第五章 遺傳的分子基礎(chǔ)2016夜大

第五章遺傳的分子基礎(chǔ)北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)系黃昱2016.12.3huangyu@Wechat:medgenetics本章要求基因的概念，真核生物結(jié)構(gòu)基因的特點(diǎn)遺傳信息傳遞的中心法則DNA半保留復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的概念基因突變的概念和類型DNA的分子結(jié)構(gòu)DNA半保留復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯的基本過程基因表達(dá)的調(diào)控人類基因組的結(jié)構(gòu)基因（gene）

基因是特定的DNA片段，攜帶遺傳信息，通過控制細(xì)胞內(nèi)RNA和蛋白質(zhì)的合成，決定生物的遺傳性狀。

掌握人類有多少個(gè)基因？10萬？3萬？基因的一般特性1、基因可自我復(fù)制

——伴隨DNA的半保留復(fù)制而復(fù)制

2、基因可決定性狀

——轉(zhuǎn)錄和翻譯3、基因可發(fā)生突變——有害、中性、有利基因的分類一核內(nèi)基因

——細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)DNA纖維中

核外基因

——胞質(zhì)中線粒體環(huán)狀DNA上克隆人與母本會(huì)完全一樣嗎？目前的克隆技術(shù)線粒體基因體細(xì)胞染色體的不一致性表觀遺傳染色體外因素基因的分類二1、結(jié)構(gòu)基因（structuralgene）指能決定蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的基因。

2、調(diào)控基因（regulatorygene）指可調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因。真核生物結(jié)構(gòu)基因的特點(diǎn)原核生物結(jié)構(gòu)基因的編碼序列是連續(xù)的真核生物結(jié)構(gòu)基因是斷裂基因，編碼序列不連續(xù)的基因。

斷裂基因：基因的編碼序列是不連續(xù)的，被非編碼序列所分隔，形成嵌合排列的斷裂形式。掌握真核生物結(jié)構(gòu)基因的特點(diǎn)

外顯子

1、編碼區(qū)

內(nèi)含子人類結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子調(diào)控區(qū)增強(qiáng)子2、側(cè)翼序列前導(dǎo)區(qū)終止子位于編碼區(qū)兩側(cè)尾部區(qū)了解基因組genome基因組：一個(gè)物種的所有基因，即生物成熟生殖細(xì)胞DNA分子上的全部基因總和。人類基因組的組織結(jié)構(gòu)

了解

基因功能的實(shí)現(xiàn)，依賴DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄和翻譯，可概括為遺傳信息傳遞的“中心法則”。

轉(zhuǎn)錄翻譯DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制反轉(zhuǎn)錄復(fù)制

中心法則

掌握DNA分子組成DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸每個(gè)脫氧核苷酸由磷酸、脫氧核糖和堿基組成。堿基有4種：腺嘌吟（A）、鳥嘌嶺（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）熟悉DNA分子結(jié)構(gòu)DNA分子結(jié)構(gòu)DNA分子結(jié)構(gòu)熟悉LinusCarlPauling

theoreticalphysicalchemisttwounsharedNobelPrizes1954,chemicalbondandmolecularstructure1962,banthetestingofnuclearweapons.

JamesWatsonFrancisCrickMauriceWilkinsRosalindElsieFranklinAveryexperiment1944HersheyandChase1952Watson和Crick（1953）提出

DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA由兩條堿基互補(bǔ)的、反向平行排列的脫氧多核苷酸單鏈所組成，一條是5′→3′端，另一條是3′→5′端，堿基互補(bǔ)的方式是A與T或T與A，C與G或G與C相對(duì)應(yīng)；DNA分子的兩條互補(bǔ)鏈圍繞一“主軸”向右盤旋形成雙螺旋結(jié)構(gòu)；4種堿基（A、T、G、C）的排列順序在不同的DNA分子中各不相同，儲(chǔ)存著各種生物性狀的遺傳信息；雙螺旋的表面形成兩條凹槽，一面寬而深，稱之深溝；另一面狹而淺，稱之淺溝。這兩條溝，對(duì)于有特定功能的蛋白質(zhì)（酶）識(shí)別并調(diào)節(jié)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)上的遺傳信息是非常重要的；由于DNA鏈通常很長，所包含的堿基數(shù)目很多，所以堿基排列順序的組合方式是無限的，可以形成多種不同的DNA分子。熟悉DNA鏈的復(fù)制過程特點(diǎn)互補(bǔ)性半保留性反向平行性不對(duì)稱性不連續(xù)性掌握DNA鏈的復(fù)制過程特點(diǎn)互補(bǔ)性：新鏈與模板鏈的堿基序列呈互補(bǔ)關(guān)系，這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的雙鏈DNA分子，與復(fù)制前的雙鏈DNA分子保持完全一樣的結(jié)構(gòu)。半保留性：兩條模板鏈分別成為子代DNA分子雙鏈中的一條鏈，即在每個(gè)子代DNA分子的雙鏈中，總是保留著一條親鏈。反向平行性：DNA分子的兩條雙鏈之間是反向平行的，一條是5′→3′，另一條必然是3′→5′。新復(fù)制出來的DNA分子的子鏈與親鏈也是反向平行的。不對(duì)稱性：DNA的復(fù)制是不對(duì)稱的，即以3′→5′親鏈作模板時(shí)，其子鏈合成是連續(xù)的；而以5′→3′親鏈作模板時(shí)，子鏈的合成則是不連續(xù)的。不連續(xù)性：真核細(xì)胞的DNA包含多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，其DNA的復(fù)制是以復(fù)制單位進(jìn)行的。掌握基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄（transcription）

以DNA為模板轉(zhuǎn)錄合成mRNA。翻譯（translation）以mRNA為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的核糖體上進(jìn)行。掌握轉(zhuǎn)錄過程起始階段

RNA聚合酶Ⅱ與啟動(dòng)子結(jié)合，啟動(dòng)RNA轉(zhuǎn)錄

延伸過程

RNA聚合酶Ⅱ由全酶構(gòu)型變?yōu)橹髅笜?gòu)型，并沿著模板鏈的3′→5′方向移動(dòng)，并精確地按照堿基互補(bǔ)原則，以三磷酸核苷酸（UTP、CTP、GTP和ATP）為底物，在3′端逐個(gè)添加核苷酸，使mRNA不斷延伸；終止

RNA聚合酶Ⅱ在DNA模板上移動(dòng)到達(dá)終止信號(hào)時(shí)，RNA合成的停止。熟悉轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工和修飾：“加帽”5′端加“7-甲基鳥嘌吟核苷酸”；

“加尾”3′端加“多聚腺苷酸”（polyA）“剪接”按GT-AG法則將內(nèi)含子切除，再將外顯子由連接酶逐段連接起來，形成成熟的mRNA分子。熟悉轉(zhuǎn)錄及其加工過程熟悉翻譯mRNA攜帶遺傳信息，作為合成蛋白質(zhì)的模板；tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸和識(shí)別mRNA分子上的遺傳密碼；核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所，把各種特定的氨基酸分子連接成多肽鏈。蛋白質(zhì)合成通常分為三個(gè)階段：起始、延長和終止熟悉基因表達(dá)的控制真核生物基因表達(dá)調(diào)控是通過多階段多水平實(shí)現(xiàn)的，能在特定時(shí)間和特定細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)“預(yù)訂”的有序的分化發(fā)育過程。轉(zhuǎn)錄前轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄后翻譯翻譯后了解突變：遺傳物質(zhì)發(fā)生的可遺傳的變異突變?nèi)旧w畸變：染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變基因突變：只涉及基因本身核苷酸序列（如點(diǎn)突變）或數(shù)目（如重復(fù)，缺失，插入）的改變掌握誘發(fā)基因突變的因素

根據(jù)基因突變發(fā)生的原因，可將突變分為:自發(fā)突變:在自然條件下未經(jīng)人工處理而發(fā)生誘發(fā)突變:經(jīng)人工處理而發(fā)生的突變誘變劑:能誘發(fā)基因突變的各種內(nèi)外環(huán)境因素

誘變劑--物理因素

紫外線紫外線的照射可使DNA順序中相鄰的嘧啶類堿基結(jié)合成嘧啶二聚體，最常見的為胸腺嘧啶二聚體（TT）。在復(fù)制或轉(zhuǎn)錄進(jìn)行時(shí)，該處堿基配對(duì)發(fā)生錯(cuò)誤，從而引起新合成的DNA或RNA鏈的堿基改變。

電離輻射

射線直接擊中DNA鏈，DNA分子吸收能量后引起DNA鏈和染色體的斷裂，片斷發(fā)生重排，引起染色體結(jié)構(gòu)畸變。誘變劑--化學(xué)因素羥胺（hydroxylamine，HA）亞硝酸或含亞硝基化合物

烷化劑堿基類似物芳香族化合物