醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)課件

1、第三章 遺傳的分子基礎(chǔ)第一節(jié) 染色體的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)一、染色體的化學(xué)組成染色質(zhì)D N A蛋 白 質(zhì)少量RNA組 蛋 白：H1、H2A、H2B、H3、H4非組蛋白醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)1第三章 遺傳的分子基礎(chǔ)染色質(zhì)D N A組 蛋 白：H1、H核酸的基本單位單核苷酸nucleotide戊糖 脫氧核糖磷酸含氮有機(jī)堿嘌呤：（堿基）（一） DNA(deoxyribonucleic acid)嘧啶：嘧 啶嘌 呤胞嘧啶 Ccytosine 胸腺嘧啶 Tthymine鳥嘌呤 Gguanine腺嘌呤 Aadenine堿 基醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)2核酸的基本單位單核苷酸戊糖 脫氧核糖磷酸含氮核糖脫氧糖苷

2、鍵核苷酯 鍵單 核 苷 酸醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)3核糖脫氧糖苷鍵核苷酯 鍵單 核 苷 酸醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(35磷酸二酯鍵53醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)435磷酸二酯鍵53醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)4醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)5醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)5（二）組蛋白與非組蛋白 組蛋白：染色體中約1/3是組蛋白，已知有5種，賴氨酸和精氨酸含量比例不同為堿性蛋白；H1、H2A、H2B、 H3、H4 多數(shù)帶正電荷；與DNA構(gòu)成核小體。 非組蛋白：酸性蛋白，種類很多，有一類小分子與基因調(diào)控有關(guān)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)6（二）組蛋白與非組蛋白醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)6（三）DNA分子中的遺傳信息 DNA的

3、兩條多核苷酸鏈以相反方向纏繞，依賴成對(duì)堿基的氫鍵連接，AT、G，其互補(bǔ)原則是DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄，逆轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)。 一個(gè)DNA上如有n個(gè)核苷酸，其組合幾乎為無限：4n(人為43109)，蘊(yùn)藏大量遺傳信息，現(xiàn)已了解，mRNA上每三個(gè)相鄰堿基構(gòu)成一個(gè)密碼子。 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)7（三）DNA分子中的遺傳信息 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子DNA的雙鏈形成醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)8DNA的雙鏈形成醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)8醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)9醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)9醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)10醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)10U C A G遺 傳 密 碼 表第一堿基(5,)UCAG第 二 堿 基第三堿基（3，

4、）UCAGUCAGUCAGUCAG苯丙氨酸 絲氨酸 酪 氨 酸 半胱氨酸苯丙氨酸 絲氨酸 酪 氨 酸 半胱氨酸亮 氨 酸 絲氨酸 終止密碼 終止密碼亮 氨 酸 絲氨酸 終止密碼 色 氨 酸亮 氨 酸 脯氨酸 組 氨 酸 精 氨 酸亮 氨 酸 脯氨酸 組 氨 酸 精 氨 酸亮 氨 酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精 氨 酸亮 氨 酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精 氨 酸異亮氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 絲 氨 酸異亮氨酸 蘇氨酸 天冬酰胺 絲 氨 酸異亮氨酸 蘇氨酸 賴 氨 酸 精 氨 酸 甲硫氨酸 *+合成起步信號(hào) 蘇氨酸 賴 氨 酸 精 氨 酸 纈 氨 酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘 氨 酸纈 氨 酸 丙氨酸 天冬氨酸

5、甘 氨 酸纈 氨 酸 丙氨酸 谷 氨 酸 甘 氨 酸纈 氨 酸 丙氨酸 谷 氨 酸 甘 氨 酸醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)11U C 1.基因組狹義：?jiǎn)伪扼w細(xì)胞中的全套染色體（人：22條常染色體+X，Y+線粒體DNA）。 某物種單倍體細(xì)胞所具有的遺傳信息的總和。廣義：一物種的全部遺傳物質(zhì)及其攜帶的遺傳信息。二、染色體的分子組成醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)121.基因組二、染色體的分子組成醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)12 大小：從幾kb幾個(gè)Mb；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、非編碼序列很少；2、編碼序列是連續(xù)的；3、多數(shù)編碼序列以操作子的形式排列；4、細(xì)菌染色體具有擬核結(jié)構(gòu)；5、從功能上可以把編碼序列分為核心基因組（cor

6、e genome）和附加成分。2、原核生物基因組的基本結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)13 大小：從幾kb幾個(gè)Mb；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、非編碼序列很核心基因組中的編碼序列為細(xì)菌生活周期所必須；附加成分是細(xì)菌基因組中一些與細(xì)菌生活周期沒有關(guān)系的編碼序列，主要有毒力島（pathogenicity islands）、可移動(dòng)成分等；醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)14核心基因組中的編碼序列為細(xì)菌生活周期所必須；醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基毒力島： 近年來,隨著分子生物學(xué)研究的不斷深入,在細(xì)菌學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新的概念,毒力島(pathogenicity island)為其中之一。,一組編碼細(xì)菌毒力相關(guān)基因的基因簇；分子質(zhì)量比較大長(zhǎng)度

7、在20100 kb；兩側(cè)一般具有重復(fù)序列和插入元件,也可以沒有；具有附加成分特點(diǎn)（非必需, GC含量，密碼使用頻率，不穩(wěn)定可移動(dòng)）基因產(chǎn)物多為分泌性蛋白或表面蛋白.醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)15毒力島：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)15毒力島具有以下特點(diǎn):1. 編碼細(xì)菌毒力基因簇的一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量較大的(20100kb左右)染色體DNA片段；2.一些毒力島的兩側(cè)具有重復(fù)序列和插入元件, 但是也可以沒有；3.毒力島往往位于細(xì)菌染色體的tRNA基因位點(diǎn)內(nèi)或附近, 或者位于與噬菌體整合有關(guān)的位點(diǎn)；4.毒力島DNA片段的G+C mol % 、密碼使用和宿主細(xì)菌染色體有明顯差異， 有的比宿主細(xì)胞的G+C mol

8、% 明顯高， 有的明顯低； 5.毒力島編碼的基因產(chǎn)物許多是分泌性蛋白和細(xì)胞表面蛋白, 如溶血素、菌毛和血紅素結(jié)合因子， 一些毒力島編碼細(xì)菌的分泌系統(tǒng)（如型分泌系統(tǒng)）、信息傳導(dǎo)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 6. 一種病原菌可以有一個(gè)或幾個(gè)毒力島； 7. 部分學(xué)者認(rèn)為, 細(xì)菌的毒力島應(yīng)該包括位于噬菌體和質(zhì)粒上的、與細(xì)菌的毒力有關(guān)、其G+C百分比和密碼使用與宿主細(xì)胞明顯不同的DNA片段；8.毒力島可能與新發(fā)現(xiàn)的病原性細(xì)菌有關(guān); 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)16毒力島具有以下特點(diǎn):醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)163、質(zhì)粒染色體外遺傳物質(zhì)雙鏈DNA分子，幾kb幾百kb；位置相對(duì)游離；獨(dú)立復(fù)制（松弛與嚴(yán)謹(jǐn)）；攜帶致育基因和耐

