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第三章　遗传的分子基础

第 一节、染色体的化学组成和分子结构 第二节、基因的结构与功能 第 三节、 DNA 的复制　　 第四节、基因表达与调控 第五节、基因突变

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DNADNA 是遗传物质是遗传物质

19 世纪 60 年代，认为染色体含 DNA 能引起遗传性状 .

20 世纪初，倾向于染色体中的蛋白质是遗传物质 .

1944 年， Avery 等对肺炎双球菌的转化实验和 Hersey-Chase 的转染实验研究证明了遗传物质是 DNA ，从而奠定了分子遗传学的基础。

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肺炎双球菌的转化实验 肺炎双球菌有中类型：光滑型，有夹膜 致病粗糙型（多糖细胞壁） 非致病 加热灭活的光滑的菌

活的粗糙外观的菌

活的光滑外观的菌

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噬菌体转染实验噬菌体转染实验

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肺炎双球菌的转化实验 噬菌体转染实验噬菌体转染实验

证实遗传物质是证实遗传物质是 DNADNA

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第一节、染色体的化学组成和分子结构第一节、染色体的化学组成和分子结构

一、染色体的化学组成染色体是遗传物质的载体。 DNA （脱氧核糖核酸）其主要化学组成 蛋白质 组蛋白—碱性蛋白，带正电荷 （ H1 、 H2A 、 H2B 、 H3 、 H4 ） 非组蛋白—酸性蛋白，带负电荷

少量 RNA

DNA 和组蛋白的含量接近 1 ： 1 ，比值相对稳定。

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二、 DNA 的结构 DNA 是一种双螺旋生物大分子。 基本结构——核苷酸（ nucleotide ）

磷酸 脱氧核糖 碱基

脱氧核苷

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碱基对： AA=T, GT, G≡CC

嘌呤 Purines

嘧啶 Pyrimidines

胸腺嘧啶 Thymine,T胞嘧啶 Cytosine,C

鸟嘌呤 Guanine,G 腺嘌呤 Adenine,A

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DNA 为两条多核苷酸链相互逆向缠绕的双螺旋结构

小沟

大沟

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三、三、 DNADNA 的结构特征几生物学意义的结构特征几生物学意义 -1-1

双螺旋结构 --- 体现了 遗传物质的稳定性。 碱基互补原则（ A ＝ T 、 G ≡ C ， % 率相同）， 是 DNA 复制、转录和 修复的分子基础。是 分子杂交识别、 DNA

复性的基础。

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DNA 结构特征及生物学意义 -2

半保留复制 --- 遗传物质准确传递的分子基础。

DNA 的 4 种碱基的排列顺序——遗传密码， ----- 储存遗传信息。 43×109 。

双螺旋的沟，尤其是大沟为蛋白质分子结合的场所。

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四、人类基因组— DNA 分子存在形式 基因（ gene ）：是指 D

NA 序列的一个功能片段。 基因组（ genome ）：

一个生物体含有全部 / 完整遗传信息的 DNA 序列。

人类基因组：是指人的所有遗传信息的总合。

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基因组基因组从信息学角度 : 人类基因组是单倍体细

胞所代表的遗传信息 .从细胞遗传学角度 : 是指人体细胞中 24

条染色体 , 即 1~22 号染色体和 X,Y 染色体 .

从分子遗传学角度：是指组成这些染色体的 24 个 DNA 分子（和 Mi DNA ）的总合， 3x109 个核苷酸。 1. 细胞核基因组

人类基因组 2. 线粒体基因组

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1 、细胞核基因组

根据基因组 DNA 的碱基排列顺序重复出现的程度不同，把基因组 DNA 碱基顺序分为：

单一序列 DNA

重复序列 DNA

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1.1 1.1 单一序列单一序列 DNADNA单一序列 DNA(unique sequence) 占 60~65% ，

为单拷贝 / 单一序列，在基因组中只出现一次或很少几次，一般由 800~1000bp 组成，构成编码蛋白和酶的基因，称为结构基因（ strcture gene ）。人类基因组约含有 3.5~4 万个结构基因。

