1、1第二章 人類基因 human gene2第二章 人類基因 前言 基因的概念 基因的化學(xué)本質(zhì) 人類基因和基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 基因的生物學(xué)特性 人類基因組計(jì)劃3前 言 是細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位，它以脫氧核苷酸（deoxyribonucleic acid，DNA）化學(xué)形式存在于染色體上。4第一節(jié) 基因的概念 一個(gè)基因決定一種酶 一個(gè)基因一種蛋白質(zhì)一個(gè)基因一條多肽鏈 現(xiàn)代遺傳學(xué)認(rèn)為，基因（gene）是決定一定功能產(chǎn)物的DNA序列。一個(gè)基因的結(jié)構(gòu)除了編碼特定功能產(chǎn)物的DNA序列外，還包括對(duì)這個(gè)特定產(chǎn)物表達(dá)所需的鄰接DNA序列。5第二節(jié) 基因的化學(xué)本質(zhì) 在整個(gè)生物界中，絕大部分生物（包括人類）基因

2、的化學(xué)本質(zhì)是DNA。在某些含有RNA和蛋白質(zhì)的病毒，其RNA是遺傳物質(zhì)。一、DNA分子組成 基本單位：脫氧核苷酸（dNMP） 每個(gè)脫氧核苷酸由： 磷酸（orthophosphoric acid ） 脫氧核糖（deoxyribose ） 含氮堿基（A、G、C、T）組成。 dNMP的排列是DNA遺傳的核心。7一、DNA分子組成8二、DNA分子結(jié)構(gòu)9二、DNA分子結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)模型）DNA，雙螺旋，正反向，互補(bǔ)鏈。堿基排列各不同。深溝淺溝兩凹槽，識(shí)別調(diào)節(jié)最厲害。DNA，鏈很長，堿基排列無限多，種類繁多藏世界。10第三節(jié) 人類基因和基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、基因的結(jié)構(gòu) （一）、分類 （二）、斷裂基因（sp

3、lit gene） 二、基因組的組成 （一）、單拷貝序列 （二）、重復(fù)多拷貝序列 人類基因組的組織結(jié)構(gòu)人類基因組的組織結(jié)構(gòu)12一、基因的結(jié)構(gòu)（一）基因的分類（一）基因的分類1.單一基因2.基因家族3.擬基因4.串聯(lián)重復(fù)基因珠蛋白基因家族和假基因珠蛋白基因家族和假基因13一、基因的結(jié)構(gòu)（二）斷裂基因（二）斷裂基因 真核生物基因的編碼序列往往被非編碼序列所分割，呈現(xiàn)斷裂狀的結(jié)構(gòu)，故而也稱斷裂基因（split genesplit gene）。 編碼序列稱為外顯子（exonexon），間隔的非編碼序列稱為內(nèi)含子（intronintron）。14一、基因的結(jié)構(gòu)（二）斷裂基因（二）斷裂基因特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.

4、 真核生物基因的表達(dá)中，一個(gè)基因的內(nèi)含子成為另一個(gè)基因的真核生物基因的表達(dá)中，一個(gè)基因的內(nèi)含子成為另一個(gè)基因的外顯子，產(chǎn)生基因的差別表達(dá)外顯子，產(chǎn)生基因的差別表達(dá)2. 外顯子內(nèi)含子接頭外顯子內(nèi)含子接頭15二、基因組的組成（一）單拷貝序列(single-copy sequence）（二）重復(fù)多拷貝序列簡單序列DNA（simple-sequence DNA） 衛(wèi)星DNA（satellite DNA） 小衛(wèi)星DNA（minisatellite DNA） 微衛(wèi)星DNA（microsatellite DNA）中度重復(fù)DNA（intermediate repeat DNA）和可動(dòng)DNA因子 短分散元件（s

