1.DNA含量

真核生物每个细胞中基因组DNA含量比原核生物高得多。

（1）原核生物

大肠杆菌的基因组含4.2Χ10⁶bp（个碱基对），基因平均长度为1.2kb（1200个碱基序列），大约有2350个基因。

（2）真核生物

人的单倍体基因组大约有3Χ10⁹bp（个碱基对），平均基因长度为16.3kb（16300个碱基序列），大约有125000个基因。

如图所示，真核细胞有细胞核，核膜将核内遗传物质与细胞的其他成分隔开来。

真核细胞的遗传物质，主要存在于细胞核中，有的细胞器，例如线粒体和叶绿体等，也含有少量的遗传物质。

细胞核的DNA与组蛋白结合，形成染色质或染色体。

由于核膜的存在，遗传信息的转录和翻译过程，分别在细胞核和细胞质中进行。

下面让我们总结一下，真核生物基因组的特点。

2.真核生物基因组的主要特点

（1）真核生物基因组的分子量大。例如，人类染色体DNA的长度，多于3X10⁹bp（个碱基对）。

（2）细胞核DNA与蛋白质稳定地结合，形成染色质或者染色体的复杂结构。染色质和染色体中，含有DNA和组蛋白和大量非组蛋白。

（3）核膜把细胞分隔成，细胞核和细胞质两部分。

如图所示，在基因的表达和调控过程中，转录和翻译在时间和空间上完全分开，在细胞核中，由转录形成的前体RNA（pre-RNA）含有不编码的内含子，前体RNA在形成成熟的mRNA过程中，内含子被剪切掉，因此，成熟的mRNA没有内含子。

（4）在真核生物基因组中， DNA分子存在大量的、非编码的重复序列。这些重复序列的单位长度不一，有的重复单位只有几个碱基对，有的重复单位含几千个碱基对的长度，有的重复程度高，有的重复程度较低。

例如，人类染色体着丝粒区存在卫星DNA，就属于高度重复DNA序列。这些高度重复DNA序列，与染色体着丝粒的结构有关。

例如，染色体中的小卫星DNA。这些小卫星DNA，重复单位长12-100 bp（个碱基对），每个小卫星DNA重复序列的重复次数，高度可变。并且，个体之间有差异，因此，可以作为DNA指纹技术作个体鉴定。

（5）真核生物的基因组中，编码蛋白质基因往往只存在一个拷贝，基因的转录产物mRNA，只翻译一种多肽链。

（6）绝大多数真核生物基因含有内含子，因此，基因的编码区是不连续的。

下面让我们了解一下真核生物基因的结构和功能。

3.真核生物基因的结构和功能

（1）真核生物的基因

真核生物的基因是不连续的，包括外显子和内含子。

真核生物基因中，不编码的区段，称为内含子；编码的区段，称为外显子。不连续基因的外显子和内含子交替排列。如图所示。

（2）前体RNA的剪切

初始的转录产物为前体RNA，在细胞核中，对前体RNA进行剪切加工。其中，被切除的非编码序列称为内含子。切除内含子的过程为剪接。外显子在剪接时，重新拼接起来，形成成熟的mRNA。因此，在成熟的mRNA中，能翻译多肽链的RNA序列称为外显子。

在mRNA 成熟的过程中，还增加了其他的结构，例如mRNA 的5’端加上一个帽子结构，在mRNA的3’端加上一个polyA（多聚腺苷酸）的尾。

（3）mRNA的成熟

i.mRNA的5’端帽子结构

在所有真核生物中，成熟mRNA的5’端都有一个帽子结构，它是一个7-甲基鸟苷基团以5’-5’方式接到mRNA5’端所形成。帽子结构可以保持mRNA不受外切酶的降解，增加mRNA的稳定性，有利于mRNA从细胞核向胞质转运。

ii.mRNA的3’端polyA（多聚腺苷酸）尾

在转录之后，细胞核中的polyA聚合酶，把polyA加到mRNA上的，可以增加mRNA的稳定性。

4.真核生物基因的表达与调控

（1）启动子

如图所示，编码蛋白质基因的启动子是精确的转录起始、RNA聚合酶识别与结合、维持基础转录所必需的区域。启动子一般在转录起点上游200bp以内（如在-25bp左右有TATA盒）。真核基因组中，每一个蛋白质基因都有自己独立的启动子。

