医学遗传学分章重点总结.doc

医学遗传学第一章 总论掌握：1. 遗传病概念： 因遗传因素而致的疾病称遗传性疾病，简称遗传病。2. 分类 ：单基因病(monogenic disease / single-gene disorders) 、多基因病(polygenic disease) 、线粒体病(mitochondrial genetic disorders) 、染色体病(chromsome disorders) 熟悉：遗传性疾病研究方法 ： 1. 群体普查法 2. 系谱分析法 3. 双生子法 4. 种族差异比较法 5. 疾病组分分析(component analysis) 6. 伴随性状研究 7. 染色体/基因分析 了解：医学遗传学分科和发展简史第二章 DNA 分子的结构与特征掌握：遗传的分子基础 熟悉：DNA分子的结构及特点(一) DNA是遗传物质 所有生物细胞内都有核酸，并发现核酸可分为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA) 和核糖核酸(ribonucleic acid, RNA) ，DNA主要存在于细胞核内，少量存在与线粒体中。RNA主要存在于细胞质中。(1928年，Griffith发现肺炎球菌转化现象，1944年，Avery等用实验证实引起肺炎球菌转化的物质是DNA。1952年，Hershey研究噬菌体感染大肠杆菌再次证明DNA是遗传物质。1953年，Waston和Crick提出了DNA双螺旋结构模型，阐明了DNA作为遗传物质的结构基础。)1.DNA特征(1) 普遍存在 DNA普遍存在于自然界除RNA病毒以外的各种生物细胞中。 RNA病毒中的RNA起到DNA类似的作用(2) 结构稳定 同一物种各组织的DNA结构相对稳定，能改变DNA结构的因素可引起遗传性状的相应改变。(3) 数量恒定 同一物种各组织细胞中，DNA数量基本一致。数量变化也表现出恒定规律。细胞有丝分裂前DNA含量加倍，分裂后又恢复到原来水平。生殖细胞经过减数分裂形成配子，DNA含量为体细胞一半，雌雄配子结合后DNA数量又恢复到原来水平。(1944年， Avery等人用实验证明DNA是遗传物质.将致病菌的DNA、蛋白质、荚膜多糖提取出来，分别与非致病菌混合，只有DNA具有转化作用，使非致病菌变成致病菌。转化效率与DNA纯度正相关。若事先用DNA酶处理提取物，则不能实现转化。)(二) DNA结构 1、化学组成 DNA结构的基本单位是核苷酸(nucleic acid)，每个核苷酸由1个磷酸、1个五碳糖(戊糖)和1个碱基3部分组成。DNA分子中的核苷酸所含五碳糖为2-脱氧-D-核糖(2-deoxy-D-ribose)，称为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)。而核苷酸所含五碳糖为非脱氧的D-核糖(D-ribose)构成的核苷酸链，称为核糖核酸(ribonucleic acid, RNA)。两种戊糖结构上的微小差异使DNA和RNA的理化性质出现很大差异，DNA更加坚硬，在碱性条件下不易水解。（1）碱基(base)构成核苷酸的碱基分为嘌呤(purine) 和嘧啶(pyrimidine)二类。 嘌呤有腺嘌呤(adenine，A)和鸟嘌呤(guanine, G)，DNA和RNA中均含有这二种碱基。嘧啶有胞嘧啶(cytosine, C)，胸腺嘧啶(thymine, T) 和尿嘧啶(uracil, U)。胞嘧啶存在于DNA和RNA中，胸腺嘧啶只存在于DNA中，尿嘧啶则只存在于RNA中。嘌呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1是构成核苷酸时与核糖(或脱氧核糖)形成糖苷键的位置。此外，核酸分子中还发现数十种修饰碱基(themodified component)，又称稀有碱基(unusual component)。它是上述五种碱基环上的某一位置被一些化学基团(如甲基化、甲硫基化等)修饰后的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中分布不均一，如DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA，RNA中以tRNA含修饰碱基最多。