9遗传的分子基础-1.ppt

1、INTRODUCTION TO GENETICS,第四章 生命的遗传与变异,遗传学真是一块神秘的领地,在生殖过程中亲代和子代之间或者子代个体之间相似的现象称为遗传。,亲子之间或子代个体之间的差异称为变异。,第一节 遗传的分子基础,第二节 遗传的细胞基础,第三节 遗传的基本规律,第四节 遗传与人类疾病,INTRODUCTION TO GENETICS,第四章 生命的遗传与变异,一、DNA结构特征及其生物学意义,(DNA structure and its biological function),Molecular Basis of Inheritance,第一节 遗传的分子基础,基因是由什么物

2、质组成的？,一、DNA结构特征及其生物学意义,(DNA structure and its biological function),*在Mendel和Morgan时代，他们使用的实验材料主要是豌豆和果蝇等，它们都是一些非常复杂的多细胞生物，最初在人们不知道遗传基因是由什么物质组成的时候，不可能从这些复杂的生命形式中获得线索和证据。,*在20世纪的前40年，困扰科学家的两个最基本的问题依然没有解决：基因是由什么物质组成的？基因是如何工作的？,1、基因是由什么物质组成的,一、DNA结构特征及其生物学意义,*在对细菌和病毒这些极其简单的生命形式的研究中，科学家才发现了遗传物质的蛛丝马迹。,事实再一

3、次证明，从简单到复杂是科学的研究方法。,1928年，Griffith S型肺炎链球菌： 有荚膜，菌落表面光滑。 R型肺炎链球菌： 没有荚膜，菌落表面粗糙。 结果说明？,著名的肺炎链球菌实验,*结果说明，加热杀死的S型肺炎链球菌中一定有某种特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺炎链球菌转化为有害的S型肺炎链球菌。 *这种生物分子或遗传物质是什么呢？,美国纽约洛克菲勒研究所的Avery： 从加热杀死的S型肺炎链球菌中将各种生物 化学成分如蛋白质、核酸、多糖、脂类等分 离出来，分别加入到无害的R型肺炎链球菌中， 结果发现，唯独只有核酸可以使无害的R型肺炎链球菌转化为有害的S型肺炎链球菌。 19

4、44年Avery等正式得出了结论：DNA是生命的遗传物质，蛋白质不是生命的遗传物质。,更有说服力的噬菌体实验 1952年Hershey和Chase用专门感染细菌的病毒（噬菌体）为实验材料，利用放射性同位素标记完成了噬菌体实验。,1951年 Watson 23岁 丹麦的哥本哈根 Wilkins教授 英国剑桥大学Cavendish实验室,Crick， 31岁 伦敦大学Kings实验室 女科学家Franklin Wilkins教授 Randall教授 DNA应该是双螺旋 A与T、 C与G巧妙连接 符合X衍射数据 DNA的复制 1953年2月28日，Watson 和Crick用金属线制出了新的DNA模

5、型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。,Watson（左）和Crick（右）,DNA双螺旋结构,（1）DNA分子是由两条脱氧核糖核苷酸长链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。,（2）每条链上磷酸和脱氧核糖交替连接，位于双螺旋结构外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。,（3）两条链上的碱基按照碱基互补配对原则彼此配对，通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对原则：A-T，G-C,DNA双螺旋结构理论是现代分子生物学的理论基础,1、遗传信息储存在DNA的碱基排列顺序中。,2、碱基互补是DNA复制和修复的基础。,3、碱基互补是DNA分析技术的基础。,DNA双螺旋结构的生物学意义：,5-ATTGCCA-3

6、,3-TAACGGT-5,Central dogma 中心法则,Central dogma 中心法则,遗传信息的转递及维护,遗传信息的表达,genetics,genomics,developmentalbiology,replication,recombination,repair,transcription,translation,genetic expression,3R,Human genome project,二、人类基因组,The Human Genome,*线粒体基因组 mitochondrial genome,*核基因组 nuclear genome,1、线粒体基因组 mitoc

