現(xiàn)代分子生物學(xué)第四版-第2章-染色體與DNA課件

第二章染色體與DNA

本章將介紹DNA的結(jié)構(gòu)和從一代細(xì)胞島到下一代細(xì)胞的傳遞、遺傳及變異等過程。2022/10/291第二章染色體與DNA本章將介紹DNA的結(jié)第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第三節(jié)DNA的復(fù)制第四節(jié)原核生物和真核生物DNA復(fù)制特點第五節(jié)DNA的修復(fù)第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座第七節(jié)SNP的理論與應(yīng)用2第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體2第一節(jié)染色體2022/10/293

由于親代能夠?qū)⒆约旱倪z傳物質(zhì)DNA以染色體的形式傳給子代，保持物種的穩(wěn)定性和連續(xù)性。因此，人們普遍認(rèn)為染色體在遺傳上起著主要作用。人類22對染色體及性染色體性染色體掃描電鏡圖第一節(jié)染色體2022/10/223 由于親代能夠?qū)⒆约旱谝还?jié)染色體2022/10/2941.染色體概述：19世紀(jì)中葉，細(xì)胞生物學(xué)家在光學(xué)顯微鏡下，在細(xì)胞分裂時觀察到存在于細(xì)胞核中的棒狀可染色結(jié)構(gòu)并將其命名為染色體。染色體包括DNA和蛋白質(zhì)兩部分。同一物種內(nèi)每條染色體所帶的DNA的量是一定的，但不同的染色體或不同物種之間變化很大，從上百萬到幾億個核苷酸對不等。此外，組成染色體的蛋白質(zhì)（組蛋白和非組蛋白）的種類和含量也是十分穩(wěn)定的。第一節(jié)染色體2022/10/2241.染色體概述：第一節(jié)染色體2022/10/2951.染色體概述：染色體在細(xì)胞分裂間期表現(xiàn)為染色質(zhì)。染色體與染色質(zhì)是同一種物質(zhì)的兩種形態(tài)。伸展的染色質(zhì)形態(tài)有利于在它上面的DNA儲存的信息的表達(dá)，而高度螺旋化了的棒狀染色體則有利于細(xì)胞分裂中遺傳物質(zhì)的平分。

左圖為人類染色體，在光鏡下即可觀察其形態(tài)，右圖為電鏡圖片，可見不規(guī)則的染色質(zhì)。第一節(jié)染色體2022/10/2251.染色體概述： 第一節(jié)染色體2022/10/2961.染色體概述：原核細(xì)胞染色體：一般只有一條大染色體且大都帶有單拷貝基因，除少數(shù)基因外（如rRNA基因）。整個染色體DNA幾乎全部由功能基因和調(diào)控序列所組成。幾乎每個基因序列都與它所編碼蛋白質(zhì)序列呈線性對應(yīng)關(guān)系。第一節(jié)染色體2022/10/2261.染色體概述：第一節(jié)染色體2022/10/2972.真核細(xì)胞染色體的組成：真核生物染色體中DNA相對分子質(zhì)量一般大大超過原核生物，并結(jié)合有大量的蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。其具體組成成分為：組蛋白、非組蛋白、DNA。在真核細(xì)胞染色體中，DNA與蛋白質(zhì)完全融合在一起，其蛋白質(zhì)與相應(yīng)DNA的質(zhì)量之比約為2:1。這些蛋白質(zhì)在維持染色體結(jié)構(gòu)中起著重要作用。第一節(jié)染色體2022/10/2272.真核細(xì)胞染色體的組第一節(jié)染色體2022/10/2982.1.組蛋白組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，其與DNA組成核小體。根據(jù)其凝膠電泳性質(zhì)可將其分為H1、H2A、H2B、H3及H4。第一節(jié)染色體2022/10/2282.1.組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/2992.1.組蛋白組蛋白的特性：進(jìn)化上極端保守性。其中H3、H4最保守，H1較不保守。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(xì)胞染色體不含H1而帶有H5，精細(xì)胞染色體的組蛋白是魚精蛋白。肽鏈上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。例如，N端的半條鏈上凈電荷為+16，C端只有+3，大部分疏水基團都分布在C端。組蛋白的修飾作用。包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。富含賴氨酸的組蛋白H5。H5賴氨酸含量高達(dá)24%。

第一節(jié)染色體2022/10/2292.1.組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/29102.2.非組蛋白染色體上除了存在大約與DNA等量的組蛋白以外，還存在大量的非組蛋白。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%～70%，但它的種類卻很多，約在20-100種之間，其中常見的有15-20種。非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。非組蛋白包括酶類、骨架蛋白、核孔復(fù)合物蛋白以及肌動蛋白、肌球蛋白等。它們也可能是染色質(zhì)的組成成分。幾類常見的非組蛋白：HMC蛋白。一般認(rèn)為可能與DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。DNA結(jié)合蛋白?？赡苁且恍┡cDNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶或調(diào)解物質(zhì)。A24非組蛋白。位于核小體內(nèi)，功能不詳。第一節(jié)染色體2022/10/22102.2.非組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/29112.3.DNA真核細(xì)胞基因組最大的特點是好有大量的重復(fù)序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA所隔開，這就是著名的“C值反?，F(xiàn)象”。C值：一種生物單倍體基因組DNA的總量。一般情況，真核生物C值是隨著生物進(jìn)化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物。（下頁左圖）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，某些兩棲類C值大于哺乳動物，而且在兩棲類中C值變化也很大，可相差100倍。（下頁右圖）第一節(jié)染色體2022/10/22112.3.DNA由此推斷，許多DNA序列不編碼蛋白質(zhì)，是無生理功能的。根據(jù)對DNA的動力學(xué)研究，真核生物DNA序列大致可分為3類：不重復(fù)序列、中度重復(fù)序列、高度重復(fù)序列。2022/10/29121由此推斷，許多DNA序列不編碼蛋白質(zhì)，是無生理功能的。202第一節(jié)染色體2022/10/29132.3.DNA不重復(fù)序列。在單倍體基因組里，這些序列一般只有一個或幾個拷貝，它占DNA總量的40%－80%。不重復(fù)序列長約750－2000dp，相當(dāng)于一個結(jié)構(gòu)基因的長度。單拷貝基因通過基因擴增仍可合成大量的蛋白質(zhì)。如蠶絲心蛋白基因。中度重復(fù)序列。這類重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)在10－104之間，占總DNA的10%－40%。各種rRNA、tRNA及組蛋白基因等都屬這一類。高度重復(fù)序列——衛(wèi)星DNA。這類DNA只在真核生物中發(fā)現(xiàn)，占基因組的10%—60%，由6—100個堿基組成，在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)幾百萬次。由于堿基的組成不同，在CsCl密度梯度離心中易與其他DNA分開，形成含量較大的主峰及高度重復(fù)序列小峰，后者又稱衛(wèi)星區(qū)帶（峰）。

第一節(jié)染色體2022/10/22132.3.DNA第一節(jié)染色體2022/10/29142.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞染色體的DNA如圖所示，經(jīng)過四級壓縮，長度壓縮將近10000倍。四級分別為：核小體螺線管超螺旋圓筒染色單體第一節(jié)染色體2022/10/22142.4.真核細(xì)胞染第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)核小體核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個分子生成的八聚體和由大約200bpDNA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。在核小體中DNA盤繞組蛋白八聚體核心，從而使分子收縮成1/7，200bpDNA的長度約為68nm，卻被壓縮在10nm的核小體中。核小體串聯(lián)起來形成10nm纖維。