（2）核苷 由D-核糖或D-脱氧核糖与嘌呤或嘧啶通过糖苷键连接组成的化合物。核酸中的主要核苷有八种。（3）核苷酸(nucleotide) 是核苷与磷酸残基构成的化合物，即核苷的磷酸酯。核苷酸是核酸分子的结构单元。核酸分子中的磷酸酯键是在戊糖C-5和C-3所连的羟基上形成的，故构成核酸的核苷酸可视为5-核苷酸或3-核苷酸。DNA分子中含有A, G, C, T四种碱基的脱氧核苷酸；RNA分子中含A, G, C, U四种碱基的核苷酸。不同核苷酸的主要差别在于碱基。2. 分子结构（1）一级结构核酸是由众多核苷酸聚合而成的多聚核苷酸(polynucleotide)链式线性分子，相邻二个核苷酸之间的连接键即3, 5-磷酸二酯键。这种连接可理解为核苷酸糖基上3位羟基与下游相邻核苷酸5 位磷酸残基之间，以及核苷酸糖基上的5位磷酸残基与上游相邻核苷酸的3 羟基之间形成的两个酯键。多个核苷酸残基以这种方式连接而成的链式分子就是核酸。无论是DNA还是RNA，其基本结构都是如此，故又称DNA链或RNA链。分子链是有方向的，5末端为磷酸，3末端为羟基。寡核苷酸(oligonucleotide) 一般是指二至几十个核苷酸残基以磷酸二酯键连接而成的线性多核苷酸片段。（这是与核酸有关的文献中经常出现的一个术语，在使用这一术语时，对核苷酸残基的数目并无严格规定，在不少文献中，把含有三十甚至更多个核苷酸残基的多核苷酸分子也称作寡核苷酸。寡核苷酸可由仪器自动合成，它可作为DNA合成的引物(primer)、基因探针(probe)等，在分子生物学研究中具有广泛的用途。）DNA和RNA单链都是由一个一个的核苷酸头尾相连而形成的。 RNA 多聚核苷酸链一般以单链形式存在，而DNA多聚核苷酸链则一般以双链形式存在。RNA平均长度大约为2000个核苷酸，而人的DNA却是很长的，人DNA全长约有3X109个核苷酸对，每条染色体含一个DNA分子链，含5千万致5亿不等的核苷酸对。（2）二级结构DNA分子是由2条平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成的右手双螺旋结构(B型)。链的骨架由糖-磷酸重复单位构成，碱基向螺旋内部延伸，位于螺旋内部。多核苷酸的方向由磷酸二酯健的走向决定，一条从53，另一条从35 ，两条链呈反向平行排列(antiparallel)。平行链上伸向内部的碱基彼此形成氢键相连，碱基间严格遵循G 与C配对(GC)，A与T配对(A=T)的原则。3. 双链互补结构的意义（1）DNA链上不同核苷酸分子差异部位是碱基，不同碱基的排列组合包含了相应的遗传信息，碱基位于骨架双链的内部，使遗传信息免受各种理化因素的影响。（2）双链结构本身较好地保障了遗传信息的稳定储存和传递。双链中的每一条链都可以用对方或自身作为膜板，按照碱基互补原则合成一条与自身相同或互补的新链。互补的双链分别含有一套完整的遗传信息（3）当知道一条DNA链的碱基排列顺序后，可推测出它的互补链的碱基排列顺序(序列)。（4）双链互补是许多DNA分析技术的理论基础，如探针杂交，聚合酶链反应等。4. 分子特性（1）核酸呈酸性，粘度大，能吸收紫外光，最大吸收峰为260nm（2）具有变性复性能力，DNA双链分子碱基间的氢键结合是可逆结合。 碱基间氢键被解开，互补DNA双链变为两条单链的过程称为变性。引起DNA变性的因素主要有高温、强酸强碱、有机溶剂等。DNA变性后，性质发生改变，如电泳行为改变，对260nm紫外光的吸收度增加(增色效应)，旋光性下降，粘度降低，生物学功能丧失或改变等。对DNA溶液进行加热， DNA溶液对260nm波长光的吸收度随温度升高而变化，在低温区和高温区变化都慢。使DNA溶液吸光度达到最大值一半时的温度，称为DNA的变性温度或融解温度(Tm)。Tm的高低与DNA分子中G+C的含量有关，G+C的含量越高，则Tm越高。 解链后的DNA单链与互补序列通过碱基间氢键形成互补双链的过程称为复性。 DNA分子上的磷酸二酯键断裂，使DNA链断裂，DNA被降解。两条来源不同的单链核酸(DNA或RNA)， 当它们的碱基序列互补或接近互补时，在一定条件下可互补结合成双链，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。核酸分子杂交可以是DNA-DNA，也可以是DNA-RNA杂交。