染色体和基因

1、基因的定义 基因（基因（gene)gene)是核酸分子是核酸分子 中储存遗传信息的遗传中储存遗传信息的遗传 单位，是指储存有功能的单位，是指储存有功能的 蛋白质多肽链或蛋白质多肽链或RNARNA序列序列 信息及表达这些信息所信息及表达这些信息所 必需的全部核苷酸序列。必需的全部核苷酸序列。 结构基因结构基因 指编码指编码蛋白质或蛋白质或RNARNA 的的DNADNA序列。序列。 几个定义 v重叠基因: 一个基因位于另一个基因中; 部分基因重叠; 只有一个碱基重复. v断裂基因:外显子和内含子 v复等位基因:决定血型的基因 v假基因:含有与正常基因相似的内含子和外显 子,但不能翻译成功能蛋白,可

2、能是基因突变 形成. 原核生物基因的特征 v功能相关的基因高度集中 v编码蛋白质的基因通常以单拷贝的形式存在 vRNA的基因通常是多拷贝的 v结构基因没有居间序列,是连续的 v大部分用于编码蛋白,只有少数不编码 v结构基因重复序列少 v染色体呈环状,不和蛋白固定结合 真核生物基因的特征 v基因不连续性 v基因家族:真核生物基因组中有许多来源相同、 结构相似、功能相关的基因，这样一组基因 称为基因家族 v超基因家族:由基因家族和单基因组成的较大 的基因家族.结构同源性不等. v重复基因结构:中度重复和高度重复 v 高度重复序列高度重复序列：就是在基因组中存在大量拷贝的序列，其：就是在基因组中存在

3、大量拷贝的序列，其 重复次数高达重复次数高达106-108。 （通常这些序列是由很短的碱基组（通常这些序列是由很短的碱基组 成的，长度为成的，长度为2-200bp。包括。包括反向重复序列和卫星反向重复序列和卫星DNA 卫星卫星DNA(satellite DNA)：有些高度重复序列常含有异有些高度重复序列常含有异 常高或低的常高或低的GC含量，当基因组含量，当基因组DNA被切断成数百个碱被切断成数百个碱 基对的片段进行氯化铯密度梯度超离心时，这些重复序基对的片段进行氯化铯密度梯度超离心时，这些重复序 列片段常在主要列片段常在主要DNA带的前面或后面形成一个次要的带的前面或后面形成一个次要的 DN

4、A区带，这些小的区带就象卫星一样围绕着区带，这些小的区带就象卫星一样围绕着DNA主主 带。带。 反向重复序列反向重复序列 基因与顺反子的关系 v在原核和低等的真核生物中，顺反子小于基 因。 v在高等真核生物中，顺反子等价于结构基因。 细胞器基因 v包括线粒体和叶绿体当中的基因特征，我们 在基因组一节中，细胞器基因组结构特征中 向大家介绍。 亚细胞结构基因特征 v此部分已在病毒一节讲过，大家再自己看看 书，这里不再重讲。 癌基因与抑癌基因 v19101910年年RousRous发现发现鸡肉瘤病毒鸡肉瘤病毒( (RSV:RNARSV:RNA反转录病毒）。反转录病毒）。 v19631963年年Dul

5、becoDulbeco发现正常细胞感染病毒可恶变为癌发现正常细胞感染病毒可恶变为癌 细胞。细胞。 v19701970年年BaltimoreBaltimore发现病毒感染宿主时，发现病毒感染宿主时，RNARNA经逆转经逆转 录酶合成录酶合成DNADNA并整合到宿主并整合到宿主DNADNA，从而导致宿主细胞，从而导致宿主细胞 的恶性转化。的恶性转化。 v19701970年年MareinMarein证明细胞恶性转化与证明细胞恶性转化与RSVRSV基因组中一基因组中一 个特定的基因个特定的基因srcsrc相关，该基因被命名为相关，该基因被命名为病毒癌基病毒癌基 因因 l 19761976年年Bisho

