北大分子生物学笔记1 PPT课件

双螺旋DNA拧紧则导致正超螺旋， 而双螺 旋DNA的松开导致负超螺旋。
超螺旋DNA分子比松散分子能量高。对于 负超螺旋，这一能量会使DNA螺旋易于局 部解旋，负超螺旋有利于需要解旋过程的进 行，如转录起始和复制起始。
第三节 常见心律失常心电图诊断的误区诺如病毒感染的防控知识介绍责任那些事浅谈用人单位承担的社会保险法律责任和案例分析现代农业示范工程设施红地球葡萄栽培培训材料
常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
DNA不仅具有严格的化学组成，还具有特殊的空间结构， 它主要以有规则的双螺旋形式存在，基本特点： DNA分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成 DNA分子分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外 侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，组成有 一定的规律。
蛋白质 真核染色体
组蛋白 非组蛋白
DNA
蛋白质与DNA完全融合在一起，其蛋白 质与相应DNA的质量比约为2比1
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大沟和小沟： 大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟 槽和较小沟槽。 在大沟和小沟内的碱基对中的N 和O 原子朝 向分子表面。
结构参数 ：螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距 3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm。
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2024/3/27
转录后加工
包括5’端加帽、3’端加尾、剪接 和修饰等过程。
基因表达的调控
包括转录水平调控、翻译水平调控 和翻译后水平调控等多个层次。
10
03
RNA的结构与功能
Chapter
2024/3/27
11
RNA的分子结构
核糖核苷酸链
RNA由核糖核苷酸链构成，每个 核糖核苷酸由磷酸、核糖和碱基
生物学的重要组成部分。
02
分子生物学推动生物学的发展
随着分子生物学的不断发展，人们对生命现象的认识不断深入，推动了
生物学其他分支的发展，如遗传学、细胞生物学、发育生物学等。
2024/3/27
03
分子生物学与其他学科的交叉融合
分子生物学与化学、物理学、数学、计算机科学等学科交叉融合，形成
了许多新的研究领域和分支，如化学生物学、生物物理学、生物信息学
北大分子生物学课件7
• 分子生物学概述 • DNA的结构与功能 • RNA的结构与功能 • 蛋白质的结构与功能 • 基因表达的调控 • 分子生物学技术与方法
2
01
分子生物学概述
Chapter
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3
分子生物学的定义与发展
分子生物学的定义
分子生物学是研究生物大分子，特别是蛋白质和核 酸的结构、功能及其相互作用的一门科学。它旨在 揭示生命现象的本质和规律，是生命科学的重要分 支。
3
microRNA调控 microRNA是一类小RNA分子，通过与mRNA结 合抑制其翻译或促进其降解来调节基因表达。
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22
基因表达调控的实例分析
乳糖操纵子
大肠杆菌中乳糖代谢相关基因的表达调控模型，涉及正调控和负调控因子的相互作用。

• 使细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经 生物学和生态学由原来的经典学科变成了生命科 学的真正前沿科学，形成了一系列交叉学科，如 分子遗传学、分子生态学、分子免疫学、分子病 毒学、分子病理学、分子肿瘤学和分子药理学等。 分子生物学是生命科学的核心前沿。
• 不同种属生物的表现形式多种多样和千姿百 态，但是，生命活动的本质却是高度一致的。例 如绝大多数生物遗传取决于DNA；除少数例外， 遗传密码在整个生命世界中都是一致的。又如核 酸一级结构和蛋白质一级结构的对应关系以及蛋 白质的有序合成，也表现出高度一致性。
• （五）小分子RNA研究进展
• 1993年，Lee RC等发现线虫(C.elegans) lin-4基 因编码的小分子RNA，其长度为22～61个核苷 酸——反义RNA。
• 反义RNA能与lin-14 mRNA的3ˊ非翻译区 （untranslated region，UTR）反义互补结合，阻 断lin-14的翻译，降低线虫早期发育阶段lin-14 蛋白的水平。
• 因此，分子生物学技术已成为推动生物 科学的各个领域向分子水平发展的重要 工具或手段，也是服务于人类和社会， 推动医药和工、农业发展的强大动力。
二、分子生物学的研究内容
• 分子生物学的研究内容主要包括以下三个方面。 • 1、核酸分子生物学： • 主要研究核酸的结构及其功能。 • 2、蛋白质分子生物学：
• 例如DNA及RNA的印迹转移、核酸分子杂 交、DNA克隆或重组DNA、基因体外扩增、 DNA 测序等等，以及研究蛋白质一级结构、 二级结构和三维结构与功能的分析技术。
• 其中重组DNA(recombinant DNA)技术是现代分 子生物学技术的核心。
• 重组DNA技术又称为基因操作(gene manipulation )、分子克隆(molecular cloning)、基 因克隆(gene cloning) 或基因工程（gene engineering）等。

