《2019年基因突变的病精美生物医学ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019年基因突变的病精美生物医学ppt课件（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 基因的本质和作用,本章介绍,核酸是生物遗传的物质基础，各种生物的生长、繁殖以及体现生命的代谢模式等特征都是由核酸决定的。核酸是生物体内合成的一类大分子物质，其基本结构是多聚核苷酸，根据核酸组成中所含戊糖的不同，可将核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸(RNA)两大类。 DNA通过其组成中特定的核甘酸顺序储存遗传信息，通常所说的基因就是指DNA分子的一个片段；RNA主要在遗传信息的表达及蛋白质合成中起重要作用。,第一节 遗传物质的化学本质,第二节 基因,第三节 人类基因组,第四节 基因突变,第一节 遗传物质的化学本质,本节介绍,DNA即脱氧核糖核酸，DNA分子上有许多具有特定遗传效应
2、的分子片段，称为基因。DNA是细胞中具有重要生物功能的生物大分子，是主要的遗传物质；它能指导细胞中蛋白质(包括酶)合成，控制细胞的增殖、代谢和分化。遗传病的产生最终也是由于DNA序列改变引起的。通过本节学习可以掌握有关遗传物质的化学组成、分子结构及功能。,1869年，瑞士外科医生米歇(FMiescher)从伤口绷带上的脓细胞的细胞核中发现并分离出一种酸性的物质称为核酸，随后逐渐发现所有生物体都含有核酸。核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类。 RNA绝大部分(约90)分布在细胞质中，其余在核内。 在真核细胞中，DNA除极少部分存在于细胞器(如线粒体、叶绿体)。其余绝大部分(约
3、98)存在于细胞核染色质中。 DNA即脱氧核糖核酸，是细胞中具有重要生物功能的生物大分子，是主要的遗传物质；它能指导细胞中蛋白质(包括酶)合成，控制细胞的增殖、代谢和分化。遗传病的产生最终也是由于DNA序列改变引起的。,一、DNA是遗传物质,1928年，英国医生Griffith F利用肺炎双球菌的两个品系S和R为实验材料，发现了肺炎双球菌的转化现象。1944年，Avery和他的合作者为了弄清转化现象的化学本质，将致病菌(S品系)中的蛋白质、DNA等各种成分提取出来，分别加入到非致病菌(R品系)的培养基中混合培养，结果发现只有DNA能引起细菌转化，使非致病菌变成致病菌，其他物质均不能实现转化。这
4、一实验充分证明，只有DNA是遗传物质。,以后的研究又发现，对于只有RNA而不含DNA的RNA病毒，其遗传物质是RNA。因此，我们可以得出这样的结论：绝大多数生物(包括人)的遗传物质是DNA，极少数生物(如RNA病毒)遗传物质是RNA。,二、DNA的化学组成、分子结构与功能,1.DNA的基本组成 DNA是生命大分子，其组成的基本单位是脱氧核苷酸。每个脱氧核苷酸又是由三部分组成：一分子磷酸、一分子脱氧核糖和一分子碱基。,(一)DNA的化学组成,碱基分两类：嘌呤和嘧啶。嘌呤包括腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)。 嘧啶包括胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。,2.DNA的基本组成单位脱氧核苷酸,由于组成DNA的碱
5、基主要有四种，故组成DNA的脱氧核苷酸也有四种，它们是：脱氧腺苷酸(dAMP)、脱氧鸟苷酸(dGMP)、脱氧胞苷酸(dCMP)以及脱氧胸苷酸(dTMP)。,(二)DNA的分子结构,多脱氧核苷酸链中脱氧核苷酸的排列顺序称为DNA分子的一级结构。 DNA分子是由几千至几千万个脱氧核苷酸聚合而成的，相邻的脱氧核苷酸之间通过3、5磷酸二酯键连接起来。即一个脱氧核苷酸上的磷酸，既与自身脱氧核糖上的第5碳以酯键相连，又与另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖第3碳以酯键相连，形成一个磷酸二酯键，把两个脱氧核苷酸结合在一起。这样，通过3、5磷酸二酯键把许多个脱氧核苷酸一一连接起来，形成一条很长的多脱氧核苷酸链。,1.D
