03遗传分子基础.ppt

第三章遗传的分子基础 第一节DNA的组成和结构 一 DNA的组成 核酸的基本单位 单核苷酸nucleotide 戊糖脱氧核糖 磷酸 含氮有机碱 嘌呤 碱基 嘧啶 嘧啶 嘌呤 碱基 核糖 脱氧 糖苷键 核苷 酯键 单核苷酸 3 5 磷酸二酯键 5 3 DNA的双链形成 二 结构 第二节真核基因的分子结构 一 人类基因组的组成基因组 genome 是一个生命体遗传信息的总和 是一种生物的细胞中所带有的全部遗传信息 细胞核内的基因组 3200Mb 3 2 109bp 细胞质内线粒体基因组 16 6kb 每个核基因组 genome 含3 0 109bp 一 单一序列 uniquesequence 二 重复序列 repetitivesequence 约占60 65 重复1次或很少几次 约有3 3 5万 基因组计划 17 19 22号基因多 4 18 x少 占基因组的30 以上 DNA序列在基因组中有多个拷贝 可有几十份 几百份 甚至几十万份 高度重复序列106以上 20 hightrepetitivesequence 重复序列 repetitivesequence 中度重复序列10 10410 intermediaterepetitivesequence 多基因家族 multigengfamily 假基因 卫星DNA 随体DNA 反向重复序列 1 高度重复序列106 108以上 20 hightrepetitivesequence 小卫星 微卫星DNA 1 卫星DNA satelliteDNA 随体DNA 在Cscl密度梯度离心中 由于GC含量少于AT 可在DNA主峰旁形成卫星DNA峰 重复106 108次 构成着丝粒 端粒 y上异染色质区 2 小卫星 微卫星DNA6 25bp称小卫星 2 6bp为微卫星 串联重复分布 STR 3 反向重复序列 是两个顺序相同的互补拷贝在同一条DNA链上反向排列 一种是无间隔 称为回文结构 一种是两个互补拷贝间有一个间隔 两个互补拷贝则共价相接 形成十字状结构 见于基因调控区 构成终止子 短分散元件 SINEs 长分散元件 LINEs 2 中度重复序列 intermediaterepetitivesequence 重复102 105次占基因组20 30 1 短分散元件 SINEs 平均长度小于500bp 重复105次以上 例如人类Alu家族 占人类基因组的3 6 由300bp构成 在第170位附近都AGCT顺序 可被内切酶AluI 重复达30 50万次 参与基因调控 2 长分散元件 LINEs 重复序列长度大于1000bp 重复102 104 如KpnI家族在人类基因组散在分布 3 多基因家族 multigenefamily 指由一个祖先基因经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 1 由一个基因产生的多次拷贝 具有几乎相同顺序 成簇排列于同一条染色体上 形成一个基因簇 它们同量发挥作用 合成某些蛋白质 如人类白细胞抗原 HLA 分布在6p21 3上 2 另一类是一个多基因家族中不同成员成簇分布于几条不同的染色体上 这些序列虽不同 但它们编码的是一组关系密切的蛋白质 如珠蛋白基因是由 珠蛋白基因簇组成 在11号和16号上 在多基因家族中 某些成员并不产生有功能的基因产物 称为假基因 假基因 pseudogene 高度重复序列106以上 20 hightrepetitivesequence 重复序列 repetitivesequence 中度重复序列10 10410 intermediaterepetitivesequence 多基因家族 multigengfamily 假基因 二 真核基因的分子结构特征 大多数真核生物的结构基因是不连续的 在编码区内常常被不编码的序列隔开 为断裂基因 splitgene 一 外显子和内含子 基因中编码的序列称为外显子 exon 不编码的间隔序列称为内含子 intron 人类 珠蛋白基因结构图 内含子1 I1 内含子2 I2 外显子3 E3 105146 外显子2 E2 31104 5 3 转录起始点 外显子1 E1 130 结构基因 编码区 非编码区 外显子 具有编码意义 内含子 无编码意义 5 GT 3 AG GT AG法则 侧翼序列 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 外显子和内含子的关系并非一成不变 基因的大小及内含子的数目相差很大 