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1、第 二 章 染 色 體 與 DNA 2.1 染 色 體 , 基 因 組n 2.11原 核 生 物 基 因 組n 2.12真 核 生 物 基 因 組 每 種 病 毒 顆 粒 中 只 含 有一 種 核 酸 ， 或 為 DNA或 為 RNA， 兩 者 一 般 不 共 存 于 同 一 病 毒 顆 粒 中 。3. 組 成 病 毒 基 因 組 的 DNA和 RNA可 以 是 單 鏈 的 ， 也 可 以 是 雙 鏈 的 ， 可 以 是 閉環(huán) 分 子 ， 也 可 以 是 線 性 分 子 。 n 4. 多 數(shù) RNA病 毒 的 基 因 組 是 由 連 續(xù) 的 核 糖 核 酸 鏈 組 成 ， 但也 有 些 病 毒

2、 的 基 因 組 RNA由 不 連 續(xù) 的 幾 條 核 酸 鏈 組 成 。n 5.病 毒 基 因 組 的 大 部 分 是 用 來 編 碼 蛋 白 質(zhì) 的 ， 只 有 非 常 小的 一 部 份 不 被 翻 譯 .n 6.存 在 重 疊 基 因 (線 粒 體 和 葉 綠 體 DNA也 有 )n 7.反 轉(zhuǎn) 錄 病 毒 基 因 組 有 兩 個 拷 貝 (雙 倍 體 ) 其 它 病 毒 基 因 組 都 是 單 倍 體 。 n 8.細(xì) 菌 病 毒 （ 噬 菌 體 ） 的 基 因 是 連 續(xù) 的 ； 真 核 細(xì) 胞 病 毒 的 基 因 可 能 是 不 連 續(xù) 的 ， 具 有 內(nèi) 含 子 . 2.2 DNA

3、的 結(jié) 構(gòu)n 2.21 DNA的 一 級 結(jié) 構(gòu)n 2.22 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu)n 2.23 DNA的 高 級 結(jié) 構(gòu) 2.21 DNA的 一 級 結(jié) 構(gòu)1. 一 級 結(jié) 構(gòu) 的 概 念 指 4種 脫 氧 核 苷 酸 (A, T, G, C)的 連 接 及 其 排 列 順 序 ， DNA序 列 是 這 一 概 念 的簡 稱 。 由 于 核 苷 酸 之 間 的 差 異 僅 僅 是 堿 基 的 不 同 ， 故 可 稱 為 堿 基 序 列 。 2.一 級 結(jié) 構(gòu) 的 特 點 (1) 脫 氧 核 糖 和 磷 酸 通 過 5-3磷 酸 二 酯 鍵 交 替 連 接 ， 構(gòu) 成 外 側(cè) DNA骨 架

4、， 堿 基排 在 內(nèi) 側(cè) ; n (2) 內(nèi) 側(cè) 堿 基 通 過 氫 鍵 互 補(bǔ) 配 對 (A=T， G三 C), 形 成 雙 鏈 ; (3) 堿 基 (對 )的 順 序 產(chǎn) 生 了 DNA分 子 的 多 樣 性 (遺 傳 信 息 );n (4) 雙 鏈 反 向 平 行 配 對 .(*DNA通 常 以 線 性 或 環(huán) 狀 形 式 存 在 ， 絕 大 多 數(shù) DNA分 子 都 由 堿 基 互 補(bǔ) 的雙 鏈 構(gòu) 成 ， 有 少 數(shù) 生 物 以 單 鏈 形 式 存 在 ， 如 某 些 噬 菌 體 和 病 毒 ) 核 苷 酸 35磷酸 酯鍵 5 3 2.22 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu)DNA雙 螺 旋

5、結(jié) 構(gòu) 的 要 點 指 二 條 多 核 苷 酸 鏈 反 向 平 行 盤 繞 所 產(chǎn) 生 的 雙 螺 旋 立 體 結(jié) 構(gòu) 主 鏈 (backbone)： 由 脫 氧 核 糖 和 磷 酸 基 通 過 酯 鍵 交 替 連 接 而 成 。 主 鏈 有二 條 ,它 們 似 麻 花 狀 繞 一 共 同 軸 心 以 右 手 方 向 盤 旋 , 相 互 平 行 而 走 向 相 反 形成 雙 螺 旋 構(gòu) 型 。 主 鏈 處 于 螺 旋 的 外 則 ,這 正 好 解 釋 了 由 糖 和 磷 酸 構(gòu) 成 的 主 鏈的 親 水 性 。 所 謂 雙 螺 旋 就 是 針 對 二 條 主 鏈 的 形 狀 而 言 的 。 堿

