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1、基因（gene）基因是特定的DNA片段，携带遗传信息，通过控制细胞内RNA和蛋白质的合成，决定生物的遗传性状。掌握第1页/共63页人类有多少个基因？10万？3万？第2页/共63页基因的一般特性1、基因可自我复制伴随DNA的半保留复制而复制2、基因可决定性状转录和翻译3、基因可发生突变有害、中性、有利第3页/共63页基因的分类一核内基因细胞核内染色质DNA纤维中核外基因胞质中线粒体环状DNA上第4页/共63页第5页/共63页克隆人与母本会完全一样吗？目前的克隆技术线粒体基因体细胞染色体的不一致性表观遗传染色体外因素第6页/共63页基因的分类二1、结构基因（structuralgene）指能决定蛋
2、白质分子结构的基因。2、调控基因（regulatorygene）指可调节控制结构基因表达的基因。第7页/共63页真核生物结构基因的特点原核生物结构基因的编码序列是连续的真核生物结构基因是断裂基因，编码序列不连续的基因。断裂基因：基因的编码序列是不连续的，被非编码序列所分隔，形成嵌合排列的断裂形式。掌握第8页/共63页真核生物结构基因的特点第9页/共63页外显子1、编码区内含子人类结构基因启动子调控区增强子2、侧翼序列前导区终止子位于编码区两侧尾部区了解第10页/共63页基因组genome基因组：一个物种的所有基因，即生物成熟生殖细胞DNA分子上的全部基因总和。第11页/共63页第12页/共63
3、页第13页/共63页人类基因组的组织结构 了解第14页/共63页基因功能的实现，依赖DNA复制，转录和翻译，可概括为遗传信息传递的“中心法则”。转录翻译DNA RNA 蛋白质复制反转录复制中心法则掌握第15页/共63页DNADNA分子组成分子组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸每个脱氧核苷酸由磷酸、脱氧核糖和碱基组成。碱基有4种：腺嘌吟（A）、鸟嘌岭（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）熟悉第16页/共63页第17页/共63页DNADNA分子结构分子结构第18页/共63页DNADNA分子结构分子结构第19页/共63页DNADNA分子结构分子结构熟悉第20页/共63页第21页/共63页LinusC
4、arlPaulingtheoretical physical chemist two unshared Nobel Prizes 1954,chemical bond and molecular structure 1962,ban the testing of nuclear weapons.第22页/共63页第23页/共63页第24页/共63页James Watson Francis Crick Maurice Wilkins Rosalind Elsie Franklin 第25页/共63页Averyexperiment1944第26页/共63页HersheyandChase1952第2
5、7页/共63页WatsonWatson和CrickCrick（19531953）提出DNADNA分子的双螺旋结构模型DNA由两条碱基互补的、反向平行排列的脱氧多核苷酸单链所组成，一条是53端，另一条是35端，碱基互补的方式是A与T或T与A，C与G或G与C相对应；DNA分子的两条互补链围绕一“主轴”向右盘旋形成双螺旋结构；4种碱基（A、T、G、C）的排列顺序在不同的DNA分子中各不相同，储存着各种生物性状的遗传信息；双螺旋的表面形成两条凹槽，一面宽而深，称之深沟；另一面狭而浅，称之浅沟。这两条沟，对于有特定功能的蛋白质（酶）识别并调节DNA双螺旋结构上的遗传信息是非常重要的；由于DNA链通常很长
