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02 第2章 遗传的细胞和分子基础.pptx

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本课件讲解遗传的细胞与分子基础,从真核细胞结构入手,说明染色质与染色体的组装层次及常染色质、异染色质的区别,梳理有丝分裂与减数分裂各期特点及其遗传学意义,并延伸介绍人类基因组组成、重复序列、断裂基因结构与基因突变类型。

第二章 遗传的细胞和分子基础章节封面,标示本章主题,涵盖真核细胞的结构、染色质和染色体等内容
本章提示,列出染色质(常染色质,异染色质,兼性异染色质,结构异染色质);减数分裂过程,意义,细胞学基础,同源染色体;DNA结构的特征及生物学意义
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第1页:第二章 遗传的细胞和分子基础

第二章遗传的细胞和分子基础

第2页:本章提示

  • 本章提示:
  • 染色质(常染色质,异染色质,兼性异染色质,结构异染色质);
  • 减数分裂过程,意义,细胞学基础,同源染色体;
  • DNA结构的特征及生物学意义;
  • 基因,人类基因组,基因组,单一顺序,重复顺序,基因家族,基因簇,假基因,断裂基因,真核生物基因结构,线粒体基因组;
  • 基因突变,突变热点,突变类型,动态突变。

第3页:本章内容导览

本章内容第一节真核细胞的结构第二节染色质和染色体第三节细胞分裂第四节基因组和基因第五节基因突变

第4页:第一节 真核细胞的结构

  • 第一节真核细胞的结构
  • 一、细胞是生物体进行生命活动的基本结构和功能单位。
  • 二、细胞膜
  • 三、细胞质
  • 四、细胞核

第5页:滑面内质网粗面内质网染色质核糖体核仁溶酶

滑面内质网粗面内质网染色质核糖体核仁溶酶体细胞核中心粒线粒体细胞质核膜高尔基复合体

第6页:细胞膜为液态镶嵌生物膜

细胞膜为液态镶嵌生物膜。

第7页:真核细胞核内具有染色质、核仁和核基质等

真核细胞核内具有染色质、核仁和核基质等。

第8页:第二节 染色质和染色体(图示)

第9页:第二节 染色质和染色体

  • 第二节染色质和染色体
  • 一、染色质和染色体
  • 二、常染色质和异染色质
  • 三、性染色质和性染色体

第10页:染色体是遗传的物质基础

染色体是遗传的物质基础,是基因的载体。

第11页:一、染色质和染色体

  • 一、染色质和染色体
  • 染色质:细胞间期核内伸展开的DNA-蛋白质纤维。
  • 染色体:有丝分裂阶段,染色质高度螺旋化,紧密盘绕折叠的产物。螺旋化染色质→染色体(分裂间期)(分裂期)

第12页:染色质和染色体是同一遗传

染色质和染色体是同一遗传物质在细胞间期和分裂期的两种不同形态。

第13页:DNA(总长2m)→染色体(图示)

DNA(deoxyribonucleic acid)组蛋白(H1、H2A、H2B、H3、H4)蛋白质非组蛋白

第14页:DNA(总长2m)→染色体

DNA(总长2m)→染色体(n=46)→细胞核(d=6μm)

第15页:核心颗粒

  • 核心颗粒:四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各2个分子构成八聚体,外面围绕约146bp的核心DNA;
  • 连接区:相邻两个核小体间由50-60bp的DNA相连,其上还结合1个组蛋白H1。
  • 染色体的基本单位是核小体(Nucleosome);

第16页:串珠状染色质

串珠状染色质

第17页:染色质和染色体螺线管

螺线管

第18页:超级螺线管

超级螺线管

第19页:四级结构(图示)

第20页:四级结构

四级结构
由超螺线管再缠绕折叠——中期染色体(两条染色单体)(直径1400nm,÷5)
三级结构
螺线管进一步折叠螺旋化——超螺线管(直径0.4μm,÷40)
二级结构
串珠进一步螺旋化,每6个核小体一个螺旋——螺线管(直径30nm,÷6)
一级结构
无数个核小体通过一条DNA分子串联起来——串珠状纤维(÷7)

第21页:二、常染色质和异染色质转(图示)