不同来源的，具有互补碱基顺序的核酸片段称为同源序列。利用核酸的分子杂交，可以用已知序列的寡核苷酸确定或寻找不同物种中具有同源顺序的DNA或RNA片段。所用的已知序列寡核苷酸一般要标记上示踪物，称为探针。DNA损伤与修复各种理化因素可造成DNA损伤，对损伤的DNA，生物通过三种方式进行修复，有光修复、切除修复和复制后修复(重组修复)。第三章 基因表达与调控掌握：基因的概念；结构基因的结构特点；半保留复制、转录、翻译等概念；中心法则；基因突变的概念及机理。 熟悉：基因表达的调控。 了解：人类基因组结构。 一、 人类基因组生物单个成熟生殖细胞(单倍体细胞)DNA分子上的全部基因总和称为基因组(geneome)，人类DNA分为核内DNA和线粒体DNA，人类基因组包含核基因组和线粒体基因组。人单个体细胞含有来自父源和母源的两个基因组。人类核基因组由约30亿个碱基对按一定排列方式构成。DNA分子中的碱基排列顺序称DNA序列，人基因组中约有60%-70是单拷贝或低拷贝序列，30%-40%是中度或高度重复的序列。编码蛋白的序列主要是单拷贝或低拷贝序列。根据DNA序列的功能、在基因组中的拷贝数、碱基排列特点等可将基因组DNA序列进行人为分类。1. 核基因组（1）单一序列(unique sequence) 在基因组中仅有一个或少数几个拷贝。大多数编码蛋白质(酶)的结构基因属这种结构形式，但只占单一序列中的很少部分。单一序列中，含有编码蛋白质氨基酸序列遗传密码的DNA序列称结构基因，对编码序列的编码蛋白质活动进行调节和控制的序列称为调控基因。基因序列可长可短，可单拷贝或多拷贝存在于基因组中。当在基因组中出现很多个序列结构与功能相同或相近的拷贝时，把这些序列称为多基因家族(基因簇)或基因超家族(基因家族) 。基因家族一般是由一个共同的祖先基因经过重复和变异而形成。 （2）重复序列(repetitive sequence) 在基因组中有许多拷贝数。可把它细分为高度重复序列、中度重复序列、基因家族、基因簇。重复序列的基因家族中，一种类型是一个基因的几乎相同多个拷贝序列成簇地排列在同一染色体上，形成一个基因簇。它们同时发挥作用合成某些蛋白质。（如a珠蛋白基因簇有5个相关基因，排列在16号染色体短臂上，b珠蛋白基因簇有6个相关基因，排列在11号染色体短臂上。两种珠蛋白基因序列高度一致，由一个祖先基因经过重复而来。合成的肽链共同构成血红蛋白。）另一类是多个拷贝成簇地分布在不同的染色体上，这些成员的序列可有些不同，它们编码一组相关的蛋白。（如微管蛋白基因家族中，微管蛋白2、微管蛋白T1、微管蛋白T2 的基因分别位于2、17和6号等不同染色体上，功能都是编码微管相关蛋白。）假基因(pseudogene) 多基因家族中，一些拷贝不产生蛋白质，但其序列与产生蛋白质的基因非常相似。相当于基因的无功能拷贝，称为假基因。它们与有功能的基因有同源性，起初可能是有功能的基因，以后由于发生突变丧失了活性。（ 如a珠蛋白基因簇的假基因aj与a基因相比，只是失去了内含子。其可能是由于活性基因的mRNA经过逆转录成为cDNA，再整合到基因组而形成。）假基因可与功能基因连锁或通过染色体易位或作为转座子的一部分，从一个部位转移到另一部位。串联重复序列 基因组中局限性或分散存在的由一定DNA序列串联重复排列的重复结构。串联重复序列不编码蛋白质。串联重复序列的重复次数个体差异大，遗传多样性研究与应用中，较多选择测定这类DNA结构。卫星DNA 长度可达几百kb的串联重复序列，密度梯度离心基因组DNA时，DNA主带旁出现的“卫星”DNA，分布在染色体的着丝粒等。在着丝粒起结构性作用。小卫星DNA 长度20kb左右的一类串联重复序列。端粒就是由几百个5-TTAGGG-3首尾相连的重复序列构成。在DNA复制中起作用。微卫星DNA 由1至几个bp重复数十次形成的重复序列。功能尚不清楚。基因组作图中被用来作为遗传和物理标记。每个个体有自己独特的微卫星DNA “遗传图像”，可用来作为识别个体的DNA标记。分散重复序列 相同的DNA序列分散大量存在于基因组中。其中长度在几百几千bp，基因组中拷贝数为几十上百万。其中有一类称为短分散核元件(short interspersed nuclear element, SINE)，如Alu序列，300bp长，人基因组中约有50万个拷贝，约隔5kb有一个，其功能与基因表达的调控有关。