第02章-基因与染色体课件.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,*,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,*,第一节 基因的结构与功能,一、DNA的分子结构,二、DNA存在的形式,基因组,细胞或生物体的全套遗传物质，由每个染色体组的DNA组成，人体体细胞有两个染色体组，DNA全长3.210,9,bp。,高度重复顺序,特点：由很短的碱基序列组成，长度2-200bp，重复次数10,6,-10,8,。一般占DNA碱基对的10%-30%。由一些短的DNA序列呈串联重复排列。,中度重复顺序,特点：在长度和拷贝数目上有很大差别。,有些中度重复序列DNA具有编码功能，如编码rRNA和tRNA以及组蛋白的基因,大多数无编码功能，主要是一些分散重复DNA序列。,分两类,短分散元件（,SINE）,长度,300-500,bp，,散在分布在基因组中，拷贝数目可达到,10,5,以上。,如,Alu,家族,人基因组中大量分散存在,约有,50万-70,万份拷贝，相当于平均,4,kb,就有一个,Alu,序列。,2.,长分散元件（,LINE）,长度,5000-7000,bp，,重复次数为,10,2,-10,4,。,如,KpnI,家族。,单一序列,单一序列是单拷贝或很少几次的序列，一般800-1000bp组成。,其中有部分是构成编码细胞中的蛋白质的基因（结构基因）。,三、基因及其结构,原核生物：DNA分子的一个片段，连续编码。,真核生物：（断裂基因 split gene）,大多真核生物的基因包括编码序列和非编码序列两部分，编码序列DNA分子中是不连续的被非编码序列隔开，形成镶嵌排列的断裂形式。,外显子(exon):编码序列,例如：,人类血红蛋白珠蛋白 3个；基因全长1700bp,编码146个氨基酸。,DMD基因 有75个基因，全长300kb，编码3685个氨基酸。,内含子(intron)：,两个外显子之间无编码作用的DNA序列。,例如：,人类血红蛋白珠蛋白有2个；,MDM基因 有74个。,（外显子和内含子在不同的基因中互变）,外显子-内含子接头,在每个外显子和内含子之间的接头区高度保守的一致序列；每个内含子的5端为GT；3端为AG。,以上接头也称 GT-AG法则。,有义链(编码链),一个结构基因的5-3链；,反义链(反编码链),一个结构基因的3-5链，与5-3链互补，指导mRNA转录。,侧翼序列,每个基因的第一个外显子和最后一个外显子外侧的不编码的DNA序列。,启动子,：,位于基因转录起始点上游,100,bp,内的,与,RNA,聚合酶结合，启动转录。,TATA,框：位于转录起始点上游,-19,27,bp,处；序列为,TATAA/TAA/T；,与,TF,结合准确辨认转录起始点。,CAAT,框：位于转录起始点上游,-70,80,bp,处；序列为,GGC/TCAATCA；,与,CTF,结合，促进转录。,GC,框：两个拷贝，分别位于,CAAT,框的两侧；序列为,GGCGGG；,与转录因子,SP1,结合，增强转录。,增强子：,位于启动子的上游或下游,3,kb,以上，增强转录，作用方向,3-5或5-3,。,例如：人类珠蛋白基因的增强子由,72,bp,串联重复组成，位于转录起始点上游,-1400,bp,处或下游,3300,bp,处，增强转录,200,倍。,多聚腺苷酸化附加信号：,位于,3,端非编码区下游的一段,DNA,序列。,断裂基因结构模式图,四、多基因家族和假基因,多基因家族,由某一祖先基因经过重复、突变所产生的一组基因。它们在基因组中的拷贝只有微小的差别，并行使相关的功能。所以是一组来源相同、结构相似、功能相关的基因。