第22页:二、常染色质和异染色质转录活性位置状

二、常染色质和异染色质转录活性位置状态染色有核中央分散疏松浅常染色质低或无核仁核膜致密凝缩深异染色质

第23页:异染色质

  • 异染色质
  • 组成型异染色质:位置固定,位于端粒,着丝粒或核仁组织区(NOR);
  • 功能型/兼性异染色质:特定阶段由常染色质转变而成,X染色质。

第24页:三、性染色质和性染色体

  • 三、性染色质和性染色体
  • 人染色体46条(23对),1-22对为常染色体,X染色体和Y染色体决定性别,称为性染色体。
  • 在间期细胞核中,性染色体的异染色质部分显示的一种特殊结构→性染色质(sex-chromatin)。

第25页:X染色质(X-chromatin)

  • X染色质(X-chromatin)
  • 正常女性的间期细胞核膜内缘有一染色较深、椭圆形、1μm大小的小体,称为X染色质,又称Barr小体。
  • Barr小体(X染色质)数目= X染色体数-1

第26页:Y染色质

  • Y染色质
  • 用荧光染料使正常男性间期细胞核染色后,核内显示一个0.3μm大小的强荧光小体。
  • 实质为Y染色体长臂远端异染色质被染色的结果。
  • Y染色质(Y小体)数目= Y染色体数目

第27页:第三节 细胞分裂

  • 第三节细胞分裂
  • 一、有丝分裂
  • 二、减数分裂
  • 三、配子发生
  • 四、受精

第28页:有丝分裂(mitosis)减数分裂

  • 有丝分裂(mitosis)减数分裂(meiosis)细胞分裂
  • 受精卵(1个细胞)→婴儿(约1012个细胞)→成年(约16×1014个细胞)
  • 生命活动过程中有许多细胞死亡,由新细胞补充。

第29页:一、有丝分裂

  • 一、有丝分裂
  • 有丝分裂:一个细胞分裂产生两个在遗传上与亲代完全相同的细胞的过程。
  • 特点:DNA/染色体复制1次;细胞分裂1次→产生2个子细胞;染色体数目仍是2n。
  • 意义:子代细胞保持了与亲代细胞相同的遗传物质,从而保证机体所有细胞染色体数目的恒定。

第30页:细胞周期(cell cycle)

  • 细胞周期(cell cycle)
  • 细胞周期:细胞从上一个有丝分裂结束到下一个有丝分裂结束的全过程。间期分裂期前期中期后期末期

第31页:细胞分裂G1期

G1期
RNA和蛋白质合成,是进入S期的前提;S期:DNA合成复制;G2期:加速合成RNA和蛋白质,为M期准备。间期

第32页:前期(prophase)

前期(prophase)
染色质折叠变粗,核仁、核膜消失;中期(metaphase):典型染色体,排列于赤道板、纺锤体形成,并与染色体着丝粒相连;后期(anaphase):着丝粒纵裂、染色单体分别移向两极;末期(telephase):染色体移至两极并分散成染色质,核膜、核仁再现、细胞膜凹陷。

第33页:有丝分裂的荧光显微图像

有丝分裂的荧光显微图像

第34页:二、减数分裂(图示)

第35页:二、减数分裂(图示)

第36页:二、减数分裂(图示)

第37页:二、减数分裂

  • 二、减数分裂
  • 减数分裂:生殖细胞的分裂方式,由此产生男性和女性的配子,即精子和卵子。
  • 特点:生殖细胞形成过程中(成熟分裂);染色体/DNA复制1次,细胞连续2次分裂;形成精子或卵细胞;染色体数目减半(二倍体→单倍体)。
  • 包括:减数分裂Ⅰ+减数分裂Ⅱ

第38页:细胞分裂前期Ⅰ

前期Ⅰ
细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期中期Ⅰ:四分体排列形成赤道板,纺锤丝与着丝粒相连并朝向两极。后期Ⅰ:同源染色体彼此分离(分离律),非同源染色体随机分配到子细胞中(自由组合律)。末期Ⅰ:染色体达两极,核膜、仁重新出现,形成两个子细胞。减数分裂Ⅰ

第39页:细胞分裂前期Ⅰ

前期Ⅰ

第40页:1、细线期(leptotene)特点

1、细线期(leptotene)特点
1)染色质—螺旋化—染色体(呈细丝状);2)染色体已复制,但看不到双重性;3)染色体端粒开始与核膜附着斑相连;

第41页:2、偶线期(zygotene)特点

2、偶线期(zygotene)特点
1)同源染色体发生配对→联会(synapsis) →联会复合体→二价体。2)同源染色体(homologouschromosome):是指大小、形态结构相同,一条来自父方,一条来自母方的一对染色体。

