分子生物學(xué)第二章染色體與DNA

1、2022-7-41第二章第二章 染色體與染色體與 DNA第一節(jié)第一節(jié) 染色體染色體第二節(jié)第二節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) DNA的復(fù)制的復(fù)制第四節(jié)第四節(jié) DNA的修復(fù)的修復(fù)第五節(jié)第五節(jié) DNA的轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座第六節(jié)第六節(jié) SNP的理論與應(yīng)用的理論與應(yīng)用2022-7-42一、染色體的概述 染色體（chromosome） ：是指存在于細(xì)胞核中的棒狀可染色結(jié)構(gòu)，由染色質(zhì)（染色質(zhì)（chromatin）構(gòu)成。染色質(zhì)是由構(gòu)成。染色質(zhì)是由DNA、RNA和蛋白質(zhì)形成的復(fù)和蛋白質(zhì)形成的復(fù)合體。染色體是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞周期的不合體。染色體是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞周期的不同階段明顯不同。同階段明顯不同。染色體是

2、遺傳物質(zhì)的主要載體親子代傳遞量的恒定第一節(jié) 染色體2022-7-43 不同物種染色體數(shù)目存在較大差別，不同物種染色體數(shù)目存在較大差別，同一物種內(nèi)每條染色體所帶的同一物種內(nèi)每條染色體所帶的DNA量是一量是一定的，但不同染色體或不同物種之間變化定的，但不同染色體或不同物種之間變化很大。如人的很大。如人的X染色體帶有染色體帶有1.28億個(gè)核苷酸億個(gè)核苷酸對，而對，而Y染色體只帶有染色體只帶有0.19億個(gè)核苷酸對。億個(gè)核苷酸對。2022-7-44真核生物染色體真核生物染色體1、真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)、真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)2、染色體概況、染色體概況 DNA: 27%， 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì): 66%， RNA: 6%每條染色體只

3、有一每條染色體只有一個(gè)個(gè)DNA分子分子2022-7-45非分裂期的染色質(zhì)在電子顯微鏡下呈纖維串珠狀的長絲 一般說來，染色體只有在細(xì)胞有絲分裂過程中，才可在光學(xué)顯微鏡下觀察到。2022-7-46細(xì)菌染色體組織細(xì)菌染色體組織 沒有明顯的核區(qū)域，沒有明顯的核區(qū)域，細(xì)菌基因組仍然是高度細(xì)菌基因組仍然是高度致密的。致密的。E. coli溶解時(shí)，溶解時(shí)，DNA形成大量環(huán)形形成大量環(huán)形（loops）結(jié)構(gòu)。在活體）結(jié)構(gòu)。在活體細(xì)胞中，細(xì)胞中，DNA則以高度則以高度致密的狀態(tài)與蛋白質(zhì)結(jié)致密的狀態(tài)與蛋白質(zhì)結(jié)合。合。2022-7-47 真核細(xì)胞染色體的特征：染色體位于細(xì)胞核的核仁內(nèi)。在細(xì)胞分裂間期，染色體以較細(xì)且松

4、散的染色質(zhì)形式存在，只有在細(xì)胞分裂期，才可在光學(xué)顯微鏡下觀察到棒狀可染色的染色體。在染色體中，DNA與組蛋白和非組蛋白完全融合在一起。2022-7-48 原核細(xì)胞染色體的特征: 染色體位于類似“核”的結(jié)構(gòu)類核體上；染色體外包裹著稀疏的非組蛋白，不含組蛋白；原核生物中一般只有一條染色體，且大都帶有單拷貝基因，只有很少數(shù)基因（如rRNA基因)是以多拷貝形式存在的；整個(gè)染色體幾乎完全由功能基因和調(diào)控序列所組成。 2022-7-49二、真核細(xì)胞染色體的組成染色體的特征：染色體的特征：（1 1）分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定；）分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定；（2 2）能夠自我復(fù)制，使親子代間保持連續(xù)性；）能夠自我復(fù)制，使親子代間