另一类称为长分散核元件(long interspersed nuclear element, LINE)，长度在5000-7000bp，基因组中拷贝数几百致几万个，如LINE-1序列(Kpn重复序列)，6000bp长，编码一个逆转录酶。反向重复序列(inverted repeat sequence) 也称倒位重复序列。是两个顺序相同的互补拷贝在同一条链上反向排列而成，两个互补拷贝共价相连。当两个互补序列之间有间隔序列时，可以形成链内碱基配对，产生十字形结构。如两个互补序列之间没有间隔序列而直接相串联，称为回文结构(palindrme)。反向重复序列单独或与其它重复序列一起分散在基因组中。每个反向重复序列长约300bp。基因组中约相隔12Kb出现一个。其功能可能与终止子的形成有关。2. 线粒体基因组线粒体DNA为16569bp形成一环形结构，结构紧凑，编码呼吸链中的蛋白质、酶、rRNA、tRNA等。二、 基因结构 遗传学角度，基因是遗传信息携带者，是生物的遗传物质，是遗传的基本单位，即突变单位、重组单位和功能单位；分子生物学角度，基因是负载特定遗传信息的DNA分子片段，在一定条件下能够表达这种遗传信息，产生各种RNA和蛋白质，实现特定的生理功能。 1909年，Wilhelm Johansen使用基因来描述传递和表达特定生物性状的可遗传因子，未描述它的遗传理论和物质基础。20世纪上半叶，逐渐认识到，基因的功能是编码酶，一个基因编码一个酶；基因定位于染色体上并且在物理上连锁；DNA是遗传物质。进一步的研究发现，不是所有的基因都编码酶，一些基因编码功能性肽链，有些基因编码功能性RNA分子(如tRNA和rRNA)。病毒中基因是RNA，不是DNA。基因中的信息可被选择性产生一种以上的产物和功能。一个基因可同时影响多个性状基因的多效性，多个基因可相互合作控制同一个性状。1. 基因的特性 （1）基因可自体复制 基因通过DNA半保留复制而产生与自身相同的基因。（2）基因决定性状 基因通过转录和翻译决定多肽链的氨基酸顺序，从而决定某种酶或蛋白质的性质，最终表达为某一性状。（3）基因可突变 基因虽很稳定，但也会发生突变。一般来说，新的突变等位基因一旦形成，就可通过自体复制，在随后的细胞分裂中保留下来。 2. 基因的类别与结构 （1）结构基因(structural gene) 是指能决定多肽链(蛋白质)或酶分子氨基酸顺序的基因。结构基因的突变可导致编码蛋白质(或酶)一级结构的改变或引起蛋白质(或酶)质量的改变。（2）调控基因(regulator and control gene) 是指可调节控制结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因的功能，或导致一个或多个蛋白质(或酶)数量的改变。人类基因包括4个区域 u 编码区 包括外显子与内含子。 大多数真核生物的基因为不连续基因(interrupted/discontinuous gene)。基因的编码顺序在DNA分子上被非编码顺序所隔开，形成嵌合排列的断裂形式，也称断裂基因(splite gene)。编码的顺序称为外显子(exon)，是基因表达为多肽链的部分；非编码顺序称为内含子(intron)，或称插入顺序(intervencing sequence, IVS)。一般每个结构基因都由若干个外显子和内含子组成，但外显子和内含子的关系不是完全固定不变的。内含子可转录为RNA，在形成成熟mRNA过程中被剪切掉，不作为编码蛋白质的序列，其所在位置也被称为非翻译区(untranslated region, UTR)。基因的内含子和外显子数量可多可少，内含子的核苷酸数量可比外显子多。如人血红蛋白b珠蛋白基因约1700bp，假性肥大型肌营养不良(DMD)的基因全长约230kd，含75个外显子和74个内含子。 v 前导区 位于编码区上游，相当于RNA5末端非编码区(非翻译区) 。 w 尾部区 位于编码区下游，相当于RNA3 末端非编码区 (非翻译区)。 x 调控区 包括启动子、增强子、终止子等。基因编码区的两侧也称为侧翼序列。在第一个外显子和最末一个外显子的外侧是一段不被翻译的非编码区，称为侧翼序列。侧翼顺序含有基因调控顺序，对该基因的活性有重要影响。 构成基因的两条DNA链中，一条链为编码链(coding strand)，其碱基序列储存着遗传信息。