遺傳的分子基礎(chǔ)-PPT課件

1、第三章 遺傳的分子基礎(chǔ)The molecular basis of genetic 教學(xué)要求 掌握：基因、多基因家族的概念；基因結(jié)構(gòu)和表達；基因突變的類型和遺傳效應(yīng)。熟悉: 單一序列和重復(fù)序列，假基因；基因突變的特性；基因突變的誘因；了解: 基因表達的調(diào)控。第一節(jié) 基 因 的 概 念 基因是遺傳學(xué)的一個基本概念，在遺傳學(xué)的不同發(fā)展時期，人們對基因的理解也隨著學(xué)科的發(fā)展不斷深化?！盎颉备拍畹陌l(fā)展19世紀(jì)60年代初，孟德爾提出“遺傳因子”(genetic factor) 1909年，Johansen提出了“基因”(gene)1910年，摩爾根等證明基因位于染色體上，并呈直線排列?；蚣仁且粋€結(jié)構(gòu)

2、單位，又是一個功能單位(重組單位和突變單位)遺傳的染色體理論1941年，Beadle和Tatum提出了“一個基因一個酶”的學(xué)說1944年，Avery證明DNA是遺傳物質(zhì) 1953年，Watson和Crick提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，明確了DNA在活體內(nèi)的復(fù)制方式1957年，Crick提出中心法則，并于1961年提出三聯(lián)遺傳密碼“基因”概念的發(fā)展1955年，Benzer提出順反子(cistor)、突變子(muton)、重組子(recon)概念 50年代初-60年代末，提出跳躍基因(jumping gene) 70年代后期，發(fā)現(xiàn)斷裂基因(split gene) 1978年，發(fā)現(xiàn)重疊基因(over

3、lapping genes)1961年，J,acob和Monod提出操縱子模型學(xué)說(operon theory)。 一個基因不僅包括編碼蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA的核酸序列，而且包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列，5非編碼序列、內(nèi)含子及3非翻譯序列等所有核苷酸序列?；?gene)：是合成有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈及RNA所需的全部核苷酸序列。 基因分為3類： 1、結(jié)構(gòu)基因(structural genes)與調(diào)節(jié)基因(regulatory genes) 2、核糖體RNA基因(rRNA基因)與轉(zhuǎn)運RNA基因(tRNA基因) 3、啟動子(promoter)和操縱基因(operator) 基因(gene)：是合成

4、有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈及RNA所需的全部核苷酸序列。 第二節(jié) 人 類 基 因 組 DNA一、基因組的概念人類基因組(genome)：是指人類細胞的DNA分子所包含的儲藏有人類全部遺傳信息的一整套基因。包括核基因組和線粒體基因組。 二、基因組DNA的存在形式是指基因組中僅有單個或少數(shù)拷貝的(僅出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次的)DNA序列，一般由800bp1000bp組成 ，約占基因組的60%-65%。功能： 1、構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因(編碼蛋白和酶的基因)。 2、大部分單一序列的功能尚不清楚 。 (一)單一序列 重復(fù)序列是在基因組中重復(fù)出現(xiàn)的DNA序列，占30%以上。包括高度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列和反向重復(fù)序列。 (二

5、)重復(fù)序列 1、高度重復(fù)序列由很短的堿基序列重復(fù)而成，長度300 bp以下，重復(fù)次數(shù)106108。功能：高度重復(fù)順序不轉(zhuǎn)錄，主要參與染色體結(jié)構(gòu)的維持、形成結(jié)構(gòu)基因的間隔并可能在減數(shù)分裂過程中同染色體的聯(lián)會有關(guān)。 (二)重復(fù)序列 如：衛(wèi)星DNA(satellite DNA)串聯(lián)排列，約占基因組的5%-6%。如(GT)n、(CA)n、(GATA)n 小衛(wèi)星DNA (minisatellite DNA) 十幾個幾百個堿基對重復(fù)組成，又稱可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列(VNTR)，有多態(tài)性。 微衛(wèi)星DNA (microsatellite DNA) 2-6堿基對，重復(fù)成百上千次，又稱為短串聯(lián)重復(fù)(STR)。具有高

6、度多態(tài)性。 衛(wèi)星DNA(satellite DNA) 以散在的或成簇的形式存在于基因組中，序列的長度和拷貝數(shù)很不一致，長度為300-7000bp，拷貝數(shù)幾十個至105個。 2、中度重復(fù)序列 短分散序列 長分散序列短分散序列DNA序列長度300-500bp，拷貝數(shù)可達105以上，但無編碼作用，散在分布于人類基因組中，平均間隔距離約2.2kb。如：Alu家族(Alu family) 長達300bp，在一個基因組中重復(fù)30萬50萬次。 Alu家族 長分散序列DNA序列長5-7kb，拷貝數(shù)在102-104之間。 如：Kpn家族(Kpn family) Kpn家族( Kpn酶) 6.4kb 1.2kb