（2）转录因子

如上图所示，在基因的转录起始阶段，特异的蛋白质分子可以识别并结合到基因转录的启动子上，这些蛋白质称为转录因子。转录因子结合在启动子上，有利于RNA聚合物的附着和转录的启动。

（3）增强子

如上图所示，位于基因转录起始位点上游约200bp以上区域。

有一类蛋白质专门与增强子结合，称为转录激活因子。辅助转录激活因子还负责把转录因子和转录激活因子结合在一起，是蛋白因子结合位点，使模板DNA固定在细胞核特定结构如核基质上，有利于DNA拓扑异构酶和RNA聚合酶的结合。

（4）转录起始复合物的形成

如上图所示，RNA聚合物和转录因子、转录激活因子、辅助转录激活因子等蛋白质分子，共同组成形成一个复杂的结构，称为转录起始复合物。这样，基因的转录过程顺利开始。

如图所示，广角镜1.2006 年诺贝尔化学奖得主和他的父亲。

2006 年诺贝尔化学奖授予了美国斯坦福大学教授罗杰·科恩伯格，以表彰他对真核转录分子基础研究所作的杰出贡献。另外，他还在1974 年首次提出核小体的结构是以组蛋白八聚体为其核心而外面缠绕长约200 个碱基对的DNA 链。罗杰·科恩伯格的父亲，阿瑟·科恩伯格曾获1959 年的诺贝尔生理学或医学奖，老科恩伯格仍然健在。

如果你对罗杰·科恩伯格的研究成果感兴趣的话，请参阅相关的资料。

生命科学 2006，18(6)：515-517

生物物理学报 2006，22(5)：319-321

生物化学与生物物理进展 2006，33(10)：918～921

4.真核生物基因的表达与调控

（5）基因的表达与调控

实际上，真核生物的基因表达和调控是十分复杂的。如图所示，真核生物的基因表达和调控可以在多个水平上进行。例如，转录水平的调控；对前体RNA的加工；mRNA穿过细胞核膜，向细胞质转运的控制；在细胞质中，mRNA稳定性的调节；mRNA选择性翻译；蛋白质产物的修饰和活化等等，都可以影响最终蛋白合成的数量和特性，从而控制和影响细胞、组织、器官和个体的生命活动。

美国科学家在1985年首次提出人类基因组计划（human genome project, HGP），并且在1990年正式启动，由美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家共同参与。

下面让我们简单了解有关人类基因组研究的目标和内容。

人类基因组计划（HGP）的总体目标是，完成人类全部染色体，共3Χ10⁹bp（个碱基对）的序列分析。具体包括：

1.人类基因组作图

包括遗传学图谱、物理图谱。也就是对基因组进行标记和划分，为基因或特定DNA序列在染色体上的位置提供标志。

2.对基因组DNA进行切割和克隆

把几百甚至几千碱基长度DNA片段，按已知的标志有序地排列。

3.测定基因组的全部DNA序列

对全部DNA进行序列分析，按照特定DNA序列在染色体上的位置，把全部DNA序列排列起来，得到染色体DNA序列的全貌。

4.基因的鉴定

确定每个基因的结构，分离和鉴定具有重要功能的基因，和那些与重大疾病相关的基因。

5.对模式生物基因的研究

为了更好地研究人类基因组，还需要先对一些相对简单、较小的生物，例如酵母、线虫、果蝇、小鼠等，对这些模式生物的基因进行作图和测序，从而获得对人类基因组研究有用的方法、技术路线方面的经验等等，还可以找到与人类基因结构和功能相似的基因，对人类基因的研究提供有用的线索。

人类基因组研究和后基因组学研究的成果，对人类的生存和发展具有重要意义，是当今生命科学研究领域的核心内容之一。如果希望了解更多的信息，请阅读“教学参考材料”的相关内容。

本环节就讲解到这里，下面让我们来总结一下，本环节主要介绍了原核细胞和质粒、原核生物的基因、原核生物基因的表达与调控、真核生物的染色质与染色体、真核生物的基因、人类基因组研究的目标和内容等内容。

本环节涉及到的内容相对比较前沿，希望各位学员认真阅读相关学习资料，及时复习并完成作业。
非常感谢各位学员的参与！

再见！