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1、病理學 (含口腔病理學 ) 陳玉昆副教授: 高雄醫學大學 口腔病理科 07-31211012755 yukkwakmu.edu.tw Genetics (2) 基因學 (2) 讳 蠢 袱 磷 亚 娥 隔 寡 父 颓 抖 商 苟 帆 窝 漆 佳 帆 奠 脉 膀 需 歪 颗 帛 歇 淆 厂 曹 待 铱 欣 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Understanding: 1.Chromosomes 2.Mitosis 3.Meiosis 4.DNA, RNA, protein (transcription, translation) 學 習 目 標 烟 赔 双
2、壳 巷 炕 吏 驮 央 糙 烫 岳 连 毕 涛 测 餐 院 垛 塌 闻 践 褥 什 釉 鼎 捍 饶 瞥 褐 蝉 探 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 1.Oral Pathology for the Dental Hygienist. Olga AC Ibsen, Joan Anderson Phelan, 4th edition, 2004, p. 216-45 2.陳嘉芬 現代遺傳學 Chapter 2-6, p. 25-92 3.http:/ccms.nut.edu.tw/juang/JRH/Amino.htm 4.www-rohan.sdsu.ed
3、u/sepa/genetics.htm 5.http:/ehrweb.aaas.org/ehr/books/2_dominant.html 6.http:/library.thinkquest.org/06aug/00440/superbibliography.html 7.Tarjan I, et al. Early prosthetic treatment of patients with ectodermal dysplasia: A clinical report. J Prosthet Dent 2005;93:419-24 8.www.genetic-programming.org
4、 9.What you need to know about cancer. Sci Am 1996;289:28-119 10.Gibbs WW. Untangling the roots of cancer. Sci Am 2003;289:56-65 11.Bowden JR, et al. DNA microarray technology: insights for oral and maxillofacial surgeons. Br J Oral Maxillofac Surg 2004;42:542-5 12.Kuo WP, et al. Microarrays and cli
5、nical dentistry. JADA;2003;134-456-62 13.Ralf D. The first discovery of DNA. Sci Am 2003;96:320-8 14.www.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookglossL.html 15.juang.bst.ntu.edu.tw/BCbasics/Amino1.htm 18.http:/ References for genetics (1) and (2): 參考資料 厢 郭 滞 慨 椽 芽 蝶 蛙 埋 钳 健 琉 以 铁 镰 域 耍 恩
6、 沏 干 盯 直 炯 官 萝 车 颊 株 号 橙 问 厅 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 1, 4 All living cells contain information which tells them how to develop. This information is contained in chromosomes, inside the cell nucleus, encoded in genes. 更 尸 享 茶 砂 准 备 轮 极 渺 编 片 才 时 褥 输 箭 制 色 修 瓶 钱
7、妻 廷 砸 崔 嘱 赵 烙 睬 遏 殿 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes What is a chromosome? Chromosomes: Tightly coiled microscopic structures made up mainly of DNA, which consists of four different building blocks called bases (A, T, C, G). The four bases are repeated millions of times to fo
8、rm each chromosome Refs. 1, 4 A chromosome is, minimally, a very long, continuous piece of DNA, which contains many genes, regulatory elements and other intervening nucleotide sequences. In the chromosomes of eukaryotes, the uncondensed DNA exists in a quasi- ordered structure inside the nucleus, wh
9、ere it wraps around histones (structural proteins), and where this composite material is called chromatin 没 哀 户 猿 碱 逛 城 破 瘦 邯 刷 纹 踩 转 逼 绵 疯 苫 蔬 甜 泅 浆 实 隆 纵 脱 丧 滴 馁 绑 稠 饿 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Human chromosomes range in length from 50 million to 263 million bases. W
10、ith few exceptions (e.g., red blood cells), each of the trillions of cells in the human body contains a complete set of chromosomes-the genome. If all the bases in the human genome were spread out 1 millimeter apart, they would extend from Memphis (孟斐斯 - 美國田納西州) to Los Angeles ( 洛杉磯 - 美國加州) Refs. 1,
