遺傳的分子基礎(chǔ)-DNA

第三章遺傳的分子基礎(chǔ)-----DNA一、DNA的結(jié)構(gòu)與功能二、DNA的存在形式講解內(nèi)容三、真核基因的結(jié)構(gòu)與功能四、DNA突變及損傷的修復(fù)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：ＡＧ（堿基）

一、DNA的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)嘧啶：ＴＣ嘧啶嘌呤胞嘧啶Ccytosine胸腺嘧啶Tthymine鳥嘌呤Gguanine腺嘌呤Aadenine堿基(deoxyribonucleicacid)核糖脫氧糖苷鍵核苷酯鍵單核苷酸3’5’磷酸二酯鍵5′3′DNA的雙鏈形成DNA的存在形式每個(gè)基因組（genome)的DNA含3.0×109的堿基對(duì).單一序列（uniquesequence)：重復(fù)序列（repetitivesequence）：一個(gè)基因組中只有1個(gè)或很少幾個(gè)拷貝,由800-1000bp組成，構(gòu)成結(jié)構(gòu)基因(3－3.5萬(wàn))。、占基因組的30%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(wàn)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。占基因組的60%－65%高度重復(fù)序列(highrepetitivesequence)衛(wèi)星DNA（隨體DNA）：

反向重復(fù)序列：

2~10bp，用梯度離心法將它與主體DNA分開(kāi)，其序列成串排列,簡(jiǎn)單重復(fù)，集中分布在染色體的隨體上，5%-6%。微衛(wèi)星DNA，2~6bp為重復(fù)單位，長(zhǎng)度10~60bp，高度重復(fù)，表現(xiàn)為高度多態(tài)。DNA分子雙鏈的某些部分，堿基排列呈反向序列相同現(xiàn)象。如：

中度重復(fù)序列10~10410%(intermediaterepetitivesequence)短分散元件(SINEs)：

長(zhǎng)分散元件(LINEs)：平均長(zhǎng)度小于500bp，兩個(gè)片段間隔約1000bp的單拷貝序列例如人類Alu家族（Alufamily），占人類基因組的3％－6％，由300bp構(gòu)成，在第170位附近都AGCT順序，可被內(nèi)切酶AluⅠ。重復(fù)達(dá)30－50萬(wàn)次，平均5kbDNA就有一個(gè)Alu順序。重復(fù)序列長(zhǎng)度大于1000bp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)幾十次串聯(lián)在一起形成基因簇有稱串聯(lián)重復(fù)基因。

多基因家族(multigengfamily)：

一個(gè)祖先基因(ancestralgene)經(jīng)過(guò)重復(fù)和變異所形成的一組基因。也就是真核基因組中有許多來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因稱為基因家族------（genefamily）基因家族的成員可以分布于幾條不同染色體上，也可集中于一條染色體上。集中成簇的一組基因稱為基因簇（genecluster）。

假基因（pseudogene)：在基因家族中，不能表達(dá)或表達(dá)的基因產(chǎn)物沒(méi)有活性稱為假基因。

三、DNA分子的功能

（一）貯存遺傳信息DNA分子中A、T、C、G四種堿基的排列順序中蘊(yùn)藏著遺傳信息。（二）復(fù)制

DNA----DNA（三）表達(dá)1.轉(zhuǎn)錄:DNA----RNA翻譯:mRNA----多肽鏈

mRNA每三個(gè)相鄰堿基構(gòu)成一個(gè)密碼子。

UCAG遺傳密碼表第一堿基(5,)UCAG第二堿基第三堿基（3，）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

(二）基因復(fù)制T—AA—TG—CC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TTATAATCGGCTATAAA

C

G

CTTGCGDNA復(fù)制(replication):DNA分子合成一個(gè)與自己相同的DNA分子的過(guò)程。其結(jié)果DNA含量增加一倍。1.半保留復(fù)制（semi-conservativereplication)1解旋2條單鏈2CGGCATATAA

C

G

CTTGCG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。A—TG—CAAA-TA-TA—TC—GC—GG—CG—CA—TTTA—TG—CC—GA-TA-TA—TC—GG—CG—CA-TA—TG—CT—AC—GT—AA-TA-TA—TC—GG—CG-C5353復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制叉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