另一条链为模板链(template strand)，是合成RNA的模板，它与编码链互补，也称反密码链。在显示基因结构时，通常只写编码链，并把5端放在左边。基因中某结构位点(如转录起始点)的5端区域称为该位点的上游， 3端区域称为该位点的下游。以该位点为原点(0)，上游碱基以-bp表示，下游碱基以+bp表示。外显子-内含子接头 每个外显子和内含子接头区都有一段高度保守的一致顺序，即内含子5端大多数是GT开始，3端大多是AG结束，称为GT-AG法则，是普遍存在于真核基因中RNA剪接的识别信号。启动子(promoter) 能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。通常位于转录起始点上游。不同的启动子序列不同，与RNA聚合酶的亲和力不同、启动转录的频率高低不同。有的启动子可被RNA聚合酶直接识别并启动转录。有的启动子在被聚合酶结合时需要有蛋白质辅助因子存在，蛋白质因子能够识别与该启动子顺序相邻或甚至重叠的DNA顺序。（1）TATA框(TATA box) 在人类许多基因转录起始点上游-25 -30bp处有一段高度保守序列，TATA A ，能与转录因子TFII结合，被 RNA聚合酶II识别启动转录。 （2）CAAT框(CAAT box) 位于转录起始点上游-70 -80bp处有一段高度保守的序列，GG CAATCT，能与转录因子CTF(CAAT结合因子) 结合，提高转录效率。（3）GC框(GC box) 含有的顺序是GGCGGG，它也是某些启动子中的共同顺序。常有几个拷贝GC盒存在于同一个启动子中，而且方向往往不定。转录因子Sp1则能与GC盒结合，促进转录。此外，RNA聚合酶负责转录tRNA和5srRNA，等，其启动子位于转录的DNA顺序中，称为下游启动子。 核心启动子元件(core promoter element) 指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游25 30bp处的TATA盒等。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。 上游启动子元件(upstream promoter element) 包括通常位于70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。 增强子(enhancer) 是一种能够提高转录效率的顺式调控元件，位于真核基因转录起始点的上游或下游，提高同一条DNA链上基因转录效率，可在转录起始点上下游3kb或更远。作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒置就不能起作用。要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，增强子不能表现活性。但增强子对启动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录。具有组织或细胞特异性。 终止子(termianator) 在一个基因的末端往往有一段特定顺序，它具有转录终止的功能。终止子的共同顺序特征是在转录终止点之前有一段回文顺序，约7-20核苷酸对。回文顺序的两个重复部分由几个非重复碱基对隔开，回文顺序的对称轴一般距转录终止点16-24bp。在回文结构的下游有一个的聚腺苷酸(poly A)附加信号。多聚腺苷酸(poly A)附加信号在DNA分子中形成A-T对，回文结构和A-T对转录后，形成的RNA具有发夹结构，并具有与A互补的一串U，发夹结构可阻止RNA聚合酶的移动。A-U之间氢健结合较弱，RNA/DNA杂交部分易于拆开，这样对转录物从DNA模板上释放出来是有利的，也可使RNA聚合酶从DNA上解离下来，实现转录的终止。三、基因的功能 1遗传信息(密码)的储存 特定的核苷酸三联体构成了遗传密码。遗传密码具有4个特点：通用性 遗传密码几乎通用于整个生物届兼并性 某些氨基酸可由两种以上的密码子编码方向性 mRNA中的密码子是由53方向排列的，翻译过程沿mRNA 53进行。 起始密码和终止密码 64个密码子中，AUG除代表蛋氨酸或甲酰蛋氨酸外，当其位于mRNA 5端启动部位时，兼有蛋白合成启动信号的作用。