第一篇 医学遗传学基础 第一章 人类基因和基因组
医学遗传学基础人类基因和基因组(1)
+1移码, 进化
RNYRNYRNY ( N Y R) (N U/C A/G )
NYR多为Hydrophobic amino acid, 改变蛋白质性能
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3.遗传信息量的估算 突变效应的鉴定 表达调控的理论发展
4.丰富和发展了基因的概念 (部分回答 C = c)
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第二节 基因的化学本质
素鼠 基的 因两
个 胰 岛
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1977年Sanger在研究 ΦX174时发现的。ΦX174是 一种单链DNA病毒，宿主为 大肠杆菌，因此，又是噬菌体。 它感染大肠杆菌后共合成11个 蛋白质分子，总分子量为25万 左右，相当于6078个核苷酸 所容纳的信息量。而该病毒 DNA本身只有5375个核苷酸， 最多能编码197kDa蛋白质， 实际上编码263kDa蛋白质。
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一个基因完全在另一个基因内部
如：B和A， E和D 其读码结构互不相同
---ATG-----//------AATGCC ----//---ATAACG---//--TAA---A*
ATGCCN----NNATAA B
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部分重叠 如： K和C
两个基因共用少数碱基对
如： D和J
☆基因的两个基本属性： 基因是世代相传的； 基因是决定遗传性表达的。
现在所说的“基因是生物体传递遗传信息和表达遗传信 息的基本物质单位”，实际上就是孟德尔所阐明的基因观。
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1926年，摩尔根的巨著《基因论》出版，从而建 立了著名的基因学说。
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☆ 基因是染色体上的实体； ☆ 基因象链珠(bead)一样，孤立地
医学遗传学第一章 绪 论PPT课件
遗传方式
发生率
少见 1/3000~1/20000 1/2000；亚洲人极罕 见 1/3000~1/3500 1/500 男性:1/500； 女性:1/2000~1/3000 男性：1/4~1/20 男性：1/10000 4~8/100000 1/10000 1/3000~1/5000 1/15000 1/5000 1/14000 部分种族：1/400 常见 1/10000 1/3000
第二节 医学遗传学发展简史
1909年： Nilsson研究数量性状的遗传，用多对 基因的加性效应和环境因素的共同作用阐述数量 性状的遗传规律。 这个阶段，遗传学的理论研究得到充分的发展， 但是限于当时的技术水平，这些理论的实验验证 及遗传物质的微观研究还无法深入开展
第二节 医学遗传学发展简史
20世纪20年代到40年代： Griffith和Avery用肺 炎双球菌转化实验证明了DNA是遗传物质。
第三节 遗传病概述
三、疾病的发生与遗 传因素和环境因素的 关系。 遗传（heredity）是 生物体的基本生命现 象，表现为性状在亲 代与子代之间的相似 性和连续性。人类的 一切正常或异常的性 状综合起来看都是遗 传与环境共同作用的 结果，但它们在每一 具体性状的表现上可 能不尽相同。
第三节 遗传病概述
第二节 医学遗传学发展简史
1901年： Garrod描述了4个黑尿症家系，首次提出了 先天性代谢病的概念，并认为这种疾病的性状属于隐 性遗传性状。 1903年： Farabee指出短指（趾）为显性遗传性状。 1908年： Hardy和Weinberg研究人群中基因频率的 变化，提出遗传平衡定律，奠定了群体遗传学的基础
第三节 遗传病概述
（三）遗传因素和环境因素对发病都有作用，在不同 的疾病中，其遗传度各不相同 如在唇裂、腭裂 、先天性幽门狭窄等畸形中，遗传度 都在70%以上，说明遗传因素对这些疾病的发生较为 重要，但环境因素也是不可缺少的。精神发育障碍、 精神分裂症等疾病也是如此。 另一些疾病，例如在先天性心脏病、十二指肠溃疡、 某些糖尿病等的发生中，环境因素的作用比较重要， 而遗传因素的作用较小，遗传度不足40%，但是就其 发病来说，也必须有这个遗传基础。还有一些疾病如 脊柱裂、无脑儿、高血压、冠心病等的发病，遗传因 素和环境因素等相当重要，遗传度约50%～60%左右。 （四）发病完全取决于环境因素，与遗传基本上无关 如烧伤、烫伤等外伤的发生与遗传因素无关。