6、pBishop证明证明正常细胞正常细胞中存在与中存在与 v-oncogenev-oncogene同源序列同源序列细胞癌基因细胞癌基因 (cellular oncogene, c-onc)(cellular oncogene, c-onc)。 l 8080年代初年代初Weinberg Weinberg 等几个实验室通过等几个实验室通过 转染实验证明人体细胞中的癌基因转染实验证明人体细胞中的癌基因H-rasH-ras。 l 现已发现现已发现100100多种的多种的oncsoncs。 在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中发现的可以导致 细胞恶性转化的核酸片断,称为癌基因癌基因。根据其来源可 以分为两类。 病

7、毒癌基因、细胞癌基因病毒癌基因、细胞癌基因 无论病毒癌基因还是细胞癌基因被激活后均有诱 导肿瘤发生的作用，所以有时候我们又将肿瘤细胞中 的癌基因称为肿瘤癌基因肿瘤癌基因。 癌基因的概念癌基因的概念 病毒癌基因病毒癌基因 ( virus-oncogene；v-onco ) 指 病毒核酸能够使细胞恶性转化的片断。 原癌基因原癌基因 ( proto-oncogene，pro-onco )即细胞 癌基因 在人类、哺乳动物如大鼠、小鼠，乃 至酵母、果蝇中发现的与肿瘤病毒癌基因的同 源顺序。这种基因是正常的细胞基因，其表达 产物的功能在于维持细胞的正常生长发育。但 是，这种基因一旦被某些因素激活就会转变成

8、 有转化能力的癌基因。 细胞癌基因概述细胞癌基因概述 细胞癌基因是细胞正常生长、分化所必需细胞癌基因是细胞正常生长、分化所必需 的，是生长发育过程中所不可缺少的。的，是生长发育过程中所不可缺少的。 这些细胞癌基因在发育过程中的一定时间、这些细胞癌基因在发育过程中的一定时间、 一定组织中定量的表达，产生生命活动中所必一定组织中定量的表达，产生生命活动中所必 需的蛋白质，促进某些生命过程的进行，使生需的蛋白质，促进某些生命过程的进行，使生 长发育得以实现。长发育得以实现。 这些细胞癌基因在机体生长发育过程完成这些细胞癌基因在机体生长发育过程完成 后多处于关闭状态，即不表达或低表达。后多处于关闭状态

9、，即不表达或低表达。 一旦在错误的时间，不恰当地点，不适量一旦在错误的时间，不恰当地点，不适量 表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于恶性表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于恶性 转化。转化。 病毒癌基因与细胞癌基因非常相似，主要不 同之处在于： 细胞癌基因：含有内含子或者插入顺序。 病毒癌基因：不含有内含子。 二者在外显子序列中仅有非常微小的差别， 他们的外显子在进化过程非常保守，这表明他 们编码的蛋白质产物在进化上的重要性。 病毒癌基因与细胞癌基因的差别病毒癌基因与细胞癌基因的差别 根据癌基因编码蛋白质功能、性质进行分类。 1 . 蛋白激酶类蛋白激酶类 酪氨酸蛋白激酶： src、fgr、ye

10、s。 丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶： raf、mos、 2 . 生长因子类生长因子类 sis PDGF-2 ； int-2 EGf 的相似物； erb-B EGf 受体 3 . GTP结合蛋白类结合蛋白类 产物具有GTP酶的活性 ras ( H-ras；K-ras ) 4 . 核蛋白类核蛋白类 产物与DNA 结合，与复制启动有关 myc ；fos；jun；erb-A 癌基因的分类癌基因的分类 癌基因的激活机制：癌基因的激活机制： v 点突变（点突变（point mutation） v 病毒诱导与病毒诱导与启动子插入激活启动子插入激活 v 基因扩增（基因扩增（gene amplification）

11、 v 染色体易位或重排染色体易位或重排 (chromosome translocation or recombination) 抗癌基因抗癌基因（antioncogene） v又名抑癌基因 (tumor suppressor gene TSGs ) 、 隐性癌基因隐性癌基因。是一种抑制细胞生长和肿瘤形成 的基因。在生物 体内与癌基因功能相抵抗，共 同保持生物体内正负信号相互作用的稳定。 v已发现10种抗癌基因抗癌基因,如如Rb (Retinoblastoma视网 膜母细胞瘤),p53蛋白 v 许多TSGs产物是细胞周期调节因子或是生 长相关基因的转录抑制子。它的非活性形式能 促进肿瘤生长。 第