第42页:联会复合体

联会复合体

第43页:3、粗线期(pachytene)特点

3、粗线期(pachytene)特点
1)染色体变粗→二价体→四分体(tetrad)。2)非姐妹染色单体之间发生交换→交叉,染色体重组/基因重组,互换的细胞学基础。

第44页:4、双线期(dipleoid)特点

4、双线期(dipleoid)特点
1)联会的同源染色体相互排斥,并分离。2)互换后的染色体之间仍存交叉—交叉端化。

第45页:5、终变期(diakinnesis)

5、终变期(diakinnesis)特点
1)染色体高度螺旋化——短、粗。2)核仁、核膜消失、纺锤体形成。3)交叉移至末端——互换片段。

第46页:中期Ⅰ特点

中期Ⅰ特点
1)四分体排列形成赤道板。2)纺锤体与染色体着丝粒盘连接。

第47页:后期Ⅰ特点

后期Ⅰ特点
1)同源染色体彼此分离(分离律)。2)非同源染色体随机分配到子细胞(自由组合律)(自由组合—223)。

第48页:末期Ⅰ特点

末期Ⅰ特点
1)两组染色体分别到达两极,2)一个细胞变成两个细胞,染色体数目减半,3)核仁、核膜重新出现。

第49页:减数分裂Ⅱ前期Ⅱ

减数分裂Ⅱ前期Ⅱ
核仁、核膜消失,每个C中有n个二分体。中期Ⅱ:各二分体排列在赤道板上。后期Ⅱ:二分体着丝粒纵裂,形成染色单体,移向两极。末期Ⅱ:单分体到达两极,形成两个(四个)子细胞。

第50页:减数分裂有丝分裂(图示)

第51页:减数分裂有丝分裂

减数分裂有丝分裂

第52页:减数分裂的意义1)保持物种的稳定性

减数分裂的意义1)保持物种的稳定性
2n → n → 2n2)染色体分离与随机分配——不同生殖细胞形成223种组合。

第53页:3)互换→基因重组

3)互换→基因重组,有利于DNA修复,基因组稳定性,增加了生殖细胞中染色体组成的差异,增加了遗传物质的组合,遗传物质的多样性,生物的多样性→进化。4)X、Y染色体经减数分裂形成X、Y两类精子,决定受精卵性别,精、卵形态和功能不同,有利于受精。5)减数分裂中,体现了分离律(后期I)、自由组合律(后期I)、互换(粗线期)的细胞学基础。

第54页:细胞分裂分离律

  • 分离律
  • 自由组合律
  • 连锁互换律

第55页:三、配子发生

三、配子发生

第56页:细胞分裂三阶段

三阶段
1)有丝分裂增殖期;2)减数分裂期;3)精子形成/分化。精子发生

第57页:卵子发生三阶段

卵子发生三阶段
1)增殖期;2)生长期;3)成熟期。

第58页:精子/卵子发生比较

精子/卵子发生比较1、产生配子数目不同
1个精原细胞→4个精子1个卵原细胞→1个卵子+3个极体2、减数分裂起始时段不同:女性始于胚胎时期,男性始于青春期。3、减数分裂停滞:精子无停滞卵子两次停滞前期Ⅰ双线期中期II4、形态功能变化:卵子→大,贮存营养物质精子→小,便于活动出生后至青春期前排卵后至受精前

第59页:四、受精(Fertilization

  • 四、受精(Fertilization)
  • 受精:指成熟获能后的精子与卵细胞结合形成受精卵的过程。
  • 发生部位:输卵管壶腹部。

第60页:第四节 基因组和基因

  • 第四节基因组和基因
  • 一、DNA是遗传物质
  • 二、DNA的结构特征及生物学意义
  • 三、人类基因组
  • 四、基因组DNA序列的类型
  • 五、断裂基因的基本结构
  • 六、基因表达与调控

第61页:一、DNA是遗传物质

  • 一、DNA是遗传物质
  • 19世纪60年代:发现染色体含有DNA,并能引起遗传性状;
  • 20世纪初:认为染色体中的蛋白质可能是遗传物质;
  • 1944年,Avery等的肺炎双球菌转化实验证明了遗传物质是DNA,奠定了分子遗传学的基础。