6、 基 對 (base pair) ： 堿 基 位 于 螺 旋 的 內(nèi) 則 ,它 們 以 垂 直 于 螺 旋 軸 的 取 向 通過 糖 苷 鍵 與 主 鏈 糖 基 相 連 。 同 一 平 面 的 堿 基 在 二 條 主 鏈 間 形 成 堿 基 對 。 配對 堿 基 總 是 A與 T和 G與 C。 堿 基 對 以 氫 鍵 維 系 ， A與 T 間 形 成 兩 個 氫 鍵 。 大 溝 和 小 溝 ： 大 溝 和 小 溝 分 別 指 雙 螺 旋 表 面 凹 下 去 的 較 大 溝 槽 和 較 小溝 槽 。 在 大 溝 和 小 溝 內(nèi) 的 堿 基 對 中 的 N 和 O 原 子 朝 向 分 子 表 面

7、。 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) ： 螺 旋 直 徑 2nm； 螺 旋 周 期 包 含 10對 堿 基 ； 螺 距 3.4nm； 相 鄰堿 基 對 平 面 的 間 距 0.34nm。 3.4nm 1. B-DNA 最 常 見 的 DNA構(gòu) 象 ;2. A-DNA出 現(xiàn) DNA RNA雜 交 分 子 中 , 與 基 因 轉(zhuǎn) 錄 表 達(dá) 有 關(guān) . 3. Z-DNA基 因 轉(zhuǎn) 錄 調(diào) 控 ( 近 -抑 制 ; 遠(yuǎn) -促 進(jìn) )DNA二 級 結(jié) 構(gòu) 的 多 態(tài) 性 右 手 螺 旋 ： A-DNA， B-DNA*，左 手 螺 旋 ： Z-DNA A B Z DNA的 基 本 理 化 特 點n 1) DNA的 變 性

8、 和 復(fù) 性n 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 。 n 增 色 效 應(yīng) (Hyperchromatic effect) 在 變 性 過 程 中 ， 260nm紫 外 線 吸 收 值 先 緩 慢 上 升 ， 當(dāng) 達(dá) 到 某 一 溫 度時 驟 然 上 升 ， 稱 為 增 色 效 應(yīng) 。 n 融 解 溫 度 （ Melting temperature Tm ) 變 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 8595OC 影 響 因

9、素 ： G+C含 量 ， pH值 ， 離 子 強(qiáng) 度 ， 尿 素 ， 甲 跣 胺 等 n 復(fù) 性 （ Renaturation) 熱 變 性 的 DNA緩 慢 冷 卻 ， 單 鏈 恢 復(fù) 成 雙 鏈 。 復(fù) 性 出 現(xiàn) 減 色 效 應(yīng)（ Hypochromatic effect)。 復(fù) 性 的 速 率 與 DNA的 濃 度 和 序 列 的 復(fù) 雜 性有 關(guān) 。 （ 三 ） DNA的 高 級 結(jié) 構(gòu)n 超 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 是DNA高 級 結(jié) 構(gòu)的 主 要 形 式 。 n 雙 螺 旋 DNA擰 緊 則 導(dǎo) 致 正 超 螺 旋 ， 而雙 螺 旋 DNA的 松 開 導(dǎo) 致 負(fù) 超 螺 旋 。n 超 螺