肿瘤标志物
寻找和验证肿瘤特异性标志物，用于肿瘤的早期诊断、预后评估和 个性化治疗。
肿瘤免疫治疗
利用分子生物学技术，研究和开发肿瘤免疫治疗策略，如CAR-T细胞 疗法等。
免疫学中的分子生物学应用
免疫相关基因
研究免疫相关基因的突变、表达和调控，揭示免疫应答和免疫疾 病的分子机制。
疫苗研发
利用分子生物学技术，研究和开发新型疫苗，如mRNA疫苗、 DNA疫苗等。
03
DNA修复机制
当DNA受到损伤时，细胞会启动修复机制对损伤进行修复。常见的修
复方式包括直接修复、切除修复和重组修复等。这些修复机制能够确保
遗传信息的稳定性和准确性。
03
RNA的结构与功能
RNA的分子组成
核糖核苷酸
RNA的基本组成单位是核 糖核苷酸，由磷酸、核糖 和碱基组成。
碱基
RNA中的碱基主要有腺嘌 呤（A）、鸟嘌呤（G）、 胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U ）。
基因诊断与治疗
基因诊断
通过检测特定基因或基因突变来 预测或诊断疾病，如遗传性疾病
、癌症等。
基因治疗
通过修改或替换病变基因来治疗 疾病，如基因编辑技术CRISPR-
Cas9等。
个性化医疗
基于患者的基因组信息，制定个 性化的治疗方案，提高治疗效果
和减少副作用。
肿瘤分子生物学研究
肿瘤基因
研究肿瘤相关基因的突变、表达和调控，揭示肿瘤发生和发展的分 子机制。
分子生物学ppt课 件完整版
目 录
• 分子生物学概述 • DNA的结构与功能 • RNA的结构与功能 • 基因的表达与调控 • 分子生物学技术与方法 • 分子生物学在医学领域的应用
01
分子生物学概述

底物
模板 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
识别 起始 延伸 终止
启动子（－10区、－35区） 转录单位相关概念 CAP位点 识别过程
不依赖ρ因子的终止子: 内在终止子（intrinsic terminator ） 依赖ρ因子的终止子（ ρ-dependent terminator ）有发夹结构，但GC含量少， 无U串
核mRNA内含子的剪接 Ⅰ内含子的剪接 Ⅱ类内含子的剪接 反式剪接
核mRNA的 拼接体的拼接
类型ⅰ 自我拼接
类型ⅱ自我 拼接
剪接、3’末端CCA结构、碱基修饰 内含子切除（核酸酶的作用，不是
转酯反应） 连接外显子
蛋 白 参与蛋白质生物合成的物质 质 的 蛋白质生物合成过程 生 物 蛋白质合成的干扰与抑制 合 成 蛋白质的降解
一般模式 复制型转座模式 非复制型转座模式 保守型转座模式 TnA转座模式
通过反义RNA的翻译水平控制 甲基化作用控制转座酶合成及
其与DNA的结合
转座引起插入突变 造成插入位点靶DNA的少量碱基
对重复 插入位点出现新基因 引起染色体畸变 转座引起的生物进化 切除效应 外显子改组
动子：（上游控制元件），－165～ －40，影响转录的频率。
♠ -25bp:TATA盒（Hogness box）,识别起 始位点
♠ -75bp:CAAT盒(CAATCT) ，决定启动子
♠ -110bp:GC盒的(G转G录GC频G率G)，R调N控A起始聚和合酶I的启动子
转录频率
RNA聚合酶Ⅱ的启动子
分子生物学 Molecular Biology
总结复习 Review and Summarize
2020/12/22
1
绪论
引言 分子生物学简史 分子生物学的研究内容 分子生物学进展 分子生物学展望