5、hort interspersed element）:Alu family 長分散元件（long interspersed element）:Kpn family16第四節(jié) 基因的生物學(xué)特性一、遺傳信息的儲(chǔ)存單位二、基因通過自我復(fù)制保持遺傳的連續(xù)性三、基因表達(dá)四、基因表達(dá)的調(diào)控17一、遺傳信息的儲(chǔ)存單位（一）遺傳密碼（一）遺傳密碼（genetic codegenetic code） 18一、遺傳信息的儲(chǔ)存單位（二）遺傳密碼的特性二）遺傳密碼的特性1. 通用性2. 簡并性3. 起始密碼和終止密碼： 起始密碼子（initiation codon）：AUG 終止密碼子（stop codon）：UAA

6、、UAG、UGA19二、基因通過自我復(fù)制保持遺傳的連續(xù)性（一） 基因具有自我復(fù)制（self-replication）的重要特性 復(fù)制發(fā)生在細(xì)胞分裂周期的S期，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解旋為兩條單股的多核苷酸鏈，以DNA分子自身的每一股單鏈為模板進(jìn)行自我復(fù)制合成新的DNA分子。20二、基因通過自我復(fù)制保持遺傳的連續(xù)性（二）DNA自我復(fù)制的過程21二、基因通過自我復(fù)制保持遺傳的連續(xù)性（三）DNA自我復(fù)制的特點(diǎn)：自我復(fù)制的特點(diǎn)：“五性五性”1. 互補(bǔ)性2. 半保留性3. 反向平行性4. 不對(duì)稱性5. 不連續(xù)性22三、基因表達(dá)gene expression 把基因所儲(chǔ)存的遺傳信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛商囟ǖ陌被岱N類和序列

7、構(gòu)成的多肽鏈，再由多肽鏈構(gòu)成蛋白質(zhì)或酶分子，從而決定生物各種性狀（表型）的過程。23三、基因表達(dá)gene expression轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄（transcription） 以DNA為模板轉(zhuǎn)錄合成mRNA。翻譯（翻譯（translation） 以mRNA為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的核糖體上進(jìn)行。24轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄是在RNA聚合酶的催化下，以DNA3 5單鏈（反編碼鏈）為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則（當(dāng)RNA以U和DNA的A配對(duì)，其余配對(duì)形式與復(fù)制時(shí)一致），以三磷酸核苷酸（NTP）為原料合成RNA的過程。25起始階段起始階段 RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合，啟動(dòng)RNA轉(zhuǎn)錄 側(cè)翼序列（flanking s

8、equence） 延伸過程延伸過程 RNA聚合酶由全酶構(gòu)型變?yōu)橹髅笜?gòu)型，沿著模板鏈的3 5方向移動(dòng)，并精確地按照堿基互補(bǔ)原則，以三磷酸核苷酸（UTP、CTP、GTP和ATP）為底物，在3端逐個(gè)添加核苷酸，使mRNA不斷延伸；終終 止止 RNA聚合酶在DNA模板上移動(dòng)到達(dá)終止信號(hào)時(shí)，RNA合成的停止。26 “加帽加帽” 5端加“7-甲基鳥嘌吟核苷酸”； “加尾加尾” 3端加“多聚腺苷酸” （poly A） “剪接剪接” 按GT-AG法則將內(nèi)含子切除，再將外顯子由連接酶逐段連接起來，形成成熟的mRNA分子。27轉(zhuǎn)錄及其加工過程轉(zhuǎn)錄及其加工過程28translation是以mRNA為模板知道蛋白質(zhì)合