2022/10/2915第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)2022/102022/10/29162022/10/2216第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)螺線管螺線管是由10nm染色質(zhì)細(xì)絲盤繞形成的螺旋管狀細(xì)絲，表現(xiàn)為30nm纖維。螺線管每一螺旋包含6個核小體，壓縮比為6。這種螺線管是分裂間期和分裂前期染色體的基本組分。2022/10/2917第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)2022/10第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)超螺旋圓筒有跡象表明：中期染色質(zhì)是一細(xì)長、中空的圓筒，直徑4000nm，由30nm的螺線管纏繞而成，壓縮比為40。染色單體染色單體由超螺旋圓筒再壓縮5倍而成。2022/10/2918第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)2022/10第一節(jié)染色體2022/10/29193.原核生物基因組：原核生物基因組很小，大多只有一條染色體，且DNA含量少。如大腸桿菌DNA僅4.6Mb，完全伸展總長約為1.3mm，含4000多個基因。從基因組的結(jié)構(gòu)來看，原核細(xì)胞DNA有如下特點：結(jié)構(gòu)簡練。非編碼序列極少，這與真核細(xì)胞DNA冗余現(xiàn)象完全不同。存在轉(zhuǎn)錄單元。多順反子mRNA。有重疊基因。同一段DNA含有兩種不同蛋白質(zhì)的信息。第一節(jié)染色體2022/10/22193.原核生物基因組3、原核生物的基因組特點（1）結(jié)構(gòu)簡練：不轉(zhuǎn)錄部分很少且常是控制基因表達(dá)的序列（2）存在轉(zhuǎn)錄單元：多順反子mRNA，這些功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因協(xié)同表達(dá)。（3）有重疊基因：同一段DNA能攜帶兩種一同的蛋白質(zhì)信息，主要是：一個基因完全存在于另一個基因內(nèi)部分重疊兩個基因只有一個堿基對的重疊3、原核生物的基因組特點（1）結(jié)構(gòu)簡練：不轉(zhuǎn)錄部分很少且常是第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/2921第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/2221第二節(jié)DN第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/2922DNA作為遺傳物質(zhì)的主要優(yōu)點：信息量大，可以縮微表面互補，電荷互補，雙螺旋結(jié)構(gòu)說明了精確復(fù)制機理核糖的2’脫氧，在水溶液中穩(wěn)定性好可以突變，以求進(jìn)化（突變對個體是不幸的，進(jìn)化對群體是有利的）有T無U，基因組得以增大，而無C脫氨基成U帶來的潛在危險。（尿嘧啶DNA糖苷酶可以靈敏識別DNA中的U而隨時將其剔除）。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/2222DNA作為遺傳第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29231.DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA又稱脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid）。DNA的一級結(jié)構(gòu)即是指四種

核苷酸的連接及排列順序，

表示該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成。DNA由脫氧核苷酸聚合而成。堿基的不同決定了脫氧核苷酸的不同。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22231.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29241.DNA的一級結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸由堿基（A、T、G、C）、脫氧核糖及磷酸基團組成。以下是脫氧核苷酸及堿基結(jié)構(gòu)式。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22241.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29251.DNA的一級結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸之間由3’→5’磷酸二酯鍵連接成DNA鏈，兩條鏈的堿基通過氫鍵實現(xiàn)AT、GC配對。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22251.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29261.DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA一級結(jié)構(gòu)特點是：DNA分子由兩條互相平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結(jié)合，形成堿基對，它的組成有一定的規(guī)律。這就是嘌呤與嘧啶配對（A與T，G與C配對）。堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系叫堿基互補配對原則。由于堿基可以任何順序排列，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22261.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29272.DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA二級結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反相平行盤繞所生成的雙螺旋盤繞結(jié)構(gòu)。DNA有三種構(gòu)像：A-DNA、B-DNA、Z-DNA，其中AB為右手構(gòu)象，Z為左手構(gòu)像。B型為普遍存在的結(jié)構(gòu)。A型、Z型可能具有不同

的生物活性還存在其他構(gòu)型。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22272.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29282.DNA的二級結(jié)構(gòu)B-DNA特點：螺旋直徑2nm鏈間有螺旋形凹槽，較小的為小溝（1.2nm），較大的為大溝（2.2nm）堿基間距0.34nm每輪堿基數(shù)10堿基平面與縱軸垂直第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22282.DNA的ADNA的特點ADNA的特點B-DNA-3.4?/bp-23.5?wide-10.4bp/turnA-DNA-2.3?/bp-25.5?wide-11bp/turn-Base-pairstiltedabout19degreesfromaxisofthehelix.Figure:B-andA-DNAB-DNAA-DNAFigure:B-andA-DN左手螺旋Z-DNA左手螺旋Z-DNAMinorgrooveMajorgrooveZ-DNA-3.8?/bp-18.4?wide-12bp/turn-base-pairstiltedabout9degreesfromaxisofthehelixMinorMajorZ-DNA-3.8?/bp現(xiàn)代分子生物學(xué)第四版-第2章-染色體與DNA課件現(xiàn)代分子生物學(xué)第四版-第2章-染色體與DNA課件現(xiàn)代分子生物學(xué)第四版-第2章-染色體與DNA課件第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29363.DNA的高級結(jié)構(gòu)DNA的高級結(jié)構(gòu)指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤旋所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA高級結(jié)構(gòu)的主要形式，可分為正超螺旋和負(fù)超螺旋兩類，它們在不同類型的拓?fù)洚悩?gòu)酶作用下或特殊情況下可相互轉(zhuǎn)變，如：拓?fù)洚悩?gòu)酶溴乙啶拓?fù)洚悩?gòu)酶溴乙啶負(fù)超螺旋正超螺旋松弛DNA第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22363.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29373.DNA的高級結(jié)構(gòu)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)形成的意義：使DNA形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中；推動DNA結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以滿足

功能上的需要。如負(fù)超螺旋

分子所受張力會引起互補鏈

分開導(dǎo)致局部變性，利于復(fù)

制和轉(zhuǎn)錄。螺旋超螺旋第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22373.DNA的

DNASupercoiling超螺旋E.Colibacterium: ~1um(10-6m)longItsgenome: ~1300umlong!!!Ahumancell: ~10umlongItsgenome: ~1,000,000um1mlong!!Howdocellscontain/package/handletheirDNA?Somechromosomesarelinear:-eukaryotesandsomevirusesSomearecircular:-bacteria,mitochondria,chloroplastsandsomevirusesIn

ALL

cases,theDNAis

COILED(盤繞）verytightlyinthecellDNASupercoiling超螺旋E.CoNegativesupercoiling（負(fù)超螺旋）

iswherethesupercoilsareintheoppositedirectiontothecoilingoftheDNAdoublehelix（超螺旋的方向與DNA雙螺旋的方向相反）---underwinding，addadditionalleft-handedhelix(BorA-DNA)Positivesupercoiling