6、，所包含的碱基数目很多，所以碱基排列顺序的组合方式是无限的，可以形成多种不同的DNA分子。熟悉第28页/共63页DNA链的复制过程特点w互补性w半保留性w反向平行性w不对称性w不连续性掌握第29页/共63页DNADNA链的复制过程特点链的复制过程特点l互补性：新链与模板链的碱基序列呈互补关系，这样就构成了一个完整的双链DNA分子，与复制前的双链DNA分子保持完全一样的结构。l半保留性：两条模板链分别成为子代DNA分子双链中的一条链，即在每个子代DNA分子的双链中，总是保留着一条亲链。l反向平行性：DNA分子的两条双链之间是反向平行的，一条是53，另一条必然是35。新复制出来的DNA分子的子链与
7、亲链也是反向平行的。l不对称性：DNA的复制是不对称的，即以35亲链作模板时，其子链合成是连续的；而以53亲链作模板时，子链的合成则是不连续的。l不连续性：真核细胞的 DNA包含多个复制起点，其DNA的复制是以复制单位进行的。掌握第30页/共63页基因表达基因表达转录（转录（transcriptiontranscription）以DNA为模板转录合成mRNA。翻译（翻译（translationtranslation）以mRNA为模板指导蛋白质合成的过程，在细胞质内的核糖体上进行。掌握第31页/共63页转录过程转录过程起始阶段 RNA聚合酶与启动子结合，启动RNA转录 延伸过程 RNA聚合酶由全
8、酶构型变为主酶构型，并沿着模板链的35方向移动，并精确地按照碱基互补原则，以三磷酸核苷酸（UTP、CTP、GTP和ATP）为底物，在3端逐个添加核苷酸，使mRNA不断延伸；终止 RNA聚合酶在DNA模板上移动到达终止信号时，RNA合成的停止。熟悉第32页/共63页转录产物的加工和修饰：转录产物的加工和修饰：“加帽”5端加“7-甲基鸟嘌吟核苷酸”；“加尾”3端加“多聚腺苷酸”（poly A）“剪接”按GT-AG法则将内含子切除，再将外显子由连接酶逐段连接起来，形成成熟的mRNA分子。熟悉第33页/共63页转录及其加工过程 熟悉第34页/共63页翻译翻译mRNA携带遗传信息，作为合成蛋白质的模板；
9、tRNA转运活化的氨基酸和识别mRNA分子上的遗传密码；核糖体是蛋白质合成的场所，把各种特定的氨基酸分子连接成多肽链。蛋白质合成通常分为三个阶段：起始、延长和终止熟悉第35页/共63页第36页/共63页第37页/共63页第38页/共63页基因表达的控制基因表达的控制 真核生物基因表达调控是通过多阶段多水平实现的，能在特定时间和特定细胞中激活特定的基因，从而实现“预订”的有序的分化发育过程。转录前转录水平转录后翻译翻译后了解第39页/共63页突变：遗传物质发生的可遗传的变异突变染色体畸变：染色体结构和数目的改变基因突变：只涉及基因本身核苷酸序列（如点突变）或数目（如重复，缺失，插入）的改变掌握第
10、40页/共63页诱发基因突变的因素诱发基因突变的因素根据基因突变发生的原因，可将突变分为:自发突变:在自然条件下未经人工处理而发生诱发突变:经人工处理而发生的突变诱变剂:能诱发基因突变的各种内外环境因素 第41页/共63页诱变剂-物理因素物理因素紫外线 紫外线的照射可使DNA顺序中相邻的嘧啶类碱基结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧啶二聚体（TT）。在复制或转录进行时，该处碱基配对发生错误，从而引起新合成的DNA或RNA链的碱基改变。电离辐射 射线直接击中DNA链，DNA分子吸收能量后引起DNA链和染色体的断裂，片断发生重排，引起染色体结构畸变。第42页/共63页诱变剂-化学因素化学因素羟胺（h
11、ydroxylamine，HA）亚硝酸或含亚硝基化合物 烷化剂碱基类似物芳香族化合物 第43页/共63页基因突变的分子机制基因突变的分子机制根据突变是否在世代中稳定传递分为两大类：静态突变（static mutation）是在一定条件下生物各世代中以相对稳定的频率发生的基因突变。可分为点突变和片段突变。动态突变（dynamic mutation)是指在基因组中串联重复的三核苷酸序列随世代的传递拷贝数逐代增加的突变方式。（CGG）repeat in Fragile X syndrome 第44页/共63页第45页/共63页基因突变的类型置换突变 1、同义突变 2、错义突变 3、无义突变 4、终止
