医学遗传学生化遗传病ppt课件

第八章第八章 生化遗传病生化遗传病医学遗传学生化遗传病1第八章 生化遗传病医学遗传学生化遗传病1What Is Biochemical Genetics?医学遗传学生化遗传病2What Is Biochemical Genetics?Biochemical Genetics 是研究基因与酶之间的关系，特别是是研究基因与酶之间的关系，特别是基因在控制生化代谢过程中各个生物基因在控制生化代谢过程中各个生物化学反应上的作用的一个学科。化学反应上的作用的一个学科。The study of the relationships between genes and enzymes,specifically the role of genes in controlling the steps in biochemical pathways.医学遗传学生化遗传病3Biochemical Genetics 是研究基因与酶之间Biochemical Genetics 生物化学生物化学是研究体内各个生理反应的化学是研究体内各个生理反应的化学本质；本质；遗传学遗传学是研究遗传与变异，是通过是研究遗传与变异，是通过变异来研究遗传；而变异来研究遗传；而生化遗传生化遗传是研究人体是研究人体内的各种生物化学变异及其生理学结果。内的各种生物化学变异及其生理学结果。医学遗传学生化遗传病4Biochemical Genetics 生物化学是研究体内The Early Landmark EventsInborn errors of metabolismOne gene one enzymeOne gene one polypeptide医学遗传学生化遗传病5The Early Landmark EventsInboro血红蛋白病血红蛋白病o血浆蛋白病血浆蛋白病o酶蛋白病酶蛋白病o受体蛋白病受体蛋白病o膜转运体蛋白病膜转运体蛋白病医学遗传学生化遗传病6血红蛋白病医学遗传学生化遗传病6血血 红红 蛋蛋 白白 病病 Hemoglobinopathy医学遗传学生化遗传病7血 红 蛋 白 病 Hemoglobinop人类生化遗传病是首先从研究血红蛋白病开始人类生化遗传病是首先从研究血红蛋白病开始人类生化遗传病是首先从研究血红蛋白病开始人类生化遗传病是首先从研究血红蛋白病开始18661866年年 胎儿血红蛋白与成人不同胎儿血红蛋白与成人不同19251925年年 地地中中海海区区域域陆陆续续发发现现贫贫血血患患儿儿，后后来来被被称称作作珠蛋白生成障碍性贫血，但习惯称之为地中海贫血珠蛋白生成障碍性贫血，但习惯称之为地中海贫血19041904年年 一黑人血液中发现了镰形红细胞一黑人血液中发现了镰形红细胞19101910年年 一一例例居居住住在在芝芝加加哥哥的的西西印印度度群群岛岛男男子子患患有有严严重镰形红细胞贫血重镰形红细胞贫血历历 史史 沿沿 革革医学遗传学生化遗传病8人类生化遗传病是首先从研究血红蛋白病开始历 史 沿 革19171917年年 发现此类贫血患者红细胞在可在体外发生镰发现此类贫血患者红细胞在可在体外发生镰变变19271927年年 发现缺氧是镰变的重要条件，氧充足时恢复发现缺氧是镰变的重要条件，氧充足时恢复原貌原貌19491949年年 Linus Pauling等发现正常血红蛋白和镰形血等发现正常血红蛋白和镰形血红蛋白电泳速率有异，发表了红蛋白电泳速率有异，发表了镰形红细胞贫血镰形红细胞贫血 一一种分子病种分子病论文论文19561956年，年，Ingram测定出了镰形血红蛋白的氨基酸取测定出了镰形血红蛋白的氨基酸取代。代。全世界异常血红蛋白携带者有全世界异常血红蛋白携带者有1 1亿多人亿多人历历 史史 沿沿 革革医学遗传学生化遗传病91917年 发现此类贫血患者红细胞在可在体外发生镰变历 史What is Hemoglobin?血红蛋白是位于红细胞内的一种由珠蛋白（globin）和色素辅基血红素（heme）所组成的一种复合蛋白，在体内担负着携带氧重任。医学遗传学生化遗传病10What is Hemoglobin?血红A hemoglobin molecule consists of four polypeptide chains:two globin chains(shown in green and blue)and two globin chains(shown in yellow and orange).Each globin chain contains a heme(shown in red).医学遗传学生化遗传病11A hemoglobin molecule consists医学遗传学生化遗传病12医学遗传学生化遗传病12 1 1 2 2 1 1 55 3316pter-p13.316pter-p13.31 31 32 99 100 1411 31 32 99 100 141Hemoglobin Alpha Chain医学遗传学生化遗传病13 11p15.511p15.5 G G A A 1 1 55 33Hemoglobin Beta Chain1 30 31 104 105 1461 30 31 104 105 146医学遗传学生化遗传病1411p15.5 G 人类血红蛋白的分子结构人类血红蛋白的分子结构血红蛋白血红蛋白（hemoglobinhemoglobin）血红素（血红素（hoemhoem、hemeheme）珠蛋白珠蛋白（globinglobin）类类链链 （,）类类链（链（,）组成人组成人类类6 6种血种血红蛋白红蛋白医学遗传学生化遗传病15人类血红蛋白的分子结构血红蛋白（hemoglobin）血红0 2 4 6 8 Birth 2 4 6 80 2 4 6 8 Birth 2 4 6 8MonthsMonths1001008080606040402020Percentage of Percentage of globin synthesis(%)globin synthesis(%)Development of Hemoglobin医学遗传学生化遗传病160 