5、保持連續(xù)性；（3 3）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制整個(gè)生命過程；）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制整個(gè)生命過程；（4 4）能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。）能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。2022-7-410組蛋白組蛋白殘基數(shù)殘基數(shù)分子量（分子量（kD）%精精%賴賴種類H121523.0129連接蛋白H2A12914.0911核心蛋白H2B12513.8616核心蛋白H313515.31310核心蛋白H410211.31411核心蛋白 染色體上的蛋白質(zhì)主要包括組蛋白和非組蛋白。組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，它與DNA組成核小體，是一類小的堿性蛋白。1、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)2022-7-411組蛋白的特征組蛋白的特征：1、進(jìn)化上的極端保

6、守（如、進(jìn)化上的極端保守（如H3、H4）；）；2、無組織特異性；、無組織特異性；3、肽鏈上氨基酸分布的不對稱性（賴氨酸、精氨酸含、肽鏈上氨基酸分布的不對稱性（賴氨酸、精氨酸含量豐富）；量豐富）；4、組蛋白的修飾作用（甲基化、乙酰化、磷酸化）；、組蛋白的修飾作用（甲基化、乙?；?、磷酸化）；5、富含賴氨酸的組蛋白、富含賴氨酸的組蛋白H5（H5的磷酸化可能在染色的磷酸化可能在染色質(zhì)的失活過程中起重要作用）。質(zhì)的失活過程中起重要作用）。2022-7-412 非組蛋白包括酶類及細(xì)胞分裂有關(guān)的一些蛋白。它們可能與DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制及轉(zhuǎn)錄等有關(guān)。非組蛋白主要包括：1、HMG蛋白（high mobility

7、group protein)，可能與超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)；2、DNA結(jié)合蛋白：可能是一些與DNA的復(fù)制或轉(zhuǎn)錄的關(guān)的酶或調(diào)節(jié)物；3、A24非組蛋白，肝臟中特有的一組蛋白，與H2A及泛素結(jié)構(gòu)相似，功能不詳。2022-7-413哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物兩棲動(dòng)物兩棲動(dòng)物鳥類鳥類昆蟲昆蟲線蟲線蟲霉菌霉菌酵母酵母細(xì)菌細(xì)菌支原體支原體 各個(gè)種類生各個(gè)種類生物的最小基因組物的最小基因組與其復(fù)雜性正相與其復(fù)雜性正相關(guān)。關(guān)。2、DNA2022-7-414開花植物開花植物鳥類鳥類哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物爬行動(dòng)物爬行動(dòng)物兩棲類兩棲類硬骨魚硬骨魚軟骨魚軟骨魚棘皮動(dòng)物棘皮動(dòng)物甲殼類甲殼類昆蟲昆蟲軟體動(dòng)物軟體動(dòng)物線蟲線蟲霉菌霉菌藻類藻類真菌真菌

8、革蘭氏陽性菌革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌革蘭氏陰性菌支原體支原體各物種基因組大小比較各物種基因組大小比較 C-值（值（C-value）:一種生物單位體基因組一種生物單位體基因組DNA的總量。的總量。 C-值矛盾（值矛盾（C-value paradox）：）：基因組大基因組大小與機(jī)體的遺傳復(fù)雜性小與機(jī)體的遺傳復(fù)雜性缺乏相關(guān)性。缺乏相關(guān)性。2022-7-415 （1）、）、不重復(fù)序列不重復(fù)序列：在單倍體基因組中只有一個(gè)：在單倍體基因組中只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝的或幾個(gè)拷貝的DNA序列。真核生物的大多數(shù)基因在單序列。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝。倍體中都是單拷貝。 （2）、）、中度重復(fù)序列中度重復(fù)

