细胞遗传ppt课件

1、第八章 细胞遗传n基因概述n基因的分子构造n基因的功能n基因突变目的要求n掌握构造基因的构造和功能第一节 基因概述 一. 基因概念的开展 遗传因子hereditary factor 1860s Mendel 豌豆 分别律和自在组合律 基因 gene 1909年 Johannsen 遗传因子基因 染色体chromosome 1920s Morgan 果蝇 把基因定位在染色体上 基因以直线方式陈列在染色体上 连锁互换律 染色体和基因的遗传学说 基因突变gene mutation 1927年 Muler 人为要素可导致基因突变 一个基因一个蛋白质 1941年 Beadle “一个基因一个酶 学说 “

2、一个基因一个蛋白质 学说 DNA是遗传物质 1944年 Avery经过细菌转化实验证明DNA是遗传物质 DNA双螺旋构造double helix 1953年 Watson & Crick X射线衍射法 基基因因概概述述Mendel遗传因子遗传因子Morgan基因在染色体上基因在染色体上Beadle一个基因一种酶一个基因一种酶一个基因一个蛋白质一个基因一个蛋白质AveryDNA是遗传物质是遗传物质DNA分子双螺旋构造模型分子双螺旋构造模型Watson Crick开展过程 遗传因子基因染色体基因突变 一个基因一个蛋白质DNA是遗传物质DNA双螺旋二、现代基因的概念 n 基因是决议生物体遗传

3、性状的根本单位。n 从分子程度看，基因是DNA分子上的一个功能片段。n 基因可以储存遗传信息并自我复制。n 基因经过转录、翻译控制蛋白质的合成，从而决议生物遗传性状的表现。n 基因可以发生突变。胞核基因胞核基因核外基因核外基因位置位置细胞核内，染色体上的基因细胞核内，染色体上的基因细胞质内，细胞器上的基因细胞质内，细胞器上的基因三、细胞内基因的种类三、细胞内基因的种类依其功能分为：1、构造Gene-编码蛋白和酶分子构造；2、调控Gene-调理构造基因表达 包括 调理、支配、启动Gene3、转录而不翻译的Gene： rDNA GenerRNA核仁构成区 核糖体组成 tRNA GenetRNA转运

4、氨基酸 n构造基因构造基因structural genen 决议合成各种生物功能分子的基因。包决议合成各种生物功能分子的基因。包括括rRNA， tRNA， mRNA ，但最主要的，但最主要的还是经过合成还是经过合成mRNA编码合成蛋白质。编码合成蛋白质。n调理基因调理基因regulation genen 决议合成具有调理作用的蛋白质的基因。决议合成具有调理作用的蛋白质的基因。 n支配基因支配基因operator genen 无表达产物，能被特异性调理蛋白识别并结合无表达产物，能被特异性调理蛋白识别并结合的的DNA片段。片段。n 功能功能经过与调理蛋白结合与否，来调控与其相经过与调理蛋白结合与否

5、，来调控与其相邻的构造基因的转录。邻的构造基因的转录。n启动基因启动基因promotor genen 是是DNA分子上分子上RNA聚合酶的结合位点，也是聚合酶的结合位点，也是转录起始位点。转录起始位点。n 功能功能与与RNA聚合酶结合，启动构造基因的转聚合酶结合，启动构造基因的转录。录。四、 基因的含量 遗传信息量 Gene含量 DNA含量 碱基对数量人类基因组：30亿个碱基对，三万个基因第二节 基因的分子构造 一. 重叠基因overlapping gene DNA的某些片段同时能为两种蛋白质编码，而所产生的多肽链又没有反复的景象。例：174噬菌体二. 腾跃基因jumping gene某些基因

6、或DNA片段可以从染色体上的一个位置转移到另一个位置上，甚至可以跳到另一条染色体上，这种景象称为转座transposition，这种基因称为腾跃基因。例：E.coli 插入序列insertion sequence,IS 转座子transposon三. 断裂基因split gene 一个基因被不编码多肽链氨基酸顺序的DNA片段分隔成不延续的几个小片段，但在细胞核转录时一同转录为mRNA 前体。 真核细胞的构造基因大多是断裂基因 构造基因 rRNA基因 tRNA基因构造基因构造基因 外显子exon 编码序列。 内含子intron 位于编码序列之间的非编码序列。 不同基因所含外显子和内含子的数目不同

