人体不同组织细胞所含有的线粒体数目及DNA拷贝数课件.ppt
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1、沙皇遗骸的辨认沙皇遗骸的辨认 19171917年,十月革命后,年,十月革命后,尼古拉二世被流放到西尼古拉二世被流放到西伯利亚的叶卡捷琳堡。伯利亚的叶卡捷琳堡。 19181918年年7 7月月1717日清晨全日清晨全家被枪杀(至少家被枪杀(至少9 9人)。人)。 8080年代后,俄罗斯总统年代后,俄罗斯总统叶利钦亲自参加了在圣叶利钦亲自参加了在圣彼得堡举行的安葬仪式。彼得堡举行的安葬仪式。 第七章第七章 线粒体线粒体DNADNA多态性多态性mitochondrial DNA of polymorphismsmitochondrial DNA of polymorphisms第一节第一节 概述概述
2、第二节第二节mtDNAmtDNA多态性多态性第三节第三节mtDNAmtDNA分型命名分型命名第四节第四节mtDNAmtDNA分型技术分型技术第五节第五节mtDNAmtDNA分型的特殊问题分型的特殊问题教学内容和要求教学内容和要求 掌握:掌握:mtDNAmtDNA多态性、多态性、 mtDNA mtDNA分型技术分型技术 了解:了解:mtDNAmtDNA分型命名分型命名 mtDNA mtDNA分型的特殊问题分型的特殊问题第一节第一节 概述概述(summary)(summary)1.1.线粒体(线粒体(mitochondrionmitochondrion): :细胞器,氧化磷酸化和提供能量的场所。细
3、胞器,氧化磷酸化和提供能量的场所。2.2.线粒体线粒体DNADNA(mitochondrial DNA,mtDNAmitochondrial DNA,mtDNA): :细胞核外细胞核外DNADNA,编码蛋白质和,编码蛋白质和RNARNA的基因,的基因,人体不同组织细胞所含有的线粒体数目及人体不同组织细胞所含有的线粒体数目及DNADNA拷贝数不同,在数百至数万之间变化。拷贝数不同,在数百至数万之间变化。生物的遗传生物的遗传DNADNA分布分布主要在核染色体上主要在核染色体上细胞质内细胞质内细胞核遗传细胞核遗传细胞质遗传细胞质遗传(核染色体是(核染色体是DNADNA的主要的主要 载体)载体)97.
4、5%97.5%2.5%第一节第一节 概述概述线粒体电镜照片线粒体电镜照片线粒体线粒体“能量工厂能量工厂”线粒体是核外唯一线粒体是核外唯一含有遗传效应物质含有遗传效应物质的细胞器。的细胞器。 线粒体是真核细胞内的重要细胞器,它是细胞的能量工厂,细胞产生线粒体是真核细胞内的重要细胞器,它是细胞的能量工厂,细胞产生能量的能量的95%95%来自线粒体中进行的氧化磷酸化。来自线粒体中进行的氧化磷酸化。除了红细胞外,除了红细胞外,人类所有体细人类所有体细胞都含有线粒体,其中多数细胞含有数以万计的线粒体。胞都含有线粒体,其中多数细胞含有数以万计的线粒体。1.1.双链双链1656916569bpbp,其中一,
5、其中一条为重连,一条为轻连。条为重连,一条为轻连。基因编码物各不相同。基因编码物各不相同。2.2.基因中不含非编码序列。基因中不含非编码序列。3.3.几乎不含终止密码。几乎不含终止密码。4.4.转录与翻译均在线粒体转录与翻译均在线粒体中进行。中进行。6.DNA6.DNA不与组蛋白结合。不与组蛋白结合。7.7.部分密码子不同于核基部分密码子不同于核基因组密码子。因组密码子。线粒体结构特征线粒体结构特征1.mtDNA1.mtDNA的功能特点的功能特点(The functional characteristics of mtDNA)(1 1)碱基碱基结构紧凑、简洁:以最少碱基数编码尽量多的蛋白质和结
6、构紧凑、简洁:以最少碱基数编码尽量多的蛋白质和RNARNA;基;基 因间无间隔序列,基因内无内含子、前导序列、带帽序列和终止信因间无间隔序列,基因内无内含子、前导序列、带帽序列和终止信 号;号; 相邻基因甚至有碱基的重叠。相邻基因甚至有碱基的重叠。 (2 2)不存在同源基因间的重组与交换。)不存在同源基因间的重组与交换。(3 3)母系遗传,)母系遗传,mtDNAmtDNA所有序列变异呈单倍型特性。所有序列变异呈单倍型特性。 精细胞精细胞卵细胞卵细胞 遗传密码与一般的通用密码不同遗传密码与一般的通用密码不同密码子密码子 核核DNA mtDNA UGA 终止终止 色氨酸色氨酸 AGA, AGG 精
