遺傳的分子學(xué)基礎(chǔ) 遺傳與優(yōu)生課件

XXXXXXXX第二章遺傳的分子學(xué)基礎(chǔ)主講人:XXX核酸的結(jié)構(gòu)和功能01基因02人類基因組與基因組計(jì)劃03基因突變04目錄CONTENTS01核酸的結(jié)構(gòu)和功能01核酸的結(jié)構(gòu)和功能一、核酸的化學(xué)組成1.元素組成C、H、O、N、P2.組成核酸的基本單位——核苷酸核苷酸的基本成分磷酸戊糖堿基嘌呤堿嘧啶堿核糖、脫氧核糖——A、G——C、U、T核苷核苷酸01二、核酸的種類DNA與RNA在組成上的區(qū)別磷酸戊糖堿基RNA√核糖A、GC、UDNA√脫氧核糖A、GC、TDNA與RNA的分布DNA主要分布于細(xì)胞核中，RNA主要分布于細(xì)胞質(zhì)中核酸的結(jié)構(gòu)和功能01二、核酸的種類項(xiàng)目mRNA.tRNA.rRNA.含量5%--10%5%--10%80%--90%結(jié)構(gòu)特征基本呈線性，部分節(jié)段可能繞成環(huán)形。上有編碼氨基酸的密碼子。呈三葉草形，柄部和基部可呈雙螺旋形，柄部末端有CCA.3個(gè)堿基，能特異性結(jié)構(gòu)結(jié)合活化的氨基酸，柄部相對(duì)的一端未反密碼環(huán)，上有3個(gè)堿基為反密碼子。線形，某些節(jié)段可能成雙螺旋結(jié)構(gòu)。存在場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)核仁、細(xì)胞質(zhì)功能轉(zhuǎn)錄DNA.中的遺傳信息，作為蛋白質(zhì)合成的指令轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸到核糖體上的特定部位進(jìn)行蛋白質(zhì)合成與核蛋白共同構(gòu)成核糖體，成為蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所核酸的結(jié)構(gòu)和功能01三、DNA的結(jié)構(gòu)和功能（一）DNA的基本結(jié)構(gòu)脫氧多核苷酸鏈基本化學(xué)鍵：磷酸二脂鍵核酸的結(jié)構(gòu)和功能01三、DNA的結(jié)構(gòu)和功能（一）DNA的基本結(jié)構(gòu)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)和功能01三、DNA的結(jié)構(gòu)和功能（一）DNA的基本結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)和功能01三、DNA的結(jié)構(gòu)和功能DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)1.DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，兩條鏈圍繞同一中心軸，都以右手螺旋的方式繞成雙螺旋。2.磷酸和脫氧核糖位于雙螺旋的外側(cè)，形成DNA的骨架；堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。3.堿基互補(bǔ)原則：A=T；GC4.多樣性：DNA分子中堿基對(duì)的排列組合是成千上萬(wàn)種。核酸的結(jié)構(gòu)和功能01三、DNA的結(jié)構(gòu)和功能（二）DNA的功能（1）攜帶遺傳信息DNA是遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體。（2）復(fù)制并傳遞遺傳信息半保留復(fù)制，自我復(fù)制（3）DNA互補(bǔ)合成RNADNA攜帶遺傳信息，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。核酸的結(jié)構(gòu)和功能01三、DNA的結(jié)構(gòu)和功能（二）DNA的功能（1）攜帶遺傳信息DNA分子模型核酸的結(jié)構(gòu)和功能01三、DNA的結(jié)構(gòu)和功能（二）DNA的功能（2）復(fù)制并傳遞遺傳信息核酸的結(jié)構(gòu)和功能01三、DNA的結(jié)構(gòu)和功能（二）DNA的功能（2）復(fù)制并傳遞遺傳信息DNA的復(fù)制-半保留復(fù)制：以解開(kāi)的DNA單鏈分別為模板，根據(jù)堿基互補(bǔ)的原則，復(fù)制合成新鏈。由于每一個(gè)DNA分子的兩條鏈中，一條來(lái)自親代的DNA分子，另一條是新合的，所以稱為半保留復(fù)制。