3 遗传的分子基础

DNA存在的形式：根据基因组DNA的碱基排列
顺序重复出现的程度不同 单一序列(unique sequence) 重复序列(repetitive sequence) 高度重复序列 中度重复序列 反向重复序列 多基因家族 拟基因
一、单一序列DNA



单一序列DNA(unique sequence)占60~65%，为单 拷贝/单一序列，在基因组中只出现一次或很少几 次，一般由800~1000bp组成，构成编码蛋白和酶 的基因，称为结构基因（strcture gene）。人类基 因组约含有2~2.5万个结构基因。 其中一部分可以形成有几个或几十个拷贝的基因 家族。 单一序列常常被重复序列分割开来。
基因的概述


一、基因的概念： 随着分子遗传学、分子生物学、生物化学 领域的进展而不断完善。 从遗传学角度看： 基因是生物的遗传物质，是遗传的基本单 位----突变单位、重组单位和功能单位。 从分子生物学角度看： 基因是负载着特定遗传信息的DNA分子片段， 在一定条件下能够表达这种遗传信息，执行特 定的生理功能。


反向重复序列：回文序列
G T C C T G A C C G T G T C A G G A T C A G G A C T G G C A C A G T C C T A
G T C C T G A C G T C A G G A T
C A G G A C T G C A G T C C T A
功能： ①可能与基因转录的调 节有关； ②hnRNA的加工有关； ③DNA复制的启动有关。
长分散核酸元件（LINE）
5000～7000bp，重复拷贝102～104 如：Kpnl家族:

分散于基因组中，构成转座元件，使DNA在 基因组内从一个染色体转到另一个染色体。
3.反向重复序列
反向重复序列 (inveted repeat sequence )是两个顺序相 同的互补拷贝在同一条DNA 链上反向排列而成的，两个互补拷 贝可以形成链内碱基互补配对，形成十字状结构，这是两个互 补序列之间有一段间隔序列所致。 如果两个互补序列之间没有间隔， 而是 串联，称为回文结构 （palindrome） 占5%。长约300bp，间隔12kb 功能： 构成终止子，参与结构基因的 调控。

α珠蛋白基因簇，5个相关基因，长800bp。16chr。
5’—δ—ψδ—ψα1—α2—α1—3’
百度文库
β珠蛋白基因簇，6个相关基因，1700bp。11chr。
5‘—ε—Aγ/Gγ—ψβ1—δ--β—3‘
四、拟基因
拟基因(pseudogene)：也称假基因，指在多基 因家族中，某些成员不产生有功能的基 因产物，这些基因称为拟基因，常用ψ表 示。
四、DNA的结构

DNA是一种双螺旋生物大分子。 基本结构——核苷酸（nucleotide）
磷酸
脱氧核糖
碱基 脱氧核苷
碱基对：A=T, G≡C
嘌呤 Purines
鸟嘌呤Guanine,G
腺嘌呤Adenine,A
嘧啶 Pyrimidines
胞嘧啶Cytosine,C
胸腺嘧啶Thymine,T
DNA为两条多核苷酸链相互逆向缠绕的双螺旋结构