10、 旋 DNA分 子 比 松 散 分 子 能 量 高 。對 于 負(fù) 超 螺 旋 ， 這 一 能 量 會 使 DNA螺旋 易 于 局 部 解 旋 ， 負(fù) 超 螺 旋 有 利 于 需要 解 旋 過 程 的 進(jìn) 行 ， 如 轉(zhuǎn) 錄 起 始 和 復(fù)制 起 始 。 2.3 DNA的 復(fù) 制一 . DNA復(fù) 制 的 基 本 條 件 ： 模 板 、 dNTP、 RNA引 物 、 酶 等 。 二 . DNA復(fù) 制 的 特 點 : 1.半 保 留 復(fù) 制n 2.半 不 連 續(xù) 復(fù) 制n 3.復(fù) 制 起 點 固 定 三 . DNA復(fù) 制 的 主 要 方 式 : 1.線 性 DNA雙 鏈 的 復(fù) 制 2. 環(huán) 狀 D

11、NA雙 鏈 的 復(fù) 制 拓 撲 異 構(gòu) 酶 （ Topoisomerase） ： 主要 功 能 是 消 除 DNA解 鏈 過 程 中 所 產(chǎn) 生 的扭 曲 力 。 解 鏈 酶 （ Helicase） ： 將 DNA母 鏈 不斷 解 開 形 成 單 鏈 。 單 鏈 結(jié) 合 蛋 白 （ SSB） ： 使 新 解 鏈 的DNA保 持 穩(wěn) 定 結(jié) 構(gòu) 。vDNA復(fù) 制 時 的 一 些 重 要 酶 和 蛋 白 質(zhì) 引 物 酶 （ Primases） ： 為 DNA復(fù) 制提 供 RNA引 物 。 DNA聚 合 酶 （ polymerases） ： 合成 新 生 DNA鏈 ， 切 除 RNA引 物 。 DN

12、A 連 接 酶 （ Ligases） ： 使 新 生DNA鏈 上 的 缺 口 （ 3 - OH， 5- p） 生 成 磷 酸 二 酯 鍵 。 二 . DNA復(fù) 制 的 特 點1958年 Meselson 和 Stahl所 做 的 實 驗 ：15N標(biāo) 記 培 養(yǎng) 基 ， CsCl離 心 密 度 標(biāo) 記 （ 0） ； 14N培 養(yǎng) 基 培 養(yǎng) 3代 。1.半 保 留 復(fù) 制 n 1.新 鏈 同 時 合 成 方 向 5 3n 2. 前 導(dǎo) 鏈 , n 滯 后 鏈 岡 崎 片 段 1000bp2000bp (大 腸 桿 菌 ), 100200bp (真 核生 物 ) n 3. RNA引 物 的 合 成

13、 ; DNA鏈 的 延 伸 ; 引 物 的 切 除 , 缺 口 補(bǔ) 平 , 連 接 . 半不連續(xù)復(fù)制 半不連續(xù)復(fù)制DNA復(fù) 制 動 畫 : http:/ 復(fù) 制 起 點 固 定n 1 原 核 一 個 復(fù) 制 子 , 真 核 多 個 復(fù) 制 子n 2. 一 個 復(fù) 制 子 , (一 般 )兩 個 復(fù) 制 叉 ; n 3.前 導(dǎo) 鏈 , 滯 后 鏈 相 對n 4.在 一 個 復(fù) 制 周 期 中 , 真 核 為 一 次 ; 原核 可 同 時 進(jìn) 行 多 次 復(fù) 制 , 形 成 多 個 復(fù) 制 叉 三 .復(fù) 制 的 幾 種 主 要 方 式n 1.線 性 DNA雙 鏈 的 復(fù) 制 單 一 起 點 的 單

14、 向 復(fù) 制 。 (如 腺 病 毒 ) 2 環(huán) 狀 DNA雙 鏈 的 復(fù) 制 型 復(fù) 制 （ 如 大 腸 桿 菌 ） -單 一 起 點 的 雙 向 等 速 復(fù) 制 eg 原 核 大 腸 桿 菌n 1 雙 鏈 環(huán) 狀 DNAn 2. DNA復(fù) 制 形 式 為 型n 3. 定 點 (ori) 開 始 雙 向 等 速 復(fù) 制n 4. 兩 個 復(fù) 制 叉 在 距 起 始 點 1800處 會 合 (Ter-Tus復(fù) 合 物 阻止 復(fù) 制 叉 的 移 動 )。n 5. 只 有 一 個 復(fù) 制 單 元 ， 但 可 有 多 個 復(fù) 制 叉 。 大 腸 桿 菌 DNA聚 合 酶 聚 合 酶 聚 合 酶 聚 合

