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(dòng)規(guī)律的科學(xué)，從整體水平、細(xì)胞水平、分子水平三個(gè)層次上研究生命活動(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)及其規(guī)律，從分子水平開(kāi)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?。┰怼NA序列測(cè)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)控異常與疾病發(fā)

2、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(duì)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(shí)別：涉及細(xì)胞粘附分子與細(xì)胞外基質(zhì)。五

3、、細(xì)胞的增殖與分化：包括癌基因與抑癌基因、肽類生長(zhǎng)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。基因的復(fù)制、表達(dá)、調(diào)控。四。細(xì)胞通訊與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)。五基因工程的各種技術(shù)體系（克隆、測(cè)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(dòng)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)的歷史回顧孕育階段 1

4、.1871年 Miescher核素;2.1900年，Gene3.1910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(shuō)。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(shuō)7.1961年，Nirenberg破譯第一個(gè)遺傳密碼發(fā)展階段1.1970年，Temin 和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)

5、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(jiǎng)。3.Sanger 設(shè)計(jì)測(cè)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(jiǎng)。4.1989年Altman、 Cech發(fā)現(xiàn)核酶共享Nobel化學(xué)獎(jiǎng).5.PCR技術(shù)的建立。6.顯微注射術(shù)開(kāi)始轉(zhuǎn)基因動(dòng)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(jì)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)研究、信號(hào)傳導(dǎo)研究

6、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(gè)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。人體的生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老、死亡等生

7、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(hào)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(shí)，應(yīng)用分子生物學(xué)理論和技術(shù)體系開(kāi)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)二、基因與疾病基因結(jié)構(gòu)與功能的

8、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(duì)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(cè)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(guò)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(duì)疾病的治療作用。總體上分為兩個(gè)大的方面：一、糾正異?；颍ó惓１磉_(dá)或缺陷）二、利用特定基因在體內(nèi)表達(dá)特定的蛋白質(zhì)因子以實(shí)

9、現(xiàn)對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)、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(dòng)、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，直接用編碼抗原的基因重組到真核表達(dá)載體，直接

10、導(dǎo)入機(jī)體內(nèi)，表達(dá)出相應(yīng)抗原，通過(guò)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(cè)與凈化：采用分子雜交或PCR方法檢測(cè)環(huán)境中病原體；通過(guò)基因重組的方法制造超級(jí)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(chǔ)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(guò)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pyrimidine嘌呤purine胞嘧啶（C）

11、 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-C18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。RNADNAAMP、ADP、ATPdAMP、dADP、dATPGMP、GDP、GTPdGMP、dGDP、dGTPCMP、CDP、CTPdCM

12、P、dCDP、dCTPUMP、UDP、UTPdTMP、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(shí)為生理儲(chǔ)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、TA=TA + G = C + TDNA的一級(jí)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(guò)3,5-磷酸二酯鍵連接成大分子多核苷酸。5-末端：P3 -末端：OH書寫方式1. 線條簡(jiǎn)化式2. 文字簡(jiǎn)化式pApGpCpT 方向：53pA- G C - TpAGCT

13、DNA的二級(jí)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(gè)堿基對(duì)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(jí)結(jié)構(gòu)（ tertiary tructure ）特征：原核生物DNA超螺旋共價(jià)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(jí)

14、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(gè)功能性遺傳單位，是合成一個(gè)有功能蛋白或RNA所必需的全部DNA序列。Ø 基因組（genome）指細(xì)胞或生物體的一套完整單個(gè)的遺傳物質(zhì)。一個(gè)基因組包括

15、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(gè)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，每一種氨基酸都有其相應(yīng)的一種或幾種tRNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)為“三葉草”的結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)呈倒L形 重要的功能是參與轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，解

16、譯mRNA的密碼tRNA “三葉草”形的二級(jí)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(jí)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(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上的一個(gè)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 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)

17、: 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(guò)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(chǎng)所。某些低等真核生物的細(xì)胞核rRNA的前體在成熟過(guò)程中可以自我剪接，稱為核酶(ribozyme)。 原核細(xì)胞rRNA包括：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

