1、第第 三三 章章 DNADNA多态性分析根底多态性分析根底 学习目的 掌握DNA分子结构 掌握DNA的理化性质 掌握人类基因组的根本特点 掌握突变类型及产生机理 掌握长度多态性和序列多态性的根本概念 人类人类DNADNA遗传标记遗传标记-法医物证学应用研究的热点法医物证学应用研究的热点 由常量检材到微量检材由常量检材到微量检材 -微量检材的检验微量检材的检验 由蛋白质水平到由蛋白质水平到DNADNA水平水平 -陈旧检材的检验、取材的广泛性陈旧检材的检验、取材的广泛性 实现了仅能否认到高概率肯定实现了仅能否认到高概率肯定 -提高了法庭证据的可靠性提高了法庭证据的可靠性 人类人类DNADNA遗传标
2、记遗传标记-特定的座位上出现等位基因特定的座位上出现等位基因 出现在编码区或非编码区出现在编码区或非编码区 表现为序列多态性或长度多态性表现为序列多态性或长度多态性 第一节第一节 DNADNA分子结构与功能分子结构与功能 一、一、DNADNA的分子结构的分子结构 DNADNA是由是由4 4种核苷酸通过磷酸二酯键连接成种核苷酸通过磷酸二酯键连接成的线性多聚体的线性多聚体 1.DNA1.DNA的根本结构单位的根本结构单位 碱碱 基基 A G C TA G C T 核核 苷苷 核苷酸核苷酸 脱氧核苷酸=碱基+脱氧核糖+磷酸 dNTP dNDP dNMP 2.DNA2.DNA的分子结构的分子结构 一级
3、结构一级结构-DNADNA分子中核苷酸的排列顺序分子中核苷酸的排列顺序 链接方式链接方式 3 3,5,5磷酸二酯键连接磷酸二酯键连接 戊糖和磷酸构戊糖和磷酸构成多聚核苷酸对骨架成多聚核苷酸对骨架 含氮碱基突出含氮碱基突出于骨架上于骨架上 不对称末不对称末 5 5-自由的磷酸，自由的磷酸，3 3-游离的羟基游离的羟基 生物学意义生物学意义 1.1.遗传信息的遗传信息的载体载体 2.2.构成构成DNADNA遗传遗传标记的结构根底标记的结构根底 二级结构二级结构-两条两条DNADNA单链形成的双螺旋结构单链形成的双螺旋结构 双螺旋结构的特征双螺旋结构的特征 1.1.两条单链逆向平行排列，两条单链逆向
4、平行排列，绕同一中心轴形成双螺旋绕同一中心轴形成双螺旋 2.2.两条单链间以氢键连接两条单链间以氢键连接 碱基互补原那么：碱基互补原那么：A=T,C=G A=T,C=G xx xx 稳定性与稳定性与G+CG+C含量呈正比含量呈正比 xx xx 嘌呤和嘧啶相等嘌呤和嘧啶相等:A+G=C+T :A+G=C+T 配对原那么的意义配对原那么的意义 1.1.复制的分子学根底复制的分子学根底 遗传信息传给子代遗传信息传给子代 2.2.转录的分子学根底转录的分子学根底 RNARNA合成的模板合成的模板 蛋白质蛋白质 3.DNA3.DNA多态性分析的分子学根底多态性分析的分子学根底 DNADNA遗传多态性遗传
5、多态性 三级结构三级结构-超级螺旋结构超级螺旋结构 结构特征结构特征 真核生物真核生物DNADNA三级结构三级结构-核小体核小体 140bpDNA140bpDNA双链缠绕组蛋白双链缠绕组蛋白8 8聚体聚体 60bp60bp的连接链结合有组蛋白的连接链结合有组蛋白H1H1 生物学意义生物学意义 压缩压缩DNADNA分子体积，有利于在细胞分子体积，有利于在细胞 中包装组蛋白对中包装组蛋白对DNADNA分子完整性的分子完整性的 保护作用保护作用 统计数据统计数据 人类基因组人类基因组DNADNA直线长直线长2m 2m 细胞核直径细胞核直径5um 5um DNADNA分子被压缩了近一万倍分子被压缩了近
6、一万倍 二、二、DNADNA的理化性质的理化性质 DNADNA是生物大分子，因此具有高分子物质的是生物大分子，因此具有高分子物质的一般性质一般性质 粘粘 性性 较大较大 溶液的粘性与溶质分子的不对称溶液的粘性与溶质分子的不对称性有关性有关 两性电解质两性电解质 DNADNA含有磷酸基团含有磷酸基团-和含氮碱和含氮碱基基+等电点低等电点低-中性或弱碱性中性或弱碱性溶液溶液-带负电带负电 电泳技术进行别离的电泳技术进行别离的分子根底分子根底 可以与金属离子可以与金属离子Na,K,Mg.MnNa,K,Mg.Mn结合成盐结合成盐 DNA+DNA+盐乙醇或异丙盐乙醇或异丙醇醇DNADNA沉淀析出沉淀析出