第62页:R型细菌(粗糙、无毒性)S型细菌

R型细菌(粗糙、无毒性)S型细菌(光滑、有毒性)肺炎双球菌转化实验

第63页:体内实验

体内实验

第64页:体外实验

体外实验

第65页:二、DNA的结构特征及生物学意义

  • 二、DNA的结构特征及生物学意义
  • 染色体→基因的载体
  • 基因→功能DNA片段
  • DNA转录→RNA翻译→蛋白质

第66页:1、DNA是由两条多核苷酸链

1、DNA是由两条多核苷酸链相互逆向缠绕而成的双螺旋长链大分子;

第67页:核苷酸的基本结构

基本结构——核苷酸(nucleotide)磷酸脱氧核糖碱基脱氧核苷脱氧核苷酸

第68页:2、DNA含有

2、DNA含有4种碱基(A=T, G≡C);嘌呤Purines嘧啶Pyrimidines胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)鸟嘌呤(G)腺嘌呤(A)

第69页:3、碱基有顺序地排列构成DNA序列

3、碱基有顺序地排列构成DNA序列,编码和储存大量遗传信息;三联体密码子(triplet condon)→简并性(Degeneracy)

第70页:4、双螺旋碱基互补结构

4、双螺旋碱基互补结构是DNA复制和修复的基础;

第71页:5、DNA双螺旋的碱基互补

  • 5、DNA双螺旋的碱基互补是现代分子生物学核心技术——“分子杂交”的基础;
  • Southern印迹
  • Northern印迹
  • PCR
  • DNA合成
  • 生物芯片

第72页:6、双螺旋结构

6、双螺旋结构形成的大沟是DNA与蛋白质相互作用的结构条件。反式作用因子(Protein)顺式作用元件(DNA)+

第73页:三、人类基因组

  • 三、人类基因组
  • 基因(gene):DNA序列的一个功能片段。
  • 基因组(genome):一个生物体含有全部遗传信息的DNA序列。
  • 人类基因组:是指人的所有遗传信息的总和,包含核基因组和线粒体基因组。

第74页:基因组范畴的演变

  • 基因组范畴的演变
  • 20世纪20年代→单倍体细胞所含有的全套染色体。
  • 80年代→整套染色体包含的全部基因。
  • 基因组计划后→细胞全部基因DNA序列和非基因DNA序列的总和。

第75页:人类基因组核基因组

人类基因组核基因组3200Mb2.0~2.5万个基因线粒体基因组16.6kb37个基因2 rRNA22 tRNA13个多肽编码基因基因和相关序列~25%单拷贝或中等重复编码DNA~10%非编码DNA~90%假基因基因片段内含子、非翻译序列等单或低拷贝~60%中~高度重复~40%分散重复串联重复或簇集重复基因外序列~75%

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第76页:核基因组

核基因组

第77页:核基因组的组成

核基因组的组成和主要特征1)核苷酸总数3.2×109bp;2)编码DNA约占1%,内含子约占24%,基因间序列约占75%,非编码DNA重复序列≥50%;3)基因约2~2.5万,分布及长度差异大;4)RNA基因约3千多个,假基因约2万个;5)基因组中SNP出现频率为1/500-1000bp,个体间约有0.1%的核苷酸差异;6)减数分裂时发生突变,男>女。

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第78页:线粒体基因组

线粒体基因组

第79页:线粒体基因组的组成和主要特征

  • 线粒体基因组的组成和主要特征
  • 组成:2个rRNA基因22个tRNA基因13个多肽编码基因
  • 主要特征:环型双链DNA分子无内含子母系遗传

第80页:四、基因组DNA序列的类型根据DNA

四、基因组DNA序列的类型根据DNA序列在基因组中具有不同的结构和功能,将基因组DNA序列分为:1、基因序列和非基因序列2、编码序列和非编码序列3、单一序列和重复序列

第81页:1、基因序列和非基因序列

  • 1、基因序列和非基因序列
  • 基因序列→基因组中决定蛋白质的DNA序列:起始密码(AT/UG)至终止密码(UAG、UGA和UAA)→可读框(open reading frame , ORF )
  • 非基因序列→基因组中除基因以外的全部DNA序列。→基因间DNA序列。

第82页:2、编码序列和非编码序列

  • 2、编码序列和非编码序列
  • 编码序列→编码RNA和蛋白质的DNA序列。→基因中的外显子(exon)序列
  • 非编码序列→基因中的内含子(intron)序列+旁侧序列+基因间序列

