郜剛分子生物學-03-染色體-2核小體與包裝說課材料

1、郜剛分子生物學-03-染色體-2核小體與包裝2、核小體的結(jié)構(gòu)核心顆粒、連接區(qū)DNA核小體的結(jié)構(gòu) 電鏡下的染色質(zhì) 顯示了核小體的形態(tài)問題： 簡述染色體DNA是怎樣包裝的？ 1400nm粗染色體 700nm染色單體 300nm染色質(zhì)絲 30nm粗的蓮座結(jié)構(gòu) 11nm粗的核小體 2nm粗的雙螺旋DNA 10nm雙鏈DNA 通過組蛋白構(gòu)成8聚體核小體，串聯(lián)成11nm念珠狀結(jié)構(gòu) 核小體念珠結(jié)構(gòu)進一步螺旋成30nm粗的蓮座結(jié)構(gòu)，每一蓮座結(jié)構(gòu)由6個核小體結(jié)構(gòu)組成，蓮座結(jié)構(gòu)形成螺線管 進一步超螺旋為300nm粗的染色質(zhì)絲狀結(jié)構(gòu) 染色質(zhì)絲高度超螺旋為700nm粗的染色單體 兩條染色單體粗度為1400nm 染色體

2、一步步包裝的壓縮比例6.8:140:11000:18000:1DNA double helixNucleosome (10 nm fiber)30 nm FiberLoops ILoops IIchromosome核小體和螺線管的結(jié)構(gòu)核小體和螺線管的結(jié)構(gòu)核小體的形成是染色體中DNA壓縮的第一個階段核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。由200個(160-240)左右堿基對的DNA和五種組蛋白結(jié)合而成。其中四種組蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各2 分子組成八聚體的小圓盤，146個堿基對的DNA在小圓盤外面繞1 3/4圈。每一分子的H1與DNA結(jié)合, 鎖住核小體DNA的進出口, 起穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)的作用

3、。兩相鄰核小體之間以連接DNA(linker DNA)相連(圖11-24), 連接DNA的長度變化不等, 因不同的種屬和組織而異, 但通常是60個堿基對核小體究竟含有幾個組蛋白分子？1、核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個分子生成的八聚體和由大約200bp DNA組成的，八聚體在中間，DNA分子盤繞在外，而H1則在核小體的外面，每個核小體只有一個H1，用核酸酶水解核小體后產(chǎn)生只含146bp核心顆粒，包括組蛋白八聚體及與其結(jié)合的146bpDNA，該序列繞在核心外面形成1.75圈。每圈約80bp核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。由200個(160-240)左右堿基對的DNA和五種組蛋白結(jié)合而成。

4、其中四種組蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各2 分子組成八聚體的小圓盤，146個堿基對的DNA在小圓盤外面繞1 3/4圈。每一分子的H1與DNA結(jié)合, 鎖住核小體DNA的進出口, 起穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)的作用。兩相鄰核小體之間以連接DNA(linker DNA)相連(圖11-24), 連接DNA的長度變化不等, 因不同的種屬和組織而異, 但通常是60個堿基對。乙?；鶊F重復一下Structure of nucleosome The nucleosome core particle derived from X-ray crystal analysis電鏡圖顯示一個染色質(zhì)片段中球形顆粒的長度為200b

5、P一個問題的答案：簡述真核生物一個問題的答案：簡述真核生物DNA的復雜的復雜性？性？單一序列（主要為基因編碼序列，一個或幾個拷貝，比例少單一序列（主要為基因編碼序列，一個或幾個拷貝，比例少于于5 5）；中度重復序列（）；中度重復序列（10101-51-5），分為短散的重復序列），分為短散的重復序列（一般少于（一般少于500 bp500 bp）和長散的重復序列（一般多于）和長散的重復序列（一般多于1000 1000 bpbp），與基因選擇性表達的調(diào)控有關(guān)；高度重復序列），與基因選擇性表達的調(diào)控有關(guān)；高度重復序列（10105 5），分為衛(wèi)星），分為衛(wèi)星DNA(satelliteDNA(satell

