基础医学功能基因组研究课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因,在希腊语中是“给予生命”之意，,1909,年，丹麦生物学家,W.Johannsen,首先使用名词“基因”代替“遗传因子”,这个术语。随着遗传学、分子生物学、生物化学领域的发展，人们对基因本性的认识逐渐深入，基因的概念和涵义也不断地发展和丰富。,基 因,基因,在希腊语中是“给予生命”之意，1909年，丹麦生,1926,年，,Morgan,发表了,“基因论”，指出基因是在特定的染色体上，而且是呈直线排列在染色体上的遗传颗粒,，,位于同源染色体的同一位置上的相对基因叫做,等位基因,。基因是世代相传的，,基因决定遗传性状的表达,。,基因概念,生物学概念,基因概念生物学概念,1941,年，,Beade,和,Tatum,用,X,射线照射,链孢霉菌使其产生不同的突变株,，他们发现突变可致催化代谢的酶发生变化，因而提出了“,一个基因一个酶”的假说,。,基因中的突变可导致它所负责的酶活性的改变,。,。,基因概念,生物学概念,1941年，Beade和Tatum用X射线照射链孢霉菌使,直到,1957,年，科学家找到了证明该假说的证据。,Ingram,通过实验证明，镰状细胞贫血（,sickle cell anemia,）的病因是编码血红蛋白的基因发生了突变，从而改变了血红蛋白的氨基酸组成,。,基因概念,生物学概念,基因概念生物学概念,基因的生物学概念阐述了基因的功能,，,如基因是可遗传的、基因型决定表型、基因呈直线排列在染色体上、基因在世代相传的行为和功能表达上具有相对的独立性等，,但尚未阐明基因究竟是什么？它的物质基础是什么？,基因概念,现代概念,基因的生物学概念阐述了基因的功能，如基因是可,随着科学的进步，今天已清楚地知道，,基因,（,gene,）是,DNA,分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的基本单位。,DNA,是遗传的物质基础，,基因位于染色体上,实际上是位于染色体的,DNA,上。,基因是,DNA,大分子的一个个片段，有复制、转录等主要的生物学功能，是生物遗传繁殖的物质基础,。,基因概念,现代概念,随着科学的进步，今天已清楚地知道，基因（gene）是DNA分,生物体的,表型,是通过产生许多特殊的,蛋白质,来实现的，而蛋白质由一系列的氨基酸组成，蛋白质的结构和活性由其氨基酸的排列顺序来决定。而,DNA,的核苷酸序列能决定组成它所对应蛋白质的氨基酸序列。这种关系叫做,遗传密码,。,基因概念,现代概念,生物体的表型是通过产生许多特殊的蛋白质来实现,遗传密码是以三个核苷酸为一组翻译的，,每个三核苷酸叫做一个密码子,（,codon,），,编码一个氨基酸,。一个基因包括一系列从固定的起始位点读起并在固定的位点终止的密码子。,通常按,53,方向书写,，对应其蛋白质产物的,N,末端到,C,末端。在任何确定的区域，,DNA,只有其中的一条链编码蛋白质,。,基因概念,现代概念,遗传密码是以三个核苷酸为一组翻译的，每个三核苷酸叫做一个,随着分子生物学研究的进展，,基因不是用一段,DNA,就可以概括的。,在原核生物中，常见几个结构基因组成一个操纵子，发生在结构基因区域的突变可把它们区别开来。但当突变发生在操纵子的启动子区域或调控区，则操纵子所控制的所有结构基因都会受到影响。,基因概念,现代概念,随着分子生物学研究的进展，基因不是用一段DNA,在真核细胞中，首先转录出的核不均一,RNA,（,heterogeneous nuclear RNA,hnRNA,）有不同的内含子剪接位点，可通过不同的剪接修饰，产生两种以上的不同的,mRNA,，进而编码不同的蛋白质。由于分子生物学技术的发展，如,DNA,分子克隆、核苷酸序列测定、核酸分子杂交等实验手段的不断出现，可从分子水平上研究基因的结构和功能，丰富并深化了对基因本质的认识。