【正文】 ，分別為 , ，這就是所謂的KpnⅠ 家族。重復(fù)單位為 130 bp，相當(dāng)于 Alu序列的一個單體，和 Alu序列的同源性為 70%80%。 31 bp IS 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 Alu家族的廣泛存在說明其可能具有某種功能，但是目前還不十分了解。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 Alu家族的每一個成員都很相似，由 130 bp的串聯(lián)重復(fù)組成，常見的是二聚體形式，在右半部分的中部有一個 31 bp的無關(guān)序列插在中間。 在 170 bp處有一個限制性酶切位點 Alu。 如果有的成員因為變異而失去了原有的功能，或不能再進(jìn)行表達(dá)形成有功能的產(chǎn)物，則稱為 假基因 。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 不同的基因家族中成員的數(shù)目不等，功能也各異。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 有 2個概念用來描述這種中等重復(fù)序列的： 基因簇 ： 是指一組相同或相關(guān)的基因排列在一起而形成的結(jié)構(gòu)。如酵母的 tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。而原核基因組中，大多數(shù)的單一序列是編碼基因的。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 3） 基因組中有大量的重復(fù)序列 a 非重復(fù)序列（單一序列）： b 輕度重復(fù)序列 c 中等重復(fù)序列 d 高度重復(fù)序列 根據(jù)序列重復(fù)的次數(shù)不同，重復(fù)序列可以分為幾種： 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 a 非重復(fù)序列（單一序列）： 基因在基因組中只有一個或幾個拷貝，真核細(xì)胞中占 40%70%。人類的 α類基因簇 分布在第 16號染色體上，由 5個基因組成基因簇，基因簇總長度 24 kb； β類基因在第 11號染色體上，由 5個有功能的基因和一個假基因組成基因簇，基因簇總長度60 kb。這些真核 rRNA基因均重復(fù) 100次以上。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 低等生物中的 rRNA基因中， 28S、 18S、 5S rRNA基因都是串聯(lián)重復(fù)的基因家族。其中有的家族成員已經(jīng)不能再產(chǎn)生有功能的產(chǎn)物，這樣的基因成員叫做“ 假基因 ”。 一類是 編碼蛋白質(zhì) 的基因家族，另一類是 編碼 RNA的基因家族。 目前發(fā)現(xiàn)在真核生物中這種剪接機(jī)制廣泛存在。 果蠅的性分化 是由一系列基因產(chǎn)物相互作用的結(jié)果，通過關(guān)鍵基因轉(zhuǎn)錄物的選擇性拼接決定了雄性和雌性的差別。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 如 α原肌球蛋白 基因可得到 10個不同蛋白質(zhì)產(chǎn)物。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 近來發(fā)現(xiàn)，內(nèi)含子和外顯子的概念是相對的 選擇性剪接（ alternative splicing） 一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在不同的發(fā)育階段、分化細(xì)胞和生理狀態(tài)下，通過不同的拼接方式，可以得到不同的 mRNA和翻譯產(chǎn)物，稱為 選擇性剪接 (alternative splicing)。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 Phillip A. Sharp USA Richard J. Roberts UK 他們獲 1993年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 內(nèi)含子在轉(zhuǎn)錄后的加工過程中被切除，功能相似的基因含有的內(nèi)含子的數(shù)目和位置也類似。 真核基因 大多數(shù)有內(nèi)含子，有一些基因如組蛋白、干擾素基因等沒有內(nèi)含子。 在 細(xì)菌和噬菌體 中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子的存在。很快，許多實驗室宣布也發(fā)現(xiàn)斷裂基因，證明斷裂基因的廣泛存在。他們發(fā)現(xiàn) 老鼠 的 β珠蛋白 基因、 雞 的 卵清蛋白 基因和 兔子 中的 β珠蛋白 基因的 DNA與 mRNA不一致的情況 。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 1）斷裂基因 (割裂基因 ,split gene) 斷裂基因是指基因的編碼序列在 DNA分子上不是連續(xù)的，而是被不編碼的序列所隔開，其中編碼的序列叫做外顯子 (exon)，不編碼的序列叫做內(nèi)含子（ intron）。 4 多數(shù)基因含有內(nèi)含子，是斷裂基因， DNA中的內(nèi)含子在轉(zhuǎn)錄后要被除去。而原核細(xì)胞多為多順反子。 7 單個染色體成環(huán)狀。 細(xì)菌中的 75%DNA是用來編碼基因的，另外的 25%是基因間DNA，與染色體的復(fù)制、染色體 DNA的包裝等有關(guān)。 3 RNA基因多是多拷貝基因。同一個操縱子中的基因共同轉(zhuǎn)錄成一個多順反子。 