人類基因組包括細(xì)胞核內(nèi)的基因組及細(xì)胞質(zhì)內(nèi)線粒體基因組，它們大致結(jié)構(gòu)如圖3-8。
圖3-8 人類基因組結(jié)構(gòu)
一、細(xì)胞核基因組
每條染色體含1個(gè)DNA分子，1個(gè)細(xì)胞的全部遺傳信息（基因)都編碼在線狀的DNA分子上。由于每個(gè)體細(xì)胞中有2套染色體（2n),故所含的DNA是由兩個(gè)基因組（genome)構(gòu)成。每個(gè)單倍體基因組約含3.2×109bp。人類基因的平均長(zhǎng)度為1-1.5kb，所以基因組以足以編碼1.5×106蛋白質(zhì)，但實(shí)際上編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因只不過5萬-10萬個(gè)，僅占總基因組的2％－3％。其余的DNA順序包括基因之間的間隔順序、基因內(nèi)插入順序、重復(fù)順序等。目前，對(duì)它們的功能知之甚少，絕大多數(shù)重復(fù)順序只不過是過剩的DNA。但是，其中一些則有著特殊的功能，包括：調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，增強(qiáng)同源染色體之間的配對(duì)和重組，維持染色體結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)前mRNA的加工以及參與DNA的復(fù)制等。
�。ㄒ�)單一順序
單一順序（unique sequence)約占基因組的60％－65％，這種順序在一個(gè)基因組中一般僅有單個(gè)或幾個(gè)拷貝，大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)和酶基因?qū)儆诖祟�。單一順序還以間隔順序和散在分布在重復(fù)順序構(gòu)成側(cè)翼。
�。ǘ�)重復(fù)順序
重復(fù)順序（repetitive sequence)是指在一個(gè)基因組中有很多拷貝，又可分為幾類：
1．高度重復(fù)順序（highly repetitive sequence) 其長(zhǎng)度可能2、4、6、8等幾個(gè)bp，較長(zhǎng)的順序可達(dá)200bp，但是重復(fù)拷貝數(shù)可達(dá)106次以上，例如染色體著絲粒、端粒和Y染色體長(zhǎng)臂上的異染區(qū)就是由高度重復(fù)順序的衛(wèi)星DNA（satellite DNA)構(gòu)成的，高度重復(fù)順序不能轉(zhuǎn)錄，它們參與染色體結(jié)構(gòu)的維持，形成結(jié)構(gòu)基因間隔，可能與減數(shù)分裂時(shí)同源染色體的聯(lián)會(huì)配對(duì)有關(guān)。
2．中度重復(fù)順序（moderately repetitive sequence) 其長(zhǎng)度300－7000bp，一般都是不編碼的順序。據(jù)認(rèn)為在基因調(diào)控中起重要作用，包括開啟或關(guān)閉基因，促進(jìn)或終止轉(zhuǎn)錄，DNA復(fù)制的起始，參與前mRNA加工等。例如人類Alu家族（Alu family)，占人類基因組的3％－6％，由300bp構(gòu)成，在第170位附近都AGCT順序，可被內(nèi)切酶AluⅠ所切割（AG↓CT)故得名。這些順序在基因中重復(fù)達(dá)30－50萬次，平均5kbDNA就有一個(gè)Alu順序。此外還有KpnⅠ家族(KpnⅠfamily)，約占基因組的3％－6％ ，由3000－4800個(gè)拷貝構(gòu)成，其功能不詳。此外，還有小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA(參閱第十三章)。
3．基因家族和基因簇真核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，這組基因稱為基因家族（gene family)�；蚣易宓某蓡T可以分布于幾條不同染色體上，也可集中于一條染色體上。集中成簇的一組基因稱為基因簇（gene cluster)。例如人類白細(xì)胞抗原（HLA)系統(tǒng)的7個(gè)連鎖基因座位，排列成A－C－B－D－DR－DQ－DP，形成一個(gè)基因簇。此外，人類的類α和β珠蛋白基因簇分別集群串聯(lián)排列于16p13和11p15上，而組蛋白基因簇則群集于7q32-q36。有些基因家族的成員并不集中排列為基因簇，而是散布在基因組中不同部位，如微管蛋白基因家簇，微管相關(guān)蛋白2（MAP2)定位于2q34-q35,微管相關(guān)蛋白tau，β（MAPT1)定位于17q21，微管相關(guān)蛋白tau-2（MAPT2)定位于6q21。
