《基因yu疾病》PPT课件.ppt
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1、基因与疾病,费嘉 周羽竝 医学院生物化学教研室指导书:基因与疾病讲义汇编 教材科购买参考书:生物化学(第六版)周爱儒主编 2004,5 基因与疾病入门 陈胜湘 编著 2003,7 是基因在致病吗?(美)菲利普R赖利著 王学峰 吕洋翻译2006,6 遗传咨询 李巍 何蕴韶 编著 2003,4 成绩计算:10平时 30 综述讨论 60期末考试,第一章 基因的遗传基础人类染色体与染色体病基础,基因的遗传基础,一、核酸nucleic acid)的分子结构核酸是遗传信息的载体。DNA和RNA两大类 由嘌呤碱或嘧啶碱(统称碱基)、戊糖和磷酸组成。DNA:含A、G、T、C;RNA:含A、G、U、C。戊糖:D
2、NA为D一脱氧核糖,RNA为D一核糖。碱基与戊糖相连形成核苷(nucleoside),其戊糖侧链再与磷酸分子结合形成核苷酸(nucleotide)。DNA或RNA分子多聚核苷酸链,核苷酸以3,5一磷酸二酯键相连。保留一个5游离磷酸基团(称为5端)和3游离羟基(称为3端)。,(Watson-Crick)DNA双螺旋结构(1953)。基本内容:两股方向相反的DNA链相互缠绕形成双螺旋结构(double helix),戊糖和磷酸组成螺旋的骨架位于外侧,碱基位于内侧,按AT、GC的碱基配对原则相互以氢键相连。RNA分类:信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA),每个核小
3、体是在由组蛋白组成八聚体(H2A、H2B、H3、H4各2分子),外面盘绕175圈DNA(约140 bp),两个核小体之间以60 bp的DNA双螺旋与组蛋白Hl形成的细丝相连,每6个核小体绕成一圈形成空心螺线管。以此为基础,再进一步折叠和多级螺旋化形成在长度上被压缩了近万倍的中期染色单体。,染色体是细胞核的基本物质。组成染色体的基本物质是DNA分子。一个DNA分子组成一条染色体。,染色体的基本结构单位核小体(nucleosome),二、基因的概念,“基因”(gene)的概念于1899年由丹麦遗传学家约翰逊首次提出,以代替早年孟德尔提出的“遗传因子”的概念。从现代生物学角度,基因:是DNA或RNA
4、分子中特定的核苷酸序列,是遗传信息的载体和遗传物质的最小功能单位。对于编码蛋白质的结构基因来说,基因是决定一条多肽链的DNA片段。,根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为:第一类:编码蛋白质的基因,它具有转录和翻译功能,包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节基因;第二类:只有转录功能而没有翻译功能的基因,包括tRNA基因和rRNA基因;第三类:不转录的基因,它对基因表达起调节控制作用,包括启动基因和操纵基因(统称为控制基因)。,三、基因的结构和功能,不同基因的大小各异,小的100碱基对(base pair,bp),大的有几百万bp。一个表达基因含编码区和非编码区。编码区(被分
5、隔成不同的区段)称为外显子(exon)。非编码区:外显子之间的序列称为内含子(intron)(加工中被剪切)。非编码区还包括5和3端的序列,通常含转录调控和加工序列,如启动子、增强子、mRNA多聚A加尾信号等。发现特定的外显子剪切增强子(exonic splicing enhancer,ESE)参与剪切过程。,基因作为遗传的基本要素,遵循遗传规律代代相传。基因控制生物性状的遗传是非常复杂的.,四、遗传信息的传递,中心法则:细胞分裂前,DNA以半保留复制形式将DNA复制后,使遗传信息由亲代细胞传递到子代细胞。转录:按碱基配对原则将DNA分子遗传信息拷贝到mRNA中。翻译:mRNA分子中的遗传信息
