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1、第4章 人类遗传的分子学基础第一节 核酸的结构、特性和功能一、核酸的化学组成和分子结构二、核酸的特性和功能第二节 基因一、基因的概念二、基因的化学本质及组织形式三、基因的结构四、基因的表达第三节 基因突变及其对人类的影响一、基因突变的类型二、基因突变的特点三、基因突变后产生的后果及对人类的影响,第4章 人类遗传的分子学基础第一节 核酸的结构、特性和功能一、核酸的化学组成和分子结构 1、核酸的化学组成；2、核酸的一级结构；3、核酸的高级结构。二、核酸的特性和功能第二节 基因一、基因的概念二、基因的化学本质及组织形式 1、单拷贝顺序；2、中等重复顺序；3、高重复顺序。三、基因的结构四、基因的表达
2、1、转录；2、mRNA的加工过程；3、翻译；第三节 基因突变及其对人类的影响一、基因突变的类型 1、据基因结构的改变分：碱基置换突变和移码突变。2、据遗传信息的改变分：同义突变、错义突变、无义突变和终止密码子突变。二、基因突变的特点 1、基因突变在生物界中是普遍存在的；2、基因突变是随机发生的；3、在自然状态下，对一种生物来说基因突变的频率是很低的；4、大多数基因突变对生物体是有害的；5、基因突变是不定向性的。三、基因突变后产生的后果及对人类的影响 1、中性突变；2、分子病；3、先天性代谢病；4、恶性肿瘤。,第4章 人类遗传的分子基础第一节 核酸的结构 DNA-主要的遗传物质 RNA-在蛋白质
3、合成中起重要辅助作用,核糖体RNA,转运RNA,信使RNA,一、核酸（DNA、RNA）的化学结构和分子结构 1、核酸的化学组成元素：C、H、O、N、P等。核酸：由很多核苷酸聚合而成的多核苷酸。核苷酸戊糖、碱基、磷酸 戊糖-核糖和脱氧核糖 碱基-嘌呤碱、嘧啶碱嘌呤：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）；嘧啶：胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）。嘌呤碱和嘌嘧啶碱一般不易溶于水，吸收260280nm紫外光，高峰值在260nm。,2、核酸（多核苷酸）的一级结构-多核苷酸链中各核苷酸的排列顺序（即指核酸分子中碱基的排列顺序）DNA 4种主要脱氧核糖核酸：dAMP（脱氧腺苷酸）、dGMP（脱氧鸟苷酸）、dC
4、MP（脱氧胞苷酸）、dTMP（脱氧胸苷酸）。RNA 4种主要核糖核酸：AMP（腺苷酸）、GMP（鸟苷酸）、CMP（胞苷酸）、UMP（尿苷酸）。组成简写：DNA=（碱基-脱氧核糖-磷酸）n RNA=（碱基-核糖-磷酸）n,核酸中核苷酸连接方式：3，5-磷酸二酯键。即一个核苷酸C-3-羟基与下一个核苷酸C-5磷酸基脱水缩合而成。若干个核苷酸间依3，5磷酸二酯键连接成长链的大分子即为核酸（多核苷酸链）。,3与5端核苷酸残基,5端,3端,3、核酸的高级结构1）DNA双螺旋二级结构 两条反向平行的多核苷酸链组成，右手螺旋，有一共同螺旋轴，螺旋表面有大沟和小沟，一条链上的碱基与另一条链上的碱基互补配对（A
5、=T，CG），碱基对彼此间距为0.34nm，每一螺旋含有10个碱基对故螺距为34nm 遗传信息是以DNA分子中核苷酸的排列顺序为储存方式。,2）DNA的三级结构,4、RNA 总是以单链的形式存在，RNA单链的局部折叠成的某一片段，A及G分别与另一片段的U及C配对，常形成发夹结构。在此结构内的碱基无须合部配对，而配对的部位形成小的双螺旋区域，不能配对的碱基则连成小环从螺旋区中被圈出来。这种RNA单链局部小双螺旋结构即是RNA的二级结构。,rRNA 核糖体RNA,tRNA 转运RNA,mRNA 信使RNA,二、核酸的特性和功能DNA是遗传物质，具有化学性质稳定，高度复杂性、自我复制性和可变异性。核