如DMD基因2300000bp 75个外显子 74个内含子 二 侧翼序列 flankingsequence 每个结构基因在第一个和最后一个外显子外侧 都有一段不被转录的非编码区 称侧翼序列 有启动子 增强子 终止子等 1 启动子 promoter 启动子是一段特异的核苷酸序列 位于基因转录起始点上游100bp范围内 启动子是DNA分子上能与RNA聚合酶特异性识别并结合的部位 能促进转录过程 1 TATA框 在转录起始点上游约 19 27bp处 由7个碱基组成 即TATATAT 是一段高度保守的序列 能与转录因子TFII结合 再与RNA聚合酶II形成复合物 而能准确识别转录起始位置 2 CAAT框 在转录起点上游 70 80bp 由GGGTCAATCA组成 转录因子CTF能识别并与之结合 其 端有激活转录的功能 所以有促进转录的功能 3 GC框 顺序为GGCGGG 有2个拷贝 位于CAAT框两侧 GC框有激活转录的功能 与增强起始转录的效率有关 2 增强子不具启动子的功能 但能增强转录活性的一段DNA顺序 位置自由 常有组织特异性 3 终止子 由反向重复序列及特定序列5 AATAAA 3 组成 GC框 调节转录的活动 CAAT框 促进转录 增强子 人类 珠蛋白基因结构图 内含子1 I1 内含子2 I2 外显子3 E3 105146 外显子2 E2 31104 5 3 转录起始点 TATA框RNA聚合酶结合决定转录起始点 CAAT框RNA聚合酶结合控制转录频率 外显子1 E1 130 AATAAA 结构基因 编码区 非编码区 外显子 具有编码意义 内含子 无编码意义 5 GT 3 AG GT AG法则 启动子 终止子 TATA框 识别转录起始点 mRNA裂解信号 AATAAA 回文结构 GC框GC框 转录终止信号 第三节DNA的复制 DNA复制 replication DNA分子合成一个与自己相同的DNA分子的过程 其结果DNA含量增加一倍 DNA复制的基本条件 1 复制模板 2 四种三磷酸脱氧核苷 3 DNA聚合酶 连接酶 解旋酶 解链酶等 4 RNA引物 一 双向复制 复制起始点 复制叉 复制子 复制叉 二 半保留复制 semi conservativereplication 复制起始点 复制叉 前导链 后随链 延迟链 RNA引物 冈崎片段 三 半不连续复制 DNA复制过程显示复制的不连续性 前导链和后随链 第四节基因的表达 DNA 复制 转录 RNA 翻译 蛋白质 指以DNA为模板合成RNA的过程 DNA分子的3 5 为模板链也叫反编码链 5 3 链叫编码链 转录产物 信息RNA mRNA 转运RNA tRNA 核糖体RNA rRNA 核仁以外的常染色质转录的 核仁内的常染色质转录的 一 转录 DNA 转录 剪接 戴帽 加尾 成熟的mRNA hnRNA 加工 一 剪接 按照GT AG法则 切去内含子 细胞核内snRNA参与剪接过程 5 5 首先 RNA5 端起始核苷酸的P与鸟苷三磷酸 m7G 形成5 5 键 然后 在乌苷酸7位N上甲基化 完成戴帽 帽0 在真核生物中 下一个 的2 0位甲基化 形成帽1 二 戴帽 1 戴帽可有效地封闭RNA5 末端 使它不再接核苷酸 同时可保护5 末端 使其不受磷酸酶和核酸酶的消化作用 从而增加其稳定性 2 帽还能被核糖体小亚基识别 促使mRNA与核糖体结合 戴帽作用 三 加尾 在戴帽同时 3 端在在腺苷酸聚合酶作用下加接一连串PolyA 成尾 这过程称多聚腺苷酸化反应 作用 可使mRNA3 末端稳定 不受酶的破坏 并可促使mRNA由核运转到质中 二 翻译 遗传信息由mRNA的碱基序列转变为多肽链的氨基酸顺序的过程 需要mRNA tRNA rRNA等 IF3 IF3 IF3 mRNA 30S三元复合物 IF2 30S mRNA fMet tRNAf 30S mRNA 50S fMet tRNAf IF2 IF3 IF2 A位 IF3 mRNA 30S三元复合物 IF2GTP IF3 A位 密 肽链合成的起始 fMet UAC CGG UGA UGA 密 肽链合成的终止与释放 肽链的延长 三 RNA编辑 RNAediting 及意义 能改变初始转录物的编码特性 导致生成的mRNA分子在编码区的序列不同于它的DNA模板序列 转录后的RNA在编码区发生碱基的替换 插入或丢失等现象 编辑方式 U的加入与删除 C U A G G A的碱基转换 C G G C U A的碱基颠换编辑从mRNA的3 5 方向进行 tRNA