UAA、UGA、UAG均不编码特定的氨基酸，是肽链合成的终止信号，称终止密码。2遗传信息的倍增和传代 通过DNA分子的自我复制及在子细胞中的再分配实现。 DNA复制过程中，超螺旋结构状态的DNA被解旋酶松弛，在解链酶作用下，DNA双链解开，解链后的两条DNA单链都被作为膜板链，以RNA作为引物，按碱基互补原则， 从RNA引物3端开始，在DNA聚合酶和DNA连接酶作用下，将游离的三磷酸脱氧核糖核苷连接到膜板链上，形成新的互补链。新合成的单链分子的碱基序列相当于膜板链原来的互补链，与膜板链完全互补。新形成的两个DNA分子中，每个DNA的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。DNA双螺旋的两条链是反向平行的，在复制起点处两条DNA链解开成单链时，一条是53方向，另一条是35方向。以这两条链为模板时，新生链延伸方向一条为35，另一条为53。但生物细胞内催化DNA聚合的酶都只能催化53延伸。在复制起点两条链解开形成复制泡(replication bubbles)，DNA向两侧复制形成两个复制叉(replication forks)。以复制叉移动的方向为基准，一条模板链是35，以此为模板进行的新生DNA链的合成沿53方向连续进行，这条链称为前导链(leading strand)。另一条模板链的方向为53，以此为模板的DNA合成也是沿53方向进行，但与复制叉前进的方向相反，而且是分段，不连续合成的，这条链称为滞后链(lagging strand)，合成的片段即为冈崎片段。冈崎片段以后由DNA连接酶连成完整的DNA链。这种前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界是普遍存在的，称为DNA合成的半不连续复制。真核生物的DNA复制同时从多个起点启动，一个复制起点开始进行的DNA复制区域称为复制子(replicon)或复制单位(replication unit)。人基因组中约有1万个复制起点(origin of replication)。在DNA复制开始时，需要一系列蛋白因子参与，他们相互作用形成引发体(primosome)。引发体能识别DNA复制起点位置复制启动后，在复制叉处形成了以两套DNA聚合酶全酶分子、引发体和螺旋构成的类似核糖体大小的复合体，称为DNA复制体(replisome)。3遗传信息的表达 通过将DNA分子上的遗传信息转录成mRNA；再由mRNA信息翻译成蛋白质(酶)；最后，由这些具有各种生物活性的蛋白质实现生物功能和性状。依赖于 DNA复制的从DNA转录为RNA，再由RNA翻译为蛋白质的过程称为遗传信息传递的“中心法则”。转录(transcription) 以DNA为膜板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的过程。真核细胞的转录过程在细胞核内完成。转录过程就是DNA分子上的遗传信息传递到RNA的过程。转录产物的加工修饰 mRNA的成熟包括：剪接：把内含子对应序列切掉，外显子对应序列连接起来的过程称为剪接戴帽：真核生物mRNA成熟过程中需要在5端加上7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸添尾：在前mRNA 3端加上100-200个腺苷酸，形成 一段多聚腺苷酸(polyA)的尾巴。 转录过程 核DNA分子双链解旋、解链，以结构基因模板链 (反密码链，35)作为RNA合成的膜板，在RNA聚合酶作用下按碱基互补原则(TU)，合成一条单链RNA (53)。大分子双链DNA中，并不总是以某一条链为模板链，不同的基因可在不同链上，这取决于基因的启动子在那一条链上。转录后的hnRNA需经过加工修饰后才能成为成熟mRNA，作为翻译的模板。通常情况下成熟mRNA的序列与结构基因的编码序列是对应的，不会发生改变。但有时并不完全对应，表现为在 mRNA中会有个别碱基的取代，并引起蛋白质改变。而在一些低等生物 (锥虫)中，却发现有碱基的缺失和插入。研究并未在基因组中发现这种改变了的mRNA对应的DNA序列。因而认为这种改变是发生在mRNA水平上，被称为 mRNA的编辑。翻译(translation) 在mRNA指导下的蛋白质生物合成。