基因突变和基因组.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因突变和基因组,本 章 内 容,基因突变及其种类,癌症的遗传学基础,人类基因组计划,基因工程（自学）,重点掌握,基因突变类型,原癌基因转变为癌基因的途径,第一次发现的癌基因,、抑癌基因,一、基因突变（,gene mutant,）,遗传物质发生的可遗传的,稀有,变异,(variation),称为突变。生物多样性产生的原材料，或者引起疾病。,秦岭的棕色大熊猫,南格鲁吉亚岛的黑企鹅,一、基因突变（,gene mutant,）,涉及基因本身核苷酸的序列或数目的突变称,基因突变,。,突变发生在,染色体水平,基因组水平,基因水平,基因突变的类型,1.,置换：,即碱基置换引起的基因突变。,碱基置换：,DNA,分子中某个碱基被另一个碱基取代。,置换突变,同义突变：,指某个三联体密码子因碱基置换变成同义密码子，编码同一种氨基酸。,错义突变：,指,DNA,中碱基置换后，三联体密码子变成编码另一种氨基酸的遗传密码子，导致多肽中相应的氨基酸发生改变。,无义突变：,指碱基置换导致一个可编码的密码子变成非编码（无义）的终止密码子（,UAG,、,UAA,、,UGA,）时，多肽链合成提前终止。,图,10.1,置换突变,2.,插入或缺失：,指,DNA,链上插入或丢失几个碱基时，使变化点下游的碱基发生位移，密码子重新组合，导致变化点及其以后的多肽氨基酸种类和序列全部改变，又称移码突变。,基因突变的类型,图,10.2,插入、缺失突变,引起移码突变（特殊情况增减氨基酸）,3.,位置改变：,转座因子（可移动的,DNA,片段）可导致基因突变、新基因产生和染色体畸变,自主或者非自主,染色体畸变,基因突变的类型,4.,三核苷酸重复（,trinucleotide repeats,）：,也称动态突变。三,核苷酸串联重复的,拷贝数高于正常基因的拷贝数。,三核苷酸重复,（,trinucleotide repeats,）,Huntington,舞蹈病：患者出现不由自主的动作，渐渐记忆丧失，行为失常，直至行动失控、死亡。,病因,：,4,号染色体上的,Huntingtin,（,HTT,）基因的编码区上一段,CAG,高度重复序列所致突变。异常蛋白质积聚成块，损坏部分脑细胞。,机理,：,DNA,聚合酶在,DNA,重复序列的区域,“,打滑,”,，从而造成重复拷贝数增加,基因突变的类型,1.,置换：,即碱基置换引起的基因突变。碱基置换：,DNA,分子中某个碱基被另一个碱基取代。,2.,插入或缺失：,指,DNA,链上插入或丢失,1,个、,2,个或多个碱基时，使变化点下游的碱基发生位移，密码子重新组合，导致变化点及其以后的多肽氨基酸种类和序列全部改变。,3.,位置改变：,转座因子（可移动的,DNA,片段）可导致基因突变、新基因产生和染色体畸变,4.,三核苷酸重复（,trinucleotide repeats,）：,也称动态突变。三核苷酸的拷贝数高于正常基因的拷贝数。,二、癌症的遗传学基础,肿瘤（,tumor,）泛指一群生长失去正常调控的细胞形成的新生物。,当肿瘤具有,转移特性,后就演化为恶性肿瘤称作癌症（,Cancer,）,细胞发生癌变的分子基础是,突变,癌相关的基因,癌基因,oncogene,抑癌基因,tumor suppressor gene,癌基因和抑癌基因的发现使我们最终认识到癌是基因突变的结果。,病毒癌基因,(Virus oncogene,V-onc),肿瘤相关基因的最初线索来自于对禽类逆转录病毒（,Rous,sarcoma virus,）,的研究。,病毒癌基因,是存在于肿瘤病毒基因组中、对病毒本身无影响，但可以使靶细胞发生恶性转化的基因。,Rous,sarcoma virus,中的,src,基因。,人类癌基因,脊椎动物中几乎都存在与病毒癌基因高度同源的基因片段，称细胞癌基因（,cellular oncogene,c-onc,），又称原癌基因（,proto-oncogene,）,第一次证明膀胱癌,DNA,确实含有显性作用的癌症基因,ras,，被命名为癌基因。