7、氨酸精氨酸 终止终止 AAA 赖氨酸赖氨酸 天冬酰胺天冬酰胺 AUA 异亮氨酸异亮氨酸 蛋氨酸蛋氨酸 甲硫酰胺甲硫酰胺 AUG AUA起始甲硫酰胺起始甲硫酰胺 AUG AUG AUA AUUAUC2.mtDNA2.mtDNA功能:功能:(1 1)储存信息)储存信息-编码参与氧化磷酸化的蛋白质和编码参与氧化磷酸化的蛋白质和RNARNA的的 H H 链:链:2 2个个rRNArRNA,1414个个tRNAtRNA,1212个蛋白质个蛋白质 L L 链:链:8 8个个rRNArRNA,1 1个蛋白质个蛋白质(2 2)自身复制)自身复制-单向复制单向复制: :置换环复制或置换环复制或D-D-环环(D-
8、loop)(D-loop)复制复制 特点:特点:不对称的复制不对称的复制 H H链和链和L L链各有一个复制起点,先复制链各有一个复制起点,先复制H H链,链, H H链复制到达链复制到达L L链起始点后,链起始点后,L L链开始复制链开始复制 D- D-环:环:新合成第三条新合成第三条H H链姊妹链链姊妹链 ,序列与,序列与L L链互补链互补 H H链复制起点附近(链复制起点附近( 520-700 520-700 ),高变异。),高变异。(3 3)转录功能)转录功能-两条链同时转录合成两条链同时转录合成RNA-RNA-对称转录对称转录 mtDNAmtDNA与核常染色体与核常染色体DNADNA
9、的比较的比较mtDNAmtDNA核常染色体核常染色体DNADNA结构结构闭合、环状子,无组蛋白闭合、环状子,无组蛋白线状,形成核小体线状,形成核小体大小大小大小为大小为16,569bp16,569bp约约3030亿亿bpbp数目数目5050几千个拷贝几千个拷贝 / /细胞细胞1 1个拷贝个拷贝 / /细胞细胞编码编码约有约有1,100bp1,100bp非编码区非编码区基因组大部分为非编码区基因组大部分为非编码区遗传方式遗传方式母系遗传母系遗传孟德尔方式遗传孟德尔方式遗传重组重组不发生重组,单倍型遗传不发生重组,单倍型遗传发生重组发生重组突变率突变率高高低低全序列获得全序列获得19811981年
10、年, Aderson, Aderson序列(剑桥序列)序列(剑桥序列) 20012001年草图年草图mtDNAmtDNA自主复制,不依赖核染色体而将复制后的自主复制,不依赖核染色体而将复制后的DNADNA分配到子细胞中去。分配到子细胞中去。5.半自主的细胞器半自主的细胞器自身含有遗传表达系统(自主性),但编码的遗传信息十分有限,其自身含有遗传表达系统(自主性),但编码的遗传信息十分有限,其RNARNA的转录、蛋白质翻译等功能发挥必需依赖核的转录、蛋白质翻译等功能发挥必需依赖核DNADNA编码的遗传信息。编码的遗传信息。第二节第二节 mtDNAmtDNA多态性多态性 主要集中在主要集中在mtDN
11、AmtDNA的非编码区(的非编码区(D D环)和环)和部分编码区。其中部分编码区。其中D D环含有两个高变区环含有两个高变区(high variable regions,HVRhigh variable regions,HVR)I I和和II,II,无无修复系统,不受选择的影响,积累了较多修复系统,不受选择的影响,积累了较多的变异,多态性很好,适用于法医学研究。的变异,多态性很好,适用于法医学研究。 mtDNA突变率比较高突变率比较高 高高 变变 区区 HVR-I 29 HVR-I 29 408408号碱基号碱基 HVR-II 15996 HVR-II 15996 1640116401号碱基号
12、碱基 HVR-III 438 HVR-III 438 574574号碱基号碱基 主要原因主要原因 A : mtDNAA : mtDNA没有组蛋白的保护没有组蛋白的保护 B : DNA B : DNA聚合酶缺乏聚合酶缺乏3 3-5-5外切酶校正功能外切酶校正功能 C : C : 缺乏缺乏DNADNA损伤的修复体系损伤的修复体系 D : mtDNA D : mtDNA极少或不受来自选择压力的影响极少或不受来自选择压力的影响 突变类型突变类型 碱基的错配碱基的错配-序列多态性序列多态性 主要为转换(主要为转换(90%90%):嘧啶转换):嘧啶转换 HV-I 80%HV-I 80% HV-II 20%
13、 HV-II 20% 少数是顛换(少数是顛换(10%10%):): CA CA 或或 AC AC 插入或缺失插入或缺失-长度多态性长度多态性 poly polyC C:nt16184-nt16193 ( HV-I )nt16184-nt16193 ( HV-I ) CA CA 重复:重复:nt514-nt523 ( HV-III ) nt514-nt523 ( HV-III ) 多态性的类型的类型(The polymorphism of mtDNA type)1.1.点突变的多态性点突变的多态性DNADNA链中发生单个碱基的突变,且突变导致一个原有链中发生单个碱基的突变,且突变导致一个原有酶切
