真核生物基因组.ppt
关于真核生物的基关于真核生物的基因因组第一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月掌握断裂基因、端粒的概念、重复序列分类。掌握真核生物染色体的一般特征，线粒体的遗传特性。熟悉基因的转移，假基因，DNA的甲基化了解基因家族，DNA指纹及转座元件学习的目标与要求第二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月基因的概念基因的概念基因的概念随着分子遗传学、分子生物学、生物化学领域的基因的概念随着分子遗传学、分子生物学、生物化学领域的进展而不断完善。进展而不断完善。从遗传学角度看：从遗传学角度看：基因是生物的遗传物质，是遗传的基本单基因是生物的遗传物质，是遗传的基本单位位-突变单位、重组单位和功能单位。突变单位、重组单位和功能单位。从分子生物学角度看：从分子生物学角度看：基因是负载着特定遗传信息的基因是负载着特定遗传信息的DNA分子片段，在一定条件分子片段，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。下能够表达这种遗传信息，执行特定的生理功能。复习第三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月基因组（基因组（genomegenome）是指生物体中一套完整的遗传物是指生物体中一套完整的遗传物质的总和。质的总和。基因组的结构是指具有一定生物学功能的片段在基因组的结构是指具有一定生物学功能的片段在核酸分子上的分布与排列情况。核酸分子上的分布与排列情况。基因组的功能是贮存和表达遗传信息。基因组的功能是贮存和表达遗传信息。第四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月1.真核生物基因组都是由大分子双链线状真核生物基因组都是由大分子双链线状DNA构成。染色体通常成对出现（双倍体）。构成。染色体通常成对出现（双倍体）。2.基因组非常庞大，结构非常复杂，有多个复基因组非常庞大，结构非常复杂，有多个复制起始位点。制起始位点。一、真核生物基因组的特点（一般特征）一、真核生物基因组的特点（一般特征）第五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月3.基因组中存在大量的重复序列以及非编码序基因组中存在大量的重复序列以及非编码序列。真核生物基因组内非编码序列占列。真核生物基因组内非编码序列占90%90%以上，以上，是与细菌、病毒的重要区别，在一定程度上是与细菌、病毒的重要区别，在一定程度上也是生物进化的标尺。也是生物进化的标尺。4.4.功能基因大多不连续，存在有内含子和外显功能基因大多不连续，存在有内含子和外显子；子；5.5.真核生物基因组中也存在一些可移动的真核生物基因组中也存在一些可移动的DNADNA序序列（转座元件）。列（转座元件）。第六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月真核生物基因组中通常存在大量的重复序列，真核生物基因组中通常存在大量的重复序列，可占整个基因组可占整个基因组DNADNA的的90%90%以以上。上。采用复性动力学方法来研究真核生物基因组采用复性动力学方法来研究真核生物基因组时，可按其复性速度的快慢或出现频率的高时，可按其复性速度的快慢或出现频率的高低，将这些重复序列分为低，将这些重复序列分为高度重复序列高度重复序列，中中度重复序列度重复序列和和单拷贝序列单拷贝序列三大类。三大类。二、二、真核生物基因组中重复序列的结构与功能真核生物基因组中重复序列的结构与功能第七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（一）高度重复序列：（一）高度重复序列：高度重复序列在基因组中重复频率高，可高度重复序列在基因组中重复频率高，可达达10106 6次，因此复性速度很快。高度重复序次，因此复性速度很快。高度重复序列在基因组中所占比例随种属而异，一般列在基因组中所占比例随种属而异，一般在在101060%60%范围内。范围内。人的高度重复序列约占整个基因组的人的高度重复序列约占整个基因组的20%20%左右。左右。第八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月1.反向重复序列（反向重复序列（inverted repeatsinverted repeats）：是是由两个相同顺序的互补拷贝在同一由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNADNA 双链上反向排列而成双链上反向排列而成。