7、 可以和碱性蛋白组氨酸结可以和碱性蛋白组氨酸结合合 使使DNADNA分子更具有稳定分子更具有稳定性性 吸收紫外线吸收紫外线 碱基含有共轭双链碱基含有共轭双链 (最大吸收波最大吸收波长长260nm)260nm)对对DNADNA样品进行定量分析样品进行定量分析 1.DNA1.DNA的变性的变性 概念：在加热、溶液碱性、有机溶剂、二甲基亚砜、甲酰胺概念：在加热、溶液碱性、有机溶剂、二甲基亚砜、甲酰胺等条件等条件 下，下，DNADNA双链间的氢键断裂，形成两条单链双链间的氢键断裂，形成两条单链DNADNA分子的分子的过程。过程。变化：溶液粘度降低变化：溶液粘度降低,沉降速率增加沉降速率增加,浮力密度上
8、升浮力密度上升,紫外线吸紫外线吸收增强收增强 增色效应随温度上升，增色效应随温度上升，DNADNA溶液的紫外线吸收增强，溶液的紫外线吸收增强，A260A260值值 DNADNA对紫外线吸收强度与变性程度成正对紫外线吸收强度与变性程度成正比比 OD260OD260值：双链值：双链DNA DNA 单链单链DNA DNA 单单核苷酸核苷酸 融链温度随温度上升，一半融链温度随温度上升，一半DNADNA分子变性时的温度分子变性时的温度 (Tm(Tm值值)TmTm值与值与DNADNA分子中分子中G/CG/C含量呈线性关系含量呈线性关系 估计估计DNADNA的的GCGC含量含量 (G+C)%=(Tm(G+C
9、)%=(Tm69.3)69.3)2.44 2.44 估算引物的估算引物的Tm Tm 值值 Tm =4(G+C)+2(A+T)Tm =4(G+C)+2(A+T)TmTm值受介质中离子强度的影响值受介质中离子强度的影响 TmTm值值与退火温度有关与退火温度有关 在高离子强度溶液中相对稳定在高离子强度溶液中相对稳定1mol/L NaCl1mol/L NaCl 某些因素影响下某些因素影响下DNADNA分子共价键断裂分子共价键断裂小片段小片段DNADNA的过程：的过程：DNADNA降解降解 2.DNA2.DNA的复性的复性 概念：当撤除变性因素后，原变性的两条互补概念：当撤除变性因素后，原变性的两条互补
10、DNADNA单链通过碱基配对又重新缔合成为双链结构的过单链通过碱基配对又重新缔合成为双链结构的过程叫复性。程叫复性。xx xx 加热后变性的加热后变性的DNADNA在温度降低过程中的在温度降低过程中的复性又称为退火复性又称为退火 影响：温度影响：最适为影响：温度影响：最适为TmTm以下以下2525，过高不易复，过高不易复性；过低碱基错配性；过低碱基错配 离子强度：足够盐浓度离子强度：足够盐浓度中和中和DNADNA分子携带分子携带负电荷负电荷利于复性利于复性 分子结构：简单序列的、小分子分子结构：简单序列的、小分子DNADNA-易发易发现互补序列现互补序列-复性快复性快 溶液浓度：高浓度溶液浓度
11、：高浓度DNADNA溶液比低浓度溶液比低浓度DNADNA溶溶液易复性液易复性 xx xx 影响复性过程的主要因素：复性温度影响复性过程的主要因素：复性温度与溶液的离子强度与溶液的离子强度 杂交：在复性的条件下，来源不同、但具有碱基互杂交：在复性的条件下，来源不同、但具有碱基互补的补的DNADNA单链按碱基单链按碱基 配对原那么形成双链配对原那么形成双链DNADNA分子的过程称作杂分子的过程称作杂交。交。xx xx 局部碱基序列具有同源性的局部碱基序列具有同源性的DNADNA分子也分子也能形成局部杂交产物能形成局部杂交产物 杂交技术：在复性条件下，探针与靶杂交技术：在复性条件下，探针与靶DNAD
