遗传的分子基础医学遗传学

遗传的分子基础医学遗传学第1页/共56页学习目标说出基因、转录、翻译、中心法则的概念描述DNA与RNA的化学组成、结构、功能及其异同叙述基因的基本功能、基因突变的含义、特征及种类描述人类基因组计划的相关内容第2页/共56页本章提纲第1节遗传物质的结构与功能

一、核酸的组成二、DNA的结构与功能三、RNA的结构与功能第2节基因

一、基因的概念二、基因的结构三、基因的功能四、基因突变五、人类基因组计划第3页/共56页学习目标1.简述DNA和RNA的化学组成并比较它们的异同2．叙述DNA、RNA的结构和功能，3.说出基因的概念，叙述基因的基本功能4.说出转录、翻译、中心法则的概念5.说出基因突变的含义及特征，说出基因突变的种类6.描述人类基因组计划的相关内容第4页/共56页第1节遗传物质的结构与功能核酸的组成DNA的结构与功能

RNA的结构与功能第5页/共56页一、核酸的组成戊糖

碱基核苷酸核苷磷酸核酸

n第6页/共56页类别戊糖碱基核苷酸的种类结构分布DNA脱氧核糖A、G、C、TdAMP、dGMP、dCMP、dTMP双链主要存在于细胞核中RNA核糖A、G、C、UAMP、GMP、CMP、UMP单链主要存在于细胞质中DNA与RNA的区别第7页/共56页二、DNA的结构与功能（一）DNA的双螺旋结构

1953年，美国科学家沃森(Watson)和英国科学家克里克(Crick)共同提出了DNA双螺旋结构模型。第8页/共56页第9页/共56页第10页/共56页DNA的双螺旋结构示意图第11页/共56页DNA的分子结构及碱基配对示意图第12页/共56页DNA双螺旋结构模型：1.DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸单链组成。2.两条脱氧核苷酸链之间的碱基严格遵守碱基互补原则：（A=T、T=A），（C≡G、G≡C）。3.两条脱氧核苷酸链围绕一个中心轴盘旋成双螺旋结构。脱氧核糖和磷酸排列在两条链的外侧，构成DNA分子的基本骨架；碱基位于两条链的内侧，四种碱基的排列顺序在不同的DNA中各不相同，贮存着个体差异的遗传信息。第13页/共56页（二）DNA的功能1.蕴藏遗传信息

遗传信息（geneticinformation）是指DNA分子中碱基的排列顺序。碱基的排列顺序体现了DNA的多样性、决定了DNA的特异性，从而也决定了生物的遗传性、多样性和特异性。第14页/共56页DNA指纹DNA所包含的信息多达30亿位以上，其中的个体模型、突变或标志物都可以用作身份识别。DNA指纹并不是那种真正的指纹，而是指DNA信息的记录模式。在法医学应用中可从一滴血、唾液、一片皮屑、一根毛发中提取出DNA，并以此来制备出所需数量的DNA序列，用于进行个体鉴定。它是现有的用于个体鉴定的最有用、最准确的工具之一，分辨率可达十亿分之一。DNA指纹能给出近乎于100%确定性的阳性监定，甚至可以帮助警察找出从前不曾怀疑过的漏网之徒，而其它方法只能是用来排除嫌疑对象。第15页/共56页2.进行自我复制

自我复制（replication）是指以DNA的两条链为模板，互补合成子代DNA的过程。DNA复制发生在细胞周期的S期（DNA合成期）。第16页/共56页DNA的半保留复制DNA的半保留复制

DNA的半保留复制

第17页/共56页3.转录成RNA

转录（transcription）是指以DNA分子中的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，在RNA聚合酶的作用下，互补合成RNA分子的过程。即遗传信息由DNA传递给RNA的过程。转录方式如下：

DNA3′…—A—T—A—G—C—…5′RNA5′…—U—A—U—C—G—…3′第18页/共56页三、RNA的结构与功能细胞中的RNA根据功能分为3种：信使核糖核酸（mRNA）转运核糖核酸（tRNA）核糖体核糖核酸（rRNA）这3种RNA都参与蛋白质的合成第19页/共56页(一)信使RNA（mRNA）DNA分子中储存的遗传信息，经过转录传递到mRNA，以密码子的形式存进去，mRNA呈线性，作为蛋白质合成的模板。第20页/共56页(二)转运RNA（tRNA）由于局部形成假双链结构，使tRNA分子呈“三叶草”形，由氨基酸、反密码子环等部分组成。tRNA的功能：是转运相应的活化氨基酸到核糖体上的特定部位，使之形成多肽链。第21页/共56页(三)核糖体RNA（rRNA）rRNA是核糖体的重要组成成分，与核蛋白共同构成核糖体。核糖体是细胞中蛋白质合成的场所。第22页/共56页三种RNA的主要区别mRNAtRNArRNA含量5%～10%5%～10%80%～90%结构特征基本呈线形，部分节段可能绕成环形。上有编码氨基酸的密码子呈三叶草型，柄部和基部可呈双螺旋形，柄部末端有CCA三个碱基，能特异性结合活化的氨基酸；柄部相对的一端为反密码环，上有三个碱基为反密子线形。某些节段可能成双螺旋结构存在场所细胞质细胞质核仁、细胞质功能转录DNA中的遗传信息，作为蛋白质合成的模板转运活化的氨基酸到核糖体上的特定部位，使之形成多肽链与核蛋白共同构成核糖体，成为蛋白质合成的场所第23页/共56页第2节基因基因的概念基因的结构基因的功能基因突变人类基因组计划第24页/共56页一、基因的概念

