人體的遺傳物質(zhì)存在于每一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)。遺傳物質(zhì)由盤繞的DNA(脫氧核糖核酸)組成,DNA以復(fù)雜的方式形成染色體。人類體細(xì)胞含有成對(duì)的46條染色體,包括一對(duì)性染色體。
每一個(gè)DNA分子是一根長(zhǎng)長(zhǎng)的雙螺旋鏈,就像一個(gè)螺旋形樓梯。樓梯的梯級(jí)由成對(duì)的被稱之為堿基的四種分子所構(gòu)成,決定了個(gè)體的遺傳密碼。在梯級(jí)中,腺嘌呤與胸腺嘧啶成對(duì),鳥(niǎo)嘌呤與胞嘧啶成對(duì)。遺傳密碼以三個(gè)一組的方式記錄,每個(gè)三聯(lián)體編碼一個(gè)氨基酸,氨基酸是蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成單位。
當(dāng)DNA分子的一部分活化,調(diào)控細(xì)胞的某些功能時(shí),DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)沿著其長(zhǎng)軸解裂。已解開(kāi)螺旋結(jié)構(gòu)的一條鏈?zhǔn)菬o(wú)活性的,而另一條鏈有活性,可作為模板,根據(jù)互補(bǔ)原理,復(fù)制出RNA(核糖核酸)鏈。RNA堿基排列的順序與失活的那條DNA鏈的堿基排列順序相同,只是RNA含尿嘧啶,代替了DNA中的胸腺嘧啶。這個(gè)RNA的復(fù)制鏈稱為信息RNA(mRNA),與DNA分離,離開(kāi)細(xì)胞核,進(jìn)入細(xì)胞漿。在那里與制造蛋白質(zhì)的工廠——核糖體粘附在一起。信息RNA指令核糖體按一定氨基酸順序合成特定的蛋白質(zhì)。氨基酸被一種叫做轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)運(yùn)送到核糖體,轉(zhuǎn)移RNA是相當(dāng)小的一類RNA。每一個(gè)轉(zhuǎn)移RNA分子攜帶一個(gè)氨基酸加入到正在合成的蛋白質(zhì)鏈中。
基因由合成一個(gè)蛋白質(zhì)所需要的密碼所組成;虼笮「鳟悾饕Q于蛋白質(zhì)分子的大小。基因以精確的順序排列在染色體上,一個(gè)特定基因在染色體上的位置稱基因位點(diǎn)。
兩條性染色體決定胎兒的性別。男性具有一個(gè)X染色體和一個(gè)Y染色體,女性則具有兩個(gè)X染色體,但僅有一個(gè)有活性。Y染色體上基因極少,其中有一個(gè)決定性別的基因。在男性,X染色體上所有的基因,不管是顯性或是隱性,事實(shí)上它們都表達(dá)。X染色體上的基因稱為性連鎖基因或X連鎖基因。
因?yàn)榕杂袃蓷lX染色體,因此她有兩倍于男性的X染色體基因。這似乎會(huì)引起一些基因過(guò)剩。然而,有人提出女性每個(gè)細(xì)胞中的X染色體(除卵巢中的卵細(xì)胞外)在胎兒早期就有一條已經(jīng)失活。失活的X染色體在顯微鏡下可見(jiàn)其表現(xiàn)為細(xì)胞核中的一個(gè)致密的團(tuán)塊(巴氏小體)。
X染色體失活的理論解釋了某些現(xiàn)象,例如,額外的常染色體常常引起明顯的異常,相比之下,額外的X染色體幾乎不引起發(fā)育障礙,因?yàn)闊o(wú)論一個(gè)人有幾條X染色體,都只有一條有活性,其余的X染色體均失活。具有三條X染色體的女性(X三體征),在體格和智力上常常都正常。與其相比,額外的常染色體,在胚胎發(fā)育早期可能是致死的。具有額外常染色體的新生兒(常染色體三體征),常常有許多嚴(yán)重的體格上和智力上的異常。同樣,常染色體的缺失對(duì)胎兒來(lái)說(shuō)常常也是致死的,而缺失一個(gè)X染色體,產(chǎn)生的異常 (特納綜合征)(見(jiàn)第254節(jié))相對(duì)來(lái)說(shuō)就不那么嚴(yán)重。