18、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(jí)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?。? 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(kāi)，形成單鏈無(wú)規(guī)則線團(tuán)狀分子的過(guò)程。v 高色效應(yīng)：解鏈過(guò)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。

19、2. 復(fù)性：變性DNA在適當(dāng)條件下，可使兩條彼此分開(kāi)的鏈重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程。3. 分子雜交：兩條來(lái)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(shí)一、生物大分子通常將所有的生物分子簡(jiǎn)單地分為兩類：一類是小分子，即為簡(jiǎn)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(gè)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)個(gè)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

20、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?；窘Y(jié)構(gòu)單位的排列順序構(gòu)成了生物大分子的一級(jí)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(dòng)的基礎(chǔ)，分子生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容基本上圍繞核酸與蛋白質(zhì)展開(kāi)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(duì)原則,聚合成新的DNA鏈的過(guò)程。1、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(lái)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

21、國(guó)生物科學(xué)雜志組織的一次評(píng)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(lái)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(wú)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(guò)程即DNA復(fù)制時(shí)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(zhǎng)鏈。由于DNA雙鏈方向相反，當(dāng)雙鏈以復(fù)制的起點(diǎn)解開(kāi)形成復(fù)制叉時(shí)，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'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

22、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(kāi)始就會(huì)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(gè)這樣的DNA單位稱復(fù)制子。原核細(xì)胞中，每個(gè)DNA分子只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，因而只有一個(gè)復(fù)制子；真核生物中，復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始的，所以每個(gè)DNA分子上有許多個(gè)復(fù)制子大腸桿菌的DNA復(fù)制定點(diǎn)開(kāi)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

23、damage）指一個(gè)或多個(gè)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(cuò)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(duì)DNA的損傷（2）堿基類似物、修飾劑對(duì)DNA的損傷（二）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

24、：指DNA鏈上一個(gè)或一段核苷酸的消失3、插入：指一個(gè)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(jiǎn)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(dòng)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(duì)多種DNA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

25、除的片段3、重組修復(fù)切除錯(cuò)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(shí)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(cuò)誤較多，故又稱為錯(cuò)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(gè)修復(fù)蛋白組成。（四）基因突變是指由于DNA堿基對(duì)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)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(cuò)義突變、無(wú)義突變四、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、翻譯1

26、、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(guò)程。轉(zhuǎn)錄的整個(gè)過(guò)程至少需包含以下步驟： (1)聚合酶來(lái)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(dòng)子。原核生物的RNA聚合酶可以直接辨認(rèn)啟動(dòng)子，真核生物的RNA聚合酶則需藉助於轉(zhuǎn)錄因子。(2)解開(kāi)DNA的雙螺旋。負(fù)責(zé)解開(kāi)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(méi)有，其DNA的雙螺旋系由特定的轉(zhuǎn)錄因子解開(kāi)。(3)以DNA的一股為模板合成RNA，所用的原料是核苷三磷酸。(4)終止轉(zhuǎn)錄。真核生物和原核生物利用不同的信號(hào)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）。

27、在真核生物里，與DNA結(jié)合的組蛋白會(huì)阻礙RNA聚合酶和DNA的作用，因此需要其他轉(zhuǎn)錄因子來(lái)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(guò)程稱RNA，如皰疹性口炎病毒（）RNA可轉(zhuǎn)錄出5種單順?lè)醋觤RNA，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(guò)程。（）RNA病毒（如流感病毒、狂犬病毒）或雙鏈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(guò)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

28、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(guò)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(gè)或2個(gè)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(dòng)子(promoter)：又稱啟動(dòng)基因，是DNA模板上專一地與RNA聚合酶結(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(dòng)子，如大腸桿菌約有2000個(gè)啟動(dòng)子。各啟動(dòng)子的效率