介绍CRISPR-Cas9系统的原理 及在基因编辑中的应用。
基因编辑实验室
展示现代基因编辑实验室的设 备和技术。
基因治疗
探讨基因编辑技术在治疗遗传 病和癌症中的潜力。
生物信息学与计算生物学
大数据分析
使用生物信息学和计算生物学的工具来分析 海量生物数据。
蛋白质结构预测
通过模拟和计算来预测和研究蛋白质的结构 和功能。
3 基因修复与修复机
制
探讨基因损伤修复和细 胞保护机制在环境暴露 中的作用。
生物多样性与保护
生物多样性
解释生物多样性的重要性和全球生物多样性状 况。
保护生物多样性
讨论保护生物多样性的 分子标记物
液体活检
通过PCR和测序技术检测基因突变和遗传病。
《分子生物学》PPT课件
《分子生物学》PPT课件大纲： 1. 介绍分子生物学概念 2. DNA和RNA结构与功能 3. 蛋白质的合成与结构 4. DNA复制和细胞分裂 5. 基因表达与转录 6. RNA加工修饰 7. 蛋白质翻译和折叠 8. 基因调控及表观遗传学
基因编辑与CRISPR技术
CRISPR Cas9
介绍分子标记物在疾病诊断和治疗中的应用， 如肿瘤标志物。
探讨液体活检在肿瘤诊断和监测中的潜力。
分子生物学的社会影响
1 伦理和法律问题
讨论基因编辑和遗传修 复等技术引发的伦理和 法律问题。
2 公众教育和意识
强调公众了解分子生物 学的重要性和科学素养 的培养。
3 医疗与健康
探讨分子生物学在医疗 和健康领域的革命性发 展。
基因组学研究
利用计算方法研究基因组结构、功能和进化。
网络生物学
通过构建和分析生物网络来揭示生物体内的 复杂关系。

分子生物学定义
分子生物学是一门从子水平研究生 物大分子的结构和功能的科学，主要 关注DNA、RNA和蛋白质等生物大 分子的复制、转录、翻译和调控等过 程。
分子生物学特点
以分子为研究对象，阐明生命现象的 本质；与多学科交叉融合，推动生命 科学的发展；实验技术手段不断更新 ，提高研究效率和准确性。
分子生物学发展历程
分子生物学研究内容及方法
研究内容
包括基因和基因组的结构与功能、DNA损伤与修复、基因表达的调控、蛋白质 组学的研究以及疾病产生的分子基础等。
研究方法
包括基因克隆与表达、蛋白质分离与纯化、PCR技术、基因敲除与敲入、高通 量测序技术、生物信息学分析等。这些方法的应用使得分子生物学研究更加深 入和广泛。
阔前景。
下一代测序技术在分子生物学中应用
下一代测序技术原理
基于大规模并行测序的原理，一次可对数百万至数十亿个DNA分 子进行测序。
测序数据分析
包括序列比对、变异检测、基因表达量分析等，以揭示基因组的结 构和功能。
下一代测序技术的应用
在疾病诊断、个性化医疗、物种鉴定和进化生物学等领域发挥重要 作用。
非编码RNA与疾病关系
非编码RNA异常表达与多种疾病相关，如肿瘤、心血管疾 病等，可作为疾病诊断和治疗的新靶点。
非编码RNA研究前景
随着高通量测序技术和生物信息学发展，非编码RNA研究 将更加深入，为疾病防治提供新思路和新方法。
合成生物学在分子生物学中应用前景
合成生物学概念及研究范畴
合成生物学是一门新兴交叉学科，旨在通过设计和构造新的生物部件、系统和机器来理解 和操控自然生物系统。
RNA产物。
影响因素
包括DNA模板的序列和 结构、RNA聚合酶的活 性和选择性、转录因子

