基因與染色體

關(guān)于基因與染色體第一頁，共九十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)基因的結(jié)構(gòu)與功能

一、DNA的分子結(jié)構(gòu)第二頁，共九十五頁，2022年，8月28日二、DNA存在的形式

基因組

細(xì)胞或生物體的全套遺傳物質(zhì)，由每個染色體組的DNA組成，人體體細(xì)胞有兩個染色體組，DNA全長3.2×109bp。第三頁，共九十五頁，2022年，8月28日高度重復(fù)順序

特點：由很短的堿基序列組成，長度2-200bp，重復(fù)次數(shù)106-108。一般占DNA堿基對的10%-30%。由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復(fù)排列。第四頁，共九十五頁，2022年，8月28日衛(wèi)星DNA

DNA在CsCl密度梯度離心中，由于GC的含量少于AT，當(dāng)重復(fù)序列的GC與AT的比率有差異時，可在DNA主峰旁形成衛(wèi)星DNA。衛(wèi)星DNA構(gòu)成著絲粒，端粒和Y染色體長臂上的異染色質(zhì)區(qū)。稱為衛(wèi)星DNA。

第五頁，共九十五頁，2022年，8月28日反向重復(fù)順序

是兩個順序相同的互補(bǔ)拷貝在同一條DNA鏈上反向排列而成的，形成鏈內(nèi)堿基配對，形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。

第六頁，共九十五頁，2022年，8月28日中度重復(fù)順序

特點：在長度和拷貝數(shù)目上有很大差別。有些中度重復(fù)序列DNA具有編碼功能，如編碼rRNA和tRNA以及組蛋白的基因,大多數(shù)無編碼功能，主要是一些分散重復(fù)DNA序列。

第七頁，共九十五頁，2022年，8月28日分兩類短分散元件（SINE）長度300-500bp，散在分布在基因組中，拷貝數(shù)目可達(dá)到105以上。如Alu家族,人基因組中大量分散存在,約有50萬-70萬份拷貝，相當(dāng)于平均4kb就有一個Alu序列。2.長分散元件（LINE）長度5000-7000bp，重復(fù)次數(shù)為102-104。如KpnI家族。第八頁，共九十五頁，2022年，8月28日單一序列

單一序列是單拷貝或很少幾次的序列，一般800-1000bp組成。其中有部分是構(gòu)成編碼細(xì)胞中的蛋白質(zhì)的基因（結(jié)構(gòu)基因）。

第九頁，共九十五頁，2022年，8月28日三、基因及其結(jié)構(gòu)原核生物：DNA分子的一個片段，連續(xù)編碼。真核生物：（斷裂基因splitgene）大多真核生物的基因包括編碼序列和非編碼序列兩部分，編碼序列DNA分子中是不連續(xù)的被非編碼序列隔開，形成鑲嵌排列的斷裂形式。第十頁，共九十五頁，2022年，8月28日外顯子(exon):編碼序列

例如：人類血紅蛋白β珠蛋白3個；基因全長1700bp,編碼146個氨基酸。

DMD基因有75個基因，全長300kb，編碼3685個氨基酸。第十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日內(nèi)含子(intron)：兩個外顯子之間無編碼作用的DNA序列。

例如：人類血紅蛋白β珠蛋白有2個；

MDM基因有74個。（外顯子和內(nèi)含子在不同的基因中互變）第十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日外顯子-內(nèi)含子接頭在每個外顯子和內(nèi)含子之間的接頭區(qū)高度保守的一致序列；每個內(nèi)含子的5‘端為GT；3’端為AG。以上接頭也稱GT-AG法則。第十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日有義鏈(編碼鏈)

一個結(jié)構(gòu)基因的5'-3'鏈；反義鏈(反編碼鏈)

一個結(jié)構(gòu)基因的3'-5'鏈，與5'-3'鏈互補(bǔ)，指導(dǎo)mRNA轉(zhuǎn)錄。側(cè)翼序列每個基因的第一個外顯子和最后一個外顯子外側(cè)的不編碼的DNA序列。第十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日啟動子：位于基因轉(zhuǎn)錄起始點上游100bp內(nèi)的與RNA聚合酶結(jié)合，啟動轉(zhuǎn)錄。TATA框：位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-19～27bp處；序列為TATAA/TAA/T；與TFⅡ結(jié)合準(zhǔn)確辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點。CAAT框：位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-70～80bp處；序列為GGC/TCAATCA；與CTF結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。GC框：兩個拷貝，分別位于CAAT框的兩側(cè)；序列為GGCGGG；與轉(zhuǎn)錄因子SP1結(jié)合，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄。第十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日增強(qiáng)子：

位于啟動子的上游或下游3kb以上，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，作用方向3'-5'或5'-3'。例如：人類珠蛋白基因的增強(qiáng)子由72bp串聯(lián)重復(fù)組成，位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-1400bp處或下游3300bp處，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄200倍。多聚腺苷酸化附加信號：