第83页:3、单一序列和重复序列

  • 3、单一序列和重复序列
  • 单一序列→在基因组中只出现过一次的DNA序列。→包括多数基因序列和非基因序列的单一序列
  • 重复序列→在基因组中重复出现的DNA序列。

第84页:重复序列轻度

重复序列轻度
2~10个;中度:10~数百乃至数十万个;高度:数百~数百万个;重复拷贝数分布情况串联重复分散重复短分散核酸元件(SINE)长分散核酸元件(LINE)卫星DNA小卫星DNA微卫星DNA

第85页:高度重复序列

高度重复序列
rRNA基因tRNA基因短的非编码重复,如串联重复序列。
串联重复序列(tandem repetitivesequence)
不同数目的核苷酸重复拷贝串联在一起的高度重复序列;→长度:2~200bp;→主要为卫星DNA。

第86页:卫星DNA

  • 卫星DNA
  • 氯化铯密度梯度离心时,因为DNA中GC和AT含量的差异,在形成主带之外还形成小的卫星带;→该卫星带的DNA中GC含量少于主带;→构成着丝粒、端粒和Y染色体长臂的异染色质区。

第87页:卫星DNA构成着丝粒、端粒和Y染色体

  • 卫星DNA构成着丝粒、端粒和Y染色体长臂的异染色质区
  • 卫星DNA

第88页:小卫星DNA

  • 小卫星DNA(Minisatellite DNA)→6~25bp。微卫星DNA(Microsatellite DNA)→2~6bp。
  • 均称为短串联重复序列(Short tandem repeat,STR)→作为遗传标记,如可变数目串联重复序列(VNTR)等,具有多态性,且与疾病有关。单核苷酸重复,如(A)n,分散于基因组中,具有高度多态性,可作为遗传标记,与人类疾病相关。三核苷酸重复,如(CGG)n,与神经肌肉系统疾病有关;六核苷酸重复(TTAGGG)n,位于端粒区,与细胞衰老和肿瘤发生有关;

第89页:中度重复序列→常为非编码序列

  • 中度重复序列→常为非编码序列,平均长约300bp→一般构成序列家族,分散于基因组中。
  • 分散重复序列:分布于基因组内散在的重复序列短分散核酸元件(short interspersing element,SINE)长分散核酸元件(long interspersing element,LINE)

第90页:短分散核酸元件(SINE)

  • 短分散核酸元件(SINE)
  • 长度在500bp以下,拷贝数可达10万以上
  • 如:Alu序列,300bp,→序列中含有一个Alul酶切位点“AGCT”→是人类基因组特有的含量丰富的中度重复序→50~70万拷贝。
  • 功能:基因转录调节;hnRNA加工;DNA复制的启动。AluI

第91页:长分散核酸元件(LINE)

  • 长分散核酸元件(LINE)
  • 长度:5kb~7kb,拷贝数:102~104
  • 如:Kpnl家族
  • 分散于基因组中,构成转座元件(使DNA在基因组内从一个染色体转到另一个染色体)。

第92页:五、断裂基因的基本结构(一)基因的概

五、断裂基因的基本结构(一)基因的概念(二)基因的一般特性(三)基因的类别(四)原核与真核生物基因比较(五)真核生物基因结构

第93页:(一)基因的概念

  • (一)基因的概念
  • 从遗传学角度看:基因是生物的遗传物质,是遗传的基本单位→突变单位、重组单位和功能单位。
  • 从分子生物学角度看:基因是负载着特定遗传信息的DNA片段,在一定条件下能够表达这种遗传信息,执行特定的生理功能。

第94页:(二)基因的一般特性

  • (二)基因的一般特性
  • 从分子水平看,基因有以下基本特性:1)自我复制→半保留复制2)基因决定性状:Gene → mRNA → Protein3)基因突变淘汰保留生物进化遗传病

第95页:(三)基因的类别

  • (三)基因的类别
  • 依其功能可分为:1)结构基因:编码蛋白质;2)调控基因:调节结构基因表达:如miRNA的基因3)转录而不翻译的基因:rDNA基因(NOR)→rRNA →组成核糖体。tRNA基因→tRNA →转运氨基酸。

第96页:(四)原核与真核生物基因比较

  • (四)原核与真核生物基因比较
  • 原核生物基因:无核膜,散在于细胞质;基因是连续的,仅1个染色体/DNA/RNA分子;多数是双链环状,少数为单链线状。
  • 真核生物基因:有核膜,在细胞核/线粒体中;基因结构复杂(又称断裂基因);基因大小差别很大。

