细胞遗传课件

1、第八章 细胞遗传基因概述基因的分子结构基因的功能基因突变第一节 基因概述 一. 基因概念的发展 遗传因子（hereditary factor） 1860s Mendel 豌豆 分离律和自由组合律 基因 （gene） 1909年 Johannsen 遗传因子基因第一节 基因概述 染色体（chromosome） 1920s Morgan 果蝇 把基因定位在染色体上 （基因以直线方式排列在染色体上） 连锁互换律 染色体和基因的遗传学说 基因突变（gene mutation） 1927年 Muler 人为因素可导致基因突变第一节 基因概述 一个基因一个蛋白质 1941年 Beadle “一个基因一个酶

2、” 学说 “一个基因一个蛋白质” 学说 DNA是遗传物质 1944年 Avery 通过细菌转化实验证明DNA是遗传物质 DNA双螺旋结构（double helix） 1953年 Watson & Crick X射线衍射法 第一节 基因概述 发展过程： 遗传因子基因染色体基因突变 一个基因一个蛋白质DNA是遗传 物质DNA双螺旋第一节 基因概述 二. 基因的种类和含量 种类 按位置 胞核基因核染色体上 胞质基因细胞器中 按功能 结构基因 调控基因 启动基因 操纵基因 调节基因第一节 基因概述 结构基因（structural gene） 决定合成各种生物功能分子的基因。包括rRNA， tRNA，

3、mRNA ，但最主要的还是通过合成mRNA编码合成蛋白质。调节基因（regulation gene） 决定合成具有调节作用的蛋白质的基因。 第一节 基因概述 基因的含量 遗传信息量 Gene含量 DNA含量 碱基对数量人类基因组：30亿个碱基对，三万个基因第二节 基因的分子结构 一. 重叠基因（overlapping gene） DNA的某些片段同时能为两种蛋白质编码，而所产生的多肽链又没有重复的现象。例：174噬菌体第二节 基因的分子结构 三. 断裂基因（split gene） 在基因结构中编码序列被非编码序列分隔成几个不连续的小片段。 真核细胞的结构基因大多是断裂基因 结构基因 rRNA基

4、因 tRNA基因第二节 基因的分子结构 结构基因（外显子、内含子、侧翼序列） 外显子（exon） 编码序列。 内含子（intron） 位于编码序列之间的非编码序列。 不同基因所含外显子和内含子的数目不同。外显子和内含子的接头 接头序列高度保守，内含子5端是GT， 3端是AGGT-AG法则。第二节 基因的分子结构 调控序列（启动子、增强子、终止子） 启动子（promotor） RNA聚合酶首先与模板 DNA结合的区段。它是RNA聚合酶识别转录起始部位的信号。能启动基因的转录。 TATA框准确识别转录起始点并促进转录。 CAAT框RNA聚合酶的结合部位，能促进转录 的进行。 GC框能提高起始转录的

5、效率。第二节 基因的分子结构 增强子（enhancer） 位置自由，可在转录起始点的上游或下游， 提高转录的效率。 终止子（terminator） 由倒位重复序列（或回文序列）及特定保守 顺序AATAAA所组成。3GTAG35GCGC侧翼序列启动子5第三节 基因的功能 遗传信息的贮存 DNA的复制基因的表达转录基因的表达翻译基因表达的调控一. DNA基因的复制 DNA的复制（replication） DNA以自身为模板，在DNA聚合酶的作用下，通过碱基互补配对，合成与模板结构相同的新的DNA分子的过程。一. DNA基因的复制 复制的基本过程 复制起点和复制叉形成复制起点位于DNA双螺旋的特殊核

6、苷酸处，是可与特异蛋白相结合的区段。复制叉在复制起点由叉起始蛋白将双螺旋解开，露出两股DNA单链，于是形成一对方向相反的Y形结构，即为复制叉（replication fork ）。复制眼（replication eyes）两个复制叉向两端推进所形成的结构。复制起点DNA复制动画一. DNA基因的复制 复制的特点 互补性（complimentation） 半保留性（semiconservation） 逆平行性（antiparallel） 不连续性（non-continuation）一. DNA基因的复制 真核生物的复制特点 多个复制起点同时启动 DNA复制不同步 与组蛋白结合形成核小体二. 基因