9、藥基因；F因子（接合性質(zhì)粒）質(zhì)粒的不相容性：在沒有選擇壓力的情況下兩種質(zhì)粒不能共存于同一個(gè)宿主細(xì)胞內(nèi)的現(xiàn)象 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)173、質(zhì)粒染色體外遺傳物質(zhì)雙鏈DNA分子，幾kb幾百kb醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)18醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)18斷裂基因；主要由大量的非編碼序列和少量的編碼序列構(gòu)成；存在多基因家族。含有多種類型的重復(fù)序列；4、人類基因組的基本特點(diǎn)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)19斷裂基因；4、人類基因組的基本特點(diǎn)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)1人類基因組概況最長(zhǎng)的染色體2（240 Mbp）最短的染色體Y（19Mbp）基因最多的染色體1（2453）基因最少的染色體Y（104）基因密度最大的染

10、色體19（23/Mb）基因密度最小的染色體13，Y（5/Mb）重復(fù)序列含量最高的染色體19（57%）重復(fù)序列含量最低的染色體2，8，10，13，18（36%）醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)20人類基因組概況最長(zhǎng)的染色體2（240 Mbp）最短的染色體Y 每個(gè)基因組（genome)含3.0109bp, 根據(jù)基因組DNA堿基排列順序重復(fù)出現(xiàn)的 程度不同，把基因組DNA序列分為單一序列，重復(fù)序列。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)21 每個(gè)基因組（genome)含3.0109b基因組DNA單一序列（unique sequence）：重復(fù)序列（repetitive sequence）： 60%65%單拷貝或很少幾次的

11、序列、由8001000bp組成、結(jié)構(gòu)基因,一個(gè)基因組中，約有10萬個(gè)結(jié)構(gòu)基因(33.5萬) 30%以上。 DNA序列在基因組中有多個(gè)拷貝，可有幾十份，幾百份，甚至幾十萬份有些重復(fù)序列與染色體結(jié)構(gòu)有關(guān)，大多數(shù)生物學(xué)功能有待進(jìn)一步研究。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)22基因組單一序列（unique sequence）：重復(fù)序列（重復(fù)序列高度重復(fù)序列：中度重復(fù)序列： 由很短的堿基序列組成，長(zhǎng)度2200bp，重復(fù)次數(shù)106108。一般占DNA堿基對(duì)的10%30%。由一些短的DNA序列呈串聯(lián)重復(fù)排列。 在長(zhǎng)度和拷貝數(shù)目上有很大差別。重復(fù)次數(shù)10104,一般占DNA堿基對(duì)的10%,有些中度重復(fù)序列DNA具有編碼

12、功能;大多數(shù)無編碼功能，主要是一些分散重復(fù)DNA序列 .醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)23重復(fù)序列高度重復(fù)序列：中度重復(fù)序列： 高度重復(fù)序列衛(wèi)星DNA 小衛(wèi)星DNA 微衛(wèi)星DNA 回文序列 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)24高度重復(fù)序列衛(wèi)星DNA 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)24衛(wèi)星DNA DNA在CsCl密度梯度離心中，由于GC的含量少于AT，當(dāng)重復(fù)序列的GC與AT的比率有差異時(shí)，可在DNA主峰旁形成衛(wèi)星DNA。衛(wèi)星DNA構(gòu)成著絲粒，端粒和Y染色體長(zhǎng)臂上的異染色質(zhì)區(qū)。稱為衛(wèi)星DNA。 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)25衛(wèi)星DNA DNA在CsCl密度梯度離心中，由于GC的含量少浮力密度主帶 衛(wèi)星帶1.701 1.

13、690吸光度衛(wèi)星DNA醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)26浮力密度主帶 衛(wèi)星帶吸光度衛(wèi)星DNA醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)小衛(wèi)星DNA指端粒DNA和高變小衛(wèi)星DNA兩種。在染色體末端由6bp序列(TTAGGG)重復(fù)串聯(lián)組成的1015kbDNA序列稱為端粒DNA。它是在端粒酶作用下加到染色體末端，保持染色體的完整性。高變小衛(wèi)星DNA是由964bp序列重復(fù)串聯(lián)組成的，每個(gè)小衛(wèi)星區(qū)重復(fù)序列的拷貝數(shù)是高度可變的，因此常用DNA指紋技術(shù)作個(gè)體鑒定。 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)27小衛(wèi)星DNA指端粒DNA和高變小衛(wèi)星DNA兩種。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分1231/2121122小鼠衛(wèi)星DNA的EcoRII切割的電泳掃描圖 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基

14、礎(chǔ)(1)281231/2121122小鼠衛(wèi)星DNA的EcoRII切割微衛(wèi)星DNA微衛(wèi)星DNA重復(fù)單位序列最短，只有15bp，串聯(lián)成簇長(zhǎng)度50100bp的微衛(wèi)星序列。人類基因組至少有30000個(gè)不同的微衛(wèi)星位點(diǎn)，具高度微衛(wèi)星多態(tài)性，不同個(gè)體間有明顯差別，但在遺傳上卻是高度保守的，因此可作為重要的遺傳標(biāo)志，用于基因定位的連鎖分析。 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)29微衛(wèi)星DNA微衛(wèi)星DNA重復(fù)單位序列最短，只有15bp，串回文序列是兩個(gè)順序相同的互補(bǔ)拷貝在同一條DNA鏈上反向排列而成的，形成鏈內(nèi)堿基配對(duì)，形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)30回文序列醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)305AGACCACCAG

15、TACAACGTTATTGTACTGGAACAAG33TCTGGTGGTCATGTTGCAATAACATGACCTTGTTC5 T G TC ATTGTACTGG AACAAG3 A A C A T G A C C5 AGACCAG T C A A3TCTGGT G G T C A T G T T TTGTTC5CCAGTACAA醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)315AGACCACCAGTACAACGTTATTGTACT分 類長(zhǎng) 度重復(fù)單位分 布衛(wèi)星DNA100kb-MbI2548異染色質(zhì)II、III類5染色體全長(zhǎng)a 171著絲粒 （Sau3A）68部分著絲粒小衛(wèi)星DNA0.1-20kb端粒DNA6端

