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1、染色體與DNA 最新第二章第二章 染色體與染色體與DNADNA染色體與DNA 最新內容提要 染色體 DNA的結構 DNA的復制 DNA的修復 DNA的轉座染色體與DNA 最新一、染色體（Chromosome)內容提要：細胞周期染色體與染色質染色體的結構和組成（原核生物、真核生物）核小體原核生物和真核生物基因組結構特點比較 染色體與DNA 最新（一）細胞周期染色體與DNA 最新（二）染色體與染色質染色體染色體（chromosome）是細胞在有絲分裂時遺傳是細胞在有絲分裂時遺傳物質存在的特定形式，是間期細胞染色質結構緊物質存在的特定形式，是間期細胞染色質結構緊密包裝的結果。密包裝的結果。真核生物的

2、染色體在細胞生活周期的大部分時間真核生物的染色體在細胞生活周期的大部分時間里都是以染色質里都是以染色質(chromatin)的形式存在的。的形式存在的。染色質染色質是一種纖維狀結構，叫做染色質絲，它是是一種纖維狀結構，叫做染色質絲，它是由最基本的單位由最基本的單位核小體核小體(nucleosome)成串排列而成串排列而成的。成的。染色體與DNA 最新（三）染色體的結構和組成原核生物(prokaryote)染色體與DNA 最新組蛋白組蛋白：H1 H2A H2B H3 H4非組蛋白非組蛋白核小體核小體DNA蛋白質蛋白質染色體染色體真核生物染色體的組成染色體與DNA 最新1)1)組蛋白的一般特性：進

3、化上的保守性 保守程度：H1 H2A、H2B H3、H4無組織特異性 到目前為止，僅發(fā)現(xiàn)鳥類、魚類及兩棲類紅細胞染色體不含H1而帶有H5，精細胞染色體的組蛋白是魚精蛋白;1、組蛋白染色體與DNA 最新肽鏈氨基酸分布的不對稱性 堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上;H5組蛋白的特殊性：富含賴氨酸（24%）富含賴氨酸的組蛋白H5組蛋白的可修飾性染色體與DNA 最新 在細胞周期特定時間可發(fā)生甲基化、乙?；?、磷在細胞周期特定時間可發(fā)生甲基化、乙?；?、磷酸化和酸化和ADPADP核糖基化等。核糖基化等。H3H3、H4H4修飾作用較普遍，修飾作用較普遍，H2BH2B有乙?；饔谩⒂幸阴；饔?、H1H1有磷酸化

4、作用。有磷酸化作用。所有這些修飾作用都有一個共同的特點，即降低組蛋白所有這些修飾作用都有一個共同的特點，即降低組蛋白所攜帶的正電荷。這些組蛋白修飾的所攜帶的正電荷。這些組蛋白修飾的意義意義：一是改變染：一是改變染色體的結構，直接影響轉錄活性；二是核小體表面發(fā)生色體的結構，直接影響轉錄活性；二是核小體表面發(fā)生改變，使其他調控蛋白易于和染色質相互接觸，從而間改變，使其他調控蛋白易于和染色質相互接觸，從而間接影響轉錄活性。接影響轉錄活性。組蛋白的可修飾性染色體與DNA 最新2）非組蛋白主要種類）非組蛋白主要種類n非組蛋白占組蛋白總量的非組蛋白占組蛋白總量的606070%70%，主要包括酶類及與細胞分

5、，主要包括酶類及與細胞分裂相關的各種蛋白質：裂相關的各種蛋白質：n非組蛋白的多樣性非組蛋白的多樣性:非組蛋白的量大約是組蛋白的非組蛋白的量大約是組蛋白的60%60%70%70%，但它的種類卻很多，約在但它的種類卻很多，約在20-10020-100種之間，其中常見的有種之間，其中常見的有15-2015-20種。種。非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。n（1 1）HMGHMG蛋白蛋白:富含賴富含賴AAAA、精、精AAAA、谷、谷AAAA與天冬與天冬AAAA，與，與DNADNA的超螺的超螺旋結構有關旋結構有關n（2 2）DNADNA結合蛋白結合蛋白:與與DNADNA的

6、復制或轉錄有關的酶或調節(jié)物質的復制或轉錄有關的酶或調節(jié)物質n（3 3）A24A24非組蛋白非組蛋白:與與H2AH2A差不多大小，呈酸性，含谷差不多大小，呈酸性，含谷AAAA與天冬與天冬AAAA多，于核小體內，功能不詳多，于核小體內，功能不詳染色體與DNA 最新1)DNA的變性和復性 變性（Denaturation)DNA雙鏈的氫鍵斷裂，最后完全變成單鏈的過程稱為變性。增色效應(Hyperchromatic effect)在變性過程中，260nm紫外線吸收值先緩慢上升，當達到某一溫度時驟然上升，稱為增色效應。2、DNA染色體與DNA 最新融解溫度（Melting temperature Tm)變