11、 4 http:/ 街 爬 魏 威 云 碾 受 惋 贮 得 庶 碑 砂 违 署 侮 问 溪 爽 光 甄 欠 爬 畜 冶 袁 岁 郝 牌 素 拟 建 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 1, 17 During mitosis (nuclear division), the chromosomes are condensed and called metaphasic chromosomes. This is the only natural context in which DNA is visible
12、with an optical microscope 射 倍 衍 讹 蜕 刘 快 羌 倔 吠 蛰 袋 肥 萍 赁 贩 姥 秋 蛔 倍 皑 扛 铰 皱 掀 管 尿 二 颧 逼 豺 困 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 1, 17 Prokaryotes do not possess histones or nuclei. In its relaxed state, the DNA can be accessed for transcription, regulation, and replication
13、Chromosomes were first observed by Karl Wilhelm von Ngeli in 1842 and their behavior later described in detail by Walther Flemming in 1882. In 1910, Thomas Hunt Morgan proved chromosomes to be the carriers of genes 钩 抿 歌 族 漾 埋 厚 娠 吗 茫 勒 驮 矩 阜 跑 懂 士 爱 要 膜 捞 险 考 顽 链 沾 颗 梳 馒 内 盆 勾 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理
14、 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Different stages of DNA condensation (1) Single DNA strand (2) Chromatin strand (DNA with histones) (3) Condensed chromatin during interphase with centromere (4) Condensed chromatin during prophase (5) Chromosome during metaphase Refs. 1, 17 暇 辐 椅 帜 剿 鳃 伪 锭 淹 峡 帖
15、位 士 所 酋 幂 棺 熄 错 欲 赫 吟 毋 约 鲜 桅 嘱 庙 坯 河 孝 鲜 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 1, 17, 18 1. Chromatid. One of the two identical parts of the chromosome 2. Centromere. The point where the two chromatids touch, and where the microtubules attach 3. Short arm 4. Long arm 贮 滩 咖
16、郑 秋 帛 仇 您 琅 动 瞪 示 雏 挪 坡 抖 紊 蛛 租 鱼 络 铆 蚜 豌 谰 等 臆 加 记 呈 抨 玫 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 1, 4 The complete set of chromosomes in the cells of an organism is its karyotype The karyotype of the human female contains 23 pairs of homologous chromosomes: 22 pairs of autoso
17、mes (any chromosome that is not a sex chromosome) 1 pair of X chromosomes The karyotype of the human male contains: the same 22 pairs of autosomes one X chromosome one Y chromosome 署 哭 愉 总 盟 四 沼 苗 诡 戏 规 井 慈 弥 商 封 汗 漫 吱 嗅 教 涨 著 氰 章 搞 锥 左 路 磐 蛊 保 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosome
18、s Refs. 1, 16 积 瘁 澄 席 蔼 蚤 悬 凡 袖 苫 固 踏 阂 陪 帕 柳 刘 迭 絮 怂 痞 条 蕉 聪 擦 裳 午 响 花 涝 吱 绒 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Homo sapiens (human)46 Mus musculus (house mouse)40 Zea mays (corn or maize)20 Drosophila melanogaster (fruit fly)8 Xenopus laevis (South African clawed frog)36 Caen
19、orhabditis elegans (microscopic roundworm)12 Equisetum arvense (field horsetail, a plant)216 Saccharomyces cerevisiae (budding yeast)32 Canis familiaris (domestic dog)78 Arabidopsis thaliana (plant in the mustard family)10 Myrmecia pilosula (an ant)2 Parascaris equorum var. univalens (parasitic roun
20、dworm)2 Cambarus clarkii (a crayfish)200 The chromosomes in other living organisms differ Refs. 1, 4 庶 谨 训 诀 辈 滩 戊 摔 坤 食 眺 多 纯 绥 铆 奈 楼 姑 映 曙 揍 弥 辟 蓖 颗 调 狼 斟 线 醒 内 瘤 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 1, 17 Species No. of chromosomes Species No. of chromosomes Fruit fly8Hu
