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1、第一节第一节 真核基因的分子结构真核基因的分子结构第1页/共49页（一）（一）基因（基因（gene)gene)的概念：的概念：从遗传学的角度看，从遗传学的角度看，基因是生物的遗传物质，是遗传的基本单位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突变单位、重组单位和功能单位 从分子生物学的角度看，从分子生物学的角度看，基因是在染色体上占据一定位置的负载特定遗基因是在染色体上占据一定位置的负载特定遗传信息的传信息的DNADNA分子片段分子片段 一 基因的概念与性质第2页/共49页基因概念的发展：基因概念的发展：（1）19世纪世纪 孟德尔时期孟德尔时期 基因基因 遗传因子遗传因
2、子 生物性状的符号生物性状的符号（2）20世纪初世纪初 摩尔根时期摩尔根时期 基因位于染色体上，基因位于染色体上，是遗传、交换、突变的单位是遗传、交换、突变的单位（3）20世纪中世纪中 Watson Crick的的DNA双螺旋结构双螺旋结构 基因是有遗传功能的基因是有遗传功能的DNA片段片段 一个基因一个酶一个基因一个酶 一个基因一条多肽链一个基因一条多肽链（4）人类基因组计划：）人类基因组计划：一个基因决定多个蛋白质一个基因决定多个蛋白质第3页/共49页（二）基因的类别结构基因：某些能决定某种多肽链（蛋白质）或酶分子结构的基因。调控基因：某些可调节控制结构基因表达的基因 第4页/共49页（三
3、）（三）基因的化学本质（基因的化学本质（DNADNA）第5页/共49页DNADNA是遗传物质的间接和直接证据1 1 间接证据（1）同一种生物的核内DNA含量恒定（2）DNA是所有生物所共有的（3）DNA在代谢上是稳定的第6页/共49页2 2 直接证据（1 1）19441944年年AveryAvery的肺炎双球菌的肺炎双球菌转化转化实验实验（证明（证明DNADNA是遗传物质）是遗传物质）转化：指某一受体细菌通过直接吸收来自另转化：指某一受体细菌通过直接吸收来自另一供体细菌的特定遗传物质，从而获得了供一供体细菌的特定遗传物质，从而获得了供体细菌的相应遗传性状，这种现象称为细菌体细菌的相应遗传性状，
4、这种现象称为细菌转化。转化。第7页/共49页第8页/共49页第9页/共49页（2 2）1952 Hershey Chase 1952 Hershey Chase 噬菌体侵染细菌实验噬菌体侵染细菌实验第10页/共49页二二 人类基因组的组成人类基因组的组成第11页/共49页人类基因组包括核基因组和线粒体基因组。一般情况指核基因组。人类基因组：人类2222条常染色体和X X、Y Y染色体上所 含有的全部遗传信息。基因组：一种生物的细胞内所含有的全部遗传信息。通常以核内单倍数染色体所含有的所有遗传 信息为一个基因组。第12页/共49页单一序列单一序列（60-65%60-65%）重复序列重复序列人人类
5、类基基因因组组高度重复序列高度重复序列（10%10%）中度重复序列中度重复序列（20-30%20-30%）卫星卫星DNADNA反向重复反向重复序列序列多基因家族多基因家族微卫星微卫星DNADNA小卫星小卫星DNADNA回文结构回文结构发卡结构发卡结构假基因假基因短分散元件短分散元件长分散元件长分散元件第13页/共49页（一）单一序列：也称单拷贝序列 在人类基因组中占60-65%60-65%在一个基因组中只出现一次或很少几次。由8001000bp组成 大多数编码蛋白质和酶的基因为单一序列 第14页/共49页（二）重复序列：在人类基因组中占30%30%在一个基因组中有很多拷贝。高度重复序列中度重复
6、序列多基因家族 假基因第15页/共49页 1 1 高度重复序列：结构简单，长度2-200bp2-200bp，拷贝数10106 6-10-108 8 在人类基因组中占10%10%卫星DNADNA反向重复序列第16页/共49页卫星DNADNA：这类序列的碱基组成不同于其他部份，可 用等密度梯度离心法将其与主体DNADNA分开，卫星DNADNA构成着丝粒、随体等，参与维持染色体结构小卫星DNA 6-25bpDNA 6-25bp微卫星DNA 2-6bpDNA 2-6bp第17页/共49页DNA分子双链的某些部分，碱基序列相分子双链的某些部分，碱基序列相同但排列呈反向的现象。如：同但排列呈反向的现象。如
