Crick DNA雙螺旋3.1958年Crick中心法則4.1958年，Meselson 和Stahl DNA半保留復(fù)制。5.1960年發(fā)現(xiàn)mRNA，DNApol6.1961年，Jacob 和Monod操縱子學(xué)說7.1961年，Nirenberg破譯第一個遺傳密碼發(fā)展階段1.1970年，Temin 和Baltim

5、ore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。2.阿爾伯(Arber)、史密斯(Smith)和內(nèi)森斯(Nathans)，發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶,獲1978年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。3.Sanger 設(shè)計測定DNA分子內(nèi)核苷酸序列，1980年與伯格(Berg)（重組DNA技術(shù)）分享Nobel 生理醫(yī)學(xué)獎。4.1989年Altman、 Cech發(fā)現(xiàn)核酶共享Nobel化學(xué)獎.5.PCR技術(shù)的建立。6.顯微注射術(shù)開始轉(zhuǎn)基因動物的研究。7.轉(zhuǎn)基因植物的誕生。8.基因治療技術(shù)。9.人類基因組計劃。10.克隆羊的誕分子生物學(xué)的研究發(fā)展一不斷把本學(xué)科的理論和技術(shù)引向深入 目前分子生物學(xué)研究的前沿：基因組研究、基因表達(dá)調(diào)控研究、結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)研

6、究、信號傳導(dǎo)研究二。不斷地與其他學(xué)科進(jìn)行深入的橫向聯(lián)系和交叉融合 分子、細(xì)胞、整體水平的研究得到和諧統(tǒng)一分子生物學(xué)與其他學(xué)科的結(jié)合分子生物學(xué)廣泛滲透到醫(yī)學(xué)各學(xué)科領(lǐng)域，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)重要的基礎(chǔ)分子生物學(xué)與生理學(xué),微生物學(xué),免疫學(xué),病理學(xué),藥理學(xué),臨床醫(yī)學(xué)的結(jié)合分子生物學(xué)廣泛的滲透到醫(yī)學(xué)各學(xué)科領(lǐng)域 分子細(xì)胞學(xué) 分子藥理學(xué) 分子免疫學(xué) 分子病理學(xué) 分子病毒學(xué) 分子神經(jīng)學(xué) 分子細(xì)菌學(xué) 分子遺傳學(xué) 分子診斷學(xué)（基因診斷學(xué)）分子治療學(xué)（基因治療學(xué)）分子生物學(xué)大大促進(jìn)了醫(yī)學(xué)的發(fā)展醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)是分子生物學(xué)的一個重要分支，它主要研究人體生物大分子和大分子體系的結(jié)構(gòu)、功能，相互作用及其同疾病發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系。人體

7、的生長、發(fā)育、衰老、死亡等生命現(xiàn)象，人體各種疾病的發(fā)生，都是一種或多基因有關(guān)，常常涉及到細(xì)胞間通訊和細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。因此，醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)主要研究人體發(fā)育、分化和衰老的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，細(xì)胞增殖調(diào)控的分子基礎(chǔ)，人體三大功能調(diào)控系統(tǒng)（神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫）的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，基因的結(jié)構(gòu)異?；蛘{(diào)控異常與疾病發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系；同時，應(yīng)用分子生物學(xué)理論和技術(shù)體系開展疾病的基因診斷和基因治療、生物制藥以及衛(wèi)生防疫。 第三節(jié)分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用一、人體發(fā)育調(diào)控和人體功能調(diào)控的分子生物學(xué)基礎(chǔ)l 1、發(fā)育、分化與衰老的分子生物學(xué)基礎(chǔ)l 2、細(xì)胞增殖調(diào)控的分子生物學(xué)基礎(chǔ)l 3、神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫調(diào)控的分子生物學(xué)基礎(chǔ)

8、二、基因與疾病基因結(jié)構(gòu)與功能的改變、基因表達(dá)調(diào)控異常、病原體的基因結(jié)構(gòu)與功能都與疾病的發(fā)生有關(guān)對疾病相關(guān)基因的研究，不僅從分子水平闡明疾病發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制，而且為基因診斷和基因治療奠定了基礎(chǔ)?；蛟\斷：是應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)，檢查人體某些基因結(jié)構(gòu)或表達(dá)調(diào)控的變化，或者檢測病原體基因組在人體內(nèi)的存在，從而達(dá)到診斷疾病和基因治療奠定了基礎(chǔ)基因治療： 是通過特定的分子生物學(xué)技術(shù)關(guān)閉或降低異常表達(dá)的基因，或者將正常的外源基因?qū)塍w內(nèi)特定的靶細(xì)胞以擬補(bǔ)缺陷基因，或?qū)⒛撤N特定基因?qū)塍w細(xì)胞表達(dá)以產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì)因子實(shí)現(xiàn)對疾病的治療作用。總體上分為兩個大的方面：一、糾正異?；颍ó惓１磉_(dá)或缺陷） 二、利用特定

9、基因在體內(nèi)表達(dá)特定的蛋白質(zhì)因子以實(shí)現(xiàn)對疾病的治療作用。三、生物工程與生物制藥1、基因工程生產(chǎn)多肽類藥物：人胰島素、人生長激素、干擾素、紅細(xì)胞生成素、孕激素、白介素1-16、集落刺激因子、免疫球蛋白、B細(xì)胞生長因子。酶工程：利用基因工程技術(shù)制取酶制劑：如尿激酶、鏈激酶蛋白質(zhì)工程：利用基因工程技術(shù)改造目的基因的結(jié)構(gòu)，在受體細(xì)胞中表達(dá)不同結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。微生物工程：利用微生物特定性狀產(chǎn)生有用物質(zhì)，抗生素2、利用轉(zhuǎn)基因動、植物獲取多肽類藥物四、預(yù)防醫(yī)學(xué)1、疫苗研究：利用重組DNA技術(shù)和轉(zhuǎn)基因動、植物技術(shù)可以改造病原體或有關(guān)蛋白成分，研制各種基因工程疫苗，取代傳統(tǒng)疫苗。DNA疫苗：也稱核酸免疫，直接用編碼

