第二章 人類(lèi)基因組的結(jié)構(gòu)與功能

第二章

人類(lèi)基因組的結(jié)構(gòu)與功能

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本章重點(diǎn)講解

1人類(lèi)基因組的組成2人類(lèi)基因的組成3人類(lèi)多基因家族和重復(fù)DNA人類(lèi)基因組:是指單倍體細(xì)胞所代表的遺傳信息.從細(xì)胞遺傳學(xué)水平來(lái)說(shuō):是指人體細(xì)胞的24條不同的染色體.從分子學(xué)水平來(lái)說(shuō):是指組成這些染色體的24個(gè)DNA分子.2第一節(jié)人類(lèi)基因組的組成人類(lèi)基因組核基因組28.5億個(gè)堿基2~2.5萬(wàn)個(gè)基因線粒體基因組16.6kb37個(gè)基因2rRNA22tRNA13個(gè)多肽編碼基因基因外序列~75%基因和相關(guān)序列~25%單拷貝或中等重復(fù)編碼DNA~10%非編碼DNA~90%假基因基因片段內(nèi)含子、非翻譯序列等單或低拷貝~60%中~高度重復(fù)~40%分散重復(fù)串聯(lián)重復(fù)或簇集重復(fù)3人類(lèi)基因組常染色質(zhì)序列

★2001年人基因組序列草圖的缺點(diǎn)

（1）丟失~10%的常染色質(zhì)基因組（2）約有150,000個(gè)間隙（3）許多節(jié)段的次序和方向未定

★現(xiàn)在的序列圖

（1）基因組序列：2,851,330,913核苷酸（2.85Gb）（2）含有編碼蛋白質(zhì)基因：20,000~25,000個(gè)（3）覆蓋基因組~99%（4）還有341個(gè)間隙，仍有1%序列未定是現(xiàn)今最精確和幾乎完整的人基因組序列4人類(lèi)基因組的組成(按功能劃分）5線粒體基因組環(huán)型封閉的雙鏈DNA分子含有37個(gè)基因（2個(gè)rRNA基因、22tRNA基因和13個(gè)多肽基因）基因密度大，無(wú)內(nèi)含子67mtDNA的遺傳學(xué)特征:mtDNA是半自主性，能獨(dú)立復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯；Mi基因組的遺傳密碼與普通密碼不同；mtDNA

為母系遺傳；mtDNA突變率高；mtDNA

具有閾值效應(yīng)的特性；mtDNA的進(jìn)化率極高。8核基因組分布于24條不同類(lèi)型的DNA雙鏈，其堿基成分與基因密度均有區(qū)域的差異。含有細(xì)胞98%以上的DNA。含有2.85×106kb，編碼蛋白質(zhì)序列占基因組1.1%~1.4%，基因數(shù)目約2~2.5萬(wàn)。DNA重復(fù)序列占基因組50%以上。9B組A組D組E組F組C組G組染色體是基因的載體，基因分布于２２條常染色體和２條性染色體上。染色體的大小不同其上分布的基因數(shù)不同。根據(jù)染色體的長(zhǎng)度和著絲粒的位置分為A～G共7組10染色體命名系統(tǒng)——Denver體制（1960）染色體的大小和帶型不同11基因在染色體不同區(qū)域分布的密度不同平均每條染色體約含有130MbDNA，變異在50～250Mb之間。平均一條帶約有6MbDNA（550條帶中期染色體）?；蛟谌旧w不同區(qū)域分布和密度不同，在著絲粒區(qū)、Y染色體的大部分則無(wú)基因，異染色質(zhì)區(qū)主要由重復(fù)的非編碼DNA構(gòu)成。G-顯帶深染帶GC含量較淺染帶低。12常規(guī)G顯帶核型13常規(guī)G顯帶分析14第二節(jié)人類(lèi)基因的組成一、人基因的功能具有多樣性，它們簇集或分散于不同的染色體區(qū)域-----分布1大多數(shù)基因都編碼特異的多肽（蛋白）執(zhí)行不同的功能。2許多基因?yàn)閱慰截惔丶谔厥馊旧w位置或分散于基因組某些基因?yàn)榛蚣易?編碼RNA基因家族有許多成員：rRNA基因tRNA基因snRNA基因其它RNA基因15有些基因構(gòu)成基因家族，簇集于特殊染色體位置或分散于基因組。如:

α珠蛋白基因簇由5個(gè)相關(guān)基因組成，集群排列在16號(hào)染色體短臂上。β珠蛋白基因簇由6個(gè)相關(guān)基因組成，集群排列在11號(hào)染色體短臂上。16

珠蛋白基因簇（16p13）

珠蛋白基因簇（11p15）17某些多基因家族中的不同成員分布于不同染色體上。如，組蛋白基因家族分散于不同染色體H3H3H4H3H4H2AH2AH2AH3H1H2AH2B18編碼RNA基因家族成員：

rRNA基因

tRNA基因

snRNA基因

其它RNA基因19編碼RNA基因家族2021二.人類(lèi)基因在大小和內(nèi)部組成上的不同1大小多樣

幾個(gè)kb~幾個(gè)Mb

平均長(zhǎng)約27kb，最大的為dystrophin基因2.5Mb?；虼笮∨c產(chǎn)物大小直接相關(guān)，但也有某些異常

2內(nèi)部組成的多樣性

大多數(shù)基因有外顯子和內(nèi)含子，少數(shù)無(wú)內(nèi)含子有內(nèi)含子的基因中，內(nèi)含子大小不同，一般大基因有大內(nèi)含子，因此，外顯子含量百分比小，但也有大基因小內(nèi)含子每個(gè)人類(lèi)基因平均有9個(gè)外顯子，外顯子的平均大小約122bp

22人類(lèi)基因大小多樣23三.基因組中有少量重疊基因和基因內(nèi)基因1高度重疊基因6p21.3在4Mb的HLA復(fù)合體有高度重疊基因24NF1基因的第26內(nèi)含子中有3個(gè)小基因2在大內(nèi)含子中有完整的小基因25第三節(jié)人類(lèi)多基因家族和重復(fù)DNA一.重復(fù)DNA和多基因家族的分類(lèi)和鑒定方法依結(jié)合動(dòng)力學(xué)，人類(lèi)DNA分為三大類(lèi)：?jiǎn)慰截怐NA中等重復(fù)DNA高度重復(fù)DNADNA重復(fù)序列的鑒定方法：DNA測(cè)序DNA雜交檢測(cè)PCR檢測(cè)26二.人類(lèi)多基因家族1.序列的相關(guān)性和特殊保守序列的相似性（1）典型基因家族

高度的序列同源性和進(jìn)化與功能上的相關(guān)性（2）編碼產(chǎn)物的基因家族

序列全長(zhǎng)的同源性雖低，但有大而保守的功能域（基序）27（3）編碼產(chǎn)物的基因家族具有很短的保守的氨基酸基序如：DEADbox基因家族（天冬-谷-丙-天冬氨）如：WD重復(fù)基因家族（色-天冬氨）28（4）基因超家族基因超家族的編碼產(chǎn)物在功能上呈一般相關(guān)，在DNA大節(jié)段上，其同源性序列很少，但有重要的保守的氨基酸基序（Ig樣）的共同結(jié)構(gòu)特征。如：免疫球蛋白超家族29人類(lèi)基因家族分布與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）基因簇家族---緊密簇集在一起

珠蛋白基因簇（16p13）

珠蛋白基因簇（11p15）30（2）分散基因家族成