29、可不相同，大腸桿菌的強(qiáng)啟動(dòng)子每2秒鐘啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)錄，而弱啟動(dòng)子每10分鐘才啟動(dòng)一次，從百多個(gè)大腸桿菌啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)的分析，得知兩個(gè)強(qiáng)啟動(dòng)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(gè)核苷酸) 5'側(cè)約10和35個(gè)核苷酸處，弱啟動(dòng)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(gè)重要的啟動(dòng)子區(qū)：真核生物的啟動(dòng)子部位與原核生物不同，而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的活性，除需啟動(dòng)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聚合酶含有五個(gè)亞單元：a兩個(gè)，b、b及各一個(gè)。真核生物的RNA聚合酶有三種：Pol I、Pol II及Pol III。其中最主要

30、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(gè)亞單元組成，其中四個(gè)與大腸桿菌RNA聚合酶的a、b和b'類似。不過(guò)，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(lái)到啟動(dòng)子區(qū)域，發(fā)揮聚合酶的功能。5、終止子終止子是DNA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(hào)，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)

31、錄來(lái)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(kāi)，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(gè)位置脫離下來(lái)。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(dòng)子的活性。增強(qiáng)子的作用特征：與啟動(dòng)子的相對(duì)位置和取向無(wú)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(duì)組織特異性。六、轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件與因子1、順式作用元件：為與結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)的DNA順序，它們對(duì)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(dòng)子、增強(qiáng)子等。 2

32、、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(guò)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(jiàn)）它是通過(guò)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(gè)基因，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(lái)的RNA。具有可檢測(cè)的標(biāo)記探針的來(lái)源DNA探針根據(jù)其來(lái)源有

33、3種：一種來(lái)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(guò)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)，“遺傳因子”通過(guò)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

34、只是遺傳性狀的符號(hào)，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(gè)特定的染色體聯(lián)系起來(lái) 1919 教材中開(kāi)始出現(xiàn)gene一詞 The Physical Basis ofHeredite 1926      Morgan發(fā)表The Theory of Gene，認(rèn)為：基因依孟德?tīng)柕谝欢桑ǚ蛛x定律）而彼此分離，于是每個(gè)生殖細(xì)胞只含一組基因；不同連鎖群里的基因依孟德?tīng)柕诙桑ㄗ杂山M合定律）而自由組合；兩個(gè)相對(duì)連鎖群的基因之間有時(shí)候也發(fā)生有秩序的交換，交換率證明了每個(gè)連鎖群里諸要素的直線排列，也證明了

35、諸要素的相對(duì)位置。20世紀(jì)40年代 Bendle和Tatum提出“一個(gè)基因，一個(gè)酶”學(xué)說(shuō)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(gè)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?lè)醋印薄ⅰ耙粋€(gè)順?lè)醋?，一條多肽鏈” 20世紀(jì)60年代遺傳密碼的破譯使人們對(duì)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(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)RNA分子（tRNA或rRNA）。80年代以后認(rèn)識(shí)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）；

36、基因可以作為1個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，其表達(dá)產(chǎn)物通常是1條多肽鏈或1個(gè)DNA分子，但有時(shí)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(duì)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(gè)基因不僅包括編碼蛋白質(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

37、單倍體的總DNA。對(duì)于二倍體高等生物來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)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(gè)或幾個(gè)特定部位，形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單位，可被一起轉(zhuǎn)錄成為多順?lè)醋觤RNA。4常見(jiàn)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.coli1. 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(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起受同一個(gè)調(diào)控區(qū)調(diào)節(jié)。 E.coli基因組含3500個(gè)基

38、因，有260個(gè)已查明具有操縱子結(jié)構(gòu)，定位于75個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)錄單位通常含3個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)錄單位的長(zhǎng)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(wú)內(nèi)含子，邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯。 5. 無(wú)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

39、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(méi)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(duì)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(duì)宿主細(xì)胞的生物學(xué)特征產(chǎn)生影響。質(zhì)粒是一個(gè)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(gè)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(lái)特殊的標(biāo)記，顧而可以利用這些標(biāo)記來(lái)篩選陽(yáng)性克隆。質(zhì)粒DNA的復(fù)制類型嚴(yán)緊型：每個(gè)宿主細(xì)胞中僅含有1-3個(gè)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(gè)宿主細(xì)胞可含有10-60個(gè)拷貝，其復(fù)制不受宿主細(xì)胞的嚴(yán)格控制，即