10、抗原的基因重組到真核表達(dá)載體，直接導(dǎo)入機(jī)體內(nèi)，表達(dá)出相應(yīng)抗原，通過細(xì)胞或體液免疫產(chǎn)生抗體，而達(dá)到防治疾病的目的。2、環(huán)境檢測與凈化：采用分子雜交或PCR方法檢測環(huán)境中病原體；通過基因重組的方法制造超級細(xì)菌。五、中醫(yī)藥研究中醫(yī)基礎(chǔ)理論 中醫(yī)臨床 針灸 中藥第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸是一類重要的生物大分子，是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。脫氧核糖核酸主要存在于細(xì)胞核內(nèi)，是遺傳信息的儲存和攜帶者，是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。核糖核酸主要分布在細(xì)胞質(zhì)中，參與遺傳信息表達(dá)的各過程。第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成核酸-單核苷酸-【核酸（堿基和戊糖）+磷酸】戊 糖（ribose） -D-核糖 -D-2-脫氧核糖堿基（base）嘧啶py

11、rimidine 嘌呤purine 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 鳥嘌呤（G） 腺嘌呤（A）（2-氧-4-氨基嘧）（5-甲基尿嘧啶） (2,4-二氧嘧啶) （2-氨基-6-氧嘌呤） （6-氨基嘌呤）稀有堿基假尿嘧啶核苷 次黃嘌呤核苷 二氫尿嘧啶核苷 甲基鳥嘌呤核苷核苷堿基 purine：N9-1 |_核苷鍵 |戊糖 pyrimidine：N1-C1 8種核苷核苷酸l 核苷與磷酸縮合生成的磷酸酯。l 自然界所發(fā)現(xiàn)的核苷酸主要為核苷C5上羥基與磷酸形成的酯鍵，稱為5核苷酸或一磷酸核苷。l 核苷酸是核酸的基本組成單位。 RNA DNAAMP、ADP、ATP dAMP、dADP、dATP

12、GMP、GDP、GTP dGMP、dGDP、dGTPCMP、CDP、CTP dCMP、dCDP、dCTPUMP、UDP、UTP dTMP、dTDP、dTTP二磷酸核苷和三磷酸核苷多為核苷酸有關(guān)代謝中間產(chǎn)物或酶活性及代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)。三磷酸核苷是參與核酸合成的直接形式，并同時為生理儲能和供能的重要形式。 第二節(jié) DNA 的 分子結(jié) 構(gòu) DNA的堿基組成A、G、C、T A=T A + G = C + TDNA的一級結(jié)構(gòu)（primary structure)特征：*DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序，即堿基的排列順序。單核苷酸通過3,5-磷酸二酯鍵連接成大分子多核苷酸。5-末端：P3 -末端：OH書寫方

13、式1. 線條簡化式 2. 文字簡化式 pApGpCpT 方向：5 3pA- G C - TpAGCT DNA的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure) 特征：Ø 兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈繞同一中心軸，右手螺旋。Ø 磷酸-戊糖骨架位于外側(cè)，兩條鏈上的堿基以A=T、G=C相連，構(gòu)成堿基平面，位于螺旋內(nèi)側(cè)。Ø 10個堿基對旋轉(zhuǎn)一周，螺距為3.4nm， 螺旋直徑為2.0nm。Ø 大溝（major groove），小溝（minor groove）Ø 氫鍵：維持雙螺旋橫向穩(wěn)定 堿基堆砌力：維持縱向穩(wěn)定DNA的三級結(jié)構(gòu)（ tertiary tru

14、cture ）特征：原核生物DNA超螺旋共價封閉環(huán)狀雙螺旋再進(jìn)一步螺旋。真核生物Ø 真核生物的三級結(jié)構(gòu)是該DNA雙鏈盤繞在組蛋白上的負(fù)超旋。這種以組蛋白為核心繞以DNA片段的顆粒稱為核小體（nucleosome）。Ø 完整的核小體由兩部分組成，即核小體核心（nucleosome core），以及連接各核心顆粒之間的區(qū)域稱連接區(qū)（linker）。Ø DNA雙螺旋核小體串珠狀多核小體細(xì)絲螺線管超螺線管染色單體DNA的功能 生物遺傳信息的攜帶者、生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板。Ø 基因（gene)是一個功能性遺傳單位，是合成一個有功能蛋白或RNA所必需

15、的全部DNA序列。Ø 基因組（genome）指細(xì)胞或生物體的一套完整單個的遺傳物質(zhì)。一個基因組包括一整套基因。Ø 結(jié)構(gòu)基因（structural gene）編碼蛋白質(zhì)或RNA。第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)和功能RNA的一般特征 主要存在于細(xì)胞質(zhì)中 一般是單鏈分子 與DNA在堿基組成上的區(qū)別是RNA分子中含有的是U，U與T具有相同的結(jié)構(gòu)信息量 RNA核糖分子上C2-OH是游離的，是一個易發(fā)生不良反應(yīng)的位置，因此RNA不如DNA穩(wěn)定tRNA (transfer RNA) 細(xì)胞內(nèi)分子量最小的一類核酸，約占總RNA的15% 含有10-20%的稀有堿基 細(xì)胞內(nèi)tRNA的種類很多，每一種氨基酸

16、都有其相應(yīng)的一種或幾種tRNA 二級結(jié)構(gòu)為“三葉草”的結(jié)構(gòu) 三級結(jié)構(gòu)呈倒L形 重要的功能是參與轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，解譯mRNA的密碼tRNA “三葉草”形的二級結(jié)構(gòu)功能部位：反密碼環(huán): 反密碼子 氨基酸臂：3-CCA-OH倒L形的三級結(jié)構(gòu)mRNA (messenger RNA) 細(xì)胞內(nèi)含量較少的一類RNA，占總RNA的5%左右，但種類很多。 功能：將核內(nèi)DNA的堿基順序（遺傳信息）按堿基互補(bǔ)原則抄錄并轉(zhuǎn)送到胞質(zhì)的核糖體上，用以決定蛋白質(zhì)合成的氨基酸順序。 三聯(lián)密碼：mRNA分子上每三個核苷酸為一組，決定肽鏈上的一個氨基酸。真核生物mRNA的特殊結(jié)構(gòu)ü 5-末端的帽結(jié)構(gòu)：m7G-ppp5-Np

