教学目的使学生了解基因概念的发展过程

1、课次：5教学目的：使学生了解基因概念的发展过程，掌握真核和原核生物基因组的特点。重点：割裂基因、基因组，复性动力学公式，重复序列及分类。难点：复习旧课：提问2人，了解教学效果。导入新课：第三章 基因与基因组（4学时）   第一节 基因概念的历史演变基因（gene）：是遗传的功能单位，DNA分子中不同排列顺序的DNA片段构成特定的功能单位， “基因”一词的创立1909年，丹麦遗传学家约翰逊提出了“基因”（gene）一词，用以表示孟德尔的遗传因子。1  “一个基因一种酶”和“一个基因一条多肽链”的假说2  基因的化学本质是DNA(有时是RNA)3 基因顺反子

2、的概念顺反子的概念：是指编码一个蛋白质的全部组成所需信息的最短片段，即一个基因。它是通过顺反测验所测定的遗传功能单位。第二节DNA与基因1 DNA与基因2 遗传密码与基因DNA序列和相应蛋白质的氨基酸序列之间的关系称为遗传密码（codon）。3 基因与突变4结构基因与调控基因随能为多肽链编码的基因称为结构基因，包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因，也包括编码阻遏蛋白或激活蛋白的调节基因。启动基因、操纵基因与其控制下的一系列结构基因组成一个功能单位叫做操纵子。启动基因、操纵基因和编码阻遏蛋白、激活蛋白的调节基因都属于调控基因。5 转座子/跳跃基因有些DNA序列可以在染色体上移动，从一个染色体跳到另外的

3、染色体上，这些可以自由移动的DNA序列称为转座子。第三节 真核生物的割裂基因断裂基因：基因内部的间隔序列称为内含子，而把出现在成熟RNA中的有效区段称为外显子。这种基因分割的现象后来在许多真核生物中都有发现，因此是一种普遍现象。第四节 基因大小1）基因的大小取决于它所包含的内含子的长度2）基因的大小还取决于所包含的内含子的数目表3-1，79p的表中可以看出，不同生物的外显子数目随着进化增加，基因平均长度液在增加。第五节 重叠基因1 原核生物的重叠基因1977年，Sanger等人测定了噬菌体X174 DNA的5 375个(现在测定是5 387个)核苷酸的排列顺序。发现一些基因的核苷酸有重叠部分。

4、基因重叠有两种情况：一是一个基因的密码子完全包含在另一个基因内；二是两个基因只有一个核苷酸重叠2 真核生物的重叠基因第六节 真核生物的基因组基因组（genome）：真核基因组是指一个物种单倍体的染色体所携带的一整套基因。与原核生物的比较：1）真核生物基因分布在多个染色体上，而原核生物只一个染色体。2）真核生物在基因组转录后的绝大部分前体RNA要加工，而原核生物的基因几乎不需要转录后加工。3）真核生物细胞中DNA与组蛋白结合，并有核膜将其与细胞质隔离，结果真核细胞的转录和翻译在时间上和空间上都是分离的，而原核细胞的基因转录和翻译是同步的。4）真核生物是割裂基因。2 基因组大小和C值在每一种生物中

5、其单倍体基因组的DNA总量是特异的，被称为C值 (C Value)。DNA的长度是根据碱基对的多少推算出来的。各门生物存在着一个C值范围(图3-7，82页)。高等生物的C值不一定就意味着它的C值高于比它低等的生物。C值和生物结构或组成的复杂性不一致的现象称为C值矛盾(C-value paradox) C值悖论。3 基因组的基因数目第七节 真核生物DNA序列组织在核酸复性研究中，定义了一个Cot的术语，(Co为单链DNA的起始浓度，t是以秒为单位的时间)，用以表示复性速度与DNA 顺序复杂性的关系。 C/C0 =1/(1+kCot)。在探讨DNA顺序对复性速度的影响时，将温度、溶剂离子强度、核酸

6、片段大小等其它影响因素均予以固定，以不同程度的核酸分子重缔合部分(在时间t时的复性率)取对数后对Cot作图，可以得到一个曲线图，用非重复碱基对数表示核酸分子的复杂性。2 重复序列用复性动力学等实验表明有三类重复序列：1） 单拷贝序列(single copy sequences) 单一序列(unique sequence) 又称非重复序列：一个基因组中只有一个拷贝。2）中度重复序列(moderate repetitive sequences)中度重复序列大致指在真核基因组中重复数1至数万（<105）次的重复顺序，占基因组10-40%，这类序列多数长100-500bp。其复性速度快于单拷贝顺

