第2章-遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

第2章遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳學(xué)在微觀水平的深入基因的化學(xué)基礎(chǔ)是什么？遺傳的染色體理論認(rèn)為：基因位于細(xì)胞核內(nèi)染色體上；染色體的主要化學(xué)成份——蛋白質(zhì)和核酸何者為基因的化學(xué)基礎(chǔ)？“蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)”觀點及其主要論據(jù)?；蚧瘜W(xué)本質(zhì)的條件：具有三種功能。遺傳功能(復(fù)制與世代傳遞)；表型功能(具有適當(dāng)?shù)目刂菩誀畹谋磉_機制)；進化功能(能夠產(chǎn)生變異滿足生物進化的要求)。三個學(xué)派E.Schr?dinger(1945)(薛丁格)：Whatislife?二十世紀(jì)，由于物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)研究工作者的加入，在生物學(xué)與遺傳學(xué)研究領(lǐng)域形成了三個學(xué)派：物理學(xué)——結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)學(xué)派；化學(xué)——生化——生化學(xué)派；數(shù)學(xué)——信息——信息學(xué)派。埃爾文·薛定諤第2章遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)第一節(jié)遺傳物質(zhì)第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)第三節(jié)基因的結(jié)構(gòu)特征第四節(jié)染色質(zhì)與染色體第五節(jié)細(xì)胞分裂第一節(jié)遺傳物質(zhì)－核酸一、細(xì)菌的轉(zhuǎn)化二、噬菌體的侵染三、感染性的RNA四、DNA是遺傳物質(zhì)的旁證一、細(xì)菌的轉(zhuǎn)化S型（光滑型）：多糖組成莢膜，分SI,SII,SIII，有毒性。R型（粗糙型）：無莢膜，分RI,RII,RIII，無毒性。1928年，英國Griffth的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗1944年Avery等，將加熱殺死的SⅢ型細(xì)菌濾過液分離純化，提取了多糖、脂類、RNA、蛋白質(zhì)、DNA等物質(zhì)。證明轉(zhuǎn)化因子是DNA的實驗二、噬菌體侵染與繁殖試驗1.背景知識噬菌體侵染與繁殖基本過程：T2噬菌體浸染大腸桿菌后，遺傳物質(zhì)進入細(xì)菌細(xì)胞；利用大腸桿菌的遺傳復(fù)制系統(tǒng)復(fù)制噬菌體遺傳物質(zhì)；利用大腸桿菌的遺傳信息表達系統(tǒng)合成噬菌體組件；最后組裝形成完整的T2噬菌體。因此只要弄清侵染時進入細(xì)菌的是噬菌體的哪一部分，就可能證明哪種物質(zhì)是遺傳信息的載體。另外：S存在于蛋白質(zhì)中，但DNA中沒有；

P是DNA的組成部分，但不存在于蛋白質(zhì)中。2.Hershey和Chase的實驗結(jié)果與結(jié)論試驗結(jié)果表明：主要是由于DNA進入細(xì)胞內(nèi)才產(chǎn)生完整的噬菌體；結(jié)論：DNA才是(噬菌體的)遺傳物質(zhì)。題外話：由于放射性標(biāo)記法(也稱為示蹤原子法)，當(dāng)時為人們普遍采用；同時由于核酸研究及其它相關(guān)的成果，本試驗結(jié)果很快得到人們的廣泛認(rèn)同。三、煙草花葉病毒拆合試驗煙草花葉病毒(TMV)是由RNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成的管狀微粒：中心是單鏈螺旋RNA、外部是蛋白質(zhì)外殼。1.拆分感染試驗：將TMV的RNA與蛋白質(zhì)分離、提純；分別接種煙葉，發(fā)現(xiàn)RNA能使煙葉致病，而蛋白質(zhì)不能；用RNA酶處理RNA后接種煙葉也不能致病，表明RNA可能就是TMV的遺傳物質(zhì)。四、DNA是遺傳物質(zhì)的旁證1、細(xì)胞核中DNA的含量恒定性；2、細(xì)胞核中DNA在各個時期質(zhì)的恒定性；3、配子中DNA含量一般是體細(xì)胞中DNA含量的一半，蛋白質(zhì)和其他物質(zhì)則否；4、紫外線誘變作用與DNA的關(guān)系。第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)從遺傳現(xiàn)象來看，作為遺傳物質(zhì)應(yīng)滿足的條件：（1）自我復(fù)制的能力（2）相對的穩(wěn)定性（3）多樣性（4）可變性第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)一、DNA和RNA的化學(xué)組成二、DNA的結(jié)構(gòu)三、RNA的結(jié)構(gòu)一、DNA和RNA的化學(xué)組成核苷酸堿基戊核榶磷酸TACGUDNA中RNA中脫氧核糖（DNA中）核糖（RNA中）二、DNA的結(jié)構(gòu)1、DNA的一級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)3、DNA的高級結(jié)構(gòu)1、DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的一級結(jié)構(gòu)：