14、位点的丢失或形成一个新的酶切位点。酶切位点的丢失或形成一个新的酶切位点。2.2.序列多态性序列多态性DNADNA排列顺序发生改变:缺失、重复、插入所致。排列顺序发生改变:缺失、重复、插入所致。高变区(高变区(highly variable region highly variable region )内串联重复顺序的)内串联重复顺序的拷贝数不同所产生的,其突出特征是限制性内切酶识别位拷贝数不同所产生的,其突出特征是限制性内切酶识别位点本身的碱基没有发生改变,改变的只是它在基因组中的点本身的碱基没有发生改变,改变的只是它在基因组中的相对位置。相对位置。 1.1.序列多态性(序列多态性(Seque
15、nce polymorphismSequence polymorphism) 主要集中在主要集中在D-loopD-loop区。区。HV1HV1:nt16024nt16024nt16365nt16365,342bp342bp。 HV2HV2:nt73nt73nt340nt340,268bp268bpHV3HV3:nt438nt438nt574nt574,137bp137bp2.2.长度多态性(长度多态性(Length polymorphismLength polymorphism) nt514-nt523nt514-nt523:CACA重复重复 C-stretch: polyCC-stretch
16、: polyCControl region (D-loop)1/16,569cyt bND5ND6ND4ND4LND3COIIIATP6ATP8COII12S rRNA16S rRNAND1ND2COIOH9-bp deletionOLFVL1IQMWANCYS1DKGRHS2L2EPTHV1HV216024163657334016024576“16,569” bp122 tRNAs2 rRNAs13 genesHeavy (H) strandLight (L) strandCoding Region1.1.概念概念一个种族不同个体的基因组或共同序列之间,存在单个核苷一个种族不同个体的基因组或
17、共同序列之间,存在单个核苷酸的差异。酸的差异。2.2.序列多态性(序列多态性(Sequence polymorphismSequence polymorphism) 主要集中在主要集中在D-loopD-loop区。区。HV1HV1:nt16024nt16024nt16365nt16365,342bp342bp。 HV2HV2:nt73nt73nt340nt340,268bp268bpHV3HV3:nt438nt438nt574nt574,137bp137bp三三.mtDNA.mtDNA串联重复序列多态性串联重复序列多态性( mtDNA short tandem repeats,STR)( mt
18、DNA short tandem repeats,STR)集中在集中在D-loopD-loop区区, ,核心序列一般在核心序列一般在10bp10bp以下,常见的是以下,常见的是CACA重重复(复(nt514-nt523nt514-nt523)和)和 polyC polyC (nt568-nt573nt568-nt573和和nt303-nt309nt303-nt309). .三三.mtDNA.mtDNA串联重复序列多态性串联重复序列多态性( mtDNA short tandem repeats,STR)( mtDNA short tandem repeats,STR) 由于有多态性重复序列的存在
19、,实际人类由于有多态性重复序列的存在,实际人类mtDNAmtDNA的长度不总是的长度不总是16569bp,16569bp,可能会有可能会有10bp10bp左左右的增减。右的增减。四四.mtDNA.mtDNA单倍群单倍群(mtDNA haplogroupmtDNA haplogroup) 线粒体单倍群或单倍型类群是一组类似的单倍型线粒体单倍群或单倍型类群是一组类似的单倍型(haplotypehaplotype),它们有一个共同的单核苷酸多态性祖先。),它们有一个共同的单核苷酸多态性祖先。单倍群由相似的单倍型组成,可以从单倍型来预测单倍群。单倍群由相似的单倍型组成,可以从单倍型来预测单倍群。而单核
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