12、三节 基因组 v一、基因组的定义 v二、原核生物和真核生物基因组的结构特点 v三、遗传图谱、物理图谱、基因图谱 v四、人类基因组计划 基因组基因组（genomegenome）指细胞或生物体中，一套）指细胞或生物体中，一套完整单倍完整单倍 体体的的遗传物质遗传物质的的总和总和。如人类基因组包含。如人类基因组包含2222条染色体和条染色体和 X X或或Y Y两条两条性染色体上的全部遗传物质（性染色体上的全部遗传物质（核基因组核基因组），）， 以及胞浆线粒体上的遗传物质（以及胞浆线粒体上的遗传物质（线粒体基因组线粒体基因组）。）。 二、原核生物和真核生物基因组的结 构特点 v原核生物基因组的结构特点

13、： v1、基因组较小，平均1kb，大小变化不大 v2、几乎无蛋白质同核酸结合 v3、有操纵子结构 v4、有单拷贝和多拷贝两种形式 v5、有重叠基因 v6、多顺反子 真核生物基因组的结构特点 v1.基因组较大，平均16kb，且变化较大 v2.和蛋白质结合，形成染色体 v3.有重复序列 v4.以单拷贝和多拷贝两种形式存在 v5.基因不连续，编码序列中含有内含子 v6.单顺反子 线粒体基因组（线粒体基因组（mtDNAmtDNA） 1 1、G G、C C 含量含量 较少较少 为为A-TA-T型型DNADNA，有，有A A、T T、G G、C C、m m5 5 C C五种碱基，大多的线粒五种碱基，大多的

14、线粒 体基因组体基因组G G、C C 含量含量 比比A A、T T少。不同生物比例不同少。不同生物比例不同 生物生物 G G、C C 含量含量 生物生物 G G、C C含量含量 人类人类 41% 41% 鸡鸡 49%49% 海胆海胆 45% 45% 果蝇果蝇 22%22% 爪蛙爪蛙 44% 44% 大鼠大鼠 41%41% 脉饱菌脉饱菌 42% 42% 酵母酵母 18%18% 玉米玉米 48% 48% 烟草烟草 51%51% 豌豆豌豆 38% 38% 鲤鱼鲤鱼 43%43% 2 2、浮力密度低、浮力密度低( (核核DNADNA浮力密度为浮力密度为1.781.78） 由于线粒体基因组中存在由于线粒

15、体基因组中存在GCGC较少，所以他的浮力较少，所以他的浮力 密度较低，当与核密度较低，当与核DNADNA在一起离心时，经常位于离在一起离心时，经常位于离 心管中核心管中核DNADNA带的上侧，依此可带的上侧，依此可mtDNAmtDNA的分离提取的分离提取 生物生物 克克/ /厘米厘米3 3 人类人类 1.7051.705 海胆海胆 1.7041.704 爪蛙爪蛙 1.7041.704 蝾螈蝾螈 1.6931.693 豚鼠豚鼠 1.7021.702 绵羊绵羊 1.7031.703 鸭鸭 1.7111.711 兔子兔子 1.7031.703 果蝇果蝇 1.6811.681 蛔虫蛔虫 1.6851.

16、685 3 3、存在状态、存在状态 多数生物的线粒体基因组为裸露双链闭合环状，多数生物的线粒体基因组为裸露双链闭合环状， 个别的如一些绿藻类为裸露的线状个别的如一些绿藻类为裸露的线状 4 4、分子较小、分子较小 动物的线粒体基因组较小，如人类、牛、老鼠等动物的线粒体基因组较小，如人类、牛、老鼠等 都为都为16.5kb16.5kb。长度约为。长度约为5 5微米微米 动物基因组大小动物基因组大小 物种类别物种类别 基因组大小（基因组大小（kbkb） 脊椎动物脊椎动物 15.7-17.515.7-17.5 软体动物软体动物 15.715.7 昆虫昆虫 14.5-17.914.5-17.9 其他动物其