（正超螺旋）isinthesamedirectionasthehelix（超螺旋的方向與DNA雙螺旋的方向相同）----overwinding，addadditionalright-handedhelix(BorA-DNA)Directionofsupercoiling

DNASupercoilingNegativesupercoiling（負(fù)超螺旋）isL=T+WL=Linkingnumber

isthetotalnumberofturnsinacircularDNA（連接數(shù)）常量T=TurnsortwistsintheDNA(盤繞數(shù)）

W=Writhingnumberreferringtoisthenumberofsupercoils（超螺旋數(shù)）DeterminingSupercoilinginDNARighttwist=positiveLefttwist=negativeTwoDefinitions: Twist&LinkingNumber

AllDNAdoubleheliceshavetwist,whileonlyclosedcirculardoubleheliceshavelinkingnumberTWIST:

SimplythenumberoftimesonestrandwindsaroundtheotherL=T+WL=LinkingnumbExampleoflookingatsuperhelicityArelaxedcircleof200b.p.200/10=20turns T=20Ifcovalentlyclosedinarelaxedcircle L=20Ifwebreakthecircle,unwindtwiceandreseal（松開螺旋2圈再重連）,thenL=18Twantstobenear20,sotwotwists(writhes)areincorporatedL=T+W,soL=18,T≈20,W=-2Exampleoflookingatsuperhel第三節(jié)DNA的復(fù)制

雙鏈DNA的復(fù)制是一個非常復(fù)雜的過程，在復(fù)制的起始、延伸和終止三個階段，需要多種酶和蛋白質(zhì)的協(xié)同參與。2022/10/2942第三節(jié)DNA的復(fù)制 雙鏈DNA的復(fù)制是一個非常復(fù)雜的過第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/29431.DNA的半保留復(fù)制

Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時即推測，DNA在復(fù)制時首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22431.DNA的第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/29441.DNA的半保留復(fù)制

1958年，Meselson和Stahl研究了經(jīng)15N標(biāo)記3個世代的大腸桿菌DNA，首次證明了DNA半保留復(fù)制。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22441.DNA的第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/29452.復(fù)制的起點、方向和速度復(fù)制時，雙鏈DNA要解開成兩股鏈進(jìn)行，使復(fù)制起點呈叉狀，被稱為復(fù)制叉。復(fù)制子為生物體DNA的復(fù)制單位。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22452.復(fù)制的起第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/29462.復(fù)制的起點、方向和速度復(fù)制時，復(fù)制叉從復(fù)制起點開始沿著DNA鏈連續(xù)移動，起始點可以啟動單向復(fù)制或者雙向復(fù)制。這取決于復(fù)制起點形成一個復(fù)制叉還是兩個復(fù)制叉。如右圖：第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22462.復(fù)制的起第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/29472.復(fù)制的起點、方向和速度DNA復(fù)制時，復(fù)制方向有5’向3’復(fù)制，前導(dǎo)鏈連續(xù)合成，后隨鏈合成不連續(xù)，形成岡崎片段。如圖：第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22472.復(fù)制的起第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/29482.復(fù)制的起點、方向和速度DNA復(fù)制：復(fù)制起點是固定的，表現(xiàn)為固定序列，并識別參與復(fù)制起始的特殊蛋白質(zhì)。復(fù)制叉移動的方向和速度雖多種多樣，但以雙向等速為主物種細(xì)胞內(nèi)復(fù)制子數(shù)目/個平均長度/kb復(fù)制子移動速度/(bp·min-1)大腸桿菌1420050000酵母500403600果蠅3500402600爪豆35000300？第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22482.復(fù)制的起第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/29493.復(fù)制的幾種主要方式線性DNA雙鏈復(fù)制

如右圖：環(huán)狀DNA雙鏈復(fù)制θ型滾環(huán)型D-環(huán)型第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22493.復(fù)制的幾θ型復(fù)制：DNA從Ori解開成單鏈→→兩條母本單鏈分別作模板，各自合成互補的子鏈。方式：雙向或單向。θ型復(fù)制：DNA從Ori解開成單鏈→→兩條母本單鏈分別作模板滾環(huán)型①單鏈特異性切割：雙鏈環(huán)狀DNA正鏈復(fù)制起始點；②5’端與單鏈DNA結(jié)合蛋白(SSB)相連；③DNA聚合酶Ⅲ以未切斷的負(fù)鏈為模板，正鏈游離3’―OH端逐個加上脫氧核糖核苷酸，④3’端不斷延伸、復(fù)制，5’端不斷脫離環(huán)狀模板被剝離出來⑤到一定長度，5’端的單鏈開始復(fù)制互補鏈。滾環(huán)型D－環(huán)型①復(fù)制泡：②一條鏈先作為新鏈的模板。③復(fù)制泡開始合成一條新鏈，前導(dǎo)鏈模板形成部分雙鏈。④置換環(huán)：另一條親本鏈被前導(dǎo)鏈置換出來，這樣一條單鏈和一條雙鏈組成的三元泡狀結(jié)構(gòu)，稱為D環(huán)或置換環(huán)。⑤前導(dǎo)鏈將另一鏈的Or置換出來，后滯鏈開始新鏈合成。特點：二個Ori先后激活。D－環(huán)型第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點1.原核生物DNA復(fù)制的特點DNA雙螺旋的解旋。首先在拓?fù)洚悩?gòu)酶I的作用下解開負(fù)超螺旋，并由解鏈酶(DNAhelicase)解開雙鏈，接著由SSB蛋白來穩(wěn)定解開的單鏈，以保證該局部結(jié)構(gòu)不會恢復(fù)為雙鏈。2022/10/2953第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點1.原核生物DNA復(fù)首先由引發(fā)酶（一種RNA聚合酶）在DNA模板上合成一段RNA鏈,接著由DNA聚合酶從RNA引物3’端合成新DNA鏈后隨鏈的引發(fā)過程由引發(fā)體來完成2022/10/2954DNA復(fù)制的引發(fā)首先由引發(fā)酶（一種RNA聚合酶）在DNA模板上合成一段RNA已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’，這使得后隨鏈無法連續(xù)合成。后隨鏈以5’→3’的方式先合成片段（岡崎片段），在連接為完整的鏈。2022/10/2955岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’，這使得后隨鏈無法連2022/10/2956當(dāng)復(fù)制叉前移，遇到約22個堿基的重復(fù)性終止序列（Ter）時，Ter-Tus復(fù)合物能阻止DNA的解鏈，阻擋復(fù)制叉的前移。復(fù)制停止后，仍有50-100bp未被復(fù)制，將由修復(fù)方式填補空缺，而后兩鏈解開。復(fù)制的終止2022/10/2256當(dāng)復(fù)制叉前移，遇到約22個堿基的重復(fù)DNA聚合酶現(xiàn)已知大腸桿菌存在DNA聚合酶I、II、III、IV和V。DNA聚合酶I非主要聚合酶，可確保DNA合成的準(zhǔn)確性，并可切除紫外線照射產(chǎn)生的嘧啶二聚體。DNA聚合酶II主要生理功能為修復(fù)DNA。DNA聚合酶III為主導(dǎo)聚合酶。DNA聚合酶IV和V主要在SOS修復(fù)中起作用。2022/10/2957DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ（復(fù)合物）分子量109000120000400000每個細(xì)胞所含40010010~205′→3′聚合作用+++3′→5′核酸外切酶+++5′→3′核酸外切酶+—