9、序列: 每個(gè)基因組中每個(gè)基因組中10104個(gè)拷個(gè)拷貝。平均長度為貝。平均長度為300 bp，一般是不編碼序列，廣泛散，一般是不編碼序列，廣泛散布在非重復(fù)序列之間?？赡茉诨蛘{(diào)控中起重要作用。布在非重復(fù)序列之間。可能在基因調(diào)控中起重要作用。常有數(shù)千個(gè)類似序列，各重復(fù)數(shù)百次，構(gòu)成一個(gè)序列常有數(shù)千個(gè)類似序列，各重復(fù)數(shù)百次，構(gòu)成一個(gè)序列家族。大多數(shù)高等真核生物的基因組都有家族。大多數(shù)高等真核生物的基因組都有10%40%的的中度重復(fù)序列。中度重復(fù)序列。真核細(xì)胞DNA的種類:2022-7-416(3)、高度重復(fù)序列、高度重復(fù)序列衛(wèi)星衛(wèi)星DNA（satellite DNA） 只存在于真核生物中，占基因組的只

10、存在于真核生物中，占基因組的10%60%，由由610個(gè)堿基組成。個(gè)堿基組成。衛(wèi)星衛(wèi)星DNA均位于染色體的著絲均位于染色體的著絲粒。粒。2022-7-4173、染色質(zhì)和核小體 染色質(zhì)：是由許多核小體連成的念珠狀結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證據(jù)：實(shí)驗(yàn)證據(jù)： 1）染色質(zhì)中，）染色質(zhì)中，H2A、H2B、H3、H4的數(shù)量大致相等，而的數(shù)量大致相等，而H1的數(shù)量不超過它們的一半；的數(shù)量不超過它們的一半； 2）組蛋白組成直徑約）組蛋白組成直徑約10nm的顆粒，由裸露的的顆粒，由裸露的DNA連接；連接； 3）DNA位于核小體的外側(cè)；位于核小體的外側(cè)；染 色 質(zhì)小球菌核酸酶處理染色質(zhì)小球菌核酸酶處理染色質(zhì)2022-7-418 4

11、）用小球菌核酸酶處）用小球菌核酸酶處理染色質(zhì)，得到的理染色質(zhì)，得到的DNA片段片段為為200bp的整數(shù)倍；的整數(shù)倍； 5）將組蛋白加入）將組蛋白加入SV40的的DNA中，可在體外形成染中，可在體外形成染色質(zhì)樣纖維。其中與一個(gè)核色質(zhì)樣纖維。其中與一個(gè)核小體結(jié)合的小體結(jié)合的DNA很接近很接近200bp；缺少；缺少H2A、H2B、H3、H4中任何一種都不能中任何一種都不能形成核小體，形成核小體，H1則不是必需則不是必需的。的。2022-7-419 核小體核小體是組成染色是組成染色質(zhì)的重復(fù)單位，每個(gè)質(zhì)的重復(fù)單位，每個(gè)核小體由約核小體由約200（160250）bp的的DNA，和，和H2A、H2B、H3、

12、H4各各2個(gè)，以及一個(gè)個(gè)，以及一個(gè)H1組組成。成。核小體中組蛋白聚合體組成核小體中組蛋白聚合體組成2022-7-4201）核心顆粒結(jié)構(gòu)：）核心顆粒結(jié)構(gòu)： 單個(gè)核小體繼續(xù)消化可以把單個(gè)核小體繼續(xù)消化可以把DNA進(jìn)進(jìn)一步剪短，釋放出一步剪短，釋放出H1；剩余的顆粒稱；剩余的顆粒稱為核心顆粒，由為核心顆粒，由H2A、H2B、H3、H4組成；結(jié)合在核心顆粒而不被降解的組成；結(jié)合在核心顆粒而不被降解的DNA稱為稱為核心核心DNA（core DNA）；重；重復(fù)單位中除核心復(fù)單位中除核心DNA以外的其它以外的其它DNA稱為稱為連接連接DNA（linker DNA）。 雙折疊對稱盤形，高雙折疊對稱盤形，高6