高度重复序列按其结构特点可分为三种：高度重复序列按其结构特点可分为三种：第九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月反向重复序列的两种形式反向重复序列的两种形式发卡结构发卡结构第十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月回回 文文 结结 构构画上荷花和尚画画上荷花和尚画书临汉字翰林书书临汉字翰林书第十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月2.2.卫星卫星DNADNA（satellite DNAsatellite DNA）：卫卫星星DNADNA的的重重复复单单位位一一般般由由2 270 70 bpbp组组成成，成串排列。成串排列。卫卫星星DNADNA占占基基因因组组的的比比例例随随种种属属而而异异，在在0.50.531%31%范围内。范围内。第十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月卫卫星星DNADNA的的碱碱基基组组成成不不同同于于其其它它部部分分，故故可可用用等等密密度度梯梯度度离离心心法法从从基基因因组组中中分分离离出出来。来。第十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月人人类类基基因因组组中中可可分分离离出出三三类类卫卫星星DNA DNA，共共占占人类基因组的人类基因组的5 6%5 6%：大卫星大卫星DNADNA（macrosatellite DNAmacrosatellite DNA）：）：n其其重重复复单单位位为为5171 5171 bpbp，主主要要分分布布于于染染色色体体的的着丝粒区。着丝粒区。小卫星小卫星DNADNA（minisatellite DNAminisatellite DNA）：）：n其重复单位为其重复单位为1570 bp1570 bp，存在于常染色体。，存在于常染色体。第十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月微卫星微卫星DNA/DNA/短串联重复序列（短串联重复序列（microsatellite microsatellite DNA/short tandem repeat,STRDNA/short tandem repeat,STR）：）：n其重复单位为其重复单位为25 bp25 bp，存在于常染色体，常见于内含，存在于常染色体，常见于内含子中。子中。n人类基因组人类基因组DNADNA中平均每中平均每6 610kb10kb就有一个就有一个STRSTR位点位点 。不同个体之间在一个同源不同个体之间在一个同源STRSTR位点的重复次数不同。位点的重复次数不同。由于重复单位及重复次数不同，使其在不同种族，不由于重复单位及重复次数不同，使其在不同种族，不同人群之间的分布具有很大差异性，构成了同人群之间的分布具有很大差异性，构成了STRSTR遗传遗传多态性。多态性。第十五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月DNA指纹指纹同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复次数不一样，这可以作为每一个体的特征，次数不一样，这可以作为每一个体的特征，即即DNADNA指纹指纹 。STRSTR分析法已经成为分析法已经成为法医法医学领域个体识别和亲学领域个体识别和亲权鉴定的重要分析方法，可应用于权鉴定的重要分析方法，可应用于司法司法案件案件调查，也就是调查，也就是遗传指纹分析遗传指纹分析。第十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月Alec J.JeffreysAlec J.Jeffreys和历史上第一张和历史上第一张DNADNA指纹图谱指纹图谱15-year old 15-year old Lynda MannLynda Mann15-year old 15-year old Dawn AshworthDawn Ashworth第十七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月18021802年的一副杰斐逊和莎莉的讽刺画像年的一副杰斐逊和莎莉的讽刺画像第十八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月第十九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（二）中度重复序列：（二）中度重复序列：中中度度重重复复序序列列是是指指在在基基因因组组中中重重复复数数十十次次至至数数万万次次的的部部分分，其其复复性性速速度度快快于于单单拷拷贝贝序列，但慢于高度重复序列。