指DNA分子中4種核苷酸的連接方式和排列順序。絕大部分生物的DNA分子都由兩條單鏈構(gòu)成，通常以線性和環(huán)狀的形式存在。Chargaff當(dāng)量定律：

1943年，英國的Chargaff發(fā)現(xiàn)雖然不同的DNA其堿基組成顯著不同，但A和T，G和C的摩爾含量總是相等的，即[A]=[T]、[G]=[C]，因此，嘌呤的總含量和嘧啶的總含量是相等的，即A+G=C+T。1、DNA的一級結(jié)構(gòu)RosalindE.Franklin

(1920–1958)JamesD.Watson(1928–)

(ColdSpringHarborLaboratoryResearchLibraryArchives.MargotBennet,photographer.)FrancisCrick(1916–2004)(ReproducedbypermissionofHerbWeitman,WashingtonUniversity,St.Louis,Missouri.)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)莫利斯·威爾金斯（MauriceWilkins,1916-）DNA分子結(jié)構(gòu)的研究1.鮑林研究小組2.威爾金斯、富蘭克林研究小組3.沃生、克里克研究小組鮑林研究小組主要工作：鮑林(Pauling)等1951年(提出蛋白質(zhì)α-螺旋模型后)開始研究DNA分子結(jié)構(gòu)。根據(jù)阿斯伯利Astbury等1938年獲得的DNA分子晶體X射線衍射圖像(顯示DNA分子晶體呈螺旋結(jié)構(gòu))進行研究。提出DNA分子三鏈螺旋結(jié)構(gòu)模型：引入多鏈、螺旋和氫鏈等概念。評價：雖然他們提出的模型并不正確，但是其研究方向和所采用的方法卻為DNA分子結(jié)構(gòu)模型研究確立了方向。注：1954年鮑林因研究物質(zhì)聚合力而獲得諾貝爾化學(xué)獎。威爾金斯、富蘭克林研究小組Wilkins和Franklin改進了DNA分子晶體X射線衍射圖譜技術(shù)；于1951年獲得了更為清晰的圖像；結(jié)果表明：

堿基位于螺旋內(nèi)側(cè)而磷酸基團在外側(cè)，

同時測得了DNA螺旋的直徑和螺距。3.沃生、克里克研究小組Waston、Crick(1951-1953)：研究手段非常簡單：用紙板等做磷酸、核糖和堿基模型，拼湊DNA分子的三維結(jié)構(gòu)。理論知識深厚、富于創(chuàng)造性；視野廣闊、收集信息全面并善于分析利用。J.D.WatsonF.H.C.Crick沃生、克里克研究小組主要基于Chargaff、Pauling和Wilkins等三個方研究成果，Waston和Crick于1953年提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型?，F(xiàn)在人們公認(rèn)這是分子遺傳學(xué)建立的標(biāo)志。為此Waston，Crick和Wilkins于1962年獲得了諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎?？破兆骷褾reeland和Judson把發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)稱為創(chuàng)世紀(jì)的第八天。Crick和watson就是這“第八天”的開創(chuàng)者，是他們打開了分子生物學(xué)的大門，人類社會為之一變。2、DNA的二級結(jié)構(gòu)DoublehelicalstructureofDNA.

(a)DNAmagnifiedtwenty-fivemilliontimesbyscanningtunnelingmicroscopy.(b)Componentparts.(c)Linedrawing.