13、nm，直徑，直徑11 nm;由由(H3)2(H4)2四聚體構(gòu)成組蛋白四聚體構(gòu)成組蛋白八聚體核心，頂部和底部各有一八聚體核心，頂部和底部各有一H2A.H2B二聚體二聚體;2022-7-421小球菌核酸酶對染色質(zhì)的持續(xù)作用產(chǎn)生各種不同結(jié)果小球菌核酸酶對染色質(zhì)的持續(xù)作用產(chǎn)生各種不同結(jié)果2022-7-4222）組蛋白）組蛋白H1 H1由兩部分組成，由兩部分組成，一部分是保守的核心，一部分是保守的核心，一部分是可變的延伸出一部分是可變的延伸出去的去的N 端和端和C 端臂。端臂。 DNA進(jìn)入和離開組進(jìn)入和離開組蛋白聚合體的位置十分蛋白聚合體的位置十分接近，這由進(jìn)出兩端與接近，這由進(jìn)出兩端與H1結(jié)合形成。如

14、沒有結(jié)合形成。如沒有H1，則，則DNA進(jìn)入和離進(jìn)入和離開核心顆粒的位置是隨開核心顆粒的位置是隨機(jī)的。機(jī)的。2022-7-423由核小體串聯(lián)形成的由核小體串聯(lián)形成的10 nm 纖絲纖絲30 nm 纖絲纖絲3）、染色質(zhì)的存在形式：2022-7-424 30 nm 纖絲由纖絲由10 nm 纖維卷曲繞成圓筒形線圈，每圈約纖維卷曲繞成圓筒形線圈，每圈約6個(gè)個(gè)核小體，螺距核小體，螺距11 nm（核小體直徑）。這一結(jié)構(gòu)需要（核小體直徑）。這一結(jié)構(gòu)需要H1 穩(wěn)定。穩(wěn)定。30 nm 纖絲的包裝比為纖絲的包裝比為40 。2022-7-425 DNA和組蛋白構(gòu)成核小體，核小體再繞成一個(gè)中空的螺線管狀結(jié)構(gòu)，這種螺線管

15、狀結(jié)構(gòu)（有的部分就是珠狀核小體結(jié)構(gòu)）就成為染色質(zhì)絲。染色質(zhì)絲再與許多非組蛋白結(jié)合形成染色體結(jié)構(gòu)。染色體的包裝過程DNA核小體7倍30 nm 纖絲6倍67nm10nm 每圈6個(gè)核小體中期染色質(zhì)中期染色質(zhì)40倍5 倍染色體單體200 bp DNA2022-7-4261、基因組龐大；、基因組龐大；2、大量重復(fù)序列的存在；、大量重復(fù)序列的存在；3、大部分序列為非編碼序列；、大部分序列為非編碼序列；4、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子；、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子；5、真核基因是斷裂基因；、真核基因是斷裂基因；6、真核基因存在大量的順式作用元件；、真核基因存在大量的順式作用元件；7、DNA存在多態(tài)性；存在多態(tài)性；8、具有端粒

16、結(jié)構(gòu)。、具有端粒結(jié)構(gòu)。2022-7-427pDNA多態(tài)性多態(tài)性：指：指DNA序列中發(fā)生變異而導(dǎo)序列中發(fā)生變異而導(dǎo)致的個(gè)體間核苷酸序列的差異，主要包括致的個(gè)體間核苷酸序列的差異，主要包括單單核苷酸多態(tài)性核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)和和串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性(tandem repeats polymorphism)兩類。兩類。2022-7-428三、原核生物基因組及其特點(diǎn)1、原核生物的遺傳物質(zhì) 原核生物的遺傳物質(zhì)只以裸露的核酸分子存在，且與少量的非組蛋白結(jié)合，但不形成染色體結(jié)構(gòu)，習(xí)慣上把原核生物的核酸分子也稱為染色體。2022