02医学遗传学：第一章 人类基因和基因组
表观遗传学（epigenetics） • 表观遗传：基因的核苷酸序列不发生突
变，由基因的修饰导致基因的活性改变， 使基因决定的表型出现变化，且可传递 少数世代的遗传现象。
• 原因：DNA甲基化、组蛋白的乙酰化
第二节 基因的化学本质
基因的化学本质：
大部分生物：DNA（脱氧核酸） 少数病毒：RNA（核糖核酸）
侧翼序列
侧翼序列
侧翼序列（flanking sequence） 作用：调控序列、保持基因完整性必需。
侧翼序列
侧翼序列
二、基因组的组成
（一）单拷贝序列
定义：又称非重复序列；在基因组中仅有 单一拷贝或少数拷贝。
长度：800bp～1000bp之间
编码：各种蛋白质和酶——结构基因 在基因组中的比例：45%
第三节 人类基因和基因组的 结构特点
基因组（genome）：一个物种的单倍体染 色体数目及所有包含的全部遗传物质 人类基因组：人体的所有遗传信息的总和； 人类基因组=核基因组（nuclear genome）
+
线粒体基因组(mitochondrial genome)
注：如无特别注明，人类基因组通常指核基因组
例如：烟草花叶病毒（TMV）
一、DNA分子组成
• 基本单位：脱氧核苷酸
腺嘌呤（A） P
5’
O 4’
碱基
1’ 2’
鸟嘌呤（G）
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T）
脱氧核糖
3’
图：脱氧核苷酸
• 单链连接方式：3’, 5’-磷酸二酯键
P
4’ 5’
O
1’
T
5’
3’
3’
2’
3’, 5’-磷酸二酯键
医学遗传学绪论课件PPT课件
老年期：哮踹、老年性痴呆，糖尿病等
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二、医学遗传学的分支学科
1．从研究的技术层次： 细胞遗传学（cytogenetics) 生化遗传学（biochemical genetics) 分子遗传学（molecular genetics)
生殖细胞或受精卵中的遗传物质（基 因和染色体）发生突变（或畸变）所导致 的疾病。
2、现代解释： 细胞中的遗传物质（基因和染色体）
发生突变（或畸变）所导致的疾病。
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二）遗传病特点
1、遗传性：垂直传递（vertical transmission）
(SARS、ADIS等为水平传递）
医学遗传学教程
第一章 医学遗传学绪论 第二章 人类染色体 第三章 染色体畸变和染色体病 第四章 遗传的基本规律及单基因遗传 第五章 多基因遗传病 第六章 遗传的分子基础 第七章 分子病与遗传性酶病 第八章 药物遗传学 第九章 群体中的基因频率及遗传平衡 第十章 遗传与肿瘤 第十一章 遗传病的诊断原则 第十二章 优生优育与遗传病的防治原则
• 研究不同基因型的表型效应： DZ在同一环境中生长。
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（三）双生子法
同病率（CMZ或CDZ） ：
疾病（或性状）发生一致率，反映遗传 因素对疾病发生的作用大小。
同病(同性状)双生子对数
同％病率=
* 100
（MZ或DZ)总双生子对数
如果某疾病的MZ与DZ的同病率相差极
大，且MZ的同病率大，该疾病的发生与
如O血型者十二指肠溃疡患病率高。
医学遗传学02人类基因
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人类基因组
• 人类基因组（genome）是人的所有遗传信 人类基因组（ ）
息的总和。 息的总和。它包括两个相对独立而相互关联的 基因组：核基因组与线粒体基因组。通常人类 基因组：核基因组与线粒体基因组。 基因组指的是核基因组。 基因组指的是核基因组。 核基因组
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第五节 人类基因组计划 (Human genome project，HGP) ，
• 把基因所储存的遗传信息转变为由特定的氨基 酸种类和序列构成的多肽链， 酸种类和序列构成的多肽链，再由多肽链构成 多肽链 蛋白质或酶分子，从而决定生物各种性状（ 蛋白质或酶分子，从而决定生物各种性状（表 型）的过程。 的过程。