rRNA也有RNA编辑现象存在 3 RNA编辑的意义 通过编辑的mRNA具有转录活性 使该mRNA能被通读 在一些转录物5 端可创造生成起始密码AUG 以调节翻译活性 可能与生物进化有关 RNA编辑不偏离中心法则 因为提供编辑的信息源仍来源于DNA 四 遗传印记 genomicimprinting 或亲代印记 parentalimprinting 这种由于基因来自父亲或母亲而产生不同的表型现象 缺失父源15号 del 15 q11 q13 肥胖 矮小 小手小足 智力 肌张力低下 体矮 小手足 智能低下及生殖腺发育不全 1 Prader Willi综合征 PWS 缺失母源15号 del 15 q11 q13 大嘴呆笑 癫痫 智力 快乐木偶综合征 2 Angelman综合征 AS 是一种新发现的遗传现象 是指同一基因会因为来自父源或母源而有不同的表现 可能与基因在男女生殖细胞形成过程中受到不同的暂时修饰有关 一些遗传病的外显率与表现度将受到亲代印迹的影响 如Huntington舞蹈症 经母亲传递 子女的发病年龄与母亲的发病年龄一样 经父亲传递 则子女的发病年龄比父亲的发病年龄有所提前 第五节基因突变 一 基因突变的概念基因突变 genemutation 是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变 当基因中一个或一对碱基改变时 称为点突变 pointmutation 突变 染色体畸变 染色体数目和结构的改变 基因突变 狭义的突变 所指基因的核苷酸顺序或数目发生改变 用每一代中每一百万个配子中基因发生的突变次数来表示 即n 10 6 配子 基因 代 基因突变的分类 突变在个体发育的阶段 体细胞突变 生殖细胞突变 引起突变的因素 诱发突变 inducedmutation 自发突变 spontaneousmutation 突变的方向 正向突变 forwardmutation 负向突变 suppresormutation DNA序列改变 多点突变 碱基序列的改变 点突变 碱基置换 颠换 缺失 插入 转换 诱发突变 物理因素 电离辐射 紫外线 化学因素 亚硝酸盐 甲磺酸乙酯 生物因素 病毒 紫外线诱发的胸腺嘧啶二聚体 二 基因突变的分子机制 1 碱基替换 一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基置换突变 转换 transition 颠换 transversion 嘌呤 嘌呤 嘧啶 嘧啶 嘌呤 嘧啶 嘧啶 嘌呤 1 同义突变 碱基的改变并未引起编码的氨基酸改变 例如 CCA 脯氨酸 当A G后 CCG 脯氨酸 碱基替换的效应 2 错义突变 碱基替换后 一个密码子变成另一个密码子 导致所编码的氨基酸发生改变 影响基因功能 例如 GAG 谷氨酸 A T GUG 缬氨酸 3 无义突变 碱基的改变使该三联体不再构成任何氨基酸的密码子 而形成终止信号 例如 TAC 酪氨酸 C A TAA mRNA UAA 终止信号 当DNA分子中一个终止密码发生突变 成为编码氨基酸的密码子时 多肽链的合成将继续进行下去 肽链延长直到遇到下一个终止密码子时方停止 因而形成了延长的异常肽链 也称延长突变 4 终止密码突变 terminationcodonmutation 2 移码突变 frameshiftmutation 由于基因组DNA中插入或缺失一个或几个碱基对 而使插入或缺失点下游DNA编码全部改变 称移码突变 移码突变 如普鲁黄 整码突变 三 动态突变 在基因的非编码区或基因内 有些三核苷酸 CAG CGG 在传代过程中会发生明显增加 而导致基因功能发生改变 如脆性X染色体综合征 Xq27 3处存在致病基因FMR 1 脆性X智力低下基因 1 该基因在5 端非翻译区有一不稳定的 CGG n三核苷酸重复序列 发生了动态突变 正常人6 50拷贝 智力正常男性传递者和女性携带者60 200拷贝 患者230以上 DNA损伤的修复 1 光修复 波长300 600nm的可见光 光复活酶 修复 2 切除修复 3 复制后修复 研究称美丽蓝眼睛源自一万年前基因突变 台北县有一个无指纹家族 连续五代成员因家族遗传基因 导致双手 双脚出现无指纹症状 无指纹属显性遗传症状 十分罕见的白色考拉 这对姐妹来自咸宁嘉鱼县朱砂乡 姐姐梁喜芸今年8岁半 身高81 3厘米 体重9 9公斤 仅相当于2岁孩子的身高 妹妹梁悦两岁多 身高55 5厘米 体重4 7公斤 仅相当于两个月的小孩 小姐妹同患侏儒症 俄