基因与染色体

基因与染色体二、DNA存在得形式

基因组细胞或生物体得全套遗传物质,由每个染色体组得DNA组成,人体体细胞有两个染色体组,DNA全长3、2×109bp。高度重复顺序

特点:由很短得碱基序列组成,长度2-200bp,重复次数106-108。一般占DNA碱基对得10%-30%。由一些短得DNA序列呈串联重复排列。卫星DNA

DNA在CsCl密度梯度离心中,由于GC得含量少于AT,当重复序列得GC与AT得比率有差异时,可在DNA主峰旁形成卫星DNA。卫星DNA构成着丝粒,端粒和Y染色体长臂上得异染色质区。称为卫星DNA。

反向重复顺序

就是两个顺序相同得互补拷贝在同一条DNA链上反向排列而成得,形成链内碱基配对,形成发夹结构。

中度重复顺序

特点:在长度和拷贝数目上有很大差别。有些中度重复序列DNA具有编码功能,如编码rRNA和tRNA以及组蛋白得基因,大多数无编码功能,主要就是一些分散重复DNA序列。

分两类短分散元件(SINE)长度300-500bp,散在分布在基因组中,拷贝数目可达到105以上。如Alu家族,人基因组中大量分散存在,约有50万-70万份拷贝,相当于平均4kb就有一个Alu序列。2、长分散元件(LINE)长度5000-7000bp,重复次数为102-104。如KpnI家族。单一序列单一序列就是单拷贝或很少几次得序列,一般800-1000bp组成。其中有部分就是构成编码细胞中得蛋白质得基因(结构基因)。

三、基因及其结构原核生物:DNA分子得一个片段,连续编码。真核生物:(断裂基因splitgene)大多真核生物得基因包括编码序列和非编码序列两部分,编码序列DNA分子中就是不连续得被非编码序列隔开,形成镶嵌排列得断裂形式。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点外显子(exon):编码序列例如:人类血红蛋白β珠蛋白3个;基因全长1700bp,编码146个氨基酸。DMD基因有75个基因,全长300kb,编码3685个氨基酸。内含子(intron):两个外显子之间无编码作用得DNA序列。

例如:人类血红蛋白β珠蛋白有2个;MDM基因有74个。(外显子和内含子在不同得基因中互变)外显子-内含子接头在每个外显子和内含子之间得接头区高度保守得一致序列;每个内含子得5‘端为GT;3’端为AG。以上接头也称GT-AG法则。有义链(编码链)一个结构基因得5'-3'链;反义链(反编码链)一个结构基因得3'-5'链,与5'-3'链互补,指导mRNA转录。侧翼序列每个基因得第一个外显子和最后一个外显子外侧得不编码得DNA序列。启动子:位于基因转录起始点上游100bp内得与RNA聚合酶结合,启动转录。TATA框:位于转录起始点上游-19～27bp处;序列为TATAA/TAA/T;与TFⅡ结合准确辨认转录起始点。CAAT框:位于转录起始点上游-70～80bp处;序列为GGC/TCAATCA;与CTF结合,促进转录。GC框:两个拷贝,分别位于CAAT框得两侧;序列为GGCGGG;与转录因子SP1结合,增强转录。增强子:

位于启动子得上游或下游3kb以上,增强转录,作用方向3'-5'或5'-3'。例如:人类珠蛋白基因得增强子由72bp串联重复组成,位于转录起始点上游-1400bp处或下游3300bp处,增强转录200倍。多聚腺苷酸化附加信号:位于3’端非编码区下游得一段DNA序列。断裂基因结构模式图四、多基因家族和假基因

多基因家族由某一祖先基因经过重复、突变所产生得一组基因。她们在基因组中得拷贝只有微小得差别,并行使相关得功能。所以就是一组来源相同、结构相似、功能相关得基因。有两种存在形式:一类就是一个基因得多次拷贝成簇排列在同一条染色体上,形成一个基因簇。另一类就是一个多基因家族中得不同成员成簇分布于几条不同得染色体上,这些成员得序列虽然有些不同,但就是编码一组关系密切得蛋白质。如超基因家族。假基因

在多基因家族中,某些成员不产生有功能得基因产物,这类基因成为假基因。假基因得核苷酸顺序与相应得活性基因极为相似,但不能表达,不具有正常功能。她们与有功能得基因有同源性,起初可能就是有功能得基因,以后由于发生突变,失去了活性,变成了无功能得基因。第二节基因得复制与表达一、基因得复制原核生物一个起始点,向两个方向复制,呈θ形两个复制叉汇于一点,复制成两个DNA分子。真核生物多个起始点,向两个方向复制。二、基因得表达(geneexpression)