16、粒高變924染色體全長(zhǎng)微衛(wèi)星DNA150bp14染色體全長(zhǎng)人類基因組中的串聯(lián)重復(fù)序列醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)32分 類長(zhǎng) 度重復(fù)單位分 布衛(wèi)星DNA100kb-MbI短分散元件(SINEs)：長(zhǎng)度300500bp，散在分布在基因組中，拷貝數(shù)目可達(dá)到105以上，兩個(gè)片段間隔約1000bp的單拷貝序列. 例如人類Alu家族，占人類基因組的36，由300bp構(gòu)成，在第170位附近都AGCT順序，可被內(nèi)切酶Alu。重復(fù)達(dá)3070萬次，平均4kbDNA就有一個(gè)Alu順序。長(zhǎng)分散元件(LINEs)：長(zhǎng)度10007000bp，重復(fù)次數(shù)為10104,重復(fù)序列之間間隔10-30bp單拷貝序列。在人類基因組可重復(fù)

17、幾十次串聯(lián)在一起形成基因簇有稱串聯(lián)重復(fù)基因,如KpnI家族。中度重復(fù)序列醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)33短分散元件(SINEs)：長(zhǎng)度300500bp，散在分布在人類基因組中的散布重復(fù)序列類型家族單位長(zhǎng)度拷貝數(shù)總長(zhǎng)度比例SINEAlu0.13 kb1百萬288 Mb9.9MIR40萬66 Mb2.3LINELINE10.8 kb35萬466 Mb16.1LINE20.25 kb27萬LTRHERV1.3 kb5萬155 Mb5.3RTLV，LTR0.5 kb20萬DNA TnMER,THE等0.25 kb20萬50 Mb1.7總記1025 Mb35.3醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)34人類基因組中的散布

18、重復(fù)序列類型家族單位長(zhǎng)度拷貝數(shù)總長(zhǎng)度比例S多基因家族(multigeng family) 一個(gè)祖先基因(ancestral gene)經(jīng)過重復(fù)和變異所形成的一組基因。基因家族也就是真核基因組中有許多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因稱為基因家族。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)35多基因家族(multigeng family) 一個(gè)祖先基因有兩種存在形式：一類是一個(gè)基因的多次拷貝成簇排列在同一條染色體上，形成一個(gè)基因簇（gene cluster） ；另一類是一個(gè)多基因家族中的不同成員成簇分布于幾條不同的染色體上，這些成員的序列雖然有些不同，但是編碼一組關(guān)系密切的蛋白質(zhì)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)36有兩

19、種存在形式：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)36直向同源（ortholog):不同物種，甚 至真核生物與原核生物之 間。結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān) 的基因，起源于同一祖先。橫向同源（paralog):同一生物體內(nèi)。 結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基 因，源于基因的復(fù)制 。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)37直向同源（ortholog):不同物種，甚橫向同源（para假基因 在多基因家族中，某些成員不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這類基因成為假基因。假基因的核苷酸順序與相應(yīng)的活性基因極為相似，但不能表達(dá)，不具有正常功能。它們與有功能的基因有同源性，起初可能是有功能的基因，以后由于發(fā)生突變，失去了活性，變成了無功能的基因。 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子

20、基礎(chǔ)(1)38假基因 在多基因家族中，某些成員不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這類GC框：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的活動(dòng)。CAAT框增強(qiáng)子尾部區(qū)第二節(jié) 真核基因的分子結(jié)構(gòu)人類珠蛋白基因結(jié)構(gòu)圖內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子 3（E3）105 146外顯子 2 （E2）31 10453 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) TATA框RNA聚合酶結(jié)合決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)CAAT框RNA聚合酶結(jié)合控制轉(zhuǎn)錄頻率外顯子 1 （E1）1 30AATAAA 回文順序 結(jié)構(gòu)基因編 碼 區(qū)非編碼區(qū)調(diào) 控 區(qū)外顯子：具有編碼意義內(nèi)含子：無編碼意義（ 5GT、 3AG； GT -AG法則）前導(dǎo)區(qū)啟動(dòng)子終止子TATA框mRNA裂解信號(hào)(AATAAA)回文結(jié)構(gòu)GC框

21、 GC框 轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)39GC框：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的活動(dòng)。CAAT框增強(qiáng)子尾部區(qū)第二節(jié) 真核基5AGACCACCAGTACAACGTTATTGTACTGGAACAAG33TCTGGTGGTCATGTTGCAATAACATGACCTTGTTC53AGACCACCAGUACAACGUUAUUGUACUGGAACAAG5 U G UC AUUGUACUGG AACAAG5 A A C A U G A C C3 AGACCA醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)405AGACCACCAGTACAACGTTATTGTACT第三節(jié) DNA的復(fù)制 DNA復(fù)制(replication ): DNA分子合成一

22、個(gè)與自己相同的DNA分子的過程。其結(jié)果DNA含量增加一倍。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)41第三節(jié) DNA的復(fù)制 DNA復(fù)制(replicatioTAATGCCGTAA-TA-TATCGGCGCA-TT AT AA T C GG CT AT AAACGCTTGCG一.半保留復(fù)制（semi-conservative replication)解旋2條單鏈C GG CA TA TAACGCTTGCG分別以2條單鏈為模板按堿基配對(duì)原則形成與親代DNA分子相同的兩條子鏈。每條子鏈中一條多核苷酸鏈?zhǔn)怯H代DNA分子即模板鏈，另一條是互補(bǔ)合成的。ATGCAAA-TA-TATCGCGGCGCATTTATGCCGA-T

23、A-TATCGGCGCA-TATGCTACGTAA-TA-TATCGGCG-C醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)42TAATGCCGTAA-TA-TATCGGC二. DNA復(fù)制的過程復(fù)制起點(diǎn)、方式和方向復(fù)制起點(diǎn)（origin ori或 o 復(fù)制原點(diǎn)）復(fù)制開始處DNA分子的特定位置醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)43二. DNA復(fù)制的過程復(fù)制起點(diǎn)、方式和方向醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ) 原核生物（Prokaryote）：?jiǎn)螐?fù)制起點(diǎn)即整個(gè)染色體只有一個(gè)復(fù)制單位 復(fù)制子（Replicon）；又稱復(fù)制單位 或復(fù)制元醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)44 原核生物（Prokaryote）：?jiǎn)螐?fù)制起點(diǎn)即整 真核生物（Eukaryote）:多復(fù)