2 4 6 DevelopmentalStageHemoglobinHemoglobin CompositionEmbryoHb Gower1 2 2 Hb Gower2 2 2 Hb Portland 2G 2 2A 2 FetusHb F 2G 2 2A 2 AdultHb A 2 2 Hb A2 2 2 Development of Hemoglobin医学遗传学生化遗传病17DevelopmentalHemoglobinHemoglo 异常血红蛋白病的分子基础异常血红蛋白病的分子基础（1)1)单个碱基置换单个碱基置换 错义突变：如镰形细胞贫血、不稳定血红蛋白病错义突变：如镰形细胞贫血、不稳定血红蛋白病无义突变：突变为终止密码使肽链合成提前终止无义突变：突变为终止密码使肽链合成提前终止 终止密码突变：肽链合成延长终止密码突变：肽链合成延长（2)2)密码子缺失或插入密码子缺失或插入（3)3)移码突变：移码突变：插入或缺失的碱基数不是插入或缺失的碱基数不是3 3的倍数的倍数（4)4)融合基因：融合基因：可能在减数分裂时同源染色体之可能在减数分裂时同源染色体之 间错位配对引发不等交换引起两种非同源基间错位配对引发不等交换引起两种非同源基 因的部分片段拼接因的部分片段拼接医学遗传学生化遗传病18 异常血红蛋白病的分子基础（1)单个碱基置换 错Sickle Cell Disease(HbS)Missense Mutation医学遗传学生化遗传病19Sickle Cell Disease(HbS)Misse镰形细胞贫血镰形细胞贫血（Sickle Cell Anemia）医学遗传学生化遗传病20镰形细胞贫血医学遗传学生化遗传病20Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病21Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病2Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病22Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病2发病机制及临床表现发病机制及临床表现 AR，血红蛋白，血红蛋白 链第链第6 6位谷氨酸被位谷氨酸被缬氨酸取代，成为缬氨酸取代，成为HbS，在脱氧情况在脱氧情况下下HbS聚合成长棒状聚合物，导致血聚合成长棒状聚合物，导致血红蛋白溶解度降低，使红细胞镰变。红蛋白溶解度降低，使红细胞镰变。医学遗传学生化遗传病23发病机制及临床表现 AR，血红蛋白链第6位谷氨Sickle Cell DiseaseO2HbAHbS医学遗传学生化遗传病24Sickle Cell DiseaseO2HbAHbS医学遗Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病25Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病2Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病26Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病2Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病27Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病2Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病28Sickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病2 纯合子症状严重，由于纯合子症状严重，由于镰变引起血粘度增高，产生镰变引起血粘度增高，产生血管阻塞危象，可引起如腹血管阻塞危象，可引起如腹部疼痛、脑血栓等，另有严部疼痛、脑血栓等，另有严重溶血性贫血及脾肿大等症重溶血性贫血及脾肿大等症状。杂合子不表现临床症状，状。杂合子不表现临床症状，可以引起红细胞镰变，称为可以引起红细胞镰变，称为镰形红细胞性状镰形红细胞性状(sickle cell trait)。医学遗传学生化遗传病29 纯合子症状严重，由于镰变引起血粘度增高，产生血管阻塞问题：什么是问题：什么是HbC，HbM，Hb Bristol?HbS怎样治疗？如何产前检测怎样治疗？如何产前检测HbS？医学遗传学生化遗传病30问题：什么是HbC，HbM，Hb Bristol?医学遗传学Sickle Cell Anemia(HbS):code 57Sickle Cell Anemia(HbS):code 57MstMstMstMst:CCTNAGGCCTNAGGCCTNAGGCCTNAGG A A A A:CCTG:CCTG:CCTG:CCTGA A A AGGAGGGAGGGAGGGAG S S S S:CCTG:CCTG:CCTG:CCTGT T T TGGAGGGAGGGAGGGAGSickle Cell Disease医学遗传学生化遗传病31Sickle Cell Anemia(HbS):code你理解了遗传选择的概念吗？你理解了遗传选择的概念吗？医学遗传学生化遗传病32你理解了遗传选择的概念吗？医学遗传学生化遗传病32ThalassemiaThalassemiaThalassemia is is inherited inherited anemia anemia caused caused by by decreased synthetic rate of hemoglobin.decreased synthetic rate of hemoglobin.