核酸的結(jié)構(gòu)和功能01四、RNA的結(jié)構(gòu)與功能1.RNA的基本結(jié)構(gòu)由核苷酸通過(guò)磷酸二脂鍵連接而成的多核苷酸鏈2.RNA的空間結(jié)構(gòu)單鏈結(jié)構(gòu)，但局部回折，形成假雙鏈結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)和功能01四、RNA的結(jié)構(gòu)與功能3.RNA的功能mRNA占細(xì)胞內(nèi)RNA總量的1%～5%，大小不一。其功能：接受DNA分子中的遺傳信息，轉(zhuǎn)錄到核糖體上，作為合成蛋白質(zhì)的模板tRNA占細(xì)胞內(nèi)RNA總量的5%～10%，分子量小，三葉草結(jié)構(gòu)。其功能：轉(zhuǎn)運(yùn)特定的氨基酸到核糖體上，供合成蛋白質(zhì)需要。rRNA占細(xì)胞內(nèi)RNA總量的80%～90%，分子量最大。其功能：與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體，核糖體是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。核酸的結(jié)構(gòu)和功能02基因02基因一、基因的概念與分類基因概念的發(fā)展基因的現(xiàn)代概念：基因是遺傳的功能單位，是DNA分子（除部分病毒RNA外）中的具有表達(dá)和產(chǎn)生基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）功能的一段DNA序列。基因的一般特性決定性狀自我復(fù)制產(chǎn)生突變02基因二、真核生物基因的結(jié)構(gòu)人類結(jié)構(gòu)基因的構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)非編碼區(qū)包括外顯子內(nèi)含子調(diào)控區(qū):包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、終止子等前導(dǎo)區(qū)：編碼區(qū)外5端的可轉(zhuǎn)錄的非翻譯區(qū)尾部區(qū)：編碼區(qū)外3端的可轉(zhuǎn)錄的非翻譯區(qū)02基因二、真核生物基因的結(jié)構(gòu)人類結(jié)構(gòu)基因的構(gòu)成02基因二、真核生物基因的結(jié)構(gòu)（一）編碼區(qū)外顯子與內(nèi)含子概念:外顯子是指在結(jié)構(gòu)基因中，有編碼作用的DNA序列；內(nèi)含子是指位于兩個(gè)外顯子之間沒(méi)有編碼作用的DNA序列。如果一個(gè)結(jié)構(gòu)基因含有n個(gè)內(nèi)含子。那么，將有n+1個(gè)外顯子。02基因二、真核生物基因的結(jié)構(gòu)（二）非編碼區(qū)1.啟動(dòng)子位于基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的一段特定的DNA序列，是RNA聚合酶與之相識(shí)別、結(jié)合的部位，從而啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。TATA控制轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率CAAT是RNA聚合酶的一個(gè)結(jié)合位點(diǎn),控制轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)和頻率。GC激活轉(zhuǎn)錄的功能。包括02基因二、真核生物基因的結(jié)構(gòu)（二）非編碼區(qū)2.增強(qiáng)子概念：是指能夠增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄作用的一段特定的DNA序列。特點(diǎn)：遠(yuǎn)距離作用；無(wú)方向性；位置不固定；無(wú)基因的特異性，但有組織特性。02基因二、真核生物基因的結(jié)構(gòu)（二）非編碼區(qū)前導(dǎo)區(qū)位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)至起始密碼之間的一段序列。起mRNA穩(wěn)定性的作用。3.終止子概念：是尾部區(qū)3′端終止密碼與轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)間的一段序列，具有終止轉(zhuǎn)錄的功能。特征：AATAAA序列；A—T對(duì)序列02基因三、基因的復(fù)制與表達(dá)（一）基因的復(fù)制（二）基因的表達(dá)1.轉(zhuǎn)錄2.