7、的表达转录 基因的表达（gene expression） 把基因上储存的遗传信息转变成由特定的氨基酸顺序构成的多肽链，再构成蛋白质或酶分子，从而决定生物各种性状的表现，这一过程称为基因的表达 。 二. 基因的表达转录 基因表达的意义 对细胞的代谢活动起决定性的调节作用。 决定细胞的生长、发育和分化。基因表达分两步转录：DNAmRNA翻译：mRNA氨基酸多肽链蛋白质 Crick的“中心法则”复制 DNA 转录RNA翻译蛋白质蛋白质复制复制转录翻译逆转录逆翻译DNARNA二. 基因的表达转录 转录（transcription） 以DNA反编码链（35）为模板，在RNA聚合酶作用下，按照碱基互补配对

8、原则，合成互补的RNA分子的过程。 转录的条件 模板： DNA反编码链（35） 原料：四种NTP RNA聚合酶二. 基因的表达转录 真核细胞RNA聚合酶类型 RNA聚合酶：在核仁，催化rRNA前 体的生成。 RNA聚合酶：在核质，催化mRNA前 体的生成。 RNA聚合酶：在核质，催化tRNA和 5srRNA的生成。二. 基因的表达转录 转录过程 RNA聚合酶与启动子结合 转录的开始 转录的延长 转录的终止RNA转录动画 转录后的加工 hnRNA的加工 剪接在剪切酶的作用下，切掉内含子 把外显子连接起来。 戴帽所有真核生物的mRNA5端都有一 个甲基化帽（m7G）。 作用：有效封闭mRNA5端，

9、使之免遭降解。 提供核糖体识别位点。二. 基因的表达转录 二. 基因的表达转录 加尾通过腺苷酸聚合酶的作用，在 mRNA3端加上polyA。 作用：阻止mRNA3端降解，延长其寿命。 促使mRNA由细胞核转运至细胞质。 RNA转录动画 45sRNA的加工40S60S二. 基因的表达翻译 翻译（translation） mRNA把转录来的遗传信息解读为多肽链的氨基酸种类和顺序的过程，即蛋白质的合成过程。三. 基因表达的调控 原核生物基因表达的调控 1961年Jacob & Monod提出乳糖操纵子学说 操纵子（operon） 基因转录的单位，也是基因表达调控的单位，它包括 结构基因（struct

10、ural gene） 操纵基因（operator gene） 启动基因（promotor gene） 调节基因（regulator gene） 抑制诱导三. 基因表达的调控 真核生物基因表达的调控 转录前的调控（常染色质、异染色质、组蛋白） 转录水平的调控（启动子、增强子、RNA聚合酶） 转录后的调控（hnRNA、45srRNA、tRNA前体） 翻译水平的调控（核糖体的数量、mRNA的成熟 度、各种蛋白因子及酶） 翻译后的调控（蛋白质的加工）第四节 基因突变 遗传变异 染色体畸变 基因突变基因突变（gene mutation） 是指染色体DNA中某些碱基发生改变，又称点突变（point mut

11、ation）。基因突变发生在 生殖细胞可遗传 体细胞不可遗传第四节 基因突变 一. 突变类型 可见突变在生物体的表现型中可以见到的 突变效应。 生化突变能引起细胞特定生化功能丧失的 突变效应。 致死突变 显性致死杂合子状态即致死 隐性致死纯合子状态才致死 条件致死突变在一定条件下致死的突变效应。第四节 基因突变 二. 基因突变的一般特性 可逆性 A a（正突变，回复突变） 多向性 a1 A a2 复等位基因 an （例：ABO血型） 稀有性 有害性第四节 基因突变 三. 基因突变的分子机理 DNA分子中的碱基顺序发生改变。 碱基替换 碱基顺序改变的方式 移码突变第四节 基因突变 碱基替换（ba

12、se substitution） 定义一种碱基对被另一种碱基对替换。 形式 转换同类碱基的互换。 （transition） 颠换不同类碱基的互换。 （transversion） 突变结果 同义突变，错义突变，无义突变，终止突变 ATCG第四节 基因突变 同义突变（same sense mutation）例： 转换 颠换 DNA GCA GCG GCC mRNA CGU CGC CGG 多肽链 精氨酸 精氨酸 精氨酸第四节 基因突变 错义突变（missense mutation）例： 转换 颠换 DNA ACG ATG AAG mRNA UGC UAC UUC 多肽链 半胱氨酸 酪氨酸 苯丙氨酸第四节 基因突变 无义突变（nonsense mutation）例： 颠换 DNA ATG ATT mRNA UAC UAA 多肽链 酪氨酸 终止第四节 基因突变 终止