位于3’端非編碼區(qū)下游的一段DNA序列。第十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日斷裂基因結(jié)構(gòu)模式圖第十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日四、多基因家族和假基因

多基因家族由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)、突變所產(chǎn)生的一組基因。它們在基因組中的拷貝只有微小的差別，并行使相關(guān)的功能。所以是一組來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因。第十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日有兩種存在形式：一類是一個基因的多次拷貝成簇排列在同一條染色體上，形成一個基因簇。另一類是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，但是編碼一組關(guān)系密切的蛋白質(zhì)。如超基因家族。第十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日第二十頁，共九十五頁，2022年，8月28日假基因

在多基因家族中，某些成員不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這類基因成為假基因。假基因的核苷酸順序與相應(yīng)的活性基因極為相似，但不能表達(dá)，不具有正常功能。它們與有功能的基因有同源性，起初可能是有功能的基因，以后由于發(fā)生突變，失去了活性，變成了無功能的基因。第二十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)基因的復(fù)制與表達(dá)一、基因的復(fù)制原核生物一個起始點，向兩個方向復(fù)制，呈θ形兩個復(fù)制叉匯于一點，復(fù)制成兩個DNA分子。真核生物多個起始點，向兩個方向復(fù)制。第二十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日第二十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日

二、基因的表達(dá)（geneexpression）

基因表達(dá)是DNA分子中所存在的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯形成具有生物活性蛋白質(zhì)或通過轉(zhuǎn)錄形成RNA發(fā)揮功能作用的過程。原核生物：轉(zhuǎn)錄和翻譯同步進(jìn)行。真核生物：轉(zhuǎn)錄在核中進(jìn)行；翻譯在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。第二十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日1.轉(zhuǎn)錄(transcription)：

按照生物基因的堿基序列合成RNA的過程。在細(xì)胞核中，以DNA的反編碼鏈為模板，從轉(zhuǎn)錄起始點開始，以堿基互補(bǔ)的形式，合成RNA，即hnRNA:包括外顯子、內(nèi)含子和部分側(cè)翼序列。過程：

hnRNA剪接戴帽加尾mRNA第二十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日

剪接：

在酶的作用下，按GT-AG法則，將hnRNA的內(nèi)含子切掉，把各個外顯子按照一定的順序準(zhǔn)確地拼節(jié)起來形成可以編碼的mRNA的過程。戴帽：在第一個外顯子的第一個核苷酸（G）上以5’-5’連接的方式連接上一個G，并在其7位上甲基化，形成m7G.在第一、二個G上的2'位氧甲基化。第二十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日加尾：

mRNA在5’端戴帽的同時，3'端在腺苷酸聚合酶的作用下加接100～200個腺苷酸，形成多聚腺苷酸（polyA）的過程。第二十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日剪接供體部位

剪接受體部位

分支部位剪接信號剪接體：識別剪接信號的RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體。第二十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日翻譯(translation)

mRNA把轉(zhuǎn)錄的遺傳信息“解讀”成為多肽鏈的不同氨基酸和氨基酸排列順序的過程。實質(zhì)是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)多肽鏈的過程。第二十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)合成的過程起始：16SrRNA3’端與AUG上游堿基互補(bǔ)，

AUG與tRNA的反密碼子結(jié)合，占據(jù)P位。延伸：進(jìn)位：氨酰tRNA進(jìn)入A位。轉(zhuǎn)肽：肽鍵形成。移位：沿5’-3’移動一個密碼子位置。終止：A位出現(xiàn)UAA、UGA、UAG時，合成停止。第三十頁，共九十五頁，2022年，8月28日第三十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日通用遺傳密碼及相應(yīng)氨基酸第三十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)染色質(zhì)與染色體一、染色體的形成與染色質(zhì)螺旋化染色體構(gòu)建的四級結(jié)構(gòu)模型

一級結(jié)構(gòu)：由DNA與組蛋白包裝成核小體，在組蛋白H1的介導(dǎo)下，核小體彼此連接形成直徑10nm的核小體串珠結(jié)構(gòu)，這就是染色體構(gòu)建的一級結(jié)構(gòu)。

第三十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日一級結(jié)構(gòu)----核小體第三十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日二級結(jié)構(gòu)----螺旋管第三十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日三級結(jié)構(gòu)----超螺旋管

四級結(jié)構(gòu)----染色單體

第三十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日二、常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)螺旋化程度低，結(jié)構(gòu)松散，直徑10nm螺旋化程度高，結(jié)構(gòu)緊密，直徑20-30nm染色淺深分布常位于核中央核膜邊緣功能復(fù)制和轉(zhuǎn)錄活躍轉(zhuǎn)錄不活躍第三十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日第三十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日三、性染色質(zhì)X染色質(zhì)：1949年Barr發(fā)現(xiàn)