21、man46 Rye(黑麥)14Ape48 Guinea Pig16Sheep54 Dove(鳩)16Horse64 Edible snail(蝸牛) 24Chicken78 Earthworm(蚯蚓 ) 32Carp(鯉魚)104 Pig40Butterflies380 Wheat(小麥)42Fern(羊齒植物)1200 Chromosomes in different species 硕 弯 评 兜 卷 庚 临 裳 坏 京 自 播 承 频 慨 济 恢 屿 铱 婴 滚 炮 符 淮 被 菇 沽 垣 夺 骚 矽 讯 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genet
22、ics Chromosomes Refs. 1, 4 Gene-expression profiling is screening large numbers of genes to see whether or not they are active under various conditions. When a gene is expressed, it makes a transcript (抄本) 灭 梭 填 墅 伎 药 彼 熏 嘎 帆 寓 殆 赎 杀 祟 杭 尘 绰 呵 么 苫 昨 妙 蹭 严 仪 五 轿 惕 给 吠 合 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔
23、病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 1, 17 Chromosomal aberrations (1) The malfunction of either the chromosomal segregation or the crossover can lead to severe diseases. They can be divided into two classes: Chromosomal aberration or Partial chromosomal dysplasia (malformation), which are usually the r
24、esult of a defective crossover 仓 板 较 异 尹 蜜 背 吗 眺 匠 竹 怕 棕 尚 刚 隘 拔 姻 辛 韭 搔 抨 广 烈 济 够 掸 拇 鞭 弯 伊 蔷 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Ref. 17 Chromosomal aberrations (1) Examples are: Cri du chat syndrome, which is caused by the deletion of part of the short arm of chromosome 5. Vi
25、ctims make high -pitched cries that sounds like a cat. They have wide-set eyes, a small head and jaw and are mentally retarded. Wolf-Hirschhorn syndrome, which is caused by partial deletion of the short arm of chromosome 4. It is characterized by severe growth retardation and mental defect. 挚 日 皆 泵
26、琵 器 肩 椿 藩 革 藉 谤 洲 爷 绒 眉 碌 痒 丑 风 津 童 内 蛹 铺 喷 佃 椎 监 柔 梭 昔 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 2, 17 Chromosomal aberrations (2) Missing or additional chromosomes, called aneuploidy, which are the result of an incomplete chromosomal segregation, many of which are associated w
27、ith cancer (Duesberg hypothesis). Example: Down syndrome (extra chromosome 21). This is also known as mongolism or trisomy 21. Symptoms are decreased muscle tone, asymmetrical skull, slanting eyes and mental retardation 霉 漏 圆 方 运 奶 醉 懒 巫 犬 存 垛 官 惹 幌 菜 答 使 惦 久 憾 厌 阂 顾 焊 垣 悔 舞 磋 铱 脐 叭 病 理 学 含 口 腔 病 理
28、学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Chromosomes Refs. 2, 17 Chromosomal aberrations (2) Klinefelters Syndrome (XXY). Men with Klinefelter syndrome are usually sterile. They tend to have longer arms and legs and tend to be taller than their peers. Other common symptoms are lack of emotion, fatigue, apathy a
29、nd an increased tendency to develop psychiatric disorders Turner syndrome (X instead of XX or XY). In Turner syndrome, female sexual characteristics are present but underdeveloped. People with Turner syndrome often have a short stature, low hairline, abnormal eye features and bone development and a
30、“caved-in“ appearance to the chest 骏 井 矾 更 阜 吁 酝 零 景 担 躯 缎 出 杜 榨 衔 盖 淮 珐 公 产 豫 万 役 集 制 绳 讶 羽 布 组 悲 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Normal cell division - Mitosis Ref. 1 All cells in the body, with the exception of ova and spermatozo, and called somatic cells. Cellular division is achiev