第97页:(五)真核生物基因结构

  • (五)真核生物基因结构
  • 真核生物结构基因的DNA序列由编码序列和非编码序列两部分组成,编码序列是不连续的,被非编码序列分割开来,故又称为断裂基因(splitgene)。外显子(Exon)+内含子(Intron)+旁侧(Flanking)序列

第98页:1、外显子和内含子

  • 1、外显子和内含子
  • 结构基因中:编码序列称为外显子(exon),表达多肽部分;非编码序列称为内含子(intron)。
  • 内含子和外显子不是固定不变的,同一基因可以有多种不同的转录产物;
  • 某些真核生物结构基因没有内含子,如组蛋白基因和干扰素基因,它们常以基因簇形式存在。

第99页:GT-AG法则

  • GT-AG法则
  • 每个外显子和内含子的接头区都是一段高度保守的共有序列;
  • 内含子的5´端是GT,3´端是AG,这种接头方式称为GT-AG法则;
  • 其普遍存在于真核生物中,是RNA剪接的识别信号。

第100页:2、旁侧序列与调控序列

  • 2、旁侧序列与调控序列
  • 每个结构基因的第一个和最后一个外显子的外侧,都有一段不被转录的非编码区,称为旁侧序列(Flanking sequence);
  • 是基因的调控序列,对基因的有效表达起调控作用;
  • 包括:启动子、增强子、终止子等,均属于基因的顺式作用元件。

第101页:1)启动子(Promoter)

  • 1)启动子(Promoter)
  • 是位于基因转录起始点上游的100~200bp范围内一段特定的核苷酸序列;
  • 为RNA聚合酶的结合部位,并相互作用启动基因转录;
  • 决定DNA中的转录链。
  • 包括:TATA框、CAAT框和GC框等。

第102页:TATA框(TATA Box)

TATA框(TATA Box)
位于转录起始点上游25~30 bp的一段高度保守序列,与转录因子TFII结合,再与RNA聚合酶II形成复合物,从而准确地识别转录起始位置,激活转录。
CAAT框(CAAT Box)
位于转录起始点上游-75~80bp的一段保守序列,与转录因子CTF结合,具有激活转录的功能。
GC框(GC Box)
序列为GGCGGG,位于CAAT Box两侧,与转录因子SP1结合,具有激活转录的功能。

第103页:2)增强子(Enhancer)

  • 2)增强子(Enhancer)
  • 包括启动子上游或下游的一段DNA序列,可以增强启动子发动转录,提高转录效率。
  • 特点:在任意位置都有效无方向性有组织特异性

第104页:3)终止子(Terminator)

  • 3)终止子(Terminator)
  • 由一段回文序列(转录终止信号)以及特定的5´-AATAAA-3´序列(PolyA附加信号)组成,是RNA聚合酶停止工作的信号。
  • 为反向重复序列,转录后形成发夹结构,阻碍RNA聚合酶的移动,且易从模板上脱落,终止转录。

第105页:基因家族(Gene family)

  • 基因家族(Gene family)
  • 是指来源相同,结构相似和功能相关的一组基因。
  • 属于重复序列。
  • 特点:微小差别,行使相同功能。
  • 分布几条不同的染色体上一条染色体上→形成基因簇

第106页:17号染色体

基因家族(Gene family) 珠蛋白基因(成簇分布于16号染色体)HOX基因(成簇分布于2号、7号、12号、17号染色体)

第107页:15号等染色体

基因家族(Gene family)NF1基因(散在分布于17号、11号、15号等染色体)

第108页:基因簇(Gene cluster)

  • 基因簇(Gene cluster)
  • 一个基因产生多次拷贝,顺序几乎相同,成簇地排列在一条染色体上,形成一个基因簇。
  • 如人HLA系统,7个连锁基因座位分布于Chr.6。A—B—C—D—DR—DQ—DP

第109页:一个基因家族中不同成员成簇可分布于几条不

  • 一个基因家族中不同成员成簇可分布于几条不同的染色体上,编码一组功能关系密切的蛋白。
  • 如:α珠蛋白基因簇,分布于Chr.16;β珠蛋白基因簇,分布于Chr.11。

第110页:假基因(Pseudogene)