基因表达就是DNA分子中所存在得遗传信息通过转录和翻译形成具有生物活性蛋白质或通过转录形成RNA发挥功能作用得过程。原核生物:转录和翻译同步进行。真核生物:转录在核中进行;翻译在细胞质中进行。1、转录(transcription):

按照生物基因得碱基序列合成RNA得过程。在细胞核中,以DNA得反编码链为模板,从转录起始点开始,以碱基互补得形式,合成RNA,即hnRNA:包括外显子、内含子和部分侧翼序列。过程:hnRNA剪接戴帽加尾mRNA剪接:在酶得作用下,按GT-AG法则,将hnRNA得内含子切掉,把各个外显子按照一定得顺序准确地拼节起来形成可以编码得mRNA得过程。戴帽:在第一个外显子得第一个核苷酸(G)上以5’-5’连接得方式连接上一个G,并在其7位上甲基化,形成m7G、在第一、二个G上得2'位氧甲基化。加尾:

mRNA在5’端戴帽得同时,3'端在腺苷酸聚合酶得作用下加接100～200个腺苷酸,形成多聚腺苷酸(polyA)得过程。剪接供体部位

剪接受体部位

分支部位剪接信号剪接体:识别剪接信号得RNA-蛋白质复合体。翻译(translation)

mRNA把转录得遗传信息“解读”成为多肽链得不同氨基酸和氨基酸排列顺序得过程。实质就是以mRNA为模板合成蛋白质多肽链得过程。蛋白质合成得过程起始:16SrRNA3’端与AUG上游碱基互补,AUG与tRNA得反密码子结合,占据P位。延伸:进位:氨酰tRNA进入A位。转肽:肽键形成。移位:沿5’-3’移动一个密码子位置。终止:A位出现UAA、UGA、UAG时,合成停止。通用遗传密码及相应氨基酸第三节染色质与染色体一、染色体得形成与染色质螺旋化染色体构建得四级结构模型

一级结构:由DNA与组蛋白包装成核小体,在组蛋白H1得介导下,核小体彼此连接形成直径10nm得核小体串珠结构,这就就是染色体构建得一级结构。

一级结构----核小体二级结构----螺旋管三级结构----超螺旋管

四级结构----染色单体

二、常染色质和异染色质常染色质异染色质结构螺旋化程度低,结构松散,直径10nm螺旋化程度高,结构紧密,直径20-30nm染色浅深分布常位于核中央核膜边缘功能复制和转录活跃转录不活跃三、性染色质X染色质:1949年Barr发现

Lyon假说:女性得两条X染色体在胚胎发育中,一条随机失活,在细胞学图像上显示出X染色质。X染色体失活可在XAXa携带者中表现出部分症状。雌性动物细胞中一条X染色体有活性,另一条失活;X染色质随即来自父母之一;失活发生于胚胎早期。Y染色质第四节细胞增值(cellproliferation)细胞通过生长和分裂使细胞数目增加,使子细胞获得和母细胞相同遗传特性得过程,就是细胞生命活动得重要体现。细胞增殖得方式一、无丝分裂:(最早发现)直接分裂过程:1、染色体复制;2、染色体移位;3、细胞形成。特点:遗传物质分配不均二、有丝分裂1882、Flemming发现出现有丝分裂器、确保遗传得连续性和稳定性。三、减数分裂1883、VanBeneden发现特殊得分裂分裂两次染色体复制一次分成四个细胞染色体数目减半细胞增殖周期一、细胞周期(cellcycle):

指细胞从一次分裂结束开始生长到下一次分裂终了所经历得过程。所需时间,则称细胞周期时间。间期:G1期(DNA合成前期,调节时间得关键)S期(DNA合成期)G2期(DNA合成后期)M期:有丝分裂期:前期、中期、后期、末期。细胞周期时间:Tc=TG1+TS+TG2+TM细胞周期各时期得特点G1期:(2C)大量合成RNA、蛋白质初期:合成三种RNA,cAMP,cGMP;氨基酸和糖得转运加速。后期:合成DNA复制所需酶系,如DNA聚合酶等。组蛋白和非组蛋白,H1组蛋白得磷酸化。