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三、基因表达Gene Expression 基因表达
• 转录（transcription） 转录（ ） DNA-------mRNA • 翻译（translation） 翻译（ ） • mRNA-------蛋白质 蛋白质 场所： 场所：细胞质内的核糖体
只有一个祖先 基因经过重复 和变异所组成 的一组基因。
医学遗传学基础课件(全)
受精卵突变： • 遗传 • 当代会产生效应
体细胞突变： • 不遗传 • 当代会产生效应
4. 遗传病具有终生性
二、遗传病的分类
遗传病
单基因病 多基因病 染色体病
常染色体隐性遗传病 常染色体显性遗传病 X-连锁隐性遗传病 X-连锁显性遗传病 Y-连锁遗传病
3. 遗传病与先天性疾病和家族性疾病有何区别？
答: 先天性疾病是指个体出生前就已形成的畸形或疾病， 大多数遗传病表现为先天性疾病。但是也有某些先天性
疾病，如先天性梅毒、先天性心脏病、药物引起的畸形
以及产伤等就不是遗传病。也有些遗传性疾病出生时并
未表现出临床症状，如遗传性慢性进行性舞蹈病发育到
一定年龄才发病，。
第一章 绪 论
学习目标
1. 掌握医学遗传学的概念; 2. 了解医学遗传学在现代医学中的地位; 3. 熟悉遗传病的概念及分类 ; 4. 了解遗传病对人类的危害。
第１节 医学遗传学的概念 及其在现代医学中的地位
一、医学遗传学的概念 医学遗传学(medical genetics)是将遗
传学基本理论与医学实践相结合的一门新 学科，是遗传学知识在医学领域中的应用。
二、医学遗传学在现代医学中的地位 1. 在临床遗传病研究中的作用 2. 在优生研究中的作用 3. 在卫生保健研究工作中的作用
第2节 遗传病概述
一、遗传病的概念 遗传病(genetic disease)是指由于生殖
细胞或受精卵的遗传物质在结构或功能上
发生了改变所引起的疾病，并按一定方式 在上下代间传递。
第二章 遗传的分子学基础
学习目标
1．说出DNA的化学组成及结构特点。 2．归纳DNA与RNA的主要区别。 3．掌握基因的概念，说出基因的基本功能。 4．掌握基因表达的概念，概括基因表达的过程。 5．知道基因突变的含义及特征，知道基因突变
医学遗传学笔记
医学遗传学Medical genetics第一章 绪论遗传现象(遗传基础问题)先天禀赋、其子类父、男女同姓、其生不蕃；一母生九子、连娘十个样。
古希脂亚里斯多德——“类生类”。
英皇维多利亚家族(XR)，皇室病——即血友病。
遗传与变异 1、遗传：亲代将自己的特性相对稳定的传给子代。
2、变异：即子代与亲代不同之处。
3、遗传与变异的关系：遗传是稳定的，遗传保证了生物物种的稳定和种族的延续，变异为遗传提供了新的材料，使生物物种得以进化，它们既对立又统一。
健康：指受遗传结构控制的代谢方式与人体环境保持平衡。
健康：机体代谢与周围环境保持平衡受遗传控制疾病：由于遗传结构缺陷或环境的显著改变，打破平衡。
疾病：代谢异常或环境改变打破平衡——遗传缺陷 转基因：从基因库中筛选“目的”基因，以分子克隆方法扩增、鉴定以及转移到不具该基因的细胞、组织和整合到植物中去， 并能在相应的部位表达出目的基因产物，即转基因技术。
转基因动物：携带外源基因，并将外源基因遗传给子代的动物，又能在这些动物体内检查到相应的基因产物或相应症状，这类动物就是转基因动物。
转基因技术本质上是DNA 重组技术； 而“克隆”实际上是无性繁殖。
医学遗传学的任务（临床层次）：在于揭示各种遗传性疾病的传递规律、发病机制、诊断和防治措施；遗传医学则为遗传病患者提供临床服务，包括：遗传病的诊断，治疗、筛选、预防、咨询、随访等。
21世纪医学遗传学研究的重点（研究层次）：将是多基因复杂病和癌肿，因为随着人类基因组测序的完成，所有的单基因病的致病基因必将全部得到鉴定。
发展史 1859 报道第一例先天性代谢病1866 分离律、自由组合律 Mendel 1869 首次分离DNA Miescher 1903 遗传因子在染色体上 Sutton & Boveri 1909 遗传因子改称“基因” Johannsen1910 连锁与互换定律 Morgan 1944 证明DNA 是遗传物质 Avery 1953 DNA 双螺旋结构 Watson & Crick 1956 确定人体细胞染色体数为46条 蒋有兴 Levan 1966 阐明DNA 遗传密码 Nirenberg, Ochoa ，Khorana 1970 试管内合成基因 Khorana 1972 DNA 克隆技术 1975 DNA 测序 1985 PCR 技术 1990 临床基因治疗 1991 人类基因组研究15年规划启动 1994 人类基因内阻连锁图 1998 人类基因组物理图 2000 人类基因组序列工作草图 2001 人类基因组94％序列草图作出初步分析 2003 人类基因组测序完成：即“人类基因组计划”（HGP ）。