序列，但慢于高度重复序列。第二十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月中中度度重重复复序序列列中中有有一一部部分分是是编编码码rRNArRNA、tRNAtRNA、AluAlu家家族族、组组蛋蛋白白及及免免疫疫球球蛋蛋白白的的结结构构基基因因，另另一部分可能与基因调控有关。一部分可能与基因调控有关。第二十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月真核基因组中，中度重复序列主要包括真核基因组中，中度重复序列主要包括短散在短散在核元件核元件（short interspersed nuclear short interspersed nuclear elementselements，SINESINEs s）和）和长散在核元件长散在核元件（long long interspersed nuclear elementsinterspersed nuclear elements，LINELINEs s）。第二十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月典典型型的的短短散散在在核核元元件件（SINEsSINEs）是是灵灵长长类类所所特特有有的的AluAlu重重复复序序列列家家族族，因因在在其其序序列列中中存存在在限限制制酶酶AluAlu的切点而得名。的切点而得名。限制性内切酶限制性内切酶AluAlu的切点为（的切点为（AG CT),AG CT),将其切成将其切成 130bp130bp和和170bp170bp的两段。的两段。第二十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月AluAlu家家族族的的功功能能是是多多方方面面的的，可可能能参参与与hnRNAhnRNA的的加加工工与与成成熟熟，也也与与遗遗传传重重组组及及染染色色体体不不稳稳定定性性有有关关。最最近近研研究究表表明明，AluAlu顺顺序序可可能能具具有转录调节作用。有转录调节作用。遗遗传传信信息息从从DNADNA分分子子转转录录到到RNARNA分分子子中中的的过过程程称称为为转转录录(transcription)(transcription)。在在真真核核生生物物中中，最最初初转转录录生生成成的的RNARNA称称为为不不均均一一核核RNA(heterogeneous RNA(heterogeneous nuclear nuclear RNA,hnRNA)RNA,hnRNA)。核核内内不不均均一一RNA RNA 为为存存在在于于真真核核生生物物细细胞胞核核中中的的不不稳稳定定、大大小小不不均均的的一一组组高高分分子子RNARNA（分分子子量量约约为为10510521072107，沉沉降降系系数数约约为为30100S30100S）之之总总称称。占占细细胞胞全全部部RNARNA之之百百分分之之几几，在在核核内内主主要要存存在在于于核核仁仁的的外外侧侧。认认为为hnRNAhnRNA多多属属信信使使RNARNA（messenger messenger ribonucleic ribonucleic acidacid，mRNAmRNA）之之前前体体，包包括括各各种种基基因因的的转转录录产产物物及及其其成成为为mRNAmRNA前前的的各各中中间间阶阶段段的的分分子子，在在55末末端端多多附附有有间间隙隙结结构构，而而33的的末末端端附附有有多多聚聚腺腺苷苷酸酸聚聚合合酶酶分分子子。这这些些hn-RNAhn-RNA在在受受到到加加工工之之后后，移移至至细细胞胞质质，作作为为mRNAmRNA而发挥其功能。大部分的而发挥其功能。大部分的hnRNAhnRNA在核内与各种特异的蛋白质形成复合体而存在着在核内与各种特异的蛋白质形成复合体而存在着第二十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月典型的典型的长散在核元件长散在核元件（LINEsLINEs）是是KpnKpn重复序重复序列列家族，因在其序列中存在限制酶家族，因在其序列中存在限制酶KpnKpn的切点的切点而得名。而得名。KpnKpn家族的重复单位一般为家族的重复单位一般为6 7 kb6 7 kb或更长，或更长，其两侧也各有一段正向重复序列，功能上与其两侧也各有一段正向重复序列，功能上与AluAlu家族相似。家族相似。第二十五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（三）单拷贝序列（单拷贝基因）：（三）单拷贝序列（单拷贝基因）：单拷贝序列在基因组中只出现一次或少数单拷贝序列在基因组中只出现一次或少数几次，因此复性速度很慢。几次，因此复性速度很慢。单拷贝序列属于结构基因，它储存了巨大单拷贝序列属于结构基因，它储存了巨大的遗传信息，编码各种功能不同的蛋白质。