,有两种存在形式：,一类是一个基因的多次拷贝成簇排列在同一条染色体上，形成一个基因簇。,另一类是一个多基因家族中的不同成员成簇分布于几条不同的染色体上，这些成员的序列虽然有些不同，但是编码一组关系密切的蛋白质。如超基因家族。,假基因,在多基因家族中，某些成员不产生有功能的基因产物，这类基因成为假基因。,假基因的核苷酸顺序与相应的活性基因极为相似，但不能表达，不具有正常功能。,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，失去了活性，变成了无功能的基因。,第二节 基因的复制与表达一、基因的复制,原核生物,一个起始点，向两个方向复制，呈形两个复制叉汇于一点，复制成两个DNA分子。,真核生物,多个起始点，向两个方向复制。,二、基因的表达（gene expression）,基因表达是DNA分子中所存在的遗传信息通过转录和翻译形成具有生物活性蛋白质或通过转录形成RNA发挥功能作用的过程。,原核生物：转录和翻译同步进行。,真核生物：转录在核中进行；翻译在细胞质中进行。,1.转录(transcription)：,按照生物基因的碱基序列合成RNA的过程。,在细胞核中，以DNA的反编码链为模板，从转录起始点开始，以碱基互补的形式，合成RNA，即hnRNA:包括外显子、内含子和部分侧翼序列。,过程：,hnRNA 剪接 戴帽 加尾 mRNA,剪接：,在酶的作用下，按GT-AG法则，将hnRNA的内含子切掉，把各个外显子按照一定的顺序准确地拼节起来形成可以编码的mRNA的过程。,戴帽：,在第一个外显子的第一个核苷酸（,G）,上以,5-5,连接的方式连接上一个,G，,并在其,7,位上甲基化，形成,m7G.,在第一、二个,G,上的,2,位氧甲基化。,加尾：,mRNA在5端戴帽的同时，3端在腺苷酸聚合酶的作用下加接100,200个腺苷酸，形成多聚腺苷酸（poly A）的过程。,剪接供体部位剪接受体部位分支部位,剪接信号,剪接体：,识别剪接信号的RNA-蛋白质复合体。,翻译,(,translation),mRNA,把转录的遗传信息,“,解读,”,成为多肽链的不同氨基酸和氨基酸排列顺序的过程。,实质是以,mRNA,为模板合成蛋白质多肽链的过程。,蛋白质合成的过程,起始：,16S rRNA3端与AUG上游碱基互补，,AUG与tRNA的反密码子结合，占据P位。,延伸：,进位：氨酰,tRNA,进入,A,位。,转肽：肽键形成。,移位：,沿5-3,移动一个密码子位置。,终止,：,A,位出现,UAA、UGA、UAG,时，合成停止。,通用遗传密码及相应氨基酸,第三节 染色质与染色体,一、染色体的形成与染色质螺旋化,染色体构建的四级结构模型,一级结构：由DNA与组蛋白包装成核小体，在组蛋白H1的介导下，核小体彼此连接形成直径10nm的核小体串珠结构，这就是染色体构建的一级结构。,一级结构-核小体,二级结构,-螺旋管,三级结构,-超螺旋管,四级结构,-染色单体,二、常染色质和异染色质,常染色质,异染色质,结构,螺旋化程度低，结构松散，直径10nm,螺旋化程度高，结构紧密，直径20-30nm,染色,浅,深,分布,常位于核中央,核膜边缘,功能,复制和转录活跃,转录不活跃,三、性染色质,X染色质：,1949年Barr,发现,Lyon假说：,女性的两条X染色体在胚胎发育中，一条随机失活，在细胞学图像上显示出X染色质。X染色体失活可在X,A,X,a,携带者中表现出部分症状。,雌性动物细胞中一条X染色体有活性，另一条失活;,X染色质随即来自父母之一;,失活发生于胚胎早期。,Y染色质,第四节 细胞增值,(cell proliferation),细胞通过生长和分裂使细胞数目增加，使子细胞获得和母细胞相同遗传特性的过程,是细胞生命活动的重要体现。