Friedrich Miescher (1844-1895)
1869年 法国的米歇尔从白细胞核中分离出DNA
1879年
德国生物学家弗莱明发现细胞核内的染色体 1903年
Wilhelm Ludwig Johannsen 1857～1927
美国细胞学家萨顿提出了遗传的染色体学说
1909年
丹麦生物学家约翰逊创造了基因（gene）一词
解决可能引发的伦理,法律和社会问题
物种 DNA数量
HBV 3.2kb
噬菌体 49kb
大肠杆 4000kb
酵母 17000kb
果蝇 164000kb
人 3000000kb
分级鸟枪测序法
基因组DNA细菌人工染色体 DNA克隆的排序（物理作图）
分段测序
随机打断后克隆 DNA测序
DNA序列的组装
基因组测序 的一般流程
诺贝尔生理和医学奖
诺贝尔生理和医学奖
诺贝尔化学奖 诺贝尔生理和医学奖
1975年 D.Baltimore 逆转录酶，DNA病毒
诺贝尔生理和医学奖
H.M.Temin
R.Dolbeco
1978年 W.Arber
DNA限制性内切酶
诺贝尔生理和医学奖
D.Nathens
H.O.Smith
1980年 P.Berg
1994 Transgenic tomatoes sold in the shops
Two methods of producing transgenic mice
转基因 动物的 一般制 备过 程。
转基因动 物的一般 制备过程 （续）。
1988 Transgenic sheep
1989 a transgenic pig

北大分子生物学笔记1
Ⅰ.核酸分子杂交（DNA/DNA or DNA/RNA）技术
核酸分子杂交技术，是在1968年由华盛顿卡内基 学院（Cavnegie Institute of Washington）的Roy Britten及其同事发明的。所依据的原理是，带有互补 的特定核苷酸序列的单链DNA或RNA，当它们混合在一 起时，其相应的同源区段将会退火形成双链的结构。
*
*
放射性标记的DNA
*
凝胶电泳
* B* * ** *
B
A
C
细胞蛋白质提取物
* 蛋白质与DNA结
合
DNA-蛋白质结 合物电泳迁移缓
慢
放射自显 影
滞后带表明DNA与 蛋白质结合
凝胶阻滞实验的基本原理图
放射性标记的DNA由于同一种细胞蛋白质B结合，于是在凝胶 电泳中移动速度变慢，在放射自显影中呈现滞后的条带
3、斑点印迹杂交和狭线印迹杂交
斑点印迹杂交（dot blotting）和狭线印迹杂交 （slot blotting ）是在Southern印迹杂交的基础上 发展的量种类式的快速检测特定核酸（DNA和RNA）分 子的核酸杂交技术。由于在实验的加样过程中使用了 特殊设计的加样装置，使众多待测样品能够一次同步 转移到杂交滤膜上，并有规律地排列成点阵或线阵。 这两项技术更适应与核酸样品的定量检测。
温度（℃）
94
循环1
94℃变性 （1min）
循环2
72 72 ℃延伸
60
60 ℃退火 （1.5min）
（1min）
循环3
时间（min）
PCR反应的温度循环周期
PCR 反应的每一个温度循环周期都是由DNA变性、引 物退火和反应延伸三个步骤完成的。图中设定的反 应参数是94℃变性1min， 60 ℃退火1min， 72 ℃ 延伸1.5min。如此周而复始，重复进行，直至扩增