12、NA单单链形成杂交双链链形成杂交双链 用以分析两核酸分子间的碱基用以分析两核酸分子间的碱基互补程度互补程度 探探 针：标记有示踪物的寡核苷酸片段针：标记有示踪物的寡核苷酸片段 第二节 人 类 基 因 组 基因组概念 广义概念：一个生物体的所有基因或遗传物质 狭义概念：一大组基因、一个染色体或几个染色体的基因 xx 基因组包含基因序列(20-30%)+非基因序列(70-80%)基因组构成 核 基 因 组：单倍体细胞内的全部DNA分子，3109 bp 体细胞22对常染色体和1对性染色体 性细胞22条常染色体和1条型染色体 xx 每个细胞含相同的基因组拷贝特殊除外 xx 平均每个细胞含有610pg的
13、DNA 线粒体基因组：线粒体内包含的全部DNA分子，16569bp xx 每个细胞平均有800个线粒体 xx 每个线粒体含有10个DNA拷贝 表表 2-1 人 类 基 因 组 各 条 染 色 体 中 碱 基 对 数 量 和 推人 类 基 因 组 各 条 染 色 体 中 碱 基 对 数 量 和 推导 的 功 能 基 因 数 量 对 照导 的 功 能 基 因 数 量 对 照染 色 体 编 号染 色 体 编 号长 度（长 度（M bp)估 计 的 基 因 数估 计 的 基 因 数1 220 34 532 240 29 543 200 24 274 186 18 615 182 21 366 172
14、22 577 146 18 31 8 146 15 609 113 15 3710 130 165 311 132 218 5染 色 体 编 号染 色 体 编 号长 度（长 度（M bp)估 计 的 基 因 数估 计 的 基 因 数12 134 186 113 99 10 3214 87 12 8315 80 11 9816 75 14 2117 78 15 4518 79 826 19 58 16 7520 61 98621 33 44922 36 835X 128 1465Y 19 210总 长总 长2907 39114一、人类核基因组一、人类核基因组DNADNA 1.1.基因与基因有关序
15、列基因与基因有关序列 基因组成：基因组成：包括合成有功能的多肽链或包括合成有功能的多肽链或RNARNA所必需的全部序列所必需的全部序列 真核生物真核生物-断裂基因断裂基因 基因中编码序列被假设干个插入序列分隔的不连续的镶嵌结基因中编码序列被假设干个插入序列分隔的不连续的镶嵌结构构 编码序列编码序列-外显子外显子(n )10%50%插入序列插入序列-内含子内含子(n-1)50%90%决定基因长度决定基因长度 编编 码码 率率-编码序列长度占整个基因序列的比例编码序列长度占整个基因序列的比例 外显子外显子 内含子内含子 转录：模板转录：模板DNA 初级初级RNA 成熟成熟RNA 剪接方式：特定外显
16、子剪接方式：特定外显子+不同外显子不同外显子-表达多种产物表达多种产物 表现为外显子表现为外显子/或或 内含子内含子-表现多种功能表现多种功能 由同一由同一DNA序列可以得到不同的序列可以得到不同的mRNA，从而编码多种，从而编码多种 具有局部重叠序列的蛋白质的基因称为重叠基因具有局部重叠序列的蛋白质的基因称为重叠基因 GT AG GT AG 基因分类基因分类 结构基因：合成结构蛋白、催化生化反响的酶结构基因：合成结构蛋白、催化生化反响的酶 调节基因：阻遏蛋白或激活蛋白，控制基因活性调节基因：阻遏蛋白或激活蛋白，控制基因活性 既可以转录成既可以转录成RNARNA，又可以翻译成蛋白质，又可以翻译成蛋白质 rRNArRNA基因：产物是核糖体的核糖体基因：产物是核糖体的核糖体RNARNA tRNAtRNA基因：产物是转移基因：产物是转移RNARNA 只转录产生相应只转录产生相应RNARNA，而不翻译成蛋白质，而不翻译成蛋白质 相关序列相关序列 前导序列和尾随序列前导序列和尾随序列-能被转录，但不被翻译能被转录，但不被翻译 启启 动动 子：子：RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA结合起始部
