2. BBaassiiccss OOff HHuummaann
GGeenneettiiccss
BByy
PPrrooff.. DDrr.. RRaannddaa YYoouusssseeff
KKaassrr EEll AAiinnii

3. Introduction ttoo mmoolleeccuullaarr
ggeenneettiiccss
 GGeennoommee:: tthhee ttoottaall nnuummbbeerr ooff ggeenneess
ccoonnttaaiinneedd iinn oonnee cceellll..
 TThheerree aarree 33 bbiilllliioonn bbpp iinn eeaacchh hhuummaann
hhaappllooiidd ggeennoommee..
 TThhee ggeennoommee ccoonnttaaiinnss 11 mmiilllliioonn ggeenneess,,
oonnllyy 5500,,000000 aarree ffuunnccttiioonniinngg..

4. GGeennee
 GGeennee:: tthhee uunniitt ooff hheerreeddiittyy tthhaatt ooccccuuppiieess aa
ssppeecciiffiicc llooccuuss oonn tthhee cchhrroommoossoommee.. IItt iiss aa
DDNNAA sseeqquueennccee tthhaatt ddiirreeccttss ssyynntthheessiiss ooff aa
ssppeecciiffiicc ppoollyyppeeppttiiddee cchhaaiinn..
 11%% hhaass ssppeecciiffiicc ffuunnccttiioonn
GGeenneess
SSttrruuccttuurraall rreegguullaattoorryy ooppeerraattoorr

5.  SSttrruuccttuurraall GG:: ddiirreeccttss ssyynntthheessiiss ooff aa ssppeecciiffiicc
ppoollyyppeeppttiiddee cchhaaiinn..
 RReegguullaattoorryy GG:: rreepprreessssoorr ssuubbssttaannccee
sseeccrreettiioonn..
 OOppeerraattoorr GG:: sswwiittcchheess oonn ssttrruuccttuurraall GG
 NNoott aallll ggeenneettiicc iinnffoorrmmaattiioonn iiss ssttoorreedd uussiinngg tthhee
ggeenneettiicc ccooddee.. AAllll oorrggaanniissmmss'' DDNNAA ccoonnttaaiinnss
rreegguullaattoorryy sseeqquueenncceess,, iinntteerrggeenniicc sseeggmmeennttss,,
cchhrroommoossoommaall ssttrruuccttuurraall aarreeaass,, aanndd ootthheerr nnoonn--
ccooddiinngg DDNNAA tthhaatt ccaann ccoonnttrriibbuuttee ggrreeaattllyy ttoo
pphheennoottyyppee..

6. RReegguullaattiioonn ooff ggeennee eexxpprreessssiioonn
 NNoott aallll ggeenneess aarree ttrraannssccrriibbeedd aallll tthhee ttiimmee..
 CCoonnttrroolllliinngg mmeecchhaanniissmmss iinn tthhee cceellll
rreegguullaattee tthhee ffllooww ooff eennzzyymmeess&& ootthheerr
pprrootteeiinnss,, ddeetteerrmmiinniinngg wwhhiicchh ggeenneess aarree
ttuurrnneedd oonn..
 SSoommee ggeenneess aarree nneeeeddeedd ffoorr sshhoorrtt ppeerriiooddss
ooff lliiffee ccyyccllee,, ootthheerrss ssuucchh aass tthhoossee iinnvvoollvveedd
iinn eenneerrggyy pprroodduuccttiioonn mmaayy bbee ooppeerraattiinngg aallll
ttiimmee..

