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1、第二章 DNA與遺傳信息傳遞 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 堿 基 - 核 苷 - 核 苷 酸 堿基 / DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 三聯(lián)密碼子 (Triplet Condon) DNA半保留復(fù)制 分子雜交 DN A 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 與 轉(zhuǎn) 錄 因 子 DNA序列的類型 基因 (Gene ) vs. 非基因 (Non-gene )序列 編碼 (Coding) vs.非編碼 (Non-coding)序列 單一 (Unique) vs.重復(fù) (Repetitive) 序列 基因 vs. 非基因序列 基因序列 基因組中決定蛋白質(zhì)的 DNA序列 ATG至終止密碼 可讀框 (ORF, open reading frame

2、) 非基因序列 基因組中除基因以外的全部 DNA序列 基因間 (Intergenic) DNA序列 編碼 vs. 非編碼序列 編碼序列 編碼 RNA和蛋白質(zhì)的 DNA序列 基因中的外顯子 (exon)序列 非編碼序列 基因中的內(nèi)含子 (intron)序列 +基因間序列 單一 vs. 重復(fù)序列 單一序列 在基因組中只出現(xiàn)過(guò)一次的 DNA序列 50，多數(shù)為基因序列 重復(fù)序列 在基因組中重復(fù)出現(xiàn)的 DNA序列 輕度： 2 10個(gè)拷貝； 中度： 10數(shù)百個(gè)拷貝，常為非編碼序列； 高度：數(shù)百數(shù)百萬(wàn)個(gè)拷貝， tRNA、 rRNA等。 重復(fù)序列 串聯(lián) 重復(fù)序列 (tandem repetitive sequ

3、ence) 不同數(shù)目的核苷酸重復(fù)拷貝串聯(lián)在一起的高度重復(fù)序列。 2 200bp，主要為衛(wèi)星 DNA。 分散 重復(fù)序列 (interspersed repetitive sequence) 分布于基因組內(nèi)散在的重復(fù)序列，一般為中等重復(fù)序列。 衛(wèi)星 DNA：在氯化銫密度梯度離心時(shí)，因?yàn)?DNA中 GC和 AT含量的 差異，在形成主帶之外還形成小的衛(wèi)星帶，這種帶的 DNA中 GC含量 少于主帶，構(gòu)成著絲粒、端粒和 Y染色體長(zhǎng)臂的染色質(zhì)區(qū)。 小衛(wèi)星 DNA (minisatellite DNA): 6 25個(gè)核苷酸單元重復(fù)組成。 微衛(wèi)星 DNA (microsatellite DNA): 26個(gè)核苷酸

4、單元重復(fù)組成。 短串聯(lián)重復(fù)序列 (STR, short tandem repeat) 作為遺傳標(biāo)記，具有多態(tài)性，與疾病有關(guān)。 衛(wèi)星 (satellite)DNA 衛(wèi)星 (satellite)DNA 分散 重復(fù)序列 短分散核酸元件 (SINE) 500 bp, 10萬(wàn)拷貝； 如： Alu序列。 長(zhǎng)分散核酸元件 (LINE) 5000 7000bp, 102104拷貝； 如： Kpn I家族； 構(gòu)成轉(zhuǎn)座元件。 斷裂基因 (split gene)結(jié)構(gòu) 基因 是具有功能的 DNA序列片段。 外顯子 是基因內(nèi)的編碼序列， 內(nèi)含子 是基因內(nèi)的非編碼序 列， 側(cè)翼序列 是基因兩側(cè)非編碼區(qū)。 GT-AG法則：

5、 每個(gè)內(nèi)含子的 5端兩個(gè)核苷酸都是 GT， 3 端兩個(gè)核苷酸都是 AG，這種連接方式稱為 GT-AG法則， 是基因表達(dá)時(shí)剪接的共同機(jī)制。 基因家族 (gene family)： 基因組中來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相 似、功能相關(guān)且常成簇存在的一組基因。 假基因 (pseudogene)： 具有部分基因結(jié)構(gòu)，但在進(jìn)化 中由于突變而不能活性表達(dá)產(chǎn)生蛋白。 外顯子 /內(nèi)含子 GT-AG法則 基因家族 /基因簇 珠蛋白基因家族和假基因 基因表達(dá) mRNA加工過(guò)程 加帽 (capping) 剪接 (splice) 加尾 (polyadenylation) 轉(zhuǎn)錄調(diào)控 順式作用元件 (cis-acting elemen

