遗传和变异是生命的基本特征之一,第四章 生命的遗传与变异,遗传：生物世代间的延续，相似性 变异：生物个体间的差异——生物进化的保证,第一节 遗传的分子基础,一、DNA结构特征及其生物学意义亲代将遗传物质DNA以染色体的形式传给子代1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克,共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型DNA双螺旋结构模型的构建,20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本元素_______________, 基本单位是 脱氧核苷酸,C、 H、 O、 N、 P,1分子脱氧核苷酸 = + ________________ +______________ .,1分子磷酸,1分子脱氧核糖,1分子含氮碱基,脱氧 核糖,含氮碱基,磷酸,,,A,G,C,T,腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶,胸腺嘧啶,DNA一级结构是许多脱氧核苷酸经3’-5’磷酸二酯键聚合而成DNA链DNA二级结构为两条多核苷酸链相互逆向缠绕的双螺旋结构,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,,,,,,,,,C,,,,,,,,,,,,,（1）DNA分子是由两条平行反向的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。
2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧3）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则DNA双螺旋结构的主要特点,二、 人类基因组,人类细胞中所有的遗传信息构成了人类基因组 线粒体基因组 16569bp, 37个基因核基因组 30亿个bp, 3-5万个基因,,人类基因组的组织结构,三、 基因的结构及其功能,基因是指能产生一条肽链或功能RNA所必需的DNA片段 编码序列在DNA分子中是不连续的，被非编码序列隔开，形成镶嵌排列的断裂形式，因此称为断裂基因编码序列称为外显子 间隔的非编码序列称为内含子 内含子在转录后的加工中会被切除 启动子、增强子和终止子均位于编码链上的侧翼序列区域,四、DNA的复制,1.概念：,指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程2.时间：,有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期3.过程：,5.特点：,6.意义：通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代， 从而保持了遗传信息的连续性精确的模板和碱基互补配对原则 是准确复制的保证,两条链均可作为为模板,四种脱氧核苷酸,,解旋酶、聚合酶等,4.复制的基本条件：,边解旋边复制,及适宜的温度和酸碱度,半保留复制、半不连续复制,复制的过程,①解旋：利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开。
②形成子链：以解开的每段链为模板，以细胞中游离的脱氧核苷酸为原料,在酶的作用下，按照碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链 ③螺旋化：在酶的作用下，重新生成两个双螺旋结构的DNA分子半保留复制 半不连续复制,前导链:与复制叉移动的方向一致，通过连续的5ˊ-3ˊ聚合合成的新的DNA链 后随链：与复制叉移动的方向相反，通过不连续的5ˊ-3ˊ聚合合成的新的DNA链又称滞后链 复制叉：刚分开的模板链与未复制的双链DNA间的连接区复制子：每个复制起点到终点间的DNA复制区段称为复制子五、基因表达与调控,基因表达:DNA分子中蕴藏的遗传信息通过转录和翻译生成具有生物活性的蛋白质或通过转录形成RNA发挥功能的过程真核生物基因表达调控水平：,1、转录前水平调控,染色质结构的变化：常染色质和异染色质组蛋白的修饰：改变核小体结构 DNA的甲基化修饰,基因表达的多级调控,2、转录水平调控,启动子终止子增强子,3、转录后水平调控,帽结构：(1)防止mRNA降解、延长mRNA寿命(2)与核糖体小亚基结合(3)被翻译起始因子识别作用Poly(A)尾：(1)保护作用 (2)转运作用内含子剪接：选择性剪接内含子选择性剪接,外显子选择：选择性保留外显子。