6、根据遗传密码规律指导多肽链的合成 起始密码子与终止密码子之间的所有密码子构成所编码多肽链的开放阅读框(open reading frame,ORF)。此外,(RNA病毒)通过逆转录成为DNA,再按上述中心法则实现遗传信息由DNA到蛋白质的转化。,五、基因突变,(一)概念 突变(mutation):指遗传物质(染色体或基因)受理化因素的影响或在DNA复制、细胞分裂过程中发生的可遗传的变异。这种变异通常改变了基因的DNA序列或染色体的结构或数目。染色体结构或数目的突变又称染色体畸变,导致染色体病。狭义的基因突变:指个别基因的结构所发生的变异。可表现为基因中某一位点碱基的改变(点突变point mu
7、tation)或基因大片段序列的改变(gross mutation)。,突变基因(mutant)与野生型基因(wildtype)位于染色体的同一位点,可视作等位基因(allele),组成该个体的基因型(genotype)。其所产生的突变效应,称为表现型(phenotype),可得到新的性状(trait)或疾病特征。突变基因与野生型基因同时存在的杂合体(heterozygote)中,突变基因的性状能表现出来,称为显性遗传(dominance);突变基因的性状只有在纯合体(homozygote)中才表现出来,称之为隐性遗传(recessive)。,基因突变可发生于个体发育的任何阶段。体细胞突变(s
8、omatic mutation):体细胞生殖细胞突变(germline mutation):生殖细胞 体细胞突变仅在其子代细胞中传递,不遗传给后代。(多数肿瘤的发生由体细胞突变引起)生殖细胞的基因突变遗传给下一代。因此,在英文词汇中,可遗传的疾病,即生殖细胞突变所致疾病被称作inherited disease或hereditary disease,与一般所指的genetic disease有明显区别。后者实际上包括体细胞突变和生殖细胞突变所致疾病,但现行中文译名均为“遗传病”,字面上没有区别。,遗传性疾病(基因病)大致分为以下几类:单基因病、多基因病、染色体病、体细胞遗传病、线粒体遗传病。,(
9、二)基因突变的分类及其效应,1.分类(1)点突变()错义突变(missense mutation)是因碱基置换改变了密码子的编码性质,而编码出与野生型蛋白质不同AA序列的蛋白质。这种突变通常发生在密码子的第一和第二个碱基。密码子第三个碱基的改变很少引起所编码AA的不同,这种不引起编码氨基酸改变的基因突变又称为同义突变(samesense mutation)或沉默突变(silent mutation)。()无义突变(nonsense mutation)是因碱基置换将密码子变成终止密码子,导致蛋白质的合成提前结束。这种突变所得到的mRNA较不稳定,合成的蛋白质常因缺少C一末端而无功能,引起较严重的
10、症状。()移码突变(frameshift mutation)是由于一个或几个碱基(不是3个或3的倍数)的插入或缺失,导致整个阅读框架(ORF)的改变,使得所编码的蛋白质在突变点以后的序列与野生型完全不同,甚至提早出现终止密码子。这类蛋白质通常失去正常生物学功能。,()延长突变(elongation mutation)是因碱基置换或移码突变,使原来的终止密码子变成某个氨基酸的密码子,而使肽链合成延续下去,直到下一个终止密码子出现,又称为终止密码突变。如中国人群常见的一种点突变型a地中海贫血、HbCS(constant spring)。()拼接突变(splicing mutation)是因mRNA
11、剪切加工时,内含子两端拼接识别序列(GTAG)或外显子拼接增强子(ESE)的突变,导致正常的外显子拼接错误,常引起大片段的缺失或插入,而改变了所编码蛋白质的性质。另一种常见的拼接突变发生在内含子中间序列的点突变,产生一个可被识别的拼接信号,又称隐含拼接突变(cryptic splicing mutation)。()转录加工突变 是因mRNA转录启动子、增强子、沉默子(silencer)、位点控制区(LCR)、多聚腺苷酸加尾信号等的突变,导致mRNA不能正常转录或加工,仅出现少量或完全缺乏具生物学功能的转录产物。,(2)大片段突变,包括缺失(deletion)、插入(insertion)和重排(