,基因概念,现代概念,在真核细胞中，首先转录出的核不均一RNA（h,还有一大类,RNA,基因,，如,rRNA,、,tRNA,、,snRNA(small nuclear RNA),基因等，,它们只转录生成,RNA,，并不翻译蛋白质,，就无法从遗传性状来分析它们了。因此，,现代分子生物学的基因概念应该是,：,合成有功能的蛋白质或,RNA,所必需的全部,DNA,序列（除部分病毒,RNA,），即一个基因不仅包括编码蛋白质或,RNA,的核苷酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列。,基因概念,现代概念,还有一大类RNA基因，如rRNA、tRNA、snRNA(,从分子水平来说，基因有三个基本特性。,基因的一般特点,从分子水平来说，基因有三个基本特性。基因的一般特点,基因可自体复制,1953,年,Watson-Crick,提出了,DNA,双螺旋结构模型。说明了半保留复制机制，两股,DNA,彼此分开，以每一股为模板，按碱基配对的规则，各自配上一股新的,DNA,，复制便告完成。,基因的一般特点,基因可自体复制 1953年Watson-Crick,基因决定性状,生物体的表（现）型（,phenotype,）是指有机体可见的或可计算的外在性质，而,基因型,（,genotype,）,是指控制这些表型的遗传因子,。生物体的表型是通过产生许多特殊的蛋白质来实现的，而,DNA,的核苷酸序列能决定组成它所对应蛋白质的氨基酸序列。,这种关系叫做遗传密码。,基因的一般特点,基因决定性状 生物体的表（现）型（phenoty,基因突变,基因通常是一个,稳定的遗传单位,，,但它也可能发生可,遗传的变异,，这种变异叫,基因突变,（,mutation,）。突变以后的基因以新的形式稳定遗传。,携带突变基因的生物体叫突变体（,mutant,），,携带正常基因的生物体叫,野生型,（,wild type),。,基因的一般特点,基因突变 基因通常是一个稳定的遗传单位，但它,（,1,）原核生物,:,一般只有一个染色体，即核酸分子,，大多数为双螺旋结构，少数以单链形式存在。原核生物基因组较小，如大肠杆菌为,4.210,6,bp,，。因细菌生长迅速，生长条件易被人为控制，取材方便，故,原核生物是从分子水平研究生物的遗传特性及信息传递的好素材,。,原核生物和真核生物基因的区别,（1）原核生物:一般只有一个染色体，即核酸分子，,基础医学功能基因组研究,（,2,）,真核生物,真核生物基因组比原核生物要复杂得多。其基本特点如下：,基因组中有大量低度、中度、高度重复序列；基因大多数是不连续的，由编码的外显子与不编码的内含子镶嵌排列而成，非编码区多于编码区，约占,90%,以上的,DNA,序列；基因不存在操纵子结构,，功能相关的基因也大多分散在不同的染色体上，即使空间位置相近，也分别转录。,原核生物和真核生物基因的区别,（2）真核生物 真核生物基因组比原核生物要复杂得多。其基本,真核生物基因组,DNA,大多与蛋白质结合形成染色质，,染色质的基本结构单位为核小体，其中,DNA,约占,35%,，,RNA,约占,5%,，其余约,60%,为组蛋白和非组蛋白。,原核生物和真核生物基因的区别,原核生物和真核生物基因的区别,基础医学功能基因组研究,病毒,既不属原核生物，也不是真核生物，它们是一种超分子的亚细胞生命形式，仅由核酸（,DNA,或,RNA,）和蛋白质外壳组成，其繁殖要在寄生细胞内进行，其遗传机制与寄主密切相关。,原核生物和真核生物基因的区别,原核生物和真核生物基因的区别,基因根据其产物分为三类,基因的类别,第一类,蛋白质基因,它的最终产物是,蛋白质,；,第二类,RNA,基因,它的最终产物是,tRNA,和,rRNA,。,第三类,不转录的基因,它不产生任何产物，而对基因表达起调节控制作用。