医学遗传学中的人类基因组变异研究
医学遗传学中的人类基因组变异研究引言医学遗传学是研究人类疾病与遗传因素之间关系的学科。
人类基因组的变异是研究疾病遗传基础的重要组成部分。
本文将从基础知识、常见变异类型以及研究方法三个方面来介绍医学遗传学中的人类基因组变异研究。
一、基础知识1. 基因组和基因基因组是指一个生物体细胞内包含的所有基因的总和。
人类基因组中包含了大约30000个基因，每个基因都是由DNA序列编码的。
2. 基因组变异基因组变异指的是基因组中出现的变异现象。
人类基因组变异包括两种类型：单核苷酸多态性（SNP）和结构变异。
SNP是指基因组中单个核苷酸的变异，可以导致个体间DNA 序列的差异。
SNP在个体间的分布具有很高的个体差异性，有些SNP与疾病的风险相关。
结构变异是指包括缺失、插入、倒位等变异，可以导致整条染色体上的DNA序列改变。
结构变异是人类基因组中变异最大的部分，也是一些遗传疾病的重要原因之一。
二、常见的基因组变异类型1. 单核苷酸多态性单核苷酸多态性指的是基因组中单个核苷酸位置的变异。
类似于人类基因组的拼图，SNP就像是其中的一个拼图块。
SNP的存在是每个人基因组中的标志之一。
它可以导致个体间的DNA序列的差异，也可能导致对疾病易感性的影响。
在医学遗传学中，通过研究SNP的分布和功能，可以揭示某些疾病的发生机制和风险。
2. 复杂重排变异复杂重排变异是指包括缺失、插入和倒位在内的复合结构变异。
这类变异通常涉及多个基因的改变。
复杂重排变异对人类基因组的影响是复杂的。
有时，它们会导致某些遗传疾病的发生。
因此，对这类变异进行深入的研究，可以为诊断和预防这些疾病提供重要依据。
三、研究方法1. 基因组测序基因组测序是人类基因组变异研究的重要方法之一。
通过测定个体的核酸序列，可以全面地了解其基因组组成和变异情况。
最初的基因组测序方法是Sanger测序。
随着新一代测序技术的发展，如Illumina测序等，基因组测序的时间和成本得到了大幅度降低，使得大规模基因组测序成为可能。
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功能 突变 交换
“三位一体”的 (Three in one)
最小的 不可分割的
基本的
遗传单位。
1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬 菌体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的精 细结构，提出了顺反子（cistron）概念。
对经典的基因概念的 第一次重要修正与发展
根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类： ☆编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编 码酶和结构蛋白的结构基因以及编码调节蛋白的调节基 因； ☆只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基 因和rRNA基因； ☆不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括 启动子和操纵基因。启动子和操纵基因有时被统称为控 制基因。
（5% isoform protein in mammalian）
基因结构研究的历史
从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段：
泛基因 （或前基因）
孟德尔 （遗传因子）
摩尔根 （基因）
现代基因
操纵子
顺反子
遗传学的奠基人孟德尔 （Gregor Johann Mendel 1822～1884）
19世纪60年代初，孟德尔对具有不同形态的豌豆作杂交 实验，在解释实验中每种性状的遗传行为时，用A代表红花， a代表白花，表明生物的某种性状是由遗传因子负责传递的， 遗传下来的不是具体的性状，而是遗传因子。遗传因子是颗 粒性的，在体细胞内成双存在，在生殖细胞内成单存在。孟 德尔所说的“遗传因子”是代表决定某个性状遗传的抽象符 号。