6、酸的主要功能是储存和传递遗传信息。,DNA的复制：通过复杂的酶促反应，由1个DNA分子变成2个与其完全相同的DNA分子的过程。,真核生物复制特点：双向复制；复制起点；复制子；半保留复制,中心法则-遗传信息只能通过DNA分子复制从亲代DNA分子向子代DNA流动、通过转录向RNA和通过翻译向蛋白质流动。,第二节 基因一、基因的概念-基因是具有特定功能的DNA序列，是染色体或线粒体上特定的指导合成RNA的DNA片断。有些基因为特定蛋白质（如血清蛋白）编码，有些并不编码蛋白质如rRNA基因,二、基因的化学本质 基因是具有一定功能的DNA片断。其生物本质就是遗传信息的基本单位，其功能就是决定性状。基因根
7、据某一段核苷酸顺序在整个DNA分子中出现的频率不同，可分为以下几种组织形式：1、单拷贝顺序。在整个DNA分子中只出现一次或少数几次，主要是编码蛋白质的结构基因。在人的细胞中约占DNA含量的一半。2、中等重复顺序。有些基因如核糖体RNA基因、tRNA基因、组蛋白基因等在DNA分子中重复出现几十次到几千次，占人体细胞DNA含量的3040%3、高重复顺序。可重复几百万次。一般位于异染色体上，多数不编码蛋白质或RNA，功能不清，主要是起间隔作用，可能与调控有关。,另，回文结构或发夹结构。在重复顺序中还有一种反转重复顺序。其特点是一段碱基呈现回文结构，即一条单链回折即可形成互补的双链，故称回文结构或发夹
8、结构。对基因的复制与转录可能具有调控功能。,三、基因的结构 一个完整的基因由转录区和非转录区 组成1、转录区-能指导合成相应的RNA的区段内含子：为mRNA成熟过程中剪除的转录区部分外显子：为出现在成熟mRNA中的转录区部分,加工修饰,在结构基因的外显子中，有一部分序列可以指导翻译成相应的蛋白质，该部分序列称为翻译区；其余部分不编码蛋白质，称为非翻译区。,2、非转录区-调控基因的表达的区域。包含了启动子、增强子等调节基因表达的序列。有些基因产生的RNA不经翻译成蛋白质而直接参与组成细胞特定的功能部分，行使其生物学功能。但大多数基因最终产物为蛋白质，通过蛋白质的形式行使其生物学功能。,参与转录的
9、RNA聚合酶有三种：RNA聚合酶与合成核糖体RNA（rRNA）有关；RNA聚合酶与mRNA合成有关；RNA聚合酶与合成tRNA有关。,四、基因的表达1、转录：指以DNA为模板合成单链RNA的过程。,2、mRNA的加工过程。指RNA转录后不能直接作为翻译成蛋白质的模板，还要进行一个加工和成熟的过程。,真核mRNA帽：7-甲基鸟苷-5端-三磷酸尾：3-150200多个腺苷酸,3、翻译。是以mRNA为模板，在核糖体上将mRNA的碱基序列转变成多肽链的氨基酸序列的过程。,启动子：是位于基因的转录起始点上游，能够与特定的转录因子结合以及其后的RNA聚合酶结合成转录复合物，并最终导致转录的启动。有些启动子
10、的上游还有能提高转录活性的“上游调节元件”,遗传密码子：在mRNA的蛋白质编码区，从翻译起始点开始，相邻的每三个碱基决定合成蛋白质的一个特定的氨基酸，这样的三联碱基序列构成相应氨基酸的密码子。如AUG代表甲硫氨酸，同时为肽链的起始密码子，AGG为精氨酸密码子，UAA、UAG、UGA为终止密码子。遗传密码子的本质是进入核糖体的携带氨基酸的转运RNA能够通过其特定的核酸区段序列识别特异的三联体核酸序列，从而使核酸序列翻译成特定的蛋白质序列。,第三节 基因突变及其对人类的影响DNA变异：指DNA一级结构即DNA碱基序列的改变。DNA稳定是相对的，变异是绝对的。在各种物理和化学因素下的作用下，DNA分
