3.DNA多态性的分子基础

法医物证学，DNA多态性的分子基础，整理了DNA分子结构与功能、人类基因组、基因突变、DNA多态性的内容，有兴趣的可以看看哟。

DNA多态性的分子基础

• DNA分子结构与功能
  • DNA的分子结构
    • 脱氧核酸由脱氧核苷酸通过3′,5′-磷酸二酯键连接成线性多聚核苷酸构成→DNA
    • 含氮碱基(AG/CT)+脱氧核糖→糖苷键→核苷+磷酸→脱氧核苷酸(dNTP，dNDP，dNMP)→3'5'磷酸二酯键→多聚核苷酸→DNA
    • 1.DNA的一级结构: 脱氧核苷酸的排列顺序→碱基序列 2.DNA的二级结构(双螺旋结构):右手螺旋反向平行；磷酸核糖构成亲水性骨架位于螺旋外侧，疏水性的互补碱基对位于螺旋内侧(氢键)；碱基堆积力+氢键→结构稳定 3. DNA的三级结构(超螺旋): 特征性形式是核小体→4种组蛋白（H2A，H2B，H3和H4）各2分子组成八聚体+140bp的DNA双链在八聚体上缠绕1.75圈+相邻核小体间有60bp组蛋白H1连接→压缩DNA分子体积(人类基因组压缩近一万倍)
      • 碱基配对: A和T之间有两个氢键，G和C间有三个氢键 生物学意义: ①半保留复制(以亲代DNA单链为模板→合成新的DNA单链) ②一级结构提供了贮存和传递遗传信息的编码，也是遗传标记的结构基础 ③提供RNA合成模板，DNA的碱基排列顺序决定了蛋白质的一级结构
  • DNA分子的理化性质
    • 高分子性质
      • ①DNA溶液有较大的黏性 ②电泳特点: 具有两性电解质的性质（带负电荷的磷酸基团，带正电荷的含氮碱基），DNA PI较低在中性碱性溶液中带负电在电厂作用下向正极移动 ③沉淀特点：带负电荷的DNA可以与金属离子结合成盐 ④吸光特点：碱基都含有共轭双键，具有强烈吸收紫外线的性质，最大紫外线吸收波长在260nm→纯度应用(若OD260/OD280大于1.8，说明仍有RNA；若小于1.8，说明样品中含有蛋白质或酚)
    • 变性和复性
      • 变性:在加热，碱性溶液，有机溶剂等条件下，DNA双链间的氢键断裂，形成两条单链的过程叫作变性
        • 不同DNA结构有不同A260吸收值→双链DNA＜单链DNA＜单核苷酸 热变性: 随温度上升→紫外线吸收↑→A260↑→增色效应 Tm(融链温度): 一半DNA分子变性时的温度；Tm值随分子中G/C含量呈线性增加(增加1%Tm提高0.4℃，天然DNA分子22%-73%Tm85℃~95℃之间)；还受到介质中离子强度的影响(离子强度越低越不稳定溶解温度越低→所以DNA制品一般保存在1mol/L NaCl中)
        • (G+C)%=(Tm-69.3)*2.44
      • 降解：在某些因素的影响下，例如紫外线、DNA酶等，可以使DNA分子中的共价键断裂，形成多个分子量更小的DNA片段，这个过程叫作DNA降解
      • 复性:当撤除变性因素后，原变性的两条互补DNA单链通过碱基配对又重新缔合成为双链结构的过程叫作复性；加热后变性的DNA在温度降低过程中的复性又称为退火
        • 影响因素: ①温度：温度高利于分子运动增加碰撞机会；温度过高过低都不利于复性，Tm值下25最适宜 ②离子强度：离子强度高利于复性过程，中和DNA所带的负电荷 ③DNA分子大小和碱基序列: 简单的复性快，复杂的复性慢 ④DNA的浓度: 浓度高比浓度低更容易复性
      • 杂交:在复性条件下，来源不同、但具有同源性的DNA单链按碱基配对原则形成双链DNA分子的过程
        • 标记有示踪物的寡核苷酸片段叫作探针+靶片段→杂交双链→显现示踪分子来定位靶DNA
• 人类基因组
  • 基因组:是细胞中所有DNA的总称；人体绝大多数细胞为二倍体(22对常染色体和2条性染色体)；人类基因组(核基因组+线粒体基因组)
  • 基因与基因有关序列(25-30%)
    • 结构基因: 编码出蛋白质或RNA产物的序列 (n-1)内含子+n外显子→不连续的镶嵌结构特征→断裂基因→基因长度取决于内含子长度 DNA→成熟mRNA仅保留外显子成为翻译模板(5'GT-3'AG是剪接加工信号)→初级mRNA剪接(得到不同的mRNA)→蛋白质(编码多种具有部分重叠序列的蛋白质)重叠基因