17、-7-4292、原核生物基因組的、原核生物基因組的特點(diǎn)特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)簡練結(jié)構(gòu)簡練 其其DNA分子絕大多數(shù)用于編碼蛋白分子絕大多數(shù)用于編碼蛋白質(zhì)，不翻譯的序列只占質(zhì)，不翻譯的序列只占4%，并且編碼序列是連續(xù)，并且編碼序列是連續(xù)的；的；（2）存在轉(zhuǎn)錄單元存在轉(zhuǎn)錄單元 功能上密切相關(guān)的基因構(gòu)成操功能上密切相關(guān)的基因構(gòu)成操縱子或高度集中，并且可被一起轉(zhuǎn)錄；縱子或高度集中，并且可被一起轉(zhuǎn)錄；（3）重疊基因重疊基因和和基因內(nèi)基因基因內(nèi)基因 即同一段即同一段DNA序列能序列能攜帶兩種不同蛋白質(zhì)的遺傳信息。攜帶兩種不同蛋白質(zhì)的遺傳信息。2022-7-430一、染色體一、染色體染色體的概念染色體的概念真核、原核

18、染色體的特征真核、原核染色體的特征2022-7-431 真核細(xì)胞染真核細(xì)胞染色體的組成色體的組成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組蛋白種類、特性組蛋白種類、特性非組蛋白非組蛋白DNAC值值C值矛盾值矛盾DNA的種類的種類不重復(fù)序列不重復(fù)序列中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列染色質(zhì)和核小體染色質(zhì)和核小體核小體的概念核小體的概念染色體的包裝染色體的包裝2022-7-432三、真核生物、原核生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)三、真核生物、原核生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2022-7-433核苷酸結(jié)構(gòu)核苷酸結(jié)構(gòu)第二節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)2022-7-4341、DNA的一級結(jié)構(gòu)：是指4種核苷酸的排列順序，表示了該DNA分子的化學(xué)組成。又

19、由于4種核苷酸的差異僅僅是堿基的不同，因此又是指堿基的排列順序。2022-7-435基本特點(diǎn)：基本特點(diǎn)：（1）由兩條互相平行的脫氧核苷酸鏈盤繞而成；）由兩條互相平行的脫氧核苷酸鏈盤繞而成；（2）兩條主鏈的脫氧核糖和磷酸由）兩條主鏈的脫氧核糖和磷酸由3,5磷酸二酯磷酸二酯鍵交互連接而成，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；鍵交互連接而成，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基位于內(nèi)側(cè)；堿基位于內(nèi)側(cè)；（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵結(jié)合，形成堿基對，）兩條鏈上的堿基通過氫鍵結(jié)合，形成堿基對，堿基必須以堿基必須以A-T、C-G配對；配對；2022-7-4362、 DNA的二級結(jié)構(gòu)：是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋

20、結(jié)構(gòu)。DNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)右手螺旋右手螺旋左手螺旋左手螺旋A-DNAB-DNAZ-DNA2022-7-4372022-7-438 兩條主鏈的脫氧核糖和磷酸兩條主鏈的脫氧核糖和磷酸由由3,5磷酸二酯鍵交互連接而成；磷酸二酯鍵交互連接而成；堿基位于內(nèi)側(cè)；堿基必須以堿基位于內(nèi)側(cè)；堿基必須以A-T、C-G配對；配對；直徑：直徑：2.0 nm；螺距：螺距：3.4 nm；每匝每匝 10 bp/10.5bp； 大溝含較多信息，為復(fù)制，轉(zhuǎn)錄部位；小溝具大溝含較多信息，為復(fù)制，轉(zhuǎn)錄部位；小溝具一定調(diào)節(jié)功能。一定調(diào)節(jié)功能。2022-7-439DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性2022-7-440 B-DNA（含水量（