7、性過程紫外線吸收值增加的中點稱為融解溫度。生理條件下為85-95影響因素：G+C含量，pH值，離子強度，尿素，甲跣胺等染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新復性（Renaturation)熱變性的DNA緩慢冷卻，單鏈恢復成雙鏈。減色效應（Hypochromatic effect)隨著DNA的復性，260nm紫外線吸收值降低的現(xiàn)象。染色體與DNA 最新2)C值反?，F(xiàn)象(C值矛盾C-value paradoxC-value paradox)C值是一種生物的單倍體基因組DNA的總量。真核細胞基因組的最大特點是它含有大量的重復序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質的非功能DNA所隔開，這就是著名

8、的“C值反?，F(xiàn)象”。nC值一般隨著生物進化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物。n某些兩棲動物的C值甚至比哺乳動物還大，而在兩棲動物里面，C值變化也很大。染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新染色體的結構模型染色體的結構模型n貝克等(Bak,A.L.,1977)：染色體四級結構模型理論能夠在一定程度上解釋染色質狀態(tài)轉化的過程n1.DNA+組蛋白核小體+連接絲n2.核小體螺線體(solenoid)n3.螺線體超螺線體(super-solenoid)n4.超螺線體染色體DNA+組蛋白組蛋白核小體核小體+連接絲連接絲核小體核小體+連接絲連接絲螺線體螺線體(solenoid)螺線體螺線體超螺線體超

9、螺線體(super-solenoid)超螺線體超螺線體染色體染色體染色體與DNA 最新（四）核小體(nucleosome)nucleosome)1、定義：用于包裝染色質的結構單位，是由DNA鏈纏繞一個組蛋白核構成的。染色體與DNA 最新2、核小體的結構核心顆粒、連接區(qū)DNA染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新3、染色體的包裝超螺旋結構6.8:140:11000:18000:1DNA double helixNucleosome(10 nm fiber)30 nm FiberLoops ILoops IIchromosome染色體與DNA 最新真核生物染色體真核生物染色體DNA組組裝不同層次

10、的結構裝不同層次的結構DNA（2nm）核小體鏈（核小體鏈（10nm，每個核小體，每個核小體200bp）纖絲（纖絲（30nm，每圈，每圈6個核小體）個核小體）突環(huán)（突環(huán)（150nm，每個突環(huán)大約，每個突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結（玫瑰花結（300nm，6個突環(huán)）個突環(huán)）螺旋圈（螺旋圈（700nm，每圈，每圈30個玫瑰花結）個玫瑰花結）染色體（染色體（1400nm，2個染色單體，個染色單體，每個染每個染色體單體含色體單體含10個螺旋圈）個螺旋圈）染色體與DNA 最新（五）原核生物和真核生物基因組結構特點比較1、原核生物基因組結構特點 基因組很小，大多只有一條染色體 結構簡煉:不轉錄部分很少且常

11、是控制基因表達的序列 存在轉錄單元(trnascriptional operon)多順反子(polycistron)染色體與DNA 最新X174 D-E-J-F-G-H mRNA 蛋白J、F、G H D EE.coli 色氨酸操縱子 9個順反子 9個酶(第六章)有重疊基因（Sanger 發(fā)現(xiàn)）基因內基因 部分重疊基因 一個堿基重疊染色體與DNA 最新2、真核生物基因組結構特點真核基因組結構龐大 3109bp、染色質、核膜單順反子基因不連續(xù)性 斷裂基因（interrupted gene）、內含子(intron)、外顯子(exon)非編碼區(qū)較多 占整個基因組序列的90%以上;存在大量的順式作用元件

12、;存在大量的DNA多態(tài)性;真核基因組具有端粒結構.含有大量重復序列染色體與DNA 最新 不重復序列/單一序列：在基因組中有一個或幾個拷貝。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝的。如：蛋清蛋白、血紅蛋白等 功能：主要是編碼蛋白質。中度重復序列：在基因組中的拷貝數(shù)為101104。如：rRNA、tRNA 一般是不編碼蛋白質的序列，在調控基因表達中起重要作用 染色體與DNA 最新 高度重復序列：拷貝數(shù)達到幾百個到幾百萬個。衛(wèi)星DNA：A T含量很高的簡單高度重復序列。染色體與DNA 最新二、DNA的結構1 1）概念概念 指4種脫氧核苷酸的連接及其排列順序，DNA序列是這一概念的簡稱。堿基序列1、D

