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1、Gene概念的發(fā)展 1857 Mendel genetic factor 1909 Johannsen gene theory of pangenesis 1910 Morgan gene染色體 摩爾根是第一位以遺傳學成就而榮獲諾貝爾生理學醫(yī)學獎的科學家，是染色體遺傳學的創(chuàng)始人第1頁/共80頁 孟德爾因子不可能由染色體攜帶美國博物學家 果蠅的白眼基因居然是由性染色體攜帶的 科學第2頁/共80頁 果蠅體型小，體長不到半厘米；飼養(yǎng)管理容易，既可喂以腐爛的水果，又可配培養(yǎng)基飼料；一個牛奶瓶里可以養(yǎng)上成百只。果蠅繁殖系數高，孵化快，只要1天時間其卵即可孵化成幼蟲，2-3天后變成蛹，再過5天就羽化為成蟲
2、。從卵到成蟲只要10天左右，一年就可以繁殖30代。果蠅的染色體數目少，僅3對常染色體和1對性染色體，便于分析。第3頁/共80頁 不同領域的科學家從不同方向朝基因的分子水平進軍，在分子遺傳學的醞釀時期形成了三大學派：信息學派、生化學派和結構學派。第4頁/共80頁 DNA雙螺旋結構的發(fā)現n1951年 Watson 23歲nCrick， 31歲 nDNA應該是雙螺旋 nA與T、 C與G巧妙連接 n符合X衍射數據 DNA的復制n1 9 5 3 年 2 月 2 8 日 ，Waterson 和Crick用金屬線又制出了新的DNA模型，他們?yōu)樽匀豢茖W樹立了一座閃閃發(fā)光的里程碑。第5頁/共80頁一、一、 核酸
3、分子及其結構分子及其結構第6頁/共80頁（一）核苷酸（一）核苷酸每一個核苷酸含有一個戊糖（核糖或脫氧核糖）分子、一個磷酸分子和一個含氮的有機堿（堿基）。第7頁/共80頁第8頁/共80頁核苷酸的有機堿分為兩類；一類是嘌呤，是雙環(huán)分子；一類是嘧啶，是單環(huán)分子。第9頁/共80頁嘌呤包括腺嘌呤嘌呤包括腺嘌呤(A)(A)和鳥嘌呤和鳥嘌呤(G)2(G)2種種嘧啶有胸腺嘧啶嘧啶有胸腺嘧啶(T)(T)、胞嘧啶、胞嘧啶(C)(C)和尿和尿嘧啶嘧啶(U)3(U)3種。種。DNADNA的堿基是的堿基是A A、T T、 G G、C CRNARNA的堿基是的堿基是A A、U U、 G G、C C 第10頁/共80頁脫氧
4、核糖或核糖上第一位碳原子與嘌呤或嘧啶結合，就成為脫氧核苷或核苷第11頁/共80頁第三位或第五位碳原子再與磷酸結合，就成為脫氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。第12頁/共80頁第13頁/共80頁 磷酸核酸 核苷酸 戊糖 核苷 嘌呤堿 或嘧啶堿第14頁/共80頁 DNA分子是由兩條脫氧核糖核酸長鏈互以堿基配對相連而成的螺旋狀雙鏈分子； DNA主要存在于細胞核內的染色質中，是遺傳信息的攜帶者。（二）（二）DNADNA雙螺旋結構雙螺旋結構第15頁/共80頁3.4nm含含10個堿基對個堿基對DNA雙螺旋結構模型雙螺旋結構模型第16頁/共80頁堿基互補配對堿基互補配對通過氫鍵結合通過氫鍵結合A=TG C堿基對（堿
5、基對（bp）5CAGTTCA3| | | | | | |3GTCAAGT5DNA的雙鏈形成的雙鏈形成第17頁/共80頁1.DNA分子是由兩條相互平行方向分子是由兩條相互平行方向相反的多核苷酸鏈圍繞著同一中心相反的多核苷酸鏈圍繞著同一中心軸形成的雙螺旋結構。軸形成的雙螺旋結構。Watson和和 Crick的的DNA雙螺旋結構模型雙螺旋結構模型第18頁/共80頁2.兩條長鏈的堿基在雙螺旋內側按兩條長鏈的堿基在雙螺旋內側按堿基配對原則（堿基配對原則（A=T，G三三C）以）以氫鍵相連。氫鍵相連。3.相鄰堿基對旋轉相鄰堿基對旋轉36，間距，間距0.34nm，一個螺旋包含，一個螺旋包含10個堿基旋個堿基旋