DNA結(jié)構(gòu)
DNA(脫氧核糖核酸)是細(xì)胞的遺傳物質(zhì),存在于細(xì)胞核中的染色質(zhì)上。染色質(zhì)是細(xì)胞核內(nèi)呈團(tuán)狀、松散盤繞的細(xì)絲狀結(jié)構(gòu),在細(xì)胞將要分裂前,染色質(zhì)緊密盤繞形成染色體。
DNA分子是一條長(zhǎng)長(zhǎng)盤旋的雙螺旋結(jié)構(gòu),與螺旋狀樓梯相似。它由糖(脫氧核糖)和磷酸分子組成兩條單鏈,由稱為堿基的四種成對(duì)的分子連接,堿基構(gòu)成樓梯的階梯。在階梯中,腺嘌呤與胸腺嘧啶配對(duì),鳥(niǎo)嘌呤與胞嘧啶配對(duì),每對(duì)堿基由氫鏈連接。基因是具特殊功能的DNA片段,由特定順序的堿基對(duì)組成。
一個(gè)或多個(gè)基因異常,特別是隱性基因,是相當(dāng)普遍的。每個(gè)人都攜帶有6~8個(gè)異常隱性基因。然而,這些基因并不引起細(xì)胞功能異常,除非有兩個(gè)相似的隱性基因存在。一般人群中,具有兩個(gè)相似隱性基因的個(gè)體機(jī)率非常小,但是在近親婚配的孩子中,這種機(jī)率較高。在近親婚配的群體中,比如基督教的阿曼門諾派,機(jī)率也較高。
基因異常舉例
基因 | 顯性 | 隱性 |
常染色體 | 馬方(Marfan)綜合征 亨廷頓(Hutington)舞蹈病 | 囊性纖維變性 鐮狀細(xì)胞貧血 |
X連鎖 | 家族性佝僂病 遺傳性腎炎 | 紅綠色盲 血友病 |
一個(gè)人的基因組成稱之為基因型。這些基因在人體存在的反映,即基因型的表達(dá)稱之為表現(xiàn)型。
所有遺傳特征(性狀)為基因所編碼。有一些特征,比如頭發(fā)顏色、人與人之間的差異等,不能算是異常,然而,由異;虮磉_(dá)產(chǎn)生的異常特性可能導(dǎo)致遺傳疾病。
單基因異常
單個(gè)基因異常的影響取決于這個(gè)基因是顯性還是隱性基因,和這個(gè)基因是否位于X染色體上(X連鎖)。因?yàn)橐粋(gè)基因指導(dǎo)一種特定蛋白質(zhì)的合成,因此異;蚓涂赡墚a(chǎn)生異常蛋白質(zhì)或?qū)е履撤N蛋白質(zhì)含量異常,進(jìn)而引起細(xì)胞功能的異常,最終導(dǎo)致機(jī)體形態(tài)或功能異常。
常染色體遺傳
位于常染色體上的異常顯性基因產(chǎn)生的性狀,可以導(dǎo)致畸形、疾病或有發(fā)展成某一疾病的傾向。
下面一些原則通常適用于顯性基因決定的性狀:
·有這種性狀的人,至少父母有一方具有同樣性狀,除非這種性狀是由新的基因突變引起。
·異常遺傳性狀常常是由新的遺傳突變所致,而不是由父母遺傳。
·當(dāng)父母一方具有異常性狀,而另一方?jīng)]有時(shí),他們的每一個(gè)孩子有50%的機(jī)率遺傳這種異常,有50%的機(jī)率沒(méi)有遺傳這種性狀。如果父母之一具有兩個(gè)這種異;(雖然很罕見(jiàn)),他們所有子女都將有異常性狀。
·不具異常性狀的個(gè)體,即使他的兄弟姊妹有異常性狀,因?yàn)樗粩y帶這種基因,他的子女也不會(huì)遺傳異常性狀。
·男性bhskgw.cn和女性受影響的可能性相同。
·常常在每一代中都出現(xiàn)異常。
下列一些原則通常適用于由隱性基因決定的性狀:
·實(shí)際上,具有這種性狀的人,其父母雙方都可能攜帶有這種隱性基因,但父母雙方均不表現(xiàn)出這種性狀。
·突變很少引起該性狀的表達(dá)。
·父母之一表現(xiàn)出性狀,另一方攜帶隱性基因,沒(méi)有表現(xiàn)性狀,他們的子女中約有一半有可能表現(xiàn)出異常性狀;而另一半將是隱性基因的攜帶者。假如另一方?jīng)]有攜帶異;颍麄兊淖优畬o(wú)一人表現(xiàn)出異常性狀,但他們所有的子女都將是攜帶者,并且可將這個(gè)異;蜻z傳給他們子女的后代。