13、NA的一級結構染色體與DNA 最新基本單位脫氧核苷酸脫氧脫氧核糖核糖堿基堿基磷酸磷酸A G C T2）化學組成與基本單位）化學組成與基本單位染色體與DNA 最新n核苷酸中的嘌呤堿主要是鳥嘌呤核苷酸中的嘌呤堿主要是鳥嘌呤(G)和腺嘌呤和腺嘌呤(A)，嘧啶堿主要是胞嘧啶，嘧啶堿主要是胞嘧啶(C)、尿嘧啶、尿嘧啶(U)和胸腺嘧和胸腺嘧啶啶(T)。nDNA和和RNA都含有鳥嘌呤都含有鳥嘌呤(G)、腺嘌呤、腺嘌呤(A)和胞和胞嘧啶嘧啶(C)；胸腺嘧啶；胸腺嘧啶(T)一般而言只存在于一般而言只存在于DNA中，中，不存在于不存在于RNA中；而尿嘧啶中；而尿嘧啶(U)只存在于只存在于RNA中，不中，不存在于存

14、在于DNA中。中。DNA與RNA染色體與DNA 最新連連 接接 ATGCATGCNH23457891654321NNCH3RHONNNN6ROHA=T123456234567891NNNNNHHHRHHNONNROGC染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新3）DNA結構的表示法染色體與DNA 最新4）重復序列）重復序列 -GCGGC-GCGGC-CGCCG-CGCCG-（1）正向重復）正向重復（2）反向重復（回文序列）反向重復（回文序列）染色體與DNA 最新較長的回文結構較長的回文結構(單鏈），可形成莖環(huán)結構單鏈），可形成莖環(huán)結構(發(fā)夾結構發(fā)夾結構)染色體與DNA 最新較長的回文結構，可形成

15、較長的回文結構，可形成十字形結構十字形結構染色體與DNA 最新2 2、DNA DNA 的二級結構的二級結構1）定義：指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所產(chǎn)生的雙螺旋結構。染色體與DNA 最新繞DNA雙螺旋表面上出現(xiàn)的螺旋槽（溝），寬的溝稱為大溝，窄溝稱為小溝。大溝，小溝都、是由于堿基對堆積和糖-磷酸骨架扭轉造成的。染色體與DNA 最新n(1)在在DNA分子中，兩股分子中，兩股DNA鏈圍繞一假想的共同軸心形成一鏈圍繞一假想的共同軸心形成一右手螺旋結構，雙螺旋的螺距為右手螺旋結構，雙螺旋的螺距為3.4nm，直徑為，直徑為2.0nm。n(2)鏈的骨架鏈的骨架(backbone)由交替出現(xiàn)的、親水的脫氧核糖

16、基和由交替出現(xiàn)的、親水的脫氧核糖基和磷酸基構成，位于雙螺旋的磷酸基構成，位于雙螺旋的外側外側。n(3)堿基位于雙螺旋的堿基位于雙螺旋的內側內側，兩股鏈中的嘌呤和嘧啶堿基以其，兩股鏈中的嘌呤和嘧啶堿基以其疏水的、近于平面的環(huán)形結構彼此密切相近，平面與雙螺旋疏水的、近于平面的環(huán)形結構彼此密切相近，平面與雙螺旋的長軸相垂直。一股鏈中的嘌呤堿基與另一股鏈中位于同一的長軸相垂直。一股鏈中的嘌呤堿基與另一股鏈中位于同一平面的嘧啶堿基之間以氫鏈相連，稱為堿基互補配對或堿基平面的嘧啶堿基之間以氫鏈相連，稱為堿基互補配對或堿基配對配對(base pairing)，堿基對層間的距離為，堿基對層間的距離為0.34n

17、m。堿基互補。堿基互補配對總是出現(xiàn)于腺嘌呤與胸腺嘧啶之間配對總是出現(xiàn)于腺嘌呤與胸腺嘧啶之間(A=T)，形成兩個氫鍵；，形成兩個氫鍵；或者出現(xiàn)于鳥嘌呤與胞嘧啶之間或者出現(xiàn)于鳥嘌呤與胞嘧啶之間(G=C)，形成三個氫鍵。，形成三個氫鍵。n(4)DNA雙螺旋中的兩股鏈走向是反平行的，一股鏈是雙螺旋中的兩股鏈走向是反平行的，一股鏈是53走向，另一股鏈是走向，另一股鏈是35走向。兩股鏈之間在空間上形成一條走向。兩股鏈之間在空間上形成一條大溝和一條小溝，這是蛋白質識別大溝和一條小溝，這是蛋白質識別DNA的堿基序列，與其發(fā)的堿基序列，與其發(fā)生相互作用的基礎。生相互作用的基礎。DNA二級結構特點二級結構特點染色

18、體與DNA 最新2）分類：右手螺旋：A-DNA，B-DNA左手螺旋：Z-DNA染色體與DNA 最新ABZDNA二級結構的多態(tài)性染色體與DNA 最新ABZ染色體與DNA 最新3、DNA的高級結構1）定義：指DNA雙螺旋進一步扭曲盤繞所形成的特定空間結構。是一種比雙螺旋更高層次的空間構象。2）主要形式：超螺旋結構（正超螺旋和負超螺旋）染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新 正超螺旋正超螺旋 負超螺旋負超螺旋 天然天然DNADNA分子一般為分子一般為負超螺旋負超螺旋 負超螺旋負超螺旋DNADNA更易于局部解鏈，易于更易于局部解鏈，易于 參加參加DNADNA的復制、轉錄等的復制、轉錄等染色體與DNA