CAAT框（CAAT Box）:是一段保守序列， 9bp,GGGC/TCAATAC, 位于转录起始点上游 -３0～-１０0bp,转录因子CTF识别位点并与之结合， 激活转录。 GC框（GC Box）:顺序为GGCGGG,有两个拷贝， 位于CAAT Box两侧，与转录因子SP1结合。 （SP1有锌指区可以与DNA结合，在N端有激活转 录的作用）GC框有激活转录的功能。
2.1 启动子
启动子（ Promoter）是一段特定的核苷酸序列，位 于Gene转录起始点上游的100bp 范围内，是RNA聚 合酶的结合部位，能促进转录过程。Promoter决定 DNA中的转录链。 TATA框（TATA Box）是一段高度保守序列，7个bp， TATAA/ TAA/T，位于转录起始点上游25～30 bp（30～50）。TATA框与转录因子TFII结合，再与RNA 聚合酶II形成复合物，从而准确地识别转录起始位置， 对转录水平有定量效应。
基因簇（Gene cluster）
一个基因产生多次拷贝，顺序几乎相同，成 簇地排列在一条染色体上，形成一个基因簇。 同时发挥作用，合成某些蛋白。如人HLA系 统，7个连锁基因座位分布于6p 。 A—B—C—D—DR—DQ—DP
分布于几条不同的染色体上
一个多基因家族中不同成员成簇分布于几条 不同的染色体上，编码一组关系密切的蛋白。 如：
外显子和内含子
1.内含子也能转录，但不能被翻译。 ２.不同结构基因所含内含子和外显子 的数目相差悬 殊。 ３.在一个基因内部，不同内含子和外显子 的长度是不同的。 ４.真核生物内含子和外显子 不是完全固定不变的， 有时同一DNA 链上的某一段DNA序列，当它作 为编码某一多肽链的基因时是外显子，而作为编 码另一多肽链时，则是内含子。这样，同一基因 却可以转录两种或两种以上的mRNA。 ５.真核生物某些结构Gene没有内含子，如组蛋白 Gene，干扰素Gene等。它们多以基因簇形式存在， 大多数的酵母结构Gene也没有内含子。
小沟
大沟
DNA的结构特征几生物学意义-1
双螺旋结构---体现了 遗传物质的稳定性。 碱基互补原则（A＝T、 G ≡ C，%率相同）， 是DNA复制、转录和 修复的分子基础。是 分子杂交识别、DNA 复性的基础。

DNA结构特征及生物学意义-2
半保留复制---遗传物质准确 传递的分子基础。 DNA的4种碱基的排列顺序— —遗传密码，-----储存遗传信 息。 43×109 。 双螺旋的沟，尤其是大沟为 蛋白质分子结合的场所。
二、
重复序列DNA
重复序列(repetitive sequence）指在基因组中 有多个拷贝的DNA序列，>30%，有些与染色 体结构有关，如：端粒(TAAGGG)n ，但大多 数生物学功能有待研究。 1.高度重复序列: (2~300bp,106~108,10-30%) 2.中度重复序列:
短分散元件(short interspersing element, SINE) 长分散元件(Long interspersing element ,LINE)
一、基因的结构
enhancer
CAAT box
TATA box
exon
GC box
intron
AATAAA
CAAT box GT — T A AA GC box GGCGGG law C Hogness boxG G C C A A TA A AG T AT T T
第三节、基因的结构特征和功能

真核生物的结构基因的DNA序列由编码序列 和非编码序列两部分组成，编码序列是不连续 的，被非编码序列分割开来，称为断裂基因 （split gene）。
三、多基因家族
多基因家族(multigene family)：由一个祖先基因经 过重复和变异形成的一组来源相同、结构 相似、功能相关的基因。 两种类型: 由一个基因产生多次拷贝，具有几乎相同的顺序， 成簇地排列在同一条染色体上，形成一个基因簇(gene cluster)。它们同时发挥作用，合成某些蛋白质。 一个多基因家族的不同成员成簇地分布在几条染 色体上，成员间序列有所不同，编码一组关系密切的 蛋白质。
2.2
增强子
增强子（Enhancer）包括启动子上游或 下游的一段DNA序列，可以增强启动子发动 转录，提高转录效率。 特点： 在任意位置都有效 无方向性 有组织 特异性 例如：Beta珠蛋白Gene增强子是由串联重 复的两个72bp长的相同序列组成，位于转 录起点上游-1400bp或下游3300bp处，均可 增强转录效率（活性）200倍。增强子在转 录起始点的上下游一定范围内增强转录效 率。作用可以是5’～3’，也可以是3’～5’方 向。
3.反向重复序列: (inverted repeat sequence)
1. 高度重复序列：卫星DNA (satellite DNA)
是指DNA在氯化铯（CsCl）密度梯度 离心中，当重复序列的GC与AT的比例有差 异，GC的含量少于AT时，可在DNA 主峰 旁形成一个伴随峰，即卫星DNA。 小卫星 (6-25bp，串联重复) 微卫星(2-6bp， 串联重复) 作用： 构成染色体的着丝粒、端粒、Y染色体长臂上的异染色质区； 高度重复序列不能转录，形成结构基因的间隔； 参与维持染色体的结构，与减数分裂联会有关。



