《医学生物学教学资料》4生命的遗传与变异.ppt

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1、第四章 生命的遗传与变异,第一节：遗传的分子基础,Watsh-Crick模型,二人类基因组,狭义：在每个人体体细胞内含两个染色体组，每个染色体组的DNA构成一个基因组。广义：包括核基因组和线粒体基因组。,基因(gene),1、基因位于DNA分子上;2、基因遗传信息或者被转录为RNA并进而翻译为多肽；或者只被转录为RNA即可行使功能；或者对其他基因的活动起调控作用;3、基因是一个在遗传功能上起作用的最小单位。,1）单一序列 一个或几个拷贝，结构基因，60-65%2）中度重复序列 长度300-700bp，重复次数102-105，属非编码序列，散在于基因组中，可能与基因调控有关。3）高度重复序列 重

2、复次数106，占20%，成簇分布于染色体的着丝粒区及染色体的端部，在复制起点处也有分布，可能与基因表达调控及染色体结构的维持有关。,多基因家族：来源相同、结构相似、功能相关的一组基因，由一个祖先基因进化而来。,假基因:在进化过程中某些成员的的核苷酸序列中发生缺失、到位、点突变而成为无功能的基因。,三断裂基因的基本结构1 外显子和内含子 外显子：编码序列。内含子：非编码序列。GT-AG法则：在每个外显子和内含子的接头区存在高度保守的一致序列，即：在每个内含子的5端开始的两个碱基为GT，3端末尾是AG。,2 侧翼序列：基因的第一个外显子和最后一个外显子的外侧都有一段不被转录的非编码区，对基因的有效

3、表达起调控作用。,(1).启动子promoter：通常位于基因转录起始点上游100bp的范围内，是RNA聚合酶的结合部位，可启动转录过程。TATAbox:位于转录起始点上游约2630bp处，高度保守。可通过与转录因子TF结合，准确识别转录起点。CAATbox:位于转录起始点上游约-70-80bp处，可与RNA聚合酶结合，决定转录起始的频率。(2).增强子enhancer：位置不定，增强转录效率。(3).终止子terminator:存在于基因末端具有终止功能的特定顺序，转录后形成发夹结构使RNA聚合酶从模板上分离。,四复制,1.半保留式复制后，由于亲代DNA单链成为子代DNA双链中得一条链，故称

4、为DNA半保留复制。,.也是半不连续复制前导链冈崎片段后随链,复制子如此长的DNA分子在复制时，只能是多个（但不是整个DNA分子中的全部）复制子同时进行，最后连接而成。,五基因的表达与调控,中心法则：,（一）基因的表达：基因的表达：从RNA转录、蛋白翻译、多肽的加工修饰到产生细胞或生物性状的过程。转录：以DNA双螺旋中反义链为模板，以四种核苷三磷酸为原料，在RNA聚合酶的作用下，遵循碱基互补配对原则合成RNA分子的过程。,核不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,）hnRNA加工：1）戴帽:封闭mRNA5端；增强mRNA的稳定性；可被核糖体小亚基识别。2）加尾:Pol

5、yA，使3稳定，延缓被核酸酶水解，有利于mRNA的核输出。3）剪接：RNA剪切和连接的过程。,翻译：密码子:mRNA链上3个相邻的碱基可以决定一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被称为密码子。遗传密码genetic code：mRNA上的碱基排列顺序.密码子特点：通用性;简并性；遗传密码阅读的无间隔性。,六基因突变与修复,基因突变:广泛存在，包括自发突变与诱发突变。体细胞突变:有性生殖的个体中不会造成后代的遗传变化。生殖细胞突变:将引起后代遗传物质的改变。,野生型:自然状态下未发生突变的类型.突变型:突变后形成的新类型.自发突变:细胞正常生活过程中产生的,或受环境随机作用而发生的.诱发突变:在诱