模板： 亲代DNA单链 材料： dNTP 酶： DNA polymerase 等 方式： 半保留复制
不连续复制 符合碱基配对原则 方向： 模板3’－5’ 新链5’－3’ 引物： 需要
DNA sequencing
DNA 单链模板 dNTP 荧光标记的ddNTP DNA pol. 引物
DNA测序图谱
UAU 29.8(22) UAC 23.0(17) UAA 5.4( 4) UAG 0.0( 0) CAU 4.1( 3) CAC 0.0( 0) CAA 1.4( 1) CAG 13.5(10) AAU 59.5(44) AAC 32.5(24) AAA 46.0(34) AAG 18.9(14) GAU 33.8(25) GAC 2.7( 2) GAA 29.8(22) GAG 14.9(11)
End
Tail
3
3’-端非翻译区
从mRNA 5-侧起始密码子AUG到3-侧终止密 码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
Reverse transcription
( RT,反转录）
模板： RNA单链 材料： dNTP 酶： Reverse transcriptase 方式： 符合碱基配对原则
现代分子生物学
Modern Molecular Biology
王艳林 fzswangyl@
Office: S-2706
1. 基因
遗传学中的一个功能单位； 染色体DNA上的一个功能片段； 指导蛋白多肽或RNA分子合成的模板； 结构上含启动子，转录调控区，编码区和转录终止序列等。
OD260/OD280 比值可用于分析核酸的纯度
纯DNA溶液： OD260/OD280 为1.8 纯RNA溶液： OD260/OD280 为2.0

DNA修复机制包括直接修复、 切除修复、重组修复和SOS修 复等，用于维护DNA分子的完 整性和稳定性。
PART 03
RNA结构与功能
REPORTING
RNA种类及特点
mRNA（信使RNA）
携带遗传信息，指导蛋白质合成。
rRNA（核糖体RNA）
与蛋白质结合形成核糖体，是蛋白质合成的 场所。
tRNA（转运RNA）
分子生物学(全套课件 396P)pptx
REPORTING
• 分子生物学绪论 • DNA结构与功能 • RNA结构与功能 • 蛋白质合成与功能 • 基因表达调控机制 • DNA损伤修复与重组技术
目录
PART 01
分子生物学绪论
REPORTING
分子生物学定义与发展
分子生物学的定义
在分子水平上研究生物大分子的结 构和功能，究生物大分子的结构和功能方面有很多交 叉，但分子生物学更侧重于在分子水平上揭示生命现象的本质。
与细胞生物学的关系
分子生物学与细胞生物学在研究细胞的结构和功能方面密切相关，但 分子生物学更侧重于研究细胞内的分子机制和信号传导。
与医学的关系
分子生物学在医学领域有着广泛的应用，如基因诊断、基因治疗和药 物研发等，为医学的发展提供了重要的理论和技术支持。
THANKS
感谢观看
REPORTING
识别并携带氨基酸，参与蛋白质合成。
其他非编码RNA
如microRNA、siRNA等，参与基因表达调 控。
RNA转录后加工与修饰
01
02
03
04
5'端加帽
在mRNA的5'端加上甲基鸟嘌 呤帽子结构，保护mRNA不被
降解。
3'端加尾

24
（二）人类基因组研究
人类的全部遗传信息包含在23对染色体上，每个基因组 由3.3×109核苷酸组成,编码约4万个基因。人类基因组研究 的对象是人类基因组，因此也称为“基因组学”。“人类 基因组计划”（Human Genomic Project .HGP）是人类 科学史上与阿波罗登月计划及曼哈顿原子弹计划相媲美的 伟大科学工程，于1990年正式出台和实施，该计划的主要 科学目标是绘制遗传连锁图、物理图、序列图和转录图。
30
二、分子生物学在基因诊断方面的应用
利用现代分子生物学和分子遗传学的技术和方法，直接监测基 因结构及其表达水平变化，从而对疾病作出诊断的方法。
1、应用分子生物学技术诊断遗传病 如杜氏肌营养不良症由抗肌萎缩蛋白基因决定的，该基因全长 2000多kb,包含79个外显子，该基因的突变是导致发病的根本 原因，而突变多发生在9个易发热点区，根据突变易发热点区 的核苷酸序列设计9对引物，采用多重PCR可对患者进行诊断。
35
（二）重组抗体药物
单克隆抗体：2019年达200亿美元
目前正在开发中的抗体数百种，已有150个产品已 进入临床研究阶段。临床适应症以癌症最多，约占 50%，其次是自身免疫性疾病，约占18%，感染占 13%，心血管疾病占6%，器官移植引起的排斥占5%， 其他占8%。
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（三）细胞因子类药物
细胞因子是一类由免疫细胞及相关细 胞分泌的具有调节细胞功能的高活性的 小分子蛋白质。通过与细胞表面的受体 作用后发挥广泛的生物学作用。
质是DNA 2. 50年代，Watson-Crick提出了DNA结构的双螺
旋模型 3. 50年代，Crick提出了遗传学中心法则 4 . 60年代， Nirenberg等人破译了遗传密码