7、。外显子和内含子的接头 接头序列高度保守，内含子5端是GT， 3端是AGGT-AG法那么。5GTAG 35GTAG 3法那么法那么n普遍存在于真核生物中，是RNA剪接的识别信号，转录后的前体RAN中的内含子剪接位点。3GTAG35GCGC侧翼序列侧翼序列启动子启动子5 侧翼序列flanking sequence 是指在第一外显子外侧和最后一个外显子外侧的非编码区，它存在与编码链上，其上有一系列调控序列。编码链53 其碱基序列为基因编码，其上有调控序列。反编码链35 其碱基序列与编码链 互补，是mRNA的模板。调控序列n 启动子promotorn RNA聚合酶首先与模板 DNA结合的区段。它是R

8、NA聚合酶识别转录起始部位的信号。能启动基因的转录。n 启动子启动子 Promoter TATA Box 位于转录起始点上游约1927个碱基处。能准 确识别转录起始点并促进转录。CAAT Box 位于转录起始点上游约7080个碱基处。是RNA 聚合酶结合的部位，能促进转录的进展。GC Box 位于CAAT框的两侧。加强起始转录的效率。2加强子 Enhancern包括启动子上游或下游的一段DNA序列，可以加强启动子发动转录，提高转录效率。n特点：n在恣意位置都有效n无方向性n有组织特异性3终止子终止子 Terminatorn由一倒位反复序列或回文序列以及特定保守序列5-AATAAA-3 Poly

9、A的附加信号组成。n回文序列为转录终止号。n发夹式构造妨碍了RNA聚合酶的挪动第三节 基因的功能 n遗传信息的储存 nDNA的复制n基因的表达转录n基因的表达翻译n基因表达的调控一、遗传信息的储存 遗传密码的概念 遗传密码genetic code 在mRNA分子中，每三个相邻核苷酸组成的能代表机体全部遗传信息，决议一切氨基酸的一套三联体密码。其中，每个三联体密码称作一个密码子codon，共64种。 遗传密码的特征 密码子的阅读方向 53mRNA的合成或编码方向一致 例：5UUG3 亮氨酸 3UUG5 缬氨酸 5GUU3 2、起始密码和终止密码起始密码：AUG终止密码：UAA UAG UGA3、

10、兼并性和兼职性 兼并性兼并性两种或两种以上的密码子决议同一两种或两种以上的密码子决议同一种氨基酸。种氨基酸。同义密码子同义密码子决议同一种氨基酸的密码子互称决议同一种氨基酸的密码子互称为同义密码子。为同义密码子。 64种密码子中，除三种终止密码子种密码子中，除三种终止密码子UAA，UAG，UGA外，其他外，其他61种密码子编码种密码子编码20种氨基酸。种氨基酸。例：例：GCU，GCC，GCA，GCG丙氨酸丙氨酸兼职性兼职性一种密码子兼具两种作用。一种密码子兼具两种作用。 AUG 起始密码起始密码 编码甲硫氨酸编码甲硫氨酸4、 通用性通用性 一切生物的细胞运用一致的氨基酸一切生物的细胞运用一致的

11、氨基酸编码方法。编码方法。5、不重叠，无标点、不重叠，无标点二、 DNA基因的复制 nDNA的复制的复制replicationn DNA以本身为以本身为模板，在模板，在DNA聚合聚合酶的作用下，经过酶的作用下，经过碱基互补配对，合碱基互补配对，合成与模板构造一样成与模板构造一样的新的的新的DNA分子的分子的过程。过程。 复制的根本条件 以DNA的一条链为模板 以4种dNTP为原料 有DNA聚合酶 存在与复制相关的酶系 复制的根本过程 复制起点和复制叉构成复制起点位于DNA双螺旋的特殊核苷酸处，是可与特异蛋白相结合的区段。复制叉在复制起点由叉起始蛋白将双螺旋解开，显露两股DNA单链，于是构成一对

