遗传物质改变.ppt

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1、.遗传物质的改变,遗传与变异,遗传学是研究遗传和变异规律的科学变异：不能遗传的变异、可以遗传的变异，后者是由于遗传信息的改变造成的遗传信息的改变可发生在染色体水平上，称之为染色体畸变，包括染色体结构变异和染色体数目变异。遗传信息的改变也可发生在DNA水平上，包括基因突变和遗传重组,遗传物质的改变,染色体水平（染色体畸变）,DNA水平,染色体结构变异,染色体数目变异,基因突变,遗传重组,第一节 染色体畸变,染色体结构变异染色体结构变异的类型缺失、重复、倒位、易位染色体结构变异的原因 断裂后的联结方式 断裂重建式愈合没有改变非重建式愈合不愈合缺失重复易位倒位,缺失、重复、倒位：一对同源染色体中一条

2、或两条染色体发生 一次或多次断裂后，其断裂面以不同形式 黏合的结果。易位：两对同源染色体中各有一条染色体断裂后，进行单向黏合或双向黏合的结果,（一）缺失,缺失染色体丢失某区段,2缺失的产生,末端缺失：染色体末端断裂丢失末端中间缺失：染色体发生两次断裂，丢失中间片段；染色体由于发生纽结而且在纽结处断裂不等交换：一对同源染色体之间发生不等交换，产生缺失和重复,染色体缺失的类型及异常形成的原因,3缺失的效应,遗传效应致死或异常（人类的猫叫综合症，cat cry syndrome）是Lejeune等在1963年首先报导了三例，由于5号染色体短臂末端缺失造成的表型效应假显性（拟显性），显性基因缺失使同源

3、染色体上的隐性基因得以表现,猫叫综合症,5p综合征(猫叫综合征，Cri-du-chat syndrome),发病率1/50,000,猫叫样哭声，随年龄增长而消失智力发育迟缓，满月脸眼距宽，外眼角下斜，内眦赘皮腭弓高，下颌小先天性心脏病(50),主要临床特征：,猫叫综合症：,患儿两眼距离较远，耳位低下，智力迟钝，生活力差，多早期死亡，显著特征是哭声轻，音调高，很象猫叫，所以叫猫叫综合症,（二）重复,重复：染色体增加了与本身相同的某区段,二 重复,(一)重复的类型,重复的产生,不等交换,不等交换产生的重复,3重复的遗传与表型效应,破坏正常的连锁群，改变连锁关系和交换率位置效应：一个基因与相邻基因位

4、置关系改变所造成的表型改变称为位置效应产生剂量效应：因基因数目不同造成的表型差异表型异常：重复的基因产物很重要，会引起表型异常,果蝇X染色体上16A区段重复,780,358,69,45,25,正常眼,棒眼,纯合棒眼,重棒眼,纯合重棒眼,（三）倒位,倒位染色体某区段颠倒180 1.倒位的类型 臂内倒位颠倒的区段不含着丝粒 臂间倒位颠倒的区段包含着丝粒,2.倒位的产生,染色体纽结、断裂和重接转座引起的倒位,臂内倒位、臂间倒位,3.倒位的效应,减数分裂中同源染色体配对时，倒位染色体形成倒位环改变连锁关系，引起基因重排，改变遗传密码，导致表型变化对生活力的影响，倒位纯合体一般正常，倒位杂合体常表现不

5、育倒位纯合体与原物种形成生殖隔离，促进物种进化,（四）易位,1.易位的类型相互易位：非同源染色体之间相互交换片段单向易位：染色体的某区段结合到非同源染色体上,易位两对非同源染色体之间某区段转移,2易位的产生,断裂后非重建性愈合,（a）染色体内移位（b）染色体间移位,3易位的效应,细胞学效应联会时会出现十字形结构；分开时会出现圆形或字形结构遗传学效应改变基因的连锁关系 基因改变位置，产生位置效应 对生活力的影响，易位纯合体一般正常，易位杂合体常表现不育 假连锁现象,假连锁现象,先天愚型患者,小 结,染色体结构变异染色体结构变异的类型染色体结构变异的效应,二、染色体数目的变异 染色体组的概念二倍体