,癌基因：,是能引起细胞恶性转化的核酸片段,。,DNA-mediated transformation,原癌基因,(,proto-oncogene,):,在正常细胞,中有与癌基因同源的正常基因,被称为原癌基因,原癌基因的产物与细胞的,生长与分化有关,在癌细胞中原癌基因往往,被激活,，处于,活跃表达,的状态,General events for regulation of cell division in normal cells,Protein kinase,原癌基因变为,癌基因的途径,转座或易位,病毒启动子插入到原癌基因上游,染色体易位,：改变原癌基因的位置，生成的融合蛋白的构型功能发生变化，导致细胞生长失控。,基因扩增（,gene amplification,）,原癌基因异常扩增,点突变（,point mutation,）,产生过量刺激细胞生长的蛋白质,Ph,1,translocation:t(9;22)(q34;q11),图,10.7,原癌基因变成癌基因的途径,增强表达,肿瘤抑制基因（,TSG,）,1969,年，,Harris,提出细胞中可能有一种抑制恶性肿瘤生长的基因。,1987,年，,Dryja,克隆到第一个抑癌基因,Rb,，其突变导致视网膜母细胞瘤。,20,世纪,70,年代初，,Alfred Knudson,提出抑癌基因的二次突变形式。以此解释了遗传型与散发型视网膜母细胞瘤的病理特征。,The Two-Hit Hypothesis and Familial Retinoblastoma,General events for regulation of cell division in normal cells,抑癌基因,p53,的功能,1.,大部分癌症都出现,p53,基因突变,.,p53,基因功能（,“,分子警察,”,）包括,:,细期调胞周控,野生型,p53,蛋白可以结合,WAF1,基因（编码,p21,）。,p21,激活后可以与,Cdk,依赖的激酶复合物结合。激酶活性被封闭，,阻断了,G1,期向,S,期的细胞分裂,。,Cascade of events by which DNA lesions cause an arrest in G,1,DNA,修复,细胞,DNA,的损伤会引起,p53,启动级联反应，使细胞分裂停滞在,G1,期，以进行,DNA,修复。,细胞凋亡,如果损伤过于严重,细胞周期不能恢复，,p53,活化,“,自杀,”,基因，引发细胞凋亡。,癌变结果,细胞周期过度刺激（癌基因）：,Ras,细胞周期不被抑制（抑癌基因）：,p53,，,Rb,多基因突变是细胞癌变的基础,A multistep molecular event model for the development of FAP,三、人类基因组计划（,HGP,）,1986,年,Dulbecco,提出,HGP,建议,1988,年,NIH,和,DOE,（能源部）组成“人类基因组研究所”,1990,年美国政府决定正式启动,HGP,任务,3 10,9,bp,投入,3 10,9,美元,期限,15,年（,1990-2005,）,2001,年,2,月,15,日,由中、美、英、法、德、日等,6,国科学家组成的“人类基因组测序国际协作组”，在,自然,杂志上发表了关于人类基因组框架图的数据,.,2003,年,4,月,正式宣布完成,人类基因组计划的主要内容,1.,测序,测定全基因组,DNA,分子的核苷酸,序列，绘制序列图,2.,基因识别,识别出基因序列（,3,万个）,3.,基因组作图,绘制遗传图，物理图,HGP,给我们带来了什么？