人类基因和基因组讲义.ppt

人类基因和人类基因和基因组基因组人类基因和基因组 human gene&genomen 基因（基因（gene）是细胞内遗传物质的结构和功能单位，它以脱氧核糖核酸（DNA）化学形式存在于染色体上。第一节第一节 基因的概念基因的概念一个基因决定一种酶一个基因决定一种酶 一个基因一种蛋白质一个基因一种蛋白质 一个基因一条多肽链一个基因一条多肽链现代遗传学认为，基因基因是决定一定功能产物的DNA序列。一个基因的结构除了编码特定功能产物的DNA序列外，还包括对这个特定产物表达所需的邻接DNA序列。n一、一、DNA分子组成分子组成nDNA分子的基本单位是脱氧核苷酸n每个脱氧核苷酸由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基组成。n碱基有4种：腺嘌吟（A）、鸟嘌岭（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）核苷酸结构核苷酸结构 n二、二、DNA分子结构分子结构Watson和和Crick（1953）提出了）提出了DNA分子的双螺旋结构模型：分子的双螺旋结构模型：nDNA由两条碱基互补的、反向平行排列的脱氧多核苷酸单链所组成，一条是53方向，另一条是35方向，碱基互补的方式是A与T或T与A，C与G或G与C相对应；n绝大多数DNA分子的两条互补链围绕一“主轴”向右盘旋形成双螺旋结构；n4种碱基（A、T、G、C）的排列顺序在不同的DNA分子中各不相同，储存着各种生物性状的遗传信息；n双螺旋的表面形成两条凹槽，一面宽而深，为深沟；另一面狭而浅，为浅沟。这两条沟，对有特定功能的蛋白质识别并调节DNA双螺旋结构上的遗传信息非常重要；n由于DNA链通常很长，所包含的碱基很多，碱基排列顺序的组合方式是无限的，可以形成多种不同的DNA分子。断裂基因的结构断裂基因的结构 n基因的基因的分类分类n单一基因n基因家族n拟基因n串联重复基因珠蛋白基因家族和假基因珠蛋白基因家族和假基因n二、基因组的组成二、基因组的组成n单拷贝序列单拷贝序列：在基因组中仅有单一拷贝或少数几个拷贝，长度在8001000bp之间，其中有些是编码细胞中各种蛋白质和酶的结构基因，占到人类基因组的大多数。n重复多拷贝序列重复多拷贝序列：简单序列DNA 中度重复DNAn简单序列简单序列DNADNA（simple-sequence DNA）以小于200bp的小片段为单位串联重复很多次，约占整个基因组的1015，多位于染色体的异染色质区。n中度重复中度重复DNADNA（intermediate repeat DNAintermediate repeat DNA）约占整个基因组的2540，以不同的量分布于整个基因组的不同部位。人人类类基基因因组组的的组组织织结结构构 n一、遗传信息的储存单位一、遗传信息的储存单位n遗传密码遗传密码 在DNA的脱氧核苷酸长链上，每三个相邻的碱基序列构成一个遗传密码，每个密码能编码一种氨基酸。第四节第四节 基因的生物学特性基因的生物学特性 遗传密码表遗传密码表 n遗传密码的特性遗传密码的特性n遗传密码的通用性 n遗传密码的简并性 n起始密码和终止密码 二、基因通过自我复制保持遗传的连续性二、基因通过自我复制保持遗传的连续性n基因具有基因具有自我复制自我复制（self-replicationself-replication）的重要特性）的重要特性 复制发生在细胞分裂周期的S期，DNA双螺旋结构解旋为两条单股的多核苷酸链，以DNA分子自身的每一股单链为模板进行自我复制合成新的DNA分子。DNADNA链的复制过程特点链的复制过程特点n互补性n半保留性n反向平行性n不对称性n不连续性n三、基因表达三、基因表达n转录（转录（transcriptiontranscription）以DNA为模板转录合成mRNA。n翻译（翻译（translationtranslation）以mRNA为模板指导蛋白质合成的过程，在细胞质内的核糖体上进行。转录过程转录过程n起始阶段起始阶段 RNA聚合酶与启动子结合，启动RNA转录 n延伸过程延伸过程 RNA聚合酶由全酶构型变为主酶构型，并沿着模板链的35方向移动，并精确地按照碱基互补原则，以三磷酸核苷酸（UTP、CTP、GTP和ATP）为底物，在3端逐个添加核苷酸，使mRNA不断延伸；n终止终止 RNA聚合酶在DNA模板上移动到达终止信号时，RNA合成的停止。转录产物的加工和修饰：转录产物的加工和修饰：n“加帽加帽”5端加“7-甲基鸟嘌吟核苷酸”；n“加尾加尾”3端加“多聚腺苷酸”（poly A）n“剪接剪接”按GT-AG法则将内含子切除，再将外显子由连接酶逐段连接起来，形成成熟的mRNA分子。转录及其加工过程转录及其加工过程 翻译翻译nmRNA携带遗传信息，作为合成蛋白质的模板；ntRNA转运活化的氨基酸和识别mRNA分子上的遗传密码；n核糖体是蛋白质合成的场所，把各种特定的氨基酸分子连接成多肽链。蛋白质合成通常分为三个阶段：起始、延长和终止 四、基因表达的控制四、基因表达的控制基因表达控制的特点是能在特定时间和特定细胞中激活特定的基因，从而实现“预订”的有序的分化发育过程。真核生物基因表达调控是通过多阶段水平实现的：n转录前转录前n转录水平转录水平n转录后转录后n翻译翻译n翻译后翻译后第五节第五节 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，旨在阐明人类基因组DNA 3.2109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，使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。n人类基因组人类基因组（genome）是人的所有遗传信息的总和。它包括两个相对独立而相互关联的基因组：核基因组与线粒体基因组。通常人类基因组指的是核基因组。n一、结构基因组学一、结构基因组学n遗传图n物理图n转录图n序列图n二、后基因组计划二、后基因组计划 后基因组计划（post-genome era）。它主要研究基因组的功能，即功能基因组学。n人类基因组多样性计划人类基因组多样性计划n比较基因组学比较基因组学n工业基因组学工业基因组学n药物基因组学药物基因组学n疾病基因组学疾病基因组学n蛋白质组学蛋白质组学 The End