分子遗传学部分重点

典型的真核基因的结构——断裂基因（Interruptedgene）包括外显子序列、转录区前后对于基因表达具有调控功能的序列和外显子间的间隔序列(内含子)将基因组DNA在介质氯化铯（CsCl）中作密度梯度离心可以看到在一条主带以外还有一个或多个小的卫星带，这些在卫星带中的DNA即被称为卫星DNA，这种DNA的GC含量一般少于主带中的DNA，浮力密度也低。高度可变小卫星DNA（可变数目串连重复序列，variablenumberoftandemrepeat，VNTR），呈高度多态性，可作遗传标记微卫星DNA（短串联重复，shorttandemrepeat，STR呈高度多态性，可作遗传标记串联重复序列长度多态性（VNTR、STR）在人群中以孟德尔共显性的方式遗传可用于标记遗传物质（染色体）的在世代间传递基因簇与串联重复拷贝基因的区别：基因簇（genecluster）：由一个祖先基因的复制和趋异形成，基因簇中每个基因成员间相似但不完全相同（DNA序列或表达谱），基因簇中可能存在假基因。串联重复拷贝基因（如rRNA基因）每个拷贝转录产物完全相同，其产物如同由一个基因转录而来。基因家族（genefamily）：一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因。同一家族中的成员排列在一起——基因簇更多时候分散在染色体的不同部位，具有各自的表达调控模式基因超家族（genesuper-family）：一组由序列的同源性定义，通过序列比对可以彼此匹配而相关的基因。决定同源的主要标准是核苷酸（氨基酸）残基的保守性不同成员间功能可以相关也可以不相关在进化过程中失去功能的基因成为假基因。假基因特点：不能转录；转录后不能产生有功能蛋白产物两类假基因（pseudogene）基因复制产生假基因；反转录转座产生假基因（加工过的假基因，processedpseudogene）重组与转座是基因与基因组进化的主要动力，自然选择决定进化方向。转座子（Transposon）：存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。基因组中存在的两类转座子：DNA转座子；反转录转座子人类基因组中存在三种主要的遗传变异1.简单重复序列长度多态性（simplesequencerepeat，SSR）高度可变小卫星DNA（variablenumberoftandemrepeat，VNTR）微卫星DNA（短串联重复，shorttandemrepeat，STR）在基因组中散在分布，平均每100-200kb有一个SSR多态性表现为串连重复序列的重复次数可变，即重复单元的拷贝数不同2.单核苷酸多态性（single-nucleotidepolymorphism，SNP）定义：出现在基因组DNA分子的特定位置的单个核苷酸置换3.低频率核苷酸置换和微小DNA序列变异（即突变，通常呈散发，绝大多数有害）遗传标记（GeneticMarkers）：指可追踪染色体、染色体某一节段、某个等位基因（allele）在家系中传递的任何一种遗传特性。它具有两个基本特征，即可遗传性和可识别性。STR与SNP是最常用的遗传多态性标记。可做标记的有：VNTR，STR，SNP。表观遗传学（epigenetics）：研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因功能的可逆的、可遗传的变化的一门遗传学分支学科。也指生物发育过程中包含的程序的研究。或者定义为：基因表达通过有丝分裂或减数分裂发生了可遗传的改变,而DNA序列不发生改变。染色质由：DNA、蛋白质(组蛋白、非组蛋白)、cRNA组成，DNA、组蛋白为修饰位点。表观遗传修饰的位点1.DNA甲基化（胞嘧啶→5-甲基胞嘧啶，大部分发生在CpG岛（CpGisland，基因组中CpG序列高频出现的区域），通常引起转录抑制）2.