6、变剂的作用下.突变的方式有三种:碱基替换 移码突变和动态突变,1.碱基替换:DNA单个碱基的改变,也称为点突变point mutation。转换：嘌呤和嘌呤、嘧啶和嘧啶之间发生的替换；颠换：嘌呤和嘧啶之间的替换。,点突变的后果：同义突变:突变未引起氨基酸改变；错义突变:突变引起密码子改变；无义突变:突变后形成了终止密码。,2、移码突变:DNA增加或减少非3倍数的碱基对，造成插入点以下的DNA编码框架全部发生改变。3、动态突变：重复序列的重复次数增加。,（二）DNA的修复切除修复：将受损的DNA部位切除，重新合成以修补突变的片断。,重组修复：断裂点可以诱导重组，重组后亲链发生交换以最终完成修复。

7、,例：早衰：一种名叫LAMINA基因发生突变，使人体的发育和衰老速度相当于正常速度的8倍,通常在20岁之前因器官衰老而死亡。,第二节：遗传的细胞基础一、染色质（一）染色质的分子结构（已述）（二）常染色质与异染色质（已述）,（三）性染色质（sex chromatin）1、X染色质：雌性哺乳动物间期细胞内的呈异固缩的X染色质。又称之为性染色质或巴氏小体。,Lyon假说1961年，Marry Lyon提出了X染色质失活的假说，现已被证明。（1）雌性哺乳动物体细胞中，两条染色体中仅有一条在遗传上有活性；另一条在遗传上是失活的，在间期核中异固缩为X染色质;（2）失活发生在胚胎早期，如人类大约在妊娠的第1

8、6天；（3）X染色体的失活是随机的，不固定的。,X染色体的剂量补偿效应:Lyon现象保证了雌雄两性细胞中只有一条X染色体保持转录活性，使两性X连锁的基因产物保持在相同水平上，这种效应称为X染色体的剂量补偿效应。,二、染色体（一）人类染色体的形态结构姐妹染色单体着丝粒初级缢痕短臂（p）长臂（q）端粒次级缢痕核仁组织者区随体,（二）人类染色体的类型根据着丝粒在染色体上的位置，可以把染色体分为3种类型中部着丝粒染色体亚中部着丝粒染色体近端着丝粒染色体,（三）人类染色体的数目1965年，美籍华人蒋有兴证实：人类染色体数目是46条，而不是48条。,三、人类的正常核型（一）人类染色体非显带核型核型：指一个

9、细胞的全部染色体，按其大小、形态特征顺序排列成的图像。核型分析：对核型进行染色体数目、形态结构特征的分析。,（二）人类染色体显带核型 G带,（二）人类染色体显带核型染色体的重要指标：染色体号；臂号；区号：带号。,第三节 遗传的基本规律,性状：是指生物所具有的形态的、结构、机能、行为或生理生化的具有稳定性的特点或特征。相对性状：一些相互排斥的性状，同一个体非此即彼，不能同时具有两种相对性状。,一、分离律,显性性状：在杂合状态下表现的性状。隐性性状:在杂合状态下未表现的性状。性状分离:F1自交，结果在F2中出现不同性状的现象。表现型:是指生物体所表现的性状，它是基因型和外界环境作用下具体的表现，是

10、可以观测的。基因型:指个体的基因组合。基因型是性状表现必须具备的内在因素，是生物体内在的遗传基础。等位基因：等位基因是指一基因座位上的可以存在有不同的基因，它们控制的生物性状可以不同，但必须是相对性状。,分离律：减数分裂时，等位基因彼此分离，分别进入不同的生殖细胞。细胞学基础：减数分裂时同源染色体的分离。,二、自由组合律,自由组合律的本质：控制两对性状的两对等位基因，分布在不同的同源染色体上，在减数分裂形成配子时，非同源染色体可以自由组合，且概率相同。细胞学基础：减数分裂时同源染色体分离，非同源染色体自由组合。,三、连锁和交换律完全连锁不完全连锁重组律（交换律）：重组数占总数的比例，重组律的高

11、低可反映两个基因在同一染色体上的相对距离。连锁群：位于同一染色体上的基因彼此间以相互连接在同一个染色体的方式遗传，构成连锁群。,三大定律在人类遗传中的体现,图5上眼脸有无褶皱1、双眼皮 2、单眼皮,图6 食指长短1、食指比无名指长 2、食指比无名指短,图3前额中央发际有一三角形突出称美人尖1、有美人尖 2、无美人尖,图4 拇指竖起时弯曲情形1、挺直 2、拇指向指背面弯曲,图 7 脸颊有无酒窝1、有酒窝 2、无酒窝,图8 双手手指嵌合2、左手拇指在上（显性）1、右手拇指在上（隐性）,（显性）,（隐性）,（显性）,（隐性）,第四节 遗传与人类的疾病,遗传性疾病的类型,染色体病：由染色体的结构或数目