12
四、移除老的细胞来保持年轻？
衰老细胞不一定必须是他们似乎所表现的那样是自我牺牲的好公民。他 们有一些不好的习惯，渗漏些刺激生长和组织溶解的化学物质，鼓励 肿瘤生长和扩散。衰老细胞的劣迹也可能在几个方面会促进老化，如 破坏周围组织或煽动老年长期炎症的特点。但细节却很难确定。 注射某种药物引发动物杀死制造p16INK4a蛋白的细胞，这种蛋白是许 多衰老细胞的标志，并有助于减少他们的分裂。 收到药物的小鼠存活更久。似乎生活得更好。去除衰老细胞可以延迟 白内障和肌肉无力的发病。与他们的同龄小鼠相比，治疗的老鼠能够 在跑步机上跑更长的时间，进展更艰辛的训练。
➢ The mobility of circular DNA molecules is affected by their topological structures. The mobility of the same molecular weight DNA molecule with different shapes is: supercoiled> linear> nicked or relaxed
gel electrophoresis
27
Electrophoresis
pulsed-field gel electrophoresis
Switching between two orientations: the larger the DNA is, the longer it takes to reorient
17
本章重点： 1.分子生物学实验主要有哪些？这些实验方法能
解决什么问题Βιβλιοθήκη 2.一些重要实验的原理、过程、关键点。 3.核酸杂交、DNA克隆、PCR等方法分别要求我

北京大学分子生物学笔记 北京大学分子生物学笔记 北京大学分子生物学笔记 北京大学分子生物学笔记第一章 基因的结构 第一节 基因和基因组 一、基因(gene) 是合成一种功能蛋白或 RNA 分子所必须的全部 DNA 序列． 一个典型的真核基因包括 ①编码序列—外显子(exon) ②插入外显子之间的非编码序列—内合子(intron) ③5'-端和 3'-端非翻译区(UTR) ④调控序列(可位于上述三种序列中) 绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene)，外显子不连续。

二、基因组(genome) 一特定生物体的整套(单倍体)遗传物质的总和， 基因组的大小用全部 DNA 的碱基对总数表示。

人基因组 3X1 09(30 亿 bp)，共编码约 10 万个基因。

每种真核生物的单倍体基因组中的全部 DNA 量称为 C 值，与进化的复杂性并不一致(C-value Paradox)。

人类基因组计划（human genome project, HGP） 基因组学（genomics）,结构基因组学（structural genomics）和功能基因组学（functional genomics） 。

蛋白质组（proteome）和蛋白质组学（proteomics） 第二节 真核生物基因组 一、真核生物基因组的特点： ， ①真核基因组 DNA 在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中． ②真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(2—3％)， 二、真核基因组中 DNA 序列的分类 • (一)高度重复序列(重复次数>lO5) 卫星 DNA(Satellite DNA) (二)中度重复序列 1．中度重复序列的特点 ①重复单位序列相似，但不完全一样， ②散在分布于基因组中． ③序列的长度和拷贝数非常不均一， ④中度重复序列一般具有种属特异性，可作为 DNA 标记． ⑤中度重复序列可能是转座元件(返座子)， 2．中度重复序列的分类 ①长散在重复序列(long interspersed repeated segments．) LINES ②短散在重复序列(Short interspersed repeated segments) SINES SINES：长度<500bp，拷贝数>105．如人 Alu 序列 LINEs：长度>1000bp(可达 7Kb),拷贝数 104-105，如人 LINEl (三)单拷贝序列(Unique Sequence) 包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列， 三、基因家族(gene family) 一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因．可能由某一共同 祖先基因(ancestral gene)经重复(duplication)和突变产生。