遗传的细胞与分子基础.pptx

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1、本章节重点vLyon假说及X染色体的剂量补偿效应v人类性别决定的染色体机制v遗传印迹v基因突变第1页/共50页一、染色质与染色体染色质(chromatin)1882，Flemming 第一节 遗传的细胞基础第2页/共50页常染色质和异染色质常染色质(euchromatin)：细胞间期核内纤维折叠盘曲程度小，分散度大，染色较浅且具有转录活性的染色质。异染色质(heterochromatin)：细胞间期核内纤维折叠盘曲紧密，呈凝集状态，染色较深且没有转录活性的染色质。第3页/共50页异染色质的分类结构异染色质：指各类细胞的全部发育过程中都处于凝缩状态的染色质。大多位于着丝粒区和端粒区，不具有转录活

2、性。兼性异染色质：指在特定细胞的某一发育阶段所具有的凝缩状态的染色质。第4页/共50页染色单体(chromatid)着丝粒(centromere)主缢痕(primary constriction)短臂(p)&长臂(q)端粒(telomere)副缢痕(secondary constriction)随体(satellite)二、人类染色体第5页/共50页根据Denver体制，按相对长度、臂率和着丝粒指数把人类46条染色体分为23对，7个组。其中122对为男女共有，称为常染色体(autosome)，另一对与性别有关，在组成上男女有所不同，称为性染色体(sex chromosome)。XX代表女性，X

3、Y代表男性。丹佛体制：1960年，在美国Denver召开了第一届国际细胞遗传学会议，讨论并确定正常人有丝分裂染色体的标准命名体制。第6页/共50页第7页/共50页核型：一个体细胞中的全部染色体即构成其核型。核型分析：将待测细胞的全套染色体按照Denver体制配对、排列后，分析确定其是否与正常核型的异同，称为核型分析(karyotype analysis)。第8页/共50页第9页/共50页臂比：染色体短臂与长臂长度之比，p/q。人类染色体 染色体参数着丝粒指数：短臂占整条染色体长度的百分比，即p/(p+q)100 相对长度：某条染色体长度占一套染色体长度总和的百分比。第10页/共50页X染色质(

4、X-chromatin)1949年，Barr在雌猫神经元细胞核发现一种浓缩小体，在雄猫中见不到。后来在其它雌性哺乳动物也发现这种显示性别差异的结构，称为性染色质(X染色质或Barr小体)。性染色质(sex chromatin)第11页/共50页Lyon假说,X染色体失活假说,1961Lyon假说1.雌性哺乳动物体内仅有一条X染色体有活性，另一条在遗传上是失活的，在间期细胞核中异固缩为X染色质。2.失活发生在胚胎早期(人胚第16天)，此前2条X染色体都有活性。3.X染色体的失活是随机的，但是是恒定的。第12页/共50页由于雌性细胞中的两条X染色体中的一条发生异固缩，失去转录活性，这样保证了雌雄两

5、性细胞中都只有一条X染色体保持转录活性，使两性X连锁基因产物的量保持在相同水平上，这种效应称为X染色体的剂量补偿(dosage compensation)。人类染色体 剂量补偿第13页/共50页Y染色质(Y-chromatin)正常男性的间期细胞用荧光染料染色后，细胞核内可出现一个强荧光小体，称为Y染色质。第14页/共50页性染色体学说:性染色体(X和Y)在性别决定中起核心作用，人类性别是受精时由精子和卵子中的性染色体决定的。三、人类性别决定的染色体机制Y染色体决定睾丸的形成，Y染色体短臂上有一个决定男性的基因睾丸决定因子(TDF)。SRY(sex-determining region of

6、Y)第15页/共50页四、配子发生和减数分裂精子的发生精子的发生增殖期增殖期生长期生长期成熟期成熟期变形期变形期卵子的发生卵子的发生增殖期增殖期成熟期成熟期生长期生长期配子发生第16页/共50页减数分裂是产生配子的一种特殊的连续两次细胞分裂，在生殖细胞成熟过程中，DNA复制一次，细胞连续分裂两次，结果形成的4个配子的染色体的数目只有原来母细胞的一半。构成减数分裂的两次连续分裂，通常称为第一次减数分裂(减数分裂)和第二次减数分裂(减数分裂)，都可以再细分为前期、中期、后期和末期。减数分裂的意义 1.自由组合与交换 2.减数分裂与受精第17页/共50页高度重复序列中度重复序列多基因家族拟基因一、染