基因是有遗传效应的DNA片段，是遗传物质结构和功能的基本单位。第25页/共56页二、基因的结构

真核细胞的基因根据功能的不同，分为结构基因和调控基因。

第26页/共56页真核细胞的基因结构示意图第27页/共56页三、基因的功能

贮存遗传信息自我复制基因表达第28页/共56页

蛋白质合成示意图第29页/共56页四、基因突变(一)基因突变的概念：基因突变是指染色体上某一位点的化学组成发生了改变，从分子水平看，是基因的碱基对组成和排列顺序发生了改变，又称为点突变。基因突变分为自发突变和诱发突变

第30页/共56页(二)基因突变的一般特性多向性可逆性有害性稀有性重复性第31页/共56页毛孩

1978年，在辽宁诞生了一个遍体长毛的的婴儿，人称毛孩，消息传开，便有许多来信、来访。随后有关科研部门在不到一年的时间里，又了解到各地还有不少胎生多毛人和毛孩。他们的身体发育和智力发展都很正常。请你根据所掌握的知识，试着对毛孩现象做一简单分析。第32页/共56页(三)基因突变的类型碱基替换：

移码突变

同义突变错义突变无义突变终止密码突变种类：转换颠换效应：第33页/共56页(四)基因突变的表型效应

例如人类的血红蛋白，由2条α链和2条β链构成，α链由141个氨基酸构成，由16号染色体短臂上的基因(AG)控制；β链由146个氨基酸构成，由11号染色体短臂上的基因(NAG)控制。

镰状细胞：贫血如果编码β链的基因(NAG)第1个外显子的第6个三联体CTT变为CAT，则转录的mRNA分子上的第6个密码子便由GAA变成GUA，其翻译产物β链上的第6个氨基酸便由原来的谷氨酸变成缬氨酸。结果，血红蛋白结构异常，成了HbS而非HbA。上述突变在纯合状态时即导致一种严重的贫血——镰状细胞贫血。第34页/共56页五、人类基因组计划(HGP)HGP是美国科学家1985年率先提出、1990年实施的、旨在阐明人类基因组DNA3.2x109bp序列，发现所有人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面的认识自我的一项宏伟的科学工程。第35页/共56页第36页/共56页

利用基因，人们可以改良果蔬品种，提高农作物的品质，更多的转基因植物和动物、食品将问世，人类可能在新世纪里培育出超级作物。通过控制人体的生化特性，人类将能够恢复或修复人体细胞和器官的功能，甚至改变人类的进化过程。第37页/共56页第38页/共56页多莉羊的培育过程1、谁是“多莉”的母亲？2、“多莉羊”是雄还是雌？3、是否符合孟德尔遗传？问题卵细胞C母绵羊子宫Ａ母绵羊Ｂ母绵羊乳腺细胞细胞质细胞核胚胎移植早期胚胎多莉羊分娩卵裂融合后的卵细胞细胞拆合技术妊娠第39页/共56页【多利的培育过程】

多莉出世历经曲折。在培育多莉羊的过程中，科学家采用体细胞克隆技术，主要分4个步骤进行：

步骤一：从一只6岁芬兰多塞特白面母绵羊（姑且称为A）的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止分裂，此细胞称之为“供体细胞”；

步骤二：从一头苏格兰黑面母绵羊（B）的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为“受体细胞”；

步骤三：利用电脉冲方法，使供体细胞和受体细胞融合，最后形成“融合细胞”。电脉冲可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能像受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成“胚胎细胞”；

步骤四：将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊（C）的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成小绵羊--多莉。

换言之，多莉有3个母亲：它的“基因母亲”是芬兰多塞特白面母绵羊（A）；科学家取这头绵羊的乳腺细胞，将其细胞核移植到第二个母亲（借卵母亲）--一个剔除细胞核的苏格兰黑脸羊（B）的卵子中，使之融合、分裂、发育成胚胎；然后移植到第三头羊（C）--“代孕母亲”子宫内发育形成多莉。