医学遗传学生化遗传病33ThalassemiaThalassemia is inhevvGreek letterGreek letter designates affected globin chain designates affected globin chain:Indicates a gene deletion:Indicates a gene deletion/:Indicates Indicates division division between between genes genes inherited inherited from from both parentsboth parents+:Indicates Indicates diminished,diminished,but but some some production production of of globin globin chain by genechain by gene0 0:Indicates no production of globin chain by gene:Indicates no production of globin chain by geneTerminology of Thalassemia医学遗传学生化遗传病34Greek letter designates affectAlpha ThalassemiaAlpha Alpha thalassemiathalassemia occurs occurs when when one one or or more more of the four alpha chain genes fails to function.of the four alpha chain genes fails to function.With With alpha alpha thalassemiathalassemia,the the“failed”“failed”genes genes are are almost almost invariably invariably lost lost due due to to a a genetic genetic accident.accident.医学遗传学生化遗传病35Alpha ThalassemiaAlpha thalassvFusion genevCodon insertion or deletionvvFrame shift mutationvvNonsense mutationvvTerminator codon mutationPathogenesisvvMissense mutation医学遗传学生化遗传病36Fusion geneCodon insertion or G G A A 1 1 5 35 3Fusion GeneHb Lepore Difference of beta&delta chain Difference of beta&delta chain医学遗传学生化遗传病37 LeporeAnti LeporeFusion GeneHb Lepore Difference of beta&delta chain Difference of beta&delta chain医学遗传学生化遗传病38 医学遗传学生化遗传病39医学遗传学生化遗传病39Alpha ThalassemiaTypesGenotypeDeletionAlpha proteinHemoglobin Barts 0/0/0HbH disease+/0/25%Mild anemia A/0 /50%+/+/Silent Carrier A/+/75%Normal A/A /100%医学遗传学生化遗传病40Alpha ThalassemiaTypesGenotype 1 1 2 2 1 1 55 334.2 Kbvv+thalassemiaLeftward deletionLeftward deletion:The loss of:The loss of 2 2,Asian,AsianRightward deletionRightward deletion:The loss of:The loss of 2 2(33)and)and 1 1(55)Pathogenesis3.7Kb医学遗传学生化遗传病41 1 1 2 2 1 1 55 33vv 0 thalassemiavvThe loss of The loss of ,1 1,2 2,and 5 end of,and 5 end of 1 1vvThe loss of The loss of,1 1,2 2,and,and 1 1,Southeast Asia,Southeast AsiavvThe loss of The loss of 1 1,2 2 and and 1 1,Mediterranean sea,Mediterranean seavvThe loss of The loss of 2 2 and 5 end of and 5 end of 1 1,Greeks,GreeksPathogenesis医学遗传学生化遗传病42 These These occur occur less less commonly commonly than than the the deletion types.deletion types.PathogenesisvvNondeletion forms of alpha thalassemia医学遗传学生化遗传病43These occur less commonly thanBeta Thalassemia Beta thalassemia occurs when one or two of beta chain genes fails to function.With beta thalassemia,the beta globin gene is present,but suppressed and produces little beta globin protein.