的遗传信息，编码各种功能不同的蛋白质。第二十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月1、断裂基因（、断裂基因（split gene）。）。真核生物的结构基因的真核生物的结构基因的DNA序列由编码序列和非编序列由编码序列和非编码序列两部分组成，编码序列是不连续的，被非编码码序列两部分组成，编码序列是不连续的，被非编码序列分割开来，称为断裂基因序列分割开来，称为断裂基因（splitgene）。其包括外显子和内含子。）。其包括外显子和内含子。第二十七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（1 1）、外显子和内含子）、外显子和内含子在结构基因中，编码序列称为在结构基因中，编码序列称为外显子外显子(exon)，表达多肽链，表达多肽链部分。非编码序列称为部分。非编码序列称为内含子内含子(Intron)，又称插入序列。，又称插入序列。珠蛋白珠蛋白基因（基因（1700bp）=3个外显子个外显子+2个内含子。个内含子。DMD基因（基因（2300kb）=79个外显子个外显子+78个内含子。（迄今认个内含子。（迄今认识的最大的基因）识的最大的基因）第二十八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月真核生物内含子和外显子真核生物内含子和外显子不是完全固定不变的，有时不是完全固定不变的，有时同一同一DNA链上的某一段链上的某一段DNA序列，当它作为编码序列，当它作为编码某一多肽链的基因时是外显子，而作为编码另一多某一多肽链的基因时是外显子，而作为编码另一多肽链时，则是内含子。这样，同一基因却可以转录肽链时，则是内含子。这样，同一基因却可以转录两种或两种以上的两种或两种以上的mRNA。真核生物某些结构真核生物某些结构Gene没有内含子，如组蛋白没有内含子，如组蛋白Gene，干扰素，干扰素Gene等。它们多以基因簇形式存等。它们多以基因簇形式存在，大多数的酵母结构在，大多数的酵母结构Gene也没有内含子。也没有内含子。第二十九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月 5GT 5GTAG3AG3法则法则在每个外显子和内含子的接头区都是一段高度保守在每个外显子和内含子的接头区都是一段高度保守的共有序列，内含子的的共有序列，内含子的5端是端是GT，3端是端是AG，这种，这种接头方式称为接头方式称为GT-AG法则法则，普遍存在于真核生物，普遍存在于真核生物中，是中，是RNA剪接的识别信号，转录后的前体剪接的识别信号，转录后的前体RAN中的内含子剪接位点。中的内含子剪接位点。第三十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月断裂基因存在的意义断裂基因存在的意义断裂基因存在是生物进化的结果，是从复制水平断裂基因存在是生物进化的结果，是从复制水平而言，而言，不同的外显子可分别编码不同的功能结构域，不同的外显子可分别编码不同的功能结构域，基因外显子不同的组合产生新的编码蛋白质，即是基因外显子不同的组合产生新的编码蛋白质，即是外显子改组外显子改组。如血红蛋白和肌红蛋白均由独立的外。如血红蛋白和肌红蛋白均由独立的外显子编码结合血红素的结构域。显子编码结合血红素的结构域。第三十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月（2 2）、侧翼序列与调控序列）、侧翼序列与调控序列每个结构基因的第一个和最后一个外显子的外侧，都有每个结构基因的第一个和最后一个外显子的外侧，都有一段不被转录的非编码区，称为侧翼序列（一段不被转录的非编码区，称为侧翼序列（Flankingsequence）。）。它是基因的调控序列，对基因的有效表达起调它是基因的调控序列，对基因的有效表达起调控作用，包括：启动子、增强子、终止子等。控作用，包括：启动子、增强子、终止子等。第三十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月1.单顺反子单顺反子多数的真核生物不存在操纵子结构，每一个基因都单多数的真核生物不存在操纵子结构，每一个基因都单独构成一个转录单位，转录产生单顺反子独构成一个转录单位，转录产生单顺反子mRNA，及编码一种蛋白质。及编码一种蛋白质。这是原核生物基因的操纵子结构，转录产生多顺反子这是原核生物基因的操纵子结构，转录产生多顺反子mRNA，可编码多种蛋白质。，可编码多种蛋白质。