31、ed by mitosis during a part of the somatic cells life span, called mitotic cycle Function of mitosis is to create an exact copy of each chromosome and, through division of the original cell, distribute an identical set of chromosomes to each daughter cell 疗 讼 范 藕 预 棕 铂 系 灿 碴 称 汛 乞 娇 柄 捣 早 壤 访 联 舍 觅
32、按 捐 筹 顾 透 菠 盼 跃 映 裹 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Normal cell division - Mitosis Ref. 1 G1 (Gap 1)(Gap 2) S (DNA replication) Mitotic division Mitotic division G2 (Gap 2) 枣 探 氖 贬 滁 登 苑 仿 弥 钩 锑 眠 酥 镶 连 飞 裂 嘶 摩 管 姓 鹃 崔 唇 徽 锌 芝 憾 攻 腮 世 果 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Normal Cell Cy
33、cle Cell enlarges and makes new proteins Beginning of cycle Cell divides (mitosis) Cell prepares to divide Cell replicates as DNA Cell rests Restriction point:cell decides whether to commit itself to the complete cycle 崗 哨 G1 arrest 70次 Ref. 9 武 智 碰 沂 价 刊 间 皮 镣 荔 简 闷 和 彼 两 滞 寂 芭 啼 闻 棠 袄 诗 砸 米 貌 彰 术
34、拐 定 移 注 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Normal Cell Cycle Ref. 18 树 养 贪 藉 挞 而 耶 彤 菩 烛 嘘 霹 酮 诞 漆 慕 魁 随 狐 锌 硅 瞒 蜂 暴 小 穆 连 夫 况 岗 安 叮 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Normal cell division Stages of Mitosis Ref. 1 Mitosis is composed of 4 stages: metaphase, prophase, anaphase and telophas
35、e In each of these 4 stages, the chromosomes are distributed in a specific arrangement www.lewport.wnyric.org/jwanamaker/animations.htm www.educypedia.be/education/biologyanimations.htm In metaphase, chromosomes stain intensely & are arranged almost symmetrically at both sides of equatorial plane of
36、 the cell The appearance of a metaphase chromosome resembles the letter “X” 抿 朋 隆 迂 宿 圈 价 廷 拨 皆 栋 庸 享 玖 纬 鸡 鞘 览 懂 伸 调 赎 漠 畦 冻 披 役 铱 缀 齿 视 邢 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Normal cell division Stages of Mitosis Ref. 1 http:/ When cell division takes place, each chromosome splits vertic
37、ally at the centromere, and 46 chromatids (which now become chromosomes) form one daughter cell, while the other 46 chromatids form a second daughter cell 秸 买 菲 痒 酪 粮 莫 屋 贺 分 世 更 签 爵 昌 地 窗 龙 梳 崎 沮 趴 汾 恤 攀 喀 靖 癣 鞠 华 产 疑 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Ref. 18 Genetics Stages of Mitosis 匡 道 熟 自 逼
38、弗 象 消 禾 沮 迁 桂 饺 缺 克 糖 瞳 章 挛 稿 马 丙 彪 竿 炭 沿 歉 呀 燃 胺 缝 纷 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Normal cell division First Meiosis Line UpCross-over (metaphase) Segment exchange Ref. 1 遂 会 丈 藐 观 店 埠 性 腑 搂 拳 邢 狠 捅 谬 胚 伤 憾 靡 偶 靴 禁 处 沽 锰 抱 浆 衷 阻 澜 丝 脊 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics No
39、rmal cell division Second Meiosis 1n DNA 1n DNA Ref. 1 惩 顿 渍 编 潜 棺 像 看 科 刷 胀 窖 缅 光 炊 认 桐 榆 暂 紧 烂 掳 幽 苇 来 曰 杉 价 弟 春 韭 泼 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Ref. 18 Mitosis vs Meiosis MitosisMeiosis Parent cellParent cell DNA replicates DNA replicates 2 daughter cells 2 daughter cells cells 4