·一個(gè)沒(méi)有異常性狀的人,如果兄弟姊妹有異常性狀,他很可能攜帶有一個(gè)這種異;颉
·男性和女性受影響的可能性相同。
·通常不是在每一代都有異常表現(xiàn),除非父母雙方均表現(xiàn)為異常。
異常隱性基因遺傳
有些疾病是由于隱性基因異常所致;歼@種疾病的個(gè)體接受了兩個(gè)異;,一個(gè)來(lái)自父親,一個(gè)來(lái)自母親。假如父母雙方都攜帶一個(gè)異;,和一個(gè)正常基因,他們不患病,但能將異;蜻z傳給孩子。每一個(gè)孩子有25%的機(jī)率遺傳到兩個(gè)異;,發(fā)展成疾病,25%的機(jī)率遺傳兩個(gè)正常基因,50%的機(jī)率遺傳一個(gè)正常基因和一個(gè)異;颍拖窀改敢粯映蔀榧膊〉臄y帶者。
引起嚴(yán)重疾病的顯性基因是罕見(jiàn)的。因?yàn)檫@類基因趨于消失,帶有引起嚴(yán)重疾病顯性基因的人常常因?yàn)榧膊√珖?yán)重而沒(méi)有生育能力。然而,有少數(shù)例外,如亨廷頓舞蹈病(見(jiàn)第67節(jié)),可引起嚴(yán)重的腦功能衰退,癥狀常開(kāi)始于35歲之后,在癥狀表現(xiàn)之前,患者可能已經(jīng)有了孩子。
隱性基因僅僅是在該個(gè)體具有兩個(gè)同樣的這種隱性基因時(shí)才有可能表達(dá)。僅有一個(gè)隱性基因的個(gè)體不表現(xiàn)出性狀,但他是這種隱性基因的攜帶者,能夠?qū)⒋嘶蜻z傳給他的孩子。
X連鎖基因
因?yàn)槟行缘腨染色體上的基因數(shù)目很少,在單個(gè)X染色體上的基因(X連鎖基因)都是不成對(duì)的。因此,無(wú)論是顯性基因或是隱性基因都能夠表達(dá)。但是,女性有兩條X染色體,適用于常染色體上基因的那些原則,同樣適用于女性X連鎖基因。除非成對(duì)的兩個(gè)基因都是隱性的,通常只有顯性基因才能表達(dá)。
假如一個(gè)異常X連鎖基因是顯性,受影響的男性會(huì)將異;蜻z傳給他所有的女兒,但不會(huì)遺傳給兒子。受影響的男性的兒子接受他的Y染色體,而Y染色體不攜帶異;。只帶有一個(gè)異常基因的女性,可以把異常基因遺傳給她的一半子女,兒子或女兒。
假如異常X連鎖基因是隱性基因,幾乎出現(xiàn)異常性狀的均為男性。異常的男性只把異;騻鹘o女兒,她們都是攜帶者。攜帶者母親并不表現(xiàn)異常,但可將異常基因遺傳給一半兒子,這些兒子常常表現(xiàn)出異常性狀。她們的女兒沒(méi)有異常性狀,但女兒中有一半是攜帶者。
紅綠色盲,由X連鎖隱性基因引起,男性發(fā)生率大約為10%,而女性則不常見(jiàn)。在男性,引起色盲的基因來(lái)自母親,母親是色盲患者或者是具有正常視力的色盲基因攜帶者。色盲基因不來(lái)自父親,因?yàn)楦赣H提供Y染色體。色盲父親的女兒極少是色盲,但常常是色盲基因的攜帶者。
等顯性遺傳
等顯性遺傳,兩個(gè)基因均表達(dá)。例如鐮狀細(xì)胞貧血;假如一個(gè)人有一個(gè)正常基因,同時(shí)又有一個(gè)異;,就可能產(chǎn)生正常和異常兩種血紅蛋白。
異常線粒體基因
每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)都有線粒體,這是一種提供細(xì)胞能源的微小結(jié)構(gòu)。每個(gè)線粒體含有一個(gè)環(huán)形染色體。有幾種罕見(jiàn)的疾病為線粒體內(nèi)染色體攜帶的異;蛩。
當(dāng)卵細(xì)胞受精時(shí),只有卵細(xì)胞的線粒體成為發(fā)育中胎兒的一部分;精子的所有線粒體均被拋棄。因此,異常線粒體基因所致的疾病是通過(guò)母親遺傳的。而具有異常線粒體基因的父親,不會(huì)遺傳這類疾病給他的孩子們。
異常X連鎖隱性基因遺傳