翻譯（1）遺傳密碼（2）遺傳密碼特性（3）翻譯過(guò)程（4）中心法則02基因三、基因的復(fù)制與表達(dá)（一）基因的復(fù)制02基因三、基因的復(fù)制與表達(dá)（二）基因的表達(dá)02基因三、基因的復(fù)制與表達(dá)（二）基因的表達(dá)02基因三、基因的復(fù)制與表達(dá)（二）基因的表達(dá)中心法則圖解03人類基因組與基因組計(jì)劃03人類基因組與基因組計(jì)劃基因組是指某物種單倍體細(xì)胞（配子）DNA分子上的全部基因總和。人類基因組包括核基因組和線粒體基因組03人類基因組與基因組計(jì)劃一、人類基因組（一）細(xì)胞核基因組從信息學(xué)的角度來(lái)看，核基因組是單倍體細(xì)胞所具有的遺傳信息；從細(xì)胞遺傳學(xué)的角度來(lái)看，核基因組是人體細(xì)胞中的24條不同的染色體，即1-22號(hào)染色體、X染色體和Y染色體的總和；從分子遺傳學(xué)的角度來(lái)看，核基因組是指構(gòu)成24條染色體的24個(gè)DNA分子所含的3X109個(gè)核苷酸。03人類基因組與基因組計(jì)劃一、人類基因組（一）細(xì)胞核基因組功能分類：編碼序列、調(diào)控序列、“自私”DNA序列結(jié)構(gòu)分類：?jiǎn)我恍蛄兄貜?fù)序列假基因高度重復(fù)序列中度重復(fù)序列基因家族和基因簇約占60%~65%，一般僅有單個(gè)或幾個(gè)拷貝，大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)和酶的基因?qū)儆诖祟悺Ｔ诨蚣易逯械哪承┏蓡T并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物。染色體結(jié)構(gòu)的維持，不能轉(zhuǎn)錄。在基因調(diào)控中起重要作用。來(lái)源相同，結(jié)構(gòu)相似，功能相關(guān)的基因。03人類基因組與基因組計(jì)劃一、人類基因組（一）細(xì)胞核基因組1.單一序列占基因組的60%～65%，由800∽1000bP組成，屬于結(jié)構(gòu)基因。人類基因組大約3～4萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)基因,是造成遺傳病的重要原因.2.重復(fù)序列占人基因組30%以上，存在多拷貝．包括：高度重復(fù)序列中度重復(fù)序列03人類基因組與基因組計(jì)劃一、人類基因組（一）細(xì)胞核基因組3.多基因家族和基因簇基因家族：真核基因組中有許多來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，這組基因稱基因家族。按基因產(chǎn)物可將基因家族分為:編碼RNA與編碼蛋白質(zhì)兩類?；虼兀杭谐纱兀o密排列在某條染色體特定區(qū)域的的基因家族成員。這些成員的序列雖有些不同，但是它們編碼的是一組關(guān)系密切的蛋白質(zhì)。03人類基因組與基因組計(jì)劃一、人類基因組（一）細(xì)胞核基因組4.假基因5.超基因家族：是指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。是指基因家族中，不能產(chǎn)生功能性基因產(chǎn)物的基因結(jié)構(gòu)。03人類基因組與基因組計(jì)劃一、人類基因組（二）線粒體基因組1.mtDNA的基因組成是獨(dú)立于細(xì)胞核染色體外的又一基因組，能自我復(fù)制，由16569bp組成的環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu)，分重鏈（H）和輕鏈（L），含37個(gè)基因（包括編碼13種蛋白質(zhì)、22種tRNA和2種rRNA）03人類基因組與基因組計(jì)劃一、人類基因組（二）線粒體基因組2.mtDNA的結(jié)構(gòu)遺傳特征（2）兩條鏈均有編碼功能，其中H鏈編碼12種多肽鏈、14種tRNA、2種rRNA；L鏈編碼1種多肽鏈、8種tRNA;（1）mtDNA結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)內(nèi)含子，僅含與復(fù)制轉(zhuǎn)錄有關(guān)的非編碼區(qū).（3）mtDNA突變率高，且無(wú)DNA損傷的修復(fù)系統(tǒng)03人類基因組與基因組計(jì)劃一、人類基因組（二）線粒體基因組2.mtDNA的結(jié)構(gòu)遺傳特征（4）mtDNA為高效利用DNA；有5個(gè)閱讀框架，缺少終止密碼子，僅以U或UA結(jié)尾。（5）mtDNA為母系遺傳；（6）部分mtDNA的密碼子不同于核內(nèi)DNA的密碼子。如:UGA色氨酸而不是終止密碼。