17、 促進(jìn)核糖體與mRNA的結(jié)合 加速翻譯的起始速度、增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性ü 3-末端的polyA結(jié)構(gòu): 參與mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移、增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性ü 真核生物mRNA含有內(nèi)含子，在核內(nèi)需經(jīng)過一系列的加工、修飾及剪接等去除內(nèi)含子，轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓膍RNA，進(jìn)入胞漿。rRNA (ribosomal RNA) 細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%左右。 rRNA不能單獨(dú)行使功能，必須與蛋白質(zhì)結(jié)合后形成核糖體(ribosome)，作為蛋白質(zhì)合成的場所。某些低等真核生物的細(xì)胞核rRNA的前體在成熟過程中可以自我剪接，稱為核酶(ribozyme)。 原核細(xì)胞rRNA包括：

18、5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA + 蛋白質(zhì) + 蛋白質(zhì) 大亞基 小亞基 真核細(xì)胞rRNA包括：5S rRNA 5.8S rRNA 28S rRNA 18S rRNA + 蛋白質(zhì) + 蛋白質(zhì) 大亞基 小亞基rRNA二級結(jié)構(gòu)：有較多莖環(huán)結(jié)構(gòu)，是與蛋白質(zhì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也是酶性RNA的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)Ø 分子大?。?1 m DNA = 3 000 bp = 2x106 DaltonØ 紫外吸收： 260nm核酸的變性、復(fù)性與分子雜交1. DNA變性：在某些因素的作用下，DNA雙鏈間氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，形成單鏈無規(guī)則線團(tuán)狀分子的過程。v 高

19、色效應(yīng) ：解鏈過程中，DNA A260增加，并與解鏈程度相關(guān)。v Tm 值：50%DNA解鏈的溫度，又稱融解溫度。2. 復(fù)性：變性DNA在適當(dāng)條件下，可使兩條彼此分開的鏈重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。3. 分子雜交：兩條來源不同具有完全或不完全互補(bǔ)堿基順序的多核苷酸片段在溶液中經(jīng)退火處理可以形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。如DNA/DNA、DNA/RNA、RNA/RNA雜交分子。 第三講相關(guān)基礎(chǔ)知識一、生物大分子通常將所有的生物分子簡單地分為兩類：一類是小分子，即為簡單的單體物質(zhì)；另一類是大分子，一般為多聚化合物。1、生命物質(zhì)的十三個層次量子小分子生物大分子 生物大分子聚合體細(xì)胞器細(xì)胞“系” 細(xì)胞組織器官系統(tǒng)

20、個體種群生態(tài)系 2、生物大分子是指生物體內(nèi)由分子量較低的基本結(jié)構(gòu)單位首尾相連形成的多聚化合物。如核酸是由核苷酸與核苷酸相連而構(gòu)成的，蛋白質(zhì)的多肽鏈?zhǔn)怯砂被崤c氨基酸相連而成。基本結(jié)構(gòu)單位的排列順序構(gòu)成了生物大分子的一級結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上可形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。核酸、蛋白質(zhì)和多糖都屬于生物大分子范疇。核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是分子水平生命活動的基礎(chǔ)，分子生物學(xué)的研究內(nèi)容基本上圍繞核酸與蛋白質(zhì)展開的。 3、生物大分子聚合體 如核蛋白、糖蛋白、脂蛋白 4、細(xì)胞“系”遺傳信息流、膜流、能流、以受體為主的通訊流等。 二、DNA復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制 以DNA為模板,按堿基互補(bǔ)配對原則,聚合成新的DNA鏈的過程。1、

21、DNA的半保留復(fù)制半保留復(fù)制即新的雙鏈DNA中，一股鏈來自模板，一股鏈為新合成的。實(shí)驗(yàn)依據(jù)2002年10月，在由權(quán)威的美國生物科學(xué)雜志組織的一次評選中，梅塞爾森和斯塔爾的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)當(dāng)選為有史以來生物學(xué)領(lǐng)域“最美麗”的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。半保留復(fù)制的意義復(fù)制的這種方式可保證親代的遺傳特征完整無誤的傳遞給子代，體現(xiàn)了遺傳的保守性。DNA復(fù)制的一般過程即DNA復(fù)制時一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的，另一條是不連續(xù)分段合成最后才連接成長鏈。由于DNA雙鏈方向相反，當(dāng)雙鏈以復(fù)制的起點(diǎn)解開形成復(fù)制叉時，3'端位于復(fù)制起點(diǎn)的模板鏈合成新鏈?zhǔn)菑?'向3'發(fā)展，是DNA聚合酶前進(jìn)的方向，故可以連續(xù)合成，而5

22、'端位于復(fù)制起點(diǎn)的模板鏈，由于缺乏3'向5'走向的DNA聚合酶不可能合成連續(xù)新鏈，只能以不連續(xù)的方式分段進(jìn)行。此連續(xù)合成的新鏈其合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向一致，稱領(lǐng)頭鏈，分段合成的短鏈稱岡崎片段，其合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向相反，稱為隨從鏈。復(fù)制起始點(diǎn) 常用ori或O表示。細(xì)胞中的DNA復(fù)制一經(jīng)開始就會連續(xù)復(fù)制下去，直至完成細(xì)胞中全部基因組DNA的復(fù)制復(fù)制子或復(fù)制單元：NDA復(fù)制從起始點(diǎn)直到終點(diǎn)為止，每個這樣的DNA單位稱復(fù)制子。原核細(xì)胞中，每個DNA分子只有一個復(fù)制起始點(diǎn)，因而只有一個復(fù)制子；真核生物中，復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時開始的，所以每個DNA分子上有許多個復(fù)制子大腸

23、桿菌的DNA復(fù)制定點(diǎn)開始雙向復(fù)制這是原核與真核生物DNA復(fù)制最主要的形式三、DNA損傷與修復(fù)（一） DNA的損傷（DNA damage） 指一個或多個脫氧核苷酸的構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，也稱DNA損傷，又稱突變（mutation） 突變的結(jié)果引起遺傳信息的改變。1、DNA分子的自發(fā)性損傷（1）DNA復(fù)制中的錯誤（2）DNA的自發(fā)性化學(xué)變化：堿基的異構(gòu)互變、堿基的脫氨基作用、脫嘌呤與脫嘧啶、堿基修飾與鏈斷裂2、物理因素引起的DNA損傷（1）紫外線引起的DNA損傷（2）電離輻射引起的DNA損傷3、化學(xué)因素引起的DNA損傷（1）烷化劑對DNA的損傷（2）堿基類似物、修飾劑對DNA的損傷（二）