12、rearrangement)等。这类突变导致基因结构的显著变化,所编码的蛋白质也因此失去正常生物学功能。引起大片段基因突变的原因有拼接突变、转座子插入(transposonal insertion)、染色体错配与不等交换等。转座子实际上是一种可移动的基因,可从染色体的一个位点移到另一个位点,或从一个复制子移到另一个复制子。已报道30多种基因因转座子的插入突变而导致相应的疾病。,近年来一类被称作动态突变(dynamic mutation)的现象引起临床遗传学家的关注。有些短串联重复序列(short tandem repeat,STR),尤其是三核苷酸重复,位于基因的编码或非编码序列中,它们的重复
13、次数在一代代传递过程中会发生明显变化,从而导致某些遗传病的发生。如脆性x综合征、强直性肌营养不良、Huntington病等。基因组印迹和单亲二体导致的非经典孟德尔遗传现象,可作为基因突变的特例,见后章节详述。,2基因突变的后果,(1)有利突变 突变给个体的生育或生存带来一定好处。(2)中性突变 突变对个体不产生可察觉的效应。(3)遗传多态现象 指的是突变对个体虽无危害,但是引起个体差异的重要原因。这种差异可体现在DNA、mRNA、蛋白质、染色体等不同水平,分别称为DNA多态性、转录本多态性、蛋白质多态性和染色体多态性等。可以此作为基因定位、个人身份鉴定、药物反应性、疾病易感性、器官移植等的重要
14、依据.(4)导致遗传病突变通常导致蛋白质无功能,又称零突变(null mutation)。截至2002年4月止,已明确超过1 200个基因的突变可导致疾病效应:(5)致死突变 突变导致死胎、流产或死产:,3.诱变剂和DNA修复,自发突变:突变的发生可因DNA复制中碱基的错误掺入引起,这种出错的概率很低.(细菌1/1010bp,高等生物高些)理化因子称为诱变剂(mutagen),导致核酸错误配对:理化因子(化学诱变剂/物理诱变剂)基因突变频率:指该基因突变个体占观察个体总数的比例,通常用突变数代百万个配子来表示。按每个基因平均突变频率来估计,每个人出生时要从其父方或母方接受13个新的突变基因。,
15、DNA修复:,尽管存在许多诱变剂的影响,体内DNA序列仍然高度保守,主要由于DNA损伤后有一系列DNA修复机制来确保DNA的准确和完整性。DNA修复主要包括切除修复、直接修复、错配修复等系统。如果机体的DNA修复功能缺陷,则可导致细胞死亡或基因突变的发生。如着色性干皮病是一种常染色体隐性遗传皮肤病,是由于缺乏DNA修复酶(主要为核酸内切酶)而引起相应的症状。有趣的是,基因突变具有可逆性的特征,称为回复突变。这对该基因在群体中的遗传平衡很重要,同时在一定程度上减低了突变发生率。,六、细胞周期与有丝分裂,细胞周期(cell cycle):是指两次细胞分裂之间的周期。在此期间,细胞必须复制其内容物并
16、等量分配到两个子代细胞中,遗传信息也随DNA的复制和细胞分裂从亲代细胞流向子代细胞。细胞周期可分为:G1、S、G2、M期4个阶段。S期即合成期,DNA的复制在该期完成;M期即有丝分裂期,细胞在此阶段一分为二;位于S和M期之间的两个阶段分别称为G1和G2期,分别为S期和M期做准备。细胞周期的长短因细胞类型而异。G1、S、G2期统称为间期(interphase),不分裂的细胞停留在该期。,细胞有丝分裂(mitosis),过程分为四期:前期(prophase)、中期(meta-phase)、后期(anaphase)末期(telophase)。分裂细胞离开G2期后进入有丝分裂的前期,染色质开始浓缩,形
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