—新生鏈合成——+生物學(xué)活性10.0515聚合速度（37℃核苷酸/min.分子）1000100~30015000以上DNA聚合酶2022/10/2257DNA聚合酶ⅠDNA聚合第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點2.真核生物DNA復(fù)制的特點：p54真核生物每條染色體上可以有多個復(fù)制起點。真核生物DNA在完成復(fù)制前不能開始新的復(fù)制，而原核生物則可以連續(xù)開始新的DNA復(fù)制，一個復(fù)制單元多個復(fù)制叉。DNA復(fù)制只能在分裂期進(jìn)行。復(fù)制起點為自主復(fù)制序列（ARS）。復(fù)制叉移動速度慢，僅50bp/s，不到大腸桿菌的1/20。真核生物DNA聚合酶有15種以上，其中DNA聚合酶α功能主要是引物合成。DNA聚合酶δ主要負(fù)責(zé)DNA的復(fù)制。還存在其它一些酶，ζ、η、ι、κ等，有修復(fù)損傷功能2022/10/2958第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點2.真核生物DNA復(fù)第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點2.真核生物DNA復(fù)制的特點：真核生物DNA聚合酶2022/10/2959

表11-9

真核生物五種DNA聚合酶DNA聚合酶α（Ⅰ）δ（Ⅲ）ε（Ⅱ）βγ位置核核核核線粒體功能后隨鏈的合成和引發(fā)前導(dǎo)鏈的合成修復(fù)修復(fù)復(fù)制相對活性80%

10～15%2～15%分子量300kD170～230kD250kD40kD180～300kD5′→3′外切－－－－－3′→5′外切－++－+雙脫氧T不影響不影響弱抑制抑制第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點2.真核生物DNA復(fù)第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點3.DNA復(fù)制的調(diào)控：原核細(xì)胞內(nèi)復(fù)制叉的多少決定了復(fù)制起始頻率的高低，復(fù)制起始頻率的直接調(diào)控因子是蛋白質(zhì)和RNA。大腸桿菌染色體DNA復(fù)制起點編碼復(fù)制調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)、復(fù)制起點與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)相互作用并啟動復(fù)制。ColE1質(zhì)粒DNA的復(fù)制調(diào)控。其復(fù)制不依賴本身編碼的蛋白質(zhì)，而完全依靠宿主DNA聚合酶I。2022/10/2960第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點3.DNA復(fù)制的調(diào)控第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點3.DNA復(fù)制的調(diào)控：真核細(xì)胞DNA的復(fù)制調(diào)控。DNA復(fù)制只發(fā)生在分裂期，其有3個水平的調(diào)控。細(xì)胞生活周期水平的調(diào)控。也稱限制點調(diào)控，即決定細(xì)胞停留在G1還是進(jìn)入S期。染色體水平調(diào)控。決定不同染色體或同一染色體不同部位的復(fù)制子按一定順序在S期進(jìn)行復(fù)制。復(fù)制子水平調(diào)控。決定復(fù)制的起始與否，這種調(diào)控從單細(xì)胞生物到高等生物是高度保守的。2022/10/2961第四節(jié)原核、真核生物DNA復(fù)制特點3.DNA復(fù)制的調(diào)控第五節(jié)DNA的修復(fù)

由于染色體DNA在生命過程中占有至高無上的地位，DNA的復(fù)制的準(zhǔn)確性以及DNA日常保養(yǎng)中的損傷修復(fù)就有著特別重要的意義。下表是大腸桿菌中的DNA修復(fù)系統(tǒng)：表2-132022/10/2962DNA修復(fù)系統(tǒng)功能錯配修復(fù)恢復(fù)錯配切除修復(fù)（堿基、核苷酸）切除突變的堿基和核苷酸片段重組修復(fù)復(fù)制后的修復(fù)DNA直接修復(fù)修復(fù)嘧啶二體SOS系統(tǒng)DNA的修復(fù)，導(dǎo)致變異第五節(jié)DNA的修復(fù) 由于染色體DNA在生命過程中占有至1.DNA的突變DNA的突變分為兩大類：單堿基改變和DNA結(jié)構(gòu)畸變。單堿基改變。如下圖：2022/10/2963第五節(jié)DNA的修復(fù)胞嘧啶氧化脫氨C→A復(fù)制錯誤1.DNA的突變2022/10/2263第五節(jié)DNA的DNA結(jié)構(gòu)畸變嘧啶二聚體鳥嘌呤甲基化腺嘌呤脫嘌呤作用2022/10/2964第五節(jié)DNA的修復(fù)上：G甲基化。下：A脫嘌呤左：嘧啶二聚體DNA結(jié)構(gòu)畸變2022/10/2264第五節(jié)DNA的修復(fù)第五節(jié)DNA的修復(fù)2022/10/29652.DNA修復(fù)系統(tǒng)錯配修復(fù)切除修復(fù)重組修復(fù)DNA直接修復(fù)SOS系統(tǒng)第五節(jié)DNA的修復(fù)2022/10/22652.DNA修2022/10/2966一旦在DNA復(fù)制過程中發(fā)生錯配，通過該系統(tǒng)幾乎能完全修正。該系統(tǒng)對DNA復(fù)制忠實性貢獻(xiàn)很大。修復(fù)過程：識別錯配，復(fù)合物的形成，甲基化及非甲基化鏈的切開，DNA外切酶切除含錯配的部分DNA鏈，DNA聚合酶III合成新鏈。錯配修復(fù)2022/10/2266一旦在DNA復(fù)制過程中發(fā)生錯配，通過2022/10/2967切除修復(fù)分為兩種：堿基切除修復(fù)形成去AP位點AP核酸內(nèi)切酶切除受損片段DNA聚合酶I和DNA連接酶修復(fù)DNA鏈核苷酸切除修復(fù)DNA切割酶切割移去12-13個核苷酸（原核）或27-29個核苷酸（真核）的單鏈DNA，再由DNA聚合酶和DNA連接酶修復(fù)DNA鏈切除修復(fù)2022/10/2267切除修復(fù)分為兩種：切除修復(fù)2022/10/2968又被稱為“復(fù)制后修復(fù)”，修復(fù)的對象是子代DNA。損傷的DNA先進(jìn)行復(fù)制，在子代DNA損傷互補的部位出現(xiàn)缺口，通過分子間重組，將另一個子代完好的片段移至缺口處，再填補重組產(chǎn)生的缺口。模板上的傷疤始終留著。只能隨著重組修復(fù)次數(shù)↑，傷疤占的比例↓。重組修復(fù)2022/10/2268重組修復(fù)2022/10/2969DNA的直接修復(fù)直接修復(fù)是把損傷的堿基回復(fù)到原來狀態(tài)的一種修復(fù)。如在DNA光解酶的作用下修復(fù)嘧啶二聚體。SOS反應(yīng)SOS反應(yīng)是細(xì)胞DNA受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的經(jīng)濟狀況下，細(xì)胞為求生存而產(chǎn)生的一種應(yīng)急措施。SOS反應(yīng)包括誘導(dǎo)DNA損傷的修復(fù)、誘變效應(yīng)、細(xì)胞分裂的抑制等。SOS反應(yīng)廣泛存在于原核和真核生物中，可產(chǎn)生兩方面的作用：DNA的修復(fù)、DNA的變異。2022/10/2269DNA的直接修復(fù)第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座

