第二章-染色體與DNA-1

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的復(fù)制特點(diǎn)第五節(jié)DNA損傷、修復(fù)和重組第六節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座第一節(jié)染色體一、染色體、DNA、基因、基因組間的關(guān)系二、染色體的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三、染色體的組成細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)核膜核仁染色質(zhì)雙層膜核孔：1、折光性較強(qiáng)易辨認(rèn)2、細(xì)胞增殖時(shí)，周期性的消失和重建成分：DNA+蛋白質(zhì)高度螺旋化，縮短變粗解螺旋，變細(xì)變長(zhǎng)染色體易被堿性溶液染成深色染色質(zhì)核孔核膜核仁染色質(zhì)大分子物質(zhì)進(jìn)出的通道物質(zhì)交換細(xì)胞核中期染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)根據(jù)著絲粒位點(diǎn)不同,分為四種:①中著絲染色體②近中著絲染色體③近端著染色體④端著絲染色體二、染色體的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三、染色體的組成DNA蛋白質(zhì)核小體是染色體的基本組成單位①組蛋白-與DNA非特異性結(jié)合②非組蛋白-與DNA特異性結(jié)合①組蛋白帶正電荷，含Arg，Lys，屬堿性蛋白，共5種:核心組蛋白（corehistone）：H2A、H2B、H3、H4（將DNA分子盤(pán)繞成核小體);連接組蛋白（linkerhistone）：H1（染色質(zhì)極性

）。核小體（nucleosome）:一種串珠狀結(jié)構(gòu)，由核心顆粒和連結(jié)線(xiàn)DNA兩部分組成。核小體單位包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白核心和一個(gè)H1。功能：參與染色體的構(gòu)建；維持染色體結(jié)構(gòu)；調(diào)節(jié)DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體，構(gòu)成核心顆粒；DNA分子以左手螺旋纏繞在核心顆粒表面，每圈80bp，共1.75圈，約146bp，兩端被H1鎖合；相鄰核心顆粒之間為一段60bp的連接線(xiàn)DNA。核小體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)②非組蛋白序列特異性DNA結(jié)合蛋白。特性:帶負(fù)電，屬酸性蛋白,富含天門(mén)冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。整個(gè)細(xì)胞周期都合成，組蛋白只在S期合成。能識(shí)別特異DNA序列，結(jié)合與氫鍵和離子鍵。功能:幫助DNA折疊、復(fù)制；調(diào)節(jié)基因表達(dá)。非組蛋白與DNA結(jié)合方式:α

螺旋-轉(zhuǎn)角-α

螺旋結(jié)構(gòu)(H-T-Hmotif)α

螺旋-環(huán)-α

螺旋結(jié)構(gòu)(H-L-Hmotif)亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(Lucinezippermotif)鋅指結(jié)構(gòu)(Zincfingermotif)非組蛋白常常是通過(guò)磷酸化與DNA結(jié)合調(diào)節(jié)基因表達(dá)LucinezippermotifH-L-HmotifZincfingermotif(Cys-cys-his-his)DNA經(jīng)四級(jí)包裝形成染色體2.染色質(zhì)DNA從DNA到染色體從DNA到染色體第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指四種脫氧核苷酸的連接及排列順序，表示了DNA分子的化學(xué)組成和排列順序二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸反向平行盤(pán)繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。3種主要類(lèi)型，即：B-DNA、Z-DNA、A-DNA。B-DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在細(xì)胞中是主要存在形式；A-DNA是B-DNA的重要變構(gòu)形式；

Z-DNA是左手螺旋。三種不同構(gòu)象的DNA雙螺旋B-DNA是活性最高的構(gòu)象，A-DNA的活性次之，Z-DNA的活性最低。在細(xì)胞中DNA的三種構(gòu)型是動(dòng)態(tài)變化的，以此調(diào)控染色體的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化和基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄。三、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是指雙螺旋DNA分子進(jìn)一步扭曲盤(pán)繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)，分為正超螺旋和負(fù)超螺旋兩種。雙螺旋結(jié)構(gòu)松弛導(dǎo)致負(fù)超螺旋，而擰緊則導(dǎo)致正超螺旋第三節(jié)DNA的復(fù)制DNA復(fù)制時(shí)每個(gè)子代DNA分子的一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱(chēng)半保留復(fù)制意義：半保留復(fù)制說(shuō)明DNA在代謝上的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)許多代的復(fù)制，DNA鏈仍可保持完整，這在生物的遺傳上是十分重要的。特點(diǎn)：半保留復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制一、概念、意義時(shí)間場(chǎng)所模板模板去向原料能量酶產(chǎn)物特點(diǎn)二、復(fù)制過(guò)程所需條件有絲分裂間期或減數(shù)每一次分裂前的間期主要在細(xì)胞核，少數(shù)在線(xiàn)粒體、葉綠體中DNA分子兩條鏈分別進(jìn)入兩個(gè)DNA分子中游離的脫氧核苷酸ATPDNA解旋酶、聚合酶子代DNA邊解旋邊復(fù)制、半保留復(fù)制解鏈方向

