基因與染色體

關于基因與染色體第1頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)基因的結構與功能

一、DNA的分子結構第2頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三二、DNA存在的形式

基因組

細胞或生物體的全套遺傳物質，由每個染色體組的DNA組成，人體體細胞有兩個染色體組，DNA全長3.2×109bp。第3頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三高度重復順序

特點：由很短的堿基序列組成，長度2-200bp，重復次數(shù)106-108。一般占DNA堿基對的10%-30%。由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復排列。第4頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三衛(wèi)星DNA

DNA在CsCl密度梯度離心中，由于GC的含量少于AT，當重復序列的GC與AT的比率有差異時，可在DNA主峰旁形成衛(wèi)星DNA。衛(wèi)星DNA構成著絲粒，端粒和Y染色體長臂上的異染色質區(qū)。稱為衛(wèi)星DNA。第5頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三反向重復順序

是兩個順序相同的互補拷貝在同一條DNA鏈上反向排列而成的，形成鏈內(nèi)堿基配對，形成發(fā)夾結構。

第6頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三中度重復順序

特點：在長度和拷貝數(shù)目上有很大差別。有些中度重復序列DNA具有編碼功能，如編碼rRNA和tRNA以及組蛋白的基因,大多數(shù)無編碼功能，主要是一些分散重復DNA序列。

第7頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三分兩類短分散元件（SINE）長度300-500bp，散在分布在基因組中，拷貝數(shù)目可達到105以上。如Alu家族,人基因組中大量分散存在,約有50萬-70萬份拷貝，相當于平均4kb就有一個Alu序列。2.長分散元件（LINE）長度5000-7000bp，重復次數(shù)為102-104。如KpnI家族。第8頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三單一序列

單一序列是單拷貝或很少幾次的序列，一般800-1000bp組成。其中有部分是構成編碼細胞中的蛋白質的基因（結構基因）。

第9頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三三、基因及其結構原核生物：DNA分子的一個片段，連續(xù)編碼。真核生物：（斷裂基因splitgene）大多真核生物的基因包括編碼序列和非編碼序列兩部分，編碼序列DNA分子中是不連續(xù)的被非編碼序列隔開，形成鑲嵌排列的斷裂形式。第10頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三外顯子(exon):編碼序列

例如：人類血紅蛋白β珠蛋白3個；基因全長1700bp,編碼146個氨基酸。

DMD基因有75個基因，全長300kb，編碼3685個氨基酸。第11頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三內(nèi)含子(intron)：兩個外顯子之間無編碼作用的DNA序列。

例如：人類血紅蛋白β珠蛋白有2個；

MDM基因有74個。（外顯子和內(nèi)含子在不同的基因中互變）第12頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三外顯子-內(nèi)含子接頭在每個外顯子和內(nèi)含子之間的接頭區(qū)高度保守的一致序列；每個內(nèi)含子的5‘端為GT；3’端為AG。以上接頭也稱GT-AG法則。第13頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三有義鏈(編碼鏈)

一個結構基因的5'-3'鏈；反義鏈(反編碼鏈)

一個結構基因的3'-5'鏈，與5'-3'鏈互補，指導mRNA轉錄。側翼序列每個基因的第一個外顯子和最后一個外顯子外側的不編碼的DNA序列。第14頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三啟動子：位于基因轉錄起始點上游100bp內(nèi)的與RNA聚合酶結合，啟動轉錄。TATA框：位于轉錄起始點上游-19～27bp處；序列為TATAA/TAA/T；與TFⅡ結合準確辨認轉錄起始點。CAAT框：位于轉錄起始點上游-70～80bp處；序列為GGC/TCAATCA；與CTF結合，促進轉錄。GC框：兩個拷貝，分別位于CAAT框的兩側；序列為GGCGGG；與轉錄因子SP1結合，增強轉錄。第15頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三增強子：

位于啟動子的上游或下游3kb以上，增強轉錄，作用方向3'-5'或5'-3'。例如：人類珠蛋白基因的增強子由72bp串聯(lián)重復組成，位于轉錄起始點上游-1400bp處或下游3300bp處，增強轉錄200倍。多聚腺苷酸化附加信號：