,构建,24,条染色体的物理图谱,所有的碱基序列,人类遗传多态性的分析：,100,万个,SNP,标记,SNP,与人类健康,个性化给药,开发了一些技术和设备,构建模式动物的基因组图谱,Model organisms,Bacteria(,E.coli,influenza,several others),Yeast(,Saccharomyces cerevisiae,),Plant(,Arabidopsis thaliana,),Roundworm(,Caenorhabditis elegans,),Fruit fly(,Drosophila melanogaster,),Mouse(,Mus musculus,),四、,DNA,操作技术（自学）,DNA,重组,限制性内切酶,:4000,多种，产生平端和粘端,EcoR,5-G,A A T T C-3,5-G,A A T T C-3,3-C T T A A,G-5,3-C T T A A,G-5,重组,DNA,图,10.19,体外重组,DNA,示意图,外源基因在质粒中的克隆,载体,：,能够承载外源基因并在受体细胞中复制的,DNA,分子。,特点：分子量低、高拷贝、外源,DNA,插入不影响复制功能,例如,:,质粒,(5000bp),噬菌体,(20kb),，细菌人工染色体,(100-300kb),，酵母人工染色体,(1000-2000kb),重组质粒导入细胞,受体细胞的制备：,E coli,热激或者电击,抗生素筛选阳性菌落,lacZ,基因产物筛选阳性重组质粒,DNA,文库,cDNA,文库：针对基因的编码区序列,基因组文库：针对全基因序列,Construction of a“library”of DNA from the human genome in a bacteriophage vector,Human genomic,DNA,Construction of a cDNA library in a plasmid vector,重点掌握,基因突变类型,原癌基因转变为癌基因的途径,第一次发现的癌基因,、抑癌基因,基因突变的类型,1.,置换：,即碱基置换引起的基因突变。碱基置换：,DNA,分子中某个碱基被另一个碱基取代。,2.,插入或缺失：,指,DNA,链上插入或丢失,1,个、,2,个或多个碱基时，使变化点下游的碱基发生位移，密码子重新组合，导致变化点及其以后的多肽氨基酸种类和序列全部改变。,3.,位置改变：,转座因子（可移动的,DNA,片段）可导致基因突变、新基因产生和染色体畸变,4.,三核苷酸重复（,trinucleotide repeats,）：,也称动态突变。三核苷酸串联重复的拷贝数高于正常基因的拷贝数。,突变结果,同义突变：,指某个三联体遗传密码子因碱基置换变成同义密码子，编码同一种氨基酸。,错义突变：,指,DNA,中单个碱基置换后，其所在的三联体密码子变成编码另一种氨基酸的遗传密码子，导致多肽中相应的氨基酸发生改变。,无义突变：,指单个碱基置换导致一个可编码的密码子变成非编码（无义）的终止密码子（,UAG,、,UAA,、,UGA,）时，多肽链合成提前终止。,原癌基因变为,癌基因的途径,转座或易位,病毒启动子插入到原癌基因上游,染色体易位：改变原癌基因的位置，生成的融合蛋白的构型功能发生变化，导致细胞生长失控。,基因扩增（,gene amplification,）,原癌基因异常扩增,点突变（,point mutation,）,产生过量刺激细胞生长的蛋白质,微生物生命的多样性,北京大学医学部,医学遗传学系,吴 丹,danw,重点内容,物种定义,生物分类等级及林奈的二命名法,病毒特点、结构,类病毒、朊病毒,重点内容,原核生物：特点,结构与功能,（细胞壁、荚膜、鞭毛、菌毛、性菌毛）,原生生物：特点,致病性原生动物,（锥虫、疟原虫）,生物多样性源于进化,物种是进化产物,物种（,Species,）的产生、进化依赖,环境的改变,。,生物分类等级：界,-,门,-,纲,-,目,-,科,-,属,-,种（,Species,，是基本单位），,分类等级下加入亚级。,种是基本单位，等级下面还可以有亚级。,物种的定义,分类学：具有一定形态特征的生物个体，与其他类群个体间差异明显。,进化论：具有一定形态和遗传相似性（具有共同基因库）。