17、他动物 14.4-17.514.4-17.5 原虫原虫 18.5-40.018.5-40.0 真菌真菌 18.9-95.018.9-95.0 植物线粒体基因组大小植物线粒体基因组大小 植物类别植物类别 基因组大小（基因组大小（kbkb） 真菌真菌 18.9-90.018.9-90.0 藻类藻类 15.0-80.015.0-80.0 拟南芥拟南芥 380.0380.0 玉米玉米 570.0570.0 小麦小麦 440.0440.0 豌豆豌豆 240.0240.0 蚕豆蚕豆 190.0190.0 西瓜西瓜 330.0330.0 黄瓜黄瓜 1500.01500.0 甜瓜甜瓜 2400.02400.0

18、 胡芦胡芦 2700.0 2700.0 5 5、数目、数目 动物细胞中线粒体较多，几百个，甚至几万、几动物细胞中线粒体较多，几百个，甚至几万、几 十万个，植物细胞中较少，几百或几千个。十万个，植物细胞中较少，几百或几千个。 一个线粒体中可以有几个或几十个类核区，每个一个线粒体中可以有几个或几十个类核区，每个 类核区含有类核区含有4 45 5个线粒体基因组个线粒体基因组 6 6、两条链不对称、两条链不对称 密度不同密度不同 mtDNAmtDNA的两条链一条富含胸腺嘧啶核苷酸（的两条链一条富含胸腺嘧啶核苷酸（T T）和）和 鸟嘌呤核苷酸（鸟嘌呤核苷酸（G G），叫做重链（），叫做重链（H H）一条

19、富含腺）一条富含腺 嘌呤核苷酸（嘌呤核苷酸（A A）和胞嘧啶核苷酸（）和胞嘧啶核苷酸（C C），叫做轻），叫做轻 链（链（L L），二者浮力密度不同，离心时可以把），二者浮力密度不同，离心时可以把 两条链分开两条链分开 7 7、没有重复序列、没有重复序列 复性动力学研究测定的分子大小与电镜下测定的复性动力学研究测定的分子大小与电镜下测定的 分子大小一致，说明没有重复序列分子大小一致，说明没有重复序列 8 8、基因特点、基因特点 基因较小，排列紧凑基因较小，排列紧凑 基因间无间隔，并不是每个基因都有启动子基因间无间隔，并不是每个基因都有启动子 两条链上都有基因存在，两条链上都有基因存在， 人类以

20、及脊椎动物的线粒体基因组有人类以及脊椎动物的线粒体基因组有2 2个个rRNArRNA基基 因，因，2222个个tRNAtRNA基因基因,13,13个氧化磷酸化过程中的多个氧化磷酸化过程中的多 肽基因基因肽基因基因 动物线粒体基因无内含子，在酵母、植物线粒动物线粒体基因无内含子，在酵母、植物线粒 体基因中发现有内含子体基因中发现有内含子 某些蛋白质或氨基酸与通用密码子不同某些蛋白质或氨基酸与通用密码子不同 有一个有一个D D环，与复制有关。有环，与复制有关。有2 2个复制起点个复制起点 叶绿体基因组叶绿体基因组(cpDNA(cpDNA） 1 1、碱基组成、碱基组成 G G、C C含量为含量为37

21、3738%38%，缺少，缺少5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶 2 2、浮力密度、浮力密度（1.694-1.6981.694-1.698） 与核基因组、线粒体基因组有区别，有的比核基与核基因组、线粒体基因组有区别，有的比核基 因组低，有的比核基因组高，如：因组低，有的比核基因组高，如： 小球藻小球藻 核基因组核基因组1.716 1.716 叶绿体基因组叶绿体基因组1.6921.692 衣藻衣藻 1.707 1.6951.707 1.695 菠菜菠菜 1.694 1.6971.694 1.697 洋葱洋葱 1.691 1.696 1.691 1.696 3 3、存在状态、存在状态 裸露，闭合双链环状结

22、构，缺乏超螺旋裸露，闭合双链环状结构，缺乏超螺旋 4 4、分子大小、分子大小 最小的约最小的约85kb,85kb,最大的约最大的约195kb195kb。一般在。一般在121121 155kb 155kb。长度约。长度约40404545微米，是线粒体基因组的微米，是线粒体基因组的 8 89 9倍。分子量为倍。分子量为85.485.496.796.710106 6道尔顿道尔顿 5 5、数目、数目 多个拷贝，高等植物每个叶绿体中含多个拷贝，高等植物每个叶绿体中含30306060个拷个拷 贝，如甜菜细胞中有贝，如甜菜细胞中有4040个叶绿体，每个叶绿体中个叶绿体，每个叶绿体中 有有4 41818个类核