11、子在复制过程、复制间期以及损伤修复过程中都可能发生序列改变，导致DNA序列的遗传多态性或基因突变,一、基因突变的类型1、据基因（即DNA片段）结构的改变方式分为（1）碱基置换突变。由一个错误的碱基对替代一个正确碱基对的突变。,（2）移码突变。基因中插入或缺失一个或几个碱基对，会使DNA的阅读框改生改变，导致插入或缺失部位之后的所有密码子都跟着发生改变，结果是产生一种异常的多肽链。,2、据遗传信息的改变方式分为（1）同义突变。有时DNA的一个碱基对的改变并不会影响它所编码的蛋白质的氨基酸序列，这是因为改变后的密码子和改变前的密码子是简并密码子，它们编码同一种氨基酸。例AUU、AUA、AUC代表异
12、亮氨酸,（2）错义突变。由于一对或几对碱基对的改变而使决定某一氨基酸的密码子变为决定另一种氨基酸的密码的基因突变。,（3）无义突变。由于一对或几对碱基对的改变而使决定某一氨基酸的密码子变成一个终止密码子的基因突变。,（4）终止密码子突变。在DNA分子中的终止密码子中，由于发生一个碱基的的替换，使本来为终止密码子的UAA或UAG、UGA突变为编码某一氨基酸的密码子。,二、基因突变的特点 1、基因突变在生物界是普遍存在的。自然突变-在自然条件下的基因突变；人为突变-人为条件下诱发产生的基因突变 例，人的色盲、糖尿病、白化病等遗传病都是突变性状。,白化病,白化病。一种较常见的皮肤及其附属器官黑色素缺
13、乏所引起的疾病，分全身型及局部型。患者皮肤呈毛发银白或淡黄色，虹膜及瞳孔呈淡红色，视网膜无色素，怕光，眼球震颤等，发病率1/10 0000-1/20 000，呈常染色体隐性遗传病。多因近亲结婚所致。正常人黑色素由黑色素细胞合成，黑色素细胞中，有酪氨酸酶，该酶催化酪氨酸转化为黑色素。先天性缺乏 酪氨酸酶 或 酪氨酸酶 功能减退，不能合成 黑色素而白化。注意避免强烈的日光照射；注意保护眼睛；避免近亲结婚。,？白癜风，原因不明,2、基因突变是随机发生的（时期与细胞类型）可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。发生的时期越迟，表现出突变的部分就越少。例，植物叶芽如果在发育的早期发生基因突变
14、，那么由这个叶芽长成的枝条，上面生长着的叶、花、果都可能与其他枝条不同；如果基因突变发生在花芽分化期，那么，将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。；基因突变可以发生在体细胞、生殖细胞，体细胞的突变一般不能传给后代；发生在生殖细胞的突变可通过受精作用直接传给后代。,3、在自然状态下，对一种生物来说，基因突变的频率是很低的。高等生物中约10万1亿个生殖细胞中才有一个发生基因突变，基因突变率10-5 10-8。不同生物基因突变率不同。如，细菌和噬菌体等微生物的突变率比高等动、植物的要低。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。如，玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.06X10-4，黄色胚乳基因的