基因組測序表明，在寄生類細(xì)菌中基因的數(shù)目在 500－ 1200個，自由生活的細(xì)菌中基因的數(shù)目為 15007500 ，古細(xì)菌中基因數(shù)目為 15002700。大腸桿菌的全基因組序列已經(jīng)被測定完畢。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 質(zhì)粒是細(xì)菌染色體 DNA的補充。這些蛋白質(zhì)對于細(xì)菌 DNA的壓縮、包裝進(jìn)入擬核以及染色體的穩(wěn)定非常重要。 由 50100個環(huán) (或結(jié)構(gòu)域 )組成，這些環(huán)(或結(jié)構(gòu)域 )的末端與細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)相連而被固定。 在正常細(xì)胞生長時， DNA保持復(fù)制能力，在生長速率達(dá)到最大時，平均每一個細(xì)胞中含有基因組的 2個以上的拷貝。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 三、原核生物基因特征 以大腸桿菌為例，說明原核生物基因的特征。調(diào)控序列包含有位于編碼區(qū)前端的 前導(dǎo)區(qū) ，編碼區(qū)后端的 尾部區(qū) 以及插在編碼區(qū)中間的 內(nèi)含子等。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 使用分子生物學(xué)的術(shù)語給基因下的定義是這樣的： 基因是遺傳的基本單位， 是有一定長度的 DNA或 RNA片段， 產(chǎn)物是蛋白質(zhì)或RNA分子 。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 細(xì)胞中存在大量的假基因，有的是由于基因突變產(chǎn)生的，這種假基因含有與正?；蝾愃频膬?nèi)含子和外顯子等結(jié)構(gòu)；第二種是不含有內(nèi)含子的假基因，可能是加工后的基因 RNA被反轉(zhuǎn)錄后，又被插到基因組中的某個地方而形成的，這種假基因稱為“ 加工假基因 ”。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 1978年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一些 DNA序列與基因序列類似，但是又不完全相同，由于缺少一些序列，導(dǎo)致這些基因不能被轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后無法被翻譯，或翻譯成沒有生理功能的多肽。 ABO型系統(tǒng)就是由 3種復(fù)等位基因控制的，分別稱為 IA、 IB和 i控制。在一個群體內(nèi)，同源染色體的某個相同座位上的等位基因超過 2個以上時，就稱作 復(fù)等位基因。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 雖然內(nèi)含子不參與最后蛋白質(zhì)分子的編碼，但是不是沒有任何意義的，對于蛋白質(zhì)的正確產(chǎn)生還有重大意義；如有的 內(nèi)含子編碼內(nèi)切酶 ，可以對內(nèi)含子進(jìn)行正確的剪切等。另外，一個基因被轉(zhuǎn)錄出來后，在隨后的加工過程中，會采取不同的剪接方式，而最終形成多種形式的 mRNA，翻譯成不同的蛋白質(zhì)分子。這些轉(zhuǎn)錄后又被除去的DNA序列稱為 內(nèi)含子 (intron)，而最終參與編碼多肽鏈的 DNA序列稱為 外顯子 (exon)。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 重疊基因 是發(fā)現(xiàn)在病毒中的一種基因形式，主要有幾種重疊的方式：一個基因全部位于另外一個基因內(nèi)部；部分基因序列重疊；只有一個核苷酸重疊。 因此，現(xiàn)在可以比以前更加精確地從功能和結(jié)構(gòu)方面來定義基因這個概念了，但是這個定義在真核和原核中將有所差異。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 后來，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們對基因的概念又有了新的認(rèn)識。 由于 Garrod不熟悉孟得爾的遺傳，這個發(fā)現(xiàn)的重要性一直到 30年后 Gee Beadle 和 Edward Tatam 發(fā)現(xiàn)了用 X 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 1911年 Thomas Hunt Man指出基因定位在染色體上并且在物理上相連。 Garrod并將這種現(xiàn)象稱為“先天性代謝缺陷”。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 20世紀(jì)前半葉，幾個獨立的工作導(dǎo)出了基因物理和功能基礎(chǔ)的更為精確的概念。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 Turner syndrome (XO) 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 一、基因的生物學(xué)定義 二、基因的分子生物學(xué)定義 三、原核生物基因特征 四、真核生物基因特征 五、細(xì)胞器基因 六、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因特征 七、基因與順反子的關(guān)系 八、癌基因與抑癌基因 第二節(jié) 基因 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 一、基因的生物學(xué)定義 基因最早一詞是在 1909年為 Wilhelm Johansen 采用來 描述傳遞和表達(dá)特定的生物性狀的可遺傳因子 ，并沒有涉及到任何特殊的遺傳理論。 