6、生物正常配子中所含的染色体数目叫染色体组,（一）整倍体的变异指体细胞染色体数目变异是以染色体组为单位进行增减的,整倍体的命名（体细胞内含有几个染色体组）含有一个染色体组一倍体 含有两个染色体组二倍体 含有三个染色体组三倍体 余此类推。,一倍体和单倍体一倍体：含有一个染色体组的细胞或生物（x）单倍体：含有配子染色体的生物（n）,三倍体无籽西瓜的繁育,二倍体西瓜秋水仙素四倍体西瓜四倍体西瓜二倍体西瓜三倍体西瓜种子种植无籽西瓜（n）,（二）非整倍体变异 如果体细胞中染色体数目的变异是以配子中个别染色体增减的，这种变异叫非整倍体变异 单体二倍体染色体组丢失一条染色体（2n1）的 生物。如：人的45，X

7、O 牛的59，先天性卵巢发育不全 缺体丢失一对同源染色体（2n2）的生物。如：单体小麦自交可得缺体，一般生长势弱，半数以上不育。多体多了一条染色体或多条染色体的生物，包含三体（2n1）、四体（2n2）、双三体（2n11）等。,非整倍体变异的染色体组成以(ABCD)为一个染色体组 单体(ABCD)(ABC)缺体(ABC)(ABC)三体(ABCD)(ABCD)(A)四体(ABCD)(ABCD)(A A)双三体(ABCD)(ABCD)(AB),非整倍体的产生 配子形成时染色体不分开造成的,常染色体病,先天愚形(21三体综合征，Down syndrome),先天愚形(21三体综合征，Down synd

8、rome),发病率1/600800 新生儿,严重智力低下，生长迟缓枕骨扁平，发际低眼距宽，外眼角上斜，内眦赘皮鼻根低平，舌大，腭弓高尖通贯手，小指内弯，有一指褶纹男性不育、女性偶有生育能力,主要临床特征,第二节 基因突变,基因突变的概念 DNA序列中单个或多个碱基对的改变.,一、基因突变的一般特征,1 突变发生的随机性 生殖细胞细胞突变经受精卵传至后代 体细胞突变可引起生物体在当代的形态 或生理上的变化.(植物的体细胞突变可经压条、嫁接传至后代。动物的体细胞突变不能通过有性生殖传至后代，但可采用克隆技术保存和繁殖)2 突变发生的稀有性 突变率，指一定时间内突变发生的次数，即突变个体占观察总数的

9、百分率。,金银眼猫,3.可逆性 正向突变一般大于回复突变4.多向性某一基因突变为不同的等位基因，A突变为a1,a2,a3 复等位基因在群体的不同个体中，位于同一座位的多个基因。5.重演性 同种生物的某一突变在不同个体、不同时间、不同地点的重复出现。,6平行性 亲缘关系相近的物种基因突变的相似性，人、马、牛 的白化基因；马、牛、猪的矮化基因。7有利性和有害性 有利性创造新基因，增加多样性，提供育种素材，促进生物进化。有害性破坏有机体的相对平衡和协调统一，生活力下降，甚至死亡。有利和有害的相对性：,爱尔兰大角鹿,二、突变方式及其遗传效应,1 突变方式 碱基替代（碱基置换）DNA分子中一个碱基被另一

10、个碱基所替代 转换一个嘌呤被另一个嘌呤所替代，或一个嘧啶被另一个嘧啶所替代。颠换一个嘌呤被一个嘧啶所替代，或一个嘧啶被一个嘌呤所替代。移码突变DNA碱基序列中插入或删除一个或多个（非的整倍数）碱基，使编码区该位点后的密码子改变，导致氨基酸发生错误的现象。,转换 ATA ATG CCC CCT颠换 ATA ATC CCT CCA移码 原序列.AAU GCG CAU UAC 插入AAAA UGC GCA UUA C 丢失UAAG CGC AUU AC,2遗传效应,碱基替代的遗传效应 同义突变碱基替代后产生的密码子与原密码子编码同一氨基酸 CUU CUC 亮氨酸 AAAAGA 精氨酸 错义突变碱基替

