第四章 生命的遗传与变异(1)

启动子(Promoter)
真核基因启动子是RNA 聚合酶在DNA上的结合 元件，启动子通常包括一 个转录起始点和位于起始 点上游的一段50bp左右 的DNA序列。
第四章 生命的遗传和变异（1）
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增强子
能增强启动子转录活性的DNA序列， 是转录辅助因子在DNA链上的结合原件。 其发挥作用的方式通常与方向、距离无 关，可位于转录起始点的上游或下游。 从功能上讲，没有增强子存在，启动子 通常不能表现活性；没有启动子时，增 强子也无法发挥作用。
人类基因组计划(I)
一、HGP 的提出和起步
1986年 Dulbecco 提出 HGP 建议
1990年 美国政府决定正式启动 HGP
任务
3 × 109 bp
投入
3 × 109 美元
期限
15 年（1990-2005）
NIH 和 DOE（能源部） 组成“人类基因组研 究所” （NHGRI）
这是美国政府启动的第三个大型科学项目,此 前的两个项目是“曼哈顿工程”和“阿波罗计划”
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顺、反式作用元件
顺 DNA序列
反 蛋白质
第四章 生命的遗传和变异（1）
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外显子 内含子
断裂基因
侧翼序列
第四章 生命的遗传和变异（1）
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GT-AG法则
在每个外显子和内含子的接头部位都有高度 保守的共有序列，为剪接信号。即每个内含子的 5’端的头两个核苷酸都是GT, 3’端尾部都是AG， 这种接头形式就是通常所称的GT-AG法则。
Exon
Intron
侧翼序列
基因的5端和3端两侧都有一段不被转 录的非编码区，称为侧翼序列，对基因的 转录调控起主要作用。主要有启动子、增 强子和终止子等。
第四章 生命的遗传和变异（1）
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人类基因组计划(II)
二、HGP在中国 1999. 9.，在国际第五次人类基因组测序战略 会议上，中国正式承担 1% 的测序任务。 ◇ 3 号染色体短臂上 3 × 107 bp
◇ 估计有 750 – 1100 个基因
◇ 与鼻炎癌、肺癌、卵巢癌有关的基因
三、2000.6 完成并公布人类基因组工作草图
突变(Mutation)
(稀有，有害，多向，可逆，可重复，随机）
突变体 (Mutant)
第四章 生命的遗传和变异（2）
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体细胞突变：不会传递给后代，是细胞 恶变而发生恶性肿瘤的分子基础。
生殖细胞突变： ❖ 显性突变：改变后代的表型效应 ❖ 隐性突变：可以传递给后代
突变不仅发生在基因的内含子和外 显子，也可发生在剪接部位以及表达 的调控序列，还可以广泛存在于非基 因序列，由于突变的性质和发生部位 不同其后果是不同的。
真核生物增强子与转录因子作用
终止子(Terminator)
终止子是给予 RNA聚合酶转 录终止信号的 DNA序列。
第四章 生命的遗传和变异（1）
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基因组(Genome)
➢单倍体细胞核、细胞器或病毒粒子所含的 全部DNA分子或RNA分子。
第四章 生命的遗传和变异（1）
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人类基因组
人类细胞中所有的遗传信息就构成 了人类基因组，即人类细胞中所含有的 所有DNA序列总和。人类的基因组包括 线粒体基因组(mitochondrial genome)和 核基因组(nuclear genome)。
结构基因：一类编码蛋白质或RNA的基 因．
调节基因：其产物主要调控其他基因的 表达。
基因的结构
断裂基因 大多数真核生物的基因由编码序列和非编
码序列两部分组成，非编码序列将编码序列隔 开，因此称为断裂基因(split gene)。这是真核 生物基因结构的特点。人类的结构基因主要由 外显子、内含子和侧翼序列组成。
生命的遗传与变异现象是生物体所携带的 遗传信息所决定的。
生命的遗传信息蕴藏在DNA分子的核苷酸 顺序中，通过DNA的准确复制，将遗传信息传 递给下一代；通过指导蛋白质的合成，控制着 细胞的代谢、生长、增殖和分化，决定生物体 的表型。
基因
有遗传效应的DNA片段，是控制生物性 状的基本遗传单位。
现代概念：编码ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ白质或RNA等具有特 定功能产物的遗传信息的基本单位。
无义突变(nonsense mutation)
AUG CAU UCC …… AGA AUU UAA AAG Met His Ser …… Arg Ile # AUG CAU UCC …… UGA AUU UAA AAG Met His Ser …… &
终止密码突变(termination codon
AUG CAU UCC …… AGG AUU UAA AAG Met His Ser …… Arg Ile #
错义突变(missense mutation)
AUG CAU UCC …… AGA AUU UAA AAG Met His Ser …… Arg Ile # AUG CAU UCC …… AGC AUU UAA AAG Met His Ser …… Ser Ile #
基因突变功能与机体效果类型
基因功能
机体效果
1.获得功能变异
1.有害的
2.失去功能变异
2.中性的
3.显性负相变异
3.有益的
第四章 生命的遗传和变异（2）
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基因突变类型 碱基置换
DNA分子中的一个碱基被另一个不 同的碱基所替代，称为碱基置换，是 DNA分子中单个碱基的改变，也称为点 突变(一个或几个碱基的改变)。
~27,000 genes
Exons
1%
Introns
Intergenic regions
The human genome is empty.