内含子选择：选择性保留内含子 外显子互斥：两个外显子保留其一 剪接位点选择：改变剪接位点，保留或不保留部分内含子4、翻译水平调控,核糖体的数量 mRNA 稳定性的调控 mRNA 结构对翻译的影响 mRNA翻译成蛋白质的速率5、翻译后水平的调控,肽链中氨基酸的共价修饰:磷酸化，糖基化，乙酰化，甲基化等基因突变:是指DNA分子中核苷酸组成或排列顺序发生改变生物进化的基础 Gene突变 产生新的基因遗传病产生的原因,六、基因突变,,突变的方式有三种:碱基替换 移码突变 动态突变,1、 碱基置换DNA分子中一个碱基被另一个不同的碱基所替代.是DNA分子中发生的单个碱基的改变,也称为点突变类型:1、转换：嘌呤和嘌呤、嘧啶和嘧啶之间发生的替换.是最常见的.2、颠换：嘌呤和嘧啶之间的替换.,碱基置换产生的效应：同义突变:碱基被替换之后，产生了新的密码子，但新旧密码子同义，所编码的氨基酸种类保持不变，因此同义突变并不产生突变效应 错义突义:碱基替换使编码某种氨基酸的密码子变成编码另一种氨基酸的密码子，从而使多肽链的氨基酸种类和序列发生改变无义突义:突变后不构成任何一个氨基酸的密码，形成了终止密码，导致多肽链合成提前终止。
终止密码突变:突变后使原来的终止密码子变成编码氨基酸的密码子，导致多肽链延长2、移码突变:基因的碱基序列中增加或减少一个或几个(不是3或3的倍数)碱基对，造成在缺失或插入点及其以后的密码子全部发生移位性改变移码突变导致严重的遗传病3、动态突变：重复序列的重复次数增加 正常情况下重复的拷贝数有一定的变异范围，当重复的拷贝数扩展，超过了正常的范围就表现为疾病第二节 遗传的细胞基础,一、染 色 质,(一)染色质的分子结构 (二)常染色质与异染色质 (三)性染色质1．X染色质2．Y染色质,,,,染色质,定义：间期细胞核中伸展开的DNA蛋白质纤维 分类：常染色质异染色质,间期核中的染色质，根据其螺旋化程度及染色程度分为常染色质和异染色质两类常染色质 异染色质 间期染色程度 染色浅 染色深 分布 核中央 核膜附近 螺旋化程度 低 高呈疏松状态 呈凝集状态 DNA序列 单一序列和 高度重复序列部分重复序列 功能状态 活跃的DNA分子部分 不活跃的DNA分子部分 进行转录和翻译 不能转录和翻译,,,,,,常染色质与异染色质,染色体： 是遗传物质(基因)的载体。
它由DNA和蛋白质等构成，具有储存和传递遗传信息的作用人类染色体的基本特征,染色质和染色体实质上是同一物质在不同细胞周期、执行不同生理功能时不同的存在形式染色质和染色体,概念：指间期核中染色质的异染色质部分显示出来的一种特殊结构分为X染色质和Y染色质 1、 X染色质：雌性哺乳动物间期细胞核中染色很深的浓缩小体又称之为性染色质体或巴氏小体性染色质,X染色质 A、B、C、D、E：分别为含0、1、2、3、4个X染色质,,◎为什么正常女性的间期细胞核中有巴氏小体，而男性没有？这种差异的原因？ ◎为什么正常女性两条X染色体的基因产物并不比男性多？,Lyon假说的要点： （1）雌性哺乳动物体细胞中，两条染色体中仅有一条在遗传上有活性；另一条在遗传上是失活的，在间期核中异固缩为X染色质; （2）失活发生在胚胎早期，如人类大约在妊娠的第16天； （3）X染色体的失活是随机的也就是说在女性细胞中的两条X染色体只有一条有活性，另一条无转录活性，在间期细胞核异固缩而失活保证了雌雄两性细胞中都只有一条x染色体具有转录活性这样男女X连锁基因产物数量保持相同水平，这种效应称为剂量补偿Lyon假说：,● 正常男性的间期细胞用荧光染料染色后，在核中可见到一个圆形或椭圆形的强荧光小体，称为Y染色质。