([a].JohnD.Baldeschweiler.)DNA分子是同兩條多核苷酸鏈構(gòu)成的，兩條鏈圍繞著同一軸盤繞，形成一個反向平行的雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條鏈由堿基對之間的氫鍵互補連接在一起。雙螺旋結(jié)構(gòu)使DNA分子有相對的穩(wěn)定性，兩條鏈的反向極性和互補性提供了DNA分子自我復(fù)制的條件，無盡的核苷酸排列序列規(guī)定了DNA的多樣性。DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點1.主鏈：兩條長鏈反向平行，螺旋而成螺旋直徑為2nm2.右手螺旋、反向平行（antiparallel）3.內(nèi)側(cè)是扁平的盤狀堿基、兩條鏈的堿基以氫鍵與互補堿基相連A＝T；C≡G、4.每個螺旋長3.4nm，10bp，直徑2nm、上下堿基對相距0.34nm5大溝（majorgroove）和小溝（minorgroove）小溝大溝3、DNA的高級結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進一步扭曲盤旋所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA高級結(jié)構(gòu)的主要形式，分為負(fù)超螺旋和正超螺旋兩種。

三種類型DNA雙螺旋的比較

類型螺旋方向螺距(nm)每圈bp數(shù)螺旋直徑骨架走行存在條件A型右手螺旋2.311變寬平滑體外脫水B型右手螺旋3.4102nm平滑隨機DNA生理條件下Z型左手螺旋4.512變窄鋸齒型CG間隔排列區(qū)段堿基排列順序的多樣性和穩(wěn)定性DNA分子是由A-T和C-G兩種bp連接起來的，每個DNA分子一般有成千上萬個bp。假設(shè)DNA分子長1000bp，就可能有41000種不同的排列形式，41000種不同的分子結(jié)構(gòu)。反映出來的就可能是41000種不同性質(zhì)的基因。對特定的生物體來說，DNA分子中的堿基順序通常是保持不變，這樣才能保持該遺傳特性的穩(wěn)定。只有在特殊的條件下，改變其堿基順序或用堿基類似物代替某一堿基時，才出現(xiàn)可遺傳的變異（突變）。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的意義DNA雙螺旋模型結(jié)構(gòu)同時表明：DNA復(fù)制的明顯方式——半保留復(fù)制，之前對復(fù)制方式人們對一無所知。基因和多肽成線性對應(yīng)的一個可能的理由：DNA中的遺傳信息就是堿基序列；并存在某種遺傳密碼(geneticcode)，將核苷酸序列譯成蛋白質(zhì)氨基酸順序。在其后的幾十年中，科學(xué)家們沿著這兩條途徑前進，探明了DNA復(fù)制、遺傳信息表達與中心法則等內(nèi)容。三、RNA的結(jié)構(gòu)絕大部分RNA以單鏈形式存在，但可折疊起來形成若干雙鏈區(qū)域。這些區(qū)域內(nèi)，互補的堿基對間可形成氫鍵。一些以RNA為遺傳物質(zhì)的動物病毒含有雙鏈RNA。1、信使RNA（mRNA）2、核糖體RNA（rRNA）3、轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）1、信使RNA（mRNA）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的單鏈RNA，作為蛋白質(zhì)合成的模板，有蛋白質(zhì)中氨基酸序列的信息。mRNA約占細(xì)胞內(nèi)RNA總量的5%~10%，其壽命通常不很長，易被RNA酶降解。原核生物和真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)差別：在原核生物中，通常是幾種不同的mRNA連在一起，相互之間由一段短的不編碼蛋白質(zhì)的間隔序列所分開，這種mRNA稱這為多順反子mRNA；在真核生物中，mRNA則為一條RNA多聚鏈。在真核生物中，轉(zhuǎn)錄形成的RNA中，含由大量非編碼序列，大約只有25％RNA經(jīng)加工成為mRNA，最后翻譯為蛋白質(zhì)。未經(jīng)加工的前體mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差別很大，所以通常稱為不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA，hnRNA)。真核生物mRNA有一些共同的結(jié)構(gòu)特征，如：5‘端有一個特殊的帽子結(jié)構(gòu)，即7-甲基鳥苷；3’末端具有多聚腺嘌呤尾巴（長約200nts)。2、tRNA如果說mRNA是合成蛋白質(zhì)的藍圖，則核糖體是合成蛋白質(zhì)的工廠。

由于合成蛋白質(zhì)的原材料—20種氨基酸與mRNA的堿基之間缺乏特殊的親和力。

因此，必須用一種特殊的RNA—轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)把氨基酸搬運到核糖體上，tRNA能根據(jù)mRNA的遺傳密碼依次準(zhǔn)確地將它攜帶的氨基酸連結(jié)成多肽鏈。