24、制起點(diǎn)即一個(gè)genome中有多個(gè)復(fù)制單位醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)45 真核生物（Eukaryote）:多復(fù)制起點(diǎn)即DNA中含有一定復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制終點(diǎn)的復(fù)制單位1.3萬90萬不等醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)46DNA中含有一定復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制終點(diǎn)的復(fù)制單位1.3萬90萬5353復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制體（Replisome）復(fù)制叉處的許多酶和蛋白組成的復(fù)合體，協(xié)同動(dòng)作合成DNA復(fù)制叉醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)475353復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制體（Replisome）復(fù)制叉 富含AT “呼吸作用”十分明顯,許多酶的結(jié)合位點(diǎn), 發(fā)夾結(jié)構(gòu)也有同樣作用 300bp真核生物的復(fù)制原點(diǎn)AT rich醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)48 富含

25、AT “呼吸作用”十分明顯,許多酶的結(jié)合位點(diǎn), 發(fā)夾 復(fù)制眼（replication eye）：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的DNA，復(fù)制的區(qū)域形如一只眼睛醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)49 復(fù)制眼（replication eye）：電子顯微53535353復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制叉先導(dǎo)鏈后導(dǎo)鏈（延遲鏈）RNA引物崗崎片段復(fù)制方式醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)5053535353復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制叉先導(dǎo)鏈后導(dǎo)鏈三.DNA復(fù)制所需的引物、酶和某些蛋白DNA復(fù)制所需的引物RNA引物：長(zhǎng)度一般為412個(gè)核苷酸。引物的出現(xiàn)可能提高DNA復(fù)制的無差錯(cuò)性。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)51三.DNA復(fù)制所需的引物、酶和某些蛋白醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子

26、基礎(chǔ)(1(1)、引發(fā)酶和引發(fā)體：引發(fā)酶作用：催化RNA引物的合成。引發(fā)酶催化前要與多種蛋白質(zhì)結(jié)合共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)合體引發(fā)體。引發(fā)體有三種蛋白質(zhì)dnaAdnaBdnaCDNA復(fù)制所需的酶和蛋白質(zhì)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)52(1)、引發(fā)酶和引發(fā)體：引發(fā)酶作用：催化RNA引物的合成。引DNA復(fù)制簡(jiǎn)單起始過程 a、涉及主要酶系： DnaA、RNApol是必不可少的，此外涉及到 DnaB（解旋酶）、DnaC、Hu、Gyrase、SB、 DnaG、Top和 DNApol 全酶醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)53DNA復(fù)制簡(jiǎn)單起始過程 a、涉及主要酶系：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)簡(jiǎn)單步驟：* 轉(zhuǎn)錄激活* DnaA 識(shí)別并結(jié)合

27、復(fù)制起點(diǎn)，DnaBDnaC六聚體與oriC 形成預(yù)引發(fā)體* DnaG加入形成引發(fā)體（oriC引發(fā)體），合成引物RNA* 引物合成后，DNApol 組裝到引發(fā)的RNA上，完成復(fù)制體的組裝醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)54簡(jiǎn)單步驟：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)54DNA雙鏈大腸桿菌DNA復(fù)制的起始ATP. dnaA300C300C ATP300C dnaB dnaC ATP200C醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)55DNA雙鏈大腸桿菌DNA復(fù)制的起始ATP. dnaA300C(2)、DNA聚合酶：作用是將脫氧核苷酸連接成DNA。聚合反應(yīng)： 底物dNTPPoly(核苷酸)n3-OH dNTP Poly(核苷酸)n+1

28、3-OH 2PiDNA聚合酶活性條件模板、引物醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)56(2)、DNA聚合酶：作用是將脫氧核苷酸連接成DNA。醫(yī)學(xué)遺大腸桿菌 聚合酶DNADNA聚合酶IDNA聚合酶IIDNA聚合酶III：將崗崎片段5端上的RNA引物切除。此外對(duì)DNA復(fù)制起校正作用，并在DNA損傷修復(fù)中也起重要作用。：作用機(jī)制不詳。：DNA復(fù)制所必須的酶， DNA鏈的延長(zhǎng)，作用除與DNA聚合酶 I有類似作用外，還有一些其它獨(dú)特的機(jī)能。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)57大腸桿菌 聚合酶DNADNA聚合酶IDNA聚合酶IIDDNA復(fù)制校正作用免錯(cuò)機(jī)制改錯(cuò)機(jī)制（失配修復(fù)機(jī)制） 免錯(cuò)機(jī)制:的代表是與DNA聚合酶連接的核酸外

29、切校對(duì)酶。DNA復(fù)制時(shí)首先DNA聚合酶進(jìn)行“核苷酸選擇”，但并非100選擇正確，有十萬分之一選擇錯(cuò)誤，核酸外切校對(duì)酶可清除選擇錯(cuò)誤的核苷酸。如果還有錯(cuò)誤級(jí)既使用改錯(cuò)機(jī)制。 改錯(cuò)機(jī)制（失配修復(fù)機(jī)制）：在新合成的核苷酸中找出錯(cuò)配的核苷酸并將其清除。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)58DNA復(fù)制校正作用免錯(cuò)機(jī)制 免錯(cuò)機(jī)制:的代表是與DNA哺乳動(dòng)物 聚合酶DNADNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶 ：DNA復(fù)制時(shí)所需要的酶。： DNA損傷修復(fù)時(shí)起作用。：存在線粒體，線粒體DNA復(fù)制起作用。：作用機(jī)制不詳。 在復(fù)制的DNA鏈中如何辨別親本鏈和新合成的鏈。親本鏈順序上甲基化程度較高

30、，新合成順序則無。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)59哺乳動(dòng)物 聚合酶DNADNA聚合酶 ：DNA復(fù)制時(shí)所延伸過程 進(jìn)入的標(biāo)志：DNApol 把第一個(gè)核苷酸加到引物的3OH端后隨鏈合成的起始（前體片段的起始） 后隨鏈的第一個(gè)岡崎片段起始于 先導(dǎo)鏈進(jìn)入延伸之后 x174 phage后隨鏈的起始 （負(fù)鏈合成、不連續(xù)合成）醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)60延伸過程醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)60(3)、DNA連接酶:能催化一段DNA鏈的5磷酸根與另一段DNA的3OH形成磷酸二酯鍵，使兩段DNA連接起來。此外，在DNA修復(fù)中亦起重要作用。(4)、DNA解鏈酶：解開DNA雙鏈。解鏈時(shí)需ATP供能。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)