DNA的轉(zhuǎn)座，或稱位移，是由可位移因子介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座子最先由BarbaraMcClintock于20世紀(jì)40年代在玉米遺傳學(xué)研究時發(fā)現(xiàn)的。2022/10/2970第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座 DNA的轉(zhuǎn)座，或稱位移，是由可位移1.轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）是存在于染色體DNA上可自主復(fù)制和移位的基本單位。轉(zhuǎn)座子存在于所有生物體內(nèi)，人類基因組中由35%的序列為轉(zhuǎn)作序列，其中大部分與疾病有關(guān)。轉(zhuǎn)座子分為兩大類：插入序列（insertionalsequence,IS）復(fù)合型轉(zhuǎn)座子（compositetransposon）2022/10/2971第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座1.轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征2022/10/2271第六節(jié)插入序列（IS因子）最簡單的轉(zhuǎn)座子，不含任何宿主基因。特征：很小的DNA片段末端具有倒置重復(fù)序列復(fù)制宿主靶位點DNA（4-15bp）轉(zhuǎn)座頻率10-4-10-3/世代恢復(fù)頻率10-10-10-6/世代2022/10/2972第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座插入序列（IS因子）2022/10/2272第六節(jié)DNA2022/10/2973復(fù)合型轉(zhuǎn)座子復(fù)合型轉(zhuǎn)座子是一類帶有某些抗藥性基因（或其它宿主基因）的轉(zhuǎn)座子。特征：復(fù)合型轉(zhuǎn)座子兩翼往往是兩個相同或高度同源的IS序列。IS序列插到功能基因的兩端就可能產(chǎn)生復(fù)合型轉(zhuǎn)座子。復(fù)合型轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座能力由IS序列決定和調(diào)節(jié)的。2022/10/2273復(fù)合型轉(zhuǎn)座子2022/10/2974復(fù)合型轉(zhuǎn)座子復(fù)合型轉(zhuǎn)座子還有一類無IS序列、體積龐大的的轉(zhuǎn)座子（5000bp以上）——TnA家族。TnA特征：攜帶3個基因，其中一個為編碼β-內(nèi)酰胺酶基因（AmpR）兩翼都有38bp的倒置重復(fù)序列（IR）2022/10/2274復(fù)合型轉(zhuǎn)座子2.真核生物中的轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子也存在于真核生物中。在玉米和果蠅中發(fā)現(xiàn)了多個在基因組內(nèi)隨機分布而且能重復(fù)移動的轉(zhuǎn)座因子序列。玉米中的轉(zhuǎn)座子Ac-Ds系統(tǒng)Spm-dSpm系統(tǒng)果蠅中的轉(zhuǎn)座子：P轉(zhuǎn)座子（可誘發(fā)雜種不育）2022/10/2975第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座2.真核生物中的轉(zhuǎn)座子2022/10/2275第六節(jié)D3.轉(zhuǎn)座作用的機制限制性內(nèi)切酶切開靶序列轉(zhuǎn)座子插入，形成具有單鏈粘性末端的轉(zhuǎn)座子修補缺刻，形成直接重復(fù)序列。2022/10/2976第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座3.轉(zhuǎn)座作用的機制2022/10/2276第六節(jié)DNA3.轉(zhuǎn)座作用的機制轉(zhuǎn)作可分為復(fù)制型和非復(fù)制型兩大類復(fù)制型（TnA類）非復(fù)制型（IS序列、Mu及Tn5）2022/10/2977復(fù)制型非復(fù)制型3.轉(zhuǎn)座作用的機制2022/10/2277復(fù)制型非復(fù)制型4.轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng)引起插入突變，可導(dǎo)致基因表達(dá)失活。產(chǎn)生新的基因。產(chǎn)生的染色體畸變，引起DNA缺失或倒位。引起的生物進(jìn)化，可產(chǎn)生新的生物學(xué)功能的基因。2022/10/2978第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座圖2-414.轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng)2022/10/2278第六節(jié)DNA第七節(jié)SNP的理論與應(yīng)用

單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism,SNP)

是指基因組DNA序列中由于單個核苷酸的突變而引起的多態(tài)性。

同一物種不同個體間染色體上遺傳密碼單個堿基的變化，主要表現(xiàn)為基因組核苷酸水平上的變異引起的DNA序列多態(tài)性。第七節(jié)SNP的理論與應(yīng)用

單核苷酸多態(tài)性（singleSinglenucleotidepolymorphismSinglenucleotidepolymorphismSNP是人類可遺傳的變異中最常出現(xiàn)的一種，占所有已知多態(tài)性的90%以上，在人類基因組中廣泛存在，人類DNA中每300-1000bp就有一個SNP.因此，一個人類個體大約攜帶300萬-1000萬個SNPs。一個SNP表示在基因組某個位點上一個核苷酸的變化，作為一種堿基的替換，大多數(shù)為轉(zhuǎn)換（C—T，G—A），也可能是顛換。具有轉(zhuǎn)換型變異的SNP約占SNP總量的2／3左右。

SNP的特征SNP是人類可遺傳的變異中最常出現(xiàn)的一種，占所有已知多態(tài)性的根據(jù)SNP在基因組中的分布位置可分為:

基因編碼區(qū)SNP(cSNP)

基因調(diào)控區(qū)SNP(pSNP)

基因間隨機編碼區(qū)SNP(rSNP)

等三類。

因為編碼區(qū)內(nèi)的變異率占周圍序列的1/5，cSNP的總量顯著少于其他兩類SNPs。同義cSNP(synonymouscSNP)：非同義cSNP(non-synonymouscSNP)根據(jù)SNP在基因組中的分布位置可分為:SNP檢測方法理想的檢測SNP的方法

——發(fā)現(xiàn)未知的SNP，或檢測已知的SNP(1)靈敏度和準(zhǔn)確度的要求（反應(yīng)原理嚴(yán)緊）

(2)快速、簡便、高通量

(操作和分析的自動化程度高）

(3)費用相對低廉SNP檢測方法

DNA芯片技術(shù)（DNAchip）

將許多已知序列的寡核苷酸DNA排列在1塊集成電路板上，彼此之間重疊1個堿基，并覆蓋全部所需檢測的基因，將熒光標(biāo)記的正常DNA和突變DNA分別與2塊DNA芯片雜交，由于至少存在1個堿基的差異，正常和突變的DNA將會得到不同的雜交圖譜，經(jīng)過共聚集顯微鏡分別檢測兩種DNA分子產(chǎn)生的熒光信號，即可確定是否存在突變，該方法快速簡單、片動化程度高，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，將在基因突變檢測中心發(fā)揮非常重要的作用。

DNA芯片技術(shù)（DNAchip）

Taqman法以熒光共振能量轉(zhuǎn)移(fluorescentresonanceenergytransfer,FRET)為基礎(chǔ)的檢測方法。在PCR反應(yīng)中，將供者-受者染料對分別結(jié)合到Taqman探針的兩端，探針未與目標(biāo)序列結(jié)合時，通過FRET作用使供者不發(fā)熒光；完全互補配對后，由于TaqDNA聚合酶具有5‘核酸酶的活性，可將供者從探針上切下來從而發(fā)出熒光。如果探針與目標(biāo)序列中存在錯配堿基，就會減少探針與目標(biāo)序列結(jié)合的緊密程度及TaqDNA聚合酶切割供者的活性，也就影響了供者的熒光釋放量，從而使堿基突變鏈和正常鏈得以區(qū)分。Taqman法