6、NA分子的一级结构,(二)DNA的分子结构,1953年，Watson和Crick提出了DNA分子二级结构的双螺旋结构模型，阐述了DNA分子的空间结构，其要点是： DNA分子由两条走向相反的多脱氧核苷酸链构成，一条从35，另一条从53。 两条多脱氧核苷酸链平行地围绕同一中心轴向右盘旋，形成右手双螺旋结构。 在DNA的双螺旋结构中，磷酸和脱氧核糖交替排列，位于双螺旋结构的外侧，构成了DNA分子的基本骨架。 碱基位于双螺旋结构的内侧，两条链上的碱基一一对应，彼此间通过氢键相结合，组成互补碱基对，A与T以二个氢键相连(用A-T表示)，G与C以三个氢键相连(用G-C表示)。DNA分子中这种碱基互补配对关
7、系称为碱基互补规律。根据这一规律，只要知道DNA分子中一条链的碱基顺序，就可以推知另一条链的碱基顺序。 DNA分子相邻碱基对的间距为0.34nm，每螺旋一周包含10对脱氧核苷酸或10个碱基对(bp)，即螺距为3.4nm，螺旋直径为2nm。,1.DNA分子的二级结构,(三)DNA的功能,DNA是生物的遗传物质，其主要功能是储存、复制和传递遗传信息。 1.储存遗传信息 DNA分子中，位于两条链外侧的是脱氧核糖和磷酸，它们彼此交替排列，顺序不变，不可能储存遗传信息；位于两条链内侧的是碱基，尽管DNA只有四种碱基，但在不同的DNA分子中碱基对的排列顺序各不相同，假如某一段DNA分子含有100个碱基对，
8、则该段碱基就可有4100种不同的排列组合方式，所以决定生物各种性状的遗传信息就储存在碱基对的排列顺序中。这也是我们通常用碱基排列顺序表示DNA分子的原因所在。如果DNA分子中一个碱基对发生改变，就意味着它储存的遗传信息将发生变化。,1.DNA分子的二级结构,以DNA分子的两条链为模板，在DNA聚合酶的作用下互补合成子代DNA的过程称为DNA复制。 DNA复制时，首先DNA的双螺旋结构在酶的作用下解旋，然后分别以两条链为模板，吸收周围游离的脱氧核苷酸，在DNA聚合酶催化下，按碱基互补规律(A-T、G-C)合成两条新链。这样，原有的一个DNA分子就复制成两个完全相同的子代DNA分子。新合成的子代D
9、NA的两条链，只有一条是新合成的，而另一条是来自亲代DNA，这种复制方式称为半保留复制。通过复制，子代DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序与原有亲代DNA分子完全相同，这样遗传信息就由亲代DNA分子传递到了子代DNA分子。,2.DNA的复制,转录是指以DNA分子中的一条链为模板，互补合成RNA的过程。 转录时，DNA的双链在酶的作用下局部解旋，以其中的一条链为模板，按碱基互补规律(RNA中以U代替T，和DNA中的A配对)，以四种核苷三磷酸为原料，在RNA聚合酶作用下合成出一条RNA单链，DNA重新恢复成双螺旋结构。经过转录产生的RNA，它的碱基排列顺序是由模板DNA的碱基排列顺序决定的。在转录过程
10、中，起模板作用的那条DNA单链称为模板链，又称为反编码链；而与模板链相互补的、不作为转录模板的另一条DNA单链称为非模板链，又称为编码链。编码链与转录产物新合成的RNA碱基顺序相同，只是DNA中的T变为RNA中的U，这是称谓编码链的道理所在。,3.DNA的转录,三、RNA的分子结构与功能,RNA由DNA转录而成，为单链结构，比DNA链短。组成RNA分子的基本单位是核苷酸，每个核苷酸都是由一分子磷酸、一分子核糖和一分子碱基组成。构成RNA的碱基有四种，腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）三种碱基与DNA相同，另一种与DNA不同，为尿嘧啶（U）。,(一)RNA的分子组成,组成RNA分子的核苷酸
11、有四种：腺嘌呤核苷酸(AMP)、鸟嘌呤核苷酸(GMP)、胞嘧啶核苷酸(CMP)和尿嘧啶核苷酸(UMP)，这四种核苷酸也是通过3、5磷酸二酯键连接起来而成一条单链，有的RNA单链自身回折、碱基互补配对(A-U、C-G)形成局部的双链结构(假双链)，中间不能配对的部分形成环状突起。,（二）RNA分子的基本单位核苷酸,（三）RNA分子的种类,1.信使RNA(mRNA) DNA分子中储存的遗传信息，经过转录传递到信使RNA，以密码子的形式储存进去，作为蛋白质合成的模板。,RNA按功能分为三种：信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)，这三种RNA都参与蛋白质的合成。,2
