十三章 基因及基因突变.

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1 十三章 基因及基因突变

2 一、基因的概念 从遗传学角度看： 从分子生物学角度看：
基因是生物的遗传物质，是遗传的基本单位----突变单位、重组单位和功能单位。 从分子生物学角度看： 基因是负载着特定遗传信息的DNA分子片段，在一定条件下能够表达这种遗传信息，执行特定的生理功能。 注意：有的生物基因为RNA

3 二、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸之间的关系
脱氧核糖 磷酸 含氮碱基 脱氧核苷酸 DNA 具遗传效应的片段 基因

4 染色体是DNA的 染色体 主要载体 每个染色体上有一个DNA分子 DNA是主要的 DNA 遗传物质 每个DNA分子 上有许多基因
基因是有遗传效应 的DNA片断 基因 每个基因由许多脱氧核苷酸组成 基因中的脱氧核苷酸排列顺序代表着遗传信息 脱氧核苷酸

5 三、基因的种类 细胞核基因（一般所说的基因 ） （一）按部位： 线粒体基因 结构基因（能表达成蛋白质） （二）按功能：
调控基因（调节控制结构基因表达 ） 转录而不翻译的Gene： rDNA Gene→rRNA→核仁形成区， 核糖体组成。 tRNA Gene→tRNA→转运氨基酸。

6 五、 结构基因的结构 （一）断裂基因的概念及结构
断裂基因（split gene） 基因的编码序列被非编码序列所间隔，形成嵌合排列的断裂形式称为断裂基因。

7 断裂基因

8 1. 外显子和内含子 外显子（exon） 断裂基因中编码序列称为外显子，它是基因中可表达为多肽的部分。 内含子（intron） 断裂基因中的非编码序列称为内含子。

9 2. 外显子与内含子接头——“GT–AG法则”
外显子与内含子相连接的部位通常是一段高度保守的特定序列，即内含子5′端都是GT开始，3′端都是AG结尾，这种接头方式称为“GT–AG法则”。 在RNA中对应为GU–AG，是RNA剪接的信号。

10 3.结构基因的侧翼序列与调控序列 启动子 增强子 终止子

11 启动子（promoter） 是指位于转录起始点上游（通常位于基因转录起点上游的100bp范围内）的特异序列，是转录起始时RNA聚合酶识别和结合的部位，与转录的启动有关，但本身并不转录。

12 名称 TATA框 （TATA box） CAAT框 （CAAT box） GC框 （GC box） 所处位置 转录起始点上游约19～27bp处 位于转录起始点上游70～80bp 有两个拷贝，分别位于CAAT框的两侧 组成 TATA(A/T)A(A/T) GG(T/C)CAATCT GGCGGG 功能 与转录因子TFⅡ结合，能够准确识别转录起始点 与转录因子CTF结合，促进转录 与转录因子SP1结合，起增强转录效率的作用

13 增强子 是一段能增强启动子转录效率的特定序列，从而明显地提高基因转录的效率。 特点： ①远距离调控 ②无方向性

14 终止子（terminator） 是位于基因末端的一段特异序列，具有终止转录的功能。它位于转录终止点的上游，由一段反向重复序列及特定的序列5＇-AATAAA-3＇组成，二者构成转录终止信号。

15 基因的结构 外显子：能转录并能通过编码氨基酸表达 编码区 内含子：能转录不能通过编码氨基酸表达 非编码区 主要包括启动子、增强子和终止子
启动子：转录起始点，激活并控制mRNA合成 增强子：提高转录效率（有组织特异性） 终止子：有终止转录的功能

16 第五节 基因突变 突变（mutation): 这是指由于遗传物质的改变而导致的变异。
一是细胞学水平上可看到的变异，包括染色体数目和结构的改变，特称为染色体变异。 另一类是细胞学水平上看不到的基因突变（gene mutation）或称点突变（point mutation）。

17 狭义 基因突变(点突变) 突变 点突变 染色体结构变异 染色体数目变异 广义

18 一、什么是基因突变？ 基因突变是包括碱基对的替换、增添和缺失三种情况。 增添 缺失 替换 ┯┯┯┯┯ ＡＴＡＧＣ ＴＡＴＣＧ ┷┷┷┷┷
┯┯┯┯ ＡＴＧＣ ＴＡＣＧ ┷┷┷┷ ┯┯┯ ＡＧＣ ＴＣＧ ┷┷┷ 缺失 ┯┯┯┯ ＡＣＧＣ ＴＧＣＧ ┷┷┷┷ 替换 基因突变是包括碱基对的替换、增添和缺失三种情况。

19 1、基因突变的概念 由于DNA分子中发生碱基对的_____、_____和______,从而引起的基因结构的改变。 增添 缺失 替换
有丝分裂间期 减数分裂间期 2、发生时间：

20 基因突变若发生在__________________中将遵循遗传规律传递给后代。
若生物个体发生了基因突变，都会遗传给后代吗？ 基因突变若发生在__________________中将遵循遗传规律传递给后代。 若发生在_________________一般不能遗传。人体某些体细胞的基因突变，有可能发展成_____ 。 配子中（减数分裂时产生） 体细胞（有丝分裂) 癌细胞

21 二、基因突变的原因 物理因素 外部因素 化学因素 生物因素： 内部因素 某些病毒 DNA复制时，碱基配对偶尔发生错误; DNA碱基组成改变
致癌物质有亚硝酸胺，石棉，3,4-苯并芘，黄曲霉素，苯，甲苯，二甲苯，甲醛，苏丹红，丙烯酰胺，孔雀石绿、萘、铅，硫酸钴，硝基苯，硝基甲烷等。 紫外线 物理因素 X射线 外部因素 其它各种辐射 亚硝酸 碱基类似物 苯环类似物 化学因素 生物因素： 某些病毒 DNA复制时，碱基配对偶尔发生错误; DNA碱基组成改变 内部因素

22 三、基因突变的类型 根据诱发的原因，基因突变可分为以下两个类型：
1.自然突变：所谓的自发突变，是指在没有人工特设的诱发条件下，由于外界环境的自然作用或生物体内生理或生化变化而诱发的突变。 2.诱发突变：在人工条件下诱发的突变。

23 根据突变的分子机理，突变又可分为以下三种：
1.碱基替换： 指DNA分子多核苷酸链中原有的某一特定碱基或碱基对被其他碱基或碱基对置换、替换的突变形式。

24 转换（transition）：指ＤＮＡ分子中的嘌呤为另一种嘌呤或嘧啶为另一种嘧啶所取代而引起的突变。
颠换（transversion）：指DNA分子中的嘌呤被嘧啶取代或嘧啶被嘌呤取代所引起的突变。

25 A G T C 转换 颠换

26 碱基替换引起的四种效应： GCA GCG GCC DNA CGG CGC mRNA CGU 精氨酸 精氨酸 多肽链 精氨酸
（１）同义突变：指虽然基因已发生突变，但仍编码同一种氨基酸，这是因为密码子有简并性。 转换 颠换 GCA GCG GCC DNA A替代G C替代G CGG CGC mRNA CGU 精氨酸 精氨酸 多肽链 精氨酸

27 DNA ACG ATG AAG UUC UAC UGC mRNA 酪氨酸 苯丙氨酸 多肽链 半胱氨酸
（2）错义突变：又称歧义突变，是指由于突变而导致多肽链上氨基酸的改变，大多数的突变属于此类。 转换 颠换 DNA ACG ATG AAG A替代T C替代T UUC UAC UGC mRNA 酪氨酸 苯丙氨酸 多肽链 半胱氨酸