24、DNA損傷的后果1、點(diǎn)突變：指DNA上的單一堿基的變異（轉(zhuǎn)換：嘌呤與嘌呤、嘧啶與嘧啶；顛換：嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤）2、缺失：指DNA鏈上一個或一段核苷酸的消失3、插入：指一個或一段核苷酸插入到DNA鏈中4、倒位或轉(zhuǎn)位：指DNA鏈重組使其中一段核苷酸鏈方向倒置、或從一處遷移到另一處5、雙鏈斷裂（三）DNA修復(fù)1、回復(fù)修復(fù)這是較簡單的修復(fù)方式，一般都能將DNA修復(fù)到原樣（1）光修復(fù)最早發(fā)現(xiàn)的DNA修復(fù)方式，由細(xì)菌中的光解酶完成。后發(fā)現(xiàn)類似的修復(fù)酶廣泛存在于動植物中，人體細(xì)胞中也有發(fā)現(xiàn)。（2）單鏈斷裂的重接（3）堿基的直接插入（4）烷基的轉(zhuǎn)移2、切除修復(fù)：是修復(fù)DNA損傷最為普遍的方式，對多種DN

25、A損傷都能起修復(fù)作用。普遍存在于各種生物細(xì)胞中，也是人體細(xì)胞主要的DNA修復(fù)機(jī)制切除修復(fù)：先切除DNA損傷序列，再合成補(bǔ)充切除的片段3、重組修復(fù)切除錯誤片段，自另一條復(fù)制好的鏈中找相應(yīng)片段補(bǔ)充。反應(yīng)需要RecA等蛋白參與。4、SOS修復(fù)：是指DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯誤較多，故又稱為錯誤傾向修復(fù)，使細(xì)胞有較高的突變率。此系統(tǒng)由十幾個修復(fù)蛋白組成。（四）基因突變是指由于DNA堿基對的置換、增添或缺失而引起的基因結(jié)構(gòu)的變化。1、自發(fā)突變：在自然條件下發(fā)生2、誘發(fā)突變：人工利用物理或化學(xué)藥劑誘發(fā)根據(jù)

26、基因結(jié)構(gòu)的改變方式分為：堿基置換突變和移碼突變根據(jù)遺傳信息的改變方式分為：同義突變、錯義突變、無義突變四、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、翻譯1、轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是以DNA的一股為模板合成一條互補(bǔ)RNA的過程。轉(zhuǎn)錄的整個過程至少需包含以下步驟： (1)聚合酶來到轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近。DNA里隱含轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的序列稱為啟動子。原核生物的RNA聚合酶可以直接辨認(rèn)啟動子，真核生物的RNA聚合酶則需藉助於轉(zhuǎn)錄因子。(2)解開DNA的雙螺旋。負(fù)責(zé)解開雙螺旋的酶是解螺旋酶。原核生物的RNA聚合酶具有解螺旋酶的功能，但是真核生物的RNA聚合酶沒有，其DNA的雙螺旋系由特定的轉(zhuǎn)錄因子解開。(3)以DNA的一股為模板合成RNA，所用的原料是核苷三磷酸

27、。(4)終止轉(zhuǎn)錄。真核生物和原核生物利用不同的信號終止轉(zhuǎn)錄。（注：遺傳密碼的終止密碼子代表肽鏈合成的終止，并非轉(zhuǎn)錄的終止）。在真核生物里，與DNA結(jié)合的組蛋白會阻礙RNA聚合酶和DNA的作用，因此需要其他轉(zhuǎn)錄因子來應(yīng)付此種情況。RNA轉(zhuǎn)錄是以一條全序列負(fù)鏈RNA為模板，指導(dǎo)合成幾條較短的正鏈RNA（即mRNA）的過程稱RNA，如皰疹性口炎病毒（）RNA可轉(zhuǎn)錄出5種單順反子mRNA，進(jìn)而翻譯出5種蛋白質(zhì)。 2、復(fù)制分DNA復(fù)制與RNA復(fù)制，前者如上述。后者是指以RNA為模板，在RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶（也稱RNA復(fù)制酶）催化下合成互補(bǔ)的RNA鏈的過程。（）RNA病毒（如流感病毒、狂犬病毒）或雙鏈

28、RNA病毒都能進(jìn)行復(fù)制。 3、翻譯：以mRNA為模板合成肽鏈的過程稱翻譯。4、逆轉(zhuǎn)錄：以mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下利用宿主細(xì)胞中4種dNTP為原料在引物的3端以53方向合成與RNA互補(bǔ)的DNA鏈（cDNA）的過程稱逆轉(zhuǎn)錄。 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄與逆轉(zhuǎn)錄的區(qū)別首先是原料不同；酶不同；摸版不同；生成物不同。別的還有調(diào)控方式，參與的因子等不同五、轉(zhuǎn)錄的基礎(chǔ)1、轉(zhuǎn)錄單位：指RNA聚合酶作用的起始點(diǎn)與終止位點(diǎn)之間的DNA順序2、轉(zhuǎn)錄子：指2個或2個以上緊密連鎖并共同轉(zhuǎn)錄一種mRNA分子的結(jié)構(gòu)基因組成的復(fù)合單位。只存在于原核生物中。3、啟動子(promoter)：又稱啟動基因，是DNA模板上專一地與RNA聚

29、合酶結(jié)合并決定轉(zhuǎn)錄從何處起始的部位，也決定基因的轉(zhuǎn)錄效率。生物中有許多啟動子，如大腸桿菌約有2000個啟動子。各啟動子的效率可不相同，大腸桿菌的強(qiáng)啟動子每2秒鐘啟動一次轉(zhuǎn)錄，而弱啟動子每10分鐘才啟動一次，從百多個大腸桿菌啟動子結(jié)構(gòu)的分析，得知兩個強(qiáng)啟動子的同源序列的中心在轉(zhuǎn)錄起始部位(基因編碼鏈上第一個核苷酸) 5'側(cè)約10和35個核苷酸處，弱啟動子序列中往往有多處核苷酸被置換。許多原核生物都含有這兩個重要的啟動子區(qū)：真核生物的啟動子部位與原核生物不同，而且啟動轉(zhuǎn)錄的活性，除需啟動子外，還需某些外加序列4、DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶催化NTP合成與模板互補(bǔ)的RNA 大腸桿菌的RNA聚合

