《遗传的分子基础上》PPT课件.ppt

第二章 遗传的分子基础,第一节 真核基因的分子结构,（一） 基因（gene)的概念： 从遗传学的角度看， 基因是生物的遗传物质，是遗传的基本单位突变单位、重组单位和功能单位 从分子生物学的角度看， 基因是在染色体上占据一定位置的负载特定遗传信息的DNA分子片段,一 基因的概念与性质,基因概念的发展： （1）19世纪 孟德尔时期 基因 遗传因子 生物性状的符号 （2）20世纪初 摩尔根时期 基因位于染色体上， 是遗传、交换、突变的单位 （3）20世纪中 Watson Crick的DNA双螺旋结构 基因是有遗传功能的DNA片段 一个基因一个酶 一个基因一条多肽链 （4）人类基因组计划： 一个基因决定多个蛋白质,（二） 基因的类别,结构基因： 某些能决定某种多肽链（蛋白质）或酶分子结构的基因。 调控基因：某些可调节控制结构基因表达的基因,（三） 基因的化学本质（DNA）,DNA是遗传物质的间接和直接证据,1 间接证据,（1）同一种生物的核内DNA含量恒定 （2）DNA是所有生物所共有的 （3）DNA在代谢上是稳定的,2 直接证据,（1）1944年Avery的肺炎双球菌转化实验（证明DNA是遗传物质）,转化：指某一受体细菌通过直接吸收来自另一供体细菌的特定遗传物质，从而获得了供体细菌的相应遗传性状，这种现象称为细菌转化。,（2）1952 Hershey Chase 噬菌体侵染细菌实验,二 人类基因组的组成,人类基因组包括核基因组和线粒体基因组。 一般情况指核基因组。 人类基因组：人类22条常染色体和X、Y染色体上所 含有的全部遗传信息。,基因组：一种生物的细胞内所含有的全部遗传信息。 通常以核内单倍数染色体所含有的所有遗传 信息为一个基因组。,单一序列（60-65%）,重复序列,人类基因组,高度重复序列 （10%）,中度重复序列 （20-30%）,卫星DNA,反向重复序列,多基因家族,微卫星DNA,小卫星DNA,回文结构,发卡结构,假基因,短分散元件,长分散元件,（一）单一序列：也称单拷贝序列 在人类基因组中占60-65% 在一个基因组中只出现一次或很少几次。 由8001000bp组成 大多数编码蛋白质和酶的基因为单一序列,（二）重复序列： 在人类基因组中占30% 在一个基因组中有很多拷贝。,高度重复序列 中度重复序列 多基因家族 假基因,1 高度重复序列： 结构简单，长度2-200bp， 拷贝数106 -108 在人类基因组中占10%,卫星DNA 反向重复序列,卫星DNA：这类序列的碱基组成不同于其他部份，可 用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开，卫星DNA构成着丝粒、随体等，参与维持染色体结构,小卫星DNA 6-25bp 微卫星DNA 2-6bp,DNA分子双链的某些部分，碱基序列相同但排列呈反向的现象。如：,反向重复序列：,回文序列 发卡结构,序列长约300bp,常参与调节基因转录,2 中度重复序列： 由300-7000bp组成的DNA序列， 重复次数在102-105以上 在人类基因组中占20-30%,短分散元件 长分散元件,核糖体RNA基因：拷贝100个以上 tRNA基因：拷贝10-100个以上 组蛋白基因：拷贝50-500个以上,3 多基因家族：由一个祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因，编码的蛋白质相似，但其氨基酸序列不完全相同。 同一家族中的成员有时紧密的排列在一起，成为一个基因簇。,假基因：在基因家族中，某些成员因突变而失去功能，不产生有功能的基因产物，这些基因称假基因，或拟基因。如珠蛋白基因蔟中的、和。,三 真核基因的分子结构特征,断裂基因 绝大多数真核生物的结构基因，其DNA序列由编码序列和非编码序列构成。编码顺序在DNA分子上是不连续的，被非编码顺序所隔开，形成镶嵌排列的断裂形式，称断裂基因。