11、代后产生的密码子与原密码子编码不同氨基酸 UUU UCU 苯丙氨酸丝氨酸 无义突变碱基替代后产生无义密码子（UAA,UAG,UGA）移码的遗传效应 插入或丢失碱基的位置以后的DNA序列上的密码子都发生改变。,镰状细胞贫血症,镰状细胞贫血(sickle cell anemia)是一种常染色体隐性遗传(AR)。,HbS(镰状细胞贫血)链 谷氨酸 6 缬氨酸 GAG GTG,Herrick,镰状细胞贫血,HbA,HbS,镰状细胞贫血症,镰状细胞贫血,在HbS中,由于带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替,致使血红蛋白的溶解度下降。在氧张力低的毛细血管区,HbS形成管状凝胶结构(如棒状

12、结构),导致红细胞扭曲成镰刀状(即镰变)。这种僵硬的镰状红细胞不能通过毛细血管,加上HbS的凝胶化使血液的黏滞度增大,阻塞毛细血管,引起局部组织器官缺血缺氧,产生脾肿大、胸腹疼痛(又叫做“镰形细胞痛性危象”)等临床表现。,诱发基因突变的因素,根据基因突变发生的原因，可将突变分为自发突变和诱发突变。在自然条件下，未经人工处理而发生的突变为自发突变（spontaneous mutation）。经人工处理而发生的突变是诱发突变（induced mutaion）。能诱发基因突变的各种内外环境因素统称为诱变剂（mutagen）。,物理因素,紫外线 紫外线的照射可使DNA顺序中相邻的嘧啶类碱基结合成嘧啶二

13、聚体，最常见的为胸腺嘧啶二聚体（TT）。在复制或转录进行时，该处碱基配对发生错误，从而引起新合成的DNA或RNA链的碱基改变。电离辐射 射线直接击中DNA链，DNA分子吸收能量后引起DNA链和染色体的断裂，片断发生重排，引起染色体结构畸变。,紫外线诱发的胸腺嘧啶二聚体,二聚体的形成,碱基类似物 某些碱基类似物可以取代碱基而插入DNA分子引起突变。,5-BU引起的DNA碱基对的改变5-BU与腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）均可配对。如果5-BU取代T以后一直保持与A配对，所产生的影响并不大；若与G配对，经一次复制后，就可以使原来的A-T对变换成G-C对,5溴尿嘧啶的诱变作用（1）,5溴尿嘧啶的诱变作用

14、（2）,芳香族化合物 吖啶类和焦宁类等扁平分子构型的芳香族化合物可以嵌入DNA的核苷酸序列中，导致碱基插入或丢失的移码突变。,（二）DNA损伤的修复 紫外线损伤的修复：产生胸腺嘧啶二聚体（TT）光修复 在光复活酶作用下，利用光能使损伤的DNA 重新复原。暗修复（切除修复）在内切酶、聚合酶、外切酶、连接酶等作用下切除损伤部分并合成相应片段，使DNA 重新复原。重组修复 通过DNA分子核苷酸链之间的重组来修复损伤。二聚体糖基酶修复系统（同尿嘧啶糖基酶修复系统）SOS修复 DNA分子受到严重创伤时进行的急救性修复。,DNA损伤的修复 生物体内存在着多种DNA修复系统，当DNA受到损伤时，在一定条件下

15、，这些修复系统可以部分地修正DNA分子的损伤，从而大大降低突变所引起的有害效应，保持遗传物质的稳定性。,核酸内切酶先在嘧啶二聚体附近切开DNA单链，然后以另一条正常链为模板，按碱基互补原则补齐需切除部分的碱基序列，最后由核酸外切酶切去含嘧啶二聚体的片段，并由连接酶将断口与新合成的DNA片段连接起来。,切除修复过程简图,结合到DNA分子上的诱变剂（原黄素、丫啶黄、亚黄素）,丫啶类的诱变机制,图4-41 光修复,小结,遗传信息的改变：染色体畸变、基因重组和基因突变染色体结构与数目的变异基因突变的类型及生物学意义,四、遗传变异的化学本质,DNA结构的改变将导致相应蛋白质一级结构（氨基酸顺序）的变化，