第三十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月复习：原核生物基因转录翻译的过程复习：原核生物基因转录翻译的过程第三十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月第三十五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月真核生物基因组中的重复序列真核生物基因组中的重复序列第三十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月三、基因家族与假基因三、基因家族与假基因基因家族基因家族（multigene familymultigene family）指指DNADNA序序列具有较高的同源性（通常大于列具有较高的同源性（通常大于50%50%），并且），并且其编码产物具有相同或相似生理功能的一其编码产物具有相同或相似生理功能的一组结组结构基因。构基因。多基因家族中的基因通常是由同一祖先基因经多基因家族中的基因通常是由同一祖先基因经进化或变异而来。进化或变异而来。第三十七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月多基因家族可分为两类：多基因家族可分为两类：1.基因家族成簇地分布在基因家族成簇地分布在同一同一染色体上并同时染色体上并同时进行转录，如组蛋白基因家族；进行转录，如组蛋白基因家族；chromosome7第三十八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月2.基因家族成簇地分布于基因家族成簇地分布于不同不同的染色体上并分的染色体上并分别进行转录，且不同基因编码的蛋白质在功别进行转录，且不同基因编码的蛋白质在功能上相关，如珠蛋白基因家族。能上相关，如珠蛋白基因家族。第三十九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月珠蛋白多基因家族的组织结构珠蛋白多基因家族的组织结构-类珠蛋白基因家族类珠蛋白基因家族-类珠蛋白基因家族类珠蛋白基因家族chromosome11chromosome16第四十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月假基因（假基因（pseudogenepseudogene）又称为加工基因或又称为加工基因或非功能基因。这类基因的核苷酸顺序虽然与正非功能基因。这类基因的核苷酸顺序虽然与正常的结构基因很相似，但基本上不能表达常的结构基因很相似，但基本上不能表达。第四十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月人类染色体上的假基因人类染色体上的假基因第四十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月假基因是由于在进化过程中，某些假基因是由于在进化过程中，某些DNADNA片段发片段发生了缺失、倒位或点突变，导致调控基生了缺失、倒位或点突变，导致调控基因丢失；因丢失；或无剪接加工信号；或编码区出现终止信号；或无剪接加工信号；或编码区出现终止信号；或编码无功能或不完或编码无功能或不完整的基因。整的基因。雁过尚且留声，人生岂能无痕雁过尚且留声，人生岂能无痕第四十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月四、端粒与端粒酶四、端粒与端粒酶第四十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月第四十五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月第四十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月第四十七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月转座元件（转座元件（transposable elementtransposable element）/转座子转座子（transposontransposon）是指能够在）是指能够在DNADNA分子内部或分子内部或DNADNA分子之间移动的分子之间移动的DNADNA片段或基因。片段或基因。它们从基因组的一个部位直接转移到另一个部它们从基因组的一个部位直接转移到另一个部位，这个过程称为转座（位，这个过程称为转座（transpositiontransposition）。）。五五、基因的转移（教材基因的转移（教材29页）：页）：转座元件转座元件第四十八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月19831983年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖McClintockMcClintock(1902-1992(1902-1992）第四十九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月转座子不仅能够在基因组内转移，而且还能够转座子不仅能够在基因组内转移，而且还能够改变基因的活性并引起功能的改变。