12、变异引起的疾病。如：唐氏综合征，即21-三体综合征；单基因遗传病：由单个基因的突变所引起的遗传病。如：遗传性代谢病、先天聋哑、红绿色盲、血友病、抗维生素D性佝偻病等。多基因遗传病：由多对基因和环境因素共同作用所引起的疾病。如：高血压、糖尿病、精神分裂症、哮喘及某些先天畸形如脊柱裂、唇裂、先天性心脏病等。线粒体病：由线粒体DNA的变异所引起的疾病。如：遗传性视神经病；母系遗传的肌病和心肌病、帕金森病、非胰岛素依赖性糖尿病、氨基酸糖苷诱发的耳聋等与mtDNA的突变有关。体细胞遗传病：由体细胞遗传物质的突变所引起的疾病。如：肿瘤、某些先天畸形等。,一、染色体异常与疾病,染色体畸变包括数目畸变和结构畸

13、变二种。,（一）染色体数目畸变1、染色体整倍性改变：多倍体形成机制（1）双雄受精是两个精子同时进入受精卵形成三倍体的受精卵。,（2）双雌受精是卵子发生的第二次减数分裂时，发生的染色体不分离。,(3)核内复制,精（卵）原细胞有丝分裂,生殖细胞,2、染色体非整倍性的改变非整倍性是指体细胞中个别染色体数目增加或减少了一条或数条，形成非整倍体。亚二倍体超二倍体,单体型（2 n 1）例：21单体 45，XX（XY），21,三体性（2 n+1）,例：47,XX（XY）,+21（21三体）47,XXX 非整倍体产生的机理：在受精卵的卵裂早期或在体细胞的有丝分裂过程中染色体不分离；减数分裂时发生染色体不分离；

14、减数分裂染色体丢失；,卵原细胞,（46,XX）,47,XXX,45,X,减同源染色体不分离,图示两条X染色体,卵子,精子,47,XXX,45,X,个体,卵原细胞,（46,XX）,46,XX,图示两条X染色体,卵子,精子,个体,嵌合体：由两种或多种不同核型的细胞系所组成的个体 例：46，XX/47，XX，+21 45，X/46，XX/47，XXX产生机理：发生有丝分裂 受精卵卵裂染色体不分离 受精卵卵裂染色体丢失,第二次有丝分裂后期染色体不分离,45,X/46,XX/47,XXX,47,XXX,45,X,46,XX,46,XX,例：第二次卵裂中X染色体不分离,例：第二次卵裂中X染色体丢失,46,

15、XX,45,X,46,XX,46,XX,45,X/46,XX,X染色体丢失,（二）染色体结构畸变,原因：染色体断裂，断裂片断的重接染色体结构畸变：染色体断裂相接错误或丢失。1、染色体结构畸变的描述方法A、简式：B、详式：,染色体结构畸变的类型,q 21,号,46,XX,del,(1),中间缺失,1号,q 21q 23,46,XX,del,(1),（q21 q23）,(q21),末端缺失,缺失（del):染色体臂的丢失,p 21,q 31,2号,46,XY,r,(2),(p 21q 31),46,XY,r(2)(p21q31),环状染色体（r）:染色体臂发生两次断裂后，有着丝粒的断端相接成环.,

16、X,46,X,i,(Xq),p,q,46,X,i(X)(pter cenpter),46,X,i(X)(qter cenqter),3等臂染色体(i)：一条染色体的两臂的形态和遗传相同，并借一或两个着丝粒相连.,号,p 21,q 31,46,XY,inv,(2),(p 21q 31),46,XY,inv(2)(pter p21:q31 p21:q31 qter),4.倒位（inv）：某一染色体中间片段发生两个断裂，断片倒转180后重接。,5易位（t）：一条染色体的断片接到另一条染色体上.单方易位（转位）,2号,q 21,5号,q 31,46，XY，,t,(2;5),(q 21;q 31),2号