● 位于Y染色体长臂远端2/3的区段；● 是男性细胞中特有的；● 细胞中Y染色质的数目与Y染色体的数目相同；● 正常男性的间期细胞中有一个Y小体；,2、Y染色质,Y染色质,染色质的化学组成,染色质=蛋白质+DNA 组蛋白:H1 H2A H2B H3 H4非组蛋白:种类多,（一）DNA,双螺旋结构 3种序列：①单一序列；②中度重复序列（101~5）；③高度重复序列（>105）带正电荷，为结构蛋白，共5种，分为： 核心组蛋白：H2A、H2B、H3、H4； 连接组蛋白：H1,（二）组蛋白,序列特异性DNA结合蛋白特性： 带负电，属酸性蛋白 整个细胞周期都合成，组蛋白只在S期合成 能识别特异DNA序列，结合靠氢键和离子键 功能：帮助DNA折叠、复制；调节基因表达三）非组蛋白,从DNA到染色体,核小体：一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成，通过酶消化实验建立 核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒； DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；,相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。
在低盐亲水介质中展开的染色质，示串珠状的核小体（JA，Gall 1981）,,,核小体,核心颗粒,核心,DNA连接部,动画,A,B,核小体与核小体连接形成串珠状的染色质,动画,螺旋管顶面观,二级结构：螺线管,三级结构 --超螺线管,超螺线管直径为300nm，长约11一60um染色质的组装,二、染色体的形态结构、类型与数目,在染色体狭窄处是着丝粒着丝粒将染色体分为短臂(p)和长臂(q)人类染色体的类型,根据着丝粒在染色体上的位置，可以把 染色体分为3种类型 中部着丝粒染色体 亚中部着丝粒染色体 近端着丝粒染色体,人类染色体的3种类型图解,人类染色体的数目 1965年，美籍华人蒋有兴证实：人类染色体数目是46条，而不是48条三、人类的正常核型,（一）人类染色体非显带核型 ◇ 核型：指一个细胞的全部染色体，按照大小、形态特征顺序排列成的图像 ◇ 核型分析：对核型进行染色体数目、形态特征的分析根据人类细胞遗传学国际命名体制（ISCN），根据染色体的形态、大小和着丝粒的位置将染色体分为七组：A组：1~3，大 B组：4、5 大C组：6~12+X 中 D组：13~15 中E组：16~18 ，小， F组：19、20，小G组：21、22 +Y，最小,人类核型分组与各组染色体形态特征（非显带标本）,核型的描述,染色体总数，性染色体 正常男性 46 ，XY 正常女性 46 ，XX,（二）染色体显带技术 染色体显带：经不同的方法处理染色体，经染色后使染色体在纵轴上显示宽窄不一、亮度不同的横纹即显带（Banding）。
这种带对每一条染色体来说都是独特的，可以区分和确认每一条染色体◇ 每条染色体由一系列连续的带纹组成， 没有非带区； ◇ 界标（landmark）：是识别染色体的 重要指标包括：长短臂的末端、着丝粒 和带 ◇ 区（region）：是指相邻界标之间的 区域人类染色体显带核型的识别,◇ 描述特定的带需写明的4个内容： ①染色体号；②臂号；③区号：④带号核型分析中常用的符号和术语,,核型分析中常用的符号和术语,第四节 人类与遗传疾病,遗传性疾病的类型,（一）染色体病（chromosome disorders）：由染色体的结构或数目变异引起的疾病如：唐氏综合征，即21-三体综合征； （二）单基因遗传病（single-gene disorders）由单个基因的突变所引起的遗传病如：遗传性舞蹈病、先天聋哑、红绿色盲、血友病、抗维生素D性佝偻病等 （三）多基因遗传病（polygenic disorders）：由多对基因和环境因素共同作用所引起的疾病如：高血压、糖尿病、精神分裂症、哮喘及某些先天畸形如脊柱裂、唇裂、先天性心脏病等 （四）线粒体病（mitocondrial genetic disorders）：由线粒体DNA的变异所引起的疾病。
如：遗传性视神经病（由mtDNA错义突变所致）；母系遗传的肌病和心肌病、另外，帕金森病、非胰岛素依赖性糖尿病、氨基酸糖苷诱发的耳聋等与mtDNA的突变有关 （五）体细胞遗传病（somitic cell genetic disorders）：由体细胞遗传物质的突变所引起的疾病如：肿瘤、某些先天畸形等。