7.  AAuuttoossoommee:: aannyy cchhrroommoossoommee tthhaatt iiss nnoott aa
sseexx ((XX oorr YY)) cchhrroommoossoommee..
 PPsseeuuddooggeennee:: aa ggeennee wwhhiicchh rreesseemmbbllee aa
kknnoowwnn ssttrruuccttuurraall ggeennee bbuutt iiss nnoott
eexxpprreesssseedd..
 GGeennoottyyppee:: tthhee ggeenneettiicc ccoonnssttiittuuttiioonn ooff aann
oorrggaanniissmm..
 PPhheennoottyyppee:: tthhee pphhyyssiiccaall aappppeeaarraannccee ooff
aann oorrggaanniissmm tthhaatt iiss pprroodduucceedd bbyy tthhee
iinntteerraaccttiioonn ooff hhiiss ggeenneess && eennvviirroonnmmeenntt..

8. SSttrruuccttuurree ooff DDNNAA
 TTwwoo ppoollyynnuucclleeoottiiddee
ssttrraannddss..
 TTwwoo cchhaaiinnss rruunn iinn
ooppppoossiittee ddiirreeccttiioonn..
 SSuuggaarr--PP bbaacckkbboonnee
 BBaasseess iinnssiiddee hheelliixx
 CCoommpplleemmeennttaarryy bbaassee
ppaaiirriinngg ((AA==TT &&CC ==
GG))
 SSttrraannddss bboonnddeedd bbyy
wweeaakk hhyyddrrooggeenn
bboonnddss

10. NNuucclleeoottiiddeess &&
ccooddoonnss
nnuucclleeoottiiddee== bbaassee ++ssuuggaarr
++pphhoosspphhaattee
TTrriipplleett== sseeqquueennccee ooff 33 bbaasseess
CCooddoonn ccoonnssiissttss ooff tthhrreeee
nnuucclleeoottiiddeess,, rreepprreesseennttiinngg aa
ssiinnggllee aammiinnoo aacciidd..
((4433))==6644 aaaa,, oonnllyy 2200 aarree pprreesseenntt
((ddiiffffeerreenntt ccooddoonnss ffoorr tthhee ssaammee
aaaa))

11. CCooiilliinngg ooff DDNNAA
 PPrriimmaarryy ccooiilliinngg ooff tthhee dduupplleexx iittsseellff..
 22rryy ccooiilliinngg aarroouunndd hhiissttoonnee bbeeaaddss
((nnuucclleeoossoommee))..
 33rryy ccooiilliinngg ooff nnuucclleeoossoommeess (( cchhrroommaattiinn
ffiibbeerrss))..
 44rryy ccooiilliinngg ffoorrmmiinngg llooooppss..

12. CCooiilliinngg ooff DDNNAA

13. GGeennee mmuuttaattiioonn
 AA cchhaannggee iinn tthhee nnuucclleeoottiiddee sseeqquueennccee ooff tthhee
DDNNAA..
 11--SSiilleenntt ::
 AAnnootthheerr ttrriipplleett ffoorr tthhee ssaammee aaaa
 iinnttrraaggeenniicc
 22--HHaazzaarrddoouuss::
iinn ccooddiinngg ggeennee ((cchhaannggee iinn aa pprrootteeiinn oorr iittss aaaa))..
 IIff iitt ooccccuurrss iinn ssoommaattiicc cceellllss ccaanncceerr,, aaggiinngg
 IIff iitt ooccccuurrss iinn ggeerrmm cceellllss tteerraattooggeenneecciittyy..

14. DDNNAA ffuunnccttiioonnss
11-- RReepplliiccaattiioonn::
 ffrroomm oonnee ggeenneerraattiioonn ttoo aannootthheerr
iinnhheerriittaannccee..
 FFrroomm cceellll ttoo cceellll ddiivviissiioonn..
22--MMeettaabboolliissmm::
 GGeennee eexxpprreessssiioonn&& pprrootteeiinn ssyynntthheessiiss
((ttrraannssccrriippttiioonn&& ttrraannssllaattiioonn))..