15、突变率为2.2X10-6。,4、大多数基因突变对生物体是有害的。由于任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变，就有可能破坏此种协调，因此突变对生物的生存往往是有害的。如，植物中常见的白化苗，也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素，不能进行光合作用制造有机物，最终导致死亡。但也有少数基因突变是有利的。如植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的耐药性突变等，都是有利于生物生存的。绝大多数的人类遗传病是因基因突变造成，对人类有害。辐射？治疗、武器,5、基因突变是不定向的。一个基因可以向不同和方向发生突变，产生一个以上的等位基因。如小鼠毛色的灰色基因（A
16、+），可以突变成黄色基因（AX）；也可以突变成黑色基因（a）。但是每一个基因的突变，都不是没有任何限制的，如小鼠毛色突变，只限定在色素范围内。,三、基因突变产生的后果及对人类的影响1、中性突变 虽然一些突变改变了DNA分子的碱基顺序，但是对基因和蛋白质的功能并不产生影响。如在结构基因中发生的同义突变，不影响蛋白质合成；如DNA分子非编码顺序或重复顺序中产生的碱基改变，一般不影响蛋白质合成，均属于中性突变。这种突变频率高在基因组中每100200bp中存在1bp改变，可以改变DNA分子的多态性。,2、分子病 由于基因突变，使它所编码的蛋白质发生相应的变化，结构异常或数量减少，产生一系列病理变化所引
17、起的疾病，即称分子病。例血红蛋白病。镰刀型贫血病（常染色体隐性遗传病）。链N端氨基酸排列顺序1 2 3 4 5 6 Hb-A(正常血红蛋白)Val.His.Leu.Thr.Pro.GluHb-S(病人血红蛋白)Val.His.Leu.Thr.Pro.Val,3、先天性代谢病 酶 参与体内所有物质代谢，是各种代谢途径的催化剂；基因通过合成特定的酶控制体内的新陈代谢和遗传性状的产生。由于基因突变引起酶蛋白结构异常或酶蛋白合成数量的减少，均可导致遗传性酶缺陷和代谢紊乱，从而引起先天性代谢病。例，白化病是由于缺乏酪氨酸酶导致的先天性代谢病。,白化病,白化病。一种较常见的皮肤及其附属器官黑色素缺乏所引起
18、的疾病，分全身型及局部型。患者皮肤呈毛发银白或淡黄色，虹膜及瞳孔呈淡红色，视网膜无色素，怕光，眼球震颤等，发病率1/10 0000-1/20 000，呈常染色体隐性遗传病。多因近亲结婚所致。正常人黑色素由黑色素细胞合成，黑色素细胞中，有酪氨酸酶，该酶催化酪氨酸转化为黑色素。先天性缺乏酪氨酸酶或酪氨酸酶功能减退，不能合成黑色素而白化。注意避免强烈的日光照射；注意保护眼睛；避免近亲结婚。,4、恶性肿瘤 体细胞内的基因突变也是人类某些恶性肿瘤发生的重要原因。如视网膜母细胞瘤是儿童时期视网膜肿瘤。？遗传型视网膜母细胞瘤 是因为一个Rb基因在生殖细胞内发生改变，另一基因在体细胞内发生突变，在Rb杂合的视
19、网膜细胞内发生体细胞突变，无正常的等位基因，因此，细胞无限制性增殖形成肿瘤。儿童遗传型视网膜母细胞瘤仅需 一次体细胞突变 就可发生肿瘤，其发生率高于散发型，发病早；？散发型视网膜母细胞瘤 是两个Rb等位基因发生两次独立的突变。散发型需要两次的体细胞突变，故发病晚。,人类的终结者-基因武器；基因资源库；基因武器，也称遗传工程武器或DNA武器。它运用先进的遗传工程这一新技术，用类似工程设计的办法，按人们的需要通过基因重组，在一些致病细菌或病毒中接入能对抗普通疫苗或药物的基因，或者在一些本来不会致病的微生物体内接入致病基因而制造成生物武器，尤其合成生物学的发展，可实现人工设计与合成自然界并不存在的生物或病毒等。它能改变非致病微生物的遗传物质，使其产生具有显著抗药性的致病菌，利用人种生化特征上的差异，使这种致病菌只对特定遗传特征的人们产生致病作用，从而有选择地消灭敌方有生力量。,思考题1、核酸的化学组成及结构特点？2、何谓基因？基因突变有哪些类型？3、基因对人类有何影响？,