21、含水量92%）脫水后變形為脫水后變形為A-DNA（含（含水水75%），相鄰磷酸間距），相鄰磷酸間距縮小，每匝增為縮小，每匝增為11 bp?？?。總體變得寬而短；大溝變細(xì)、體變得寬而短；大溝變細(xì)、加深；小溝變得寬而淺。加深；小溝變得寬而淺。A-DNA 通常通常DNA在細(xì)胞中以在細(xì)胞中以B-DNA形式存在，但可能形式存在，但可能發(fā)生改變；發(fā)生改變；DNA-RNA雜交分子呈雜交分子呈A型。型。2022-7-441Z-DNA與與B-DNA的比較的比較 最大區(qū)別：最大區(qū)別：Z-DNA為為左旋左旋！由部分堿基平面反轉(zhuǎn)所致。由部分堿基平面反轉(zhuǎn)所致。 螺距螺距4.5 nm，每對堿基上升，每對堿基上升0.37 n

22、m，每匝，每匝12 bp。主鏈變的。主鏈變的不平滑，從之字形。不平滑，從之字形。Z-DNA Z-DNA在鄰近調(diào)控系統(tǒng)，抑制轉(zhuǎn)錄；在遠(yuǎn)離調(diào)在鄰近調(diào)控系統(tǒng)，抑制轉(zhuǎn)錄；在遠(yuǎn)離調(diào)控區(qū)，激活轉(zhuǎn)錄的起始。所以，控區(qū)，激活轉(zhuǎn)錄的起始。所以， Z-DNA可能與基可能與基因的因的調(diào)控調(diào)控有關(guān)。有關(guān)。2022-7-442ADNABDNAZDNA螺旋方向螺旋方向右右右右左左每匝堿基數(shù)每匝堿基數(shù)111012每堿基對上升距離每堿基對上升距離0.26 nm0.34 nm0.37 nm螺距螺距2.8 nm3.4 nm4.5 nm每堿基對在螺旋中每堿基對在螺旋中旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)角度3336-60總尺寸總尺寸短而寬短而寬較長而細(xì)較

23、長而細(xì)長而細(xì)長而細(xì)大溝大溝細(xì)而深細(xì)而深寬而中等深寬而中等深平伏于螺旋表面平伏于螺旋表面小溝小溝寬而淺寬而淺窄而中等深窄而中等深很窄很深很窄很深三種三種DNA結(jié)構(gòu)特性比較結(jié)構(gòu)特性比較2022-7-4433、DNA的高級結(jié)構(gòu) DNA的高級結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。 1965 年首次發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)年首次發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的原核生物的原核生物DNA為共價(jià)閉合環(huán)狀為共價(jià)閉合環(huán)狀DNA（covalently closed circle，cccDNA），經(jīng)進(jìn)一步螺旋化，），經(jīng)進(jìn)一步螺旋化，成為成為超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)。之后發(fā)現(xiàn)，幾。之后發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的乎所有的DNA分子，包括線形分分子

24、，包括線形分子，具超螺旋結(jié)構(gòu)。子，具超螺旋結(jié)構(gòu)。2022-7-444L = T + WL (linking number，連接數(shù)，連接數(shù))：一股鏈繞另一股鏈盤繞：一股鏈繞另一股鏈盤繞的次數(shù)。在閉合分子雙鏈的共價(jià)鍵不發(fā)生斷裂時(shí)保持的次數(shù)。在閉合分子雙鏈的共價(jià)鍵不發(fā)生斷裂時(shí)保持不變，為分子的拓?fù)鋵W(xué)常數(shù)。不變，為分子的拓?fù)鋵W(xué)常數(shù)。T (twisting number，盤繞數(shù)，盤繞數(shù))：代表一股鏈繞旋轉(zhuǎn)軸所：代表一股鏈繞旋轉(zhuǎn)軸所做的完整的旋轉(zhuǎn)數(shù)。即做的完整的旋轉(zhuǎn)數(shù)。即DNA雙螺旋的匝數(shù)，等于堿基雙螺旋的匝數(shù)，等于堿基數(shù)數(shù)每匝堿基數(shù)。每匝堿基數(shù)。W (writhing number，超盤繞數(shù)，超盤繞數(shù))