19、 最新線狀DNA形成的超螺旋染色體與DNA 最新環(huán)狀DNA形成的超螺旋染色體與DNA 最新拓撲異構酶拓撲異構酶or溴化乙錠溴化乙錠拓撲異構酶拓撲異構酶or溴化乙錠溴化乙錠DNA扭曲與雙螺扭曲與雙螺旋相同（擰緊）旋相同（擰緊）DNA扭曲與雙螺扭曲與雙螺旋相反（松開）旋相反（松開）負超螺旋負超螺旋松弛松弛DNA正超螺旋正超螺旋染色體與DNA 最新三、DNA的復制DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯逆轉錄RNA復制染色體與DNA 最新內容提要：DNA的半保留復制與DNA復制有關的物質 DNA的復制過程（大腸桿菌為例）DNA復制的其它方式真核生物中DNA的復制特點染色體與DNA 最新1、定義：由親代DNA生

20、成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復制方式稱半保留復制。（一）DNA的半保留復制（semi-conservative replication）染色體與DNA 最新Semi-conservative Conservative Dispersive染色體與DNA 最新2、實驗證據(jù)（1958 Meselson 和Stahl）：Matthew Messelson Franklin Stahl染色體與DNA 最新“Heavy”DNA“Hybrid”DNA“l(fā)ight”DNA “Hybrid”DNA染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新3、DNA

21、半保留復制的生物學意義：DNA的半保留復制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。染色體與DNA 最新（二）與（二）與DNADNA復制有關的物質復制有關的物質1、原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的兩條鏈為模板鏈，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物4、引物合成酶（引發(fā)酶）：此酶以DNA為模板合成一段RNA,這段RNA作為合成DNA的引物（Primer)。實質是以DNA為模板的RNA聚合酶。染色體與DNA 最新 5、DNA聚合酶:以DNA為模板的DNA合成酶以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物反應需要有模

22、板的指導反應需要有3-OH存在DNA鏈的合成方向為5 3 染色體與DNA 最新性質 聚合酶聚合酶 聚合酶3 5 外切活性+5 3 外切活性+-5 3 聚合活性+中+很低+很高新生鏈合成-+主要是對主要是對DNADNA損傷的修損傷的修復；以及在復；以及在DNADNA復制時復制時切除切除RNARNA引物并填補其引物并填補其留下的空隙。留下的空隙。修復紫外修復紫外光引起的光引起的DNADNA損傷損傷DNA DNA 復制的主要復制的主要聚合酶，還具有聚合酶，還具有3-5 3-5 外切酶的外切酶的校對功能，提高校對功能，提高DNADNA復制的保真性復制的保真性原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌）染色體與

23、DNA 最新 定位定位 細胞核細胞核 細胞核細胞核 線粒體線粒體 細胞核細胞核 細胞核細胞核3-53-5外切外切 -+-+酶活性酶活性功能功能引物引物 合成合成修復修復作用作用線粒體線粒體DNADNA的復制的復制核核DNADNA的復制的復制？真核生物中的DNA聚合酶染色體與DNA 最新 6、DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口，一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來 DNADNA連接酶連接酶在在DNADNA復制、損傷修復、重組等過程復制、損傷修復、重組等過程中起重要作用中起重要作用353

24、5OHOHP P染色體與DNA 最新7、DNA 拓撲異構酶(DNA Topisomerase)：拓撲異構酶：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，作用是松解負超螺旋。主要集中在活性轉錄區(qū)，同轉錄有關。例：大腸桿菌中的蛋白 拓撲異構酶：該酶能暫時性地切斷和重新連接雙鏈DNA，作用是將負超螺旋引入DNA分子。同復制有關。例：大腸桿菌中的DNA旋轉酶染色體與DNA 最新8、DNA 解螺旋酶/解鏈酶（DNA helicase)通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。reprep蛋白沿蛋白沿3 3 55移動，而解螺旋酶移動，而解螺旋酶I I

25、、IIII、IIIIII沿沿5 5 33移動。移動。染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新9、單鏈結合蛋白單鏈結合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：穩(wěn)定已被解開的穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復單鏈，阻止復性和保護單鏈不被核酸酶降解。性和保護單鏈不被核酸酶降解。染色體與DNA 最新（三）DNA的復制過程（大腸桿菌為例）n 雙鏈的解開雙鏈的解開n RNARNA引物的合成引物的合成n DNADNA鏈的延伸鏈的延伸n 切除切除RNARNA引物，填補缺口，連接相鄰的引物，填補缺口，連接相鄰的DNADNA片段片段染色體與DNA 最新1 1、雙鏈的解開、雙鏈的