6、ite，重復單位長，重復單位長5-100 bp)5-100 bp)主要分布在著絲粒區(qū)域，小衛(wèi)星主要分布在著絲粒區(qū)域，小衛(wèi)星DNA(minisatellte DNA, DNA(minisatellte DNA, 單位長單位長12-100 bp12-100 bp，拷貝數(shù)可變，常用于，拷貝數(shù)可變，常用于DNADNA指紋指紋(DNA (DNA finger-printing)finger-printing)技術(shù)技術(shù)) )，微衛(wèi)星，微衛(wèi)星DNA(microsatellte DNADNA(microsatellte DNA，單位單位1-5 bp1-5 bp，常串聯(lián)達，常串聯(lián)達50-100 bp50-100

7、 bp，具有高度多態(tài)性，遺傳，具有高度多態(tài)性，遺傳上保守，但個體差異較大上保守，但個體差異較大) )，用于構(gòu)建遺傳圖譜。，用于構(gòu)建遺傳圖譜。問題：真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點？1、真核基因組龐大 2、存在大量的重復序列。 3、基因組的大部分為非編碼序列，90以上，即冗余DNA 4、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，即轉(zhuǎn)錄單元是轉(zhuǎn)錄子 5、核基因是斷裂基因，有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，即不連續(xù)性 6、存在大量順式作用元件，如啟動子、增強子、沉默子 7、存在復雜的DNA多態(tài)性：單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)和串聯(lián)重復序 列多態(tài)性(tandem repeats polymor

8、phism) 8、DNA末端具有端粒結(jié)構(gòu)二咳基因組具有端粒結(jié)構(gòu) 真核生物的重復序列 斷裂基因示意根據(jù) DNA復性動力學研究，DNA序列可以分成哪幾種類型？并加以舉例說明。(2001年上海生化所）問題：原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點？ 原核生物的基因組很小，大多只有一條染色體，且DNA含量少 結(jié)構(gòu)簡練：原核DNA分子的絕大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有非常小的一部分不轉(zhuǎn)錄，這與真核DNA的冗余現(xiàn)象不同 存在順反子的轉(zhuǎn)錄單元：原核生物DNA序列中功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因，往往叢集在基因組的一個或幾個特定部位，形成功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，它們可被一起轉(zhuǎn)錄為含多個mRNA的分子，叫多順反子mRNA 存在有重疊基

9、因原核生物的多順反子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 ) 原核生物的重疊基因（Sanger 發(fā)現(xiàn)）基因內(nèi)基因 部分重疊基因 一個堿基重疊 Transmission electron micrograph of human a HeLa cell, illustrating the replication bubble that characterizes DNA replication within a single replicon. 2.3 DNA的復制 DNAReplication and S

10、ynthesis第二章 染色體與DNAA Picture Paints a Thousand Words. or more?Because a figure is as informative as 1000 words.DNA Replication Mode1. Three Possible Modes of DNA Replication（1）Conservative replication（全保留復制全保留復制）（2）Dispersive replication（分散復制分散復制）1.29 核酸復制規(guī)律的一般猜想核酸復制規(guī)律的一般猜想（3）Semiconservative replic

11、ation（半保留復制半保留復制）unwoundrewoundBase matchGeneralized model of semiconservative replication of DNAMatthew Messelson Franklin Stahl 中國科學院上海生化與細胞所2002年招收碩士研究生分子遺傳學入學考試： 請設(shè)計一個實驗來證明DNA復制是以半保留方式進行的（8分）。 The Meselson-Stahl experiment. the most beautiful experiment in biology15N標記氮源14N標記細胞在14N中復制一次細胞在14N中再復

12、制一次細胞在14N中再復制一次The expected results of two generations of semiconservative replication in the Meselson-Stahl experiment. MeselsonStahl實驗：實驗：1958年，年， Meselson和和Stahl首先將大腸桿菌在含重同位首先將大腸桿菌在含重同位素素15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使所有細菌都被的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使所有細菌都被15N標記。然后移至只含有輕同標記。然后移至只含有輕同位素位素14N的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代，二代，三代。分別提取的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代，二