25、：代表雙螺旋軸在空：代表雙螺旋軸在空間上的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)。即直觀上的超螺旋數(shù)。間上的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)。即直觀上的超螺旋數(shù)。分子內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，張力導(dǎo)致超螺旋形成。分子內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，張力導(dǎo)致超螺旋形成。超螺旋的形成原因超螺旋的形成原因2022-7-445 正超螺旋（正超螺旋（positive supercoil）：由于雙鏈：由于雙鏈緊纏而引起的超螺旋。緊纏而引起的超螺旋。 負(fù)超螺旋（負(fù)超螺旋（negaive supercoil）：由于雙鏈：由于雙鏈松纏而引起的超螺旋。松纏而引起的超螺旋。兩種超螺旋的自由能均高于松弛狀態(tài)。兩種超螺旋的自由能均高于松弛狀態(tài)。天然原核生物天然原核生物DNA都呈負(fù)超螺旋；都呈負(fù)超螺旋；在體

26、外可形成正超螺旋，如加入溴乙錠，可引入在體外可形成正超螺旋，如加入溴乙錠，可引入正超螺旋。正超螺旋。DNA的幾種超螺旋的狀態(tài)：的幾種超螺旋的狀態(tài)：2022-7-446緊纏而引起緊纏而引起正超螺旋正超螺旋右手螺旋的右手螺旋的DNA順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)自由末端自由末端逆時(shí)針方向旋逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)自由末端轉(zhuǎn)自由末端松纏而松纏而引起負(fù)引起負(fù)超螺旋超螺旋逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)松纏而引起松纏而引起負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋緊纏而引起緊纏而引起正超螺旋正超螺旋順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)2022-7-447質(zhì)粒的松弛狀態(tài)和質(zhì)粒的松弛狀態(tài)和超螺旋狀態(tài)超螺旋狀態(tài)超螺旋分子的電泳超螺旋分子的電泳遷移速率提高遷移

27、速率提高超螺旋對分子遷移的影響超螺旋對分子遷移的影響2022-7-448 超螺旋可形成高度致密狀態(tài)，從而得以容納于超螺旋可形成高度致密狀態(tài)，從而得以容納于有限的空間內(nèi)。有限的空間內(nèi)。 活體中，活體中，DNA的構(gòu)象是動(dòng)態(tài)的。的構(gòu)象是動(dòng)態(tài)的。B-DNA是一種是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，引入負(fù)超螺旋可提高其能量水平，影響穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，引入負(fù)超螺旋可提高其能量水平，影響DNA結(jié)構(gòu)變化。如有助于在特定區(qū)域的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化、結(jié)構(gòu)變化。如有助于在特定區(qū)域的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化、使使DNA雙鏈分開等。雙鏈分開等。超螺旋的生物學(xué)意義超螺旋的生物學(xué)意義2022-7-449功能功能：催化：催化DNA分子拓?fù)洚悩?gòu)體之間的分子拓?fù)洚悩?gòu)體之間的相互轉(zhuǎn)化。

28、相互轉(zhuǎn)化。作用機(jī)制作用機(jī)制：切開磷酸二酯鍵，在主鏈上造：切開磷酸二酯鍵，在主鏈上造成切口，通過改變連接數(shù)（成切口，通過改變連接數(shù)（L）來改變超）來改變超螺旋狀態(tài)。螺旋狀態(tài)。分類分類：I 型拓?fù)洚悩?gòu)酶型拓?fù)洚悩?gòu)酶：每次切開一股鏈。：每次切開一股鏈。II 型拓?fù)洚悩?gòu)酶型拓?fù)洚悩?gòu)酶：每次切開雙股鏈。既可：每次切開雙股鏈。既可消除負(fù)超螺旋，又可消除正超螺旋。需要消除負(fù)超螺旋，又可消除正超螺旋。需要ATP，使分子，使分子 L值每次變化值每次變化2。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶（DNA topoisomerase）二型拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用二型拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用2022-7-450小小 結(jié)結(jié)DNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)