2.DNA復(fù)制的過(guò)程

DNA分子中信息的表達(dá)DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄：指DNA合成RNA的過(guò)程（DNA分子的3‘5’為模板鏈也叫反編碼鏈；5‘3’鏈叫編碼鏈）。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)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄初始階段：DNA----hnRNA轉(zhuǎn)錄加工階段：hnRNA---mRNA（剪切、戴帽、加尾）

轉(zhuǎn)錄內(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)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）105146外顯子2（E2）31104外顯子1（E1）130AATAAA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)錄剪接帶帽加尾成熟的mRNAhnRNA加工

GC框：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的活動(dòng)。CAAT框增強(qiáng)子尾部區(qū)

四、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）105146外顯子2（E2）3110453

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）130AATAAA

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(wú)編碼意義（5'GT、

3'AG；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GC框轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)

五、DNA的突變與損傷修復(fù)（mutationandrepair）（二）基因突變的一般特征

1、多向性2、可逆性3、有害性4、稀有性5、重復(fù)性（一）突變的分類生殖細(xì)胞突變

2.引起突變的因素誘發(fā)突變（inducedmutation）

自發(fā)突變（spontaneousmutation）

體細(xì)胞突變1.突變?cè)趥€(gè)體發(fā)育階段3.突變的方向正向突變（forwardmutation）

負(fù)向突變（suppresormutation）

4.DNA序列改變

移碼突變

堿基置換

轉(zhuǎn)換

顛換

缺失

插入

動(dòng)態(tài)突變①堿基置換突變

一個(gè)堿基被另一堿基取代而造成的突變稱為堿基置換突變轉(zhuǎn)換（transition）

顛換（transversion）

：嘌呤→嘌呤，嘧啶→嘧啶：嘌呤→嘧啶，嘧啶→嘌呤TGCA類型突變的效應(yīng)

1、同義突變（same-senseorsynonymoumutation）:堿基的改變并未引起編碼的氨基酸改變。例如，CCA→脯氨酸，當(dāng)A→G后，CCG→脯氨酸。2、錯(cuò)義突變（missensemutation）

:堿基的改變引起編碼的氨基酸改變。例如，GAG→谷氨酸，A→T，GUG→纈氨酸。3、無(wú)義突變（non-sensemutation）:堿基的改變使該三聯(lián)體不再構(gòu)成任何氨基酸的密碼子，而形成終止信號(hào)。例如：TAC→酪氨酸，C→A，TAA→mRNA→UAA→終止信號(hào)。4、終止密碼突變(terminationcodmutation）：當(dāng)DNA分子中一個(gè)終止密碼發(fā)生突變，成為編碼氨基酸的密碼子時(shí)，多肽鏈的合成將繼續(xù)進(jìn)行下去，肽鏈延長(zhǎng)直到遇到下一個(gè)終止密碼子時(shí)方停止，因而形成了延長(zhǎng)的異常肽鏈。也稱延長(zhǎng)突變（elongtionmutation）當(dāng)基因內(nèi)部不同位置上的不同堿基發(fā)生了兩次突變，其中一次抑制了另一次突變的遺傳效應(yīng)。例如，HbHarlem是β鏈第6位谷氨酸→纈氨酸，死亡。第73位天冬氨酸→天冬酰胺；但HbHarlem臨床表現(xiàn)卻較輕，即β73的突變抑制了β6突變的有害效應(yīng)。5、抑制基因突（suppressorgenemutation）②移碼突變

移碼突變（frame-shiftmutation）是指DNA鏈上插入或丟失1個(gè)、2個(gè)甚至多個(gè)堿基（但不是三聯(lián)體密碼子及其倍數(shù)），在讀碼時(shí)，由于原來(lái)的密碼子移位，導(dǎo)致在插入或丟失堿基部位以后的編碼都發(fā)生了相應(yīng)改變。AAACCTTTGGGCATGTGCGCTTTGGAAACCCGTACACGCGAAACCCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGGAAACCCGTACACGGCCGAAACCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGAAACCCGTACACGGC移碼突變

整碼突變（codonmutation）在DNA鏈的密碼子之間插入或丟失一個(gè)或幾個(gè)密碼子，則合成的肽鏈將增加或減少一個(gè)或幾個(gè)氨基酸，但插入或丟失部位的前后氨基酸順序不變,又稱為或密碼子插入或丟失（codoninsertionor