,物种的稳定依赖种间生殖隔离。,受精前隔离：地理,、,生态、行为、季节等隔离,受精后隔离：异种之间则杂交不育,分类学向系统学演化,分类学,建立在形态学基础上。根据生物的表面特征、生存地点和对人类的用途等特征比较研究的简单分类法，属人为分类法。,分类学向系统学演化,林奈二命名法,：,属名,+,种名,+,命名者姓氏或缩写,人类：,Homo sapiens,L.,林奈三命名法：,属名,+,种名,+,亚种,+,命名者姓氏或缩写,华南虎,：,Panthera tigris amoyensis Hilz-heimer,系统学,建立在达尔文进化论基础上，产生共祖、传衍、性状分支的概念。对生物类群进化进行比较研究，反映生物类群进化历史的分类系统，即系统学。属自然分类法：比较解剖学、比较胚胎学,什么是微生物？,微生物,：细菌、病毒、原生生物、真菌的总称,生命圈中出现最早的生物体，,生命史前,3/4,时间里是唯一的成员。,人类自诞生以来就与微生物共存着，直到未来，都无法摆脱掉它们。以生存范围、数量和繁衍进化能力而论，或许可以说地球的统治者是微生物，而不是人。许多微生物把我们当成居所和食物，有的不产生明显影响，有的还称得上好邻居，但也有一些使我们生病，并且以我们为跳板寻找新的猎物。,细菌、生物圈与人类的关系,细菌是大多数生态系统的分解者。,细菌有利于人类,发酵、皮革制造、食品、遗传工程的工具、制药,细菌不利于人类,致病性，产生的外毒素或者内毒素引起过渡免疫反应。结核、伤寒、肺炎、痢疾等等,一、非细胞形态生命体,病毒,无独立的代谢系统。,病毒特点,严格寄生,不能在人工培养基上生长,对抗生素不敏感,异种宿主传播：洪水猛兽,疾病,重症急性呼吸综合征（,Severe Acute Respiratory Syndrome,，,SARS,）,中东呼吸综合征,(Middle East respiratory syndrome,，,MERS),首发时间,2003,年,2012,年,首发,/,高发地区,中国,/,东南亚,沙特,/,中东,全球死亡率,11%,37.8%,病原体,SARS,病毒,MERS,病毒,病毒来源,蝙蝠？果子狸？,蝙蝠？骆驼？,冠状病毒,病毒结构,由核酸（,DNA or RNA,）和蛋白质（衣壳）两种成分构成。,有些病毒还具有包膜,(,具有抗原性,),。,衣壳的不同形状使病毒呈现不同形状。,二十面体（腺病毒）,螺旋体（烟草花叶病毒）,复合体（噬菌体）,病毒分类,按照宿主分类：动物病毒、植物病毒、细菌病毒,按照核酸分类：,DNA,病毒、,RNA,病毒,病毒繁殖周期,借助宿主细胞的酶、氨基酸、核苷酸、细胞器,侵染、脱壳、释放,复制病毒基因组,复制病毒蛋白,包装,类病毒（,viroid,）,只包含,RNA,成分,，没有蛋白质外壳。感染多种植物。,朊病毒（,prion,）,只包含感染蛋白质成分,，感染哺乳动物，引起海绵状脑病。,1982,年,S.B.Prusiner,在羊搔痒病中分离的病原体。其症状表现为：丧失协调性、烦躁不安、奇痒难熬，直至瘫痪死亡。,1996,年英国发生的,“,疯牛病,”,正常基因编码脑神经细胞膜糖蛋白,(prp,c,),，水溶性,朊病毒的致病机理,致病型蛋白粒子（,prp,sc,），高级结构改变，溶解性降低，不易降解，形成组织空洞,蛋白质折叠错误,二、原 核 生 物,原核生物（,细菌为典型代表,），具有,核糖体和环状,DNA,，,缺少细胞器,，,没有明显的细胞核,。进行,二分裂,，可以遗传重组。,多为单细胞,的，也有多细胞集合而成的多细胞个体。,细菌,原核生物的典型代表,出现于,35,亿年前,，分布广泛。,分类,按照形态分：球菌,杆菌,螺旋菌,按照革兰氏染色法分：阳性菌（,G+,）：链球菌、葡萄球菌；阴性菌（,G-,）：大肠杆菌、沙门氏菌,金黄色葡萄球菌,肺炎杆菌,大肠杆菌,幽门螺旋菌,单染色法：,只能观察微生物的大小、形状、和细胞排列状况，但不能鉴别微生物以及它的特殊构造等。,复染色法：,用两种或两种以上染色液进行染色，有协助鉴别微生物的作用，故也称,鉴别染色法,。