从信息学角度:人类基因组是单倍体细胞所 代表的遗传信息. 从细胞遗传学角度:是指人体细胞中24 条染 色体,即1~22号染色体和X,Y染色体. 从分子遗传学角度：是指组成这些染色体 的24个DNA分子（和MtDNA）的总合， 3x109个核苷酸。
1. 细胞核基因组 人类基因组 2. 线粒体基因组
如：ψζ、ψα、ψβ
授课提纲
第一节： 基因的概述 概念；类别；一般特性；DNA结构。 第二节：人类基因组DNA 单一序列；重复序列；多基因家族，假基因。 第三节：基因的结构和功能 基因的结构；基因的复制，基因表达。 第四节：基因突变 概念；特性；突变的结构；诱发突变的因素； 突变的分子机制。
第三节、基因的结构特征和功能
2.中度重复序列 中度重复序列：由长度300 bp～7000 bp的 序列重复而成，重复次数 102~105。 短分散元件：Alu家族 长分散元件：Kpn家族
短分散核酸元件 (SINE)

300~500bp，>105 如：Alu序列: 300bp，序列中含有一个Alu 酶切位点 ---ACCT---，能将其切为两个片段， 故称 Alu序列。是人类基因组特有的含量丰 富的中度重复序列，30~50万拷贝。
２.
5`GT——AG3`法则
在每个外显子和内含子的接头区都是一段高 度保守的共有序列，内含子的5`端是GT，3端是 AG，这种接头方式称为GT-AG法则，普遍存在于 真核生物中，是RNA剪接的识别信号，转录后的 前体RAN中的内含子剪接位点。
2、侧翼序列与调控序列
每个结构基因的第一个和最后一个外显子的外 侧，都有一段不被转录的非编码区，称为侧翼序列 （Flanking sequence）。 它是基因的调控序列，对基因的有效表达起调控 作用，包括：启动子、增强子、终止子等。
1、外显子和内含子 2、侧翼序列与调控序列 2.1 启动子, 2.2 增强子 ,2.3 终止子,2.4调控序列
1、外显子和内含子


在结构基因中，编码序列称为外显子(exon)，表 达多肽链部分。非编码序列称为内含子(Intron)， 又称插入序列。 β珠蛋白 基因（1700bp）=3个外显子+2个内含子。 DMD基因（2300kb）=79个外显子+ 78 个内含子。 （迄今认识的最大的基因）
二、Gene类别
依其功能分为： 1、结构Gene---编码蛋白和酶分子结构； 2、调控Gene---调节结构基因表达； 3、转录而不翻译的Gene： rDNA Gene→rRNA→核仁形成区， 核糖体组成。 tRNA Gene→tRNA→转运氨基酸。

三、基因的一般特性

从分子水平看，基因有以下基本特性： 1、Gene自我复制------半保留复制 2、基因决定性状： Protein Gene→mRNA → enzyme 淘汰 3、Gene突变 生物进化 保留 遗传病
第三章
遗传的分子基础
授课提纲
第一节： 基因的概述 概念；类别；一般特性；DNA结构。 第二节：人类基因组DNA 单一序列；重复序列；多基因家族，假基因。 第三节：基因的结构和功能 基因的结构；基因的复制，基因表达。 第四节：基因突变 概念；特性；突变的结构；诱发突变的因素； 突变的分子机制。
第一节



授课提纲
第一节： 基因的概述 概念；类别；一般特性；DNA结构。 第二节：人类基因组DNA 单一序列；重复序列；多基因家族，假基因。 第三节：基因的结构和功能 基因的结构；基因的复制，基因表达。 第四节：基因突变 概念；特性；突变的结构；诱发突变的因素； 突变的分子机制。
第二节 人类基因组DNA