人类基因组(genome)是所有遗传信息的总和。包括核基因组(nucleargenome)与线粒体基因组(mitochondrialgenome)。核基因组是指人类单倍体细胞的24条DNA分子中的全部遗传信息，即24个DNA分子上3.2×109bp的遗传信息的总和，约编码2.0～2.5万个基因。线粒体基因组的DNA(mtDNA)是一条双链环状的DNA分子，mtDNA全长16569个碱基对(16569bp)，共编码37个基因，其中2个rRNA、22个tRNA及13种蛋白编码基因，编码呼吸链及氧化磷酸化系统中的蛋白质。

 一、真核生物的结构基因

真核生物的结构基因是割裂基因(split gene)，由编码序列和非编码序列组成，两者相间排列，且两者的关系依mRNA剪切加工的方式不同而可以互换。

1. 外显子(exon)和内含子(intron)

基因的编码序列是外显子，基因的非编码序列是内含子。

2. GT-AG法则(GT-AG rule)：

外显子和内含子接头区是高度保守的一致序列(consensus seqence)，即每个内含子5′端起始的两个碱基是GT，3′端最后的两个碱基是AG，GT-AG是基因表达时剪切内含子和拼接外显子的剪接识别信号。

3. 侧翼序列(flanking sequence)

每个割裂基因中第一个外显子的上游和最末一个外显子的下游，都有一段不被不被转录的非编码区，称为侧翼序列(flanking sequence)，包括启动子、增强子和终止子，他们对基因的表达起调控作用。

⑴启动子(promoter)：位于基因转录起始点上游100～200bp范围，能与转录因子结合，启动基因转录。

⑵增强子(enhancer)：位于基因转录起始点的上游或下游，是能特异性地与转录因子结合、增强基因的转录活性的一段DNA序列。

⑶终止子(terminator)：由AATAAA和一段回文序列组成，AATAAA是多聚腺苷酸(polyA)附加信号，回文序列转录后形成发夹结构，阻碍RNA聚合酶的移动而终止转录。

二、基因表达(gene expression)

基因表达是把DNA分子中储存的遗传信息通过转录和翻译产生蛋白质或酶，或通过转录形成RNA发挥功能作用的过程。

㈠ 转录(transcription) 

在RNA聚合酶催化下，以DNA的3′→5′单链即模板链(template strand)为模板，按照碱基互补方式(A＝U，C≡G配对)合成RNA单链的过程。

转录的产物仅仅是mRNA的前体，即核内异质RNA(heterogenous nuclear RNA，hnRNA)，它包含外显子、内含子和部分侧翼顺序。hnRNA不成熟，必须经过加工和修饰，才能成为有功能的mRNA。

1. 剪接(splicing)：在剪切酶的作用下，将内含子非编码序列切除，再将外显子编码序列由连接酶拼接起来的过程。剪接发生在外显子与内含子交接处的GT和AG。

2. 戴帽(capping)：在剪接后的hnRNA的5′端加上7-甲基鸟嘌呤核苷酸(m7GpppN)帽子，封闭RNA的5′端，有助于被细胞质中核糖体识别。

3. 加尾(tailing)：在3′端加上200个腺苷酸，形成多聚腺苷酸(polyA)尾，使得RNA3′端稳定。

    tRNA和rRNA的转录最后也要经过相应的加工和修饰过程，才具有功能。

㈡ 翻译(translation) 

以mRNA为模板合成蛋白质的过程。蛋白质分子的空间结构由翻译后修饰决定。

三、基因的分类

1. 单一基因(solitarygene)：又称单一序列(uniquesequence)，在单倍体基因组中只有一份。

2. 基因家族(genefamily)：

人类基因组中一些功能相似的基因成簇地排列在一起，称为基因家族，这些基因可同时发挥作用，也可在不同发育阶段表达，基因家族的类型有两种：

⑴基因簇(gene cluster)：基因家族成员成簇地排列在同一条染色体上，同时或差次表达的蛋白质在功能上相关。例：α珠蛋白基因簇位于第16号染色体上(16p13)，含1个ζ基因、2个α基因和2个假基因(ψζ和ψα)；β珠蛋白基因簇存在于第11号染色体上(11p15)，含5个功能基因(ε、Gγ、Aγ、δ、β)和1个假基因(ψβ)，他们分别构成α和β珠蛋白基因簇，可在胚胎期、胎儿期、成人期差次表达。