12、密码突变（延长突变）移码突变整码突变片段突变掌握第46页/共63页点突变点突变（point mutation）点突变:DNA链中一个或一对碱基发生的改变。它有两种形式：碱基替换和移码突变。碱基替换（base substitution）:DNA链中碱基之间互相替换，从而使被替换部位的三联体密码意义发生改变。掌握第47页/共63页转换（transition）:一种嘌呤-嘧啶对被另一种嘌呤-嘧啶对所替换 颠换（transvertion）:一种嘌呤-嘧啶对被另一种嘧啶-嘌呤对所替换 第48页/共63页如果碱基替换影响的是密码子，则会产生同义突变、无义突变、错义突变和终止密码突变等遗传学效应；如果影响的
13、是非密码子区域，则产生几种不同的遗传学效果：无明确的遗传学效应、改变调控序列从而影响基因表达的调控、改变外显子-内含子接头处的序列从而影响外显子的加工拼接。第49页/共63页同义突变（same sense mutation）碱基被替换之后，产生了新的密码子，但新旧密码子同义，所编码的氨基酸种类保持不变，因此同义突变并不产生突变效应。掌握第50页/共63页无义突变（non-sense mutation）碱基替换使编码氨基酸的密码变成终止密码UAA、UAG或UGA。掌握第51页/共63页错义突变（missense mutation）碱基替换使编码某种氨基酸的密码子变成编码另一种氨基酸的密码子，从而
14、使多肽链的氨基酸种类和序列发生改变。掌握第52页/共63页终止密码突变（terminator codon mutation）DNA分子中的某一个终止密码突变为编码氨基酸的密码，从而使多肽链的合成至此仍继续下去，直至下一个终止密码为止，形成超长的异常多肽链。掌握第53页/共63页C/TC/TC/TC/T第54页/共63页移码突变（frame-shiftmutation）除碱基替换外，点突变的另一种形式就是移码突变。由于基因组DNA链中插入或缺失1个或几个碱基对，从而使自插入或缺失的那一点以下的三联体密码的组合发生改变，进而使其编码的氨基酸种类和序列发生变化。掌握第55页/共63页碱基对插入和（或
15、）缺失的数目和方式不同，对其后的密码组合的改变的影响程度不同。移码突变引起的最小变化是在DNA链上增加或减少一个遗传密码导致合成的多肽链多或少一个氨基酸，若大范围改变密码组合则会引起的整条多肽链的氨基酸种类及序列的变化。因而移码突变的后果往往是严重的，通常是导致一条丧失活性或根本不能合成，进而严重影响细胞或机体的正常生命活动。第56页/共63页第57页/共63页片段突变片段突变片段突变是DNA链中某些小片段的碱基序列发生缺失、重复或重排。掌握第58页/共63页DMD第59页/共63页DNA损伤的修复损伤的修复生物体内存在着多种DNA修复系统，当DNA受到损伤时，在一定条件下，这些修复系统可以部
16、分地修正DNA分子的损伤，从而大大降低突变所引起的有害效应，保持遗传物质的稳定性。第60页/共63页修复缺陷引起的疾病修复系统本身是由一系列基因所编码的酶所组成的，修复系统的缺陷将使遗传物质的损伤不能得到尽快修复，突变将以各种形式存在并遗传下来，最终导致疾病的发生。第61页/共63页“人类基因组计划（human genome project，HGP）”是20世纪90年代初开始的全球范围的全面研究人类基因组的重大科学项目，旨在阐明人类基因组DNA 3.2109核苷酸的序列，发现所有人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。人类基因组（genome）是人的所有遗传信息的总和。它包括两个相对独立而相互关联的基因组：核基因组与线粒体基因组。通常人类基因组指的是核基因组。人类基因组计划人类基因组计划第62页/共63页感谢您的观看！第63页/共63页