Lyon假說：女性的兩條X染色體在胚胎發(fā)育中，一條隨機(jī)失活，在細(xì)胞學(xué)圖像上顯示出X染色質(zhì)。X染色體失活可在XAXa攜帶者中表現(xiàn)出部分癥狀。雌性動物細(xì)胞中一條X染色體有活性，另一條失活;X染色質(zhì)隨即來自父母之一;失活發(fā)生于胚胎早期。第三十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日Y染色質(zhì)第四十頁，共九十五頁，2022年，8月28日

第四節(jié)細(xì)胞增值

(cellproliferation)

細(xì)胞通過生長和分裂使細(xì)胞數(shù)目增加，使子細(xì)胞獲得和母細(xì)胞相同遺傳特性的過程,是細(xì)胞生命活動的重要體現(xiàn)。第四十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日細(xì)胞增殖的方式一、無絲分裂：（最早發(fā)現(xiàn))直接分裂過程：1、染色體復(fù)制；2、染色體移位；3、細(xì)胞形成。特點：遺傳物質(zhì)分配不均第四十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日二、有絲分裂1882.Flemming發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)有絲分裂器.確保遺傳的連續(xù)性和穩(wěn)定性。第四十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日三、減數(shù)分裂1883.VanBeneden發(fā)現(xiàn)特殊的分裂分裂兩次染色體復(fù)制一次分成四個細(xì)胞染色體數(shù)目減半第四十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日

細(xì)胞增殖周期一、細(xì)胞周期(cellcycle)：

指細(xì)胞從一次分裂結(jié)束開始生長到下一次分裂終了所經(jīng)歷的過程。所需時間，則稱細(xì)胞周期時間。第四十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日間期：G1期（DNA合成前期，調(diào)節(jié)時間的關(guān)鍵）S期（DNA合成期）G2期（DNA合成后期）M期：有絲分裂期：前期、中期、后期、末期。細(xì)胞周期時間：Tc=TG1+TS+TG2+TM第四十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日細(xì)胞周期各時期的特點G1期：（2C）大量合成RNA、蛋白質(zhì)初期：合成三種RNA，cAMP,cGMP;氨基酸和糖的轉(zhuǎn)運加速。后期：合成DNA復(fù)制所需酶系，如DNA聚合酶等。組蛋白和非組蛋白，H1組蛋白的磷酸化。第四十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日

發(fā)展的三種細(xì)胞：1）繼續(xù)增殖細(xì)胞如：胚胎細(xì)胞，骨髓干細(xì)胞，生殖上皮細(xì)胞等。2）暫不增殖細(xì)胞如：肝、腎、胰實質(zhì)細(xì)胞。3）永不增殖細(xì)胞如：紅細(xì)胞，神經(jīng)細(xì)胞，肌細(xì)胞等第四十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日2.S期：（2C--4C）

大量合成DNA，組蛋白及非組蛋白；DNA合成所需要的酶。3.G2期：（4C）

合成M期相關(guān)的蛋白質(zhì)。如：有絲分裂促進(jìn)因子（MPF），微管蛋白中心粒開始分離。第四十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日4.有絲分裂(mitosis)（1）前期染色質(zhì)凝集：染色質(zhì)---染色絲---染色體。確定分裂極：中心粒移向兩極，組織紡錘絲和星體；S期已復(fù)制的兩對中心粒周圍出現(xiàn)星體微管，極間微管增長，向兩極移動。核仁解體：核膜破裂。第五十頁，共九十五頁，2022年，8月28日第五十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日第五十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日（2）中期有絲分裂器：染色體、星體、中心粒、紡錘體。極微管；染色體微管；區(qū)間微管；星體微管。第五十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日（3）后期:染色體分離，移向兩極。第五十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日（4）末期:子細(xì)胞核膜、核仁出現(xiàn)，胞質(zhì)分裂。組蛋白去磷酸化，染色質(zhì)變成染色體。中體出現(xiàn)：兩子細(xì)胞間的微管及囊泡組成。收縮環(huán)出現(xiàn)：中部質(zhì)膜下方，肌動蛋白、肌球蛋白的大量聚集而成。分裂溝出現(xiàn)：ATP提供能量；與紡錘體垂直。核分裂和胞質(zhì)分裂第五十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日第五十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)

生殖細(xì)胞的發(fā)生與減數(shù)分裂一、生殖細(xì)胞的發(fā)生1.精子的發(fā)生增殖期青春期曲精細(xì)管上皮精原細(xì)胞（2n)恢復(fù)有絲分裂第五十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日生長期精原細(xì)胞增大分化成初級精母細(xì)胞（2n)成熟期初級精母細(xì)胞第一次減數(shù)分裂2次級精母細(xì)胞（n）2次級精母細(xì)胞第二次減數(shù)分裂4精細(xì)胞（n）變形期精細(xì)胞成熟精子第五十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日2.卵子的發(fā)生增殖期