15. DDNNAA rreepplliiccaattiioonn
 IItt iiss tthhee pprroocceessss bbyy wwhhiicchh ggeenneettiicc iinnffoorrmmaattiioonn iiss
ttrraannssmmiitttteedd ffrroomm oonnee cceellll ttoo aannootthheerr..
 IItt ssttaarrttss bbyy sseeppaarraattiioonn ooff tthhee 22 ssttrraannddss.. EEaacchh
aaccttss aass aa tteemmppllaattee ffoorr aa nneeww ssttrraanndd..
 ((sseemmii--ccoonnsseerrvvaattiivvee))..
 DDNNAA ppoollyymmeerraassee pprroocceeeeddss iinn oonnllyy oonnee ddiirreeccttiioonn
aalloonngg tthhee hheelliixx ((ffrroomm tthhee 55’’ ttoo 33’’ eenndd ooff
DDNNAA)) bbuutt ssttaarrttss iinn mmaannyy ssiitteess.. IItt iiss ccoonnttiinnuuoouuss iinn
oonnee ssttrraanndd aanndd ddiissccoonnttiinnuuoouuss iinn tthhee ootthheerr..

16. EEnnzzyymmeess ffoorr DDNNAA rreepplliiccaattiioonn
 11--GGyyrraassee:: pprreevveennttss ssuuppeerrccooiill ffoorrmmaattiioonn..
 22--HHeelliiccaassee:: llooccaall uunnwwiinnddiinngg..
 33--PPrriimmaassee:: ssyynntthheessiiss ooff RRNNAA pprriimmeerrss..
 44--PPoollyymmeerraassee:: bbaassee ppaaiirriinngg..
 55--LLiiggaassee:: lliiggaatteess tthhee nneewwllyy ssyynntthheessiizzeedd
ffrraaggmmeennttss ttooggeetthheerr..

17. DDNNAA rreepplliiccaattiioonn

19. TTrraannssccrriippttiioonn
TTrraannssccrriippttiioonn::
tthhee pprroocceessss wwhheerreebbyy ggeenneettiicc iinnffoorrmmaattiioonn iiss
ttrraannssmmiitttteedd ffrroomm DDNNAA ttoo mm..RRNNAA bbyy RRNNAA
ppoollyymmeerraassee iinnttoo ccoommpplleemmeennttaarryy ssiinnggllee--
ssttrraannddeedd ccooppiieess ooff RRNNAA..
 mm..RRNNAA aarree tthhee pprroocceesssseedd ttrraannssccrriippttss ooff
ggeenneess tthhaatt ccooddee ffoorr ppoollyyppeeppttiiddeess..

20.  EExxoonnss:: tthhee ttrraannssccrriibbeedd ppaarrttss ooff DDNNAA..
 IInnttrroonnss:: nnoonn--ttrraannssllaatteedd ppaarrttss ooff DDNNAA.. TThhee
ffuunnccttiioonn iiss uunnkknnoowwnn.. AAlltthhoouugghh ttrraannssccrriibbeedd,,
tthheeyy aarree llaatteerr ccuutt dduurriinngg RRNNAA pprroocceessssiinngg..
 >>8800%% ooff DDNNAA ddooeess nnoott ccooddee ffoorr pprrootteeiinnss
((rreeppeettiittiivvee {{rr..RRNNAA++tt..RRNNAA}},, aarroouunndd
cceennttrroommeerreess,, iinnttrroonnss))..

21.  PPrroommootteerr:: tthhee ppllaaccee wwhheerree RRNNAA
ppoollyymmeerraassee 11sstt aattttaacchheess.. TThheeyy vvaarryy ffrroomm
ggeennee ttoo aannootthheerr bbuutt ccoonnttaaiinn sseeqquueenncceess iinn
ccoommmmoonn ooff 77 bbaassee sseeqquueennccee ooff aallll TT’’ss&&AA’’ss
((TTAATTAA bbooxx,, uuppssttrreeaamm bbeeffoorree tthhee 3’’ eenndd))..
 TTeerrmmiinnaattiioonn:: cceerrttaaiinn sseeqquueennccee tthhaatt
tteerrmmiinnaatteess ggeennee ttrraannssccrriippttiioonn ((ddoowwnnssttrreeaamm
bbeeyyoonndd tthhee 55’’ eenndd))..