26、解開 DNA的復制有特定的起始位點，叫做復制原點。ori(或o）、富含A、T的區(qū)段。基本概念：染色體與DNA 最新 從復制原點到終點，組成一個復制單位，叫從復制原點到終點，組成一個復制單位，叫復制子復制子復制時，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復制點，這個復制點的形狀象一個叉子，故稱為復制叉染色體與DNA 最新DNA的復制可被分為三個階段，即復制起始、延伸和終止。每個DNA復制的獨立單元被稱為復制子（replicon），主要包括復制起始位點（Origine of replication）和終止位點染色體與DNA 最新復制叉復制叉復制叉復制叉染色體與DNA 最新復制方向和速度：單單起點、起

27、點、雙雙向等速向等速多多起點、起點、雙雙向等速向等速染色體與DNA 最新雙鏈解開、復制起始染色體與DNA 最新大約20個DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個9bp保守序列相結合染色體與DNA 最新在HU蛋白和ATP的共同作用下,Dna復制起始復合物使3個13bp直接重復序列變性,形成開鏈染色體與DNA 最新解鏈酶六體分解鏈酶六體分別與單鏈別與單鏈DNADNA相相結合結合(需需DnaCDnaC幫幫助助),),進一步解進一步解開開DNADNA雙鏈雙鏈染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新2 2、RNARNA引物的合成引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶，引發(fā)RNA引物的合成。引物長度約

28、為幾個至10個核苷酸，染色體與DNA 最新DNA的半不連續(xù)復制（semi-discontinuous replication)DNA復制時其中一條子鏈的合成是連續(xù)的，而另一條子鏈的合成是不連續(xù)的，故稱半不連續(xù)復制。在DNA復制時，合成方向與復制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈為前導鏈；合成方向與復制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈為滯后鏈。3 3、DNADNA鏈的延伸鏈的延伸染色體與DNA 最新 在DNA復制過程中，前導鏈能連續(xù)合成，而滯后鏈只能是斷續(xù)的合成53 的多個短片段，這些不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段。染色體與DNA 最新染色體與DNA 最新染色體與DN

29、A 最新4 4、切除、切除RNARNA引物，填補缺口，連接相鄰的引物，填補缺口，連接相鄰的DNADNA片段（復制終止）片段（復制終止）在DNA聚合酶催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶催化合成一段DNA填補上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈染色體與DNA 最新（四）DNA復制方式 生物體內生物體內DNADNA雙鏈的復制大都是以雙鏈的復制大都是以半保留方式半保留方式進行進行的，這是的，這是共性共性；但不同生物體內但不同生物體內DNADNA分子的存在形式各不相同（有分子的存在形式各不相同（有大、有小、有線性分子、有環(huán)狀分子），功能狀態(tài)大、有小、有線性分子、有環(huán)狀分子），功能狀態(tài)

30、也不一樣（有的保守、有的極為活躍），因而反映也不一樣（有的保守、有的極為活躍），因而反映在復制方式上也有差別，這是在復制方式上也有差別，這是個性個性；絕大多數(shù)復制是以絕大多數(shù)復制是以復制叉復制叉的的形式形式進行的進行的 。染色體與DNA 最新1.線性DNA雙鏈的復制單單起點、起點、雙雙方向方向多多起點、起點、雙雙方向方向單單起點、起點、單單方向方向多多起點、起點、單單方向方向 復制叉生長方式有單一起點的單向（如腺病毒）及復制叉生長方式有單一起點的單向（如腺病毒）及雙向（如雙向（如T7T7噬菌體）和多個起始點的雙向等，噬菌體）和多個起始點的雙向等，DNADNA雙向雙向復制時復制叉處呈復制時復制叉

31、處呈“眼眼”型。型。染色體與DNA 最新雙鏈環(huán)狀、型復制、雙向等速 2.2.環(huán)狀環(huán)狀DNADNA雙鏈的復制雙鏈的復制 (1)(1)型型 大腸桿菌基因組的復制原點位于天冬酰胺合酶和大腸桿菌基因組的復制原點位于天冬酰胺合酶和ATPATP合酶操縱子之間，全長合酶操縱子之間，全長245bp245bp，稱為，稱為OriCOriC。復制的起始點。復制的起始點涉及到涉及到DNADNA雙鏈的解旋和松開，形成兩個方向相反的復制叉。雙鏈的解旋和松開，形成兩個方向相反的復制叉。前導鏈前導鏈DNADNA開始復制前，復制原點的核酸序列被轉錄生成短開始復制前，復制原點的核酸序列被轉錄生成短RNARNA鏈，作為起始鏈，作為