医学遗传学生化遗传病44Beta Thalassemia Beta thalassevvNonfunctional mRNAsvvSplice junction mutantsPathogenesis医学遗传学生化遗传病45Nonfunctional mRNAsSplice junc医学遗传学生化遗传病46医学遗传学生化遗传病46vvPromoter mutantsvvmRNA capping or tailing mutantsPathogenesisvvNonfunctional mRNAsvvSplice junction mutantsvvDeletion forms of beta thalassemia医学遗传学生化遗传病47Promoter mutantsmRNA capping oPathogenesis医学遗传学生化遗传病48Pathogenesis医学遗传学生化遗传病48PPMissense mutationMissense mutationPPNonsense mutation&Nonsense mutation&Termination codon Termination codon mutationmutationPPFrame shift mutationFrame shift mutationPPFusion geneFusion genePPPoint mutation in the uncoding regionPoint mutation in the uncoding regionPathogenesis of HemoglobinopathyvvMost Most hemoglobin hemoglobin variants variants are are caused caused by by point mutationspoint mutationsvvDeletionDeletion医学遗传学生化遗传病49Missense mutationPathogenesis 医学遗传学生化遗传病50医学遗传学生化遗传病50Treatment In both thalassemia and hemoglobinopathy therapy is usually supportive rather than curative医学遗传学生化遗传病51Treatment In both thalasTreatmentoChronic blood transfusionnResults in iron overload of major organs resulting in increased morbiditynLaboratory monitoringnNecessitates the use of chelating agents to remove excess iron医学遗传学生化遗传病52TreatmentChronic blood transfuTreatmentoAlternative treatmentnActivation of fetal hemoglobin genesnBone marrow transplantation医学遗传学生化遗传病53TreatmentAlternative treatmentEmphasisvvMolecular DiseaseMolecular DiseasevvPathogenesis of Abnormal Hemoglobin Pathogenesis of Abnormal Hemoglobin vvPathogenesis of ThalassemiaPathogenesis of Thalassemia医学遗传学生化遗传病54EmphasisMolecular Disease医学遗传学先天性的代谢缺陷先天性的代谢缺陷（Inborn errors of metabolism）-尿黑酸尿（Alkaptonuria）Sir Archibald Garrod pioneering studies on Alkaptonuria(尿黑酸尿)established the field of biochemical genetics and introduced the concept of the inborn errors of metabolism.医学遗传学生化遗传病55先天性的代谢缺陷（Inborn errors of metaGenetics of Alkaptonuria 属常染色体隐性遗传，是由于尿黑酸氧化酶基因突变而导致该酶先天性缺乏，使得尿黑酸不能被最终氧化成乙酰乙酸和延胡索酸，造成大量的尿黑酸从尿中排出。而尿黑酸在空气中易被氧化为一种黑色素样的产物而导致尿液逐渐变黑。该病的发病率约为1/250 000，尿黑酸氧化酶基因位于3q21 q23。医学遗传学生化遗传病56Genetics of Alkaptonuria 属常染色体临床症状o新生儿和儿童期:尿黑酸尿是唯一的特点;o成人期:除了尿黑酸尿以外，由于尿黑酸增多，并在结缔组织中沉着，而导致褐黄病（ochronosis），如果累及关节的话则进展为褐黄病性关节炎（ochronotic arthritis）。医学遗传学生化遗传病57临床症状新生儿和儿童期:尿黑酸尿是唯一的特点;医学遗传学生化首次在分子水平上对一种疾首次在分子水平上对一种疾病的病的发病机制进行描述；发病机制进行描述；将遗传学和医学整合在了一将遗传学和医学整合在了一起，提出了该病是先天性的，起，提出了该病是先天性的，是遗传的。是遗传的。医学遗传学生化遗传病58首次在分子水平上对一种疾病的发病机制进行描述；医学遗传学生化Soon everything we understand at the biochemical level we will need to understand in a genetic frame and that will be everything!