6、t) 是基因 (DNA)的一部分， 直接作用。 反式作用因子 (trans-acting factor) 即 轉(zhuǎn)錄因子 (transcriptional factor)，是一類蛋白 質(zhì)，通過(guò)與靶序列結(jié)合 或 基因表達(dá)。 順式作用元件 啟動(dòng)子 (promoter) 常位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游 100200bp內(nèi)，是 RNA聚合酶結(jié)合部位，并相互作用啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。 TATA box 2530bp，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)準(zhǔn)確定位； CAAT box 7580bp，定量高效轉(zhuǎn)錄； GC box 結(jié)合 Sp1激活轉(zhuǎn)錄。 增強(qiáng)子 (enhancer) 包括啟動(dòng)子上下游的一段 DNA序列，能增強(qiáng)基 因轉(zhuǎn)錄，其作用不受距離和

7、序列方向的影響。 終止子 (terminator) 由一段回文結(jié)構(gòu)和特定的 5-AATAAA-3序 列組成，是轉(zhuǎn)錄終止和加尾信號(hào)。 順式作用元件 轉(zhuǎn)錄因子 Ap-1 NF-kB 基因突變： DNA水平遺傳物質(zhì)的變化 自然界自 發(fā) 或 實(shí)驗(yàn)室 誘發(fā) 生物進(jìn)化 遺傳病 /常見(jiàn)病 基因突變 (mutation) 點(diǎn)突變 (point mutation): 單個(gè)堿基置換。 轉(zhuǎn)換 /顛換 (1) 同義突變：不改變氨基或蛋白功能； (2) 錯(cuò)義突變：改變氨基酸和蛋白功能； (3) 無(wú)義突變：突變成終止密碼子，產(chǎn)生截短蛋白。 移碼突變 (frameshift mutation): 堿基的插入或缺 失 下游密

8、碼子組成框改變。 動(dòng)態(tài)突變 (dynamic mutation): 三核苷酸重復(fù)拷貝 數(shù) 。 同義突變 (same sense mutation) 野生型： AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CCG DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro 突變型： AGT CAG CAG CAG TTT TTG CGT AAC CCG DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro 錯(cuò)義突變 (missense mutation) 野生型： AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CC

9、G DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro 突變型： AGT CAG CAG CAG TTT TCA CGT AAC CCG DNA Met Gln Gln Gln Phe Ser Arg Asn Pro 無(wú)義突變 (nonsense mutation) 野生型： AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CCG DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro 突變型： AGT CAG CAG CAG TTT TGA CGT AAC CCG DNA Met Gln Gln Gln Phe 終止 移碼突

10、變 (frame shift mutation) 野生型： AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CCG DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro 突變型： AGT CAG CAG CAG TTT TAC GTA ACC CGT DNA Met Gln Gln Gln Phe Tyr Val Thr Arg 動(dòng)態(tài)突變 (dynamic mutation) 野生型： AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CCG DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro 突變型： AGT

11、 CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG DNA Met Gln Gln Gln Gln Gln Gln Gln Gln 動(dòng)態(tài)突變： 鄰近基因或位于基因序列中的三核苷酸重復(fù)拷貝數(shù)，在一代代 傳遞過(guò)程中發(fā)生明顯的增加。 可遺傳，多引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如脆性 X綜合征 (CGG)、 Huntington 舞蹈病 (CAG)和強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良 (CTG)n。 脆性 X綜合征 (Fra X syndrome) 基因定位： Xq27.3 (CGG)n重復(fù)拷貝數(shù) n = 6 46 正常 n = 60 200 前突變 n = 200 230 患者 隨著世代傳遞 長(zhǎng)度增加 發(fā)病年齡提前 病情加重