常用的有：,革兰氏染色法,、抗酸染色法、芽孢染色法、鞭毛染色法等。,革兰氏（,Gram,）染色法,经此法染色后，细胞保留初染剂蓝紫色的细菌为革兰氏阳性菌；细胞中初染剂被脱色剂洗脱而染上复染剂的颜色（红色）的细菌为革兰氏阴性菌。,Gram stain of Gram-,Gram stain of Gram+,细菌结构,细胞壁,G+,菌,细胞壁包括肽聚糖和磷壁酸，,胞壁厚,，肽聚糖,网状结构层次多,，染料不易溶出，呈现,紫红色,。受青霉素和广谱抗生素抑制。,G-,菌,细胞壁由外膜和肽聚糖，不含磷壁酸，,胞壁薄，交联度低,，含有的脂类多，染料易溶出，呈现,红色,。受多肽类抗菌素和广谱抗生素抑制。,荚膜,在胞壁外，成分为多糖或多肽。,避免干燥，防御，表面附着作用，贮藏营养，渗透屏障，信息识别，堆积代谢废物。,鞭毛、菌毛,鞭毛负责运动，菌毛具有噬菌体的吸附位点，性菌毛行使接合功能（传递耐药性和毒力）。,细菌繁殖,二分裂法快速无性繁殖。,特殊的,原核生物,支原体（又称霉形体）,目前发现的,最小、最简单的细胞,。直径,0.1-0.3,m,。有膜,无壁,，没有集中核区,，,具有核糖体,。,可以在特殊的培养基上接种生长,。,对抗生素敏感,。,多数为致病性的种类。,衣原体,似一种大型病毒（直径,0.2-0.3,m,）。具有细胞壁，,对抗生素敏感,。多,寄生,于动物细胞，,依靠宿主提供,ATP,。,特殊的原核生物,立克次氏体（,rickettsia,）,大细胞,，不能通过细菌滤器。,对抗生素敏感。,可以,寄生,在真核细胞中（节肢动物）。大多是人畜共患病的病原体，引起伤寒。,三、原 生 生 物,起始于,16,亿年前。是,单细胞的真核生物,。由于有了核膜，（关键是）细胞中产生了,核,，所以原生生物属于真核生物。,细胞结构较完善,，具有动植物个体所具有的功能。通过,无性生殖和有性生殖,来进行繁衍。能够完整、独立生活的有机体。,原生动物分类,肉鞭动物门：肉足虫亚门（变形虫）、鞭,毛虫亚门（鞭毛虫，锥虫，眼虫）,顶复合器门：疟原虫,微孢子虫门：节肢动物内寄生虫,纤毛虫门：草履虫,原生生物包括的主要门类有藻类、原生菌类、,原生动物,等。,柳叶形，鞭毛从身体的后端伸出，沿着虫体向前与细胞质的突出部分形成波动膜，在身体的前端成为游离的鞭毛。,致病性原生动物,锥虫,锥虫：寄生于,人体,的锥虫位于中南美和非洲。,非洲的冈比锥虫通过采采蝇传播，寄生于血液中导致中枢神经受损而死亡。（昏睡病）,中国的锥虫主要寄生在,马、牛、骆驼,中。,锥虫大多寄生于动物的血液或其它体液中，它们可直接感染宿主或者借某些吸血昆虫作为传播的媒介。,疟原虫：寄生于红细胞中，为,疟疾的病原虫,。蚊子是主要的媒体。,人为中间宿主，按蚊为终末宿主,。无性世代在人体内，有性世代在蚊体内。,在人体内：感染疟原虫的按蚊吸血疟原虫的孢子进入人体血液侵入肝细胞裂体生殖形成许多裂殖子裂殖子随肝细胞破裂而出进入红细胞发育成大小配子母细胞。被按蚊吸取后，在其体内进行有性生殖。,变形虫与阿米巴运动,变形虫虫体表面的酶类引发,脑膜炎,等疾病。,阿米巴运动,是变形虫（,amoeba,）的移动方式，同时,所有动物细胞也有类似的移动方式。,参与胚胎生长、感染防御、伤口修复等过程。,由基质层完成三步：,向前突出,，形成伪足。,附着,，与胞外基质,连接。,牵引,，微丝马达牵引,细胞,后部物质向前拖。,似真菌的原生生物,黏菌纲,原生质,黏菌,，变形虫形状，又称变形菌。会形成具有细胞壁的孢子。一团原生质体，不是真正的多细胞。,集胞黏菌纲,多细胞黏菌，多细胞不是多核细胞。,重点内容,物种定义,分类系统：人为分类法、自然分类法,林奈的分类阶元（界门纲目科属种）及二命名法（属名,+,种名,+,作者姓氏及缩写）,病毒特点、结构,类病毒、朊病毒,重点内容,原核生物：特点,细菌分类（按照形状、染色）、结构（荚膜、鞭毛、菌毛、性菌毛的作用）,原生生物：单细胞生物、许多是人类致病菌。（锥虫、疟原虫）,Thank you!,