17、,5号,46,XY,t(2;5)(2pterq21:5q315qter;5pter5q31:2q212qter;),相互易位（平衡易位）两条染色体断裂后相互交换无着丝粒断片后重接，无遗传物质重复或丢失（平衡）。,14 号,21号,45,XX,t,(14q 21q),14,21,罗氏易位携带者表型一般正常，但形成配子的时候会出现异常造成胚胎死亡或先天畸形,见下例。,罗伯逊易位(罗氏易位、着丝粒融合）两条近端着丝粒染色体在着丝粒区断裂后，两长臂彼此连接成一条衍生染色体。两短臂(几乎都是异染色质）构成的小染色体往往丢失。,配子,F1,21三体,21单体,14三体,14单体,6双着丝粒染色体（dic）

18、：具两个着丝粒的染色体,插入（ins）一条染色体的某一中间片段插入到另一条染色体中。,2号 2号,重复,8.重复（dup)在同源染色体或两条姐妹染色单体之间，出现不等易位，致使某一区段出现重复。,（三）染色体病,染色体病：先天性的染色体数目或结构异常所引起的疾病。共有表型：智力低下，发育迟缓类型：常染色体病和性染色体病,1、常染色体病共有表型：智力低下（先天性、非进行性）生长发育迟缓 先天性心脏病 皮纹改变：通贯手 五官、四肢畸形,21三体综合征，又称先天愚型或Down综合征核型：47,XX（XY）,+21-95%嵌合型（46/47,+21）-5%易位型是最常见的一种染色体病，发病率约为1/8

19、00临床特征：明显的智力障碍，智商在20-25之间,生长发育迟缓，出生时身长体重低于正常儿;特殊面容，小头、耳位低，眼距宽，眼角上斜、鼻梁低平，“伸舌样痴呆”；多发畸形，约50%为先天性心脏病，也有胃肠道畸形；趾间距宽，通贯掌频率高.,产生机理：母亲的卵子形成过程中21号染色体不分离,伸舌,舟舟,18三体综合征(Edwards综合征),新生儿中的发病率：1/4000到1/5000，女婴发病高于男婴临床特征：生长发育障碍，出生体重低，2243克左右，智力低下，肌张力亢进，眼裂小，眼距宽，有内眦赘皮，眼球小，耳位低，后枕骨突出，胸骨短小，95%患者伴有先天性心脏病，室间隔缺损及动脉导管闭锁不全，特

20、殊握拳姿式，1/3通贯手，摇椅型足，男性常见隐睾，女性患者常见大阴唇或阴蒂发育不良核型：47,XX（XY）,+18-80%易位型、嵌合型-20%,13三体综合征(Patau综合征),发病率:1/5000到1/7000，女性发病率高于男性。临床特征：出生时体重低，生长发育障碍，严重的智力低下，严重畸形，头小，前额低斜，前脑发育缺陷，眼球小或无眼球，2/3唇裂，腭裂，耳位低，耳廓畸形，常有耳聋，80%以上伴有先天性心脏病，常有多囊肾、无脾。隐睾或卵巢发育不全，多阴道，双角子宫。指（趾）畸形，多指（趾），足内翻，特殊握拳姿式，摇椅底足，通贯手。,核型：（）47,XX(XY),+13-80%机理：高龄

21、孕妇减数分裂中13号染色体不分离。（）嵌合型：46/47，+13,5p 综合征（猫叫综合征）,发病率1/50000临床特征：哭声像猫叫，智力低下，生长发育迟缓，肌张力低，小头，满月型脸，眼距宽，外眼角下斜，内眦 皮，斜视。耳位低，下颌小，腭弓高，第5指短，内弯，常伴有先天性心脏病，主要是室间隔缺损和动脉导管未闭等。核型：46,XX（XY）,del(5)(p15),2、性染色体病共有表型：性发育不全或两性畸形，有的患者只表现为生殖能力差，原发性闭经，智力稍差等。,发病率:男性中1/800，精神发育不全的男性中1/100，男性不育个体中1/10。临床特征：身材高大，四肢细长，生殖器官发育不全，睾丸