翻译过程就是将mRNA分子中的遗传信息“解读”成肽链上的氨基酸种类和序列。翻译：氨基酰-tRNA形成、肽链合成起始、肽链延长 、肽链终止、翻译后修饰 四. 基因表达调控在生物基因组中，一些基因的表达产物对生命过程必需或必不可少，这类产物的基因通常在个体发育的各阶段都能在大多数细胞中持续进行表达，较少受环境因素的影响。这类表达称为组成性基因表达(constitutive gene expression)，基因则称为管家基因(housekeeping gene)。除管家基因外的许多基因并不是在生物生命过程中的每个时候都在每种细胞中表达。在不同的组织细胞中，基因表达情况并不同，许多组织中只是一些与该组织器官功能相关的基因得以表达，表现出组织特性或空间特性。一般认为，基因表达调控以正性调控为主，阻遏调控为辅，基因有表达条件时，即可启动和完成表达。根据基因表达有两个重要环节，可人为地把表达调控分为转录前、转录中、转录后( 翻译前)、翻译中、翻译后五个环节的表达调控。1 转录前调控基因能否被表达，第一步取决于DNA能否被转录，真核生物的DNA分子与组蛋白和非组蛋白组装成染色质/体形式存在，形成复杂的空间结构，组蛋白与DNA结合、DNA甲基化对转录具有抑制作用；组蛋白乙酰化、非组蛋白磷酸化可与组蛋白结合而使组蛋白与DNA分离，使DNA分子裸露，有利于转录。非组蛋白去磷酸化，则出现相反的效应。非组蛋白的磷酸化与去磷酸化，可受激素-受体信号的调控。染色体的螺旋化程度也影响转录。2 转录过程中的调控 DNA转录过程需要DNA分子上的启动子、增强子、抑制子等与基因转录调控有关的特殊序列的存在，并通过它们与转录相关蛋白、因子相互作用以及蛋白、因子间的相互作用，最后产生综合性的效应，促进转录。转录过程已知有10多种蛋白因子(酶、转录因子)参与。激素与受体结合也会促进转录过程。DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序称为顺式作用元件(cis-acting element)或分子内作用元件，主要有启动子、增强子和沉默子(silencer)等。 与基因表达调控有关的蛋白质因子称为反式作用因子(trans-acting factor)或分子间作用因子。3 转录后( 翻译前)调控 转录后的RNA需要经过一系列加工修饰才具有功能，加工修饰的过程需要一系列酶和蛋白因子参与，它们的效率和精确性及相互间的作用，都影响修饰的进程和结果。不同的加工修饰可导致同一转录产物被翻译成不同的异构蛋白。4 翻译中调控 翻译过程受到核糖体数量、效率，翻译起始因子、延长因子、释放因子、tRNA，mRNA的寿命等因素的影响。5 翻译后调控 刚翻译完成的肽链，大多没有生物活性，需要对它们进行切割、修饰、激活、形成多聚体等加工后才具有活性。蛋白质或酶的降解速度对其功能也产生影响。 五. 基因突变遗传物质发生可遗传的变异称为突变(mutation)。基因突变涉及DNA序列中核苷酸顺序或数目的改变。仅涉及单个碱基改变者称为点突变(point mutation)，涉及碱基数目改变者有重复、插入和缺失等。基因突变具有稀有性、多向性、有害性、可逆性、和可重复性的基本特征。体细胞基因突变后，变异的遗传物质能通过无性繁殖传递给子细胞，但不会传给子代。突变发生在生殖细胞且形成受精卵时，突变传递给了子代。1 置换突变 单个碱基替换(置换)引起的基因突变。其中同类碱基的互换成为转换(transitoion)，不同类碱基间的置换称为颠换(transversion)。置换突变有4种情况：（1）同义突变(same sense mutation) DNA中单个三联密码子的碱基置换后，碱基替换前后的两个三联密码子都编码同一种氨基酸，多肽链中相应氨基酸未发生改变。（2）错义突变(missense mutation) DNA中单个碱基置换后，其所在的三联密码子变成编码另一种氨基酸的遗传密码子，导致多肽链中相应的氨基酸发生改变。所产生的蛋白质和酶功能异常时，表现为疾病。（3）无义突变(non-sense mutation) 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，产生不完整的多肽链，一般没有正常功能（4）终止密码突变(termination mutation) 终止密码子发生单个碱基置换后，变成可读(编码)密码子，多肽链合成到此不停止，继续合成到下一个终止密码子才停止，生成过长的异常肽链，又称延长突变。