6、轉轉360，螺距為，螺距為3.4nm。第19頁/共80頁（三）（三）RNARNA分子分子 RNA分子是單鏈的，RNA在細胞核內產生，然后進入細胞質，在蛋白質的合成中起重要作用。第20頁/共80頁 1.RNA1.RNA的種類的種類 細胞中主要有3種RNA:信使RNA（messager RNA, mRNA）核糖體RNA（ribosome RNA, rRNA） 轉運RNA（tranfer RNA, tRNA）第21頁/共80頁2.RNA2.RNA的作用的作用mRNA是遺傳信息的攜帶者。在細胞核中轉錄DNA上的遺傳信息，再進入細胞質，是蛋白質合成的模板。第22頁/共80頁tRNA第23頁/共80頁tR
7、NA局部為雙鏈，在3、5端相反一端的環(huán)上具有由3個核苷酸組成的反密碼子。tRNA的反密碼子在蛋白質合成時與mRNA上互補的密碼子相結合。tRNA起識別密碼子和攜帶相應氨基酸的作用。第24頁/共80頁rRNA和蛋白質共同組成的復合體就是核糖體，核糖體是蛋白質合成的場所。核糖體的大小亞基在行使翻譯功能即肽鏈合成時聚合成整體，為蛋白質的合成提供場所。核糖體上具有附著mRNA模板鏈的位置，還有兩個tRNA附著的位置，分別稱為A位和P位。第25頁/共80頁第26頁/共80頁閱讀遺傳閱讀遺傳密碼，攜密碼，攜帶氨基酸帶氨基酸進行蛋白進行蛋白質合成質合成攜帶遺傳攜帶遺傳密碼、指密碼、指導蛋白質導蛋白質合成合成
8、第27頁/共80頁 （四）四）RNARNA與與DNADNA的主要差別：的主要差別：第28頁/共80頁 DNA RNA組組成成堿基堿基 A G C T A G C U糖基糖基 脫氧核糖脫氧核糖 核核 糖糖磷酸磷酸 磷磷 酸酸 磷磷 酸酸第29頁/共80頁 DNA RNA結結構構 以兩條相互以兩條相互平行方向相反平行方向相反的多核苷酸鏈的多核苷酸鏈組成，兩鏈之組成，兩鏈之間通過間通過A T G C以以 氫鍵互補氫鍵互補配對相連配對相連 大部分為單鏈大部分為單鏈分子，在某些分子，在某些區(qū)域可折疊形區(qū)域可折疊形成局部雙螺旋成局部雙螺旋結構。結構。第30頁/共80頁 DNA RNA功功能能 儲存、復制儲
9、存、復制傳遞遺傳信傳遞遺傳信息息 指導蛋白質指導蛋白質的生物合成的生物合成第31頁/共80頁二、DNA復制第32頁/共80頁（一）復制的過程復制所需組分：1.底物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)2.聚合酶 DNA聚合酶3.模板單鏈的DNA母鏈4.引物寡核苷酸引物（RNA)5.其他酶和蛋白質因子 拓撲異構酶，解鏈酶，引發(fā)酶，單鏈結合蛋白，連接酶，端粒酶，增殖細胞核抗原（PCNA)第33頁/共80頁復制的過程第34頁/共80頁復制的過程復制子(replicon)： DNA復制開始于染色體上固定的起始點(origin, ori)?；蚪M能獨立進行復制的單位稱為復制子(replic
10、on)。每個復制子都含有控制復制起始的起點。 第35頁/共80頁第36頁/共80頁第37頁/共80頁復制泡(replication bubble) : 復制開始時，起始點處的DNA雙螺旋先解開，在電鏡下可看到呈眼泡狀 。復制叉(replication fork) : 松解開的兩股鏈和末松解開的雙螺旋 形狀像一把叉子 。第38頁/共80頁第39頁/共80頁（二）復制的特點半保留復制第40頁/共80頁半保留復制(semi-conservative replication) : DNA復制時，兩條鏈分開，然后按照堿基配對方式合成新的子鏈，每個子代分子的雙鏈DNA中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合
11、成的。 第41頁/共80頁半不連續(xù)復制 第42頁/共80頁 半不連續(xù)復制 前導鏈(leading strand) ： 新合成的DNA的一條鏈是按5 3方向（與復制叉移動的方向一致）連續(xù)合成的。 滯后鏈(lagging strand ): 新合成的DNA中的另一條鏈的合成則是不連續(xù)的，先合成許多短片段 ，再通過DNA連接酶（DNA ligase）的作用將這些短片段連成一條完整的鏈 。岡崎片段(Okazaki fragment) : 滯后鏈合成過程中，先合成的較短的DNA片段 。第43頁/共80頁三、 基因的表達第44頁/共80頁第45頁/共80頁基因表達(gene expression)： 指基