40、當(dāng)宿主細(xì)胞蛋白合成受到抑制時(shí)，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)制。2、對(duì)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?，

41、細(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(jià)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(gè)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

42、?；蚨加梢粋€(gè)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?lè)醋樱匆环肿觤RNA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(jí)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)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(dòng)的遺傳因素，這些DNA順序并無(wú)明顯生物學(xué)功能，似乎為自己的目的而組織，故有自私

43、DNA之稱，其移動(dòng)多被RNA介導(dǎo)（如在哺乳動(dòng)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(dòng)力學(xué)測(cè)定，顯示3個(gè)不同的時(shí)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(gè)bp，大多位于著絲粒和端粒、表達(dá)基因的間隔區(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(shuō)明衛(wèi)星DNA具有多

44、態(tài)性。2.微衛(wèi)星DNA又稱簡(jiǎn)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(jiàn)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(guò)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)染色體任何部位重復(fù)單位長(zhǎng)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(zhǎng)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

45、個(gè)堿基置換存在數(shù)量有限，有些染色體尚未見(jiàn)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(gè)體的特征6、可能與染色體減數(shù)分裂時(shí)染色體配對(duì)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(kāi)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(zhǎng)度和拷貝數(shù)不均一；具有種屬特異性。（1）Alu family 哺乳動(dòng)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)：AGCTTCGA 主要集中在細(xì)胞分

46、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(zhǎng)6.4kb，散在分布，拷貝數(shù)約為3000-4800個(gè)，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(gè)拷貝分散在基因組的不同區(qū)域。多基因家族（multigene family）亦稱基因家族，是真核生物基因組中一組來(lái)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

47、在一條染色體上，呈串聯(lián)排列，產(chǎn)生多個(gè)拷貝，具有幾乎相同的序列，同時(shí)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(zhǎng)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(wú)功能的基因產(chǎn)物。一個(gè)假基因常常有多個(gè)有害的突變，可能因?yàn)樽鳛橐环N活性基因一旦停止，就再?zèng)]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(lái)親本基因的外顯子及內(nèi)含子組

48、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(hào)，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(guò)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，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(gè)拷貝。 大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因都是單一序列。 80%左右的mRNA來(lái)自單一序列DNA。 結(jié)構(gòu)基因

49、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(kāi)。轉(zhuǎn)錄時(shí)一起被轉(zhuǎn)錄出來(lái)，然后再經(jīng)過(guò)加工剪切內(nèi)含子后，外顯子拼接起來(lái)后成為成熟的mRNA。 不連續(xù)基因的發(fā)現(xiàn)時(shí)是通過(guò)mRNA和DNA雜交實(shí)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)的。移動(dòng)基因（轉(zhuǎn)座子或轉(zhuǎn)位子，transposon） 可從染色體基因組的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(guó)遺傳學(xué)家McClintock（1983年獲得諾貝爾生物醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）在研究玉米籽粒顏色的高頻變異時(shí)提出這一

50、概念，當(dāng)時(shí)稱為“控制因子”。這些基因能在玉米不同的染色體上從一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位點(diǎn)，有時(shí)象一個(gè)新奇的生物學(xué)開(kāi)關(guān)一樣，開(kāi)動(dòng)或關(guān)閉基因。 跳躍基因的概念，使人們認(rèn)識(shí)到功能上相關(guān)的各個(gè)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(jì)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、基因組DNA有30億個(gè)堿基對(duì)(3×109bp)，510萬(wàn)個(gè)基因，目前已定位的有2000個(gè)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

51、每個(gè)人之間基因組并不完全相同，也叫基因組的多態(tài)性，這個(gè)多態(tài)性表現(xiàn)在DNA的序列上。統(tǒng)計(jì)表明，任意兩個(gè)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(duì)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(gè)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，同時(shí)深入準(zhǔn)確地了解人類起源、進(jìn)化和遷徙過(guò)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(gè)體之間的生化特