28 镰刀型细胞贫血症 镰刀型贫血症患者的红细胞 正常人的红细胞 镰刀型细胞贫血症的发病原因是什么？

29 突变 CTT GAA CAT GTA DNA mRNA 氨基酸 蛋白质 GAA GUA 谷氨酸 缬氨酸 正常 异常 根本 _____原因
直接 _____原因 正常 异常 病因： 基因突变 镰刀型细胞贫血症是由_________引起的一种遗 传病，是由于基因的_________发生了改变产生的。 分子结构

30 具体变化过程: DNA分子中的碱基对发生变化 mRNA分子中的碱基发生变化 相应氨基酸的改变 相应蛋白质的改变 相应性状的改变

31 ACC DNA ATG ATT ACT UAA UGG UGA mRNA UAC 终止 色氨酸 终止 多肽链 酪氨酸
（3）无义突变：是指由于突变而使其某一编码子突变为终止密码子（UGA,UAG，UGG）。 颠换 转换 ACC DNA ATG ATT ACT T替代C G替代T UAA UGG UGA mRNA UAC 终止 色氨酸 终止 多肽链 酪氨酸

32 （4）终止密码突变：这是一类刚好与无义突变相反的突变，是由于终止密码子突变为编码子，使肽链延长。

33 2.移码突变（frameshift mutation）：
由于DNA多核苷酸链中碱基对的插入或缺失，以致自插入或缺失点之后部分三联体密码子组合发生改变的基因突变形式。 （1）一个或两个碱基对 的插入 或缺失 插入或缺失位点之后整个密码子碱基组合及排列顺序的改变 多核苷酸链上额外的增加或减少1个三联体密码子 插入或缺失位点 在两个密码子之间 （又称整码突变） （2）三个碱基对的插入 或缺失 插入或缺失位点前、后各1个遗传密码的改变，而并不会改变其他密码子的碱基组成和编码顺序 插入或缺失位点在 同一个密码子之内 （3）当在某一位点插入或缺 失1~2个碱基对的同时，又 在该突变位点之后的某一位点相应的缺失或插入同样数目的碱基对 引起前、后两个位点之间密码组合的改变，其后的其他密码子组合仍可保持正常

34 A GUC C 正常密码组合 移码突变的几种结果 酪 丝 脯 苏 谷 天酰 丙 UAC- AGU- CCU- ACA- GAA- AAC-
GCU 插入一个碱基 精 赖 AGA- UCC- AAA CGC U 缺失一个碱基 缬 亮 谷酰 GUC- CUA CAG ACG CU 插入三个碱基 天冬 AA U 缺失三个碱基 A CU GCU- 插入又缺失（一个碱基） 终止密码 AGA UCC UA A A GUC C

35 3.动态突变： 人类基因组中的短串联重复序列，尤其是基因编码序列或侧翼序列中的三核苷酸重复序列，在一代代传递过程中重复次数发生明显增加，从而导致某些遗传病的发生，称为动态突变。 如脆性X综合征（Fra X） 分子遗传学基础：三核苷酸(CGG)n的重复序列拷贝数增加所致。

36 四、基因突变的特点 ②随机性: ③不定向性： ④ 低频性: ⑤多害少利性： ①普遍性: 自然界的物种中广泛存在 可发生在任何时期
一个基因可以产生一个以上的等位基因 ④ 低频性: 自然界突变率很低：10－ ⑤多害少利性： (打破对环境的适应性) 多数有害,少数有利，也有既无害也无利的

37 五、基因突变的意义 产生新基因的途径， 生物变异的根本来源， 为生物进化提供了原始的材料。
由于基因突变产生的新性状是生物从未有过的性状，因此它是 产生新基因的途径， 生物变异的根本来源， 为生物进化提供了原始的材料。

38 课堂小结 基因突变 1.定义:DNA分子中发生碱基对的替换、缺失和重复而引起的基因结构的的改变。 2.类型
3.原因:外因(物理、化学、生物因素)和内因 4.特点：普遍性、随机性、低频性、少利多害性、不定向性。 5.意义：是新基因产生的途径；是生物变异的根本来源；是生物进化的原始材料。