核心组蛋白的共价修饰甲基化（methylation）乙酰化（acetylation）磷酸化（phosphorylation）DNA与核心组蛋白的共价修饰是表观遗传学的分子基础常染色质（euchromatin）；异染色质（heterochromatin）活性染色质（activechromatin）：具有转录等功能活性的常染色质。非活性染色质（inactivechromatin）：不具有转录等功能活性的染色质，包括异染色质和部分常染色质。表观遗传学修饰与染色质活性状态：1.活性染色质：DNA无甲基化修饰；组蛋白乙酰化修饰；结合的非组蛋白(组蛋白乙酰转移酶、转录调控因子、RNA聚合酶复合体)2.非活性染色质：DNA甲基化修饰（CpG岛）；组蛋白去乙酰化修饰；组蛋白甲基化修饰；结合的非组蛋白（组蛋白去乙酰化酶、组蛋白甲基转移酶、DNA甲基转移酶、异染色质结合蛋白）染色质的基本组成单位——核小体（nucleosome）核心组蛋白与核小体组装，基本组装单位：H3-H4四聚体绝缘子（insulator）：能阻断基因激活或失活效应的DNA元件，通过结合特异蛋白发挥功能。基因组印迹（genomicimprinting）：两个亲本等位基因的差异性甲基化导致遗传自双亲的等位基因间表达行为存在差异（一个亲本等位基因沉默，另一个亲本等位基因保持单等位基因活性）。通过表观遗传修饰机制异常而发病的遗传疾病举例——脆性X染色体综合症（fragileXsyndrome）病因：FMR-1（fragileXmentalretardation1）基因5’端(CGG)n重复序列动态突变致基因表达沉默◦(CGG)n重复6~50次——正常人；◦(CGG)n重复52~200次——前突变（premutation）；◦(CGG)n重复200~2000次——(CGG)n中的CpG甲基化——基因转录失活——患者智力低下。真核细胞RNA种类结构性RNA（占细胞总RNA的95%）◦核糖体RNA（RibosomalRNA，rRNA）◦转运RNA（transferRNA，tRNA）◦核小RNA（smallnuclearRNA，snRNA）◦核仁小RNA（smallnucleolarRNA，snoRNA）功能性RNA（不均一RNA，占细胞总RNA的5%）◦信使RNA（messengerRNA，mRNA）及其前体◦非编码RNA（non-codingRNA）及其前体microRNAlncRNA（longnon-codingRNA）真核生物含有三种RNA聚合酶◦RNApolymeraseⅠ——转录45SrRNA前体（结构性RNA）◦RNApolymeraseⅡ——转录mRNA、pri-microRNA、lncRNA（不均一RNA，功能性RNA），snRNA（U1~U5）、snoRNA◦RNApolymeraseⅢ——转录tRNA、5SrRNA、snRNA（U6）RNA转录过程与调控：启动RNA转录的必要条件◦染色质重构产生活性染色质结构【染色质表观修饰形成活性染色质】◦反式作用因子（转录因子、辅激活子）识别并结合启动子/增强子上的顺式作用元件【染色质重构暴露顺式作用位点→反式作用因子特异识别并结合顺式作用元件】◦募集特定RNA聚合酶到转录起始点转录过程◦起始（initiation）◦延伸（elongation）◦终止（termination）RNA转录后需进行加工与转运mRNA前体（不均一RNA）内含子边界序列遵守GU-AG规则摆动学说：密码子与反密码子的配对原则——配对时前两位的碱基是按常规碱基配对原则配对（G-C，A-U），而第三位碱基配对发生摆动现象（G-U，I-U/C/A配对）microRNA对RNA翻译调控机制：microRNA与靶mRNA的3’非翻译区不完全互补配对，通过RISC复合物抑制mRNA翻译核心配对区：microRNA5’端2-8位核苷酸，通常全部配对microRNA与靶mRNA完全互补配对导致mRNA降解（高等动物不常见）真核细胞mRNA翻译机制：翻译的起始（initiation）◦起始密码子AUG，起始子tRNAiMet不同于普通tRNAMet◦起始过程需特异起始因子（eIFs）参与◦40S小亚基结合mRNA5’端，扫描mRNA直至找到翻译起始点翻译的延伸（elongation）◦延伸过程需特异延伸因子（eEFs）参与◦延伸过程中：氨酰tRNAAsite→Psite→Esite转位，新生肽链Psite→Asite转位◦60S大亚基rRNA提供肽基转移酶活性翻译的终止（termination）◦终止密码子：UAA、UAG、UGA◦释放因子（eRF）识别A位点终止密码子，解体翻译复合物，释放新生肽链核糖体：原核生物：蛋白少，RNA：30s,50s,70s真核生物：蛋白多，RNA：40s,60s,80s细胞通讯（cellcommunication）：多细胞生物的细胞社会中,细胞与细胞之间的信息交流（一部分细胞发出信号，另一部分细胞接收信号并将其转变为细胞功能变化的过程）。信号转导（signaltransduction）：针对外源信息所发生的细胞应答反应的全过程（代谢改变、增殖、凋亡等，一个细胞内部的反应）。•细胞通讯的三种类型▫间隙连接通讯（gapjunction）6个连接蛋白（connexin）构成贯通两个细胞之间的亲水性孔道▫接触通讯▫化学通讯（分泌的信号分子介导的细胞间通讯）：神经递质；激素、局部介质配体与受体配体（ligand）：信号分子小分子【例：乙酰胆碱、肾上腺素】多肽【例：胰岛素】膜表面分子【例：Delta/Jagged分子】细胞外基质【例：层粘连蛋白（Laminin）】受体（receptor）：信号分子的接收分子，本质是蛋白质细胞表面受体细胞内受体（核受体）第二信使（secondmessenger）定义：细胞表面受体接受细胞外信号后，最早在细胞膜内侧或胞浆中出现的由胞外信号转换而来的信号分子。特点：第二信使都是小的分子或离子第二信使是仅在细胞内部起作用的信号分子细胞内重要的第二信使:•cAMP（环腺苷酸，cyclicAMP）•cGMP（环鸟苷酸，cyclicGMP）•IP3（1,4,5-三磷酸肌醇，inosositol1,4,5-trisphosphate）•DAG（1,2-二酰甘油，diacylglycerol）•PIP3•NO•Ca2+（第三信使）信号通路：•核受体•离子通道型受体•G蛋白偶联受体•受体酪氨酸激酶（RTK）•受体丝氨酸/苏氨酸激酶（TGF-β/BMP-Smad）1.核受体：受体与激素结合后构象变化，暴露核定位信号与DNA结合域，转位入核。三类核受体超家族（据配体类型分类）：类固醇激素受体：糖皮质激素受体、盐皮质激素受体、雌激素受体、雄激素受体非类固醇激素受体：甲状腺激素受体孤儿核受体：指至目前为止还没有发现配体的一类核受体成员2.离子通道型受体/配体门通道离子通道型受体分类▫阳离子通道：如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体▫阴离子通道：如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体•分布：主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞•功能：传导神经冲动（电信号）•配体：主要为神经递质3.G蛋白偶联受体•G蛋白：异源三聚体：α、β、γ亚基。不同亚类α亚基/βγ亚基激活不同信号通路：Gs、Gq、Gi血管舒张信号转导调节机制：血管内皮细胞膜上乙酰胆碱能受体（M型）激活Gq信号途径胞内Ca2+的浓度↑，激活一氧化氮合酶（eNOS），NO浓度↑NO扩散至邻近的血管平滑肌细胞，激活可溶型NO受体鸟苷酸环化酶（sGC），胞内cGMP浓度↑cGMP通过PKG依赖与非依赖途径发挥舒张血管平【即Gq途径→受体鸟苷酸环化酶通路】DNA指纹图谱(DNAfingerprint)：基础：RFLP个体的DNA用限制酶酶切后，片段数目和长度具有高度个体差异，经凝胶电泳或以特定探针做Sourthern杂交，会产生具有高度个体差异的谱带。特点：1.两个人DNA指纹图完全相同的概率为三千亿分之一；两个同胞个体具有相同指纹图的概率为二百万分之一2.DNA指纹图中的条带是可遗传的、后代图中的每一条带都可以在双亲之一的图中找到3.同一个体的不同组织产生的DNA指纹图完全相同