医学遗传学生化遗传病59Soon everything we understand One gene controls the production of one enzyme,set forth by Beadle and Tatum.Later it has given way to one gene-one polypeptide because of the study of human mutations in intermediary metabolism.一个基因，一个酶的理论一个基因，一个酶的理论 一个基因，一个多肽的理论一个基因，一个多肽的理论医学遗传学生化遗传病60One gene controls the productiBasic Principles医学遗传学生化遗传病61Basic Principles医学遗传学生化遗传病61Basic PrinciplesoProteins function at every step of metabolic processesoGenes control protein synthesisoGenetic control of metabolic processes introduces human variationoSometimes that variation results in susceptibility to diseaseoSometimes that variation is disease 医学遗传学生化遗传病62Basic PrinciplesProteins functCase Studies Hereditary Enzymopathy（遗传性酶病遗传性酶病）医学遗传学生化遗传病63Case Studies Hereditary E由于基因突变导致酶活性降低或增由于基因突变导致酶活性降低或增高所引起的疾病称为先天性代谢病高所引起的疾病称为先天性代谢病或遗传性酶病。或遗传性酶病。医学遗传学生化遗传病64由于基因突变导致酶活性降低或增高所引起的疾病称为先天性代谢病导致酶活性异常的可能机制导致酶活性异常的可能机制o编码特定酶多肽的基因突变造编码特定酶多肽的基因突变造成酶的结构改变而使其功能缺成酶的结构改变而使其功能缺失或增强。失或增强。o突变涉及调控酶形成速率的基突变涉及调控酶形成速率的基因，引起正常酶数量的不足或因，引起正常酶数量的不足或增加。增加。医学遗传学生化遗传病65导致酶活性异常的可能机制编码特定酶多肽的基因突变造成酶的结构导致酶活性异常的可能机制导致酶活性异常的可能机制o酶以较大的速率降解，导致活性酶以较大的速率降解，导致活性酶的不足酶的不足(某些类型的葡萄糖某些类型的葡萄糖6 6磷酸脱氢酶缺乏）。磷酸脱氢酶缺乏）。o酶的最佳活性可能依赖于辅助因酶的最佳活性可能依赖于辅助因子，干扰辅助因子的吸收和生物子，干扰辅助因子的吸收和生物合成的突变，或是改变酶上的结合成的突变，或是改变酶上的结合位点的突变均可降低酶的活性。合位点的突变均可降低酶的活性。医学遗传学生化遗传病66导致酶活性异常的可能机制酶以较大的速率降解，导致活性酶的不足导致酶活性异常的可能机制导致酶活性异常的可能机制 酶由两种或多种多肽组成，酶由两种或多种多肽组成，每个均由独立的基因编码，其中任何每个均由独立的基因编码，其中任何一个基因的突变均可引起酶的失活，一个基因的突变均可引起酶的失活，而且不同的突变位点将会有同样的结而且不同的突变位点将会有同样的结果。果。医学遗传学生化遗传病67导致酶活性异常的可能机制 酶由两种或多种多肽组成S1S2S3PE 1-2E 2-3E 3-PS6S7正常代谢的模式图及发病机制正常代谢的模式图及发病机制医学遗传学生化遗传病68S1S2S3PE 1-2E 2-3E 3-PS6S7正常代谢o酶缺乏导致的中间产物堆积和排出，酶缺乏导致的中间产物堆积和排出，E2-3E2-3缺乏引起缺乏引起S2S2堆积而在血或尿中浓度增加。堆积而在血或尿中浓度增加。o酶缺乏致代谢底物堆积：大多数的酶反应酶缺乏致代谢底物堆积：大多数的酶反应是可逆的，一处的阻断（是可逆的，一处的阻断（E2-3E2-3）常导致底）常导致底物（物（S1S1）的堆积。）的堆积。o酶缺乏致代谢终产物缺乏，酶缺乏致代谢终产物缺乏，E2-3E2-3缺乏引起缺乏引起所有产物的缺乏。所有产物的缺乏。医学遗传学生化遗传病69酶缺乏导致的中间产物堆积和排出，E2-3缺乏引起S2堆积而在o酶缺乏致反馈抑制减弱：某种酶的酶缺乏致反馈抑制减弱：某种酶的缺乏导致某些代谢产物的减少，致缺乏导致某些代谢产物的减少，致使该产物对整个反应的反馈调节功使该产物对整个反应的反馈调节功能失调。能失调。o酶缺乏致旁路产物增多堆积：酶的酶缺乏致旁路产物增多堆积：酶的缺乏导致主要代谢途径受阻，过量缺乏导致主要代谢途径受阻，过量的前体物通过旁路代谢引起副产物的前体物通过旁路代谢引起副产物堆积而引起疾病。堆积而引起疾病。医学遗传学生化遗传病70酶缺乏致反馈抑制减弱：某种酶的缺乏导致某些代谢产物的减少，致o维生素依赖性遗传病：由于基因突变改维生素依赖性遗传病：由于基因突变改变了酶蛋白，使之与辅酶的相互作用受变了酶蛋白，使之与辅酶的相互作用受到损害而引起酶活性降低，这类辅酶多到损害而引起酶活性降低，这类辅酶多数是维生素，故称为维生素反应性遗传数是维生素，故称为维生素反应性遗传病。病。o多种酶缺陷。多种酶缺陷。o酶活性增高引起的遗传性酶病酶活性过酶活性增高引起的遗传性酶病酶活性过高导致产物过多引起的一类疾病称为生高导致产物过多引起的一类疾病称为生产过剩病。产过剩病。医学遗传学生化遗传病71维生素依赖性遗传病：由于基因突变改变了酶蛋白，使之与辅酶的相A.AlkaptonuriaAn inherited disorder of metabolism characterized by black urine and degenerative arthritis of the spine and large joints.Due to the inability to metabolize homogentisic acid due to absence of the enzyme homogentisic acid oxidase.Homogentisic acid in the urine is oxidized to a melanin-like product,which makes urine gradually turn dark.