32、起始DNADNA復制的引物。復制的引物。染色體與DNA 最新(2)滾環(huán)型 單向復制的特殊方式 如：174的雙鏈環(huán)狀DNA復制型（RF）染色體與DNA 最新 1）模板鏈和新合成的鏈分開;2）不需RNA引物，在正鏈3OH上延伸 3）只有一個復制叉;染色體與DNA 最新(3)D環(huán)復制單向復制的特殊方式如：動物線粒體DNA染色體與DNA 最新（五）真核生物中DNA的復制特點1、真核生物每條染色體上有多個復制起點，多復制子2、真核生物染色體在全部復制完之前,各個起始點不再重新開始DNA復制；而在快速生長的原核生物中，復制起點可以連續(xù)開始新的復制(多復制叉)。真核生物快速生長時，往往采用更多的復制起點。3

33、、真核生物有多種DNA聚合酶。染色體與DNA 最新四、四、DNADNA的復制調控的復制調控(自學自學)1.1.大腸桿菌染色體大腸桿菌染色體DNADNA的復制調控的復制調控染色體與DNA 最新2 2、質粒、質粒DNADNA的復制調控的復制調控nColE1ColE1質粒質粒DNADNA復制不依賴于本身編碼的蛋白質，而完全依賴復制不依賴于本身編碼的蛋白質，而完全依賴。n質粒質粒DNADNA編碼兩個負調控因子編碼兩個負調控因子RopRop蛋白和反義蛋白和反義RNARNA（RNA1RNA1）它）它們控制了起始們控制了起始DNADNA復制所必需的引物合成。復制所必需的引物合成。nRNA1RNA1通過氫鍵配

34、對與引物通過氫鍵配對與引物RNARNA前體相互作用，阻止了前體相互作用，阻止了RNaseHRNaseH加工引加工引物前體，使其不能轉化為有活性的引物而對復制起負調控作用。物前體，使其不能轉化為有活性的引物而對復制起負調控作用。nRNA1RNA1不僅控制質粒的拷貝數(shù)而且決定了質粒的不相容性。不僅控制質粒的拷貝數(shù)而且決定了質粒的不相容性。RNA1RNA1與與引物引物RNARNA分子的相互作用是可逆的，因此細胞內分子的相互作用是可逆的，因此細胞內RNA1RNA1的濃度決定了的濃度決定了ColElColEl質粒的復制起始頻率。質粒的復制起始頻率。n另一個負調控因子另一個負調控因子RopRop蛋白能提高

35、蛋白能提高RNA1RNA1與引物前體的相互作用，從與引物前體的相互作用，從而加強了而加強了RNA1RNA1的負調控作用。的負調控作用。染色體與DNA 最新3.真核細胞真核細胞DNA的復制調控的復制調控n細胞生活周期水平調控細胞生活周期水平調控n染色體水平調控染色體水平調控n復制子水平調控復制子水平調控 真核細胞的生活周期可分為真核細胞的生活周期可分為4個時期：個時期：G1、S、G2和和M期。期。G1是復制預備期，是復制預備期，S為復制期，為復制期，G2為有絲分裂為有絲分裂準備期，準備期，M為有絲分裂期。為有絲分裂期。DNA復制只發(fā)生在復制只發(fā)生在S期。期。染色體與DNA 最新染色體與DNA 最

36、新染色體與DNA 最新n，也稱為限制點調控，即決定細胞，也稱為限制點調控，即決定細胞停留在停留在G1G1期還是進入期還是進入S S期。許多外部因素和細胞因子參與限期。許多外部因素和細胞因子參與限制點調控。促細胞分裂劑、致癌劑、外科切除等都可誘發(fā)細制點調控。促細胞分裂劑、致癌劑、外科切除等都可誘發(fā)細胞由胞由G1G1期進入期進入S S期。期。n，決定不同染色體或同一染色體不同部位，決定不同染色體或同一染色體不同部位的復制子按一定順序在的復制子按一定順序在S S期起始復制，這種有序復制的機理期起始復制，這種有序復制的機理還不清楚。還不清楚。n，決定復制的起始與否。這種調控從單細，決定復制的起始與否。

37、這種調控從單細胞生物到高等生物是高度保守的。胞生物到高等生物是高度保守的。n此外，真核生物復制起始還包括轉錄活化、復制起始復合物此外，真核生物復制起始還包括轉錄活化、復制起始復合物的合成和引物合成等階段。許多參與復制起始蛋白的功能與的合成和引物合成等階段。許多參與復制起始蛋白的功能與原核生物中相類似。原核生物中相類似。染色體與DNA 最新五、DNA的修復DNA修復系統(tǒng)功能錯配修復恢復錯配堿基切除修復切除突變的堿基核甘酸切除修復修復被破壞的DNADNA直接修復修復嘧啶二體或甲基化DNA染色體與DNA 最新1、錯配修復Dam甲基化酶使母鏈位于5GATC序列中腺甘酸甲基化甲基化緊隨在DNA復制之后進