22. SSeennssee ssttrraanndd
 TThhee ssttrraanndd tthhaatt iiss aaccttuuaallllyy ttrraannssccrriibbeedd iiss
tthhee oonnee wwiitthh ssppeecciiffiicc pprroommootteerr sseeqquueennccee..
TThhee ootthheerr nnoonn--sseennssee ssttrraanndd iiss nnoott uusseedd iinn
ttrraannssccrriippttiioonn..
 TThhee sseennssee ssttrraanndd aatt oonnee ppllaaccee mmaayy nnoott
mmaakkee sseennssee eellsseewwhheerree iinn aa cchhrroommoossoommee..
 TThhee SSSS ooff oonnee ggeennee mmaayy bbee ccoonnttiinnuuoouuss
wwiitthh tthhee aannttii--sseennssee ooff aannootthheerr..

23. SStteeppss ooff ttrraannssccrriippttiioonn
 11--LLooccaall uunnwwiinnddiinngg ((DDNNAA hheelliiccaassee))..
 22-- BBaassee ppaaiirriinngg ((DDNNAA ppoollyymmeerraassee))..
 3--SSeeppaarraattiioonn ooff mmRRNNAA..
 PPrroocceessssiinngg::
 AA)) ccaappppiinngg:: aaddddiittiioonn ooff aa cchheemmiiccaall ccaapp ttoo tthhee 55’’
eenndd(( aattttaacchh RRNNAA ttoo tthhee rriibboossoommee))
 BB)) sspplliicciinngg:: eexxcciissiioonn ooff iinnttrroonnss..
 CC)) ppoollyyttaaiill:: aaddddiittiioonn ooff ppoollyy AA ttaaiill ((AAAAAAAA)) ttoo tthhee
3’’ eenndd(( iitt aaiiddss iinn ttrraannssppoorrttiinngg RRNNAA mmoolleeccuullee iinnttoo
tthhee ccyyttooppllaassmm))

24. TTrraannssccrriippttiioonn

25. TTrraannssllaattiioonn
 IItt iiss tthhee pprroocceessss bbyy wwhhiicchh mm..RRNNAA iiss
ttrraannssllaatteedd iinnttoo pprrootteeiinn ssyynntthheessiiss.. IItt
iinnvvoollvveess tt..RRNNAA && rr..RRNNAA..
 tt..RRNNAA:: oonnee eenndd bbiinnddss aa ppaarrttiiccuullaarr aaaa ((aallll
aarree 2200)),, tthhee ootthheerr eenndd hhaass aa 33--bbaassee
sseeqquueennccee,, tthhee aannttiiccooddoonn,, tthhaatt ppaaiirrss wwiitthh aa
ppaarrttiiccuullaarr ccooddoonn oonn mm..RRNNAA..
 rr..RRNNAA:: ssttrruuccttuurraall eelleemmeennttss ooff rriibboossoommeess..
TThheeyy aarree tthhee bbeenncchheess oonn wwhhiicchh pprrootteeiinn
ssyynntthheessiiss ooccccuurrss..

26. SStteeppss ooff ttrraannssllaattiioonn
 11--mmRRNNAA mmoovveess aalloonngg rriibboossoommeess
 22--ttRRNNAA aaddaappttss
 33--SSttaarrttiinngg ccooddoonn== AAUUGG
 44--SSttoopp ccooddoonn== UUGGAA,, UUAAGG,, UUAAAA
 DDNNAA ttrraannssccrriippttiioonn aatt cchhrroommoossoommeess
RRNNAAss mmoovveemmeenntt aaccrroossss NNMM
RRNNAAss
ttrraannssllaattiioonn aatt rriibboossoommeess pprrootteeiinn

27. TTrraannssllaattiioonn