13、代，三代。分別提取DNA，作，作CsCl密度梯密度梯度離心，觀察度離心，觀察DNA的位置。的位置。MeselsonStahl實驗的改進之一實驗的改進之一 對對15N-DNA、14N-DNA雜交分子經(jīng)加熱變性，對于變性前雜交分子經(jīng)加熱變性，對于變性前后的后的DNA分別進行分別進行CsCl密度梯度離心。密度梯度離心。 結(jié)果變性前的雜交分子為一條中間密度帶，變性后則分為結(jié)果變性前的雜交分子為一條中間密度帶，變性后則分為兩條區(qū)帶，即重密度帶（兩條區(qū)帶，即重密度帶（15N-DNA）和低密度帶（）和低密度帶（14N-DNA）。）。試驗改進23. Semiconservative Replication i

14、n EukaryotesTaylor-Woods-Hughes experiments：1957, root tips of Vicia faba（蠶豆蠶豆）Radioisotope 3H labeled thymidineAutoradiography（放射自顯影放射自顯影）蠶豆病是葡糖六磷酸脫氫酶(G6PD)缺乏者進食蠶豆后發(fā)生的急性溶血性貧血。蠶豆(viciafaba)又名胡豆黃 TelophaseResultsBrdu ，中文全，中文全名名 5- 溴脫氧尿溴脫氧尿嘧啶核苷，為胸嘧啶核苷，為胸腺嘧啶的衍生物，腺嘧啶的衍生物，可代替胸腺嘧啶可代替胸腺嘧啶在在 DNA 合成期合成期（ S 期

15、），活體期），活體注射或細胞培養(yǎng)注射或細胞培養(yǎng)加入，而后利用加入，而后利用抗抗 Brdu 單克隆單克隆抗體，抗體， ICC 染色，染色，顯示增殖細胞。顯示增殖細胞。同時結(jié)合其它細同時結(jié)合其它細胞標記物，雙重胞標記物，雙重染色，可判斷增染色，可判斷增殖細胞的種類，殖細胞的種類，增殖速度，對研增殖速度，對研究細胞動力學有究細胞動力學有重要意義。重要意義。 只有胸腺嘧啶BrdU：胸腺嘧啶的替代物DNA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。 為了保證遺傳的穩(wěn)定性，在每次細胞分裂之前，遺傳信息載體必須精確地復制自己。過去的概念認為遺傳信息

16、的載體就是DNA，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)許多病毒的遺傳信息載體是RNA而不是DNA。因此，我們除了對DNA的復制作詳細的論述外，對RNA的復制也加以闡述，以期對遺傳信息的復制有個全面的了解。1953年，Watson和Crick在提出DNA雙螺旋模型時就指出，由于互補堿基的配對原則，在DNA復制時，只要雙鏈DNA解開，以每一條鏈為模板以合成其互補鏈，即可形成兩個與親代完全一樣的DNA分子。DNA復制的基本過程正如Watson和Crick所預測的那樣，但是在DNA復制中涉及了許多細胞成分。DNA的復制過程大體上可以分為復制的啟動，復制的延伸，和復制的終止三個階段。2.15 與DNA復制有關(guān)的物質(zhì)9類1、底物：四

17、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DNADNA復制實際上就是DNA指導的DNA合成代謝。因此，必須有DNA作為復制的模板。體外復制實驗證明，新合成DNA的特異性完全取決于事先加入的模板DNA，三磷酸核苷酸(dATP,dGTP，dCTP，dTTP)是合成原料。有模板和合成原料后，細胞內(nèi)還有許多酶和蛋白質(zhì)參與DNA的復制。 與DNA復制有關(guān)的物質(zhì)9類3、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(zhì)是以DNA為模板的RNA

18、聚合酶。與DNA復制有關(guān)的物質(zhì)9類1、底物：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(zhì)是以DNA為模板的RNA聚合酶。 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板的指導反應需要有3-OH存在DNA鏈的合成方向為5 3 DNA聚合酶詳解5533Klenow片段RNA引物3模板鏈大腸桿菌DNA聚合酶I(DNApolymerase，DNApol) 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