12、因的遺傳信息通過轉錄(transcription)和翻譯(translation)的過程成為具有生物功能的多肽和蛋白質。第46頁/共80頁(一)基因的轉錄轉錄(transcription) ： 以DNA分子為模板，在RNA聚合酶作用下合成RNA的過程。 第47頁/共80頁1.轉錄的過程DNA指導的RNA聚合酶聚合酶 轉錄產物 在細胞內分布 18s,5.8S,28S rRNA 核仁 mRNA前體，hnRNA 核質 tRNA,5srRNA 核質第48頁/共80頁轉錄過程第49頁/共80頁 DNA分子的局部雙鏈在酶的作用分子的局部雙鏈在酶的作用下暫時解旋，以其中一條下暫時解旋，以其中一條DNA鏈作鏈
13、作為為RNA合成的模板鏈，按堿基互補合成的模板鏈，按堿基互補配對原則，以四種核苷酸（配對原則，以四種核苷酸（A，G，C，U）為原料，在）為原料，在RNA聚合酶催聚合酶催化下合成出一條單鏈化下合成出一條單鏈RNA，合成方，合成方向為向為5 3。 轉錄過程第50頁/共80頁第51頁/共80頁編碼鏈 ： 與模板鏈互補的另一條DNA單鏈稱非模板鏈，與新轉錄合成的RNA具有同樣的53方向和堿基順序 ，又稱為編碼鏈 。反編碼鏈 : 即模板鏈。第52頁/共80頁第53頁/共80頁不對稱轉錄 雙鏈DNA在細胞內進入轉錄時，總是只有其中的一條鏈作為轉錄的模板鏈，究競以哪條鏈為模板則完全由啟動子在哪條鏈來決定 。
14、第54頁/共80頁2.轉錄產物的加工mRNA的加工的加工第55頁/共80頁mRNA的加工 1)1)剪接剪接(splicing)(splicing) 核內不均-RNA(hetro geneous nuclear RNA,hn RNA) 包含了mRNA基因的內含子、外顯子，前導區(qū)、尾部區(qū)相對應全部序列 。在剪接酶的作用下，內含子相對應的序列被剪掉，剪接點即是基因中內含子與外顯子接頭處的剪接信號(GT-AG),相應于RNA中(GU-AG)。內含子被剪掉后，外顯子對應序列連接起來，這個過程稱剪接。第56頁/共80頁2)戴帽在前mRNA的5端加7甲基鳥嘌呤核苷三磷酸(m7Gppp)，通過特殊的5 5磷酸
15、二酯鍵與RNA轉錄物5端第一個核苷酸相連 。第57頁/共80頁戴帽的意義: （1）帽子結構是核糖體小亞基的識別信號，促進mRNA與核糖體結合； （2）帽子結構還能有效地封閉mRNA5端，防止核酸外切酶的降解作用，保證了mRNA的穩(wěn)定性。第58頁/共80頁3)加尾第59頁/共80頁加尾的作用：加尾的作用：（1）保持）保持mRNA的的3末端的末端的穩(wěn)定，不受酶的破壞。穩(wěn)定，不受酶的破壞。 （2）可促使）可促使mRNA由細胞核由細胞核轉運到細胞質中。轉運到細胞質中。第60頁/共80頁(二)蛋白質的生物合成第61頁/共80頁U C A G遺遺 傳傳 密密 碼碼 表表第一堿基第一堿基(5,)UCAG第第
16、 二二 堿堿 基基第三堿基（第三堿基（3，）UCAGUCAGUCAGUCAG苯丙氨酸苯丙氨酸 絲氨酸絲氨酸 酪酪 氨氨 酸酸 半胱氨酸半胱氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸 絲氨酸絲氨酸 酪酪 氨氨 酸酸 半胱氨酸半胱氨酸亮亮 氨氨 酸酸 絲氨酸絲氨酸 終止密碼終止密碼 終止密碼終止密碼亮亮 氨氨 酸酸 絲氨酸絲氨酸 終止密碼終止密碼 色色 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸 脯氨酸脯氨酸 組組 氨氨 酸酸 精精 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸 脯氨酸脯氨酸 組組 氨氨 酸酸 精精 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸 脯氨酸脯氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 精精 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸 脯氨酸脯氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 精精 氨氨