7、色体的分子组成单一序列(unique sequence)重复序列(repetitive sequence)第二节 遗传的分子基础第18页/共50页基因基因(Gene)遗传因子，最小的遗传单位 4种碱基按照一定顺序排列的DNA片段 人类一共有 2-2.5 万个基因基因组基因组(Genome)人类所有遗传信息 每个体细胞包含父源和母源2个基因组 人类基因组 2.91109bp二、真核基因的分子结构特征第19页/共50页exonintronTATA boxTATA boxCAAT boxCAAT boxGC boxGC boxAATAAAAATAAA enhancerenhancerT A T A

8、AATATHogness boxGT AG lawGC box GGCGGGCAAT box G G C A A T C ACT第20页/共50页CAATTAAT转转录录起起始始转转录录终终止止翻译起始密码翻译起始密码ATG翻译终止密码翻译终止密码TAA、TGA TAGPoly A信号信号外显子 1外显子 2外显子 3内含子 1内含子 2启动子区域53第21页/共50页v能转录、并存在于成熟RNA中的序列称为外显子(exon)v能转录、但不存在于成熟RNA中的序列称为内含子(intron)v结构基因都由若干个外显子和内含子组成vGT-AG法则：每个内含子的5端开始的两个核苷酸都是GT，3端末尾

9、的两个核苷酸都是AG侧翼序列：基因的两侧有一段不被转录的序列v 包括：启动子、增强子和终止子v 属顺式调控因子，称为调控序列第22页/共50页启动子(Promoter)v通常位于基因转录起点上游的100bp范围内，是RNA聚合酶的结合部位，促进转录过程v包 括 TATA框 或 Hogness框（TATA box,Hogness box）、CAAT框（CAAT box）和GC框（GC box）终止子(Terminator)v一段回文序列以及特定的序列，例如：5-AATAAA-3v是RNA停止工作的信号增强子（Enhancer）v启动子上游或下游的一段DNA序列v无明显的方向性，但具有组织特异性v

10、增强启动子转录的效率第23页/共50页三、基因复制第24页/共50页1.复制子(replicon)2.半保留复制(semiconservative replication)3.半不连续复制三、基因复制第25页/共50页四、基因表达逆转录逆转录DNADNARNARNA蛋白质蛋白质复制复制转录转录翻译翻译复制复制基因表达：DNA序列所携带的遗传信息，通过转录和翻译形成具有生物活性的蛋白质的过程。第26页/共50页对于任一个特定的基因，DNA双链分子中只有一条链带有遗传信息，称为编码链(coding strand)，与之互补的称为反编码链(anticoding strand)。1.转录 转录(tra

11、nscription)：在RNA聚合酶的催化下，以DNA的反编码链为模板，按照碱基互补配对原则，以dNTPs为原料合成RNA的过程。(一)基因表达与调控第27页/共50页编码链：5-ATG AAA CGA GTC TTA TGA-3反编码链：mRNA：3-TAC TTT GCT CAG AAT ACT-55-AUG AAA CGA GUC UUA UGA-3第28页/共50页1.有效地封闭 RNA 5 端，使之不再接加核苷酸，也不受磷酸酶和水解酶的消化，增强了mRNA的稳定性。戴帽：在hnRNA的 5端 接 上 一 个 甲 基 化 帽，即 7-甲 基 鸟 嘌 呤 核 苷 酸(m7GpppX)。

12、2.为核糖体提供识别mRNA的信号，促进mRNA和核糖体小亚基的结合。DNA的初始转录产物是mRNA的前体，比成熟的mRNA大45倍，称为核内异质RNA(hnRNA)。hnRNA需要经过转录后加工才能成为成熟的mRNA。2.剪 接3.加 尾1.戴 帽第29页/共50页第30页/共50页2.翻译mRNA、tRNA 及核糖体协同作用多个核糖体在同一个mRNA分子上同时进行翻译沿着53方向多核糖体以同一条mRNA为模板按不同的进度翻译许多相同的多肽链遗传密码及其兼并性第31页/共50页3.翻译后加工 某些氨基酸的羟基化或磷酸化等简单的化学修饰在肽链上加不同的糖基团或脂基团许多初始反应产物要经过氨基酸