,细胞增殖的方式,一、无丝分裂,：,（最早发现,)直接分裂过程：,1、染色体复制；,2、染色体移位；,3、细胞形成。,特点：,遗传物质分配不均,二、有丝分裂,1882.Flemming发现,出现有丝分裂器.,确保遗传的连续性和稳定性。,三、减数分裂,1883.Van Beneden发现,特殊的分裂,分裂两次,染色体复制一次,分成四个细胞,染色体数目减半,细胞增殖周期,一、细胞周期(cell cycle)：,指细胞从一次分裂结束开始生长到下一次分裂终了所经历的过程。所需时间，则称细胞周期时间。,间期：,G1期（DNA合成前期，调节时间的关键）,S期（DNA合成期）,G2期（DNA合成后期）,M期：,有丝分裂期：前期、中期、后期、末期。,细胞周期时间：Tc=T,G1,+T,S,+T,G2,+T,M,细胞周期各时,期,的特点,G1,期：（,2,C）,大量合成,RNA、,蛋白质,初期：合成三,种,RNA，,cAMP,cGMP,;,氨基酸和糖的转运加速。,后期：合成,DNA,复制所需酶系，如,DNA,聚合酶等。组蛋白和非组蛋白，,H1,组蛋白的磷酸化。,发展的三种细胞：,1）继续增殖细胞,如：胚胎细胞，骨髓干细胞，生殖上皮细胞等。,2）暂不增殖细胞,如：肝、肾、胰实质细胞。,3）永不增殖细胞,如：红细胞，神经细胞，肌细胞等,2.S期：（,2C-4C）,大量合成DNA，组蛋白及非组蛋白；DNA合成所需要的酶。,3.,G2,期：（4C）,合成,M,期相关的蛋白质。,如,：有丝分裂促进因子（MPF）,，微管蛋白中心粒开始分离。,4.有丝分裂(mitosis),（,1）前期,染色质凝集：染色质-染色丝-染色体。,确定分裂极：中心粒移向两极，组织纺锤丝和星体；S期已复制的两对中心粒周围出现星体微管，极间微管增长，向两极移动。,核仁解体：,核膜破裂。,（2）中期,有丝分裂器：染色体、星体、中心粒、纺锤体。,极微管；,染色体微管；,区间微管；,星体微管。,（3）后期:,染色体分离，移向两极。,（4）末期:,子细胞核膜、核仁出现，胞质分裂。,组蛋白去磷酸化，染色质变成染色体。,中体出现：两子细胞间的微管及囊泡组成。,收缩环出现：中部 质膜下方，肌动蛋白、,肌球蛋白的大量聚集而成。,分裂沟出现：ATP提供能量；与纺锤体垂直。,核分裂和胞质分裂,第五节 生殖细胞的发生与减数分裂,一、生殖细胞的发生,1.精子的发生,增殖期,青春期曲精细管上皮精原细胞（2n)恢复有丝分裂,生长期,精原细胞增大分化成初级精母细胞（2n),成熟期,初级精母细胞 第一次减数分裂 2次级精母细胞（n）,2次级精母细胞 第二次减数分裂 4精细胞（n）,变形期,精细胞 成熟精子,2.卵子的发生,增殖期,胚胎发育早期,卵巢中生发上皮卵原细胞（2n)进行有丝分裂,生长期,胚胎发育6个月,卵原细胞增大成初级卵母细胞（2n),成熟期,初级卵母细胞 第一次减数分裂 1次级卵母细胞（n）,400个停于双线期，性成熟后，排卵,+1第一极体（n）,1次级卵母细胞 第二次减数分裂 1卵细胞（n）,停于中期,+1第二极体（n）,1第一极体,受精后,第二次减数分裂 2第二极体（n）,3.受精作用(fertilization,),二、,减数分裂,减数分裂前间期,（一）第一次减数分裂1.前期：,（1）细线期:染色质-染色粒,（2）偶线期:二价体、四分体出现，Z-DNA合成。,联会复合体(SC)：侧生组分-中央成分（含重组节）-侧生成分,（3）粗线期:重组节形成，交叉出现，交换、重组、P-DNA合成。,（4）双线期:同源染色体分离,交叉端移。,（5）终变期:,meosis,2.中期：,同源染色体的四分体排列成赤道板。,3.后期：,同源染色体分离，非同源染色体自由组合。