,人类基因结构的2个部分： 外显子与内含子； 侧翼序列，也称调控区，包括启动子和增强子等,编码顺序称为外显子（exon）-表达为多肽链的部分 非编码顺序所称为内含子（intron）-内含子只转录， 在前mRNA时被剪切掉,（1）外显子与内含子,GT-AG法则：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（consensus seqence）,即内含子5末端大多数是GT开始，3末端大多是AG结束，称为GT-AG法则,GT-AG法则是普遍存在于真核基因中RNA剪接的识别信号,外显子和内含子的关系：不是固定不变的 有时候基因的内含子在另一种剪切形式下成为外显子,DNA,多肽链1,多肽链2,作为内含子,作为外显子,启动子（promoter）包括TATA框、CAAT框、GC框等几种不同顺序，能促进转录过程， 增强子在真核基因转录起始点的上游或下游，它不能启动一个基因的转录，但有增强转录的作用。 终止子：位于结构基因末端起终止转录作用的一段DNA序列,（2）侧翼序列：真核基因转录区的两侧，包括启动子和增强子,第二节 人类基因组计划,人类基因组计划,“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。 HGP是美国科学家在1985年率先提出 旨在阐明人类基因组DNA 3.0109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。,HGP发展里程,人类基因组计划与基因组学,1984，DOE，首次探讨人类基因组DNA进行全序列分析的前景 1986.3，R. Dulbecco发表“癌症研究的转折点测定人类基因组序列” 1988.4，HUGO成立 1990.10.1，美国HGP正式启动 2001.2，人类基因组工作框架图完成 2004.10.1，人类全基因组高精度序列图最完成,HGP基本任务 建立人类基因组的结构图谱，即遗传图、物理图与序列图，并在“制图-测序”的基础上鉴定人类的基因，绘出人类的基因图。,人类基因组计划与基因组学,HGP的主要成果,全部基因组长2.91Gb，仅有2.2万个基因。 基因数量少得惊人 人与人之间99.99的基因密码是相同的 男性的基因突变率是女性的2倍,人类基因组中存在“热点”和大片“荒漠 只有约1%-1.5%的DNA编码蛋白质 基因是成簇存在的 有200个基因是来自插入人类祖先基因组的细菌基因 人类基因组编码的全套蛋白质（蛋白质组）比无脊椎动物编码的蛋白质组更复杂。,功能基因组学,HGP研究的是遗传图、物理图、序列图、基因图，主要探讨人类基因组的结构特点，又称结构基因组学(structural genomics)。 在HGP进行的同时，也开始研究人类基因组计划相关及以后的领域，即所谓的后基因组计划(past-genome project)。后基因组计划以解释基因组的功能和调控机制为研究目标，所以又称功能基因组学(functional genomics)。,人类基因组计划与基因组学,人类基因组多样性计划,人类基因组多样性计划(human genome diversity project，HGDP)旨在采集与保存世界范围内一些地理隔离的部落群体和具有独特文化或语言背景的群体的基因组DNA，其目标是要揭示世界上不同民族生理生化差异的遗传背景，以及群体之间的相互关系。,人类基因组计划与基因组学,比较基因组学,比较基因组学(comparative genomics)是基于基因组图谱和测序基础上，在DNA水平上对不同生物基因组的结构进行比较，以研究基因的结构功能、表达机制和物种进化的学科。,人类基因组计划与基因组学,环境基因组学,环境基因组学(environmental genomics) 的目的是研究环境对人类疾病的影响和意义。,人类基因组计划与基因组学,分析、鉴定与环境相关的疾病易感基因，识别基因组多样性和结构功能的关系 预测环境因素影响人类健康的风险并制定相应预防措施和环境保护策略,疾病基因组学,疾病基因组学的主要任务是鉴定和分离重要疾病的致病基因与相关基因，并确定其致病机制。,人类基因组计划与基因组学,单基因病：定位克隆 & 候选克隆 多基因病：隔离群体的QTL,药物基因组学,药物基因组学(pharmacogenomics)是研究机体对包括药物在内的化学物质反应的遗传差异，以寻找更为有效的药物作用。,人类基因组计划与基因组学,“个体化”药物的研制 “个人健康计划”的制定,HGP伦理和社会问题,HGP的意义 1、开创人类生命科学的新纪元 2、改变了科学家进行科研的方式 3、开创了医学个体化治疗的新时代 人类的保健模式将从“生了病后再治疗”的消 极模式转变为“预防”、“预测”的积极模式 4、积极推动了新药的开发 5、促进生