后基因组计划
？
第四章 生命的遗传和变异（1）
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基因突变与修复
基因突变
基因突变(gene mutation)是指DNA分子中 核苷酸组成或排列顺序的改变。在自然界中， 任何生物的基因都会以一定的频率自发突变。
mutation)
AUG CAU UCC …… AGA AUU UAA AAG Met His Ser …… Arg Ile #
AUG CAU UCC …… AGA AUU AAA AAG Met His Ser …… Arg Ile Lys Lys
移码突变
是指在DNA编码序列中插入或缺失一个或 几个碱基对（不是3个或3的倍数），造成这一 突变位置以后的所有密码子发生了移位错误， 导致编码框架改变，结果突变点以后的氨基酸 种类和顺序发生改变，影响蛋白质的生物功能。
移码突变
UAC AGU CCU ACA GAA UGG GAG Tyr Ser Pro Thr Glu Trp Glu
UAC AAG UCC UAC AGA AUG GGA G Tyr Lys Ser Tyr Arg Met Gly
动态突变
又称不稳定三核苷酸重复序列突变， 一些基因的编码区或5端或3端非翻译区三 核苷酸重复拷贝数，如(CAG)n、(CGG)n 在一代代传递过程中会发生明显的增加， 从而导致某些遗传病的发病。
第四章 生命的遗传和变异（1）
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基因组图谱
➢ 遗传图 ➢ 物理图 ➢ 转录图 ➢ 序列图
第四章 生命的遗传和变异（1）
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人类基因组计划（HGP）
人类基因组共29.1亿bp。 编码蛋白质的基因26,383个，另有12,000个基因
无法确定。 基因组中，外显子占1.1%，内含子占24%，其
余约75%是基因间的间隔序列。 不同染色体上基因密度不同，以Y、4、18和X上 最低。Y染色体上仅能确定4种基因。 从物种间比较来看，人比线虫多10,000个基因， 是果蝇基因的两倍，比小鼠只多出300个基因。
第四章 生命的遗传与变异
遗传和变异是生命的基本特征之一。 ❖ 遗传：在生殖过程中亲代与子代之间或者子代个体之
间相似的现象。
❖ 变异：遗传现象是相对的，亲子之间或子代个体之间 无论多么相似，总是存在差异的现象。
遗传学 (Genetics)
➢遗传
➢变异
第四章 生命的遗传和变异（1）
3
第一节遗传的分子基础
人类基因组
核基因组及其主要特征
核内DNA为双链线状DNA分子 每个基因组DNA约有3×109 bp 共有2.5万~3.0万个基因 基因在基因组内的分布不均匀
人mtDNA
◆16,569bp，37个基因(编码12S,16S rRNA； 22种tRNA；13种多肽：NADH脱氢酶7 个亚基，cyt b-c1复合物中1个cytb，细胞 色素C氧化酶3个亚基， ATP合成酶2个 Fo亚基)
动态突变
正常基因 AGU CAG CAG CAG TTT n=9~34
突变基因 AGU CAG
CAG
CAG TTT
n=37~100
基因损伤的修复
DNA复制过程中出现的差错，或者受各种内外不利 环境因素所造成的DNA损伤，细胞内存在多种DNA修 复系统是损伤的DNA能得到修复，保证了DNA的稳定 性。
光修复
切除修复
复制后修复
SOS修复
突变发生的原因
自发突变：DNA复制，修复，重组过程中发 生的突变；
诱发突变：化学诱变剂，X-射线，UV等诱发 的基因突变； 某些病毒的感染（如逆转录病毒）可诱发基因 及其表达的改变。
基因转录(Transcription)
加帽
加尾
剪接
第四章 生命的遗传和变异（1）
碱基置换
转换(transition)：同类碱基之间 的替换；
颠换(transvertion)：不同类碱基 之间的替换；
序列突变类型(I)
1.碱基置换
第四章 生命的遗传和变异（2）
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同义突变(same sense mutation)
AUG CAU UCC …… AGA AUU UAA AAG Met His Ser …… Arg Ile #