30、酶含有五個亞單元：a兩個，b、b及各一個。真核生物的RNA聚合酶有三種：Pol I、Pol II及Pol III。其中最主要的是Pol II，參與所有蛋白質(zhì)基因以及大部分snRNA基因的轉(zhuǎn)錄。Pol I位於細(xì)胞核的核仁，負(fù)責(zé)合成5S以外的rRNA。Pol III位於核仁外，負(fù)責(zé)合成tRNA、5S rRNA、U6 snRNA及一些小RNA(如7SL、7SK、7SM 等)。這三種聚合酶各由十幾個亞單元組成，其中四個與大腸桿菌RNA聚合酶的a、b和b'類似。不過，真核生物的RNA聚合酶并不包含類似因子的亞單元。它需藉助於一般性轉(zhuǎn)錄因子才能來到啟動子區(qū)域，發(fā)揮聚合酶的功能。5、終止子終止子是D

31、NA分子中終止轉(zhuǎn)錄的核苷酸序列。而終止密碼子是作為翻譯終止的信號，在下圖中，DNA分子下面一條被從左到右轉(zhuǎn)錄，從畫線DNA轉(zhuǎn)錄來的RNA片段形成發(fā)夾環(huán)，因?yàn)閮煽蛑泻塑账岷谢パa(bǔ)堿基順序，這就迫使DNA/RNA雜交區(qū)域裂開，因而隨后包括氫鏈結(jié)合較弱的多聚腺苷酸和尿嘧啶mRNA分子就從這個位置脫離下來。6、增強(qiáng)子是能夠增強(qiáng)與之相連鎖的基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控序列(順式作用元件)，其本身不具備啟動子的活性。增強(qiáng)子的作用特征：與啟動子的相對位置和取向無關(guān)，具有遠(yuǎn)程效應(yīng)（只要共處一條DNA分子上）；需要特定的蛋白因子參與；有些能在幾乎所有類型細(xì)胞中發(fā)揮作用，而大多數(shù)具有相對組織特異性。六、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件與因子1

32、、順式作用元件：為與結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)的DNA順序，它們對基因轉(zhuǎn)錄的精確起始和活性調(diào)節(jié)起著十分重要的作用。如啟動子、增強(qiáng)子等。 2、反式作用因子：是分布于不同或相同染色體上基因所編碼的蛋白質(zhì)因子，通過順式作用元件和RNA聚合酶的相互作用而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的活性。 七、基因擴(kuò)增的概念在某些情況下，真核細(xì)胞DNA分子的一定順序反復(fù)進(jìn)行復(fù)制，而其它部分不復(fù)制，這種現(xiàn)象稱為基因擴(kuò)增。（兩棲類的卵母細(xì)胞中多見）它是通過改變基因數(shù)量而調(diào)節(jié)基因表達(dá)產(chǎn)物的一種調(diào)節(jié)方式。 八、DNA探針是指一段有標(biāo)記的與已知的DNA互補(bǔ)的DNA片段。 基因探針probe）就是一段與目的基因或DNA互補(bǔ)的特異核苷酸序列，它可以包括整個基因

33、，也可以僅僅是基因的一部分；可以是DNA本身，也可以是由之轉(zhuǎn)錄而來的RNA。具有可檢測的標(biāo)記探針的來源DNA探針根據(jù)其來源有3種：一種來自基因組中有關(guān)的基因本身，稱為基因組探針（genomic probe）；另一種是從相應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄獲得了mRNA，再通過逆轉(zhuǎn)錄得到的探針，稱為cDNA 探針（cDNA probe）。與基因組探針不同的是，cDNA探針不含有內(nèi)含子序列。此外，還可在體外人工合成堿基數(shù)不多的與基因序列互補(bǔ)的DNA片段，稱為寡核苷酸探針。 基因和基因組的結(jié)構(gòu)與功能一、基因的生物學(xué)概念 1866      Mendel發(fā)表植物雜交實(shí)驗(yàn)，“

34、遺傳因子”通過豌豆實(shí)驗(yàn)，提出經(jīng)典遺傳定律：分離定律和獨(dú)立分配定律 1909 W.Johannse提出gene 這一名詞，但還只是遺傳性狀的符號，未涉及基因的物質(zhì)概念 1910 Morgan發(fā)現(xiàn)果蠅的白眼性狀的伴性遺傳，首次特定的基因和一個特定的染色體聯(lián)系起來 1919 教材中開始出現(xiàn)gene一詞 The Physical Basis of Heredite 1926      Morgan發(fā)表The Theory of Gene，認(rèn)為：基因依孟德爾第一定律（分離定律）而彼此分離，于是每個生殖細(xì)胞只含一組基因；不同連鎖群里的基因依孟德爾第二定律（

35、自由組合定律）而自由組合；兩個相對連鎖群的基因之間有時候也發(fā)生有秩序的交換，交換率證明了每個連鎖群里諸要素的直線排列，也證明了諸要素的相對位置。 20世紀(jì)40年代 Bendle和Tatum提出“一個基因，一個酶”學(xué)說首次在分子水平上給基因如下定義：基因位于染色體上的一定區(qū)域，在有絲分裂中作為1個遺傳單位存在，并決定一定的表型。 20世紀(jì)50年代 Benzer提出“順反子”、“一個順反子，一條多肽鏈” 20世紀(jì)60年代 遺傳密碼的破譯使人們對基因表達(dá)的機(jī)理有了更多的了解修改定義為：基因是基因組中的1個區(qū)域或1段DNA序列；其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編碼1條多肽鏈或者1個結(jié)構(gòu)RNA分子（tRNA或rRNA）。80

36、年代以后 認(rèn)識到基因表達(dá)的復(fù)雜性 1994 Alberts 基因是一段DNA序列，包括完整的功能單位（如編碼序列、調(diào)節(jié)序列和內(nèi)含子等）；基因可以作為1個轉(zhuǎn)錄單位，其表達(dá)產(chǎn)物通常是1條多肽鏈或1個DNA分子，但有時編碼1組相關(guān)的蛋白異形體，有些蛋白異形體的產(chǎn)生和特殊的轉(zhuǎn)錄后加工（如RNA編輯）或者翻譯水平的再編碼（如核糖體跳躍）有關(guān)。 二、基因的現(xiàn)代概念 生物學(xué)概念：基因是世代相傳的，基因決定了遺傳性狀的表達(dá)，基因的顆粒性主要表現(xiàn)在世代相傳的行為和功能表達(dá)上具有相對的獨(dú)立性，基因呈直線排列在染色體上。分子生物學(xué)概念：合成有功能的蛋白質(zhì)或RNA所必需的全部DNA（除部分病毒RNA），即一個基因不僅