9、成的過程。mRNA 合成蛋白質(zhì)的模板，攜帶遺傳信息tRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸和識(shí)別mRNA分子上的遺傳密碼核糖體 蛋白質(zhì)合成的場所 蛋白質(zhì)合成通常包括三個(gè)階段：起始、延長和終止。29定義：定義： 導(dǎo)致形成的mRNA分子在編碼區(qū)的核苷酸序列不同與它的DNA模板相應(yīng)序列的過程。內(nèi)容：內(nèi)容：1. 尿嘧啶核苷酸的加入或刪除2. 堿基轉(zhuǎn)換： C U,A G或G A3. 堿基顛換： C G,G C或U A方向：方向：3 530生物學(xué)意義：1. 翻譯活性2. 通讀性3. 調(diào)節(jié)翻譯活性4. 與生物進(jìn)化有關(guān)5. 編輯信息來源于DNA儲(chǔ)存的遺傳信息31四、 基因的表達(dá)調(diào)控 特點(diǎn)：能在特定的時(shí)間和特定的細(xì)胞中激活特

10、定的基因，從而實(shí)現(xiàn)“預(yù)定”的有序的分化發(fā)育過程。 真核生物基因的表達(dá)調(diào)控是經(jīng)過多階段水平實(shí)現(xiàn)的。 32 人類基因組（genome）是人的所有遺傳信息的總和。它包括兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立而相互關(guān)聯(lián)的基因組：核基因組與線粒體基因組。通常人類基因組指的是核基因組。33第五節(jié) 人類基因組計(jì)劃Human genome project，HGP “人類基因組計(jì)劃（human genome project, HGP）”是20世紀(jì)90年代初開始的全球范圍的全面研究人類基因組的重大科學(xué)項(xiàng)目。HGP是美國科學(xué)家在1985年率先提出的，旨在闡明人類基因組DNA3.2109核苷酸的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并闡明其在染色體的位置，破

11、譯人類全部遺傳信息，使得人類第一次在分子水平上全面地認(rèn)識(shí)自我。34整體目標(biāo)：整體目標(biāo)： 闡明人類遺傳信息的組成和表達(dá)，為人類遺傳多樣性的研究提供基本數(shù)據(jù)； 揭示人類單基因異常和嚴(yán)重危害人類健康的多基因病的致病基因或者疾病易感基因，建立對(duì)各種基因病新的診治方法； 從而推動(dòng)整個(gè)生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展。35基本任務(wù)： 建立人類基因組的結(jié)構(gòu)圖譜，即遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖與序列圖，并在“制圖-測序”的基礎(chǔ)上鑒定人類的基因，繪出人類的基因圖。36一、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)structure genomics（一）遺傳圖 genetic map（二）物理圖 physical map（三）轉(zhuǎn)錄圖 transcripti

12、on map（四）序列圖 sequence map37二、后基因組時(shí)代post-genome era 后基因組計(jì)劃（post-genome era）。它主要研究基因組的功能，即功能基因組學(xué)。 人類基因組多樣性計(jì)劃（human genome diversity project，HGDP） 比較基因組學(xué)（comparative genomics） 工業(yè)基因組學(xué)（industrial genomics） 藥物基因組學(xué)（pharmacogenomics） 疾病基因組學(xué)（morbid genomics） 蛋白質(zhì)組學(xué)（protemics）381、功能基因組學(xué) 在基因組層次上，以“轉(zhuǎn)錄圖”為基礎(chǔ)，研究所有基因的表達(dá)、調(diào)控和功能，最后建立起“基因表達(dá)圖”，來揭示個(gè)體發(fā)育中、各個(gè)器官組織中的基因組功能的三維動(dòng)態(tài)變化。2、比較基因組學(xué) 是指在基因組的層次上，比較不同基因組之間的異同，包括不同物種基因組比較和人類不同基因組比較兩方面。3、工業(yè)基因組學(xué) 研究基因組學(xué)的工業(yè)應(yīng)用的學(xué)科。比如以轉(zhuǎn)基因動(dòng)物為“原料”的動(dòng)物反應(yīng)器來生產(chǎn)人類生物制品（事物和藥物），提供人體器官，培育新的動(dòng)植物品種等。394、藥物基因組學(xué)：研究與藥物代謝有關(guān)的基因；研究所有與藥物作用有關(guān)的基因。（1