�。ㄈ�)假基因
在基因家族中的某些成員并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，稱為假基因（pseudogene),如Ψξ、Ψα、Ψβ等。假基因起始也可能有功能，后來由于缺失、倒位或點(diǎn)突變等原因使這些基因成為無功能的基因。假基因可以與有功能基因連鎖，也可以由于染色體易位或作為轉(zhuǎn)座子，從一部位移到另一新的部位。
此外，人類基因組中還有一些特殊的短順序位于各基因的側(cè)翼，它們是起到調(diào)控作用的調(diào)節(jié)順序（啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等)。有的是與細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)的原癌基因（proto-onco-gene)等構(gòu)成了五花八門的人類基因組結(jié)構(gòu)。
二、線粒體基因組
人類線粒體DNA（mitochondrial DNA,mtDNA)是獨(dú)立于細(xì)胞核染色體外的又一基因組，它能自主復(fù)制，由16569個(gè)堿基對(duì)組成，每一個(gè)mtDNA分子為環(huán)狀雙鏈DNA分子，外環(huán)為重鏈，內(nèi)環(huán)為輕鏈。基因組含有37個(gè)基因，其中13個(gè)為蛋白質(zhì)基因（包含1個(gè)細(xì)胞素b基因，2個(gè)ATP酶復(fù)合體組成成分基因，3個(gè)細(xì)胞色素c氧化酶亞單位的基因及7個(gè)呼吸鏈NADH脫氫酶亞單位的基因)，2個(gè)為rRNA基因，還有22個(gè)tNRA基因（圖3－9)。
圖3－9 人類線粒體基因組H：重鏈；L：輕鏈
ND1－ND6：基因編碼NADH脫氫酶亞單位CO1－CO3：基因
編碼細(xì)胞色素C氧化酶亞單位1－3CYB：基因編碼細(xì)胞色素b
人類線粒體基因組具有下列特點(diǎn)：
1．人類線粒體的基因排列得非常緊湊，除與mtDNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄有關(guān)的一小段區(qū)域外，無內(nèi)含子序列。在37個(gè)基因之間，基因間隔區(qū)總共只有87bp,只占DNA總長(zhǎng)度的的0.5%，有些基因之間沒有間隔，有時(shí)基因有重疊，即前一個(gè)基因的最后一段堿基與下一個(gè)基因的第一段堿基相銜接。因此，mtDNA的任何突變都會(huì)累及到基因組中一個(gè)重要功能區(qū)域。
2．mtDNA為高效利用DNA。有5個(gè)閱讀框架，缺少終止密碼子，僅以U或UA結(jié)尾。
3．mtDNA的突變率高于核中DNA，并且缺乏修復(fù)能力。
4．mtDNA為母系遺傳。
5.部分mtDNA的密碼子不同于核內(nèi)DNA的密碼子。
遺傳密碼是在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成并保持不變的，因此細(xì)胞核內(nèi)所列的密碼是一種通用密碼，但是真核生物線粒體的密碼卻有若干處不同于通用密碼。以人類線粒為例：①UGA不是終止密碼子，而是色氨酸的密碼子；②AGA、AGG不是精氨酸的密碼子而是終止密碼子。這樣，加上通用密碼中的UAA和UAG，線粒體共有4個(gè)終止密碼子；③內(nèi)部甲硫氨酸密碼子有2個(gè)，即AUG和AUA，起始甲硫酸密碼子有4個(gè)，即AUN。
總之，線粒體的密碼表排列得比較整齊，各種氨基酸的密碼子以及起始和終止密碼子的數(shù)目或是2，或是4，或是6。
目前，由于發(fā)現(xiàn)有些遺傳病如Leber遺傳性視神經(jīng)病，肌陣攣性癲癇等與線粒體基因突變有關(guān)，因而它的基因結(jié)構(gòu)引起普遍關(guān)注。