37、包括編碼蛋白質(zhì)或RNA的核酸序列，還應(yīng)包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。三、基因組的概念 細(xì)胞或生物體中，一套完整單體的遺傳物質(zhì)的總和，即某物種單倍體的總DNA。對于二倍體高等生物來說，其配子的DNA總和即一組基因組，二倍體有兩份同源基因組。四、原核生物基因組的特點(diǎn) 病毒基因組 1結(jié)構(gòu)簡單，基因組小，所含基因少。 2基因組可由DNA組成，也可由RNA組成，但不能共存于同一病毒。3相關(guān)基因叢集。 DNA序列中功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因，叢集在基因組的一個或幾個特定部位，形成一個功能單位或轉(zhuǎn)錄單位，可被一起轉(zhuǎn)錄成為多順反子mRNA。 4常見重疊基因現(xiàn)象。 5非編碼區(qū)少，重復(fù)順序少。細(xì)菌基因組 E.

38、coli 1. 一條雙鏈DNA ，具有類核結(jié)構(gòu)。2. 具有操縱子結(jié)構(gòu)。幾個功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起受同一個調(diào)控區(qū)調(diào)節(jié)。 E.coli基因組含3500個基因，有260個已查明具有操縱子結(jié)構(gòu)，定位于75個操縱子中。3. 蛋白質(zhì)基因單拷貝，rRNA基因多拷貝，這可能有利于核糖體的組裝。 E.coli中rRNA基因（rDNA）具有多拷貝，而且都以轉(zhuǎn)錄單位的形式組織在一起。1個轉(zhuǎn)錄單位通常含3個rDNA，以16S-23S-5S的順序串聯(lián)排列，有的轉(zhuǎn)錄單位中間還插有tRNA基因，每個轉(zhuǎn)錄單位的長度大于5Kb。轉(zhuǎn)錄后先得到rRNA前體，再剪切成16S、23S和5SrRNA4. 結(jié)構(gòu)基因中無內(nèi)含子，邊轉(zhuǎn)錄

39、邊翻譯。 5. 無基因重疊結(jié)構(gòu)。6. DNA分子中有多種功能區(qū)。這些區(qū)域往往具有特殊的結(jié)構(gòu)，并且含有反向重復(fù)序列。 質(zhì)粒DNA存在于細(xì)菌與真核細(xì)胞中的一種亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)質(zhì)粒都是雙鏈DNA分子。沒有蛋白外殼，只能在寄主細(xì)胞中獨(dú)立地增殖，并隨著宿主細(xì)胞的分裂而被遺傳下去。對于宿主細(xì)胞的生存不是必需的，但質(zhì)粒所攜帶的某些基因，可以對宿主細(xì)胞的生物學(xué)特征產(chǎn)生影響。質(zhì)粒是一個完整、獨(dú)立的復(fù)制子，并且能夠轉(zhuǎn)化細(xì)胞（把它的一個復(fù)本從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移給受體細(xì)胞），因此可以作為一種載體，把目的DNA帶入宿主細(xì)胞中進(jìn)行增殖。而且通常能給細(xì)胞帶來特殊的標(biāo)記，顧而可以利用這些標(biāo)記來篩選陽性克隆。質(zhì)粒DNA

40、的復(fù)制類型嚴(yán)緊型： 每個宿主細(xì)胞中僅含有1-3個拷貝，其復(fù)制要受到宿主細(xì)胞的嚴(yán)格控制。松弛型： 每個宿主細(xì)胞可含有10-60個拷貝，其復(fù)制不受宿主細(xì)胞的嚴(yán)格控制，即當(dāng)宿主細(xì)胞蛋白合成受到抑制時，質(zhì)?？梢岳^續(xù)復(fù)制，拷貝數(shù)可以增至1000-3000之多。質(zhì)粒DNA的功能類型1. F質(zhì)粒（F因子或性質(zhì)粒）能夠使宿主細(xì)胞染色體上的基因和F質(zhì)粒一起轉(zhuǎn)移到原先不存在該質(zhì)粒的受體細(xì)胞中。2. R質(zhì)粒（抗藥性因子） 編碼一種或幾種抗菌素的抗性基因，并能將此抗性基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中，使其獲得同樣的抗性能力。3. Col質(zhì)粒 編碼控制大腸桿菌素合成的基因。細(xì)菌基因組學(xué)研究的意義1、能夠更好地了解病原微生物的致病機(jī)

41、制。2、對致病菌基因組的研究，可以加快重要致病基因的發(fā)現(xiàn)速度。3、尋找病原菌所特有的DNA序列，提高臨床診斷的效率和準(zhǔn)確性。4、為篩選有效藥物及發(fā)展疫苗提供參考?？傊?xì)菌基因組研究將使人類從更高層次上掌握病原微生物的致病機(jī)制及規(guī)律，從而得以發(fā)展新的診斷、治療、預(yù)防微生物感染的制劑、藥物及疫苗。此外，新發(fā)現(xiàn)的微生物酶及蛋白還可能在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有應(yīng)用價值。五、真核生物基因組的特點(diǎn) 真核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn) 1、真核生物基因組的化學(xué)本質(zhì)為DNA，大多與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色質(zhì)，基本結(jié)構(gòu)單位為核小體。每一種真核生物都有一定的染色體數(shù)目，除配子為單倍體外，體細(xì)胞一般為雙倍體，即含兩份同源基因組，而原核