其中一部分可以形成有几个或几十个拷贝的基因家族。

单一序列常常被重复序列分割开来。

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1.2 1.2 重复序列重复序列 DNADNA 重复序列 (repetitive sequence ）指在基因组中有

多个拷贝的 DNA 序列， >30% ，有些与染色体结构有关，如：端粒 (TAAGGG)n ，但大多数生物学功能有待研究。

高度重复序列 卫星 DNA (2~200bp,106~108,10-30%)

反向重复序列

中度重复序列 短分散元件 (short interspersing element, SINE)

长分散元件 (Long interspersing element ,LINE)

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1.2.1 卫星 DNA (satellite DNA)

是指 DNA 在氯化铯（ CsCl ）密度梯度离心中，当重复序列的 GC 与 AT 的比例有差异， GC 的含量少于 AT 时，可在 DNA 主峰旁形成一个伴随峰，即卫星 DNA 。 小卫星 (6-25bp ，串联重复 ) 微卫星 (2-6bp ， 串联重复 )作用： 构成染色体的着丝粒、端粒、 Y 染色体长臂上的异染色质区；

高度重复序列不能转录，形成结构基因的间隔； 参与维持染色体的结构，与减数分裂联会有关。

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1.2.2 反向重复序列 反向重复序列 (inveted repeat sequence ) 是两个顺序

相同的互补拷贝在同一条 DNA 链上反向排列而成的，两个互补拷贝可以形成链内碱基互补配对，形成十字状结构，这是两个互补序列之间有一段间隔序列所致。

如果两个互补序列之间没有间隔， 而是 串联，称为回文结构 （ palindrome ） 占 5% 。长约 300bp ，间隔 12kb 功能： 构成终止子，参与结构基因 的 调控。

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1.2.3 短分散元件 (SINE)(SINE)

300~500bp ， >105

如： Alu 序列 : 300bp ，序列中含有一个 Alu 酶切位点—— AGG ，能将其切为两个片段，故称 Alu 序列。是人类基因组特有的含量丰富的中度重复序列， 30~50 万拷贝。

功能： ① 可能与基因转录的调节有关； ②hmRNA 的加工有关； ③DNA 复制的启动有关。

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1.2.4 长分散元件（ LINE ） 5000 ～ 7000bp ， 102～ 104

如： Kpnl 家族

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1.3 多基因家族多基因家族（ multigene famly ）：是指

由一个祖先基因经过重复和变异所形成的一组基因。

特点：微小差别，行使相同功能。 一条染色体上分布 几条不同的染色体上

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基因簇（基因簇（ Gene clusterGene cluster ））

一个基因产生多次拷贝，顺序几乎相同，成簇地排列在一条染色体上，形成一个基因簇。

同时发挥作用，合成某些蛋白。如人HLA 系统， 7 个连锁基因座位分布于 6p 。

A—B—C—D—DR—DQ—DP

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分布于几条不同的染色体上分布于几条不同的染色体上

一个多基因家族中不同成员成簇分布于几条不同的染色体上，编码一组关系密切的蛋白。如：

α 珠蛋白基因簇， 5 个相关基因，长 800bp 。 16chr 。

5’—ζ—ψζ—ψα1—α2—α1—3’

β 珠蛋白基因簇， 6 个相关基因， 1700bp 。 11chr 。

5‘—ε—Aγ/Gγ—ψβ1—δ--β—3‘

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1.4 假基因

假基因 （ pseudogene ）是指在多基因家族中，某些成员在进化过程中获得一个或多个突变而丧失了产生蛋白产物的能力，这类基因称为假基因。

如： ψζ 、 ψα 、 ψβ

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2 、线粒体基因组 是独立于细胞核染色

体外的另一基因组，能自主复制。

闭环双链 DNA 分子 含有 37 个基因 ,1656

9bp （ 2 个 rRNA 基因、 22tRNA 基因和13 个多肽基因）

基因密度大，无内含子

母系遗传