改变基因的活性并引起功能的改变。转座子有时插入到一个结构基因或基因调节序转座子有时插入到一个结构基因或基因调节序列内，引起基因表达的改变。列内，引起基因表达的改变。现在认为转座子存在于地球上所有的生物。现在认为转座子存在于地球上所有的生物。第五十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月线粒体线粒体DNADNA（mitochondrial DNA,mtDNAmitochondrial DNA,mtDNA）属）属于真核细胞核外遗传物质，可独立编码存在于于真核细胞核外遗传物质，可独立编码存在于线粒体中的多肽链、线粒体中的多肽链、rRNArRNA或或tRNAtRNA。mtDNAmtDNA为双链环状为双链环状DNADNA，其分子结构特点与原核，其分子结构特点与原核生物生物DNADNA相同。相同。第二节、染色体外的基因第二节、染色体外的基因-线粒体线粒体一、线粒体一、线粒体DNA的结构的结构第五十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月一、线粒体一、线粒体DNA的结构的结构mtDNAmtDNA长长16,569 bp16,569 bp，含，含3737个结构基因，编码个结构基因，编码1313种蛋白、种蛋白、2222种种tRNAtRNA和和2 2种种rRNArRNA。这。这1313种蛋白质为种蛋白质为呼吸链酶复合物的呼吸链酶复合物的单位单位。第五十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月二、线粒体二、线粒体DNA的遗传特性的遗传特性线粒体线粒体DNADNA（mitochondrial DNA,mtDNAmitochondrial DNA,mtDNA）属）属于母性遗传的核外遗传物质，其具有独特的分于母性遗传的核外遗传物质，其具有独特的分子结构、功能、变异的规律与核子结构、功能、变异的规律与核DNADNA有较大的有较大的区别。区别。第五十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月二、线粒体二、线粒体DNA的遗传特性的遗传特性1、非孟德尔的母系遗传。、非孟德尔的母系遗传。由于线粒体存在于细胞质中，受精过程中由于线粒体存在于细胞质中，受精过程中仅精子的细胞核与卵子融合，产生的合子从卵仅精子的细胞核与卵子融合，产生的合子从卵子的细胞质中得到线粒体和相关的子的细胞质中得到线粒体和相关的mtDNA。即。即母亲将她的母亲将她的mtDNA传递给儿子和女儿，再由女传递给儿子和女儿，再由女儿将其传递给下一代，父亲从不将其儿将其传递给下一代，父亲从不将其mtDNA传传递给后代。由此导致了线粒体遗传病的传递模递给后代。由此导致了线粒体遗传病的传递模式与经典孟德尔性状的传递模式不同（图式与经典孟德尔性状的传递模式不同（图63）。如果家族中发现一些男女成员具有相同）。如果家族中发现一些男女成员具有相同的临床症状，而且是从受累的女性传递下来，的临床症状，而且是从受累的女性传递下来，家系分析又不符合家系分析又不符合XD遗传，就应考虑可能是由遗传，就应考虑可能是由于线粒体于线粒体DNA突变造成的。突变造成的。第五十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月图63线粒体DNA的母系遗传第五十五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月2、半自主性复制与协同作用半自主性复制与协同作用线粒体线粒体DNA能够编码自己的能够编码自己的mRNA、rRNA和和tRNA，合成一部分自身所需的蛋白质，合成一部分自身所需的蛋白质，线粒体的这一功能称为线粒体的半自主性。线线粒体的这一功能称为线粒体的半自主性。线粒体中的大多数蛋白质是核基因编码的，在细粒体中的大多数蛋白质是核基因编码的，在细胞质中合成。因此，线粒体的生长繁殖是核胞质中合成。因此，线粒体的生长繁殖是核-质质两套遗传系统共同控制的结果。两套遗传系统共同控制的结果。第五十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月3.异质性与纯质性异质性与纯质性异质性（异质性（heteroplasmy）表示一个细胞或组织既含）表示一个细胞或组织既含有野生型线粒体基因组又含有突变型线粒体基因组。当有野生型线粒体基因组又含有突变型线粒体基因组。