脱氧核糖核酸和表觀基因組

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脱氧核糖核酸和表觀基因組之间的区别

脱氧核糖核酸 vs. 表觀基因組

--氧核醣核酸（deoxyribonucleic acid，縮寫：DNA）又稱--氧核醣核酸，是一種生物大分子，可組成遺傳指令，引導生物發育與生命機能運作。主要功能是資訊儲存，可比喻為「藍圖」或「配方」。其中包含的指令，是建構細胞內其他的化合物，如蛋白質與核醣核酸所需。帶有蛋白質編碼的DNA片段稱為基因。其他的DNA序列，有些直接以本身構造發揮作用，有些則參與調控遺傳訊息的表現。 DNA是一種長鏈聚合物，組成單位稱為核苷酸，而糖類與磷酸藉由酯鍵相連，組成其長鏈骨架。每個糖單位都與四種鹼基裡的其中一種相接，這些鹼基沿著DNA長鏈所排列而成的序列，可組成遺傳密碼，是蛋白質氨基酸序列合成的依據。讀取密碼的過程稱為轉錄，是根據DNA序列複製出一段稱為RNA的核酸分子。多數RNA帶有合成蛋白質的訊息，另有一些本身就擁有特殊功能，例如核糖體RNA、小核RNA與小干擾RNA。 在細胞內，DNA能組織成染色體結構，整組染色體則統稱為基因組。染色體在細胞分裂之前會先行複製，此過程稱為DNA複製。對真核生物，如動物、植物及真菌而言，染色體是存放於細胞核內；對於原核生物而言，如細菌，則是存放在細胞質中的拟核裡。染色體上的染色質蛋白，如組織蛋白，能夠將DNA組織並壓縮，以幫助DNA與其他蛋白質進行交互作用，進而調節基因的轉錄。. 表观基因组（Epigenome）记录着一生物体的DNA和组蛋白的一系列化学变化；这些变化可以被传递给该生物体的子代。 改变表观基因会导致染色体结构以及基因作用发生变化。 表观基因参与基因表达、个体发展、组织分化和转座子的抑制过程。不同于其底层的基因，表观基因对于个体而言并不是基本静态不变的，而是可以被环境因素动态更改的。表观基因现在是癌症研究的热门话题之一。 人类肿瘤由 DNA 甲基化和组蛋白修改模式的破坏造成。癌细胞表观基因异常状态的特点是：普遍基因的甲基化比例較低、而肿瘤抑制基因的CpG岛启动子甲基化比例過高、关键基因的组蛋白--发生改变、总体上体现出单乙酰和三甲基组蛋白 H4 缺失。 关于表观基因的很多问题现在都还未被弄清。一些人已经提议启动人类表观基因组计划。人类表观基因组先驱计划，作为全面人类表观基因组计划的先导，旨在识别并分类人类基因中的甲基化异位点（MVP, Methylation Variable Positions）。列序技术方面的进步使得人们现在得以通过一系列分子方法对表观基因状态进行基因级别的测序。 的目标之一是从正常、健康的人类个体的各种细胞系、原代细胞、和主要分化中广泛选取的表观基因组中生成人类参考表观基因组。路线图表观基因组计划研究所得的数据可从下载、浏览，这些数据可分为五类，分别是对表观基因组和表观基因组各状态的影响的不同的方面进行测序的结果：.

基因

基因一词来自希腊语，意思为“生”。是指控制生物性状的遗传信息，通常由DNA序列来承载。基因也可视作基本遗传单位，亦即一段具有功能性的DNA或RNA序列。弄清其序列本身的过程叫基因测序。基因的结构由增强子,启动子及蛋白编码序列组成：即基因产物可以是蛋白质（蛋白质编码基因）及RNA，从而控制生物个体的性状（差異）表现。在一个个体当中所有的基因总和叫基因组。在一个物种中所有等位基因的总合叫基因库。在大多数真核生物中，基因分为细胞核基因及线粒体基因，绿色植物的叶绿体也含有独立于细胞核的叶绿体基因组。人類約有一万九千至兩萬两千個基因。 在真核生物中，染色体在体细胞中是成对存在的。每条染色体上都带有一定数量的基因。一个基因在细胞有丝分裂时有两个对列的位点，称为等位基因，分别来自父与母。依所攜帶性状的表現，又可分为显性基因和隐性基因。 一般来说，同一生物体中的每个细胞體都含有相同的基因（除了已经分化的免疫细胞），但并不是每个细胞中的所有基因携带的遗传信息都会被表現出来。控制基因表达的因素分为传统的遗传学（增强子，启动子序列相关）因素及表观遗传学（DNA甲基化，组蛋白乙酰化和脱乙酰化及RNA干扰相关）因素。職司不同功能的細胞或不同的细胞类型中，活化而表現的基因也不同。在某一细胞类型当中所有被表达的基因叫转录组，所有编码蛋白质的基因叫蛋白质组。通过即时聚合酶链式反应或染色质免疫沉淀-测序可得到转录组及蛋白质组的信息。用电脑处理基因序列的学科叫生物信息学。 人类基因组计划（human genome project, HGP）是一项规模宏大，跨国跨学科的生物信息学项目。其宗旨在于测定组成人类染色体（指单倍体）的30亿个碱基对形成的核苷酸序列，从而繪製人类基因组圖譜，並且辨識其载有的基因，达到破译人类遗传信息的最终目的。该计划起始于1990年于2000年完成。.