03人類基因組與基因組計(jì)劃二、人類基因組計(jì)劃（一）人類基因組計(jì)劃產(chǎn)生的背景（二）人類基因組計(jì)劃的研究?jī)?nèi)容（三）人類基因組計(jì)劃的后基因組時(shí)代（四）人類基因組計(jì)劃對(duì)人類的重要意義04基因突變04基因突變一、基因突變的概念廣義：指遺傳物質(zhì)發(fā)生的可遺傳的變異。包括染色體突變和基因突變。突變（mutation）狹義：指基因內(nèi)的堿基或順序發(fā)生了可遺傳的改變，并且能導(dǎo)致表型的改變。04基因突變二、基因突變特性（一）細(xì)胞核基因組1.多向性：指同一基因可發(fā)生多次獨(dú)立突變，形成復(fù)等位基因（指在群體中，同一基因座位上存在3個(gè)或3個(gè)以上的等位基因）。2.可逆性：指野生型基因可以突變?yōu)橥蛔冃突颍ㄕ蛲蛔儯?，突變型基因也可以回?fù)突變?yōu)橐吧突颍ɑ貜?fù)突變）。3.有害性：大部分基因突變是有害的，也有少數(shù)基因突變是無(wú)害的（如同義突變），甚至是有利的。04基因突變二、基因突變特性（一）細(xì)胞核基因組4.稀有性：基因突變普遍存在于自然界，從病毒、細(xì)菌到人類都在不斷地發(fā)生基因突變，但在自然條件下，基因突變的頻率是很低的。5.可重復(fù)性：對(duì)于一個(gè)個(gè)體的任何一個(gè)基因座位來(lái)說(shuō)，突變以一定的頻率反復(fù)發(fā)生；同種生物中相同基因的突變可在不同個(gè)體間重復(fù)出現(xiàn)。這稱為基因突變的可重復(fù)性。6.隨機(jī)性和突變熱點(diǎn)：基因突變的發(fā)生是隨機(jī)的，但生殖細(xì)胞的突變率高于體細(xì)胞。突變部位并非隨機(jī)分布，存在突變熱點(diǎn)。突變熱點(diǎn)：DNA分子上的各個(gè)部位有不同的突變率，即DNA分子某些部位的突變率大大高于平均數(shù)，這些部位稱之。04基因突變?nèi)?突變的誘變的因素誘發(fā)突變:（inducedmutation）物理因素、化學(xué)因素、生物因素等誘變劑。自發(fā)突變:（spontaneousmutation）由于自然界中誘變劑的作用或由于偶然的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)時(shí)的堿基配對(duì)錯(cuò)誤所產(chǎn)生的突變。特點(diǎn)：(1)人類單基因病大都為自發(fā)突變的結(jié)果；(2)自發(fā)突變頻率（突變率）很低；(3)基因突變并非隨機(jī)；04基因突變四.基因突變的機(jī)制（一）堿基置換突變同義突變錯(cuò)義突變無(wú)義突變終止密碼突變抑制基因突變（二）移碼突變（三）整碼突變（四）染色體錯(cuò)誤配對(duì)和不等交換04基因突變四.基因突變的機(jī)制（一）堿基置換突變定義:一個(gè)堿基被另一堿基取代而造成的突變分類:1.根據(jù)堿基的性質(zhì):轉(zhuǎn)換、顛換ATGC轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換顛換顛換(2)錯(cuò)義突變:AAA賴氨酸ACA蘇氨酸但不一定影響蛋白質(zhì)的功能，因而不表現(xiàn)出明顯的表型效應(yīng)：中性突變04基因突變四.基因突變的機(jī)制（一）堿基置換突變2.根據(jù)堿基置換后的結(jié)果，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸組成的改變而影響蛋白質(zhì)或酶的生物功能，可分為：(1)同義突變:蛋白質(zhì)無(wú)變化CGG精氨酸CGA精氨酸(3)無(wú)義突變：終止密碼子（UAG、UAA、UGA）04基因突變四.基因突變的機(jī)制（一）堿基置換突變2.根據(jù)堿基置換后的結(jié)果，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸組成的改變而影響蛋白質(zhì)或酶的生物功能，可分為：(4)延長(zhǎng)突變:終止密碼突變當(dāng)DNA分子中的一個(gè)終止密碼突變，成為編碼氨基酸的密碼子時(shí)，多肽鏈的合成將繼續(xù)進(jìn)行下去，肽鏈延長(zhǎng)直至遇到下一個(gè)終止密碼子時(shí)方停止。(5)抑制基因突變:當(dāng)基因內(nèi)部不同位置上的不同堿基發(fā)生了兩次突變，其中一次抑制了另一次突變的遺傳效應(yīng)。04基因突變四.基因突變的機(jī)制（二）移碼突變是指DNA鏈上插入或丟失1個(gè)、2個(gè)甚至多個(gè)堿基（但不是三聯(lián)體密碼子及其倍數(shù)），在讀碼時(shí)，由于原來(lái)的密碼子移位，導(dǎo)致在插入或、丟失堿基部位以后的編碼都發(fā)生改變，結(jié)果翻譯出的氨基酸順序也發(fā)生了