7、1.5kb 1.8 kb 1.9kb長6.4kb，拷貝數(shù)在3000 4800個。3、反向重復(fù)序列(inverted repeat sequence)由兩個順序互補的拷貝在同一條DNA鏈上反向排列而成。(1)十字結(jié)構(gòu)(2)回文結(jié)構(gòu)(palindrome) N N C C T G A C C G T G T C A G G N NN N G G A C T G G C A C A G T C C N N十字結(jié)構(gòu)3、反向重復(fù)序列十字結(jié)構(gòu)GCACCTGACGGACTGCGTN NN NGTCAGGCAGTCCN NN NN N C C T G A C C G T G T C A G G N NN N

8、G G A C T G G C A C A G T C C N NN N C C T G A C G T C A G G N NN N G G A C T G C A G T C C N N回文序列(palindrome)3、反向重復(fù)序列十字結(jié)構(gòu)多基因家族(multigene family)是指由一個祖先基因經(jīng)過重復(fù)和變異形成的一組來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因。(三)多基因家族在基因組中的分布分類 ：2、一個多基因家族中的不同成員成簇分布于幾條不同的染色體上，這些成員的序列雖然有些不同，但它們編碼一組關(guān)系密切的蛋白質(zhì)。例如珠蛋白基因家族。 1、基因簇(gene cluster)：也稱串聯(lián)

9、重復(fù)基因，是指由一個基因產(chǎn)生的多次拷貝，具有幾乎相同的序列，成簇地排列于同一條染色體的特定區(qū)域。如組蛋白基因家族就成簇地集中在7q32-q36。(三)多基因家族組蛋白基因家族7q32-q36珠蛋白基因家族(四)假基因假基因 (pseudogene)也稱擬基因，是指在多基因家族中，某些成員與有功能的基因在核苷酸順序組成上非常相似，在進化過程中喪失了產(chǎn)生活性產(chǎn)物的能力。 常用表示。第三節(jié) 基因的結(jié)構(gòu)和功能卵清蛋白基因及其與cDNA的雜交圖 一、基因的結(jié)構(gòu)斷裂基因(split gene)：真核生物基因包含了編碼序列和非編碼序列，而且編碼序列被非編碼序列隔開，形成鑲嵌排列的斷裂形式，這種基因被稱為“斷

10、裂基因” 或“割裂基因”。 一、基因的結(jié)構(gòu)ExonIntronGT - AG law真核基因的分子結(jié)構(gòu)特征Flanking SequenceTATA boxExonIntronT A T A AHogness boxATAT真核基因的分子結(jié)構(gòu)特征CAAT boxTATA boxExonIntronCAAT box G G C A A T C TCT真核基因的分子結(jié)構(gòu)特征GC box G G C G G GCAAT boxGC boxTATA boxExonIntron真核基因的分子結(jié)構(gòu)特征CAAT boxGC boxEnhancerTATA boxExonIntronCore sequence

11、 GGTGTGG GAAATTT真核基因的分子結(jié)構(gòu)特征Regulator SequenceCAAT boxGC boxAATAAAEnhancerTATA boxExonIntron真核基因的分子結(jié)構(gòu)特征二、基因的表達轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯后加工三、基因表達的調(diào)控(一)轉(zhuǎn)錄前調(diào)節(jié)(二)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)(三)轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)(四)翻譯水平調(diào)節(jié)(五)翻譯后調(diào)節(jié)第四節(jié) 基 因 突 變基因突變(gene mutation)：基因內(nèi)部堿基對組成或排列順序發(fā)生改變。點突變(point mutation)：基因(或DNA鏈)中一個或一對堿基改變時。突變基因(mutant gene)：基因突變后在原有基因座上出現(xiàn)的新基因?；蛲?/p>

12、變的相關(guān)概念突變體(mutant)：帶有突變基因的細胞或個體。一、基因突變的特性(1)稀有性(2)重演性 (3)可逆性 (4)多向性(5)有害性和有利性 (6)突變的時期稀有性突變率(mutation rate)：指在特定的條件下一個細胞的某一基因在一個世代中發(fā)生突變的概率。 表3-1人類中某些遺傳病的基因突變頻率 遺傳病 突變頻率 白化病 2810-6苯丙酮尿癥 2510-6 血友病 2710-6 色盲 2810-6 魚鱗病 1110-6肌肉退化癥 4310-6小眼球癥 510-6一、基因突變的特性(1)稀有性(2)重演性 (3)可逆性 (4)多向性(5)有害性和有利性 (6)突變的時期重演