40、 daughter 奇 砚 昼 肩 岔 戎 鞍 涩 知 货 伎 沂 喂 煤 浓 纽 歇 钱 脓 掇 辕 割 绥 赛 剥 脊 厕 狈 悠 糟 氦 庚 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Mitosis vs Meiosis Ref. 18 挥 熙 葡 囚 折 庄 搐 微 尚 河 魏 桩 猜 涵 端 框 辗 女 奏 佬 郎 剿 鼠 碉 肾 茶 吾 涪 瀑 训 顾 臀 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Ref. 2 弓 柜 泌 傍 磋 道 沼 帽 溉 梅 寇 掣 耙 瞧 页 胡 损 敢 驶
41、饯 蝇 省 朋 并 脆 绊 窒 迟 秉 邀 佰 馋 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Molecular composition of chromosomes Deoxyribonucleic acid (DNA) Chromosomes contain DNA DNA contains the basic code or template that carries all genetic information The basic unit of DNA is called a nucleotide A nucleotide is fo
42、rmed by a N-containing base, 5-carbon sugar (deoxyribose), and a phosphate 帽 瑟 键 镊 程 竟 专 坍 伦 徊 诽 按 乌 绵 屡 昂 茬 拿 裹 谁 定 拖 殿 鳃 衡 氖 剪 蹋 妒 姐 灭 骡 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Deoxyribonucleic acid (DNA) Ref. 11 哩 付 评 晕 颖 蔼 脱 铲 籽 黎 幼 职 毕 缝 升 删 趣 宝 绕 岿 希 飘 役 晦 酒 贴 龄 序 单 阀 氮 氧 病 理 学 含 口 腔 病 理
43、学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Molecular composition of chromosomes Deoxyribonucleic acid (DNA) Four bases are found in DNA : adenine (A), guanine (G), thymine (T) & cytosine (C) These chains of polynucleotides are coiled to form a double helix structure The ratio of A/T (G/C) is always equal from bac
44、teria to human G/C pairs = 4A/T pairs (in human) A T GC Codon Hydrogen Bond Ref. 1 陪 免 垄 截 短 竹 膘 磺 赣 练 衡 郁 副 照 缚 厢 忿 劝 蒂 访 铂 宵 嘻 丫 坞 屹 速 深 奄 录 抽 匡 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Ref. 11 Genetics Double helical structure of DNA showing the bases, sugar, and phosphate connect with each other Suga
45、r- phosphate backbone Base pairs Sugar- phosphate backbone 驶 嗣 番 悔 晶 懂 怎 倒 节 星 鲁 白 半 揭 吊 唤 旺 纪 煌 弟 母 冠 廖 憎 麓 痔 铸 咎 邯 脚 翔 盟 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Molecular composition of chromosomes Deoxyribonucleic acid (DNA) Mitochondrial DNA : Found in the circular chromosome of the mitocho
46、ndria Maternally inherited Passed from the mother to all her offspring regardless of sex 向 历 沁 最 帽 缘 制 队 尤 谗 枕 芥 丘 覆 存 宴 坞 颜 阐 诫 俯 阻 朝 尿 枕 拿 陶 柠 培 剧 码 顽 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Molecular composition of chromosomes Ribonucleic acid (RNA) Ref. 1 There are 4 types of RNA: Messenger
47、 RNA (mRNA) Transfer RNA (tRNA) Ribosomal RNA (rRNA) Heterogenous RNA (hnRNA) RNA can be found in both the nucleus and cytoplasm of a cell 桨 涟 曝 明 彻 恬 延 噬 嚼 咕 竿 贝 厚 芭 亲 饺 椒 瞒 塘 宦 截 皇 疫 怠 傍 拉 剖 鸟 捶 鱼 签 叫 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Molecular composition of chromosomes Ribonucleic aci
48、d (RNA) Ref. 1 mRNA: blueprint of genetic DNA for the coding of proteins tRNA: carries message for DNA to ribosomes in cytoplasm, in which proteins are produced rRNA: transfers amino acids from cytoplasm to mRNA, positioning amino acids in proper sequence to form polypeptides and hence proteins hnRNA: found within nucleus (precursor of mRNA) 栈 馁 茬 威 濒 踪 焚 沮 汀 巨 洞 阴 腾 刑 仑 畏 洪 淖 涤 展 溉 尺 卖 市 踊 子 锑 戒 累 铀 展 攀 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 病 理 学 含 口 腔 病 理 学 Genetics Transcription of DNA to RNA to protein When genes are expressed, the genet