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啟動子

啟動子（promoter）在遺傳學中是指一段能使基因進行轉錄的脱氧核糖核酸（DNA）序列。啟動子可以被RNA聚合酶辨認，並开始轉錄。在核糖核酸（RNA）合成中，啟動子可以和决定转录的开始的转录因子产生相互作用，控制基因表达（转录）的起始时间和表达的程度，包含核心启动子区域和调控区域，就像“开关”，决定基因的活动，繼而控制細胞开始生產哪一種蛋白質。 启动子本身并无编译功能，但它拥有对基因轉譯胺基酸的指挥作用，就像一面旗帜，其核心部分是非编码区上游的RNA聚合酶结合位点，指挥聚合酶的合成，这种酶指导RNA的复制合成。因此该段位的启动子发生突变（变异），将对基因的表达有着毁灭性作用。 完全的啟動子稱為規範序列。.

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CpG岛

CpG島（CpG islands）是指DNA上一個區域，此區域含有大量相聯的胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G），以及使兩者相連的磷酸酯鍵（p）。哺乳類基因中的啟動子上，含有約40%的CpG島（人類約70%）。一般CpG島的長度約300到3000個鹼基對（bp）。 常用的正式定義是指一個至少含有200bp的區域，其中GC所佔比例超過50%，且CpG的觀察值／預測值比例必須高於0.6。此部份的CpG島與基因相連，可用來作為限制酶的辨識位置。 几乎管家基因都含有CpG岛；一般位于基因的5’端区域；大多数CpG岛是未甲基化的；CpG岛中的核小体中H1含量低，其他组蛋白被广泛乙酰化，并具有超敏感位点；未甲基化CpG岛可能说明基因具有潜在活性。.

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組織蛋白

組織蛋白（histone ）是真核生物体细胞染色质中的碱性蛋白质，其将DNA包装和组织成被命名为核小体的结构单元。它们是染色质的主要蛋白质组分，作为DNA缠绕的线轴，并在中发挥作用。没有组织蛋白，染色体中未缠绕的DNA将非常长（人类DNA中的长宽比超过1000万比1）。例如，每个人类二倍体细胞（含有23对染色体）具有约1.8米长的DNA，但是在组織蛋白上缠绕它具有大约90微米（0.09毫米）的染色质，当在有丝分裂期间复制和浓缩时，其导致约120微米的染色体。.

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甲基化

基化（methylation）指向底物引入甲基的过程，一般是以甲基取代氢原子。 在生物系统内，甲基化是经酶催化的，这种甲基化涉及重金属修饰、基因表达的调控、蛋白质功能的调节以及核糖核酸（RNA）加工。重金属修饰可以在生物系统外发生。组织样本的化学甲基化也是组织染色的方法之一。.

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DNA微陣列

DNA微陣列（DNA microarray）又稱DNA陣列或DNA晶片，比較常用的名字是基因晶片（gene chip）。是一塊帶有DNA微阵列（microarray）的特殊玻璃片或矽晶元片，在數平方公分之面積上佈放數千或數萬個核酸探針；檢體中的DNA、cDNA、RNA等與探針結合後，藉由--或電流等方式偵測。經由一次測驗，即可提供大量基因序列相關資訊。它是基因组学和遗传学研究的工具。研究人員應用基因芯片就可以在同一時間定量的分析大量（成千上万个）的基因表現，具有快速、精確、低成本之生物分析檢驗能力。.

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染色体

-- 染色體（chromosome）是真核生物特有的構造，主要由雙股螺旋的脱氧核糖核酸和5种被称为组蛋白的蛋白质构成，是基因的主要載體。染色体是细胞内具有遗传性质的遗传物质深度压缩形成的聚合体，易被碱性染料染成深色，所以叫染色体（由染色质组成）。染色质和染色体是同一物质在细胞分裂间期和分裂期的不同形态表现。染色体出现于分裂期。染色质出现于间期，呈丝状。其本质都是脱氧核糖核酸（DNA）和蛋白质的组合（即核蛋白组成的），不均匀地分布于细胞核中 ，是遗传信息（基因）的主要载体，但不是唯一载体（如细胞质内的線粒体）。.

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