13、性 重演性：相同的基因突變可以重復(fù)出現(xiàn)在同一種生物的不同個體上。一種生物不同群體中發(fā)生同一基因突變的頻率相近。一、基因突變的特性(1)稀有性(2)重演性 (3)可逆性 (4)多向性(5)有害性和有利性 (6)突變的時期可逆性野生型突變型正向突變 反向突變(回復(fù)突變)一、基因突變的特性(1)稀有性(2)重演性 (3)可逆性 (4)多向性(5)有害性和有利性 (6)突變的時期多向性野生型突變型N突變型1突變型2突變型3復(fù)等位基因一、基因突變的特性(1)稀有性(2)重演性 (3)可逆性 (4)多向性(5)有害性和有利性 (6)突變的時期有害性和有利性基因突變有害性有利性中性突變一、基因突變的特性(1

14、)稀有性(2)重演性 (3)可逆性 (4)多向性(5)有害性和有利性 (6)突變的時期突變的時期基因突變可發(fā)生在生物個體發(fā)育任何時期(體細胞、生殖細胞)，突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同。 生殖細胞突變形成突變配子，后代出現(xiàn)突變型個體；體細胞突變形成突變體細胞，引起組織器官變異。 (1)自發(fā)突變二、基因突變的誘因物理因素化學(xué)因素生物因素(2)誘發(fā)突變 堿基類似物堿基的修飾劑DNA插入劑抗生素 5-溴尿嘧啶摻入引起DNA堿基對的改變 亞硝酸引起堿基配對錯誤 堿基替換：指一個堿基對被另一個不同的堿基對所替換，為DNA分子中單個堿基的改變，即點突變。轉(zhuǎn)換(transition)：同類堿基之間的替換，即嘌

15、呤取代嘌呤、嘧啶取代嘧啶。顛換(tranversion)：不同類堿基之間的替換，即嘌呤取代嘧啶、嘧啶取代嘌呤。三、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)(一)堿基替換三、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)(一)堿基替換同義突變(same sense mutation)堿基替換發(fā)生在編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng)： 例：DNA GCG GCA m RNA CGC CGU (精氨酸)(精氨酸)三、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)(一)堿基替換同義突變(same sense mutation)錯義突變(missense mutation)例：正常血紅蛋白鏈的第6位氨基酸 GAA或GAGGUA或GUG 谷氨酸 纈氨酸 HbA HbS (導(dǎo)致鐮形

16、細胞性貧血) 堿基替換發(fā)生在編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng)： 三、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)(一)堿基替換同義突變(same sense mutation)錯義突變(missense mutation)堿基替換發(fā)生在編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng)： 無義突變(nonsense mutation)例：DNA ATG ATT m RNAUAC UAA (酪氨酸)(終止信號)三、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)(一)堿基替換同義突變(same sense mutation)錯義突變(missense mutation)堿基替換發(fā)生在編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng)： 無義突變(nonsense mutation)終止密碼突變(terminatio

17、n codon mutation)三、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)(一)堿基替換堿基替換發(fā)生在編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng)： 堿基替換發(fā)生在非編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng):1、突變改變內(nèi)含子外顯子接頭序列，會影響初級RNA剪接；2、突變改變側(cè)翼序列的保守序列，會影響RNA轉(zhuǎn)錄；3、突變改變非翻譯區(qū)的保守序列，會影響肽鏈合成。三、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)(一)堿基替換(二)移碼突變(frame shift mutation) 移碼突變：指DNA分子中插入或缺失一個或幾個堿基對，從而使該堿基對下游的DNA 讀碼順序發(fā)生改變所造成的突變。 三、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)(一)堿基替換移碼突變 酪 絲 脯 蘇 谷 色 谷UAC AGU CCU ACA GAA UGG GAGUAC AAG UCC UAC AGA AUG GGA G 酪 精 絲 酪 精 亮 甘UAC GUC CUA CAG AAU GGG AG 酪 纈 亮 谷酰 天酰 甘A(二)移碼突變(frame shift mutation) 動態(tài)突變：是指存在于基因編碼區(qū)或非翻譯區(qū)中的短串聯(lián)重復(fù)序列(尤其是三核苷酸重復(fù)序列)的重復(fù)次數(shù)在一代一代傳遞過程中明顯增加的現(xiàn)象，其結(jié)果將導(dǎo)致某種遺傳病的發(fā)生。 (