17、酸酸異亮氨酸異亮氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 絲絲 氨氨 酸酸異亮氨酸異亮氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 絲絲 氨氨 酸酸異亮氨酸異亮氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 賴賴 氨氨 酸酸 精精 氨氨 酸酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 *+合成起步信號合成起步信號 蘇氨酸蘇氨酸 賴賴 氨氨 酸酸 精精 氨氨 酸酸 纈纈 氨氨 酸酸 丙氨酸丙氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 甘甘 氨氨 酸酸纈纈 氨氨 酸酸 丙氨酸丙氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 甘甘 氨氨 酸酸纈纈 氨氨 酸酸 丙氨酸丙氨酸 谷谷 氨氨 酸酸 甘甘 氨氨 酸酸纈纈 氨氨 酸酸 丙氨酸丙氨酸 谷谷 氨氨 酸酸 甘甘 氨氨 酸酸第62頁/共80頁遺傳密碼的特征遺
18、傳密碼的特征特特 征征 方向性：方向性：5，3， 5，-UUG- 3，亮氨酸亮氨酸 5，-GUU- 3，纈氨酸纈氨酸 簡并性和兼職簡并性和兼職簡并性：同義密碼簡并性：同義密碼兼職兼職通用性通用性不重疊不重疊 無標點無標點5，-GTT TAT GGT ACG CTG- 3，D基因的閱讀方式基因的閱讀方式 纈纈 酪酪 甘甘 蘇蘇 亮亮 5，-GTT TAT GGT ACG CTG- 3，E基因的閱讀方式基因的閱讀方式 苯丙苯丙 甲硫甲硫 纈纈 精精 第63頁/共80頁蛋白質的合成的過程步驟一：肽鏈合成的起始步驟一：肽鏈合成的起始v核糖體小亞核糖體小亞基與基與mRNA、起始起始tRNA結合結合v大小
19、亞基的大小亞基的結合結合第64頁/共80頁步驟二：肽鏈的延長步驟二：肽鏈的延長v氨?；滨；? -tRNA進入進入A位位v肽鍵的形成肽鍵的形成v空載的空載的tRNA從從P位釋放位釋放v移位移位( (由由A位轉移至位轉移至P位）位）第65頁/共80頁步驟三：肽鏈延長的終止v核糖體滑動到終止密碼子核糖體滑動到終止密碼子v釋放因子結合到釋放因子結合到A A位位v肽鏈釋放，核糖體大小亞基分離肽鏈釋放，核糖體大小亞基分離第66頁/共80頁第三節(jié)第三節(jié) 基因突變基因突變第67頁/共80頁突變（突變（mutationmutation）是指遺傳物質發(fā)生）是指遺傳物質發(fā)生 的可遺傳的變異。的可遺傳的變異。 染色
20、體畸變（染色體畸變（chromosome aberrationchromosome aberration）：）： 染色體數目和結構的改變。染色體數目和結構的改變。 基因突變（基因突變（gene mutationgene mutation）：狹義的突）：狹義的突 變，所指基因的核苷酸順序或變，所指基因的核苷酸順序或 數目發(fā)生改變。數目發(fā)生改變。 第68頁/共80頁一、堿基替換一、堿基替換 一個堿基被另一堿基取代而造成的一個堿基被另一堿基取代而造成的突變稱為堿基突變稱為堿基替換替換 轉換（轉換（transition） 顛換（顛換（transversion） 嘌呤嘌呤嘌呤，嘧啶嘌呤，嘧啶嘧啶嘧啶嘌呤