移码突变(frame-shift mutation) DNA链上插入或丢失一个、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链氨基酸种类和序列全部改变。移码突变可造成终止密码的提前或推后，使多肽链缩短或延长。2 整码突变(codon mutation) DNA链密码子之间插入或丢失一个或几个密码子，可导致多肽链增加或减少一个或几个氨基酸，变化点前后的氨基酸不变。又称密码子插入或丢失。3 片断突变 基因中某些小片断核苷酸序列发生的改变。其变化要比点突变大，主要有缺失、重复、重组、重排等突变形式。减数分裂中，同源染色体的错误配对和不等交换是缺失、重复、重组突变的常见原因。DNA断裂后断片的倒位重接是重排的分子基础。（1）缺失：基因中某段核苷酸序列丢失。编码序列缺失时，如果不打乱基因原有三联密码结构(读码框)，只会导致其编码的多肽链缺少若干个氨基酸，若缺失打乱了基因的读码框(缺失非3的整倍数)，则缺失部位下游的密码子要重新组合，导致移码突变。（2）重复 基因中增加了某一段核苷酸序列。基因中编码序列出现某段重复时，可导致其编码的多肽链增加若干个重复的氨基酸，也可能打乱基因的读码框，导致移码突变。（3）重组 两种不同基因的局部片断相互拼接或融合，又称融合突变(fusion mutation)。重组后的核苷酸片断称为融合基因，它编码融合蛋白。融合蛋白如果缺少功能性的关键氨基酸序列，便没有正常功能。如含有关键氨基酸序列，则可能表现部分活性。（4）重排 若DNA链发生两处断裂，断裂的核苷酸片断发生倒位(翻转180o)后重新接上，出现DNA重排。基因编码序列发生重排，通常不会影响其编码的多肽链长度，但会引起多肽链中某些氨基酸的排列顺序发生改变，影响蛋白质功能。4 动态突变 基因组有大量的微卫星DNA，又称短串联重复(STR)，个体间重复次数变化很大。表现出高度的多态性。重复次数在代间传递的过程中会逐渐增加。称为动态突变。突变发生率较高。大多数情况下，不出现疾病。少数重复次数的增加会引起疾病。如脆性X综合征与MFR-1基因中(CCG)n，n52相关。HD基因中的 (CAG)n，n35与Hontington舞蹈病发病密切相关。六. 遗传印记不同性别的亲代遗传给子代的同一染色体或基因，当发生改变时可以引起不同的表现，这种现象称为遗传印记(genetic imprinting)或基因组印记( genomic imprinting)，也称亲代印记(parental imprinting)。表明来自父母双方的同源染色体或等位基因存在着功能上的差异。第四章 人类染色体总论掌握： 人类染色体的结构形态、 类型和数目； 人类非显带核型和 G显带核型分析及描述方法；细胞分裂过程中的染色体的传递（有丝分裂、减数分裂） ； 熟悉：高分辨显带及C显带的概念；染色体多态性的概念；染色质的化学组成；核小体和螺线管；性染色质。 了解：人类细胞遗传学命名的国际体制；常染色质和异染色质；多级螺旋模型；莱昂（Lyon）假说。真核生物的基因大部分存在于染色体上，少量存在于线粒体中。染色体是核基因的载体。细胞通过有丝分裂中染色体从亲代细胞向子代细胞的传递和减数分裂中染色体在生殖细胞中的分配过程完成遗传信息从亲代细胞向子细胞的传递以及亲代个体向子代个体的传递。一 染色体细胞核中DNA大分子与蛋白质结合以复合物形式存在，二者结合形成的核蛋白质分子在细胞间期以松散状态分布在细胞核中，称为染色质(chromatin)。细胞进入有丝分裂中期时，核蛋白质分子经过高度螺旋和折叠，形成光学显微镜下可见的条状或棒状结构，称为染色体(chromosome)。根据染色质核蛋白分子螺旋化程度和功能状态不同，染色质可分为常染色质(euchromatin)和异染色质(heterochromatin)，常染色质螺旋化程度低，染色浅而均匀，位于间期细胞核中央部分，其DNA含单一或重复序列，具有转录活性的部分 为常染色质。而异染色质在间期细胞核中仍处于凝集状态，螺旋化程度较高，着色较深，分布于核膜表面，含有重复序列，很少转录或无转录活性。异染色质又可分为结构异染色质(constitutive heterochromatin)和兼性异染色质(facultat