三、復(fù)制特點(diǎn)-半不連續(xù)性復(fù)制（復(fù)制叉）35353′5′3′5′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)岡崎片段（Okazakifragment）領(lǐng)頭鏈leadingstrand

——合成方向與復(fù)制叉解鏈方向相同，并可連續(xù)合成的子鏈。隨從鏈laggingstrand——合成方向與復(fù)制叉解鏈方向相反，并且是不連續(xù)合成的子鏈。

岡崎片段okazakifragment——在DNA復(fù)制過(guò)程中，隨從鏈上初合成的不連續(xù)的DNA片段。在原核生物中約為1000～2000個(gè)核苷酸，而在真核生物中約為100個(gè)核苷酸。半不連續(xù)性復(fù)制——在DNA復(fù)制過(guò)程中，領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制。

1）模板(template)：解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈2）底物(substrate)或稱(chēng)原料：dATP、dGTP、dCTP、dTTP3）引物(primer)：復(fù)制需要一小段RNA作引物4）能源：需ATP供能，原料dNTP本身也是高能化合物5）酶和蛋白質(zhì)因子：DNA聚合酶(polymerase)等四、參與DNA復(fù)制的物質(zhì)及作用（1）解鏈酶（helicase）作用：利用ATP供能，解開(kāi)DNA雙鏈消耗2ATP/解開(kāi)1bp可隨復(fù)制叉的伸展向前移動(dòng)也稱(chēng)：解螺旋酶（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶

（topoisomerase，Topo）Topo：拓?fù)涫侵肝矬w或圖像作彈性位移而又保持物體不變的性質(zhì)作用：松馳DNA超螺旋，克服扭結(jié)現(xiàn)象（3）單鏈DNA結(jié)合蛋白(SSB)

(singlestrandDNAbindingprotein)作用：能與DNA單鏈可逆的結(jié)合，其作用有二也稱(chēng)：DNA結(jié)合蛋白（DNAbindingprotein，DBP)①防止DNA復(fù)性②防止DNA單鏈模板被水解（4）引物酶（primase）模板以DNA單鏈為模板底物NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）按堿基配對(duì)原則（A=UG≡C）按5→3方向作用：復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物本質(zhì)：是一種RNA聚合酶（可以使兩個(gè)游離的NTP聚合，此不同于催化轉(zhuǎn)錄過(guò)程的RNA聚合酶）（5）DNA聚合酶機(jī)理：

使核苷酸之間生成3，5磷酸二酯鍵主要作用：5→3的聚合活性模板以DNA單鏈為模板底物dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物以小片段RNA為引物注：引物的原料（ATP、GTP、CTP、UTP）按堿基配對(duì)原則（A=TG≡C）按5→3方向在RNA引物的

3

-OH末端上開(kāi)始逐個(gè)添加dNTP（6）DNA聚合酶E.coli大腸桿菌DNA聚合酶的作用DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ分子數(shù)/細(xì)胞4004020聚合的核苷酸數(shù)/分鐘100050150,000（2500bp/s）5→3的聚合√√√3→5的外切√√√5→3的外切√××主要作用切除引物填補(bǔ)空隙校讀損傷修復(fù)校讀損傷修復(fù)DNA復(fù)制校讀（7）DNA連接酶(DNAligase)作用：消耗ATP，將隨從鏈中相鄰的兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)催化同一模板DNA鏈上的兩個(gè)相鄰DNA片段的3＇端與5＇端間形成磷酸二酯鍵，把相鄰的兩段DNA連成完整的鏈DNA連接酶ATPADPHO5’3’5’3’3’5’5’3’起始:形成復(fù)制叉replicationfork需解決兩個(gè)問(wèn)題DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板合成RNA引物，提供

3

-OH末端總結(jié)-DNA復(fù)制的過(guò)程解鏈酶拓?fù)洚悩?gòu)酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ連接酶起始延長(zhǎng)終止Topo引物酶延長(zhǎng):DNA-polⅢ(DDDP-Ⅲ)的5→3的聚合活性使核苷酸之間生成3，5磷酸二酯鍵模板以DNA單鏈為模板底物

dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物

以小片段RNA為引物，在RNA引物的

3

-OH末端上開(kāi)始逐個(gè)添加dNTP

按堿基配對(duì)原則

（A=TG≡C）按5→3方向

555DNA-polⅠOHP5DNA-polⅠdNTP55PATP

ADP+Pi55DNA連接酶終止:隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接DNA聚合酶全稱(chēng)：依賴(lài)DNA的DNA聚合酶

(DNAdependentDNApolymerase)簡(jiǎn)稱(chēng)：DNApol

（DDDP）主要作用：5→3的聚合活性

dTTP3'3'

ATGCAATTGC5'||||5

TACGppiTDNAdependentDNA