21、嘌呤嘧啶，嘧啶嘧啶，嘧啶嘌呤嘌呤第69頁/共80頁TGCA第70頁/共80頁基因突變的效應基因突變的效應 1 1、同義突變（、同義突變（same-sense or same-sense or synonymous mutationsynonymous mutation）: : 堿基的改變并未引起編碼的氨堿基的改變并未引起編碼的氨基酸改變。例如，基酸改變。例如，CCCCA A脯氨酸，脯氨酸，當當AGAG后，后，CCCCG G脯氨酸。脯氨酸。 第71頁/共80頁 2、錯義突變（、錯義突變（missense mutation） : 堿基的改變引起編碼的氨基酸改堿基的改變引起編碼的氨基酸改變。變。 例
22、如，例如，GAA谷氨酸，谷氨酸，GA， AAA賴氨酸。賴氨酸。第72頁/共80頁 3、無義突變（、無義突變（non-sense mutation）: 堿基的改變使該三聯體不再堿基的改變使該三聯體不再構成任何氨基酸的密碼子，而形構成任何氨基酸的密碼子，而形成終止信號。成終止信號。 例如：例如：UAC酪氨酸，酪氨酸，C A，UAA 終止信號。終止信號。 第73頁/共80頁 4、終止密碼突變（、終止密碼突變（termination codon mutation）：）： 當當DNA分子中一個終止密碼發(fā)分子中一個終止密碼發(fā)生突變，成為編碼氨基酸的密碼子生突變，成為編碼氨基酸的密碼子時，多肽鏈的合成將繼續(xù)
23、進行下去，時，多肽鏈的合成將繼續(xù)進行下去，肽鏈延長直到遇到下一個終止密碼肽鏈延長直到遇到下一個終止密碼子時方停止，因而形成了延長的異子時方停止，因而形成了延長的異常肽鏈。也稱延長突變（常肽鏈。也稱延長突變（elongtion mutation） 第74頁/共80頁二、移碼突變二、移碼突變 移碼突變（移碼突變（frame-shift mutation）是指）是指DNA鏈上插入或鏈上插入或丟失丟失1個、個、2個甚至多個堿基（但個甚至多個堿基（但不是三聯體密碼子及其倍數），不是三聯體密碼子及其倍數），在讀碼時，由于原來的密碼子移在讀碼時，由于原來的密碼子移位，導致在插入或丟失堿基部位位，導致在插入或
24、丟失堿基部位以后的編碼都發(fā)生了相應改變。以后的編碼都發(fā)生了相應改變。 第75頁/共80頁AAACCCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGGAAACCCGTACACGGCAAACCCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGGAAACCCGTACACGGCCGAAACCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGAAACCCGTACACGGC移碼突變移碼突變第76頁/共80頁整碼突變（整碼突變（codon mutation）在在DNA鏈的密碼子之間插入或丟失鏈的密碼子之間插入或丟失一個或幾個密碼子，則合成的肽鏈一個或幾個密碼子，則合成的肽鏈將增加或減少一個或幾個氨基酸，將增加或減少一個或幾個氨基酸，但插入或丟失部位的前后氨基酸順但插入或丟失部位的前后氨基酸順序不變序不變,又稱為密碼子插入或丟失又稱為密碼子插入或丟失（codon insertion or deletion） 三、整碼突變三、整碼突變第77頁/共80頁AAACCCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGGAAACCCGTACACGGCCGCCGGAAATTTGGGCATGTGCCGTTTAAACCCGTACACGGCAAATTTGGGCATGTGCCGTTTAAACCCGTACACGGC整碼突變整碼突變第78頁/共80頁 謝謝 謝謝第79頁/共80頁感謝您的觀看。第80頁/共80頁
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