12、方向相反的Y形构造，即为复制叉replication fork 。复制眼replication eyes两个复制叉向两端推进所构成的构造。复制起点复制起点复制子(replicon)n 复制起点与其两侧的复制区共同构成一个复制单位，是作为合成模板的一个最小区段，称为复制子。 复制叉生长与前导链和后随链的合成n前导链前导链leading strandn 以以35母链为模板延续合成的母链为模板延续合成的DNA子子链。链。n后随链后随链lagging strandn 以以53母链为模板不延续合成的母链为模板不延续合成的DNA子链。子链。n 由于复制叉上的由于复制叉上的DNA聚合酶只能催化聚合酶只能催化

13、53的合成，所以子链只能沿的合成，所以子链只能沿53方向合成。方向合成。n 冈崎片段冈崎片段n 复制的终止复制的终止 复制的特点 互补性complimentation 半保管性semiconservation 逆平行性antiparallel 不延续性non-continuation真核生物的复制特点 多个复制起点同时启动 DNA复制不同步 与组蛋白结合构成核小体 三、基因表达 gene expression遗传信息经过转录生成RNA再经翻译(转译)生成蛋白质的过程.基因表达的意义 对细胞的代谢活动起决议性的调理作用。 决议细胞的生长、发育和分化。基因表达分两步转录：DNAmRNA翻译：mRN

14、A氨基酸多肽链蛋白质 Crick的“中心法那么复制复制 DNA 转录转录RNA翻译翻译蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质复制复制复制复制转录转录翻译翻译逆转录逆转录逆翻译逆翻译DNARNA一转录transcriptionn以DNA反编码链35为模板，在RNA聚合酶作用下，按照碱基互补配对原那么，合成互补的RNA分子的过程。n 转录的条件n 模板： DNA反编码链35n 原料：四种NTPn RNA聚合酶 真核细胞RNA聚合酶类型 RNA聚合酶：在核仁，催化rRNA前体的生成。 RNA聚合酶：在核质，催化mRNA前体的生成。 RNA聚合酶：在核质，催化tRNA和5srRNA的生成。 转录过程 RNA聚合酶与

15、启动子结合 转录的开场 转录的延伸 转录的终止转转录录的的根根本本过过程程转转录录的的根根本本过过程程1、 hnRNA的加工 剪接在剪切酶的作用下，切掉内含子 把外显子衔接起来。机制：GT-AG法那么 戴帽一切真核生物的mRNA5端都有一 个甲基化帽 m7Gm2G 。 作用：有效封锁mRNA5端，使之免遭降解。 提供核糖体识别位点。 转录后的加工 加尾经过腺苷酸聚合酶的作用，在mRNA3端AATAAA处加上polyA。 作用：阻止mRNA3端降解，延伸其寿命。促使mRNA由细胞核转运至细胞质。 2、 45sRNA的加工40S60SrDNA45SRNArRNA41SrRNA20SrRNA32Sr

16、RNA18SrRNA28SrRNA5.8S转转录录加工加工45S rRNA前体加工过程表示图前体加工过程表示图二翻译translationnmRNA把转录来的遗传信息解读为多肽链的氨基酸种类和顺序的过程，即蛋白质的合成过程。参与蛋白质合成的生物大分子：核糖体、 mRNA 、tRNA、蛋白质因子和酶核糖体的活性部位核糖体的活性部位 氨基酸部位或受位，接受氨氨基酸部位或受位，接受氨酰基酰基tRNA肽基部位或供位，肽基肽基部位或供位，肽基tRNA移移交肽链后，交肽链后，tRNA被释放的部位被释放的部位肽基转移酶肽基转移酶GTP酶，催化酶，催化tRNA从从A位位P位位mRNA中的核苷酸顺序与遗传密码蛋