胚胎發(fā)育早期卵巢中生發(fā)上皮卵原細(xì)胞（2n)進(jìn)行有絲分裂生長期

胚胎發(fā)育6個月卵原細(xì)胞增大成初級卵母細(xì)胞（2n)第五十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日成熟期初級卵母細(xì)胞第一次減數(shù)分裂1次級卵母細(xì)胞（n）400個停于雙線期，性成熟后，排卵+1第一極體（n）1次級卵母細(xì)胞第二次減數(shù)分裂1卵細(xì)胞（n）停于中期Ⅱ+1第二極體（n）1第一極體受精后第二次減數(shù)分裂2第二極體（n）3.受精作用(fertilization)

第六十頁，共九十五頁，2022年，8月28日第六十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日第六十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日聯(lián)會復(fù)合體(SC)：側(cè)生組分-中央成分（含重組節(jié)）-側(cè)生成分第六十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日（3）粗線期:重組節(jié)形成，交叉出現(xiàn)，交換、重組、P-DNA合成。（4）雙線期:同源染色體分離,交叉端移。（5）終變期:

第六十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日meosis第六十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日2.中期Ⅰ：同源染色體的四分體排列成赤道板。第六十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日3.后期Ⅰ：同源染色體分離，非同源染色體自由組合。第六十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日4.末期Ⅰ：染色體成絲狀，核仁、核膜重新出現(xiàn)，胞質(zhì)分裂。第六十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日第六十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日前期Ⅱ第七十頁，共九十五頁，2022年，8月28日中期Ⅱ后期Ⅱ

第七十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日末期Ⅱ第七十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日減數(shù)分裂同有絲分裂的比較：發(fā)生細(xì)胞DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂次數(shù)過程細(xì)胞分裂的結(jié)果DNA的變化第七十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日減數(shù)分裂的意義：使生物染色體數(shù)目保持恒定遺傳規(guī)律的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)人類遺傳基礎(chǔ)發(fā)生變異的根本機(jī)制第七十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日fiteraleition第七十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日交叉第七十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日交叉第七十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日第六節(jié)基因突變

基因突變是DNA分子中核苷酸序列發(fā)生改變，導(dǎo)致遺傳密碼編碼信息改變，造成基因的表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)的氨基酸變化，從而引起表型的改變。第七十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日生殖細(xì)胞突變：發(fā)生在生殖細(xì)胞中，引起后代中遺傳性質(zhì)的改變。體細(xì)胞突變：突變發(fā)生在體細(xì)胞中，在有性生殖的個體中，不引起后代的遺傳改變，而導(dǎo)致突變細(xì)胞在形態(tài)和功能上的改變。第七十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日體細(xì)胞突變突變體細(xì)胞有絲分裂突變克?。?xì)胞惡變基礎(chǔ)）野生型突變突變型

等位基因的產(chǎn)生均為基因突變形成。第八十頁，共九十五頁，2022年，8月28日中性突變：不產(chǎn)生優(yōu)化效應(yīng)，也無有害作用；有利突變:給生物進(jìn)化提供原材料；有害突變：致病基因的產(chǎn)生。自發(fā)突變：在細(xì)胞正常生活過程中或受環(huán)境隨機(jī)產(chǎn)生；誘發(fā)突變：在誘變劑的作用下產(chǎn)生。第八十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日基因突變的方式一、堿基替換：

DNA分子中一個堿基對被另一個堿基對替代。也稱點突變（一個堿基的改變），最常見。轉(zhuǎn)換：一種嘌呤被另一種嘌呤替代或一種嘧啶被另一種嘧啶替代。最常見。顛換：一種嘌呤被一種嘧啶或一種嘧啶被一種嘌呤替代。誘變劑：亞硝胺（NA）、烷化劑等。第八十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)換第八十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日點突變的后果同義突變：由于堿基替換后，一個密碼子變成另一個密碼子，但決定的氨基酸沒變。錯義突變：由于密碼子突變后，一起密碼子的突變，使mRNA中編碼某一氨基酸的密碼子變成了編碼另一氨基酸的密碼子。無義突變：堿基的改變使一個密碼子不再決定任何一種氨基酸，形成一個終止信號，稱之。

第八十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日二、移碼突變：

DNA組成中增加或減少一個或幾個堿基對，造成在缺失或插入點以下的DNA編碼框架全部發(fā)生改變。如：Hbwayneα鏈第138位TCC丟失一個C，3’端堿基順序重排，142位的終止密碼變成可讀密碼，肽鏈延長至147位。第八十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日移碼突變第八十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日三、動態(tài)突變：

在人類基因組中存在