当异质性细胞经过有丝分裂和减数分裂时，随机分离到两异质性细胞经过有丝分裂和减数分裂时，随机分离到两个子细胞中的突变型和野生型个子细胞中的突变型和野生型mtDNA的比例发生改变，的比例发生改变，mtDNA基因型分别向纯合突变型和纯合野生型漂变，经基因型分别向纯合突变型和纯合野生型漂变，经过无数次分裂后，细胞中的过无数次分裂后，细胞中的mtDNA达到纯合型，即纯质达到纯合型，即纯质性（性（homoplasmy）。纯质性是指一个细胞或组织中所有）。纯质性是指一个细胞或组织中所有的线粒体的线粒体DNA具有相同的基因型。或者都是野生型序列，或者具有相同的基因型。或者都是野生型序列，或者都是携带一个基因突变的序列（图都是携带一个基因突变的序列（图64）。）。第五十七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月图64mtDNA的复制分离第五十八张，PPT共六十七页，创作于2022年6月4.阈值效应阈值效应在杂质性细胞中，突变型与野生型线粒体的比例确定了细在杂质性细胞中，突变型与野生型线粒体的比例确定了细胞是否能量短缺，即当突变达到一定的比例时，才有受损表胞是否能量短缺，即当突变达到一定的比例时，才有受损表型出现。如果携带突变型线粒体数量很少，则产能不会受到型出现。如果携带突变型线粒体数量很少，则产能不会受到明显的影响。相反，在含有大量突变型线粒体基因组的组织明显的影响。相反，在含有大量突变型线粒体基因组的组织细胞中，产生的能量可能不足以维持细胞的正常功能，这就细胞中，产生的能量可能不足以维持细胞的正常功能，这就会出现异常性状，即线粒体病（图会出现异常性状，即线粒体病（图65）。换句话说，对于线）。换句话说，对于线粒体病，存在着表型表达的阈值。这种线粒体基因突变产生有害粒体病，存在着表型表达的阈值。这种线粒体基因突变产生有害影响的阈值明显地依赖于特定细胞或组织对能量的需求。因此，影响的阈值明显地依赖于特定细胞或组织对能量的需求。因此，那些高需能的组织，如脑、骨骼肌、心脏和肝，非常容易受到线那些高需能的组织，如脑、骨骼肌、心脏和肝，非常容易受到线粒体粒体DNA突变的影响。突变的影响。第五十九张，PPT共六十七页，创作于2022年6月图65mtDNA的阈值效应第六十张，PPT共六十七页，创作于2022年6月5.高突变率高突变率突变率极高突变率极高mtDNA缺乏修复系统及组蛋缺乏修复系统及组蛋白保护，易受活性氧等自由基侵害，突变率高白保护，易受活性氧等自由基侵害，突变率高于核于核DNA1020倍。倍。mtDNA的高突变率造成的高突变率造成个体及群体中其序列差异较大。任何两个人，个体及群体中其序列差异较大。任何两个人，平均每平均每1000个碱基对就有个碱基对就有4个碱基不同。人群个碱基不同。人群中含有多种中性到中度有害的突变，且高度有中含有多种中性到中度有害的突变，且高度有害的突变不断增多。但有害的突变会通过选择害的突变不断增多。但有害的突变会通过选择而消除，故线粒体遗传病表型尽管不常见，突而消除，故线粒体遗传病表型尽管不常见，突变的变的mtDNA基因必然很普遍。基因必然很普遍。第六十一张，PPT共六十七页，创作于2022年6月6.遗传密码的特性遗传密码的特性基因的表达需要遗传密码，不同生物种类核基因的基因的表达需要遗传密码，不同生物种类核基因的遗传密码是通用的，然而线粒体所携带的遗传密码与真遗传密码是通用的，然而线粒体所携带的遗传密码与真核细胞的通用密码不完全相同。例如线粒体系统使用的核细胞的通用密码不完全相同。例如线粒体系统使用的起始密码是起始密码是AUA和和AUU，而不是，而不是AUG。AUA和和AUU在核基在核基因的通用密码中为异亮氨酸，而在线粒体中不用于编码异亮因的通用密码中为异亮氨酸，而在线粒体中不用于编码异亮氨酸。其终止密码也不相同，线粒体使用的是氨酸。其终止密码也不相同，线粒体使用的是AGA或者或者AGG，而不用此编码精氨酸，通用的终止密码子，而不用此编码精氨酸，通用的终止密码子UGA在线粒体在线粒体内编码色氨酸，而不作为终止信号。内编码色氨酸，而不作为终止信号。第六十二张，PPT共六十七页，创作于2022年6月的甲基化与岛（）的甲基化与岛（）甲基化是由甲基转移酶介导，将胞嘧啶（）转变为甲基胞嘧啶甲基化是由甲基转移酶介导，将胞嘧啶（）转变为甲基胞嘧啶（）；也是肿瘤中最常见的一种分子改变。）；也是肿瘤中最常见的一种分子改变。第六十三张，PPT共六十七页，创作于2022年6月第六十四张，PPT共六十七页，创作于2022年6月第六十五张，PPT共六十七页，创作于2022年6月预习：预习：病毒因组的一般特征，与蛋白质组学病毒因组的一般特征，与蛋白质组学作业作业、端粒是什么？断裂基因是什么？、端粒是什么？断裂基因是什么？、真核生物的基因组的一般特征？、真核生物的基因组的一般特征？、线粒体的遗传特性？、线粒体的遗传特性？第六十六张，PPT共六十七页，创作于2022年6月感谢大家观看第六十七张，PPT共六十七页，创作于2022年6月