位于3’端非編碼區(qū)下游的一段DNA序列。第16頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三斷裂基因結構模式圖第17頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三四、多基因家族和假基因

多基因家族由某一祖先基因經(jīng)過重復、突變所產(chǎn)生的一組基因。它們在基因組中的拷貝只有微小的差別，并行使相關的功能。所以是一組來源相同、結構相似、功能相關的基因。第18頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三有兩種存在形式：一類是一個基因的多次拷貝成簇排列在同一條染色體上，形成一個基因簇。另一類是一個多基因家族中的不同成員成簇分布于幾條不同的染色體上，這些成員的序列雖然有些不同，但是編碼一組關系密切的蛋白質。如超基因家族。第19頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第20頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三假基因

在多基因家族中，某些成員不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這類基因成為假基因。假基因的核苷酸順序與相應的活性基因極為相似，但不能表達，不具有正常功能。它們與有功能的基因有同源性，起初可能是有功能的基因，以后由于發(fā)生突變，失去了活性，變成了無功能的基因。第21頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)基因的復制與表達一、基因的復制原核生物一個起始點，向兩個方向復制，呈θ形兩個復制叉匯于一點，復制成兩個DNA分子。真核生物多個起始點，向兩個方向復制。第22頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第23頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三

二、基因的表達（geneexpression）

基因表達是DNA分子中所存在的遺傳信息通過轉錄和翻譯形成具有生物活性蛋白質或通過轉錄形成RNA發(fā)揮功能作用的過程。原核生物：轉錄和翻譯同步進行。真核生物：轉錄在核中進行；翻譯在細胞質中進行。第24頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三1.轉錄(transcription)：

按照生物基因的堿基序列合成RNA的過程。在細胞核中，以DNA的反編碼鏈為模板，從轉錄起始點開始，以堿基互補的形式，合成RNA，即hnRNA:包括外顯子、內(nèi)含子和部分側翼序列。過程：

hnRNA剪接戴帽加尾mRNA第25頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三

剪接：

在酶的作用下，按GT-AG法則，將hnRNA的內(nèi)含子切掉，把各個外顯子按照一定的順序準確地拼節(jié)起來形成可以編碼的mRNA的過程。戴帽：在第一個外顯子的第一個核苷酸（G）上以5’-5’連接的方式連接上一個G，并在其7位上甲基化，形成m7G.在第一、二個G上的2'位氧甲基化。第26頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三加尾：

mRNA在5’端戴帽的同時，3'端在腺苷酸聚合酶的作用下加接100～200個腺苷酸，形成多聚腺苷酸（polyA）的過程。第27頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三剪接供體部位

剪接受體部位

分支部位剪接信號剪接體：識別剪接信號的RNA-蛋白質復合體。第28頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三翻譯(translation)

mRNA把轉錄的遺傳信息“解讀”成為多肽鏈的不同氨基酸和氨基酸排列順序的過程。實質是以mRNA為模板合成蛋白質多肽鏈的過程。第29頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三蛋白質合成的過程起始：16SrRNA3’端與AUG上游堿基互補，

AUG與tRNA的反密碼子結合，占據(jù)P位。延伸：進位：氨酰tRNA進入A位。轉肽：肽鍵形成。移位：沿5’-3’移動一個密碼子位置。終止：A位出現(xiàn)UAA、UGA、UAG時，合成停止。第30頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第31頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三通用遺傳密碼及相應氨基酸第32頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)染色質與染色體一、染色體的形成與染色質螺旋化染色體構建的四級結構模型

一級結構：由DNA與組蛋白包裝成核小體，在組蛋白H1的介導下，核小體彼此連接形成直徑10nm的核小體串珠結構，這就是染色體構建的一級結構。

第33頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三一級結構----核小體第34頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三二級結構----螺旋管第35頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三三級結構----超螺旋管

四級結構----染色單體

第36頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三二、常染色質和異染色質常染色質異染色質結構螺旋化程度低，結構松散，直徑10nm螺旋化程度高，結構緊密，直徑20-30nm染色淺深分布常位于核中央核膜邊緣功能復制和轉錄活躍轉錄不活躍第37頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第38頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三三、性染色質X染色質：1949年Barr發(fā)現(xiàn)