  • 假基因(Pseudogene)
  • 具有部分基因结构,但在进化过程由于突变而不能产生有功能的蛋白产物,称为假基因。
  • 如:ψζ、ψα1、ψβ1。

第111页:六、基因表达与调控

  • 六、基因表达与调控
  • 基因表达:DNA序列的遗传信息通过转录产生mRNA再经过翻译最终生成蛋白质的过程。
  • 基因决定性状,性状是以蛋白质形式体现的;遵循生命物质的运动基本规律——中心法则(Central dogma)。

第112页:基因组和基因转录

  • 1、转录
  • 转录是基因中的遗传信息以DNA双链的反义链为模板合成单链mRNA分子。

第113页:核内异质RNA

核内异质RNA(hnRNA)→成熟mRNA加帽剪接加尾

第114页:加帽(capping)

加帽(capping)→ mRNA 5′端加上一个7-甲基鸟苷(m7′G),增强mRNA稳定性,促使与核糖体结合和释放;

第115页:剪接供体与受体位点

剪接(splicing)→剪接供体(GT)、剪接受体(AG)和小核RNA蛋白(snRNP)形成剪接体,切除内含子;

第116页:加尾(polyadenylation)

加尾(polyadenylation)→ mRNA 3′端信号“AAUAAA”下游加polyA尾,促进mRNA转运出核,并增强其稳定性。

第117页:基因组和基因翻译

  • 2、翻译
  • 翻译是将转录生成的mRNA的碱基顺序解译为蛋白质的氨基酸序列。

第118页:mRNA分子中

mRNA分子中,每三个相连的核苷酸组成一个三联体,决定一个氨基酸或提供终止信号,这个三联体称为“密码子”,4种碱基随机组成43=64种密码子。

第119页:3、翻译后修饰

  • 3、翻译后修饰
  • 包括:多肽链N端脱甲酰基、乙酰化、磷酸化、糖基化和链的切割,以及肽链间的连接和进一步折叠等;
  • 多肽—蛋白/酶原---生物活性。

第120页:真核生物基因调控

  • 真核生物基因调控
  • 表观遗传调控:DNA甲基化、RNA干扰、组蛋白修饰和染色体重塑等。
  • RNA水平:基因转录成RNA的速度、RNA加工、mRNA向细胞质转运和mRNA降解速度。
  • 蛋白质水平:mRNA翻译成蛋白质的速度、蛋白质翻译后修饰和蛋白质降解速度。

第121页:基因的转录调控

  • 基因的转录调控
  • 顺式作用元件(cis-actingelement):包括启动子、增强子、终止子等,是基因(DNA)的一部分,对基因转录直接起作用。
  • 反式作用因子(trans-actingfactor):即转录因子(transcriptionalfactor),是一类通过与靶序列上顺式作用元件结合来调节基因表达的蛋白质。

第122页:转录因子结构

转录因子结构域基序螺旋-转角-螺旋(HTH)螺旋-环-螺旋(HLH)锌指结构亮氨酸拉链

第123页:基因突变

基因突变
DNA水平遗传物质的变化自发/诱发进化遗传病/常见病第五节基因突变

第124页:点突变(point mutation)

  • 点突变(point mutation):DNA分子中的一个或一对碱基的改变。
  • 缺失、重复、插入→涉及多个碱基突变。
  • 突变体(mutant):携带突变基因的细胞或个体。
  • 野生型(wild type):未携带突变基因的细胞或个体。
  • 突变热点(hot spots of mutation):DNA分子中某些突变频率大大高于平均数的部位。

第125页:编码序列突变发生于启动子区遗传病

编码序列突变发生于启动子区遗传病剪接区内含子区突变类型:1)碱基置换(点突变,Point mutation)2)插入和缺失(Insertion and Deletion)3)动态突变(Dynamic mutation)

第126页:1、碱基置换

  • 1、碱基置换
  • 碱基置换:指DNA分子中一个碱基被另一个不同的碱基所替代。转换:嘌呤嘌呤,嘧啶嘧啶颠换:嘌呤嘧啶
  • 碱基替换导致mRNA中密码子发生变化,多肽链中氨基酸改变,可能出现不同的效应。

第127页:3)无义突变(图示)

  • 1)同义突变
  • 同义突变(Synonymous mutation):由于密码子具有兼并性,单个碱基置换后密码子所编码的是同一种氨基酸,表型不改变。
  • 正常:AGT CAG CAG CAG TTTTTACGT AAC CCG… DNAMet Gln Gln Gln PheLeuArg Asn Pro
  • 同义突变:AGT CAG CAG CAGTTT TTGCGT AAC CCG… DNAMet Gln Gln GlnPheLeuArg Asn Pro