每種氨基酸可與1－4種tRNA相結(jié)合，現(xiàn)在已知的tRNA的種類在40種以上，約占細(xì)胞內(nèi)RNA總量的10%~15%。tRNA是最小的RNA。其分子量約為27000(25000－30000)，由70到90個核苷酸組成。1969年以來，研究了來自各種不同生物，如：酵母、大腸桿菌、小麥、鼠等的十幾種tRNA的結(jié)構(gòu)，證明它們的堿基序列都能折疊成三葉草葉型(圖3－22)。

tRNA的結(jié)構(gòu)的共性(圖3－23)：5’端之末具有G(大部分)或C。3’端之末都以ACC的順序終結(jié)。有一個富有鳥嘌呤的環(huán)。有一個反密碼子環(huán)，其的頂端有三個暴露的堿基，稱為反密碼子。這一個反密碼子可以與mRNA鏈上同自己互補的密碼子配對。有一個胸腺嘧啶環(huán)。3、rRNA核糖體RNA，它是組成核糖體的主要成分，而核糖體則是合成蛋白質(zhì)的中心。rRNA約占細(xì)胞中RNA總量的75%~80%。原核生物的核糖體所含的rRNA，有5S、16S及23S等三種。S為沉降系數(shù)(sedimentationcoefficient)，當(dāng)用超速離心測定一個粒子的沉淀速度時，此速度與粒子的大小直接成比例。真核生物的核糖體，含有4種rRNA和約80種蛋白質(zhì)。四種rRNA為5S、5.8S、18S和28S。rRNA是單鏈，它包含不等量的A與U、G與C，但是有廣泛的雙鏈區(qū)域。在雙鏈區(qū)，堿基因氫鍵相連，表現(xiàn)為發(fā)夾式螺旋。rRNA在蛋白質(zhì)合成中的功能尚未完全明了。但16S的rRNA3’端有一段核苷酸序列與mRNA的前導(dǎo)序列是互補的，這可能有助于mRNA與核糖體的結(jié)合。除了上述三種主要的RNA外，還有小核RNA(smallnuclearRNA，snRNA)是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中RNA剪接體(spliceosome)的主要成份。另外，還有端體酶RNA(telomeraseRNA)，它與染色體末端的復(fù)制有關(guān)；以及反義RNA(antisenseRNA)，它參與基因表達的調(diào)控。上述各種RNA分子均為轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，mRNA最后翻譯為蛋白質(zhì)，而rRNA、tRNA及snRNA等并不翻譯，其終產(chǎn)物即為RNA。第三節(jié)基因的結(jié)構(gòu)特征一、基因的概念發(fā)展二、基因的一般結(jié)構(gòu)特征三、真核生物基因組的特點一、基因概念的發(fā)展1909年“基因”1865年“遺傳因子”1910年“定位于染色體上”1944年“轉(zhuǎn)化實驗”1952年“T2噬菌體侵染實驗”1926年《基因論》基因的化學(xué)本質(zhì)是DNA1908年“苯丙酮尿癥”1941年“一個基因一種酶”順反子學(xué)說：“一個基因一條多肽鏈”1961年“操縱子”學(xué)說1951年“轉(zhuǎn)座子”的概念1967年“插入序列”1977年“斷裂基因”1978年內(nèi)含子與外顯子、重疊基因二、基因的一般結(jié)構(gòu)特征（一）外顯子與內(nèi)含子（二）信號肽序列（三）側(cè)翼序列和調(diào)控序列真核生物基因的一般結(jié)構(gòu)示意圖GC盒AGGA或CAAT盒內(nèi)含子加帽位點5‘m2GpppNp5‘非編碼區(qū)起始密碼子信號肽序列內(nèi)含子邊界5‘GT外顯子終止密碼子加poly(A)信號3‘非編碼區(qū)內(nèi)含子邊界3‘AGTATA盒（一）外顯子與內(nèi)含子真核生物結(jié)構(gòu)基因是斷裂基因，一般由若干個外顯子和內(nèi)含子組成。內(nèi)含子在原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工過程中被切除，不包含在成熟mRNA的序列中。GT-AG法則：