供者受者5‘

3‘

Taqman探針

供者受者5‘

3‘

Taqman探針

供者受者5‘

引物目標(biāo)序列供者受者5‘3‘Taqman探針供者受者5‘3‘受者5‘

3‘

引物

供者目標(biāo)序列受者5‘3‘引物供者目標(biāo)序列

分子導(dǎo)標(biāo)(molecularbeacon)法

分子導(dǎo)標(biāo)是一個U型的單鏈核苷酸探針（探針序列內(nèi)部可有一定程度的互補配對），在探針兩端也加上供者-受者染料對，U型探針使兩染料靠近，通過FRET作用使供者不發(fā)熒光。當(dāng)探針與目標(biāo)序列完全互補配對后，兩染料分離，使得供者的熒光亮增加，如果目標(biāo)序列中存在錯配堿基，就會影響探針與其結(jié)合，從而影響到供者的熒光亮，使堿基突變鏈和正常鏈得以區(qū)分。

分子導(dǎo)標(biāo)(molecularbeacon)法供者受者供者受者焦磷酸測序法(Pyrosequencinq)DNA聚合酶、ATP硫酸化酶(ATPsulfurylase)、熒光素酶(luciferase)和三磷酸腺苷雙磷酸酶(apyrase)。原理：DNA聚合酶在一種dNTP的存在下進(jìn)行引物延伸反應(yīng),而引物的成功延伸將伴隨焦磷酸的釋放,焦磷酸在熒光素酶的存在下能引發(fā)一種化學(xué)發(fā)光反應(yīng),通過發(fā)光計的實時監(jiān)測來達(dá)到檢測的目的。焦磷酸測序法(Pyrosequencinq)現(xiàn)代分子生物學(xué)第四版-第2章-染色體與DNA課件SNP的應(yīng)用

人類基因單體型圖的繪制

SNP與疾病易感基因的相關(guān)性分析

指導(dǎo)用藥與藥物設(shè)計SNP的應(yīng)用

人類基因單體型圖的繪制

1．人類基因單體型圖的繪制大多數(shù)染色體區(qū)域具有少數(shù)幾個常見的單體型，代表了一個群體中人與人之間的大部分多態(tài)性。某些染色體區(qū)域可以有很多SNP位點，但是只用少數(shù)幾個標(biāo)簽SNPs，就能夠提供該區(qū)域內(nèi)大多數(shù)的遺傳多態(tài)性模式。繪制人類基因單體型圖的目的就是描述人類常見的遺傳多態(tài)性模式和染色體上具有成組緊密關(guān)聯(lián)SNPs的區(qū)域。1．人類基因單體型圖的繪制

2002年10月，國際人類基因組單體型圖計劃(HapMap計劃)正式啟動，截至目前已有超過150萬SNPs被精確定位于各染色體上，并且已根據(jù)這些SNPs對來自4個不同人種的269份DNA樣品進(jìn)行了基因分型。后期目標(biāo)是要使總密度達(dá)到每500bP有一個SNP。通過不同個體基因組DNA的基因分型和頻率計算，繪制更加精密的單倍型圖譜。人類基因單體型圖的繪制完成，將為我們精確定位復(fù)雜疾病(如糖尿病，癌癥，心臟病，腦猝和哮喘等)易感基因提供重要信息。2002年10月，國際人類基因組單體型圖計劃(Hap2SNP與疾病易感基因的相關(guān)性分析

當(dāng)一個遺傳標(biāo)記的頻率在患者中明顯超過非患者時．就表明該標(biāo)記可能與這種疾病相關(guān)、隨著大量代謝通路和上百萬SNPs的確認(rèn)，SNP作為新一代遺傳標(biāo)記在人類疾病研究中顯示出極高的潛在價值。已經(jīng)有高血壓、哮喘、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、肺癌、前列腺癌等許多易感基因通過SNP的相關(guān)研究被發(fā)現(xiàn)。2SNP與疾病易感基因的相關(guān)性分析

3．指導(dǎo)用藥與藥物設(shè)計由于SNP能夠充分反映個體間的遺傳差異，所以誦過研究SNP與個體對藥物敏感或耐受的相天性研究，可能闡明遺傳因素對藥效的影響，因此可能建立與基因型相關(guān)的治療方案．對患者施行個性化用藥。另外，隨著SNP的研究與藥物基因組學(xué)的結(jié)合．根據(jù)特定的基因型來設(shè)計藥物將成為可能。3．指導(dǎo)用藥與藥物設(shè)計ThankYou!ThankYou!謝謝觀看！2020

謝謝觀看！第二章染色體與DNA

本章將介紹DNA的結(jié)構(gòu)和從一代細(xì)胞島到下一代細(xì)胞的傳遞、遺傳及變異等過程。2022/10/2999第二章染色體與DNA本章將介紹DNA的結(jié)第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第三節(jié)DNA的復(fù)制第四節(jié)原核生物和真核生物DNA復(fù)制特點第五節(jié)DNA的修復(fù)第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座第七節(jié)SNP的理論與應(yīng)用100第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體2第一節(jié)染色體2022/10/29101

由于親代能夠?qū)⒆约旱倪z傳物質(zhì)DNA以染色體的形式傳給子代，保持物種的穩(wěn)定性和連續(xù)性。因此，人們普遍認(rèn)為染色體在遺傳上起著主要作用。人類22對染色體及性染色體性染色體掃描電鏡圖第一節(jié)染色體2022/10/223 由于親代能夠?qū)⒆约旱谝还?jié)染色體2022/10/291021.染色體概述：19世紀(jì)中葉，細(xì)胞生物學(xué)家在光學(xué)顯微鏡下，在細(xì)胞分裂時觀察到存在于細(xì)胞核中的棒狀可染色結(jié)構(gòu)并將其命名為染色體。染色體包括DNA和蛋白質(zhì)兩部分。同一物種內(nèi)每條染色體所帶的DNA的量是一定的，但不同的染色體或不同物種之間變化很大，從上百萬到幾億個核苷酸對不等。此外，組成染色體的蛋白質(zhì)（組蛋白和非組蛋白）的種類和含量也是十分穩(wěn)定的。第一節(jié)染色體2022/10/2241.染色體概述：第一節(jié)染色體2022/10/291031.染色體概述：染色體在細(xì)胞分裂間期表現(xiàn)為染色質(zhì)。染色體與染色質(zhì)是同一種物質(zhì)的兩種形態(tài)。伸展的染色質(zhì)形態(tài)有利于在它上面的DNA儲存的信息的表達(dá)，而高度螺旋化了的棒狀染色體則有利于細(xì)胞分裂中遺傳物質(zhì)的平分。