⑵超基因家族(gene superfamily)：基因家族的不同成员成簇地分布在不同对的染色体上，编码的蛋白质在功能上相同或紧密相关。例如：人类珠蛋白超基因家族的成员分布在16号和11号染色体上，共同构成珠蛋白超基因家族。

3.假基因(pseudogene)：基因序列与具有编码功能的基因序列类似但不能表达基因的产物。例：α珠蛋白基因家族的ψζ和ψα基因及β珠蛋白基因家族的ψβ基因。

4. 串联重复基因(tandemrepetitive sequence)：45SrRNA、5SrRNA以及各种tRNA基因呈串联重复排列，编码同一种或近乎同一种的RNA或蛋白质，他们的每个拷贝完全或几乎完全相同，但基因间间隔DNA(linkerDNA)相差很大。

 四、基因组的组成

㈠单拷贝序列(singlecopy)

在基因组中仅有单一拷贝或少数拷贝。长度为800～1000bp。在人类基因组中约占45％，非基因序列也有单拷贝序列。

㈡重复多拷贝序列

占人类基因组的55％，是高度或中度重复DNA序列，将基因分隔开。依重复频率分：

1. 高度重复序列DNA(highlyrepetitive sequence)

⑴卫星DNA(satellite DNA)：以5bp、10bp、20bp或200bp为一个重复单位，可以串联重复很多次，长度为几百kb。位于着丝粒、端粒或染色体臂的异染色质区，例如端粒序列-TTAGGG-可重复250～1500次。

⑵小卫星DNA(minisateliite DNA)：由15～100bp组成的重复单位(富含GC)，重复20～50次，长度为0.1～20kb的短DNA。

⑶微卫星DNA(microsatellite DNA)：存在于基因组的间隔序列和内含子等非编码区，重复序列为1～6bp，长度小于100bp。如(CA)n和(CCG)n等。微卫星DNA区域在人类基因组中出现的数目和频率不同，表现为多态性(polymorphism)。在脆性X染色体综合征(FraX)、脊髓小脑共济失调等疾病中都发现微卫星DNA如(CAG)n、(CTG)n等的不稳定性，发生三核苷酸重复扩增突变。利用微卫星DNA标记可进行亲子鉴定。

2. 中度重复DNA(intermediaterepeat DNA)

指基因组内的散在重复序列(interspersed repeats sequence)，DNA以分散方式分布。依重复序列长短又分为短散在核元件和长散在核元件。

⑴短散在核元件(shortinterspersed nuclear elements，SINEs)

SINE长度在100～500bp，重复拷贝数可达10⁶次以上。Alu家族(Alu family)是人类基因组含量最丰富的中度重复序列，DNA长度282bp，约有30万～50万拷贝。Alu序列有一限制性内切酶AluⅠ的识别序列 AG↓CT，该位点被切成170bp和130bp片段，平均间隔5kb DNA就有一Alu顺序。

⑵长散在核元件(long interspersednuclear elements，LINEs)

LINE长度为6000bp～7000bp，重复拷贝数10²～10⁴次。KpnⅠ家族(KpnⅠfamily)是中度重复序列中第二大家族，DNA长度6.5kb(6500bp)，拷贝数3000～4800个，KpnⅠ序列用限制性内切酶KpnⅠ消化，可切成1.2、1.5、1.8和1.9kb的片段。

 三、人类基因组计划

人类基因组计划(humangenome project，HGP)旨在阐明人类基因组DNA长达3.2×109bp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。

㈠结构基因组学

    包括四张图的制作：遗传图、物理图、转录图和序列图。

㈡功能基因组学(post-genomeera)

    解析基因组的功能，对基因组表达调控的机制和表达产物的功能深入研究。