31、61(3)、DNA連接酶:能催化一段DNA鏈的5磷酸根與另一段(5)、單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）:與被解開的DNA單鏈結(jié)合，使其不再纏結(jié)而便于作模板去螺旋穩(wěn)定蛋白（HDP)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)62(5)、單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）:與被解開的DNA單鏈結(jié)與復(fù)制有關(guān)的另外兩種酶拓?fù)洚悩?gòu)酶端粒酶（端粒末端轉(zhuǎn)移酶）拓?fù)洚悩?gòu)酶I拓?fù)洚悩?gòu)酶II：切斷DNA雙鏈中的一股,使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)時(shí)不致纏結(jié)，待張力解除后又把切口封閉。：穩(wěn)定螺旋結(jié)構(gòu)；當(dāng)復(fù)制完畢時(shí)，使著絲粒處連鎖著的兩個(gè)DNA分子分離。：保證真核細(xì)胞內(nèi)線性DNA的復(fù)制進(jìn)行得徹底和完善。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)63與復(fù)制有關(guān)的另外兩種酶拓?fù)洚?/p>

32、構(gòu)酶端粒酶（端粒末端轉(zhuǎn)移酶）拓?fù)?335大腸桿菌 復(fù)制叉中各種酶和蛋白質(zhì)的作用模型DNA解鏈酶解鏈酶35解鏈酶35引發(fā)體引發(fā)酶SSBSSBSSBSSBRNA引物聚合酶II35聚合酶II解鏈酶35聚合酶II3SSBSSBSSBSSB5RNA引物引發(fā)體引發(fā)酶RNA引物SSBSSBSSBSSB聚合酶IIDNA聚合酶I和連接酶醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)645335大腸桿菌 復(fù)制叉中各種酶和蛋白質(zhì)的作復(fù)制終止1、環(huán)形DNA復(fù)制的終止a、終止序列 E.coli 有兩個(gè)終止區(qū)域，分別結(jié)合專一性的終止蛋白序列一：terE terD terA序列二：terF terB terC每個(gè)區(qū)域只對(duì)一個(gè)方向的復(fù)制叉起作用

33、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)65復(fù)制終止1、環(huán)形DNA復(fù)制的終止醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)65醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)66醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)66 b、專一性終止蛋白 E.coli 中由tus gene 編碼（terminus utilization substance） 通過抑制DNA螺旋酶而發(fā)揮終止作用,每次復(fù)制時(shí)只使用一個(gè)終止位點(diǎn)ter醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)67 b、專一性終止蛋白ter醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)67醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)68醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)68 線性DNA的末端復(fù)制的問題醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)69 線性DNA的末端復(fù)制的問題醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)69? 環(huán)狀

34、DNA復(fù)制是否存在這樣的問題,為什么?醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)70? 環(huán)狀DNA復(fù)制是否存在這樣的問題,為什么?醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子線狀DNA的復(fù)制5末端短縮的解決模式a、從開始就采取環(huán)化的形式 噬菌體b、象T7噬菌體一樣采取連環(huán)分子的形式利用自身線性DNA末端的重復(fù)序列通過末端互補(bǔ)形成連環(huán)分子c、最直接的辦法引入蛋白質(zhì)直接從末端起始復(fù)制如腺病毒2、phage29、脊髓灰質(zhì)炎病毒d、痘病病毒的末端由發(fā)夾結(jié)構(gòu)連接復(fù)制完成后錯(cuò)切連接醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)71線狀DNA的復(fù)制5末端短縮的解決模式a、從開始就采取環(huán)化的?二聚體3-OHATCGTAGCATCGTAGC3-OHT7噬菌體的末端復(fù)制專一性核酸內(nèi)

35、切酶醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)72?二聚體3-OHATCGTAGCATCGTAGC3-O 腺病毒（Adnovirus-2） DNA的復(fù)制 35937 bp TP C G IR 103-162 IR ; 包括 50bp的復(fù)制原點(diǎn)、富含A/T、有一個(gè)高 度保守的GC對(duì)pTP ; 末端蛋白的前體 80 kd TP 55 kdSSB ; 單鏈DNA結(jié)合蛋白 72 kd Ad2 DNA polymerase ; 140 kd 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)73 腺病毒（Adnovirus-2） DNA的復(fù)制 3593復(fù)制起始復(fù)合體 引發(fā)復(fù)制 （不需引物） 避免5-end shortent pTp-Ser-dCM

36、P CG 過程 SSB + ATP DNA 末端解鏈 TP pTP-Ser + dCTP pTP-Ser-dCMP 3 OH醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)74復(fù)制起始復(fù)合體 腺病毒 DNA 復(fù)制起始G醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)75腺病毒 DNA 復(fù)制起始G醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)75IRIR長(zhǎng)的發(fā)夾結(jié)構(gòu) 痘病病毒末端復(fù)制的解決方式醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)76IRIR長(zhǎng)的發(fā)夾結(jié)構(gòu) 痘病病毒末端復(fù)制的解決方式醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分真核生物染色體 DNA末端補(bǔ)齊模式 (1) 端粒DNA (Telomer) TTGGGG(T2G4)序列高度重復(fù)的末端 5 TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG 3 (富含 G

37、 鏈) 3 AACCCC AACCCC AACCCC 5 (富含 C 鏈) 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)77真核生物染色體 DNA末端補(bǔ)齊模式 (1) 端粒DNA (端粒酶（ Telomerase）四膜蟲：Telomerase 將T2G4 末端重復(fù)延伸 游撲蟲：Telomerase = RNA CAAAACCCC鏈 + 末端結(jié)合蛋白 （TBP）醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)78端粒酶（ Telomerase）醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)78端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶a、核蛋白（ ribonucleoprotein RNP）b、含約長(zhǎng)150NT的RNA，其中含 15 拷貝的CxAy重復(fù)序列，是合成端粒T2G4的模板c、延

38、長(zhǎng)的3-T2G4端（一段cDNA）作為5-端DNA合成的模板醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)79端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)79補(bǔ)齊過程 通過TG鏈的回折形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（GG氫鍵）尺蠖模型實(shí)現(xiàn)端粒酶位置的調(diào)整醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)80補(bǔ)齊過程 通過TG鏈的回折形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（GG氫鍵）尺 G G hoogsteen 氫鍵 三螺旋DNA G鏈 T2G4-TTGGGG TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG C鏈-A2C4- G鏈 T2G4-TTGGGG t t g g g g t t gC鏈-A2C4- AACCCCAA g g g g t tgggPrimaseAACCCCAACCC