    • ①前导序列和尾随序列：能被转录，但不被翻译。 ②启动序列：结构基因转录起始点的上游约 1kb处，与RNA聚合酶结合并能起始转录的特殊序列→TATA框位于起始点上游25~30bp处(准确识别转录起始点，启动基因转录)；CAAT框位于起始点上游70~80bp处(激活促进转录，提高转录效率)；GC框位于CAAT框的两侧(促进转录) ③增强子: 增强转录
  • 基因外DNA与重复序列(70-80%)
    • 基因外DNA: 占基因组70%－80%的DNA，功能不清，多数以单或低拷贝数形式出现，有30%左右呈现串联重复的特点
    • 重复序列(基因组中含有一个以上序列相同的拷贝)→较少受选择压力限制→个体间具有变异性→是DNA多态性基础
      • 反向重复序列
        • 两个序列相同的拷贝在DNA链上呈反向排列的序列 ①隔着一段序列 ②无间隔→反向串联→回文式序列(5%)
      • 串联重复序列(卫星DNA)
        • 相对恒定的短序列作为重复单位，首尾相接，串联连接形成(10%) ①大卫星DNA(经典卫星DNA): Ⅰ、Ⅱ、III、Ⅳ和α、β→主要分布在着丝粒异染色质 ②小卫星DNA: 15～30bp长度重复单位，总长度100bp~20kb→主要分布在近端粒处 ③微卫星DNA: 2bp～6bp长度重复单位，总长度在300bp以下→主要分布在内含子间隔DNA中，少数在编码区
      • 散布重复序列
        • 基因组中除卫星DNA以外的重复DNA ①短散布元件: Alu(有一个限制性内切酶Alu的切点AG↓CT→从而将其切成长130和170bp的两段)；每5kbDNA就有一个Alu；Alu具有种的特异性 ②长散布元件
  • DNA的甲基化修饰→抑制表达
    • 甲基化修饰限于CG序列中的胞嘧啶；子代DNA的甲基化可与亲代的相同；CpG胞嘧啶甲基化（mCpG）约占总CpG的70％左右，甲基化程度与基因表达水平呈负相关，是基因表达的调节方式之一
    • 基因组印迹
      • 人类组织细胞属双倍体细胞，两套基因分别来自父本母本；人类基因组中一些基因只表达一种亲源的基因版本，这种现象
• 基因突变
  • ①野生型: 原来的、没有发生DNA分子结构改变的个体表型 ②突变型: 突变后的表型
  • 编码区突变
    • 点突变(一个碱基→另一个碱基取代)
      • ①转换: 嘌呤碱基/嘧啶碱基→另一种嘌呤碱基/嘧啶碱基所取代 ②颠换: 嘌呤和嘧啶碱基之间的互换
      • 同义突变/中性突变(不改变基因产物序列) 错义突变(氨基酸序列改变或功能性RNA碱基序列改变，影响或不影响功能)
      • 沉默突变(氨基酸改变但不影响蛋白质的功能)
      • 无义突变(某一个碱基改变使正常的密码子成为终止密码子（如UAG）而导致转录终止)
    • 碱基缺失插入
      • 非3的倍数移码突变，3的倍数增加或缺失氨基酸
  • 非编码区突变
• DNA多态性
  • DNA多态性: 在基因组DNA中，这种由不同碱基结构的等位基因所形成的多态性
  • DNA长度多态性
    • 片段长度差异构成的多态性→靶序列主要是指可变数目串联重复序列→小卫星DNA中称为VNTR；微卫星称为短串联重复序列(STR)
    • VNTR
      • 基因的重排→不同个体、不同等位基因的串联次数不同形成不等长度的等位基因，每个等位基因之间的长度差异刚好是重复单位的整倍数。
      • 1.共同特点 ①重复单位长度9～24bp+重复数次--数百次→基因长度范围0.1～20.0kb ②重复单位富含G/C或A/T碱基的核心序列 ③和大肠杆菌的序列类似，人类染色体着丝点及其附近是重组热点 ④高度多态性
      • 2.小卫星变异重复单位多态性/MVR→变异 部分重复单位内出现碱基的替换突变，形成重复单位变异
    • STR
      • 1.共同特点 ①2-6 bp长的“核心序列”串联重复构成 ②占5%左右，有20～50万，其中约一半具遗传多态性 ③绝大多数分布在非编码区
      • 2.形成机制 滑动链错配: 染色体DNA复制→多个碱基错配的单链环→导致碱基的插入或缺失。
        • 长度多态性形成机制: ①不等交换 ②同源重组 ③滑动错配
  • DNA序列多态性
    • 所有等位基因DNA长度相同，但它们之间的序列存在差异
    • 单核苷酸多态性(SNP):如果任何单碱基突变使特定核苷酸位置上出现两种碱基，其中最少的一种在群体中的频率不少于1％，表现为基因座上二等位基因的变化
  • 其它类型多态性
    • 插入/缺失多态性，InDel