医学遗传学生化遗传病72A.AlkaptonuriaAn inherited diB.Phenylketonuria(PKU)苯丙酮尿症是由于肝脏中苯丙氨酸羟化酶（phenylalanine hydroxylasephenylalanine hydroxylase，PHAPHA）缺乏，从而使苯丙氨酸及其旁路代谢产物在患者的血液和尿中积累所导致的疾病。医学遗传学生化遗传病73B.Phenylketonuria(PKU)苯丙酮尿症是该病也是属于常染色体隐性遗传，编码PHA的两个同源基因如果都发生突变的话，苯丙氨酸就不会被转化为酪氨酸从而累积在体内人的PHA基因定位于12q22 24.1PKU-What Do Genes Do?医学遗传学生化遗传病74该病也是属于常染色体隐性遗传，编码PHA的两个同源基因如果都苯丙氨酸酪氨酸-羟苯丙酮酸尿黑酸延胡索酸 乙酰乙酸PHA尿黑酸氧化酶PKUAlkaptonuria医学遗传学生化遗传病75苯丙氨酸酪氨酸-羟苯丙酮酸尿黑酸延胡索酸乙酰乙酸PHA尿黑What will happen for too much phenylalanine？o过量过量的的苯丙氨酸使旁路代谢苯丙氨酸使旁路代谢活跃，产生苯丙氨酸、苯乳活跃，产生苯丙氨酸、苯乳酸、苯乙酸等，它们从尿液酸、苯乙酸等，它们从尿液和汗液排出，使患儿的头发、和汗液排出，使患儿的头发、皮肤和尿均有特殊气味。皮肤和尿均有特殊气味。医学遗传学生化遗传病76What will happen for too much What will happen for too much phenylalanine？o过量过量的的苯丙氨酸抑制酪氨酸苯丙氨酸抑制酪氨酸脱羧酶的活性，影响去甲肾脱羧酶的活性，影响去甲肾上腺素和肾上腺素的合成，上腺素和肾上腺素的合成，也减少黑色素的合成，使患也减少黑色素的合成，使患者毛发和肤色较浅。者毛发和肤色较浅。医学遗传学生化遗传病77What will happen for too much What will happen for too much phenylalanine？o过量过量的的苯丙氨酸竞争性的抑制苯丙氨酸竞争性的抑制色氨酸羟化作用影响色氨酸的色氨酸羟化作用影响色氨酸的代谢。代谢。此外，旁路代谢产物堆积此外，旁路代谢产物堆积还抑制还抑制L-L-谷氨酸脱羧酶的活性，谷氨酸脱羧酶的活性，使氨基丁酸和使氨基丁酸和5-5-羟色胺生成减少，羟色胺生成减少，导致脑发育障碍。导致脑发育障碍。医学遗传学生化遗传病78What will happen for too much 临床表现临床表现3 34 4个月智力发育不全。个月智力发育不全。脑电图异常，骨骼发育异常，门脑电图异常，骨骼发育异常，门齿疏松。齿疏松。有较严重的呕吐，皮肤、毛发颜有较严重的呕吐，皮肤、毛发颜色变浅，虹膜颜色减退。色变浅，虹膜颜色减退。尿、汗有特殊腐臭。尿、汗有特殊腐臭。医学遗传学生化遗传病79临床表现34个月智力发育不全。医学遗传学生化遗传病79恶性恶性苯丙酮尿症苯丙酮尿症四氢生物蝶呤是苯丙氨酸羟化形成酪氨酸过程中所需要的一个辅助因子，其缺乏也将使苯丙氨酸不能羟化形成酪氨酸，致使苯丙氨酸在体内积累引起严重的苯丙酮尿症，称为恶性苯丙酮尿症。医学遗传学生化遗传病80恶性苯丙酮尿症四氢生物蝶呤是苯丙氨酸羟化形成酪氨酸过程中所需恶性恶性苯丙酮尿症苯丙酮尿症 四氢生物蝶呤缺乏还会使多巴、多巴胺、5-羟色胺和儿茶酚胺等的浓度降低，从而引起一系列的神经症状。恶性PKU与经典型PKU相似，但还可以表现出生时体重低，头围小，流涎，高热，肌张力低等症状。医学遗传学生化遗传病81恶性苯丙酮尿症 四氢生物蝶呤缺乏还会使多巴、多C.AlbinismA defect of melanin production,caused by a mutation in a gene(tyrosinase)coding for a pigment-synthesizing,is characterized by the partial or full absence of pigment from the skin,hair,and eyes.医学遗传学生化遗传病82C.AlbinismA defect of melanin临床表现：临床表现：1.1.皮肤白皙，头发淡黄皮肤白皙，头发淡黄；2.2.虹膜、瞳孔淡红色或虹膜、瞳孔淡红色或淡蓝色淡蓝色；3.3.视网膜无色素，视网膜无色素，羞明羞明，视物模糊。，视物模糊。医学遗传学生化遗传病83临床表现：1.皮肤白皙，头发淡黄；2.虹膜、瞳孔淡红色或Case Studies The Defect in Glucose Metabolism医学遗传学生化遗传病84Case Studies The Defect in GA.Galactosemia半乳糖血症半乳糖血症 半乳糖在体内的积累对人体是有害的，能够引起肝肿大，肾衰竭，白内障和脑损伤等严重的综合征，如果不治疗，75%的婴儿会死亡。医学遗传学生化遗传病85Galactosemia半乳糖血症 半乳糖在 半乳糖激酶、半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶和尿苷二磷酸半乳糖-4-表异构酶是半乳糖代谢中所涉及的三个主要的酶，任何一个有缺陷均会导致半乳糖血症。医学遗传学生化遗传病86 半乳糖激酶、半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶和尿苷Metabolism of Galactose医学遗传学生化遗传病87Metabolism of Galactose医学遗传学生化半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶缺乏 半乳糖血症I型导致半乳糖-1-磷酸在脑、肝、肾等处积累，出现损伤而致病。