16、从而引起生物特征或性状发生变异。所以，一切生物的变异和进化都可以认为是由于DNA结构的改变而引起蛋白质组成和性质变化的结果。,第22章 基因表达调控,22.1基因的选择性表达是细胞 特异性的基础22.2原核生物的基因表达调控22.3真核生物的基因表达调控,22.1基因的选择性表达是细胞特异性的基础,基因表达：遗传信息的转录和翻译过程。（中心法则）基因调控：对基因表达过程的调节。意义：多细胞生物通过基因调空实现细胞的分化、形态发生和个体发育过程 机制：某一体系在需要时被打开，不需要时被关闭 发生：转录水平和翻译水平上。,22.2 原核生物的基因表达调控,原核生物功能相关的几个结构基因常常串连在一

17、起，受一套调控基因的调节，组成操纵子（operon）结构，并转录生成同一个mRNA分子，称为多顺反子mRNA，作为多种蛋白质合成的模板。,启动子(promoter),结构基因(structural gene),操纵基因(operator),操纵子(operon),调节基因(regulatory gene),原核生物的操纵子结构,转录,翻译,蛋白A,蛋白B,蛋白C,多顺反子mRNA,原核生物基因表达,1乳糖操纵子的调节机制,阻遏蛋白的负性调节,当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白（repressor protein）处于活性状态，阻止RNA聚合酶与启动基因的结合，则无法启动转录。R,当有

18、乳糖存在时，lac操纵子（元）即可被诱导。乳糖进入细胞，经半乳糖苷酶催化，转变为半乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与O序列解离、转录发生。,2色氨酸操纵子的调节机制,22.3 真核生物的基因表达,22.3.1不同细胞有特异性的基因表达方式 真核细胞的特异性是由于他们表达特定的基因的结果(或者说是选择性基因表达的结果),真核基因的调控,22.3.2 DNA的包装影响基因的表达,由核小体到染色体的结构方式调节基因的表达.如核小体可能阻止转录酶接近DNA分子的方式起到了调节基因表达的作用,核心组蛋白,核小体,第一层次折叠，体积减少6倍。,第二层次折叠，直径30n

19、m纤丝，每周6个核小体，致密度增加40倍。,第三层次折叠，30nm纤丝折叠成柱状结构致密度增加约1000倍。,在分裂期的染色体中，约1m长的DNA分子约压缩8 000-10 000倍，容纳于直径只有数微米的细胞核中。,异染色质化与基因的表达失活,真核细胞基因转录：,转录产物为单顺反子mRNA，即一个结构基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。,DNA,DNA,转录及加工,翻译,蛋白质,真核生物基因表达,单顺反子mRNA,断裂基因.,原核生物基因和真核生物基因间有一个基本的不同点：原核生物基因是编码DNA的一个完整片段；而大多数真核生物为蛋白质编码的基因都含有“居间序列”，即不为多肽

20、链编码。,基因中不编码的居间序列称为内含子（intron),而编码的片段则称为外显子（extons).,内含子的存在使真核生物基因成为不连续基因或断裂基因（split gene).即基因内部的编码序列（外显子）被非编码序列（内含子）所分隔，这样的基因称断裂基因。,DNA,DNA,内含子（intron）,外显子（exon）,真核生物断裂基因,5,结构基因,A,B,C,D,E,F,G,1,2,3,4,5,6,7,图示，鸡卵清蛋白基因（示断裂基因）基因总长7700bp,被7个不编码区A-G（内含子，绿色）分割成8个编码片段（外显子，红色）。这个基因的内含子部分比外显子部分长很多。,L,外显子,内含子,内含子的功能还不清楚。它可能含有调节信号；也可能内含子把基因分割成许多“可交换单位”，在生物进化过程中，这些单位可重新组合构成新的基因。,真核细胞的基因结构,hn RNA,成熟 mRNA,内含子,外显子,mRNA剪切,真核生物的mRNA的结构特点是含有特殊的5末端的帽和3末端的多聚A尾结构。,