22、不发育，或隐睾，曲细精管萎缩，无精子生成，不育，第二性征发育不良，体毛稀少，无须，无喉结，乳房发育女性化，皮下脂肪发达。,先天性睾丸发育不全征（Klinefelter综合征）,核型：47,XXY-80%产生机理：双亲的配子形成过程中 染色体不分离,46,XX/47,XXY46,XY/47,XXY46,XX/46,XY,-20%,先天性卵巢发育不良综合征（Turner综合征),发病率:新生女婴中1/2500，自发流产儿中7.5.临床特征:身材矮小，身高约为120-140之间，性腺呈条索状，原发闭经，子宫发育不全，外生殖器发育不良。第二性不发育，乳距宽，盾状胸，乳不发育，无生育能力。后发际低，肘外

23、翻，50%患者有颈蹼。新生儿手脚常呈淋巴性水肿，第4、5指（趾）骨与掌跖骨短或畸型，常伴发先天性心脏病。核型：45，X 部分为 45,X/46,XX产生机理：母亲卵子形成过程中X染色体不分离,XYY综合征,发病率:男性中1/750-1/1500 临床特征：表型正常，有生育能力，智力正常，但性格暴躁粗鲁，有攻击性行为，身材高大。核型:47,XYY少数 46,XY/47,XYY,XXX综合征,发病率：在女性新生儿中1/1000,女性精神病患者中4/1000.临床特征：大多数患者为外表正常的女性，具有生育能力，但常见智力低下，甚至精神失常。间歇性闭经，卵巢功能障碍，乳腺不发育等。核型:多为47，XX

24、X，此外，尚有48，XXXX；49，XXXXX核型的患者，又称为X综合征。,脆性X染色体综合征,脆性部位：在染色体的某一特定部位上恒定地出现裂隙和趋向于断裂的部位，是可遗传的特征。发病率：男性为1/1250，女性为1/2000，女性携带者为1/7000。临床特征：智力及语言障碍、睾丸大、大耳朵，下颌大而前突，嘴大唇厚，腭弓高，头围大，性腺发育不良，精子少。,二、单基因遗传病：常染色体显性AD 常染色体隐性AR X连锁显性XD X连锁隐性XR Y连锁遗传系谱:在详细调查某种遗传病患者家族中各成员的发病情况后，按一定形式绘制成的一个图解。,AD特点：患者双亲中必有一人为患者，多为杂合体。双亲无病时

25、，子女不会患病(除非基因突变)。患者同胞中约有1/2的可能性也为患者，男女患病机会均等。患者与正常人婚后子女都有1/2的患病几率。系谱中，几代中可以看到连续传递。如：（完全显性）并指型；短指；家族性结肠息肉症；,（一）、常染色体显性遗传病，AD,AA 患者 Aa 患者 aa 正常,并指家族,1.不完全显性或半显性Aa为轻型患者 AA为重型患者。例：软骨发育不全症,例：家族性高胆固醇血症（LDL-R基因突变）杂合子：50%存在伸肌腱的胆固醇沉积（黄瘤）；中年出现冠心病（CHD）。纯合子：儿童期出现冠心病；少年或青年心肌梗塞或猝死。,2.共显性一对等位基因，无显、隐性之分，在杂合时同时表现。例:A

26、BO血型和MN血型3.不规则显性杂合子在不同条件下,表现不同.例:多指症。,4.延迟显性杂合子在早期不表现,到一定年龄时才发病.例:Huntington舞蹈症：进行性神经病变，不自主的舞蹈样动作。,5.早现遗传：传代过程中，发病年龄和病情逐代加重。例：强直性肌营养不良,6.限性遗传：只在某一性别发生。从性遗传：多在某一性别发生，如男性秃顶。,（二）、常染色体隐性遗传病，AR,AR特点：双亲正常，但都是携带者。患者同胞约有1/4为患者，且男女几率均等。患者子女一般正常，所以，本病散发。近亲婚配时，子女患病风险明显增高。如：先天聋哑，白化病,AA正常 Aa正常 aa患者,一个白化病的系谱,（三）X

