3 遗传的分子基础
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医学遗传学 Medical Genetics
第3节 基因的结构与功能
反 DNA 向 重 复 序 列
ATGCCTATTGGC
GCCAATAGGCAT
(转录)
C G G U U A U C C G U A G C C A A U A G G C A U
RNA
发卡结构
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第3节 基因的结构与功能
密码子总共有64个,其中为氨基酸编码的有61个。 遗传密码的通用性—除少数例外,整个生物界通用。 遗传密码的简并性—大多数氨基酸有2个以上密码子编 码。
起始密码和终止密码—mRNA上游第1个AUG为起始密 码,编码甲硫氨酸;当AUG在中间位置时,仅编码甲硫 氨酸。UAA、UAG和UGA为终止密码,不编码任何氨 基酸。
中 心 法 则
DNA
复制
转录
逆转录
RNA
翻译
蛋白质
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第3节 基因的结构与功能
转录后加工 1. 剪接(Splicing):剪掉内含子,拼接外显子,被 剪内含子的序列通常为GU----AG(GT-AG法则) 2. 戴帽(Capping):在5’端连接一个7甲基鸟苷酸, 免受RNA酶消化;利于RNA的转运;便于剪接; 有助于核糖体识别。 3. 加尾(Tailing): 在3’端加PolyA (~200mer)。加 尾信号为AAUAAA,加尾点位于信号下游几十 个核苷酸后。利于RNA的转运;有助于核糖体 识别;稳定RNA。
起始密码 终止密码
(ORF) (3’UTR)
5’
(5’UTR)
3’
ORF:open reading frame,开放阅读框架 UTR:非翻译区
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第3节 基因的结构与功能
基因表达
基因表达(gene expression)指DNA信息通过转录 (transcription)和翻译(translation)转化为蛋白质信 息的过程。
第2节 人类基因和基因组的结构特点 亲子鉴定实例
父
9/12 15/15 6/8 21/27 23/21 11/7 11/7
母
8/8 14/16 10/8
子1
子2
9/8
14/15
8/8
21/23
11/11
8/8
14/16
8/8
21/25
10/11
请判断子1和子2与父、母的亲子关系 思考:当父母无法检测时,如何鉴定兄弟关系?
通常情况下,自发突变的频率很低,而当诱发因素存在 时,突变的频率将大大提高。 导致突变发生的因素主要有三种:
(一)、物理因素
1. 紫外线-通常引起胸腺嘧啶二聚体(TT)。引起复制或 转录错配。 2. 电离辐射-通常打断DNA(或染色体)链,导致重排。
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二、 基因突变的诱因 (二)、化学因素
许多化学物质能够引起突变,如羟胺、亚硝基化合物、 烷化剂、碱基类似物、芳香族化合物等(诱变剂)。
单一序列
重复序列
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第2节 人类基因和基因组的结构特点 单一序列
单拷贝序列是基因组中重复数为1或很少的序列。 大多数结构基因是单拷贝序列。
重复序列
重复序列是基因组中重复数达到一定数量的序列。 少数结构基因或基因内存在重复序列。 简单序列DNA 中度重复DNA
基因存在于DNA中,但并非所有DNA片段都是基因。
DNA
基因I 基因II 基因III
基 因 概 念 演 化
一个基因一个性状 一个基因一种蛋白质(酶) 一个基因一条多肽链 一个基因多种多肽链
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第2节 人类基因和基因组的结构特点 基因组(genome): 某物种单倍体细胞所具有的遗传信息的总和。 对于人来说,是22条常染色体+1条X染色体+1 条Y染色体+线粒体(mtDNA) 根据基因组DNA碱基排列顺序重复的程度不同, 把基因组DNA序列分为:
真核生物启动子包括
TATA 框:转录起始点上游25~30bp处,一段保守序列,作用:
准确识别转录起始点,启动基因转录。
CAAT框:转录起始点上游70~80bp处,一段保守序列,作用:
激活转录,促进转录,提高转录效率。
GC框:有两个拷贝,位于CAAT框的两侧。作用:促进转录
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功能的基因,以后由于发生突变,失去了活性, 形成了无功能的基因。
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第2节 人类基因和基因组的结构特点
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第3节 基因的结构与功能 断裂基因 外显子(exon)与内含子(intron)间隔排列的基因 称为断裂基因。
真核细胞绝大多数结构基因是断裂基因
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第4节 基因突变
突变的概念
广义的突变(mutation)指遗传物质的改变;狭义的突变指
单碱基改变。
突变使性状的改变为进化提供了原材料,但大多数突变
通常是有害的(致畸作用)。
突变可以发生在生殖细胞中,能够遗传给后代;也能发
生在体细胞中,称为体细胞突变(somatic mutation),不能 遗传给后代,但可在突变发生的解剖部位形成病变。
侧翼序列
在第一个和最后一个外显子的外侧,都有一段不 被转录的非编码区。称为侧翼序列,包括启动子 (promoter),增强子(enhancer),终止子 (terminator)等。侧翼序列调节基因表达。
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第3节 基因的结构与功能 1.启动子
位于基因转录起始点上游10~200bp范围内,能与RNA聚 合酶和转录因子相互作用的核苷酸序列。包括一些DNA 序列元件。
因组中。
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第2节 人类基因和基因组的结构特点
人类基因组至少有30000个不同的微卫星位点,群体中表现 出高度多态性,不同个体间有明显差别,但在遗传上却是高 度保守的,因此可作为重要的 遗传标记,广泛用于基因定位 的连锁分析、种属和个体识别以及亲子鉴定。
遗传标记:
第3节 基因的结构与功能 2.增强子
作用:增强转录 特点:可以在基因的任何位置,且其功能与位置和序列方 向无关,可以是5’→3’方向,也可以是3’ →5’方向。