7、序，但慢于高度重复顺序。少数在基因组中成串排列在一个区域，大多数与单拷贝基因间隔排列。3）高度重复序列(high repetitive sequences)这类序列一般较短，长10-300bp，高度重复序列在基因组中重复频率高，可达百万(106)以上，因此复性速度很快。在基因组中所占比例随种属而异，约占10-60，在人基因组中约占20，功能还不明了。不同生物的非重复基因占基因组的比例差别很大；原核生物无重复序列，低等真核生物的大部分是非重复序列，重复的只有20左右，而高等生物中重复序列达到80以上。非重复DNA的长度随基因组大小的增加而增加，与有机体的复杂性一致。2 真核生物的单一序列单拷贝顺

8、序在基因组中占50-80，如人基因组中，大约有60-65的顺序属于这一类。平均长度为13000bp（个别长几万bp），单拷贝顺序中储存了巨大的遗传信息，编码各种不同功能的蛋白质。3 真核生物的重复序列3.1 基因家族3.1.1 基因家族和基因簇 多基因家族（multi gene family）是真核基因组的一特点，真核生物基因组中来源相同，结构和功能相关的基因聚集在一起形成基因家族，有时同一家族的基因也分散。或者在同一染色体，或者不同染色体上1）基因簇（gene cluster）基因家族的各个成员紧密成簇排列成大段的串联重复单位，分布在某一条染色体的特殊区域；它们可同时发挥作用，合成某些蛋白质

9、； 假基因：在多基因家族中，某些成员并不产生有功能的基因产物，这些基因称为假基因。2）散布的基因家族一个基因家族的不同成员成簇地分布不同染色体上，各成员在序列上有明显差异。这些不同成员编码一组功能上紧密相关的蛋白质，如珠蛋白基因家族。3.1.2 广义的基因家族根据基因家族成员序列的相似程度分类：1）经典的基因家族，家族成员序列有高度的同源性，包括序列一致，拷贝数高，非转录间隔区短而一致。2) 基因家族各成员的编码产物保守，含有大段的高度保守氨基酸序列，只是DNA序列的相似性低。3）基因家族各成员的编码产物之间只有很短的一段的保守氨基酸序列，DNA序列的相似性更低。4）超基因家族，各基因序列之间

10、无同源性，但其基因产物的功能相似。编码产物之间也无明显的保守氨基酸序列，但也有一些共同特征。3.2 基因外的重复序列(无编码功能的重复序列)3.2.1卫星DNA卫星DNA(satelliteDNA)是一类高度重复序列，这类重复顺序的重复单位一般由2-10bp组成，成串排列。 (1) 卫星DNA 由长串联重复序列组成，一般对应于染色体上的异染色区域。（2）小卫星DNA重复序列(minisatellite) 由中等大小的串联重复序列组成，位于染色体末端.高变小卫星DNA:重复单位之间的序列诧异大，但是有一个核心序列GGGCAGGAXG,近端粒部位；端粒DNA：主要有六个串联重复单位组成TTAGGG

11、。3）微卫星(microsatellite, MS) 或为简短串联重复(STR, short tandem repeats )：由更简单的重复单位组成的小序列，指DNA基因组中小于10个核苷酸的简单重复序列，是一种遍布于人类基因组的重复序列，一般为26个碱基重复，如(CA)n, (GT)n, (CAG)n等，尤以(CA)n重复序列最为常见。3.2.2散布的重复DNA 1）短分散片段（short interspersed repeated segments, SINES）这类重复顺序的平均长度约为300bp（500bp），它们与平均长度约为1000bp的单拷贝顺序间隔排列。拷贝数可达10万左右。

12、如人的Alu家族。Alu家族：Alu家族是哺乳动物包括人基因组中含量最丰富的一种中度重复顺序家族，约占人基因组的3-6。Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点（AGCT），从而将其切成长130和170bp的两段，因而定名为Alu序列（或Alu家族）。特点：Alu序列分散在整个人体或其他哺乳动物如小鼠、非洲绿猴等基因组中；Alu顺序具有种的特异性，在相近的生物体中Alu家族在结构上存在相似性，还有许多其它家族如：Kpn家族、Hinf家族、多聚d-d家族等。 2）长分散片段（Long interspersed repeated segments, L

13、INES）这类重复顺序的长度大于1000bp，平均长度为3500-5000bp，它们与平均长度为13000bp（个别长几万bp）的单拷贝顺序间隔排列。第八节 细胞器基因组线粒体mtDNA叶绿体cp DNA 第九节 基因鉴定第十节 人类基因组计划 人类基因组计划遗传图谱又称作连锁图谱，某一物种的染色体图谱（也就是我们所知的连锁图谱），显示所知的基因和/或遗传标记的相对位置，而不是在每条染色体上特殊的物理位置。物理图谱 是染色体上每个DNA片段的实际顺序。序列图谱是在遗传图谱和物理图谱的基础上建立起来的。基因图谱，就是在人类基因组中鉴别出占具2%5%长度的全部基因的位置、结构与功能。功能基因组学研究基因组DNA测序是人类对自身基因组认识的第一步。随着测序的完成，功能基因组学研究成为研究的主