在每個外顯子和內(nèi)含子的接頭區(qū)，有一段高度保守的共有序列，即每個內(nèi)含子的5‘端起始的2nts(nontranscribedspacer)都是GT，3’末端的2nts都是AG。（二）信號肽序列在分泌蛋白基因的編碼序列中，在起始密碼子之后，有一段編碼富含疏水氨基酸多肽的序列，稱為信號肽序列，它所編碼的信號肽行使著運輸?shù)鞍踪|(zhì)的功能。信號肽序列在完成分泌過程后將被切除，不留在新生的多肽鏈中。（三）側(cè)翼序列和調(diào)控序列每個結(jié)構(gòu)因子在第一個和最后一個外顯子的外側(cè)，都有一段不被轉(zhuǎn)錄和翻譯的非編區(qū)，稱為側(cè)翼序列。其中從轉(zhuǎn)錄起始位點至起始密碼子稱為5‘非翻譯區(qū)，從終止密碼子至轉(zhuǎn)錄終止子稱為3‘非翻譯區(qū)。側(cè)翼序列雖不被轉(zhuǎn)錄和翻譯，但它常常含有影響基因表達的DNA序列。對基因的有效表達起著調(diào)控作用的特殊序列被統(tǒng)稱為調(diào)控序列。1、啟動子2、增強子和沉默子3、終止子4、加尾信號5、核糖體結(jié)合位點1、啟動子★是指準(zhǔn)確而有效地啟始基因轉(zhuǎn)錄所需的一段特異的核苷酸序列。轉(zhuǎn)錄起始位點(+1位)下游區(qū)域為正區(qū)，上游區(qū)域為負(fù)區(qū)。啟動子通常位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游100bp(-100bp)內(nèi)，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的位點。TATA框（-19--27bp）、CAAT框（-70---80bp）、GC框（-40---110bp）2、增強子和沉默子增強子也是一種基因調(diào)控序列，它可使啟動子發(fā)動轉(zhuǎn)錄的能力大大增強，從而顯著地提高基因轉(zhuǎn)錄的效率。增強子的作用與它所處的位置、方向及與基因的距離無關(guān)。具有組織特異性和細(xì)胞特異性。沉默子：通過與有關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)合，對轉(zhuǎn)錄起阻抑作用，根據(jù)需要關(guān)閉某些基因的轉(zhuǎn)錄，可以遠距離作用于啟動子。其對基因的阻遏作用沒有方向的限制。3、終止子是一段位于基因3‘端非翻譯區(qū)（UTL）中與終止轉(zhuǎn)錄過程有關(guān)的序列，由一段富含GC的顛倒重復(fù)序列以及寡聚T組成，是RNA酶停止工作的信號。4、加尾信號真核生物mRNA的3‘Poly(A)尾巴不是由基因編碼，是在轉(zhuǎn)錄后通過多聚腺苷酸聚合酶作用加上的。此過程受3’UTL中加尾信號的控制。5、核糖體結(jié)合位點SD序列（shine-dalgarnosequence)：在原核生物基因翻譯起始位點周圍有一組特殊的序列，控制著基因的翻譯過程，SD是其中主要的一種。SD序列在細(xì)菌mRNA起始密碼子AUG上游10個堿基左右處，有一段富含嘌呤的堿基序列，能與細(xì)菌16SrRNA3’端識別，幫助從起始AUG處開始翻譯。三、真核生物基因組的特點（一）基因組和C值（二）單一序列（三）重復(fù)序列（四）基因家族和假基因（一）基因組和C值1、基因組狹義：單倍體細(xì)胞中的全套染色體（人：22條常染色體+X，Y+線粒體DNA）廣義：一物種的全部遺傳物質(zhì)及其攜帶的遺傳信息。詳細(xì)內(nèi)容參見第八章基因組學(xué)2、C值與C值矛盾C值（Cvalue）：每一種生物中的單倍體基因組的DNA總量是特異的，稱這為C值。一般來說，C值與生物結(jié)構(gòu)、功能復(fù)雜程度相關(guān)，即表現(xiàn)在基因數(shù)目和基因產(chǎn)物的種類上。不同生物基因組的C值注：基因組的長度由公式10bp=3.4nm計算出基因組DNA含量與物種形態(tài)復(fù)雜性并不對應(yīng)C值矛盾C值的大小與物種的結(jié)構(gòu)組成和功能的復(fù)雜性沒有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，這種現(xiàn)象稱為C值矛盾。兩棲類動物，例如兩棲鯢的C值是84，其c值竟然比包括人類(3.2)在內(nèi)的哺乳類的c值還高近30倍。牛與人的DNA含量相等。而豌豆與蠶豆均屬豆科，又都有12條染色體，可是DNA含量卻相差7倍。一些主要模式生物基因的數(shù)目（二）單一序列UniqueSequence又稱非重復(fù)序列（nonrepetitivesequence）是指在基因組中只有一個或幾個拷貝的DNA序列。原核生物除了短片段的反向重復(fù)序列以及16S、23S、5SrRNA和tRNA基因外，皆為單一序列。真核生物單一序列所占的比例為40%~70%。動物基因組中將近50%DNA是單一序列，真核基因組中大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因是單拷貝的，如果蠅的α4-微管蛋白(tubulin)基因，雞的α2I型膠原蛋白(collagen)基因，卵清蛋白基因以及蠶的絲心蛋白，血紅蛋白和珠蛋白基因等。（三）重復(fù)序列Repetivesequence重復(fù)序列的長短：短的僅有幾個甚至兩個核苷酸，長的有幾百至上千個核昔酸：重復(fù)程度：多的可在基因織中出現(xiàn)幾十萬到幾百萬次，稱為高度重復(fù)序列，另外一些序列重復(fù)幾十到幾千次，稱為中度重復(fù)序列。分布：成簇存在于DNA某些部位，或分散分布于整個基因組。中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列在真核生物基因組中占25%-40%，分散地分布于整個基因組的不同部位。根據(jù)重復(fù)單位的片段長度和拷貝數(shù)的不同，中度重復(fù)序列可分為二種類型：短分散重復(fù)序列