52、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(gè)座位，共有60多個(gè)等位基因。2、限制性片段長(zhǎng)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(zhǎng)度多態(tài)性，即用同一種限制酶消化不同個(gè)體的DNA時(shí)，會(huì)得到長(zhǎng)度各不相同的限制性片段類型。不同個(gè)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(huì)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(shí)別位點(diǎn)（位點(diǎn)消失、產(chǎn)生新的位點(diǎn)、位點(diǎn)移位等）時(shí)，就會(huì)得到不同的限制性片段類型，這樣

53、的位點(diǎn)稱為多態(tài)性位點(diǎn)。通過(guò)限制酶酶切片段的長(zhǎng)度多態(tài)性來(lái)揭示DNA堿基組成不同的技術(shù)稱為限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性技術(shù)，簡(jiǎn)稱RFLP技術(shù)。 高度重復(fù)序列中的無(wú)間隔反向重復(fù)序列很容易形成限制酶識(shí)別位點(diǎn)，也很容易由于突變產(chǎn)生或失去一個(gè)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(zhǎng)度多態(tài)性，這種多態(tài)性在人群中有極高的頻率。

54、串聯(lián)重復(fù)順序長(zhǎng)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(guó)能源部（DOE）率先提出，旨在闡明人類基因組 DNA長(zhǎng)達(dá)3×109堿基對(duì)（ 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(guó)宣布啟動(dòng)“人類基因組啟動(dòng)計(jì)劃” 。 1989年，美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院（NIH）建立國(guó)家人類基因組研究中心（NCHGR）。 1990年，NIH和DOE聯(lián)合提出美國(guó)人類基因組計(jì)劃，正式啟動(dòng)HGP，計(jì)劃于15年內(nèi)提供30億美元的資助，在2005年完成人類基因組全部序列的測(cè)定。研究進(jìn)程 HGP啟動(dòng)以后進(jìn)展順利，

55、計(jì)劃進(jìn)度一再修改。 1998年，最后一個(gè)五年計(jì)劃指定出來(lái)，HGP提前2年于2003年完成。最后一個(gè)五年計(jì)劃的主要目標(biāo)是：得到標(biāo)記間距為1厘摩（1厘摩=重組頻率為1%的兩個(gè)基因間的遺傳距離）的遺傳圖譜；得到至少有30萬(wàn)個(gè)序列標(biāo)記位點(diǎn)（STS）的物理圖譜，1998年10月實(shí)際已經(jīng)有5.2萬(wàn)個(gè) STS被作圖；2001年得到人類基因組序列的“草稿”，2003年得到最后“定稿”；測(cè)序能力要達(dá)到每年500Mb(1Mb=1000kb),每個(gè)堿基對(duì)的分析費(fèi)用要少于25美分，支持毛細(xì)管陣列電泳、DNA芯片等的測(cè)序技術(shù)的發(fā)展；增加測(cè)定人類基因組變異的內(nèi)容，得到10萬(wàn)個(gè)作圖定位了的單核苷酸多態(tài)性（SNP）；得到所有基因的全長(zhǎng)c DNA；發(fā)展在基因組尺度上分析生物功能的技術(shù)；在模式生物基因組研究方面，大腸桿菌、酵母菌、短小麗桿線蟲的全基因組序列已經(jīng)全部完成并發(fā)表公布，到2002年完成果蠅的全基因組序列，2005年完成小鼠的全基因組序列?；蚪M研究大事記 年 月被譽(yù)為生命科學(xué)“阿波羅登月計(jì)劃”的國(guó)際人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。 年 一批科學(xué)家在美國(guó)羅克威爾組建塞萊拉遺傳公司，與國(guó)際人類基因組計(jì)劃展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。 月一種小線蟲完整基因組序列的測(cè)定工作宣告完成，這是科學(xué)家第一次繪出多細(xì)胞動(dòng)物的基因組圖譜。 年 月中國(guó)獲準(zhǔn)加入人類基因組計(jì)劃，負(fù)責(zé)測(cè)定人類基因組全部序列的。中國(guó)是繼美、英、日、德、法之后第個(gè)國(guó)