半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶基因定位于9p13，具有多态性。属常染色体隐性遗传。医学遗传学生化遗传病88半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶缺乏 半乳糖血症I型导致半乳糖半乳糖半乳糖-1-1-磷酸积累磷酸积累o在肝脏引起肝功能损害甚至在肝脏引起肝功能损害甚至肝硬化。肝硬化。o在脑中积聚可引起智力低下。在脑中积聚可引起智力低下。医学遗传学生化遗传病89半乳糖-1-磷酸积累在肝脏引起肝功能损害甚至肝硬化。医学遗传Galactosemia-What Does Gene Do?医学遗传学生化遗传病90Galactosemia-What Does Gene 半乳糖半乳糖-1-1-磷酸尿苷转移酶（磷酸尿苷转移酶（9p139p13）的基因剂量效应）的基因剂量效应基因型基因型 酶活性（酶活性（%）临床表现临床表现 G+G+100 正常正常 G+GD 75 正常正常 GDGD 50 正常正常 GDGG 25 正常正常 GRGR 10 半乳糖血症半乳糖血症 GGGG 0 严重半乳糖血症严重半乳糖血症医学遗传学生化遗传病91半乳糖-1-磷酸尿苷转移酶（9p13）的基因剂量效应基因型 1.1.喂乳后喂乳后几天出现几天出现呕吐呕吐、拒食、腹泻、失重。拒食、腹泻、失重。2.2.一周后，肝脏损害症一周后，肝脏损害症状：状：黄疸、肝肿大、腹水黄疸、肝肿大、腹水。3.3.几个月后，智力发育几个月后，智力发育障碍，蛋白尿，氨基酸尿，障碍，蛋白尿，氨基酸尿，白内障白内障。医学遗传学生化遗传病921.喂乳后几天出现呕吐、拒食、腹泻、失重。2.一周后半乳糖激酶遗传性缺乏 半乳糖血症II型导致半乳糖在体内积累，导致损伤而致病。半乳糖激酶基因定位于17p21-22，也属常染色体隐性遗传。医学遗传学生化遗传病93半乳糖激酶遗传性缺乏 半乳糖血症II型导致半乳糖在体内积半乳糖积聚o可使血中葡萄糖释放减少，可使血中葡萄糖释放减少，出现低血糖。出现低血糖。o被转变成半乳糖醇，改变晶被转变成半乳糖醇，改变晶体状体渗透压，使水分渗入体状体渗透压，使水分渗入而出现白内障。而出现白内障。医学遗传学生化遗传病94半乳糖积聚可使血中葡萄糖释放减少，出现低血糖。医学遗传学生化尿苷二磷酸半乳糖-4-表异构酶遗传性缺乏 半乳糖血症III型患者临床可无症状或者类似经典半乳糖症医学遗传学生化遗传病95尿苷二磷酸半乳糖-4-表异构酶遗传性缺乏 半乳糖血症IIB.Glycogen Storage Disease,GSD,糖原累积症糖原累积症An recessively inherited disorder of glycogen metabolism.have an inherited absence or deficiency of any of the enzymes responsible for forming or releasing glycogen.These enzyme defects lead to abnormal tissue concentrations of glycogen or to structurally abnormal forms of glycogen.医学遗传学生化遗传病96B.Glycogen Storage Disease,G糖原贮积症，至少有糖原贮积症，至少有1313种类型种类型 临床表现：临床表现：1.1.进行性肝肾肿大。进行性肝肾肿大。2.2.乳酸性酸中毒。乳酸性酸中毒。3.3.严重低血糖、惊厥。严重低血糖、惊厥。遗传方式：遗传方式：常染色体隐性遗传为主，常染色体隐性遗传为主，9-119-11型型 X X连锁隐性遗传。连锁隐性遗传。医学遗传学生化遗传病97糖原贮积症，至少有13种类型 临床表现：医学遗传学C.Mucopolysaccharidosis,MPS 黏多糖积累症黏多糖积累症黏多糖是由蛋白质和氨基多糖构成的糖蛋白。黏多糖是由蛋白质和氨基多糖构成的糖蛋白。黏多糖积累症是由于糖苷酶黏多糖积累症是由于糖苷酶(glycosidase)(glycosidase)或硫酸酯酶或硫酸酯酶(sulfatase)(sulfatase)遗传性缺乏，造成遗传性缺乏，造成酸性粘多糖部分分解产物如硫酸皮肤素酸性粘多糖部分分解产物如硫酸皮肤素 (dermatan sulfate)(dermatan sulfate)和硫酸乙酰肝素和硫酸乙酰肝素(heparan sulfate)(heparan sulfate)等在各种组织中累积而等在各种组织中累积而致病。致病。医学遗传学生化遗传病98C.Mucopolysaccharidosis,MPS 黏多糖累积症黏多糖累积症 7 7种类型种类型（1 1）黏多糖累积症）黏多糖累积症-H-H型型临床表现：临床表现：a.a.面容粗犷、皮肤粗糙面容粗犷、皮肤粗糙b.b.眼距增宽、鼻梁平塌眼距增宽、鼻梁平塌c.c.肢短掌宽、肢短掌宽、关节僵硬关节僵硬d.d.角膜浑浊、智力障碍角膜浑浊、智力障碍生化背景：生化背景：-L-L-艾杜糖苷酸酶缺艾杜糖苷酸酶缺乏乏遗传方式：常隐遗传方式：常隐 4p16.34p16.3医学遗传学生化遗传病99黏多糖累积症 7种类型临床表现：医学遗传学生化遗传病99粘多糖累积症粘多糖累积症 型型临床表现：临床表现：a.a.表型与表型与型相似；型相似；b.b.无角膜浑浊；无角膜浑浊；c.c.智力障碍较轻；智力障碍较轻；d.d.多毛、进行性耳聋多毛、进行性耳聋。