,基因根据其产物分为三类基因的类别第一类 蛋白质基因 它的,基因的类别,基因根据其功能可以分为两类,结构基因,（,structural,gene,）是指某些能决定某种多肽链（蛋白质）或酶分子结构的基因。结构基因的突变可导致特定蛋白质（或酶）一级结构的改变或影响蛋白质（或酶）量的改变。,调控基因,（,regulator and control gene,）是指某些可调节控制结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶）量的改变。,基因的类别基因根据其功能可以分为两类结构基因（struct,人类基因包括,4,个区域,基因的结构,编码区,，包括外显子与内含子,前导区,，位于编码区上游，相当于,mRNA,5,末端非编码区（非翻译区）；,尾部区,，位于,mRNA 3,编码区下游，相当于,3,末端非编码区（非翻译区）；,调控区,，包括启动子和增强子等。基因编码区的两侧也称为侧翼序列（,flanking,sequence,）。,人类基因包括4个区域基因的结构编码区，包括外显子与内含子,1,外显子（,exon,）和内含子,（,intron,）大多数真核生物的基因为不连续基因（,interrupted,或,discontinuous gene,）或割裂基因（,split gene,）。所谓割裂基因是指基因的编码序列在,DNA,分子上是不连续排列的，而是被不编码的序列所隔开。编码的序列称为外显子，对应于,mRNA,序列的区域，是一个基因表达为多肽链的部分。,基因的结构,基因的结构,不编码的间隔序列称为内含子，内含子只转录，在前,mRNA,（,premRNA,）时被剪切掉。,如果一个基因有,n,个内含子，一般总是把基因的外显子分隔成,n+1,部分。,基因的结构,外显子,内含子,外显子,内含子,外显子,外显子,内含子,基因的结构外显子内含子外显子内含子外显子外显子内含子,真核生物中有的结构基因不含有内含子，,如组蛋白基因、干扰素基因等，它们大多数以基因簇的形式出现，大多数的酵母结构基因也没有内含子。,基因的结构,真核生物中有的结构基因不含有内含子，如组蛋白基因、干扰素基因,2,外显子和内含子,接头,每个外显子和内含子接头区都有一段高度保守的一致序列（,consensus sequence,），即内含子,5,末端大多数是,GT,开始，,3,末端大多数是,AG,结束，称为,GT-AG,法则,，是普遍存在于真核基因中。,基因的结构,基因的结构,3,侧翼序列,在第一个外显子和最末一个外显子的外侧是一段不被翻译的非编码区，称为侧翼序列。侧翼序列中存在基因调控序列，对基因的活性有重要影响。,基因的结构,基因的结构,4,启动子,启动子（,promoter,）,是基因中一段能结合,RNA,聚合酶的,DNA,序列,，由于它与,RNA,聚合酶的结合，由此开始,转录,。,基因的结构,4启动子 启动子（promoter）是基因中一段能结合,(1),TATA,框,（,TATA box,）：其一致序列为,TATATAA,。它约在基因转录起始点上游约,-3050bp,处，基本上由,A-T,碱基对组成，是决定基因转录起始点的选择，为,RNA,聚合酶的结合处之一，,RNA,聚合酶与,TATA,框结合才能开始转录。,基因的结构,基因的结构,（,2,）,CAAT,框,（,CAAT box,）：其一致序列为,GGTCAATCT,，是真核生物常有的调节区，位于转录起始点上游,-80100bp,处，可能也是,RNA,聚合酶的一个结合处，控制着转录起始的频率。,（,3,）,GC,框,（,GC box,）：有两个拷贝，位于,CAAT,框的两侧，由,GGCGGG,组成，是一个转录调控区，有激活转录调控的功能,。,基因的结构,基因的结构,5,增强子,增强子（,enhancer,）也是一段,DNA,序列，,该序列能提高该基因分子存在的某段,DNA,的转录活性,。,在真核基因转录起始点的上游或下游一般都有增