39、CAACCCCAACCCCAACCCDNA polorG鏈 T2G4-TTGGGG TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG C鏈-A2C4- 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)81 G G hoogsteen 氫鍵G鏈 人體細(xì)胞通過監(jiān)測(cè)失去的端粒的重復(fù)數(shù)而計(jì)數(shù)細(xì)胞分裂次數(shù)，當(dāng)端粒長(zhǎng)度下降到某一臨界值時(shí)，細(xì)胞終止分裂衰老、死亡“多莉”的衰老研究端粒丟失的速率，預(yù)測(cè)人類的壽命 XX XY why?研究推測(cè)端粒酶與腫瘤的關(guān)系醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)82人體細(xì)胞通過監(jiān)測(cè)失去的端粒的重復(fù)數(shù)而計(jì)數(shù)細(xì)胞分裂次數(shù)，當(dāng)端粒復(fù)制忠實(shí)性的保證1、DNApol的35外切酶活性 2、DNApol只能從引物的3 端延伸D

40、NA（需要RNA引物） a、堿基配對(duì)協(xié)同性導(dǎo)致最初幾個(gè)堿基錯(cuò)配率高，且不易校正 b、RNA引物最終被降解而避免錯(cuò)誤3、后隨鏈的不連續(xù)合成:因其有利于錯(cuò)配堿基的校正 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)83復(fù)制忠實(shí)性的保證1、DNApol的35外切酶活性 醫(yī)第四節(jié) DNA分子中信息的表達(dá) 基因表達(dá):是指生物體基因組種結(jié)構(gòu)基因所攜帶的遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄及翻譯等一系列過程，合成特定的蛋白質(zhì)，進(jìn)而發(fā)揮其特定生物學(xué)功能的全過程。基因表達(dá)產(chǎn)物:各種RNA(tRNA、mRNA和rRNA)以及蛋白質(zhì)、多肽。 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)84第四節(jié) DNA分子中信息的表達(dá) 基因表達(dá):是指生物一、轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄 ：指DNA合成RNA的

41、過程（ DNA 分子的35為模板鏈也叫反編碼鏈；5 3鏈叫編碼鏈）。DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)85一、轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物信息RNA(mRNA)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)核糖體RNA(rRNA)核仁以外的常染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的。核仁內(nèi)的常染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的。轉(zhuǎn)錄的階段粗轉(zhuǎn)錄階段加工階段醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)86轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物信息RNA(mRNA)核仁以外的常染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的。核仁內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子 3（E3）105 146外顯子 2 （E2）31 10453 TATA框RNA聚合酶結(jié)合決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)CAAT框RNA聚合酶結(jié)

42、合控制轉(zhuǎn)錄頻率外顯子 1 （E1）1 30AATAAA 回文順序 內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子 3（E3）105 146外顯子 2 （E2）31 10453 外顯子 1 （E1）1 30AATAAA 回文順序 內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2） 內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2） 內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2） 53外顯子 3（E3）105 146外顯子 2 （E2）31 104外顯子 1 （E1）1 30AATAAA回文順序 外顯子 3（E3）105 146外顯子 2 （E2）31 10453外顯子 1 （E1）1 30AATAAAAAAAAAAAAAAAAmGmGDNA轉(zhuǎn)錄剪接帶帽

43、加尾成熟的mRNA hnRNA加工醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)87內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子 3外顯子 253 (一)剪接： 細(xì)胞核內(nèi)小RNA長(zhǎng)約250個(gè)核苷酸，是所有真核，高度保守的成分，因富含U，稱U族RNA，已知有U1、U2、U3、U4、U5、U6數(shù)種，這些，snRNA與約十種Pr，結(jié)合形成SnRNP，其通過RNARNA互補(bǔ)，可識(shí)別內(nèi)含子中RNA的特定序列，各種SnRNP在剪接過程中，形成剪接體，使內(nèi)含子被切掉。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)88 (一)剪接： 細(xì)胞核內(nèi)小RNA長(zhǎng)約250個(gè)核苷酸，是所有UACUGACE11 30AGE231 104G UU1/ U23E231 104I

44、1GUUACUGACAGE11 305U1 U2 U3UACUGAAGG UCE231 104E11 30UACUGAE11 30AGE231 104G UC2、切除內(nèi)含子、內(nèi)含子5端的外顯子和3端的外顯子連接起來，內(nèi)含子3端剪接部位斷裂，將內(nèi)含子形成的套索式結(jié)構(gòu)切掉。1、在內(nèi)含子3端UACUGAC中第6位的A攻擊剪接部位，使之?dāng)嗔?，?nèi)含子5端G斷裂后折回，與內(nèi)含子3端第6位A經(jīng)52磷酸二酯鍵相連接。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)89UACUGACE1AGE2G UU1/ U23E2I1GU5 5首先，RNA5端起始核苷酸的P與鳥苷三磷酸形成5 5 鍵。然后，在烏苷酸7位N上甲基化，完成戴帽(帽O(jiān))

45、在真核生物中、下一個(gè)的2 0位甲基化，形成帽1。(二)戴帽：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)905 5首先，RNA5端起始核苷酸的P與鳥苷三磷酸形戴帽作用： (1)戴帽可有效地封閉RNA5末端，使它不再接核苷酸。 (2)同時(shí)可保護(hù)5末端，使其不受砼酸酶和核酸酶的消化作用，從而增加其穩(wěn)定性。 (3)帽還能被核糖體小亞基識(shí)別，促使mRNA與核糖體結(jié)合。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)91戴帽作用：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)91(三)加尾： 在戴帽同時(shí)，3端在在腺苷酸聚合酶作用下加接一連串PolyA，成尾，這過程稱多聚腺苷酸化反應(yīng)。 多聚腺苷酸化是在AAVAAA下游開始的，但在加尾前，需修建3末端，水解掉1015個(gè)核

46、苷酸后，再加100200個(gè)A。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)92(三)加尾：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)92作用： 可能是使得mRNA3末端穩(wěn)定，不受酶的破壞，并可促使mRNA由核運(yùn)轉(zhuǎn)到質(zhì)中。二、翻譯醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)93作用：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)93組成性與誘導(dǎo)性組成性基因始終表達(dá)的基因，如能量代謝；誘導(dǎo)性基因誘導(dǎo)表達(dá)的基因，如細(xì)胞因子正調(diào)控和負(fù)調(diào)控阻遏：基因表達(dá)受到抑制的過程和狀態(tài)；脫阻遏被阻遏的基因重新表達(dá)。靜息：基因長(zhǎng)期不表達(dá)的狀態(tài)。調(diào)控的水平轉(zhuǎn)錄前，轉(zhuǎn)錄水平，轉(zhuǎn)錄后第五節(jié) 基因的調(diào)控醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)94組成性與誘導(dǎo)性組成性基因始終表達(dá)的基因，如能量代謝；誘基因表達(dá)的特異性（一