27、连锁遗传交叉遗传：X连锁遗传病中,男性的致病基因只能从母亲传来,将来只传给自己的女儿。1x连锁隐性遗传,XR：XAXA XAXa 正常 XaXa 患者XAY 正常 XaY 患者例：血友病，红绿色盲，假肥大性肌营养不良(20岁前死亡),XR特点：(1)男性患者较女性多，系谱中往往只有男性患者。双亲无病时,儿子可能发病，女儿则不会发病。儿子如果发病母亲肯定是一个携带者，女儿也有12的可能性为携带者。(3)男性患者的兄弟、外祖父、舅父、姨表兄弟、外甥、外孙等也有可能是患者(4)女性患者父亲一定也是患者，母亲一定是携带者。,2X连锁显性遗传，XD：XAXA 患者，病情严重 XAXa 患者 XaXa正常

28、 XAY 患者，病情严重 XaY正常如：抗VD型佝偻病,XD特点：(1)女性患者比男性患者约多一倍，前者病情常较轻。(2)患者双亲中必有一名是该病的患者(3)男性患者的女儿全部都为患者，儿子全部正常(4)女性患者(杂合体)的子女中各有50%的可能性是该病的患者。(5)系谱中常可看到连续传递现象。,3Y连锁遗传如果决定某种性状或疾病的基因位于Y 染色体上，并表现出相应的性状，这种遗传方式称为Y连锁遗传。全男性遗传,三、线粒体遗传病（放在细胞生物学中讲授）,四、多基因遗传病,人类一些常见病,发病率多超过0.1%,这些疾病有遗传背景,有家族倾向,但并不由一个基因决定,而是由多对基因决定,这类疾病称为

29、多基因遗传病。环境因素往往起重要作用。如:高血压,糖尿病,脊柱裂,唇裂。,质量性状：单基因遗传的性状由一对基因控制，性状的变异在一个群体中的分布是不连续的。数量性状：多基因遗传的性状在一个群体中的变异分布是连续的只有一个峰。,120 cm 165 cm aa AA或Aa,垂体性侏儒和正常人的身高,苯丙酮尿症（PKU），患者缺乏苯丙氨酸羟化酶（PAH）,多基因假说：数量性状的遗传基础是两对以上的基因。基因的遗传仍然遵循孟德尔定律等位基因之间共显性。每对基因对性状的形成效应是微小的微效基因，效应可以累加加性基因。性状的形成受环境和遗传背景的双重影响。,多基因遗传的特点,两个纯合的极端个体杂交。子1

30、代都是中间类型，但个体间也存在一定的变异，这是环境因素作用的结果。两个中间类型的子1代个体杂交，子2代大部分仍为中间类型，但变异更广泛，有时会出现极端变异的个体。一个随即交配的群体中，变异范围广泛，但大多数接近中间类型，极端变异少。,1、易患性与发病域值易感性：在多基因遗传病中，由遗传基础决定一个体患病的风险。易患性：由遗传因素和环境因素共同作用并决定一个个体是否易患某种遗传病。域值:易患性的高低是由遗传因素和环境因素共同决定的，这个限度即为域值。,2、遗传度在多基因遗传病中，易患性的高低受遗传因素和环境因素的双重影响。其中遗传因素即致病基因在决定该疾病中所起作用的大小，称之为遗传度或遗传率。

31、,一些常见多基因病的遗传率 病 名 遗传率（%）群体发病率（%）唇裂腭裂 76 0.17先天性畸形足 68 0.1先天性幽门狭隘 75 0.3脊柱裂 60 0.3无脑儿 60 0.2先天性心脏病（各型）35 0.5精神分裂症 80 1.0糖尿病(青少年型)75 0.2原发性高血压 62 48冠心病 65 2.5消化性溃疡 37 4支气管哮喘 80 4,3、多基因遗传病的特点有家族倾向；患者双亲、同胞、子女亲缘系数相同，有相同的发病风险；随着亲属级别的降低，其发病风险迅速降低；近亲婚配时，子女的发病风险也增高但不如AR明显。发病率由种族或民族差异，表明不同种族或民族的基因库不同。,4、多基因病复发风险的估计,当多基因病的群体发病率为0.1-1%，遗传度为70-80%时，患者的一级亲属的发病率近似于群体发病率的平方根；一个家庭中患病人数越多,再次生育的再发风险越高；病情越严重的患者再次生育的再发风险越高；一个家庭中出现了人群中发病率低的性别，那么，再次生育的发病风险就高。,