42、生物的基因組則是單拷貝的。2、基因組遠(yuǎn)大于原核生物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基因數(shù)龐大，具有許多復(fù)制起始點(diǎn)，每個復(fù)制子大小不一。3、基因不存在操縱子結(jié)構(gòu)，功能相關(guān)基因分散在不同的染色體上。基因都由一個結(jié)構(gòu)基因與相關(guān)的調(diào)控區(qū)組成，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，即一分子mRNA只能翻譯成一種蛋白質(zhì)。4、基因組中有大量低度（重復(fù)頻率<103）、中度（重復(fù)頻率<105）和高度重復(fù)序列。5、基因是不連續(xù)的（斷裂基因），由外顯子和內(nèi)含子鑲嵌排列而成?；蜣D(zhuǎn)錄的初級產(chǎn)物需經(jīng)一定的加工，切除內(nèi)含子使外顯子拼接，才能形成成熟的mRNA。6、非編碼區(qū)（占90%以上）遠(yuǎn)大于編碼區(qū)。7、功能相關(guān)的基因構(gòu)成各種基因家族，它們可串聯(lián)

43、在一起，亦可相距很遠(yuǎn)，但即使串聯(lián)在一起的成簇的基因也是分別轉(zhuǎn)錄的。8、基因組中也存在一些可移動的遺傳因素，這些DNA順序并無明顯生物學(xué)功能，似乎為自己的目的而組織，故有自私DNA之稱，其移動多被RNA介導(dǎo)（如在哺乳動物及人類基因組中發(fā)現(xiàn)的逆轉(zhuǎn)座子），也有被DNA介導(dǎo)的（如在果蠅及谷類中發(fā)現(xiàn)的DNA轉(zhuǎn)座子）重復(fù)序列將真核生物基因組的DNA進(jìn)行復(fù)性動力學(xué)測定，顯示3個不同的時相。重復(fù)序列的作用1、編碼某些重要的功能性蛋白質(zhì)及產(chǎn)物等，如組蛋白、rRNA、tRNA等。2、與染色體的構(gòu)象、著絲點(diǎn)的形成有關(guān)。3、參與基因表達(dá)調(diào)控。高度重復(fù)序列1.衛(wèi)星DNA5-10個bp，大多位于著絲粒和端粒、表達(dá)基因的間

44、隔區(qū)、內(nèi)含子。人的衛(wèi)星DNA可分為I、II、III、IV四種，各類型由不同的重復(fù)順序家族構(gòu)成。分子雜交研究表明，同一類型中不同家族成員之間不能進(jìn)行雜交，說明衛(wèi)星DNA具有多態(tài)性。2.微衛(wèi)星DNA又稱簡單重復(fù)序列（simple repeat sequence,SRS）。16bp為重復(fù)單位，10-60次拷貝串聯(lián)。最常見是2bp串聯(lián)（即(AC)n和(TG)n，約占10%），散在分布在基因組中，多位于編碼區(qū)附近，也存在于衛(wèi)星序列中及中度重復(fù)序列中。功能：參與遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變、基因調(diào)控及細(xì)胞分化等過程。 衛(wèi)星DNA與微衛(wèi)星DNA的比較衛(wèi)星DNA微衛(wèi)星DNA存在部位染色體近端粒和著絲粒區(qū)染色體任何部位重

45、復(fù)單位長度6-70bp，常富含GC1-6bp重復(fù)次數(shù)幾次到幾百次10-60次總序列長度0.5-30kb約200bp重復(fù)單位的差異重復(fù)單位組成稍有差異，重復(fù)單位的變異性低，如單個堿基置換存在數(shù)量有限，有些染色體尚未見到很多 高度重復(fù)序列的功能 1、參與復(fù)制水平的調(diào)2、參與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)3、參與轉(zhuǎn)位作4、與進(jìn)化有關(guān)5、作為每一個體的特征6、可能與染色體減數(shù)分裂時染色體配對有關(guān)中度重復(fù)序列特征：1.一般是不編碼的序列，在基因調(diào)控中起重要作用，包括開啟或關(guān)閉基因的活性、DNA復(fù)制的起始、其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物參與hnRNA（不均一核RNA）的處理等；2.重復(fù)單位的序列相似，不完全一樣，分散在基因組中，序列的長度和

46、拷貝數(shù)不均一；具有種屬特異性。（1）Alu family 哺乳動物中含量最豐富的中度重復(fù)序列家族。 重復(fù)單位中帶有限制性內(nèi)切酶Alu的酶切位點(diǎn)：AGCT TCGA 主要集中在細(xì)胞分裂晚期的R帶，大部分屬于非編碼DNA，但也有一部分位于mRNA的非翻譯區(qū)，甚至位于編碼區(qū)內(nèi)。 功能可能與hnRNAr的加工成熟、DNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)有關(guān)（2）Kpn I family 僅次于Alu家族的第二大家族。人Kpn I順序長6.4kb，散在分布，拷貝數(shù)約為3000-4800個，占人體基因組的1%。 （3）Hinf family 限制性內(nèi)切酶Hinf I約有50-100個拷貝分散在基因組的不同區(qū)域。多基因家族（

47、multigene family）亦稱基因家族，是真核生物基因組中一組來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，有的編碼蛋白質(zhì)，有的編碼RNA。 根據(jù)分布不同，可分為兩大類：（1）基因成簇地分布在一條染色體上，呈串聯(lián)排列，產(chǎn)生多個拷貝，具有幾乎相同的序列，同時發(fā)揮作用，如rRNA、tRNA、組蛋白等。（2）各家族成員分布在不同的染色體上，序列雖然不相同，但編碼的是一組緊密相關(guān)的蛋白，如干擾素、生長激素、珠蛋白等。假基因（pseudogene）在基因家族中，有些成員的序列與相關(guān)功能基因的序列相似，但不能被轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后生成無功能的基因產(chǎn)物。一個假基因常常有多個有害的突變，可能因?yàn)樽鳛橐环N活性基因一旦停止

48、，就再沒有適當(dāng)機(jī)制阻止進(jìn)一步突變的聚積。假基因數(shù)目一般較少，往往只占基因總數(shù)的一小部分。 假基因主要有兩種類型（1）由于一種基因的加倍而失活。這種類型假基因保留原來親本基因的外顯子及內(nèi)含子組織并常與親本基因密切聯(lián)系，如、球蛋白基因簇的假基因。它們可能是由于失去起始轉(zhuǎn)錄信號，或外顯子內(nèi)含子連接處不能剪接或翻譯不能終止。（2）第二種假基因僅含有親本基因的外顯子，常常擁有3端polyA尾，并隨機(jī)分布于基因組中。這些假基因是源于mRNA，并通過逆轉(zhuǎn)錄而重新整合進(jìn)基因組。 超基因家族 指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。結(jié)構(gòu)上有不同程度的同源性，可能起源于相同的祖先基因，但功能不相同。例如，