(SINEs)，長分散重復(fù)序列(LINEs)。SINEs的重復(fù)單位的長度為300-500bp，拷貝數(shù)可達105以上。如Alu家族(Alufamily)是人類及哺乳動物基因組中十分典型的短分散重復(fù)序列LINEs的重復(fù)單位長度為5000-7000bp，重復(fù)次數(shù)為102-105次。例如人類的KpnI家族(KpnIfamily)和哺乳動物的LINE1家族。高度重復(fù)序列就是在基因組中存在大量拷貝的序列，其重復(fù)次數(shù)高達106-108。（通常這些序列是由很短的堿基組成的，長度為2-200bp。衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)：有些高度重復(fù)序列常含有異常高或低的GC含量，當(dāng)基因組DNA被切斷成數(shù)百個堿基對的片段進行氯化銫密度梯度超離心時，這些重復(fù)序列片段常在主要DNA帶的前面或后面形成一個次要的DNA區(qū)帶，這些小的區(qū)帶就象衛(wèi)星一樣圍繞著DNA主帶?？勺償?shù)目串聯(lián)重復(fù)序列(variablenumbertandemrepeats，VNTR)：在衛(wèi)星DNA中有一類以少數(shù)核苷酸為單位多次串聯(lián)重復(fù)的DNA序列，以6-25個核苷酸為核心序列(coresequence)的串聯(lián)重復(fù)序列稱為小衛(wèi)星DNA，以2-6個核苷酸串聯(lián)重復(fù)序列稱為微衛(wèi)星DNA。小鼠DNA經(jīng)CsCl密度梯度離心顯示出主帶和衛(wèi)星DNA帶（四）基因家族和假基因1、基因家族Genefamily真核生物基因組中有許多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，這樣的一級基因稱為一個基因家族?；虼谿enecluster：基因家族的基因成員緊密連鎖，成簇狀集中排列在同一條染色體的某一區(qū)域。如:高等真核生物的28S、18S和5.8SrRNA；tRNA基因；珠蛋白基因家族。2、假基因在多基因家族中，某些成員并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，但在結(jié)構(gòu)和DNA序列上與相應(yīng)的活性基因具有相似性，這類基因稱為假基因。假基因與有功能的基因有同源性，起初可能是有功能的基因，但由于缺失、倒位或突變等原因使該基因失去活性成為無功能基因。人類基因組結(jié)構(gòu)編碼DNA90Mb人類基因組3000Mb基因和基因相關(guān)序列900Mb非編碼DNA810Mb擬基因基因片段內(nèi)含子前導(dǎo)區(qū)尾區(qū)基因外序列2100Mb重復(fù)DNA420Mb單拷貝和低拷貝DNA1680Mb串聯(lián)重復(fù)散在重復(fù)衛(wèi)星DNA小衛(wèi)星DNA微衛(wèi)星DNALTR元件LINESINEDNA轉(zhuǎn)座子第四節(jié)染色質(zhì)與染色體一、染色質(zhì)的化學(xué)組成二、染色質(zhì)的類型三、染色質(zhì)包裝的結(jié)構(gòu)模型四、染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和數(shù)目五、核型分析與染色體顯帶