47、）時(shí)間特異性 往往與細(xì)胞或個(gè)體的特定分化、發(fā)育階段相適應(yīng)，又稱階段特異性。（二）空間特異性 由細(xì)胞在各組織器官的分布差異所決定的，故又稱為細(xì)胞特異性或組織特異性。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)95基因表達(dá)的特異性醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)95基因表達(dá)的方式（一）組成性表達(dá) 管家基因:生命全過程都是必需的、且在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。 組成性基因表達(dá):管家基因較少受環(huán)境因素的影響，在個(gè)體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)96基因表達(dá)的方式醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)96（二）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá)：特定環(huán)境信號(hào)刺激下，基因表現(xiàn)為開放或增強(qiáng)，表達(dá)產(chǎn)物增加。阻

48、遏表達(dá)：在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，基因被抑制，從而使表達(dá)產(chǎn)物減少。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)97（二）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)97（三）協(xié)調(diào)表達(dá) 協(xié)調(diào)表達(dá)：在一定機(jī)制控制下，功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達(dá)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)98（三）協(xié)調(diào)表達(dá)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)98一、原核細(xì)胞的基因表達(dá)調(diào)控 負(fù)調(diào)節(jié):負(fù)調(diào)節(jié)蛋白（阻遏物）將基因關(guān)閉，使其不能轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)方式。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)99一、原核細(xì)胞的基因表達(dá)調(diào)控醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)99大腸桿菌乳糖操縱子LacZ（半乳糖苷酶）3510bpLacY（半乳糖苷通透酶）780bpLacA（半乳糖乙酰酶）825bp 啟動(dòng)子 （

49、P）TGTTGACATTTATTTGTTATAATG CAT 69bp 47bp 操縱基因（O）53調(diào)節(jié)基因（R）1040bp轉(zhuǎn)錄翻譯阻 遏物關(guān)閉狀態(tài)醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)100大腸桿菌乳糖操縱子LacZLacYLacA 啟動(dòng)子 （P） 阻 遏物+轉(zhuǎn)錄翻譯 RNA聚合酶半乳糖苷酶通透酶乙?；溉樘前肴樘谴蜷_狀態(tài)LacZ（半乳糖苷酶）3510bpLacY（半乳糖苷通透酶）780bpLacA（半乳糖乙酰酶）825bp 啟動(dòng)子 （P）TGTTGACATTTATTTGTTATAATG CAT 69bp 47bp 操縱基因（O）53調(diào)節(jié)基因（R）1040bp RNA聚合酶醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)101

50、阻 遏物+轉(zhuǎn)錄翻譯 RNA聚合酶半乳糖苷酶通 正調(diào)節(jié)：正調(diào)節(jié)蛋白（活化物）與啟動(dòng)子結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合的能力，使轉(zhuǎn)錄過程進(jìn)行的調(diào)節(jié)方式。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)102 正調(diào)節(jié)：正調(diào)節(jié)蛋白（活化物）與啟動(dòng)子結(jié)合，增強(qiáng)RNA阿拉伯糖（Ara）操縱子轉(zhuǎn)錄翻譯C 蛋白+ RNA聚合酶阿拉伯糖（Ara） RNA聚合酶53BAD 啟動(dòng)子 （P） 操縱基因（O）調(diào)節(jié)基因（C）醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)103阿拉伯糖（Ara）操縱子轉(zhuǎn)錄翻譯C 二、真核細(xì)胞的基因表達(dá)調(diào)控1.環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的影響2.激素、蛋白質(zhì)因子等對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的影響3.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)104二、真

51、核細(xì)胞的基因表達(dá)調(diào)控醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)104（一）DNA、染色體水平的變化特點(diǎn)1對(duì)核酸酶極度敏感真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn) 醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)105（一）DNA、染色體水平的變化特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn) 醫(yī)2.活性染色體結(jié)構(gòu)變化當(dāng)基因被激活時(shí)，可觀察到染色體相應(yīng)區(qū)域發(fā)生某些結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化。（1）對(duì)核酸酶敏感活化基因一個(gè)明顯特性是對(duì)核酸酶極度敏感，當(dāng)用DNase處理時(shí)染色質(zhì)DNA會(huì)也現(xiàn)一些DNase超敏位點(diǎn)（hypersnsitive site）。超敏位點(diǎn)常發(fā)生在基因的5側(cè)翼區(qū)（5flanking region）、3側(cè)翼區(qū)（3flanking region）甚至可轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)，具體也現(xiàn)在調(diào)

52、節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。對(duì)DNase敏感狀態(tài)的出現(xiàn)是轉(zhuǎn)錄所必需的，但它并不是只在轉(zhuǎn)錄進(jìn)行時(shí)才存在，所以可以認(rèn)為，DNase敏感狀態(tài)是轉(zhuǎn)錄的必要條件而不是充分條件。（2）DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化：當(dāng)基因活化時(shí)，RNA聚合酶前方的轉(zhuǎn)錄區(qū)DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為正性超螺旋構(gòu)象，而在其后面的DNA則為負(fù)性超螺旋構(gòu)象。負(fù)性超螺旋構(gòu)象有利于核小體結(jié)構(gòu)的再形成，而正性超螺旋構(gòu)象不僅阻礙核小體結(jié)構(gòu)形成，而且促進(jìn)組蛋白H2AH2B二聚體的釋放，使RNA聚合酶有可能向前移動(dòng)，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)1062.活性染色體結(jié)構(gòu)變化當(dāng)基因被激活時(shí)，可觀察到染色體相應(yīng)區(qū)2DNA拓樸結(jié)構(gòu)變化 天然雙鏈DNA幾乎均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存

53、在。當(dāng)基因激活后，則轉(zhuǎn)錄區(qū)前方的DNA拓樸結(jié)構(gòu)變?yōu)檎猿菪欣赗NA聚合酶向前移動(dòng)，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。3. DNA甲基化 DNA甲基化程度與基因表達(dá)呈反比。4染色體結(jié)構(gòu)的變化 組蛋白發(fā)生修飾，堿基暴露等原因而引起核小體結(jié)構(gòu)改變，使核小體不穩(wěn)定性增加。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)1072DNA拓樸結(jié)構(gòu)變化醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)107（3）DNA甲基化修飾在真核生物基因表達(dá)調(diào)控中，甲基化起著重要作用。一般認(rèn)為，DNA甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比關(guān)系。甲基化程度高，基因的表達(dá)則降低；去甲基化，又可使基因表達(dá)增加。這種甲基化最常發(fā)生在某些基因的5側(cè)翼區(qū)的CpG序列（又稱“CpG島”），處于轉(zhuǎn)錄活化狀態(tài)的