49、免疫球蛋白超基因家族。單一序列 也稱為單拷貝序列。 真核生物一般為二倍體細(xì)胞，因此不重復(fù)的單一序列存在2個拷貝。 大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因都是單一序列。 80%左右的mRNA來自單一序列DNA。 結(jié)構(gòu)基因的突變?nèi)菀滓疬z傳性狀的改變或產(chǎn)生遺傳性疾病。 斷裂基因 即不連續(xù)基因。 絕大多數(shù)真核生物的基因都是斷裂基因。編碼蛋白質(zhì)的基因稱為外顯子（exon），其間由不編碼的序列即內(nèi)含子（intron）隔開。轉(zhuǎn)錄時一起被轉(zhuǎn)錄出來，然后再經(jīng)過加工剪切內(nèi)含子后，外顯子拼接起來后成為成熟的mRNA。 不連續(xù)基因的發(fā)現(xiàn)時是通過mRNA和DNA雜交實(shí)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)的。 移動基因（轉(zhuǎn)座子或轉(zhuǎn)位子，transposon） 可從染色體

50、基因組的一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置的基因，也可在不同的染色體之間跳躍。 20世紀(jì)40、50年代，美國遺傳學(xué)家McClintock（1983年獲得諾貝爾生物醫(yī)學(xué)獎）在研究玉米籽粒顏色的高頻變異時提出這一概念，當(dāng)時稱為“控制因子”。這些基因能在玉米不同的染色體上從一個位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個位點(diǎn)，有時象一個新奇的生物學(xué)開關(guān)一樣，開動或關(guān)閉基因。 跳躍基因的概念，使人們認(rèn)識到功能上相關(guān)的各個基因，并不一定以緊密連鎖的形式存在，它們可以分散在不同染色體或者同一染色體的不同部位上，因此極大地豐富和發(fā)展了現(xiàn)代基因概念。 人類基因組計劃人類基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、前述的真核基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本上都適用于人類基因組。2、基因

51、組DNA有30億個堿基對(3×109bp)，510萬個基因，目前已定位的有2000個3、編碼序列只占基因組總DNA量的5%以下，非編碼區(qū)占95%以上，大量為重復(fù)序列人類基因組中的DNA多態(tài)性每個人之間基因組并不完全相同，也叫基因組的多態(tài)性，這個多態(tài)性表現(xiàn)在DNA的序列上。統(tǒng)計表明，任意兩個人之間的DNA核苷酸差異約占基因組的001，就是這基因組中001的差異，決定了人類的遺傳多樣性，如有的人容易生病，而有的人卻對疾病的免疫能力特別高，有些藥物，有的人用了就靈驗(yàn)，有的人就不靈驗(yàn)。只有從不同個體DNA序列的差異上闡明人類基因組的多態(tài)性，才能真正了解與疾病特別是多基因疾病有關(guān)的遺傳機(jī)制，同

52、時深入準(zhǔn)確地了解人類起源、進(jìn)化和遷徙過程中的DNA序列變化。 1、位點(diǎn)多態(tài)性 是由于等位基因間在特定位點(diǎn)上DNA序列存在差異造成的。例如人血液中的許多蛋白質(zhì)和紅細(xì)胞、白細(xì)胞的表面抗原在不同個體之間的生化特征、抗原特性都存在著由遺傳造成的變異。在各種DNA位點(diǎn)多態(tài)性系統(tǒng)中，人類白細(xì)胞抗原（HLA）是最復(fù)雜的一種，僅其中的HLA-DR抗原的編碼位點(diǎn)就有DRA、DRB1DRB2、DRB3、DRB4、DRB5六個座位，共有60多個等位基因。 2、限制性片段長度多態(tài)性 DNA位點(diǎn)多態(tài)性可影響限制酶的切割位點(diǎn)，造成限制性片段長度多態(tài)性，即用同一種限制酶消化不同個體的DNA時，會得到長度各不相同的限制性片段

53、類型。不同個體基因組在同一段DNA是否有同樣的酶切位點(diǎn)，決定了酶切后是否會產(chǎn)生同樣大小的片段。當(dāng)堿基組成的變化改變了限制酶識別位點(diǎn)（位點(diǎn)消失、產(chǎn)生新的位點(diǎn)、位點(diǎn)移位等）時，就會得到不同的限制性片段類型，這樣的位點(diǎn)稱為多態(tài)性位點(diǎn)。通過限制酶酶切片段的長度多態(tài)性來揭示DNA堿基組成不同的技術(shù)稱為限制性片段長度多態(tài)性技術(shù)，簡稱RFLP技術(shù)。 高度重復(fù)序列中的無間隔反向重復(fù)序列很容易形成限制酶識別位點(diǎn)，也很容易由于突變產(chǎn)生或失去一個酶切位點(diǎn)。所以，RFLP的基礎(chǔ)是高度重復(fù)序列（數(shù)量大）和點(diǎn)突變。 3、串聯(lián)重復(fù)順序多態(tài)性 有一些重復(fù)序列，其重復(fù)單位很小，比如（CC）n、（ATT）n，但串聯(lián)重復(fù)次數(shù)有較大

54、的變化，形成串聯(lián)重復(fù)順序多態(tài)性，也稱為可變數(shù)目的串聯(lián)重復(fù)序列（variablc number of tandcm repeats，VNTRs），這是另一種DNA序列長度多態(tài)性，這種多態(tài)性在人群中有極高的頻率。串聯(lián)重復(fù)順序長度多態(tài)性主要發(fā)生在小衛(wèi)星DNA 和微衛(wèi)星DNA中。 研究背景 1985年，美國能源部（DOE）率先提出，旨在闡明人類基因組 DNA長達(dá)3×109堿基對（ base pair，bp）的序列。發(fā)現(xiàn)所有人類基因并闡明其在染色體上的位置，從而在整體上破譯人類遺傳信息。 1986年美國宣布啟動“人類基因組啟動計劃” 。 1989年，美國國家衛(wèi)生研究院（NIH）建立國家人類基因組研究中心（NCHGR） 。 1990年，NIH和DOE聯(lián)合提出美國人類基因組計劃，正式啟動HGP，計劃于15年內(nèi)提