Patau綜合癥是 13號染色體三體。 整數(shù)倍變化：整套染色體數(shù)目發(fā)生改變，增加或減少 非整數(shù)倍變化：增加或減少一條或幾條染色體 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 染色體數(shù)目的變化舉例 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 人的 Down氏綜合癥是 21號染色體三體所致。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 如果染色體發(fā)生突變，則細(xì)胞的生物學(xué)功能會受到影響，甚至死亡。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 三、染色質(zhì)和染色體的功能 染色質(zhì)是遺傳物質(zhì)的載體，儲存重要的遺傳信息。 （四） RNA 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （五）酶 其實在染色體上發(fā)現(xiàn)的酶并不是染色體的組成成分，而是那些以染色體為底物的酶。磷酸化可能與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 非組蛋白中的氨基酸可以進(jìn)行 磷酸化 ，且磷酸化的程度也非常高。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 非組蛋白與 DNA的結(jié)合方式與組蛋白不同，它可以從 DNA的大小溝中識別出特定的堿基序列與之結(jié)合，故這些非組蛋白又被稱為序列特異性 DNA結(jié)合蛋白。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 非組蛋白具有 組織特異性 和 種屬特異性 ，而且含量隨著外界環(huán)境改變而變化。 因此組蛋白的修飾與基因的表達(dá)有關(guān) 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （三）非組蛋白 染色體上還含有一些非組蛋白蛋白質(zhì)，含有酸性氨基酸較多，帶負(fù)電荷，故又稱為 酸性蛋白質(zhì) ， 非組蛋白占總蛋白量的 60%70%，大約有 20100種之多，分子量在 15000 到 180000 之間。各種組蛋白發(fā)生化學(xué)修飾的時間不一致，而且發(fā)生在細(xì)胞周期的某一階段中，可能與細(xì)胞分裂、染色質(zhì)的濃縮等有關(guān)。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 組蛋白上的一些特定的氨基酸能夠進(jìn)行一些 化學(xué)修飾 ，例如 磷酸化 （絲氨酸的羥基和組氨酸）、 乙酰基化 （賴氨酸的的自由氨基）、 甲基化 （賴氨酸的的自由氨基和精氨酸、組氨酸等）等。這些說明 H1在染色體中具有特殊的獨特的功能。 分子量較大 ，在不同的物種之間的 差異 較其他的組蛋白要大，比其他的組蛋白容易失活。這說明組蛋白對于染色體結(jié)構(gòu)的重要性。 組蛋白帶有大量的正電荷，序列中 20%到 30%由堿性氨基酸組成，這樣可以和 DNA分子表面的負(fù)電荷結(jié)合，對于穩(wěn)定 DNA分子起重要作用。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （二）組蛋白 細(xì)胞內(nèi)染色體上的組蛋白含量非常豐富，和 DNA等量，比例是 1： 1。 因為一些衛(wèi)星 DNA序列的排列中拷貝數(shù)是高度可變的，在不同的個體中差異極大，表現(xiàn)出基因的多態(tài)性。衛(wèi)星 DNA一般不轉(zhuǎn)錄，是異染色質(zhì)的組成成分，可能與染色體的穩(wěn)定有關(guān)，詳細(xì)的功能未知。 如基因組中的 衛(wèi)星 DNA、 微衛(wèi)星 DNA等均是由一些短小的 DNA序列多次重復(fù)組成。如人基因組中的 Alu基因家族 就是中等重復(fù)序列，占整個基因組長度的 3%到 6%之多。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 一般認(rèn)為中等重復(fù)序列在 基因轉(zhuǎn)錄開始或終止 、 DNA復(fù)制 以及 細(xì)胞內(nèi) hnRNA的后處理 方面等有重要作用，一般不編碼蛋白質(zhì)。如小鼠占20%，果蠅占 15%。 2 輕度重復(fù)序列 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 基因組中有 10到幾百到幾千個拷貝的基因序列。但是這些重復(fù)序列并不是完全相同的重復(fù)，他們之間總有一些差異。 一般結(jié)構(gòu)基因大多屬于單一序列的基因。 1 非重復(fù)序列（單一序列） 一般來說，原核生物的染色體中，這種非重復(fù)序列（單一序列）所占比例較真核生物大。染色體中的 DNA根據(jù)其復(fù)性動力學(xué)研究，可以分為以下幾種類型： 1 非重復(fù)序列（單一序列）： 2 輕度重復(fù)序列 3 中等重復(fù)序列 4 高度重復(fù)序列 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 在基因組中只有一個或少數(shù)幾個拷貝，占基因組總量的 40%80%。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、