3.终止子
由反向重复序列以及特定的序列5’-AATAAA-3’组成。 反向重复序列的转录产物可形成发卡结构,使转录终止。 AATAAA同时是poly A加尾信号。
一、 基因突变的一般特征 稀有性 对人类来说,突变率为 10-6/生殖细胞 随机性 基因中任何一个碱基都会突变
可重复性 总是以一定的频率反发生
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二、 基因突变的诱因
自发突变(spontaneous mutation)
突变
诱发突变(induced mutation)
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第三章 遗传的分子基础
本章主要内容:
基因的概念、基因组与基因结构、基 因表达、基因突变、人类基因组计划
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第1节 基因的概念
抽象的说:基因(gene)是具ห้องสมุดไป่ตู้决定性状功能的遗传单位
具体的说:基因是编码蛋白质、tRNA和rRNA的核酸 片段,又称结构基因
群体表现出多态而个体表现出遗传稳定的分子。 第一代遗传标记:限制性酶切片断长度多态性(RFLP); 第二代遗传标记:微卫星DNA(STR); 第三代遗传标记:单核苷酸多态性(SNP)。 血型、白细胞抗原以及符合上述定义的分子或表型也可 以作为遗传标记,但识别率或排除率有所不同。
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第2节 人类基因和基因组的结构特点
2.小卫星DNA 小卫星DNA(minisatellite DNA)的重复数较少(20~50), 长度较短(1~5kb),主要位于染色体的着丝粒和端粒区。 小卫星DNA在人群中存在着广泛的多态性,即存在着重 复数的高度可变,因此又称为可变数目串连重复 (variable number of tandem repeats,VNTR),因此常用 DNA指纹技术作个体鉴定。 3.微卫星DNA 微卫星DNA(microsatellite DNA)重复单位序列最短,只 有2~6bp,串联成簇,长度50~100bp,又称为短串联重 复序列(Short Tandem Repeat STR)。广泛分布于基
第3节 基因的结构与功能
真核结构基因示意图
转录单位 启动子 翻译起始点 翻译终止点
GC
TATA
外显子
内含子
终止子
增强子
增强子 CAAT
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第3节 基因的结构与功能
遗传密码
遗传密码(genetic code)又称为密码子(codon),指编 码蛋白质的核苷酸三联体与氨基酸之间的关系。
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第3节 基因的结构与功能
E1 I1 E2 I2 E3 I3 E4 I4 E5
原始转录本
E1 E2 E3 E4 E5
成熟RNA 5’UTR ORF
AAAAAAAAAAAA… 3’UTR
说明: 1.翻译起始点不一定在第一个外显子中;翻译终止点也不 一定在最后一个外显子中; 2.在RNA加工中,除了内含子被切除外,终止子的一部分 也将被切除。
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一、 基因突变的一般特征 多向性
A a1 a2 a3 a4
一个基因的突变将形成这个基因的等位基因,因 此多向性是形成复等位基因的途径。
可逆性 (Aa, aA),正突变,回复突变 有害性 大多数突变是有害的。
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常见的简单序列DNA: 卫星DNA、小卫星DNA、微卫星DNA。
1.卫星DNA 卫星DNA(satellite DNA)富含A/T,主要位于染色体的着丝 粒,端粒和Y染色体长臂上的异染色质区。卫星DNA重 复频率高达106,重复长度达105bp。
端粒
着丝粒 异染色质区
端粒
Y
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(TCTA)[6]
上例中TCTA即为重复单位,该位置的重复数为6。
长度不同-[6] [10] [30] [48]…… 序列不同-[CGG] [AT] [AAGGTT]…… 位置不同-1p23, 5q11, 16q21, Xp31……
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第2节 人类基因和基因组的结构特点
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第2节 人类基因和基因组的结构特点
目前国际上通常选用13个位点进行检测。理论上无关个体 9个位点均相同的概率为1/100亿。
基因身份证:记录遗传标记数据的卡片。
微卫星DNA的检测方法-PCR
[模拟]
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第2节 人类基因和基因组的结构特点 中度重复DNA(intermediate repeat DNA)
特点:在长度和重复数目上有很大差别。100~500bp称 短分散元件;6000~7000bp称长分散元件。
有些中度重复序列DNA具有编码功能,如编码rRNA和 tRNA以及组蛋白的基因。
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第2节 人类基因和基因组的结构特点 基因家族 基因家族(gene family)由某一祖先基因经过重 复、突变所产生的一组基因,是一组来源相同、 结构相似、功能相关的基因。 基因家族中的成员可以聚集在一条染色体上形 成簇,也可以分散在不同染色体上。
重复序列
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第2节 人类基因和基因组的结构特点 简单序列DNA (simple-sequence DNA)
由很短的碱基序列组成,重复单位长度2~200bp, 重复次数106~108。常呈串联重复排列。
AATCTTTCTATCTATCTATCTATCTATCTAGGCATCCGAT
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第2节 人类基因和基因组的结构特点 拟基因
在多基因家族中,某些成员不产生有功能的基因
产物,这类基因称为拟基因(pseudogene),又称 为假基因。
拟基因的核苷酸顺序与有功能的活性基因极为相
似,但不能表达,因此不具有正常功能。
拟基因与有功能的基因有同源性,起初可能是有