23、体，每个类核体有个类核体，每个类核体有4 48 8个拷贝个拷贝 cpDNAcpDNA，即每个细胞中约有，即每个细胞中约有60006000拷贝。单细胞藻拷贝。单细胞藻 类如衣藻细胞中有类如衣藻细胞中有50050015001500个拷贝个拷贝 细胞器基因组结构特征 v1.基因组是环状，并有多个拷贝 v2.基因组常以重组产生的序列变异体混合物 的形式存在 v3.绝大多数细胞器基因都进行基因表达 v4.有多个转录起始点，是多顺反子 v5.细胞器可以携带基因组外的质粒 遗传图谱遗传图谱 v遗传图谱（遗传图谱（genetic mapgenetic map）又称连锁图谱）又称连锁图谱(linkage (li

24、nkage map)map)，它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上，它是以具有遗传多态性（在一个遗传位点上 具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆具有一个以上的等位基因，在群体中的出现频率皆 高于高于1%1%）的遗传标记为）的遗传标记为“路标路标”，以遗传学距离，以遗传学距离 （在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组（在减数分裂事件中两个位点之间进行交换、重组 的百分率，的百分率，1%1%的重组率称为的重组率称为1cM1cM）为图距的基因组）为图距的基因组 图。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创图。遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创 造了条件。造了条件。 间期间期 前期

25、前期 I 同源染色体同源染色体 形成配对形成配对 中期中期 I 晚期晚期 I 发生交换发生交换 前期前期 II中期中期 II 晚期晚期 II 末期末期 II 配子配子 n遗传连锁图：通过遗传连锁图：通过 计算连锁的遗传标计算连锁的遗传标 志之间的重组频率，志之间的重组频率， 确定它们的相对距确定它们的相对距 离，一般用厘摩离，一般用厘摩 （cMcM，即每次减数，即每次减数 分裂的重组分裂的重组 频率为频率为1%1%） 表示。表示。 物理图谱物理图谱 v物理图谱（物理图谱（physical map）是指有关构成基）是指有关构成基 因组的全部基因的排列和间距的信息，它是因组的全部基因的排列和间距的

26、信息，它是 通过对构成基因组的通过对构成基因组的DNA分子进行测定而绘分子进行测定而绘 制的。绘制物理图谱的目的是把有关基因的制的。绘制物理图谱的目的是把有关基因的 遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线 性而系统地排列出来。性而系统地排列出来。 基因图谱 v基因图谱是鉴别人类目前认为的全部6万-10 万个基因，其中包括决定各类RNA的基因。 明了基因行使的功能及其在全部基因中所占 的比例，只有弄清全部这些基因以及基因组 中其他序列的结构与功能才是人类基因组计 划的最终目标。人类基因组计划要完成30亿 核苷酸序列图，这也是最高层次和最详尽的 物理图。 人类

27、基因组 v人类基因组计划在绪论中已有所提及，大家 再自己看看书，此为自学内容。 谢 谢 病毒癌基因病毒癌基因 ( virus-oncogene；v-onco ) 指 病毒核酸能够使细胞恶性转化的片断。 原癌基因原癌基因 ( proto-oncogene，pro-onco )即细胞 癌基因 在人类、哺乳动物如大鼠、小鼠，乃 至酵母、果蝇中发现的与肿瘤病毒癌基因的同 源顺序。这种基因是正常的细胞基因，其表达 产物的功能在于维持细胞的正常生长发育。但 是，这种基因一旦被某些因素激活就会转变成 有转化能力的癌基因。 根据癌基因编码蛋白质功能、性质进行分类。 1 . 蛋白激酶类蛋白激酶类 酪氨酸蛋白激酶： src、fgr、yes。 丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶： raf、mos、 2 . 生长因子类生长因子类 sis PDGF-2 ； int-2 EGf 的相似物； erb-B EGf 受体 3 . GTP结合蛋白类结合蛋白类 产物具有GTP酶的活性 ras ( H-ras；K-ras ) 4 . 核蛋白类核蛋白类 产物与DNA 结合，与复制启动有关 myc ；fos；jun；erb-A