生化背景：生化背景：硫酸艾杜糖醛酸酯酶缺硫酸艾杜糖醛酸酯酶缺乏乏遗传方式：遗传方式：X X隐，隐，Xq27.3-28Xq27.3-28医学遗传学生化遗传病100粘多糖累积症 型临床表现：医学遗传学生化遗传病100Case Studies The Defect in Lipid Metabolism 脂类代谢病是由于脂类脂类代谢病是由于脂类分解代谢过程中特异性酶缺乏，分解代谢过程中特异性酶缺乏，导致其相应的脂类底物在内脏、导致其相应的脂类底物在内脏、脑部和血管中累积，使这些系统脑部和血管中累积，使这些系统问紊乱而致病，总称脂类累积症问紊乱而致病，总称脂类累积症(lipidosis)(lipidosis)医学遗传学生化遗传病101Case Studies The Defect in L神经鞘脂累积症神经鞘脂累积症医学遗传学生化遗传病102神经鞘脂累积症医学遗传学生化遗传病102Case Studies The Defect in Purine Metabolism医学遗传学生化遗传病103Case Studies The Defect in P自残综合征自残综合征(Lesch-Nyhan syndrome,LNS)患者因遗传性缺乏次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶(HGPRT)而致病。医学遗传学生化遗传病104自残综合征(Lesch-Nyhan syndrome,LN HGPRT催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)上的磷酸核糖基转移到鸟嘌呤和次黄嘌呤上，使之成为鸟苷酸和次黄苷酸，而它们又可反馈抑制嘌呤前体5-磷酸核糖-1-胺的生成。此酶如缺乏，则鸟苷酸和次黄苷酸合成减少，嘌呤合成加快，致使尿酸增高，代谢紊乱而致病。医学遗传学生化遗传病105 HGPRT催化5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRP生化背景：生化背景：医学遗传学生化遗传病106生化背景：医学遗传学生化遗传病106LNSLNS为为X X连锁隐性遗传连锁隐性遗传。HGPRTHGPRT基基因定位于因定位于Xq26-q27Xq26-q27。此酶主要的突。此酶主要的突变类型有：核苷酸取代、插入、缺变类型有：核苷酸取代、插入、缺失和移码突变，可在失和移码突变，可在DNADNA水平上作水平上作产前诊断。产前诊断。医学遗传学生化遗传病107LNS为X连锁隐性遗传。HGPRT基因定位于Xq26-q27临床表现：临床表现：1.1.高尿酸血和高高尿酸血和高 尿酸尿症尿酸尿症2.2.痛风性关节炎痛风性关节炎3.3.智力迟钝，大智力迟钝，大 脑瘫痪脑瘫痪4.4.舞蹈样动作，舞蹈样动作，自残行为自残行为医学遗传学生化遗传病108临床表现：1.高尿酸血和高 尿酸尿症2.痛风性关节炎Case Studies Receptor Protein Disease（受体蛋白病）（受体蛋白病）Familial Hypercholesterolemia,FH家族家族性高胆固醇血症性高胆固醇血症医学遗传学生化遗传病109Case Studies Receptor Protei家族性高胆固醇血症家族性高胆固醇血症是由于细胞膜上低密度脂蛋白（low density lipoprotein receptor,LDLR）缺陷而引起的疾病，表现为人体血浆中胆固醇和甘油三酯的异常堆积，而引起动脉粥样硬化、冠心病和心肌梗死。医学遗传学生化遗传病110家族性高胆固醇血症是由于细胞膜上低密度脂蛋白（low den ACAT:ACAT:脂酰辅酶脂酰辅酶A A 胆固醇脂酰转移酶胆固醇脂酰转移酶HMG-CoA:HMG-CoA:-羟基羟基-甲基戊二酰辅酶甲基戊二酰辅酶A A还原酶还原酶医学遗传学生化遗传病111 ACAT:脂酰辅酶A胆固醇脂酰转移酶医学遗传学生化 家族性高胆固醇血症患者因为LDL受体缺陷，LDL不能进入细胞，使细胞内的胆固醇的反馈抑制受阻，对HMG CoA还原酶抑制解除，致使细胞内胆固醇合成增高，血液及细胞内胆固醇堆积而致病。常染色体显性遗传，患者多为杂合子，LDL受体基因定位于19p13.2P13.1。医学遗传学生化遗传病112 家族性高胆固醇血症患者因为LDL受体缺陷，L临床症状临床症状o出现角膜弓（老人环）、出现角膜弓（老人环）、黄瘤；黄瘤；o过早出现冠心病、心绞过早出现冠心病、心绞痛和心肌梗死；痛和心肌梗死；医学遗传学生化遗传病113临床症状出现角膜弓（老人环）、黄瘤；医学遗传学生化遗传病11Case StudiesHemophilia（白血病）（白血病）:A bleeding disorder caused by a deficiency in one of the blood clotting factors医学遗传学生化遗传病114Case StudiesHemophilia（白血病）:AHemophilia A(often called classic hemophilia)accounts for about 80 percent of all hemophilia cases.It is a deficiency in clotting factor VIII.Hemophilia A is caused by an inherited sex-linked recessive trait with the defective gene located on the X chromosome.Females are carriers of this trait.医学遗传学生化遗传病115Hemophilia A(often called cla医学遗传学生化遗传病116医学遗传学生化遗传病116医学遗传学生化遗传病117医学遗传学生化遗传病117Hemophilia B(also called Christmas disease after Stephen Christmas,a 20th-century British boy who was first diagnosed with it)is a deficiency in clotting factor IX.Hemophilia B is caused by an inherited sex-linked recessive trait with the defective gene located on the X chromosome.Females are carriers of this trait.医