左圖為人類染色體，在光鏡下即可觀察其形態(tài)，右圖為電鏡圖片，可見不規(guī)則的染色質(zhì)。第一節(jié)染色體2022/10/2251.染色體概述： 第一節(jié)染色體2022/10/291041.染色體概述：原核細(xì)胞染色體：一般只有一條大染色體且大都帶有單拷貝基因，除少數(shù)基因外（如rRNA基因）。整個染色體DNA幾乎全部由功能基因和調(diào)控序列所組成。幾乎每個基因序列都與它所編碼蛋白質(zhì)序列呈線性對應(yīng)關(guān)系。第一節(jié)染色體2022/10/2261.染色體概述：第一節(jié)染色體2022/10/291052.真核細(xì)胞染色體的組成：真核生物染色體中DNA相對分子質(zhì)量一般大大超過原核生物，并結(jié)合有大量的蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。其具體組成成分為：組蛋白、非組蛋白、DNA。在真核細(xì)胞染色體中，DNA與蛋白質(zhì)完全融合在一起，其蛋白質(zhì)與相應(yīng)DNA的質(zhì)量之比約為2:1。這些蛋白質(zhì)在維持染色體結(jié)構(gòu)中起著重要作用。第一節(jié)染色體2022/10/2272.真核細(xì)胞染色體的組第一節(jié)染色體2022/10/291062.1.組蛋白組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，其與DNA組成核小體。根據(jù)其凝膠電泳性質(zhì)可將其分為H1、H2A、H2B、H3及H4。第一節(jié)染色體2022/10/2282.1.組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/291072.1.組蛋白組蛋白的特性：進(jìn)化上極端保守性。其中H3、H4最保守，H1較不保守。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(xì)胞染色體不含H1而帶有H5，精細(xì)胞染色體的組蛋白是魚精蛋白。肽鏈上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。例如，N端的半條鏈上凈電荷為+16，C端只有+3，大部分疏水基團都分布在C端。組蛋白的修飾作用。包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。富含賴氨酸的組蛋白H5。H5賴氨酸含量高達(dá)24%。

第一節(jié)染色體2022/10/2292.1.組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/291082.2.非組蛋白染色體上除了存在大約與DNA等量的組蛋白以外，還存在大量的非組蛋白。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%～70%，但它的種類卻很多，約在20-100種之間，其中常見的有15-20種。非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。非組蛋白包括酶類、骨架蛋白、核孔復(fù)合物蛋白以及肌動蛋白、肌球蛋白等。它們也可能是染色質(zhì)的組成成分。幾類常見的非組蛋白：HMC蛋白。一般認(rèn)為可能與DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。DNA結(jié)合蛋白?？赡苁且恍┡cDNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶或調(diào)解物質(zhì)。A24非組蛋白。位于核小體內(nèi)，功能不詳。第一節(jié)染色體2022/10/22102.2.非組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/291092.3.DNA真核細(xì)胞基因組最大的特點是好有大量的重復(fù)序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA所隔開，這就是著名的“C值反?，F(xiàn)象”。C值：一種生物單倍體基因組DNA的總量。一般情況，真核生物C值是隨著生物進(jìn)化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物。（下頁左圖）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，某些兩棲類C值大于哺乳動物，而且在兩棲類中C值變化也很大，可相差100倍。（下頁右圖）第一節(jié)染色體2022/10/22112.3.DNA由此推斷，許多DNA序列不編碼蛋白質(zhì)，是無生理功能的。根據(jù)對DNA的動力學(xué)研究，真核生物DNA序列大致可分為3類：不重復(fù)序列、中度重復(fù)序列、高度重復(fù)序列。2022/10/291101由此推斷，許多DNA序列不編碼蛋白質(zhì)，是無生理功能的。202第一節(jié)染色體2022/10/291112.3.DNA不重復(fù)序列。在單倍體基因組里，這些序列一般只有一個或幾個拷貝，它占DNA總量的40%－80%。不重復(fù)序列長約750－2000dp，相當(dāng)于一個結(jié)構(gòu)基因的長度。單拷貝基因通過基因擴增仍可合成大量的蛋白質(zhì)。如蠶絲心蛋白基因。中度重復(fù)序列。這類重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)在10－104之間，占總DNA的10%－40%。各種rRNA、tRNA及組蛋白基因等都屬這一類。高度重復(fù)序列——衛(wèi)星DNA。這類DNA只在真核生物中發(fā)現(xiàn)，占基因組的10%—60%，由6—100個堿基組成，在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)幾百萬次。由于堿基的組成不同，在CsCl密度梯度離心中易與其他DNA分開，形成含量較大的主峰及高度重復(fù)序列小峰，后者又稱衛(wèi)星區(qū)帶（峰）。

第一節(jié)染色體2022/10/22132.3.DNA第一節(jié)染色體2022/10/291122.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞染色體的DNA如圖所示，經(jīng)過四級壓縮，長度壓縮將近10000倍。四級分別為：核小體螺線管超螺旋圓筒染色單體第一節(jié)染色體2022/10/22142.4.真核細(xì)胞染第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)核小體核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個分子生成的八聚體和由大約200bpDNA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。在核小體中DNA盤繞組蛋白八聚體核心，從而使分子收縮成1/7，200bpDNA的長度約為68nm，卻被壓縮在10nm的核小體中。核小體串聯(lián)起來形成10nm纖維。

2022/10/29113第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)2022/102022/10/291142022/10/2216第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)螺線管螺線管是由10nm染色質(zhì)細(xì)絲盤繞形成的螺旋管狀細(xì)絲，表現(xiàn)為30nm纖維。螺線管每一螺旋包含6個核小體，壓縮比為6。這種螺線管是分裂間期和分裂前期染色體的基本組分。2022/10/29115第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)2022/10第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)超螺旋圓筒有跡象表明：中期染色質(zhì)是一細(xì)長、中空的圓筒，直徑4000nm，由30nm的螺線管纏繞而成，壓縮比為40。染色單體染色單體由超螺旋圓筒再壓縮5倍而成。2022/10/29116第一節(jié)染色體2.4.真核細(xì)胞染色體的結(jié)構(gòu)2022/10第一節(jié)染色體2022/10/291173.原核生物基因組：原核生物基因組很小，大多只有一條染色體，且DNA含量少。如大腸桿菌DNA僅4.6Mb，完全伸展總長約為1.3mm，含4000多個基因。從基因組的結(jié)構(gòu)來看，原核細(xì)胞DNA有如下特點：結(jié)構(gòu)簡練。非編碼序列極少，這與真核細(xì)胞DNA冗余現(xiàn)象完全不同。存在轉(zhuǎn)錄單元。多順反子mRNA。有重疊基因。同一段DNA含有兩種不同蛋白質(zhì)的信息。第一節(jié)染色體2022/10/22193.原核生物基因組3、原核生物的基因組特點（1）結(jié)構(gòu)簡練：不轉(zhuǎn)錄部分很少且常是控制基因表達(dá)的序列（2）存在轉(zhuǎn)錄單元：多順反子mRNA，這些功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因協(xié)同表達(dá)。（3）有重疊基因：同一段DNA能攜帶兩種一同的蛋白質(zhì)信息，主要是：一個基因完全存在于另一個基因內(nèi)部分重疊兩個基因只有一個堿基對的重疊3、原核生物的基因組特點（1）結(jié)構(gòu)簡練：不轉(zhuǎn)錄部分很少且常是第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29119第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/2221第二節(jié)DN第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/29120DNA作為遺傳物質(zhì)的主要優(yōu)點：信息量大，可以縮微表面互補，電荷互補，雙螺旋結(jié)構(gòu)說明了精確復(fù)制機理核糖的2’脫氧，在水溶液中穩(wěn)定性好可以突變，以求進(jìn)化（突變對個體是不幸的，進(jìn)化對群體是有利的）有T無U，基因組得以增大，而無C脫氨基成U帶來的潛在危險。（尿嘧啶DNA糖苷酶可以靈敏識別DNA中的U而隨時將其剔除）。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/2222DNA作為遺傳第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/291211.DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA又稱脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid）。DNA的一級結(jié)構(gòu)即是指四種