7、：反向重复序列：反向重复序列：回文序列发卡结构序列长约300bp,300bp,常参与调节基因转录第18页/共49页2 2 中度重复序列：由300-7000bp300-7000bp组成的DNADNA序列，重复次数在10102 2-10-105 5以上在人类基因组中占20-30%20-30%短分散元件长分散元件核糖体RNA基因：拷贝100个以上tRNA基因：拷贝10-100个以上组蛋白基因：拷贝50-500个以上第19页/共49页3 3 多基因家族：由一个祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因，编码的蛋白质相似，但其氨基酸序列不完全相同。同一家族中的成员有时紧密的排列在一起，成为一个基因簇。第20
8、页/共49页假基因：在基因家族中，某些成员因突变而失去功能，不产生有功能的基因产物，这些基因称假基因，或拟基因。如珠蛋白基因蔟中的、和。第21页/共49页第22页/共49页三三 真核基因的分子结构特征真核基因的分子结构特征 第23页/共49页断裂基因断裂基因 绝大多数真核生物的结构基因，其DNADNA序列由编码序列和非编码序列构成。编码顺序在DNA分子上是不连续的，被非编码顺序所隔开，形成镶嵌排列的断裂形式，称断裂基因。第24页/共49页人类基因结构的2 2个部分：外显子与内含子；侧翼序列，也称调控区，包括启动子和增强子等第25页/共49页编码顺序称为外显子（exon）-表达为多肽链的部分非编
9、码顺序所称为内含子（intron）-内含子只转录，在前mRNA时被剪切掉（1）外显子与内含子第26页/共49页GT-AG法则：每个外显子和内含子接头区都有一段高度保守的一致顺序（consensus seqence）,即内含子5末端大多数是GT开始，3末端大多是AG结束，称为GT-AG法则GT-AG法则是普遍存在于真核基因中RNA剪接的识别信号 第27页/共49页外显子和内含子的关系：不是固定不变的 有时候基因的内含子在另一种剪切形式下成为外显子DNA多肽链1多肽链2作为内含子作为外显子 第28页/共49页启动子（promoter）包括TATA框、CAAT框、GC框等几种不同顺序，能促进转录过程
10、，增强子在真核基因转录起始点的上游或下游，它不能启动一个基因的转录，但有增强转录的作用。终止子：位于结构基因末端起终止转录作用的一段DNA序列（2）侧翼序列：真核基因转录区的两侧，包括启动子和增强子第29页/共49页第二节第二节 人类人类基因组计划基因组计划第30页/共49页人类基因组计划人类基因组计划“人类基因组计划（human genome project，HGP）”是20世纪90年代初开始的全球范围的全面研究人类基因组的重大科学项目。HGP是美国科学家在1985年率先提出旨在阐明人类基因组DNA 3.0109核苷酸的序列，发现所有人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使
11、得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。第31页/共49页HGP发展里程第32页/共49页人类基因组计划与基因组学OO19841984，DOEDOE，首次探讨人类基因组，首次探讨人类基因组DNADNA进行全序列分析的前景进行全序列分析的前景OO1986.31986.3，R.R.DulbeccoDulbecco发发表表“癌癌症症研研究究的的转转折折点点测测定定人人类类基基因因组组序序列列”OO1988.41988.4，HUGOHUGO成立成立OO1990.10.11990.10.1，美国，美国HGPHGP正式启动正式启动OO2001.22001.2，人类基因组工作框架图完成，人类基因组工作框架图
12、完成OO2004.10.12004.10.1，人类全基因组高精度序列图最完成，人类全基因组高精度序列图最完成第33页/共49页HGPHGP基本任务建立人类基因组的结构图谱，即遗传图、物理图与序列图，并在“制图-测序”的基础上鉴定人类的基因，绘出人类的基因图。第34页/共49页人类基因组计划与基因组学染色体染色体遗传图遗传图物理图物理图序列图序列图（连锁图）（连锁图）ATGACGTGAC 第35页/共49页HGP的主要成果全部基因组长2.91Gb，仅有2.2万个基因。基因数量少得惊人人与人之间99.99的基因密码是相同的男性的基因突变率是女性的2倍第36页/共49页人类基因组中存在“热点”和大片
13、“荒漠只有约1%-1.5%的DNA编码蛋白质基因是成簇存在的有200个基因是来自插入人类祖先基因组的细菌基因人类基因组编码的全套蛋白质（蛋白质组）比无脊椎动物编码的蛋白质组更复杂。第37页/共49页功能基因组学 第38页/共49页HGPHGP研研究究的的是是遗遗传传图图、物物理理图图、序序列列图图、基基因因图图，主主要要探探讨讨人人类类基因组的结构特点，又称基因组的结构特点，又称结构基因组学结构基因组学(structural genomics)(structural genomics)。在在HGPHGP进进行行的的同同时时，也也开开始始研研究究人人类类基基因因组组计计划划相相关关及及以以后后的
