医学遗传学

基因（gene） 是细胞内遗传物质的结构和功能单位，它以脱氧核糖核酸（DNA） 化学形式存在于染色体上。

第一节 基因的概念 一个基因决定一种酶 → →一个基因一种蛋白质 →→一个基因一条多肽链 现代遗传学认为，基因是决定一定功能产物的DNA序列。 一个基因的结构除了编码特定功能产物的DNA序列外， 还包括对这个特定产物表达所需的邻接DNA序列。

第二节 基因的化学本质 在整个生物界中，绝大部分生物（包括人类）基因的化学本质是DNA；在某些仅含有RNA和蛋白质的病毒中，基因的化学本质是RNA。

一、DNA分子组成 DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸 每个脱氧核苷酸由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基组成。 碱基有4种：腺嘌吟（A）、鸟嘌岭（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）

核苷酸结构

二、DNA分子结构

Watson和Crick（1953）提出了DNA分子的双螺旋结构模型： DNA由两条碱基互补的、反向平行排列的脱氧多核苷酸单链所组成，一条是5′→3′方向，另一条是3′→5′方向，碱基互补的方式是A与T或T与A，C与G或G与C相对应； 绝大多数DNA分子的两条互补链围绕一“主轴”向右盘旋形成双螺旋结构； 4种碱基（A、T、G、C）的排列顺序在不同的DNA分子中各不相同，储存着各种生物性状的遗传信息； 双螺旋的表面形成两条凹槽，一面宽而深，为深沟；另一面狭而浅，为浅沟。这两条沟，对有特定功能的蛋白质识别并调节DNA双螺旋结构上的遗传信息非常重要； 由于DNA链通常很长，所包含的碱基很多，碱基排列顺序的组合方式是无限的，可以形成多种不同的DNA分子。

第三节 人类基因和基因组的结构特点 一、基因的结构 真核生物基因的编码序列往往被非编码序列所分割，呈现断裂状的结构，故而也称断裂基因（split gene）。 编码序列称为外显子（exon），间隔的非编码序列称为内含子（intron）。

断裂基因的结构

基因的分类 单一基因 基因家族 拟基因 串联重复基因 β珠蛋白基因家族和假基因

二、基因组的组成 单拷贝序列：在基因组中仅有单一拷贝或少数几个拷贝，长度在800～1000bp之间，其中有些是编码细胞中各种蛋白质和酶的结构基因，占到人类基因组的大多数。 重复多拷贝序列：简单序列DNA 中度重复DNA

简单序列DNA（simple-sequence DNA） 以小于200bp的小片段为单位串联重复很多次，约占整个基因组的10％～15％，多位于染色体的异染色质区。 中度重复DNA（intermediate repeat DNA） 约占整个基因组的25％～40％，以不同的量分布于整个基因组的不同部位。

人类基因组的组织结构

第四节 基因的生物学特性 一、遗传信息的储存单位 遗传密码 在DNA的脱氧核苷酸长链上，每三个相邻的碱基序列构成一个遗传密码，每个密码能编码一种氨基酸。

遗传密码表

遗传密码的特性 遗传密码的通用性 遗传密码的简并性 起始密码和终止密码

二、基因通过自我复制保持遗传的连续性 基因具有自我复制（self-replication）的重要特性 复制发生在细胞分裂周期的S期，DNA双螺旋结构解旋为两条单股的多核苷酸链，以DNA分子自身的每一股单链为模板进行自我复制合成新的DNA分子。

DNA链的复制过程特点 互补性 半保留性 反向平行性 不对称性 不连续性

三、基因表达 转录（transcription） 以DNA为模板转录合成mRNA。 翻译（translation） 以mRNA为模板指导蛋白质合成的过程，在细胞质内的核糖体上进行。

转录过程 起始阶段 RNA聚合酶Ⅱ与启动子结合，启动RNA转录 延伸过程 RNA聚合酶Ⅱ由全酶构型变为主酶构型，并沿着模板链的3′→5′方向移动，并精确地按照碱基互补原则，以三磷酸核苷酸（UTP、CTP、GTP和ATP）为底物，在3′端逐个添加核苷酸，使mRNA不断延伸； 终止 RNA聚合酶Ⅱ在DNA模板上移动到达终止信号时，RNA合成的停止。

转录产物的加工和修饰： “加帽” 5′端加“7-甲基鸟嘌吟核苷酸”； “加尾” 3′端加“多聚腺苷酸” （poly A） “加帽” 5′端加“7-甲基鸟嘌吟核苷酸”； “加尾” 3′端加“多聚腺苷酸” （poly A） “剪接” 按GT-AG法则将内含子切除，再将外显子由连接酶逐段连接起来，形成成熟的mRNA分子。

转录及其加工过程

翻译 mRNA携带遗传信息，作为合成蛋白质的模板； tRNA转运活化的氨基酸和识别mRNA分子上的遗传密码； 核糖体是蛋白质合成的场所，把各种特定的氨基酸分子连接成多肽链。 蛋白质合成通常分为三个阶段：起始、延长和终止

四、基因表达的控制 基因表达控制的特点是能在特定时间和特定细胞中 激活特定的基因，从而实现“预订”的有序的分化 发育过程。真核生物基因表达调控是通过多阶段水 平实现的： 转录前 转录水平 转录后 翻译 翻译后

第五节 人类基因组计划 “人类基因组计划（human genome project，HGP）”是20世纪90年代初开始的全球范围的全面研究人类基因组的重大科学项目，旨在阐明人类基因组DNA 3.2×109核苷酸的序列，发现所有人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。

人类基因组（genome）是人的所有遗传信息的总和。它包括两个相对独立而相互关联的基因组：核基因组与线粒体基因组。通常人类基因组指的是核基因组。

一、结构基因组学 遗传图 物理图 转录图 序列图

二、后基因组计划 后基因组计划（post-genome era）。它主要研究基因组的功能，即功能基因组学。 人类基因组多样性计划 比较基因组学 工业基因组学 药物基因组学 疾病基因组学 蛋白质组学