X連鎖基因位于X染色體上,Y染色體上沒(méi)有這種基因。由一個(gè)異常隱性X連鎖基因引起的疾病,常常只發(fā)生在男性,因?yàn)槟行灾挥幸粋(gè)X染色體,女性有兩個(gè)X染色體,通常在一個(gè)X染色體上有正;颍;蚴秋@性的,可以防止女性患病。
假如父親的X染色體上有一個(gè)異常隱性基因,他們所有的女兒都接受一個(gè)異常基因和一個(gè)正;,成為異;虻臄y帶者,但他們的兒子沒(méi)有一個(gè)接受異;。
假若母親是一個(gè)攜帶者,父親有正;,任何一個(gè)兒子有50%機(jī)率從母親那里接受一個(gè)異;,任何一個(gè)女兒有50%機(jī)率接受一個(gè)異常基因和一個(gè)正;(成為攜帶者)或接受兩個(gè)正常基因。
致癌基因
癌細(xì)胞可能含有致癌基因,致癌基因是引起癌癥的基因(也稱腫瘤基因)(見(jiàn)第162節(jié))。有時(shí)癌基因是出生前負(fù)責(zé)生長(zhǎng)發(fā)育的基因的異常翻譯,正常情況下,出生后它們就永遠(yuǎn)失活。如果這些致癌基因以后被再激活,可能導(dǎo)致癌癥發(fā)生。它們是如何被再激活的尚不知道。
檢測(cè)遺傳疾病的技術(shù)發(fā)展迅速。DNA技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展得特別快。
最近,一個(gè)稱之為人類基因組計(jì)劃的工作正在進(jìn)行,其內(nèi)容是識(shí)別和繪出人類染色體上所有的基因。基因組是一個(gè)人的全套基因。每個(gè)染色體的每個(gè)位點(diǎn)上都有一個(gè)基因。同一位點(diǎn)的功能每一個(gè)人都是同樣的,例如決定眼睛顏色的功能,然而在那個(gè)位點(diǎn)上,精確的基因卻因人而異,這樣每個(gè)人都具有個(gè)體特性。
有幾種方法可以復(fù)制足夠的基因用于研究。人類基因能夠在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)基因克隆技術(shù)復(fù)制。復(fù)制的基因常常編接進(jìn)細(xì)菌的DNA中。每一次細(xì)菌繁殖,生產(chǎn)出它全部DNA的精確復(fù)制品,包括編接進(jìn)的基因。細(xì)菌增值非常迅速,因此,能在極短時(shí)間內(nèi)獲得原來(lái)基因的億萬(wàn)復(fù)制品。
復(fù)制DNA的另一種技術(shù)是聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)。DNA的特定片段,包括特定基因,在實(shí)驗(yàn)室,能在數(shù)小時(shí)內(nèi)復(fù)制(增擴(kuò))20多萬(wàn)倍。從一個(gè)單細(xì)胞中獲得的DNA已足以開(kāi)始聚合酶鏈反應(yīng)。
基因探針用于在一個(gè)特定染色體上確定一個(gè)特殊基因的位置。當(dāng)有放射活性的原子加入已被克隆或復(fù)制的基因,此克隆或復(fù)制的基因則成為一個(gè)被標(biāo)記的探針。這個(gè)探針將找出它的DNA鏡像節(jié)段,并與之結(jié)合。放射活性探針能被精密攝影技術(shù)檢測(cè)。
應(yīng)用基因探針,能在出生前或出生后診斷許多疾病。將來(lái)人類許多主要遺傳疾病都可能用基因探針檢測(cè)。然而,并不是每一個(gè)攜帶某種致病基因的人,都要患這種疾病。
一種稱為印跡雜交的技術(shù)廣泛用于鑒定、識(shí)別DNA。從被研究的細(xì)胞中提取出DNA,用一種稱之為限制性核酸內(nèi)切酶的酶,將其切成細(xì)小的節(jié)段。通過(guò)電泳技術(shù),在凝膠中分離這些片段,將其置于濾紙上,加上標(biāo)記探針。因?yàn)樘结樦慌c它的鏡像結(jié)合,可以鑒定、識(shí)別DNA片段。