15、酶 酶 活 性53聚 合 作 用 + + +35外 切 酶 活 性 + + +53外 切 酶 活 性 + - -構(gòu) 成 (亞 基 數(shù) ) 單 體 單 體 多 亞 基生 物 學(xué) 活 性 1 0.05 15 功 能 修 復(fù) 合 成 、 校 對 校 對 復(fù) 制 去 除 引 物 、 填 補(bǔ) 空 隙 修 復(fù) 校 對 真 核 生 物 的 DNA復(fù) 制1.細(xì) 胞 周 期 的 S期 ;2.多 個 復(fù) 制 起 點 (ARS);3.復(fù) 制 周 期 中 , 只 完 成 一 次 復(fù) 制 ;4. 不 同 的 復(fù) 制 子 按 一 定 的 時 序 啟 動5. 端 粒 的 復(fù) 制 真 核 生 物 53聚 合 作 用 + +

16、+ + +35 外 切 作 用 - - + + +5 3外 切 作 用 - - - - -細(xì) 胞 內(nèi) 定 位 核 核 線 粒 體 核 核功 能 復(fù) 制 引 發(fā) 修 復(fù) 復(fù) 制 復(fù) 制 復(fù) 制 聚 合 作 用外 切 作 用外 切 作 用細(xì) 胞 內(nèi) 定 位 核 核 線 粒 體 核 核功 能 復(fù) 制 引 發(fā) 修 復(fù) 復(fù) 制 復(fù) 制 復(fù) 制 端粒的復(fù)制 復(fù) 制 的 忠 實 性 (fidelity)n 復(fù) 制 高 度 精 確 , 錯 配 率 為 10-810-10 ,為 什 么 ?(原核 )n 1.pol I 和 pol III的 3-5核 酸 外 切 酶 活 性 矯 正 n 2.復(fù) 制 后 的 二 次

17、 矯 正n 復(fù) 制 叉 的 新 鏈 GATC沒 有 甲 基 化 , 與 母 鏈 區(qū) 別 , 新 鏈 優(yōu) 先切 除 . 四 . DNA的 轉(zhuǎn) 座n 轉(zhuǎn) 座 : 染 色 體 上 可 自 主 復(fù) 制 和 移 動 一 段 核酸 序 列 .n 分 類 : 非 復(fù) 制 性 轉(zhuǎn) 座 ( IS )-整 個 移 動 復(fù) 制 性 轉(zhuǎn) 座 ( TnA)-拷 貝 IS特 點n 1.很 小 ,1kb 左 右 ,編 碼 轉(zhuǎn) 座 酶 ;n 2.末 端 有 倒 置 重 復(fù) 序 列 ,其 外 側(cè) 還 有 一 小段 正 置 重 復(fù) 序 列 (轉(zhuǎn) 座 時 , 復(fù) 制 靶 序 列 形成 )n 3.,特 定 IS,靶 序 列 一 樣

18、; 不 同 IS,靶 序 列不 一 樣 復(fù) 合 式 轉(zhuǎn) 座 子n 1.兩 側(cè) 往 往 有 兩 個 相 同 或 高 度 同 源 的 IS序 列 ;n 2.兩 個 IS序 列 不 能 單 獨 移 動 . TnA家 族n TnA家 族 沒 有 IS序 列 、 體 積 龐 大 (5000bp以上 )、 帶 有 3個 基 因 ， 其 中 一 個 編 碼 -內(nèi) 酰 胺 酶(AmpR)， 另 兩 個 則 是 轉(zhuǎn) 座 作 用 所 必 須 的 。復(fù) 制 性 轉(zhuǎn) 座 轉(zhuǎn) 座 作 用 的 遺 傳 學(xué) 效 應(yīng) （ 1） 轉(zhuǎn) 座 引 起 插 入 突 變 （ 2） 轉(zhuǎn) 座 產(chǎn) 生 新 的 基 因 （ 3） 轉(zhuǎn) 座 產(chǎn) 生 的 染 色 體 畸 變 （ 4） 轉(zhuǎn) 座 引 起 的 生 物 進(jìn)化 習(xí) 題1、 比 較 真 核 與 原 核 生 物 DNA復(fù) 制 的 異 同 。