真核蛋白质编码基因的核苷酸序列中间插入有与编码无关的 DNA间隔区，使1个基因分隔成不连续的若干区段 。
☆重叠基因
一些噬菌体和动物病毒，不同基因的核苷酸序列有时是可以 共用的。
内含子(intron) 位于基因内部，不编
码基因产物的序列，在成 熟mRNA中被切除。
外显子(exon) 一个基因不包括内含
☆基因的两个基本属性： 基因是世代相传的； 基因是决定遗传性表达的。
现在所说的“基因是生物体传递遗传信息和表达遗传信 息的基本物质单位”，实际上就是孟德尔所阐明的基因观。
1926年，摩尔根的巨著《基因论》出版，从而 建立了著名的基因学说。
☆ 基因是染色体上的实体； ☆ 基因象链珠(bead)一样，孤立地
子的任何编码序列，其 mRNA相应区域可翻译成 蛋白。
● 断裂基因存在的生物学意义
1.有利于遗传的相对稳定
外显子和内含子中发生突变的 概率是相同的，但是内含子的 突变率总是高于外显子，为什 么？
mutation frequFra bibliotekncyin intron > in exon
（剪除）
（密码）
即使错误剪接留下的intron部分 被mRNA监测系统降解，避免病变和死亡
基因
基因结构研究的历史
基因研究大体的三个阶段：
20世纪50年代以前，主要从细胞的染色体水平上进行 研究，属于基因的染色体遗传阶段。
20世纪50年代，主要从DNA大分子水平上进行研究，属 于基因的分子生物学阶段。
20世纪80年代以后，研究基因的功能及其与表型之间 的关系，使基因的研究进入了反向生物学阶段。
2.增加变异机率， 有利于生物的进化 不对称交换形成 splitting gene
是生物体产生变异导致进化的重要途径之一
splitting gene （含有intron ）
增加了基因的长度
增加了基因内的重组交换几率
有利于形成变异和生物多样性
3.扩大生物体的遗传信息储量
对 intron 不同方式的剪接（选择性剪接），形成不同的基因产物
three in one
one in one
☆基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换 。
操纵子理论 Lac. Operon
I PO
ZY
A
Lactose
zy a
☆基因功能的表现是若干基因组成的信息表达的整体行为。 ☆ one gene → one enzyme one gene → one peptide one gene → one function
rII of T4 phage including two genes
rII47 ●
104 101 ●●
A gene
103 105 106 ● ●●
51 102 ●●
B gene
r106 r51 ++
r106 +
+ r51
r47
106
+
+
r47
+
+
r106
K菌株
顺反测验
顺式测验
反式测验
突变位点 在同一顺 反子内
突变位点 在不同的 顺反子内
A
B +－
A
B
++
A
B
A
B
顺反测验结果的图解。当顺式有功能，而反式没有功能时，突变位点 突变位点在同一顺反子内；当顺式有功能，而反式也有功能时，突变位点 突变位点在不同顺反子内。
顺反子假说（Theory of cistron）
☆ Cistron 是基因的同义词 ☆在一个顺反子内，有若干个突变单位 突变子 ☆在一个顺反子内，有若干个交换单位 交换子 ☆基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割 的 最小的遗传单位。
第一篇 医学遗传学基础 （疾病发生的遗传学机制）
第一章 人类基因和基因组
第一节 基因的概念
第三节 细菌的基因组
基因的结构 基因组的组成
第五节 人类基因组计划
第二节 基因的化学本质
DNA分子的组成 DNA分子结构
第四节 基因的生物学特性
遗传信息的储存单位 基因的自我复制 基因表达 基因表达的调控
基因主要位于染色体上，还有染色体外遗传物质。
基因概念的发展
☆移动基因
DNA能在有机体的染色体组内从1个地方跳到另一个地方， 它们能从1个位点切除，然后插入同一或不同染色体上的另一个位 置。移动基因机构简单，由几个促进移位的基因组成。基因的跳 动能够产生突变和染色体重排，进而影响其他基因的表达。
☆断裂基因
结构基因组学 后基因组学
第一节 基因的概念
基因
是原核、真核生物以及病毒的DNA和RNA分 子中具有遗传效应的核苷酸序列，是遗传的基本单 位和突变的单位以及控制性状的功能单位。
生物化学概念：一段DNA或RNA顺序，该顺序可以产生 或影响某种表型，可以由于突变生成等位基因变异体。
遗传学概念：代表一个遗传的功能单位，同时也是一 个交换单位和突变单位。