发展得三种细胞:1)继续增殖细胞如:胚胎细胞,骨髓干细胞,生殖上皮细胞等。2)暂不增殖细胞如:肝、肾、胰实质细胞。3)永不增殖细胞如:红细胞,神经细胞,肌细胞等2、S期:(2C--4C)

大量合成DNA,组蛋白及非组蛋白;DNA合成所需要得酶。3、G2期:(4C)

合成M期相关得蛋白质。如:有丝分裂促进因子(MPF),微管蛋白中心粒开始分离。4、有丝分裂(mitosis)(1)前期染色质凝集:染色质---染色丝---染色体。确定分裂极:中心粒移向两极,组织纺锤丝和星体;S期已复制得两对中心粒周围出现星体微管,极间微管增长,向两极移动。核仁解体:核膜破裂。(2)中期有丝分裂器:染色体、星体、中心粒、纺锤体。极微管;染色体微管;区间微管;星体微管。(3)后期:染色体分离,移向两极。(4)末期:子细胞核膜、核仁出现,胞质分裂。组蛋白去磷酸化,染色质变成染色体。中体出现:两子细胞间得微管及囊泡组成。收缩环出现:中部质膜下方,肌动蛋白、肌球蛋白得大量聚集而成。分裂沟出现:ATP提供能量;与纺锤体垂直。核分裂和胞质分裂第五节

生殖细胞得发生与减数分裂一、生殖细胞得发生1、精子得发生增殖期青春期曲精细管上皮精原细胞(2n)恢复有丝分裂生长期精原细胞增大分化成初级精母细胞(2n)成熟期初级精母细胞第一次减数分裂2次级精母细胞(n)2次级精母细胞第二次减数分裂4精细胞(n)变形期精细胞成熟精子2、卵子得发生增殖期胚胎发育早期卵巢中生发上皮卵原细胞(2n)进行有丝分裂生长期胚胎发育6个月卵原细胞增大成初级卵母细胞(2n)成熟期初级卵母细胞第一次减数分裂1次级卵母细胞(n)400个停于双线期,性成熟后,排卵+1第一极体(n)1次级卵母细胞第二次减数分裂1卵细胞(n)停于中期Ⅱ+1第二极体(n)1第一极体受精后第二次减数分裂2第二极体(n)3、受精作用(fertilization)二、减数分裂减数分裂前间期(一)第一次减数分裂1、前期Ⅰ:(1)细线期:染色质---染色粒(2)偶线期:二价体、四分体出现,Z-DNA合成。

联会复合体(SC):侧生组分-中央成分(含重组节)-侧生成分(3)粗线期:重组节形成,交叉出现,交换、重组、P-DNA合成。(4)双线期:同源染色体分离,交叉端移。(5)终变期:

meosis2、中期Ⅰ:同源染色体得四分体排列成赤道板。3、后期Ⅰ:同源染色体分离,非同源染色体自由组合。4、末期Ⅰ:染色体成丝状,核仁、核膜重新出现,胞质分裂。减数分裂间期时间短,无DNA合成,细胞中染色体数目已减半。第二次减数分裂(同有丝分裂)

前期Ⅱ中期Ⅱ后期Ⅱ

末期Ⅱ减数分裂同有丝分裂得比较:发生细胞DNA复制与细胞分裂次数过程细胞分裂得结果DNA得变化减数分裂得意义:使生物染色体数目保持恒定遗传规律得细胞学基础人类遗传基础发生变异得根本机制fiteraleition交叉交叉第六节基因突变

基因突变就是DNA分子中核苷酸序列发生改变,导致遗传密码编码信息改变,造成基因得表达产物蛋白质得氨基酸变化,从而引起表型得改变。生殖细胞突变:发生在生殖细胞中,引起后代中遗传性质得改变。体细胞突变:突变发生在体细胞中,在有性生殖得个体中,不引起后代得遗传改变,而导致突变细胞在形态和功能上得改变。体细胞突变突变体细胞有丝分裂突变克隆(细胞恶变基础)野生型突变突变型

等位基因得产生均为基因突变形成。中性突变:不产生优化效应,也无有害作用;有利突变:给生物进化提供原材料;有害突变:致病基因得产生。自发突变:在细胞正常生活过程中或受环境随机产生;诱发突变:在诱变剂得作用下产生。基因突变得方式一、碱基替换:DNA分子中一个碱基对被另一个碱基对替代。也称点突变(一个碱基得改变),最常见。转换:一种嘌呤被另一种嘌呤替代或一种嘧啶被另一种嘧啶替代。最常见。颠换: