医学生物学7.ppt

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1、五基因的表达与调控,基因表达(gene expression)是DNA分子中所蕴藏的遗传信息通过转录和翻译生成具有生物活性的蛋白质或通过转录形成RNA发挥功能作用的过程。转录和翻译是表达的两个主要阶段或过程。,原核生物：转录和翻译在细胞质中同时进行。真核生物：转录在细胞核内，翻译在细胞质中。,（一）基因的表达1转录(transcription)在细胞核内进行,5 3的链为编码链（有意义链）3 5的链为反编码链（反意义链）,DNA,转录是DNA分子中的遗传信息传递给RNA的过程。转录即以DNA双链之反意义链(antisense strand)为模板，在RNA聚合酶的作用下，按照碱基互补方式合成R

2、NA的过程。,转录的RNA分子称为核内异质RNA(hnRNA)，它包括外显子、内含子和部分侧翼序列。hnRNA要经过剪接、戴帽、加尾等加工过程才能形成成熟的mRNA。,转录的过程：,以DNA双链中的反意义链（反编码链）为模板从转录起始点开始，在RNA聚合酶作用下，按碱基互补方式合成核内异质性RNA（hnRNA）3.hnRNA经剪接、戴帽、加尾等加工过程4.形成成熟的mRNA进入到细胞质参加翻译,DNA,转录,剪接,带帽,加尾,成熟的mRNA,hnRNA,加工,剪接：在酶的作用下，将hnRNA中的内含子切 掉，把各个外显子拼接起来，形成连续 编码的mRNA链。,5 5,戴帽：在RNA 5端连接上

3、一个甲基化核苷酸，即7-甲基鸟苷酸，形成5 5连接形式，封闭了5端，完成戴帽。戴帽作用：保护mRNA 5端，使其不被酶水解；有助于被核糖体识别。,3,3,加尾：是mRNA 3端poly A附加信号AAUAAA序列下游1530bp处切割后在poly A聚合酶的作用下，加上100200个腺苷酸，形成多聚腺苷酸（poly A）尾的过程。,保持3末端稳定性促使mRNA由细胞核运输到细胞质中,hnRNA经以上加工过程，成为成熟的mRNA，进入细胞质作为蛋白质合成模板，参加翻译。,作用,2翻译(translation)在细胞质中进行,按照mRNA中碱基顺序转译成氨基酸序列的过程，即以RNA为模板合成蛋白质

4、多肽链的过程。多肽链的合成是在mRNA、tRNA以及核糖体的协调作用下进行的。,核糖体：蛋白质合成的场所mRNA：携带着DNA的信息，合成蛋白质的模板tRNA：转移氨基酸的“搬运工”，其反密码子识别mRNA上互补的密码子。从起始密码开始，核糖体沿着mRNA 53方向移动，氨基酸不断增加，从氨基末端向羧基末端延伸，使肽链不断延长。,翻译过程：以多聚核糖体形式进行同一个mRNA分子上有多个或几十个核糖体同时进行翻译，称为多聚核糖体。同一个mRNA为模板，按不同的进度合成的多肽链是相同的。翻译后的多肽链需要进一步加工修饰，才形成具有一定空间结构和活性的蛋白质。,简并性(degeneracy)：一个密

5、码子只对应一种氨基酸，而一个氨基酸可以有多个密码子普遍性：自原核生物到真核生物其遗传密码基本相同，这也是遗传工程的基础,（二）基因表达的调控,细胞的代谢、生长、分裂、分化等复杂的生命过程能有序进行就是靠基因表达的有效调控；生物体也是靠基因表达调控，才能适应不断变化的环境。,人体所有体细胞含有相同的基因组，有些基因在许多细胞中都表达，就称为持家基因(house-keeping gene)；而某些基因只在特定细胞发育特定阶段或细胞特定功能状态下才有表达，称为奢侈基因(luxury gene)。,基因表达调控,转录前调控转录水平调控转录后调控翻译水平调控翻译后修饰,1.转录前调控 转录之前染色质结构

6、发生了一系列变化，（1）无转录活性的染色质呈凝集状态，组蛋白与DNA结合紧密，DNA甲基化程度高，抑制转录。（2）有转录活性的染色质松散，组蛋白与DNA结合不紧密，DNA甲基化程度低，基因有转录活性。,2转录水平的调控,主要通过基因顺式作用元件和转录因子之间的相互作用来实现。基因启动子、增强子中有些保守的序列能与转录因子特异性的结合，调节基因转录，这些序列称为顺式作用元件。,真核生物的相同基因在不同组织转录后的hnRNA，由于剪接方式以及polyA附加部位的不同而产生不同的转录本，转录后的hnRNA需要剪接、戴帽、加尾等才成为成熟的mRNA，翻译成不同的蛋白质。这种加工的效率、剪接加工的选择性

7、以及mRNA的稳定性都直接影响基因表达。,3转录后调控,4.翻译水平调控,是真核细胞调控的重要环节，翻译水平受核糖体的数量、mRNA翻译成蛋白质的速率、mRNA寿命等因素的影响。,5.翻译后修饰 翻译后要对多肽链进一步加工修饰，才能成为具有一定空间结构和生物学活性的蛋白质。,翻译后的修饰主要有某些氨基酸的羟基化或磷酸化、多肽链的糖基化和多肽链的切割以及两条或两条以上肽链间的连接和进一步折叠形成特定的空间构象。,分泌型多肽先合成蛋白质前体，其N末端的信号序列引导蛋白前体定位于膜上，然后信号肽被切除，成为有功能的蛋白质，这些都属于翻译后调控。,六基因突变与修复（一）基因突变1基因突变的概念,基因突

8、变(gene mutation)是指DNA分子中核苷酸组成或排列顺序的改变。在自然界中，任何生物都会以一定的频率自发突变。,人类的基因组是较为稳定的，但也存在着一定的突变率，人类突变率约为1/1000000，,基因突变,体细胞突变：不传给后代，是细胞恶变的基础。,生殖细胞突变：遗传给后代,改变后代表型效应。,显性突变：改变后代的表型效应隐性突变：可以传递给后代,突变不仅发生在基因的内含子和外显子，也可发生在剪接部位以及表达的调控序列，还可以广泛存在于非基因序列，由于突变的性质和发生部位不同其后果是不同的。,基因突变的特征：可逆性、多向性、有害性、稀有性。基因突变的因素：物理、化学、生物。,基因

9、突变的后果,不利于个体的生存和生育能力；由于突变引起了遗传病或致死性突变，导致死胎、自然流产。可能对个体的生存带来一定好处；突变后果较轻微，对个体无明显的影响。只表现为个体间的遗传多态。由此可见：基因突变既是遗传变异的主要来源，也是进化过程中选择的对象，突变是进化的源泉。,2.基因突变的类型,碱基置换移码突变动态突变,3种类型,（1）碱基置换,DNA分子中的一个碱基被另一个不同的碱基替代，称为碱基置换，是DNA分子中单个碱基的改变，也称为点突变。是最常见的突变类型。,碱基置换,转换：同类碱基之间的替换颠换：不同类碱基之间的替换,转换：嘌呤嘌呤，嘧啶嘧啶,颠换：嘌呤嘧啶，嘧啶嘌呤 转换比颠换更为

10、常见,转换,颠换,碱基置换产生的不同效应：,1）同义突变:碱基的改变并未引起编码的氨基酸改变。即改变前后的密码子都编码同一种氨基酸。,2）错义突变:碱基的改变导致密码子编码另一种氨基酸。结果产生异常的多肽链。,3）无义突变:碱基的改变使原来编码氨基酸的密码子变成终止密码子，导致肽链合成提前终止。,4）终止密码突变：碱基的改变使终止密码子变成了编码某个氨基酸的密码子，导致肽链延长。,（2）移码突变：,指DNA编码序列中插入或丢失1个、2个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原来的密码子移位，导致在插入或丢失的碱基位置以后所有的密码子都发生了移位错误，编码框架改变，结果突变点

11、以后的氨基酸种类和顺序发生改变，影响蛋白质的生物功能。移码突变造成的后果一般较严重。,移码突变,又称不稳定三核苷酸重复序列突变，一些基因的编码区或5端或3端非翻译区三核苷酸重复拷贝数，在一代代传递过程中会发生明显的增加，从而导致某些遗传病的发病。,（3）动态突变,（二）DNA的修复,DNA复制过程中出现的差错，或者受各种内外不利环境因素所造成的DNA损伤，通过DNA修复系统能得到修复，正因为如此，进一步保证了DNA的稳定性。,光修复切除修复复制后修复,1.切除修复切除修复是一种多步骤的酶切反应过程。,内切核酸酶：识别损伤部位，在5端作一切口。,外切核酸酶：从切口开始向3端方向切除损伤 的DNA

12、单链。,DNA聚合酶：以损伤的互补链为模板，合成新 的DNA单链。,DNA连接酶：将新合成的DNA单链与原来的单链 连接起来，完成修复。,切除修复过程,2.复制后修复（重组修复）,完整的母链与有缺口的子链重组,封闭缺口,第二节 遗传的细胞基础,真核细胞的DNA分子以染色质的形式存在于细胞核中，细胞周期的不同时期，染色质有不同的存在方式，处在间期时称为染色质，处在分裂期时称为染色体。所以染色体和染色质是同一种物质在细胞周期不同时期中所表现的两种不同存在形式。,一、染色质（一）染色质的分子结构 染色质（染色体）是由DNA、组蛋白、非组蛋白及RNA组成的核蛋白复合物，经细胞分裂，遗传信息随染色体的传

13、递而传递，从母细胞传给子细胞，从上一代传给下一代。,（二）常染色质与异染色质,细胞核中的染色质分为常染色质与异染色质 常染色质：呈松散的解螺旋状态，染色较浅，着色均匀，位于核的中央，具有转 录活性，含单一或重复序列的DNA，DNA合成较早。异染色质:呈凝缩状态，染色较深，位于核周 缘，很少或无转录活性，含高度重复 序列的DNA，DNA合成较晚。,性染色质:是间期细胞核中性染色体的异染色质部分显示出来的一种特殊结构。,人类性染色质,X染色质Y染色质,（三）性染色质,1X染色质,1949年，Barr等人发现在雌猫神经元细胞间期核中有一个染色很深的浓缩小体，紧贴核膜内缘，1微米大小，呈椭圆形或三角形

14、，进一步研究发现在其它雌性哺乳类动物（包括人类）也同样有这种显示性别差异的结构，称为性染色质体(sex-chromatin body)，也称X染色质或巴氏小体(Barr body)。,为什么正常男性与正常女性之间的性染色质存在差异，而基因产物为什么没有差异呢？Lyon假说对此问题进行了解释,Lyon假说,雌性哺乳动物体细胞中仅有一条X染色体是有活性的，另一条X染色体在遗传上是失活的，在间期细胞核中螺旋化而呈异固缩为X染色质失活发生在胚胎早期，在此以前所有细胞中的X染色体都是具有活性的X染色体的失活是随机的，又是恒定的,研究表明：细胞中X染色体超过两条时，仍只有一条保持活性，其余的都形成X染色质

15、。X染色质数目=X染色体数目1 设X染色体数目为n X染色质数目=n-1 如：一个人的性染色体组成是3条 XXX 则她的X染色质有2个,正常男性，其X染色体不发生异固缩，任何时候都是有活性的，所以无X染色质。,Lyon化现象保证了男女细胞中都只有一条X染色体保持转录活性，使两性X连锁基因产物的数量保持在相同水平，称X染色体的剂量补偿效应。,研究表明：失活的X染色体上的基因并非都失去了活性，有一部分基因仍保持其转录活性。因此，X染色体数目异常的个体在表型上有别于正常个体，出现多种异常临床症状，而且X染色体数目越多，表型的异常更严重。,2.Y染色质,正常男性的间期细胞用荧光染料染色，细胞核内可出现一个0.3微米左右的强荧光小体，称为Y染色质（男性体细胞所特有）,Y染色质的数目与Y染色体的数目相同 正常男性间期核中有1个Y染色质 核型为47，XYY的个体则有2个Y染色质,本次课重点：1、基因突变的概念、突变的类型、点突变后 产生的不同效应。2、DNA主要修复方式、切除修复过程。3、性染色质类型、与染色体之间的数目关系。4、人染色体的类型、正常核型、按国际丹佛 体制分组及各组形态特征。5、显带染色体的核型识别。,