14、的领领域域，即即所所谓谓的的后后基基因因组组计计划划(past-genome(past-genome project)project)。后后基基因因组组计计划划以以解解释释基基 因因 组组 的的 功功 能能 和和 调调 控控 机机 制制 为为 研研 究究 目目 标标，所所 以以 又又 称称 功功 能能 基基 因因 组组 学学(functional genomics)(functional genomics)。人类基因组计划与基因组学第39页/共49页人类基因组多样性计划人人类类基基因因组组多多样样性性计计划划(human(human genome genome diversity divers
15、ity projectproject，HGDP)HGDP)旨旨在在采采集集与与保保存存世世界界范范围围内内一一些些地地理理隔隔离离的的部部落落群群体体和和具具有有独独特特文文化化或或语语言言背背景景的的群群体体的的基基因因组组DNADNA，其其目目标标是是要要揭揭示示世世界界上上不不同同民民族族生生理理生生化差异的遗传背景，以及群体之间的相互关系。化差异的遗传背景，以及群体之间的相互关系。人类基因组计划与基因组学第40页/共49页比较基因组学比比较较基基因因组组学学(comparative(comparative genomics)genomics)是是基基于于基基因因组组图图谱谱和和测测序序
16、基基础础上上，在在DNADNA水水平平上上对对不不同同生生物物基基因因组组的的结结构构进进行行比比较较，以以研研究究基基因因的的结构功能、表达机制和物种进化的学科。结构功能、表达机制和物种进化的学科。人类基因组计划与基因组学第41页/共49页环境基因组学环环境境基基因因组组学学(environmental(environmental genomics)genomics)的的目目的的是是研研究究环环境境对对人人类类疾病的影响和意义。疾病的影响和意义。人类基因组计划与基因组学OO分分析析、鉴鉴定定与与环环境境相相关关的的疾疾病病易易感感基基因因，识识别别基基因因组组多多样样性性和和结结构构功能的关
17、系功能的关系OO预预测测环环境境因因素素影影响响人人类类健健康康的的风风险险并并制制定定相相应应预预防防措措施施和和环环境境保保护护策略策略第42页/共49页疾病基因组学疾疾病病基基因因组组学学的的主主要要任任务务是是鉴鉴定定和和分分离离重重要要疾疾病病的的致致病病基基因因与与相相关基因，并确定其致病机制。关基因，并确定其致病机制。人类基因组计划与基因组学OO单基因病：定位克隆单基因病：定位克隆&候选克隆候选克隆OO多基因病：隔离群体的多基因病：隔离群体的QTLQTL第43页/共49页药物基因组学药药物物基基因因组组学学(pharmacogenomics)(pharmacogenomics)是
18、是研研究究机机体体对对包包括括药药物物在在内内的的化学物质反应的遗传差异，以寻找更为有效的药物作用。化学物质反应的遗传差异，以寻找更为有效的药物作用。人类基因组计划与基因组学OO“个体化个体化”药物的研制药物的研制OO“个人健康计划个人健康计划”的制定的制定第44页/共49页HGP伦理和社会问题第45页/共49页HGP的意义的意义1、开创人类生命科学的新纪元、开创人类生命科学的新纪元2、改变了科学家进行科研的方式、改变了科学家进行科研的方式3、开创了医学个体化治疗的新时代、开创了医学个体化治疗的新时代 人类的保健模式将从人类的保健模式将从“生了病后再治疗生了病后再治疗”的的消消 极模式转变为极
19、模式转变为“预防预防”、“预测预测”的积极模的积极模式式 4、积极推动了新药的开发、积极推动了新药的开发5、促进生命科学与信息科学相结合、促进生命科学与信息科学相结合 第46页/共49页人类基因组计划与基因组学OO人类基因组数据的共享问题OO基因研究或基因检测后的隐私问题OO基因研究与基因检测中的知情同意原则问题OO对有遗传缺陷者的歧视问题HGP的问题第47页/共49页人类基因组计划与基因组学OO1996，百慕大协议(基因组序列24小时公布)OO个人遗传隐私权应予保护OO知情同意原则OO遗传病患者、遗传缺陷的人或携带不利基因的人，不应受到“遗传歧视”HGP的原则第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页