12、.转运RNA(tRNA) 由于局部形成假双链结构，使tRNA分子呈“三叶草”形，由氨基酸臂、反密码子环等部分组成。在反密码子环的中间，有三个碱基恰好与mRNA上的一个相应的密码子互补，这三个碱基称为反密码子。tRNA的功能是转运相应的活化氨基酸到核糖体中。,3.核糖体RNA(rRNA) rRNA是核糖体的重要组成成分，而核糖体则是细胞中蛋白质合成的场所。在核糖体的大亚基上有两个重要部位，一个是肽酰tRNA结合部位，简称P位；另一个是氨基酰tRNA结合部位，简称A位，这两个部位是携带氨基酸的tRNA的附着部位。,第二节 基因,本节介绍,基因是遗传物质的基本单位，是DNA分子的功能片段，随着遗传学
13、、生物化学、分子生物学等领域的不断发展，基因的概念也在不断完善。1909年Johannsen将孟德尔遗传因子称为（gene）基因。科学家通过研究后证实，一个病毒DNA有n个基因，一个细菌的DNA 有9000个基因，人类每个体细胞中的46个DNA分子中（每一条染色体为一个DNA分子）的23条（另23条与其同源）有3-4万个结构基因。通过本节学习，我们可以了解到基因的结构、种类、功能及表达的调控，为今后知识的学习打基础。,一、基因的概念及其种类,(一)基因的概念 随着人们对基因认识的不断深入，基因的概念也在不断地发展。现代遗传学认为：基因是具有某种特定遗传效应的DNA片段，是遗传的基本单位。储存遗
14、传信息，可通过控制细胞内RNA和蛋白质(酶)的合成决定生物的遗传性状。,(二)基因的种类,1.按照基因在细胞内分布的部位，可将其分为细胞核基因和细胞质基因。 细胞核基因位于细胞核内的染色质上，绝大多数基因属于细胞核基因。 细胞质基因位于细胞质内，如原核细胞中的质粒，真核细胞中的线粒体基因。线粒体是人类细胞中除细胞核以外唯一存在DNA的细胞器。,2.按照基因的功能，可将其分为结构基因和调控基因 结构基因是指决定某种多肽链氨基酸种类和排列顺序的基因。 调控基因是指某些可调节控制结构基因表达的基因，调控基因突变可以影响一个或多个结构基因的功能，导致一个或多个蛋白质(酶)合成量的改变。 在显示基因结构
15、时，通常只用DNA一条链的碱基顺序(编码链)来表示，左侧为编码链的5端，右侧为3端，以某一点(例如转录起始点)为参照，与转录方向一致的位置称为下游，与转录方向相反的位置称为上游。,二、真核细胞结构基因的分子结构,基因中能够通过转录和翻译决定多肽链氨基酸的种类、数目及排列顺序的碱基序列称为编码顺序。原核生物结构基因的编码顺序通常是连续的，绝大多数真核生物的结构基因的编码顺序是不连续的，被一些非编码顺序分割成若干段，形成镶嵌排列的断裂形式，称为断裂基因。,人类结构基因包括编码区和侧翼顺序两个部分： (一)编码区 编码区包括外显子和内含子。 1.外显子 是指在结构基因中，有编码作用的DNA顺序。 2
16、.内含子 指位于两个外显子之间没有编码作用的DNA顺序,3.外显子和内含子的关系及特点： 在结构基因中，外显子和内含子是相间排列的。 一个结构基因中外显子的数目总是等于内含子的数目加1，外显子长度远远小于内含子长度。不同的结构基因外显子和内含子的数目相差很大，基因的长度也相差悬殊。如人血红蛋白珠蛋白链基因含有3个外显子，2个内含子，长约1.7kb(千碱基)。苯丙氨酸羟化酶基因则含有13个外显子和12个内含子，仅编码区全长就达90kb。 在每个外显子与内含子的交界处，都有一段高度保守的特异性碱基顺序。每个内含子的5端以GT开始，3端以AG结束，这一特异的碱基顺序称为外显子内含子接头，也称GTAG法则。它是RNA的剪切识别信号。 在显示基因结构时，通常只用DNA一条链的碱基顺序(编码链)来表示，左侧为编码链的5端，右侧为3端，以某一点(例如转录起始点)为参照，与转录方向一致的位置称为下游，与转录方向相反的位置称为上游。,(二)侧翼顺序,侧翼顺序是指在第一个外显子和最末一个外显子外侧的一段非编码区。 它含有一些重要的基因调控顺序，对基因的表达有重要影响。 1.启动