第128页:3)无义突变(图示)

  • 2)错义突变
  • 错义突变(Missense mutation):DNA分子中的碱基置换后,形成新的密码子,且所编码的氨基酸也发生改变,产生异常的蛋白质。
  • 正常:AGT CAG CAG CAG TTTTTACGT AAC CCG… DNAMet Gln Gln Gln PheLeuArg Asn Pro
  • 错义突变:AGT CAG CAG CAG TTTTCACGT AAC CCG… DNAMet Gln Gln Gln PheSerArg Asn Pro

第129页:3)无义突变

  • 3)无义突变
  • 无义突变(Nonsense mutation):是指DNA中碱基被置换后,使编码一个氨基酸的密码子变为终止密码,肽链合成提前终止,产生短的没有活性的多肽片段。
  • 正常:AGT CAG CAG CAG TTTTTACGT AAC CCG… DNAMet Gln Gln Gln PheLeuArg Asn Pro
  • 无义突变:AGT CAG CAG CAG TTTTGACGT AAC CCG… DNAMet Gln Gln Gln Phe终止

第130页:4)终止密码突变

  • 4)终止密码突变
  • 终止密码突变:DNA分子中的一个终止密码发生突变成编码氨基酸的密码子,使多肽链的合成继续进行下去,一直延长至下一个终止密码子时停止,产生延长的异常多肽链,又称延长突变。

第131页:2、插入和缺失

  • 2、插入和缺失
  • 移码突变:DNA编码序列中插入或缺失一个或几个碱基,使其下游阅读框发生改变,导致蛋白质活性异常或无活性。
  • 正常:AGT CAG CAG CAG TTTTTA CGT AAC CCG … DNAMet Gln Gln Gln PheLeu Arg Asn Pro
  • 移码突变:AGT CAG CAG CAG TTTTAC GTA ACC CGT …DNAMet Gln Gln Gln PheTyr Val Thr Arg

第132页:2、插入和缺失

  • 2、插入和缺失
  • 整码突变:DNA链的密码之间插入或缺失一个或几个密码子,导致肽链增加或减少一个或几个氨基酸,但插入或缺失点以后的氨基酸序列不变。
  • 正常:AAG GACCCGGCG
  • 密码子插入:AAG GACAAACCGGCG
  • 密码子缺失:AAG GAC GCG

第133页:染色体不等交换

  • 染色体不等交换
  • 减数分裂时,同源染色错误配对→不等交换→基因重复/缺失
  • 举例:Hb Lepore & Hb anti-Lepore

第134页:3、动态突变

  • 3、动态突变
  • 动态突变:邻近基因或位于基因序列中的三核苷酸重复拷贝数,如(CGG)n、(CAG)n等,在一代代传递过程中发生明显的增加。
  • 该突变可遗传并产生表型效应→引起疾病,多为神经系统疾病。
  • 举例:(CAG)n → Hutington舞蹈病(GCT) n/(CTG)n →强直性肌营养不良(CCG)n →脆性X综合征

第135页:4、基因突变的后果(图示)

正常
AGTCAG CAG CAGTTT TTA CGT AAC CCG… DNAMetGln Gln GlnPhe Leu Arg Asn Pro
动态突变
AGTCAG CAG CAGCAG CAG CAG CAG CAG… DNAMetGln Gln GlnGln Gln Gln Gln Gln
随着世代传递
长度增加;发病年龄提前;病情加重。

第136页:4、基因突变的后果

4、基因突变的后果1)中性突变
轻微,对机体效应不明显;2)个体间生化的遗传学差异:一般对机体无影响。如ABO血型,HLA和同工酶等;3)有利于个体生存生育。如Hbs突变基因杂合子比正常纯合子抗疟疾能力强;4)决定遗传易感性。如:肿瘤的易感性;5)遗传病:每个健康个体均有5-6个有害突变;6)致死突变:死胎、自然流产和生后夭折。

第137页:5、DNA多态性

  • 5、DNA多态性
  • DNA多态:某一基因座在人群中存在一种以上频率大于0.01的序列变异。
  • 三代遗传标记第Ⅰ代:RFLP(限制性片段长度多态)第Ⅱ代:VNTR(可变数目串联重复多态)第Ⅲ代:SNP(单核苷酸多态)
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