13、序列的剪切成为有活性的产物折叠、螺旋化等第32页/共50页l真核生物基因表达的调控可发生在不同水平上第33页/共50页(二)RNA编辑及意义RNA编辑(RNA editing)：导致生成的mRNA分子在编码区的核苷酸顺序不同于其DNA模板相应顺序的过程。1.尿嘧啶核苷酸的加入或删除2.CU、AG或GA的RNA碱基转换3.CG、GC或UA的RNA碱基颠换第34页/共50页(三)遗传印记遗传印记(genetic imprinting)：不同性别的亲体传给子代的同一染色体或基因，当发生改变时可引起不同表 型 的 现 象，也 称 为 基 因 组 印 记(genomic imprinting)。父母双方

14、的某些同源染色体或等位基因存在着功能上的差异。母系印记：母源基因失活，父源基因表达父系印记：父源基因失活，母源基因表达第35页/共50页Prader-Willi综合征(PWS)&Angleman综合征(AS)PWS和AS的发生都涉及15q13的基因异常母系印记使位于15q13的某些基因失活，导致PWS的发生父系印记使位于15q13的某些基因失活，导致AS的发生第36页/共50页HuntingtonHuntington舞蹈症系谱舞蹈症系谱(MIM 143100)(MIM 143100)1 2 3 4 5 1 2 1 2 3 4 544454231413046第37页/共50页染色体结构、数目变异

15、染色体插入、缺失、倒位、异位异常染色体染色体微缺失/微重复，CNVs点突变碱基替换移码突变动态突变突突 变变 的的 种种 类类第38页/共50页五、基因突变基因突变(gene mutation)：基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。可以是DNA序列中单个核苷酸或碱基发生改变，也可以是一段核酸序列的改变。点突变(point mutation)：基因(或DNA链)中一个或一对碱基改变时。突变基因(mutant gene)：基因突变后在原有基因座上出现的新基因。第39页/共50页(一)基因突变的结果1.中性突变(neutral mutation)2.造成个体化学组分的遗传学差异3.有益突变4

16、.有害突变 遗传病5.致死突变(lethal mutation)第40页/共50页(二)基因突变的分子机制1.碱基替换：指一个碱基对被另一个不同的碱基对所替换，为DNA分子中单个碱基的改变，即点突变。转换(transition)：指嘌呤取代嘌呤，或嘧啶取代嘧啶。颠换(tranversion)：指嘌呤取代嘧啶，或嘧啶取代嘌呤。第41页/共50页(1)同义突变(same sense mutation)(2)错义突变(missense mutation)(3)无义突变(nonsense mutation)第42页/共50页 酪 丝 脯 苏 谷 色 谷UACUAC AGUAGU CCUCCU ACAA

17、CA GAAGAA UGG UGG GAGGAGUACUAC A AAGAG U UCC UCC UACAC A AGAGA A AUG GUG GGAGA GG 酪 精 丝 酪 精 亮 甘UACUAC GUGUC CUC CUA A CACAGG AAAAU GGU GGGG AGAG 酪 缬 亮 谷酰 天酰 甘2.移码突变(frame shift mutation)第43页/共50页3.动态突变(Dynamic Mutation)指DNA中的碱基重复序列拷贝数发生扩增而导致的突变，重复单位片段的大小3-33个碱基长不等，也称为基因组不稳定性(genomic instability)脆性X综

18、合征 (CGG)nn=6 46；正常人群n=60 200；无临床症状的携带者n=200 230；有临床症状的患者第44页/共50页Huntington舞蹈症系谱(MIM 143100)第45页/共50页高度重复序列：由很短的碱基序列重复而成，长度2200 bp，重复次数106108。1.卫星DNA(satellite DNA)2.小卫星DNA(minisatellite DNA)3.反向重复序列(inverted repeat sequence)微卫星DNA(microsatellite DNA)or STR 回文序列(palindrome)人类基因组中的重复序列第46页/共50页1.短分散元

19、件(short interspersing element，SINE)2.长分散元件(long interspersing element，LINE)中度重复序列：由长度300 bp7000 bp的序列重复而成，重复次数102105。第47页/共50页多基因家族(multigene family)：由一个祖先基因经过重复和变异形成的一组来源相同、结构相似、功能相关的基因。由一个基因产生多次拷贝，具有几乎相同的顺序，成簇地排列在同一条染色体上，形成一个基因簇(gene cluster)。它们同时发挥作用，合成某些蛋白质。一个多基因家族的不同成员成簇地分布在几条染色体上，成员间序列有所不同，编码一组关系密切的蛋白质。两种类型:假基因(pseudogene)：指在多基因家族中，某些成员不产生有功能的基因产物，这些基因称为拟基因，常用表示。第48页/共50页r实验室：基础医学院一号楼二楼左侧，医学遗传学系rEmail：r电话：第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页