38、行根據(jù)復制叉上DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子鏈上的錯配堿基染色體與DNA 最新 根據(jù)母鏈甲基化原則找出錯配堿基的示意圖根據(jù)母鏈甲基化原則找出錯配堿基的示意圖發(fā)現(xiàn)錯配堿基發(fā)現(xiàn)錯配堿基在水解在水解ATPATP的作用下，的作用下，MutSMutS，MutLMutL與堿基錯與堿基錯配點的配點的DNADNA雙鏈結合雙鏈結合MutS-MutLMutS-MutL在在DNADNA雙鏈上雙鏈上移動，發(fā)現(xiàn)甲基化移動，發(fā)現(xiàn)甲基化DNADNA后由后由MutHMutH切開非甲基化切開非甲基化的子鏈的子鏈染色體與DNA 最新 甲基化指導的錯配修復示意圖甲基化指導的錯配修復示意圖錯配堿基位于錯配堿基位于切口切口33下

39、游端下游端，錯配堿基位于切錯配堿基位于切口口55上游端，上游端，染色體與DNA 最新2、堿基切除修復一些堿基在自發(fā)或悠變下會發(fā)生脫酰胺，然后改變配對性質，造成氨基轉換突變n腺嘌呤變?yōu)榇吸S嘌呤與胞嘧啶配對n鳥嘌呤變?yōu)辄S嘌呤與胞嘧啶配對n胞嘧啶變?yōu)槟蜞奏づc腺嘌呤配對染色體與DNA 最新胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶染色體與DNA 最新如果復制發(fā)生就會產(chǎn)生一個突變染色體與DNA 最新.糖甘水解酶識別改變了的堿基，把堿基從N-糖苷鍵處切下來，在DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點，統(tǒng)稱為AP位點。染色體與DNA 最新由AP磷酸內切酶將受損核甘酸的糖甘-磷酸鍵切開染色體與DNA 最新。DNA連接酶連接利用DNA聚合

40、酶I切除損傷部位，補上核苷酸染色體與DNA 最新3、核苷酸切除修復1）通過特異的核酸內切酶識別損傷部位2）由酶的復合物在損傷的兩邊切除幾個核苷酸3）DNA 聚合酶以母鏈為模板復制合成新子鏈4）DNA連接酶將切口補平染色體與DNA 最新識別損識別損傷部位傷部位損傷的兩邊切除幾個核苷酸損傷的兩邊切除幾個核苷酸DNA DNA 聚合酶以母鏈為聚合酶以母鏈為模板復制合成新子鏈模板復制合成新子鏈DNADNA連接酶將切口補平連接酶將切口補平染色體與DNA 最新4 4、DNADNA的直接修復的直接修復在在DNADNA光解酶光解酶的作用的作用下將環(huán)丁烷胸腺嘧下將環(huán)丁烷胸腺嘧啶二體和啶二體和6-46-4光化物光化

41、物還原成為單體還原成為單體甲基轉移酶甲基轉移酶使使O O6 6-甲基鳥嘌呤脫甲基甲基鳥嘌呤脫甲基生成鳥嘌呤，防止生成鳥嘌呤，防止G-TG-T配對配對染色體與DNA 最新五、五、DNADNA的轉座的轉座（一）基本概念：DNA的轉座：由可移位因子介導的遺傳物質重排現(xiàn)象。轉座子轉座子（transponson,簡稱簡稱Tn）,又稱易位子，是指存在于又稱易位子，是指存在于染色體染色體DNA上可以自主復制和位移的一段上可以自主復制和位移的一段DNA順序。順序。轉座子可以在不同復制子之間轉移，以非正常重組方轉座子可以在不同復制子之間轉移，以非正常重組方式從一個位點插入到另外一個位點，對新位點基因的結構式從一

42、個位點插入到另外一個位點，對新位點基因的結構與表達產(chǎn)生多種與表達產(chǎn)生多種遺傳效應遺傳效應。染色體與DNA 最新v 1951年年McClintock-麥克林托克麥克林托克提出轉座（提出轉座（Transposition）和跳躍基因和跳躍基因(jumping gene)的新概念；的新概念；v1 9 6 7 年年 S h a p i r o 才 在才 在 E.c o l i 中 發(fā) 現(xiàn) 了 轉 座 因 子中 發(fā) 現(xiàn) 了 轉 座 因 子（transposable element）。）。Barbara McClintock(1902-1992)Nobel Prize for Physiology or M

43、edicine 1983染色體與DNA 最新(二二)轉座子的分類轉座子的分類1 1 轉座因子的類型轉座因子的類型1.1 1.1 插入序列插入序列 (Insertion sequence，IS)q 最簡單的轉座子稱為插入序列最簡單的轉座子稱為插入序列。q IS家族有很多成員，它們的結構相似家族有很多成員，它們的結構相似q 特征：特征：v 兩端都有短兩端都有短5-9bp的的正向重復序列正向重復序列（direct repeats,DR）（靶序）（靶序列），列），v 略長略長15-25bp的的反向重復序列反向重復序列（inverted repeats,IR）v 1kb左右的編碼區(qū)，它僅編碼和轉座有關的