7、hondrial genome,1894年, Altmann发现动物细胞中线粒体。,1981年，Barrell发表了人mtDNA全长序列结果。（剑桥序列）,1963年，M.Nass和S.Nass首次在鸡卵母细胞中发现线粒体中存在有DNA。,1、线粒体基因组 mitochondrial genome,mtDNA: 双链环状的DNA分子、裸露不与组蛋白结合,分散在线粒体基质中，长约5um、含16569个碱基对。,外环为重链（H）富含G,内环为轻链（L）富含C,mtDNA共有37个基因,2个 rRNA(12S和16S） 基因 22个 tRNA基因 13个 蛋白质基因,12种多肽链 12S rRNA

8、16S rRNA 14种tRNA,1种多肽链 8种tRNA,重链（H）,轻链（L）,mtDNA与nDNA不同: 无内含子，唯一非编码区为D-环区。 无核苷酸结合蛋白，缺少组蛋白的保护。 mtDNA易发生突变，并容易得到保存。 每个线粒体内含有210个拷贝的mtDNA分子。 每个细胞可具有数千个mtDNA分子 。 母系遗传。,2、核基因组 nuclear genome,The human chromosomes genome,3.0109 bp,*单一序列 unique sequence *重复序列 repetitive sequence,2、核基因组 nuclear genome,单一序列 u

9、nique sequence：60%-70%,-ATTGCCA-GCGATT-,-GCGCGC-GCGCGC-,2、核基因组 nuclear genome,*单一序列 unique sequence *重复序列 repetitive sequence,高度重复序列 highly repetitive sequence 中度重复序列 intermediate repetitive,2、核基因组 nuclear genome,*单一序列 unique sequence *重复序列 repetitive sequence,高度重复序列 highly repetitive sequence: 2bp

10、200bp, 106,短串联重复序列 short tandem repeat, STR,端粒重复序列: 5-TTAGGG-3，长度在515Kb之间,卫星DNA,DNA在CsCl密度梯度离心中，由于GC的含量少于AT，当重复序列的GC与AT的比率有差异时，可在DNA主峰旁形成卫星DNA。卫星DNA构成着丝粒，端粒和Y染色体长臂上的异染色质区。称为卫星DNA。,2、核基因组 nuclear genome,*单一序列 unique sequence *重复序列 repetitive sequence,高度重复序列 highly repetitive sequence: 2bp 200bp, 106,

11、中度重复序列 intermediate repetitive sequence： 200bp，102 106,2、核基因组 nuclear genome,*多基因家族 multigene family,*单一序列 unique sequence *重复序列 repetitive sequence,一类是一个基因的多次拷贝成簇排列在同一条染色体上，形成一个基因簇。 人类组蛋白基因家族 histone gene family 一类是一个多基因家族中的不同成员成簇分布于几条不同的染色体上，这些成员的序列虽然有些不同，但是编码一组关系密切的蛋白质。 珠蛋白基因家族 globin gene family

12、,2、核基因组 nuclear genome,*多基因家族 multigene family,*单一序列 unique sequence *重复序列 repetitive sequence,假基因,三、断裂基因的基本结构,Gene structure,*断裂基因 split gene,基因 gene：,合成一条多肽链或RNA分子的一段DNA序列。,蛋白质基因 RNA基因,1、外显子 exon 内含子 intron,断裂基因 split gene,GT-AG法则,PHF1（NCBI）,5423bp,断裂基因 split gene,启动子 promoter 增强子 enhancer 终止子 ter

13、minator,2、侧翼序列 regulator sequence,断裂基因 split gene,启动子 promoter 增强子 enhancer 终止子 terminator,2、侧翼序列 regulator sequence,5,3,Transcription start sites,Transcription stop sites,5,3,Transcription start sites,Transcription stop sites,TATA box,CAAT box,GC box,断裂基因 split gene,启动子 promoter 增强子 enhancer 终止子 terminator,2、侧翼序列 regulator sequence