Lyon假說：女性的兩條X染色體在胚胎發(fā)育中，一條隨機失活，在細胞學圖像上顯示出X染色質。X染色體失活可在XAXa攜帶者中表現(xiàn)出部分癥狀。雌性動物細胞中一條X染色體有活性，另一條失活;X染色質隨即來自父母之一;失活發(fā)生于胚胎早期。第39頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三Y染色質第40頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三

第四節(jié)細胞增值

(cellproliferation)

細胞通過生長和分裂使細胞數(shù)目增加，使子細胞獲得和母細胞相同遺傳特性的過程,是細胞生命活動的重要體現(xiàn)。第41頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三細胞增殖的方式一、無絲分裂：（最早發(fā)現(xiàn))直接分裂過程：1、染色體復制；2、染色體移位；3、細胞形成。特點：遺傳物質分配不均第42頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三二、有絲分裂1882.Flemming發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)有絲分裂器.確保遺傳的連續(xù)性和穩(wěn)定性。第43頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三三、減數(shù)分裂1883.VanBeneden發(fā)現(xiàn)特殊的分裂分裂兩次染色體復制一次分成四個細胞染色體數(shù)目減半第44頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三

細胞增殖周期一、細胞周期(cellcycle)：

指細胞從一次分裂結束開始生長到下一次分裂終了所經(jīng)歷的過程。所需時間，則稱細胞周期時間。第45頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三間期：G1期（DNA合成前期，調節(jié)時間的關鍵）S期（DNA合成期）G2期（DNA合成后期）M期：有絲分裂期：前期、中期、后期、末期。細胞周期時間：Tc=TG1+TS+TG2+TM第46頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三細胞周期各時期的特點G1期：（2C）大量合成RNA、蛋白質初期：合成三種RNA，cAMP,cGMP;氨基酸和糖的轉運加速。后期：合成DNA復制所需酶系，如DNA聚合酶等。組蛋白和非組蛋白，H1組蛋白的磷酸化。第47頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三

發(fā)展的三種細胞：1）繼續(xù)增殖細胞如：胚胎細胞，骨髓干細胞，生殖上皮細胞等。2）暫不增殖細胞如：肝、腎、胰實質細胞。3）永不增殖細胞如：紅細胞，神經(jīng)細胞，肌細胞等第48頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三2.S期：（2C--4C）

大量合成DNA，組蛋白及非組蛋白；DNA合成所需要的酶。3.G2期：（4C）

合成M期相關的蛋白質。如：有絲分裂促進因子（MPF），微管蛋白中心粒開始分離。第49頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三4.有絲分裂(mitosis)（1）前期染色質凝集：染色質---染色絲---染色體。確定分裂極：中心粒移向兩極，組織紡錘絲和星體；S期已復制的兩對中心粒周圍出現(xiàn)星體微管，極間微管增長，向兩極移動。核仁解體：核膜破裂。第50頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第51頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第52頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三（2）中期有絲分裂器：染色體、星體、中心粒、紡錘體。極微管；染色體微管；區(qū)間微管；星體微管。第53頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三（3）后期:染色體分離，移向兩極。第54頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三（4）末期:子細胞核膜、核仁出現(xiàn)，胞質分裂。組蛋白去磷酸化，染色質變成染色體。中體出現(xiàn)：兩子細胞間的微管及囊泡組成。收縮環(huán)出現(xiàn)：中部質膜下方，肌動蛋白、肌球蛋白的大量聚集而成。分裂溝出現(xiàn)：ATP提供能量；與紡錘體垂直。核分裂和胞質分裂第55頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第56頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第五節(jié)

生殖細胞的發(fā)生與減數(shù)分裂一、生殖細胞的發(fā)生1.精子的發(fā)生增殖期青春期曲精細管上皮精原細胞（2n)恢復有絲分裂第57頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三生長期精原細胞增大分化成初級精母細胞（2n)成熟期初級精母細胞第一次減數(shù)分裂2次級精母細胞（n）2次級精母細胞第二次減數(shù)分裂4精細胞（n）變形期精細胞成熟精子第58頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三2.卵子的發(fā)生增殖期