,4.末期：,染色体成丝状，核仁、核膜重新出现，胞质分裂。,减数分裂,间期,时间短，无DNA合成，细胞中染色体数目已减半。,第二次减数分裂（同有丝分裂）,前期,中期 后期,末期,减数分裂同有丝分裂的比较：,发生细胞,DNA,复制与细胞分裂次数,过程,细胞分裂的结果,DNA,的变化,减数分裂的意义：,使生物染色体数目保持恒定,遗传规律的细胞学基础,人类遗传基础发生变异的根本机制,fiteraleition,交叉,交叉,第六节 基因突变,基因突变,是DNA分子中核苷酸序列发生改变，导致遗传密码编码信息改变，造成基因的表达产物蛋白质的氨基酸变化，从而引起表型的改变。,生殖细胞突变：,发生在生殖细胞中，引起后代中遗传性质的改变。,体细胞突变：,突变发生在体细胞中，在有性生殖的个体中，不引起后代的遗传改变，而导致突变细胞在形态和功能上的改变。,体细胞突变 突变体细胞有丝分裂 突变克隆（细胞恶变基础）,野生型 突变 突变型,等位基因的产生均为基因突变形成,。,中性突变：不产生优化效应，也无有害作用；,有利突变:给生物进化提供原材料；,有害突变：致病基因的产生。,自发突变：在细胞正常生活过程中或受环境随 机产生；,诱发突变：在诱变剂的作用下产生。,基因突变的方式,一、碱基替换：,DNA分子中一个碱基对被另一个碱基对替代。,也称点突变（一个碱基的改变），最常见。,转换：,一种嘌呤被另一种嘌呤替代或一种嘧啶被另一种嘧啶替代。最常见。,颠换：,一种嘌呤被一种嘧啶或一种嘧啶被一种嘌呤替代。,诱变剂：亚硝胺（NA）、烷化剂等。,转换,点突变的后果,同义突变：,由于碱基替换后，一个密码子变成另一个密码子，但决定的氨基酸没变。,错义突变：,由于密码子突变后，一起密码子的突变，使mRNA中编码某一氨基酸的密码子变成了编码另一氨基酸的密码子。,无义突变：,碱基的改变使一个密码子不再决定任何一种氨基酸，形成一个终止信号，称之。,二、移码突变：,DNA组成中增加或减少一个或几个碱基,对，造成在缺失或插入点以下的DNA编码框架全部发生改变。,如：Hb wayne 链第138位 TCC丢失 一个C，3端碱基顺序重排，142位的终止密码变成可读密码，肽链延长至147位。,移码突变,三、动态突变：,在人类基因组中存在的一些微卫星DNA或成为短串联重复序列（STR），尤其是三核苷酸的重复，在靠近基因或位于基因序列之中时其重复次数 在一代一代的传递过程中会出现明显增加的现象，结果导致某些遗传病的发生。,第七节 基因组印记,基因组印记(genomic imprinting),（遗传印记或亲代印记）,指在哺乳动物某些组织细胞中,控制某一表型的一对等位基因因亲源不同而呈差异性表达,即机体转录来自亲本一方的等位基因,而与自身性别无关。,第八章 DNA修复,X线、紫外线、电离辐射、化学品引起基因突变，由DNA损伤的修复，来保持基因的相对稳定。,光修复：,切除修复：,切除损伤的DNA部位，再合成一段DNA，连接到切除部位。T-T的修复：,内切酶识别损伤部位，形成一个缺口；,外切酶扩大切口，越过损伤部位，切除一段,DNA。,在聚合酶的作用下，以支持链为模板合成一段互补,DNA；,经连接酶的作用，将新的,DNA,片段连接起来，封闭缺口。,着色性干皮病：缺乏切除修复系统，易患基底细胞癌。,A,B,C,D,复制后修复（重组修复,）,DNA复制T-T时,在与T-T相对的部位产生一个缺口;,完整的DNA旧链上出现一个断裂点,其5端与有缺口新链的3端连接,其3端与有缺口新链的5端连接；,这两条链间进行了互换,修复新链,形成两条正常的新链,为下一轮复制的模板；,DNA,旧链上出现的缺口分别在,DNA,聚合酶和,DNA,连接酶的作用下,以新链为模板,复制一个新的片段弥补上。,复制后修复,