44、左右的編碼區(qū)，它僅編碼和轉座有關的轉座酶轉座酶。染色體與DNA 最新靶位點直接重復序列的形成染色體與DNA 最新2 復合轉座子復合轉座子（composite transposon）復合轉座子是由復合轉座子是由兩端的組件由兩端的組件由IS元件元件組成，中間夾著一個組成，中間夾著一個或多個或多個結構基因結構基因如某些抗藥性基因和其它基因組成。如某些抗藥性基因和其它基因組成。染色體與DNA 最新轉座過程：轉座過程：n n 轉座酶（轉座酶（transposase）催化）催化IS的轉座，它由的轉座，它由IS編碼。編碼。n n 首先首先轉座酶轉座酶交錯切開宿主靶位點，然后交錯切開宿主靶位點，然后IS插入，

45、與宿主的插入，與宿主的單鏈末端相連接，余下的缺口由單鏈末端相連接，余下的缺口由DNA聚合酶和連接酶聚合酶和連接酶加以加以填補，最終插入的填補，最終插入的IS兩端形成了兩端形成了DR或靶重復。或靶重復。染色體與DNA 最新1 1 類型類型1.1 復制型轉座復制型轉座v 轉座是伴隨著新拷貝的復制。轉座是伴隨著新拷貝的復制。v 兩種酶：轉座酶和解離酶。兩種酶：轉座酶和解離酶。v TnA轉座子轉座子。1.2 非復制型轉座非復制型轉座v 一個位點移到另一位點。一個位點移到另一位點。v 一種酶：轉座酶一種酶：轉座酶。v 供體中無轉座子。供體中無轉座子。v 插入序列和復合轉座子插入序列和復合轉座子Tn10及

46、及Tn5；1.3 保守轉座保守轉座v 宿主的修復系統(tǒng)能識別此處雙鏈斷裂并進行修復。宿主的修復系統(tǒng)能識別此處雙鏈斷裂并進行修復。染色體與DNA 最新(三）轉座轉座作用機理作用機理n受體分子有受體分子有312bp的能被復制的靶序列的能被復制的靶序列DNA，轉座子插入其中。轉座子插入其中。n復制性轉座：整個轉座子被復制，所移動和轉復制性轉座：整個轉座子被復制，所移動和轉位的僅僅是原轉座子的拷貝。轉座酶和解離酶位的僅僅是原轉座子的拷貝。轉座酶和解離酶起作用起作用n非復制性轉座：原轉座子作為一個可移動的實非復制性轉座：原轉座子作為一個可移動的實體直接被移位。體直接被移位。染色體與DNA 最新轉座作用的機

47、制染色體與DNA 最新2 2 轉座的機制轉座的機制2.1 復制性轉座復制性轉座:染色體與DNA 最新復制性轉座子染色體與DNA 最新2.2 非復制型轉座非復制型轉座v斷裂和重接反應使靶斷裂和重接反應使靶重構。重構。v供體保持裂缺。供體保持裂缺。v不形成共合體。不形成共合體。染色體與DNA 最新非復制性轉座子染色體與DNA 最新轉座作用的遺傳學效應u引起插入突變引起插入突變;u產(chǎn)生新的基因產(chǎn)生新的基因;u產(chǎn)生染色體的畸變：同源重組導致缺失或產(chǎn)生染色體的畸變：同源重組導致缺失或倒位倒位;u引起生物進化：產(chǎn)生新的操縱單元或表達引起生物進化：產(chǎn)生新的操縱單元或表達單元。單元。染色體與DNA 最新轉座子

48、轉座子 F F E E A A B B C C D D復制復制插入插入 轉座子新拷貝轉座子新拷貝 F F E E A A B B C C D D 基因基因F F被隔斷而失去功能被隔斷而失去功能 染色體與DNA 最新DNA缺失染色體與DNA 最新DNA倒位倒位InversionB AA BBA染色體與DNA 最新習題與作業(yè)作業(yè)習題與作業(yè)作業(yè)1.1.論述論述DNADNA二級結構的主要內容。二級結構的主要內容。2.DNA2.DNA復制的過程復制的過程?3.3.原核生物與真核生物中的原核生物與真核生物中的DNADNA聚合酶有哪些種類，它們各聚合酶有哪些種類，它們各自的功能是什么自的功能是什么?4.DNA4.DNA復制時前導鏈與隨從鏈的合成有哪些不同復制時前導鏈與隨從鏈的合成有哪些不同?5.5.轉座作用機理及遺傳學效應？轉座作用機理及遺傳學效應？6.6.原核生物與真核生物基因組特點。原核生物與真核生物基因組特點。主要概念：主要概念：核小體、半保留復制、復制子、單鏈結合蛋白、崗崎片核小體、半保留復制、復制子、單鏈結合蛋白、崗崎片段、錯配修復、段、錯配修復、DNADNA的轉座、的轉座、C C值矛盾、前導鏈與后隨鏈。值矛盾、前導鏈與后隨鏈。