胚胎發(fā)育早期卵巢中生發(fā)上皮卵原細胞（2n)進行有絲分裂生長期

胚胎發(fā)育6個月卵原細胞增大成初級卵母細胞（2n)第59頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三成熟期初級卵母細胞第一次減數(shù)分裂1次級卵母細胞（n）400個停于雙線期，性成熟后，排卵+1第一極體（n）1次級卵母細胞第二次減數(shù)分裂1卵細胞（n）停于中期Ⅱ+1第二極體（n）1第一極體受精后第二次減數(shù)分裂2第二極體（n）3.受精作用(fertilization)

第60頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第61頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第62頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三聯(lián)會復合體(SC)：側生組分-中央成分（含重組節(jié)）-側生成分第63頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三（3）粗線期:重組節(jié)形成，交叉出現(xiàn)，交換、重組、P-DNA合成。（4）雙線期:同源染色體分離,交叉端移。（5）終變期:

第64頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三meosis第65頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三2.中期Ⅰ：同源染色體的四分體排列成赤道板。第66頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三3.后期Ⅰ：同源染色體分離，非同源染色體自由組合。第67頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三4.末期Ⅰ：染色體成絲狀，核仁、核膜重新出現(xiàn)，胞質分裂。第68頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第69頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三前期Ⅱ第70頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三中期Ⅱ后期Ⅱ

第71頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三末期Ⅱ第72頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三減數(shù)分裂同有絲分裂的比較：發(fā)生細胞DNA復制與細胞分裂次數(shù)過程細胞分裂的結果DNA的變化第73頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三減數(shù)分裂的意義：使生物染色體數(shù)目保持恒定遺傳規(guī)律的細胞學基礎人類遺傳基礎發(fā)生變異的根本機制第74頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三fiteraleition第75頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三交叉第76頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三交叉第77頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三第六節(jié)基因突變

基因突變是DNA分子中核苷酸序列發(fā)生改變，導致遺傳密碼編碼信息改變，造成基因的表達產(chǎn)物蛋白質的氨基酸變化，從而引起表型的改變。第78頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三生殖細胞突變：發(fā)生在生殖細胞中，引起后代中遺傳性質的改變。體細胞突變：突變發(fā)生在體細胞中，在有性生殖的個體中，不引起后代的遺傳改變，而導致突變細胞在形態(tài)和功能上的改變。第79頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三體細胞突變突變體細胞有絲分裂突變克?。毎麗鹤兓A）野生型突變突變型等位基因的產(chǎn)生均為基因突變形成。第80頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三中性突變：不產(chǎn)生優(yōu)化效應，也無有害作用；有利突變:給生物進化提供原材料；有害突變：致病基因的產(chǎn)生。自發(fā)突變：在細胞正常生活過程中或受環(huán)境隨機產(chǎn)生；誘發(fā)突變：在誘變劑的作用下產(chǎn)生。第81頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三基因突變的方式一、堿基替換：

DNA分子中一個堿基對被另一個堿基對替代。也稱點突變（一個堿基的改變），最常見。轉換：一種嘌呤被另一種嘌呤替代或一種嘧啶被另一種嘧啶替代。最常見。顛換：一種嘌呤被一種嘧啶或一種嘧啶被一種嘌呤替代。誘變劑：亞硝胺（NA）、烷化劑等。第82頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三轉換第83頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三點突變的后果同義突變：由于堿基替換后，一個密碼子變成另一個密碼子，但決定的氨基酸沒變。錯義突變：由于密碼子突變后，一起密碼子的突變，使mRNA中編碼某一氨基酸的密碼子變成了編碼另一氨基酸的密碼子。無義突變：堿基的改變使一個密碼子不再決定任何一種氨基酸，形成一個終止信號，稱之。

第84頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三二、移碼突變：

DNA組成中增加或減少一個或幾個堿基對，造成在缺失或插入點以下的DNA編碼框架全部發(fā)生改變。如：Hbwayneα鏈第138位TCC丟失一個C，3’端堿基順序重排，142位的終止密碼變成可讀密碼，肽鏈延長至147位。第85頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三移碼突變第86頁，講稿共95頁，2023年5月2日，星期三三、動態(tài)突變：

在人類基因組