分子生物学笔记

第一章 基因的结构
第一节 基因和基因组
一、基因(gene)
是合成一种功能蛋白或RNA分子所必须的全部DNA序列．
一个典型的真核基因包括
①编码序列—外显子(exon)
②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron)
③5'-端和3'-端非翻译区(UTR)
④调控序列(可位于上述三种序列中)
绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene)，外显子不连续。
二、基因组(genome)
一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和，
基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示。
人基因组3X1 09(30亿bp)，共编码约10万个基因。
每种真核生物的单倍体基因组中的全部DNA量称为C值，与进化的复杂性并不一致(C-value Paradox)。
人类基因组计划（human genome project, HGP）
基因组学（genomics）,结构基因组学（structural genomics）和功能基因组学（functional genomics）。
蛋白质组（proteome）和蛋白质组学（proteomics）
第二节 真核生物基因组
一、真核生物基因组的特点： ，
①真核基因组DNA在细胞核内处于以核小体为基本单位的染体结构中．
②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(2—3％)，
二、真核基因组中DNA序列的分类 •
(一)高度重复序列(重复次数>lO5)
卫星DNA(Satellite DNA)
(二)中度重复序列
1．中度重复序列的特点
①重复单位序列相似，但不完全一样，
②散在分布于基因组中．
③序列的长度和拷贝数非常不均一，
④中度重复序列一般具有种属特异性，可作为DNA标记．
⑤中度重复序列可能是转座元件(返座子)，
2．中度重复序列的分类
①长散在重复序列(long interspersed repeated segments．) LINES
②短散在重复序列(Short interspersed repeated segments) SINES
SINES：长度<500bp，拷贝数>105．如人Alu序列
LINEs：长度>1000bp(可达7Kb),拷贝数104-105，如人LINEl
(三)单拷贝序列(Unique Sequence)
包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列，
三、基因家族(gene family)
一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因．可能由某一共同
祖先基因(ancestral gene)经重复(duplication)和突变产生。
基因家族的特点：
①基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串联重复基因(tandemly repeated genes)，如rRNA、tRNA和组蛋白的基因；
②有些基因家族的成员也可位于不同的染体上，如珠蛋白基因；
③有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因 (Pseudogene)．
Ψa1表示与a1相似的假基因．
假基因分类。加工过的假基因(processed pseudogene)。
典型的基因家族
1．tRNA基因
单倍体人基因组中1300个tRNA基因，tRNA基因簇．
2．rRNA基因
>l00copy．rRNA基因簇(重复单元28S、18S、5.8s-rRNA)
3．组蛋白基因
30-40copy．定位：7q32-q36
组蛋白基因簇(重复单位：H1，H2A，H2B，H3、H4)
特点：无intron，Poly(A)- RNA．
4．珠蛋白基因
α类：16p13，基因簇(24Kb)：5’—ζ—Ψζ—Ψα1—α2—α1—3’
β类：11p15，基因簇(60Kb)：5’— ζ—Gr—Ar—Ψβ—δ—β—3’
四、超基因家族(Supergene family ，Superfamily)
由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同．
五、人类基因组中的重复序列标记
1、A1u序列
单倍体人基因组50万-100万拷贝，平均每隔3-6Kb就有一个Alu序列，
人A1u序列长300bp：
2X130bp重复序列；
+31bp间隔序列(中间)；
两侧7-21bp正向重复(direct repeats)，返座子?
Alu序列广泛散布于人基因组，约90%巳克隆的人基因合有Alu序列
Alu序列标志。
2、可变数串联重复 • ， •
Variable number tamdem repeat， VNTR．
又称小卫星DNA(minisatellite DNA)
由短重复单位(6-40bp)串联重复(6-100次以上)而成，多位于基因的非编码区，广泛分布。
VNTR多态性—分子标记—DNA指纹图（fingerprint）.
小卫星DNA突变与肿瘤，H-Ras。
3、短串联重复（short tandem repeat,STR）
又称微卫星DNA（microstallite DNA）
2-6个核苷酸组成的重复单位串联重复(10-60次),两侧为特异的单拷贝序列，人基因组中每l0kb DNA序列至少一个STR序列。
{CA)n，50，000-100，000拷贝．
新一代遗传标记，人类基因组研究，肿瘤，遗传病．
第三节 线粒体基因组
reactive oxygen species名词解释人线粒体基因组的特点：
1、人线粒体基因组为16，569bp的双链闭环分子，一条链为重链(H链)，一条链为轻链(L链)，两条链均有编码功能，每个mtDNA分于编码13种蛋白质和24种结构RNA(22rRNA，2tRNA)．
2、线粒体DNA为母系遗传．
3、结构基因不含内含子，部分区域有基因重叠，因此病理性mtDNA突变更易发生．
4、mtDNA突变频率更高．
5、线粒体DNA突变的表型表达与核DNA不同。
第四节 细菌和病毒基因组
一、细菌基因组的特点。
1．功能相关的几个结构基因往往串联在—起，受它们上游的共同调控区控制，形成操纵子结构，
2．结构基因中没有内含子，也无重叠现象。
3．细菌DNA大部分为编码序列。
二、病毒基因组的特点
1．每种病毒只有一种核酸，或者DNA，或者RNA；
2．病毒核酸大小差别很大，3X103一3X106bp；
3．除逆病毒外，所有病毒基因都是单拷贝的。
4．大部份病毒核酸是由一条双链或单链分子(RNA或DNA)，仅少数RNA病毒由几个核酸片段组成．
5．真核病毒基因有内含子，而噬菌体（感染细菌的病毒）基因中无内含子．
6．有重叠基因．
第五节 染质和染体
细胞分裂间期—染质(chromatin)
分裂期—染体(chromosome)
一、染质的基本单位—核小体
(一)核小体(nucleosome)结构
DNA绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4各一对)核心外1.8周(146bp),形成核小体核心颗粒。
两个核小体核心颗粒之间有Linker DNA(0-80bp)，
核小体核心颗粒+Linker=核小体(长180-210bp)
核小 体DNA Ladder．
(二)组蛋白(histone)：一类小的带有丰富正电荷<富含Lys，Arg)的核蛋白，与DNA有高亲和力．
组蛋白分类：
1．核小体核心组蛋白，H2A，H2B，H3，H4。分子量较小(102-135aa)
作用：盘绕DNA形成核小体 。
2．H1组蛋白：较大(220aa)，作用：与Linker DNA结合后利于核小体稳定和更高级结构的形成• 。
二、染质的高级结构
1、30nm染质纤丝 ，
2、袢环结构(looped domain) 。
3、细胞分裂期染体
分裂期染体=一对妹染单体（Chromatid)
有丝分裂中期46条染体按大小和形状排列的的光学显微镜图像称为人的染体核型(Karyotype)
三、染体的结构要素 。
(一)．着丝粒（centromere)：细胞分裂时染体与仿锤丝相连结的部位，为染体的正常分离所必需。
(二)．端粒(telomere)：真核生物线状染体分子末端的DNA区域
端粒DNA的特点：
1、由富含G的简单串联重复序列组成(长达数kb)．
人的端粒DNA重复序列：TTAGGC。
2、端粒的末端都有一条12-16碱基的单链3’端突出。
端粒的作用：防止DNA末端降解，保证染体的稳定性和功能
（三）、复制原点

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