从理论上讲，多莉继承了提供体细胞的那只绵羊（A）的遗传特征，它是一只白脸羊，而不是黑脸羊。分子生物学的测定也表明，它与提供细胞核的那头羊，有完全相同的遗传物质（确切地说，是完全相同的细胞核遗传物质。还有极少量的遗传物质存在于细胞质的线粒体中，遗传自提供卵母细胞的受体），它们就像是一对隔了6年的双胞胎。

多莉没有父亲，它是通过无性繁殖--或者说克隆而来。

第40页/共56页第41页/共56页2003年4月9日，“克隆之父”维尔穆特在爱丁堡的苏格兰国家博物馆与被制成标本的克隆羊“多利”对视。维尔穆特领导培育的世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊“多利”于2003年2月因肺部感染而死亡。第42页/共56页

小棉羊“多利”为高等哺乳动物,它复制成功,人的复制能成功吗?

“多利”的问世,震惊世界,其影响远远大于原子弹爆炸成功的威力。无性繁殖的成功,是人类科学技术,尤其是基因技术飞速发展的结果。

但这一可能引发人类诸如道德、法律等问题的事件,尚未来得及带给人们喜悦,就把人们带入深深的思考之中。第43页/共56页第44页/共56页第45页/共56页小结

核酸是细胞内重要的遗传物质，是生物遗传信息的载体，控制着蛋白质的生物合成，对生物的生长发育、繁殖、遗传和变异等各种生命活动起着主导作用。核酸有两种，即DNA和RNA。DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链反向平行盘绕成的双螺旋结构，DNA具有蕴藏遗传信息、进行自我复制和转录成RNA的功能；RNA分子是单链结构，分为3种，即mRNA、tRNA和rRNA，这3种RNA都参与蛋白质的合成。第46页/共56页

基因是有遗传效应的DNA片段，基因的基本功能包括三个方面：一是贮存遗传信息；二是能准确地自我复制；三是通过基因表达，控制细胞内蛋白质和酶的合成，从而决定生物体的表型。在一定条件下，基因可发生突。基因突变为生物进化提供了丰富的原料。第47页/共56页目标检测一、名词解释1.基因：2.自我复制：3.转录：4.翻译：有遗传效应的DNA片段，是遗传物质结构和功能的基本单位。是指以DNA的两条链为模板，互补合成子代DNA的过程。是指以DNA分子中的一条链为模板，在RNA聚合酶的作用下，互补合成RNA分子的过程。是指以mRNA为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。第48页/共56页5.遗传信息：6.密码子：7.基因突变：8.碱基置换：9.基因表达：是指基因上的碱基序列在mRNA中，每三个相邻的碱基作为一个遗传密码。是指染色体上某一位点的化学组成发生了改变，从分子水平，看是基因的碱基对组成和排列顺序发生了改变，又称为点突变。是指一个碱基对被另一个不同的碱基对所替换。是将贮存在基因中的遗传信息通过转录和翻译转变成蛋白质或酶分子，从而决定生物性状的的过程。第49页/共56页二、填空

1.核酸的基本组成单位是

。2.根据下面图解回答问题：

（1）此简式是

法则，表示的是

过程。（2）①表示

过程，是在

中完成的。（3）②表示

过程，是在

中进行的。（4）③表示

过程，进行的场所是

，此过程是以信使RNA为模板，由

将相对应的氨基酸安放在特定的位置上。②④③蛋白质RNA(基因)DNA①核苷酸中心基因表达DNA自我复制细胞核转录细胞核核糖体翻译tRNA第50页/共56页3.RNA依其功能不同可分为

、

、

_______三种、简写为

、

、

。4.遗传密码主要有

种，其中

个起始密码，

个终止密码。5.基因突变的一般特性：

、__________、

、

、

。6.基因突变主要有

、和

两大类。信使RNA核糖体RNArRNAtRNAmRNA1643可逆性多向性重复性稀有性有害性移码突变碱基替换转运RNA第51页/共56页三、选择题1.遗传的主要物质是（）。

A．蛋白质B．RNAC．DNAD．核酸2.下列碱基属于DNA组成的一组是（）。

A．A、T、C、GB．A、U、C、GC．T、C、G、UD．T、C、A、U3.DNA分子具有多样性和特异性是由于（）。

A．DNA分子具有特殊的双螺旋结构

B．DNA分子是一种高分子化合物

C．DNA分子能自我复制

D．DNA分子碱基对排列顺序的不同CAD第52页/共56页4.分析DNA分子时，发现30%的脱氧核苷酸含有腺嘌呤，由此可知该分子中鸟嘌呤含量的最大值可占此链碱基总数的（）。

A．20%B．30%C．40%D．70%5.一个DNA分子复制完毕后,新形成的DNA链（）。

ADNA亲链的片段B．和DNA亲链之一完全相同

C．和DNA亲链稍有不同D．和DNA亲链相同，但T为U所代替6.从肝细胞中分离出下列分子