54、基因CpG序列一般是低甲基化的。（4）組蛋白變化其中包括富含Lys組蛋白水平降低：亦即H1樣組蛋白減少，并伴有DNA形成30nm纖維束能力降低。H2AH2B二聚體不穩(wěn)定性增加：易于從核心組蛋白中被置換出來。組蛋白修飾：最常見的修飾有乙?；?、泛素化，修飾后使核小體結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定。H3組蛋白巰基暴露：系核小體結(jié)構(gòu)變化引起。3.正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)：真核基因組結(jié)構(gòu)龐大，在不適當(dāng)位點(diǎn)出現(xiàn)特異結(jié)合序列機(jī)會(huì)增多，正性調(diào)節(jié)大多數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，只要細(xì)胞表達(dá)一組激活蛋白時(shí)，相關(guān)靶基因即可被激活。4.轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行真核細(xì)胞核及胞漿等區(qū)間分布，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行。.轉(zhuǎn)錄后修飾、加工鑒于真核基因結(jié)構(gòu)特

55、點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄后剪接及修飾等過程比原核復(fù)雜。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分子基礎(chǔ)(1)108（3）DNA甲基化修飾在真核生物基因表達(dá)調(diào)控中，甲基化起著重基因表達(dá)調(diào)控原核生物基因表達(dá)的調(diào)控主要是在轉(zhuǎn)錄水平其次是翻譯水平進(jìn)行。真核生物基因表達(dá)的調(diào)控環(huán)節(jié)較多，在DNA水平可通過染色質(zhì)丟失、基因擴(kuò)增、基因重排、DNA甲基化以及染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變影響基因表達(dá)；在轉(zhuǎn)錄水平則主要通過反式作用因子的作用調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子與TATA盒的結(jié)合、RNA聚合酶與轉(zhuǎn)錄因子-DNA復(fù)合物的結(jié)合以及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成；在轉(zhuǎn)錄后水平主要通過RNA修飾、剪接及mRNA運(yùn)輸?shù)目刂苼碛绊懟虮磉_(dá)；影響翻譯水平的因素有影響翻譯起始的阻遏蛋白、5AUG、5端非編碼區(qū)

56、的長(zhǎng)度等，有mRNA的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)，另外還存在小分子反義RNA對(duì)翻譯的調(diào)控；翻譯后蛋白質(zhì)的修飾和定位亦是基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?；虮磉_(dá)（gene expression）：是指生物基因組中結(jié)構(gòu)基因所攜帶的遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列過程，合成特定的蛋白質(zhì)，進(jìn)而發(fā)揮其特定的生物學(xué)功能和生物學(xué)效應(yīng)的全過程。并非所有基因表達(dá)過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，rRNA、tRNA的編碼基因轉(zhuǎn)錄生成RNA的過程也屬于基因表達(dá)。基因表達(dá)的調(diào)控是在多極水平上進(jìn)行的，轉(zhuǎn)錄水平是基因表達(dá)的基本控制點(diǎn)?；虮磉_(dá)的時(shí)間特異性（temporal specificity）：按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，這就是

57、基因表達(dá)的時(shí)間特異性?；虮磉_(dá)的空間特異性（spatial specificity）：在個(gè)體生長(zhǎng)全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性?；虮磉_(dá)伴隨時(shí)間或階段順序所表現(xiàn)出的這種空間分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，因此基因表達(dá)的空間特異性又稱細(xì)胞特異性（cell specificity）或組織特異性（tissue specificity）?；虮磉_(dá)的方式有（1）組成性表達(dá)。管家基因（ho usekeeping gene）：有些基因產(chǎn)物對(duì)生命過程是必需的且在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)或變化很小的基因。組成性基因表達(dá)（constitutiv

58、e gene expression）：指管家基因的表達(dá)，又稱基本的基因表達(dá)，只受啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子與RNApol抑制作用的影響。誘導(dǎo)表達(dá)（induction expression）和阻遏表達(dá)（repression expression）：有一些基因表達(dá)極易受環(huán)境變化的影響，在特定的環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)基因的表達(dá)表現(xiàn)為開放或增強(qiáng)，這種表達(dá)方式稱誘導(dǎo)表達(dá)；相反有些基因的表達(dá)表現(xiàn)為關(guān)閉或下降，這種表達(dá)方式稱阻遏表達(dá)。原核生物基因表達(dá)的調(diào)控原核生物基因表達(dá)的調(diào)控主要是在轉(zhuǎn)錄水平其次是翻譯水平進(jìn)行。 基因表達(dá)調(diào)控的基本原理是1.基因表達(dá)子多極調(diào)控2.基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素（1）特異DNA序列，主要指具有

59、調(diào)節(jié)功能的DNA序列，把可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列稱為順式作用元件。根據(jù)作用性質(zhì)和后式分為啟動(dòng)子，增強(qiáng)子和沉默子。（2）調(diào)節(jié)蛋白：分三大類決定RNApol對(duì)啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力的順式作用元件的特異因子。原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)具有如下特點(diǎn)，1.因子決定RNApol識(shí)別的特異性，不同的因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，決定mRNA、rRNA和tRNA基因的轉(zhuǎn)錄。2.操種子模型的普遍性，一個(gè)操重子只含有一個(gè)啟動(dòng)序列及數(shù)個(gè)可轉(zhuǎn)錄的編碼基因。3.阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控原核生物基因多以操縱子（operon）的形式存在。操縱子由調(diào)控區(qū)與信息區(qū)組成，上游是調(diào)控區(qū)，包括啟動(dòng)子與操縱基因

60、兩部分。啟動(dòng)子是同RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異性DNA序列，操縱基因是特異的阻遏物結(jié)合區(qū)。乳糖操縱子調(diào)控的機(jī)制E.coli的乳糖操縱子（lac operon）有三個(gè)結(jié)構(gòu)基因Z、Y、A，分別編碼-半乳糖苷酶（-galactosidase）、透酶（permease）和半乳糖苷乙酰化酶（galactoside acetylase）,其上游還有一個(gè)啟動(dòng)序列(P)和一個(gè)操縱基因(O)。在啟動(dòng)序列上游還有一個(gè)CAP蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。由啟動(dòng)子、操縱基因和CAP結(jié)合位點(diǎn)共同構(gòu)成乳糖操縱子的調(diào)控區(qū)。1.I基因是調(diào)節(jié)基因，編碼產(chǎn)生阻遏蛋白。阻遏蛋白為四聚體，每個(gè)亞基相同。在沒有乳糖的條件下，阻遏蛋白能與操縱基因