異染色質(zhì)，異染色質(zhì)區(qū)

染色很深的區(qū)段染色質(zhì)常染色質(zhì)，常染色質(zhì)區(qū)

染色很淺的區(qū)段（核酸的緊縮程度及含量不同，異染色質(zhì)的復(fù)制時間總是遲于常染色質(zhì)）異固縮現(xiàn)象

一、染色質(zhì)的化學(xué)組成真核生物相比，原核生物的染色體要簡單得多，其染色體通常只有一個核酸分子(DNA或RNA)。大腸桿菌的染色體DNA分子伸展有1200μm長，細(xì)菌直徑1－2μm原核生物的染色體結(jié)構(gòu)模型

真核生物染色體

染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。DNA與組蛋白是染色質(zhì)的穩(wěn)定成分。染色質(zhì)DNA:30%(重量)RNA:少量組蛋白：1H1、2H2A、2H2B、2H3和2H4非組蛋白：少量染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位

核小體：2H2A、2H2B、2H3、2H4----八聚體。連接絲：串聯(lián)兩個核小體。

1H1：結(jié)合于連接絲與核小體的接合部位。核小體結(jié)構(gòu)模型一個核小體及其連接絲約含180－200bp約146bp盤繞在核小體表面1.75圈，其余bp為連接絲，其長度變化較大，從短的8bp到長的114bp。corehistoneandnucleosome螺線管核小體與串珠結(jié)構(gòu)DNA→ChromosomePacking染色質(zhì)狀態(tài)與長度和寬度變化寬度增加長度壓縮第一級DNA+組蛋白

核小體5倍7倍第二級核小體

螺線體3倍6倍第三級螺線體

超螺線體13倍40倍第四級超螺線體

染色體2.5-5倍5倍500-1000倍8400倍

(8000-10000)組蛋白、非組蛋白組蛋白組蛋白有5種：H1；H2A、H2B、H3、H4在功能上分為核心組蛋白(corehistone)和H1組蛋白兩組。非組蛋白(nonhistone)主要是序列特異性DNA結(jié)合蛋白。主要包括：與DNA和組蛋白的代謝、復(fù)制、重組、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等密切相關(guān)的各種酶類；形成染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的支架蛋白；具有基因調(diào)控作用的高遷移率蛋白(HMGprotein)。此外，還有一類可促進DNA包裝進精子頭部的魚精蛋白。二、染色質(zhì)的類型常染色質(zhì)(euchromatin)是指在間期細(xì)胞核內(nèi)，對堿性染料著色淺、染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低、處于較為伸展?fàn)顟B(tài)的染色質(zhì)，多存在于核質(zhì)中。構(gòu)成常染色質(zhì)的DNA主要是單一序列DNA和中度重復(fù)序列DNA。異染色質(zhì)(heterochromatin)是指在間期細(xì)胞核內(nèi)，對堿性染料著色深、染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高、處于聚縮狀態(tài)的染色質(zhì)，常以高度有序的結(jié)構(gòu)形式存在于細(xì)胞核周邊部位。異染色質(zhì)又分為：結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)(constructiveheterochromatin)兼性異染色質(zhì)(facultativeheterochromatin)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)(constructiveheterochromatin)是指在整個細(xì)胞周期中，除復(fù)制以外，均處于聚縮狀態(tài)，DNA包裝在整個細(xì)胞周期中基本沒有較大變化的異染色質(zhì)。具有如下特征：

⑴主要由相對簡單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成；⑵具有顯著的遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；⑶占有較大部分核DNA，在功能上參與染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成，作為核DNA的轉(zhuǎn)座元件，可引起遺傳變異。兼性異染色質(zhì)(facultativeheterochromatin)是指在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段，由原來的常染色質(zhì)聚縮，并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性而變?yōu)楫惾旧|(zhì)的染色質(zhì)。兼性異染色質(zhì)的總量常隨不同細(xì)胞類型而變化，染色質(zhì)通過緊密折疊壓縮可能是關(guān)閉基因活性的一種途