核苷酸的連接及排列順序，

表示該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成。DNA由脫氧核苷酸聚合而成。堿基的不同決定了脫氧核苷酸的不同。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22231.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/291221.DNA的一級結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸由堿基（A、T、G、C）、脫氧核糖及磷酸基團組成。以下是脫氧核苷酸及堿基結(jié)構(gòu)式。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22241.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/291231.DNA的一級結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸之間由3’→5’磷酸二酯鍵連接成DNA鏈，兩條鏈的堿基通過氫鍵實現(xiàn)AT、GC配對。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22251.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/291241.DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA一級結(jié)構(gòu)特點是：DNA分子由兩條互相平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結(jié)合，形成堿基對，它的組成有一定的規(guī)律。這就是嘌呤與嘧啶配對（A與T，G與C配對）。堿基之間的這種一一對應(yīng)的關(guān)系叫堿基互補配對原則。由于堿基可以任何順序排列，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22261.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/291252.DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA二級結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反相平行盤繞所生成的雙螺旋盤繞結(jié)構(gòu)。DNA有三種構(gòu)像：A-DNA、B-DNA、Z-DNA，其中AB為右手構(gòu)象，Z為左手構(gòu)像。B型為普遍存在的結(jié)構(gòu)。A型、Z型可能具有不同

的生物活性還存在其他構(gòu)型。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22272.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/291262.DNA的二級結(jié)構(gòu)B-DNA特點：螺旋直徑2nm鏈間有螺旋形凹槽，較小的為小溝（1.2nm），較大的為大溝（2.2nm）堿基間距0.34nm每輪堿基數(shù)10堿基平面與縱軸垂直第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22282.DNA的ADNA的特點ADNA的特點B-DNA-3.4?/bp-23.5?wide-10.4bp/turnA-DNA-2.3?/bp-25.5?wide-11bp/turn-Base-pairstiltedabout19degreesfromaxisofthehelix.Figure:B-andA-DNAB-DNAA-DNAFigure:B-andA-DN左手螺旋Z-DNA左手螺旋Z-DNAMinorgrooveMajorgrooveZ-DNA-3.8?/bp-18.4?wide-12bp/turn-base-pairstiltedabout9degreesfromaxisofthehelixMinorMajorZ-DNA-3.8?/bp現(xiàn)代分子生物學(xué)第四版-第2章-染色體與DNA課件現(xiàn)代分子生物學(xué)第四版-第2章-染色體與DNA課件現(xiàn)代分子生物學(xué)第四版-第2章-染色體與DNA課件第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/291343.DNA的高級結(jié)構(gòu)DNA的高級結(jié)構(gòu)指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤旋所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA高級結(jié)構(gòu)的主要形式，可分為正超螺旋和負(fù)超螺旋兩類，它們在不同類型的拓?fù)洚悩?gòu)酶作用下或特殊情況下可相互轉(zhuǎn)變，如：拓?fù)洚悩?gòu)酶溴乙啶拓?fù)洚悩?gòu)酶溴乙啶負(fù)超螺旋正超螺旋松弛DNA第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22363.DNA的第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/291353.DNA的高級結(jié)構(gòu)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)形成的意義：使DNA形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中；推動DNA結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以滿足

功能上的需要。如負(fù)超螺旋

分子所受張力會引起互補鏈

分開導(dǎo)致局部變性，利于復(fù)

制和轉(zhuǎn)錄。螺旋超螺旋第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2022/10/22373.DNA的

DNASupercoiling超螺旋E.Colibacterium: ~1um(10-6m)longItsgenome: ~1300umlong!!!Ahumancell: ~10umlongItsgenome: ~1,000,000um1mlong!!Howdocellscontain/package/handletheirDNA?Somechromosomesarelinear:-eukaryotesandsomevirusesSomearecircular:-bacteria,mitochondria,chloroplastsandsomevirusesIn

ALL

cases,theDNAis

COILED(盤繞）verytightlyinthecellDNASupercoiling超螺旋E.CoNegativesupercoiling（負(fù)超螺旋）

iswherethesupercoilsareintheoppositedirectiontothecoilingoftheDNAdoublehelix（超螺旋的方向與DNA雙螺旋的方向相反）---underwinding，addadditionalleft-handedhelix(BorA-DNA)Positivesupercoiling

（正超螺旋）isinthesamedirectionasthehelix（超螺旋的方向與DNA雙螺旋的方向相同）----overwinding，addadditionalright-handedhelix(BorA-DNA)Directionofsupercoiling

DNASupercoilingNegativesupercoiling（負(fù)超螺旋）isL=T+WL=Linkingnumber

isthetotalnumberofturnsinacircularDNA（連接數(shù)）常量T=TurnsortwistsintheDNA(盤繞數(shù)）

W=Writhingnumberreferringtoisthenumberofsupercoils（超螺旋數(shù)）DeterminingSupercoilinginDNARighttwist=positiveLefttwist=negativeTwoDefinitions: Twist&LinkingNumber

AllDNAdoubleheliceshavetwist,whileonlyclosedcirculardoubleheliceshavelinkingnumberTWIST:

SimplythenumberoftimesonestrandwindsaroundtheotherL=T+WL=LinkingnumbExampleoflookingatsuperhelicityArelaxedcircleof200b.p.200/10=20turns T=20Ifcovalentlyclosedinarelaxedcircle L=20Ifwebreakthecircle,unwindtwiceandreseal（松開螺旋2圈再重連）,thenL=18Twantstobenear20,sotwotwists(writhes)areincorporatedL=T+W,soL=18,T≈20,W=-2Exampleoflookingatsuperhel第三節(jié)DNA的復(fù)制

雙鏈DNA的復(fù)制是一個非常復(fù)雜的過程，在復(fù)制的起始、延伸和終止三個階段，需要多種酶和蛋白質(zhì)的協(xié)同參與。2022/10/29140第三節(jié)DNA的復(fù)制 雙鏈DNA的復(fù)制是一個非常復(fù)雜的過第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/291411.DNA的半保留復(fù)制

Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時即推測，DNA在復(fù)制時首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22431.DNA的第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/291421.DNA的半保留復(fù)制

1958年，Meselson和Stahl研究了經(jīng)15N標(biāo)記3個世代的大腸桿菌DNA，首次證明了DNA半保留復(fù)制。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22441.DNA的第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/291432.復(fù)制的起點、方向和速度復(fù)制時，雙鏈DNA要解開成兩股鏈進(jìn)行，使復(fù)制起點呈叉狀，被稱為復(fù)制叉。復(fù)制子為生物體DNA的復(fù)制單位。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10/22452.復(fù)制的起第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/10