17、白质合成的氨基酸运载工具tRNA 1.氨基酰-tRNA的合成1AA的激活 AA + ATP +酶 酶-AA-AMP + PPi2) 氨基酰tRNA复合物的构成 酶-AA-AMP + tRNA AA-tRNA + AMP + 酶 *酶：氨基酰-tRNA合成酶 AA:氨基酸 n衔接方式：tRNA3端CCA中的腺苷残基2或3羟基与氨基酸的羧基结合构成酯键。2.tRNA反密码子与mRNA密码子的识别-C-A-C氨基酸臂氨基酸臂mRNA3535AAAAUUCAAG反密码环反密码环Glu参与蛋白质合成的生物分子nmRNAntRNAn核糖体n蛋白质因子n酶nGTPn离子蛋白质的生物合成过程图 肽链合成的开场

18、IF、GTP 肽链的延伸EF、GTP、T因子 1进位 2转肽 3移位零落 肽链合成的终止RF蛋白质的生物合成过程肽链合成起始n起始因子initiation factor IF和GTPn小亚基与mRNA 链的AUG结合n第一个氨基酰-tRNA结合，构成30s复合体n大亚基与小亚基结合，构成70s复合体肽链的延伸肽链的延伸n肽基转移酶和延伸因子elongation factor，EFnP位氨基酸与A位氨基酸构成肽键nP位的tRNA空载n肽链移位，核糖体沿53 挪动一个密码子nP位tRNA释放，A位肽基-tRNA移到P位，A位空出，接纳下一个氨基酰-tRNA。肽链合成的终止肽链合成的终止n核糖体移至

19、mRNA的UAA、UAG、UGAn氨基酰-tRNA不能识别，肽链合成终止n释放因子release factor，RF作用n多肽链释放n大、小亚基解离 蛋白质合成过程蛋白质合成的主要蛋白质因子 起始因子IFinitiation factor 延伸因子EFelongation factor 释放因子RFrelease factor G因子 T因子四. 基因表达的调控 原核生物基因表达的调控1961年Jacob & Monod提出乳糖支配子学说 支配子operon 基因转录的单位，也是基因表达调控的单位，它包括 构造基因lacZ lacY lacA) 支配基因(38个碱基对26个 启动基因8

20、5个碱基对 抑制抑制诱导诱导乳糖支配子的封锁形状乳糖支配子的封锁形状乳糖支配子的翻开形状乳糖支配子的翻开形状 真核生物基因表达的调控 转录前的调控常染色质、异染色质、组蛋白 转录程度的调控启动子、加强子、RNA聚合酶 转录后的调控hnRNA、45srRNA、tRNA前体 翻译程度的调控核糖体的数量、mRNA的成熟 度、各种蛋白因子及酶 翻译后的调控蛋白质的加工第四节第四节 基因突变基因突变 Gene mutationGene mutation突变突变 ( mutation ) ( mutation )gene mutation gene mutation n 生殖细胞遗传n基因突变n 体细胞不

21、遗传n 生物进化根底n基因突变 发现新的基因n 遗传病产生的缘由体细胞突变和生殖细胞突变体细胞突变和生殖细胞突变癌的发生是一个多次突变积累的复杂过程诱发基因突变的要素诱发基因突变的要素n根据基因突变发生的缘由，可将突变分为自发突变和诱发突变。n在自然条件下，未经人工处置而发生的突变为自发突变spontaneous mutation。n经人工处置而发生的突变是诱发突变induced mutaion。n能诱发基因突变的各种内外环境要素统称为诱变剂mutagen。一. 突变类型 可见突变在生物体的表现型中可以见到的 突变效应。 生化突变能引起细胞特定生化功能丧失的 突变效应。 致死突变 显性致死杂合子形状即致死 隐性致死纯合子形状才致死 条件致死突变在一定条件下致死的突变效应。二. 基因突变的普通特性 可逆性 A a正突变，回复突变 多向性 a1 A a2 复等位基因 an 例：ABO血型 稀有性1/10万-1亿 有害性4000余种单基因遗传病三. 基因突变的分子机理DNA分子中的碱基顺序发生改动。 碱基交换 碱基顺序改动的方式 移码突变 碱基交换base substitution 定义一种碱基对被另一种碱基对交换。 方式 转换同类碱基的互换。 transition 颠换不同类碱基的互换。 transversionATCG U U