29、構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)基本特征基本特征分類分類DNA的高級結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu)概念概念特點(diǎn)特點(diǎn)概念概念概念概念分類分類2022-7-451一、復(fù)制的概貌一、復(fù)制的概貌DNA復(fù)制的半保留性復(fù)制的半保留性三種可能的方式：三種可能的方式：全保留復(fù)制全保留復(fù)制（conservative replication）半保留復(fù)制半保留復(fù)制（semiconservative replication）彌散復(fù)制彌散復(fù)制（dispersive replication）第三節(jié) DNA的復(fù)制2022-7-452 母鏈中的全部置換為母鏈中的全部置換為 15N，然，然后讓后讓E. coli在僅含有在僅含有 14N的培養(yǎng)基的培

30、養(yǎng)基上進(jìn)行復(fù)制。上進(jìn)行復(fù)制。Meselson & Stahl, 1958 )半保留復(fù)制半保留復(fù)制：每個(gè)子代分：每個(gè)子代分子的一條鏈來自親代子的一條鏈來自親代DNA,另一條則是新合成的，這另一條則是新合成的，這種復(fù)制方式稱為種復(fù)制方式稱為DNA的半的半保留復(fù)制（保留復(fù)制（semiconservative replication)。2022-7-453復(fù)制原點(diǎn)（復(fù)制原點(diǎn)（origin）:DNA分子復(fù)制的特定起點(diǎn)。分子復(fù)制的特定起點(diǎn)。復(fù)制方向可以是單向或者雙向復(fù)制方向可以是單向或者雙向二、復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度 對一個(gè)生物體而言，復(fù)制的起點(diǎn)是固定的，復(fù)制叉移動(dòng)的方向和速度以雙向等速為主。20

31、22-7-454復(fù)制叉（復(fù)制叉（replication fork）:正在進(jìn)行復(fù)制的復(fù)制起點(diǎn)呈正在進(jìn)行復(fù)制的復(fù)制起點(diǎn)呈現(xiàn)叉子的形式，稱為復(fù)制叉?，F(xiàn)叉子的形式，稱為復(fù)制叉。復(fù)制眼（復(fù)制眼（replication eye）:DNA復(fù)制的部分看上去象一復(fù)制的部分看上去象一只眼睛，稱為復(fù)制眼。只眼睛，稱為復(fù)制眼。復(fù)制子（復(fù)制子（replicon）：生物體：生物體的復(fù)制單位稱為復(fù)制子。的復(fù)制單位稱為復(fù)制子。2022-7-455三、三、DNA復(fù)制的幾種方式復(fù)制的幾種方式1、線性DNA雙鏈的復(fù)制 所有已知的核酸聚合酶，無論是所有已知的核酸聚合酶，無論是DNA聚合酶還聚合酶還是是RNA聚合酶都只從聚合酶都只從5

32、端向端向3 端移動(dòng)，新鏈的合成端移動(dòng)，新鏈的合成方向與聚合酶移動(dòng)方向一致，即是方向與聚合酶移動(dòng)方向一致，即是5 3 ； 而對于而對于DNA的合成必需一段的合成必需一段引物引物的存在，體內(nèi)的存在，體內(nèi)DNA復(fù)制時(shí)，由一段復(fù)制時(shí)，由一段RNA引物起始引物起始DNA合成，起合成，起始后它必須切除，切除后，始后它必須切除，切除后，5 端如何起始呢？端如何起始呢？ 這就提出了這就提出了線性線性DNA末端復(fù)制末端復(fù)制的問題。的問題。2022-7-456The rolling circle replicates DNAPhage （1）將線性將線性DNA分子轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀或多聚分子分子轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀或多聚分子（末（

33、末端簡并性是前提條件，如端簡并性是前提條件，如T4噬菌體）；噬菌體）；2022-7-4572022-7-458（2）DNA末端發(fā)末端發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成，如夾結(jié)構(gòu)的形成，如（草履蟲的線性線（草履蟲的線性線粒體）；粒體）；2022-7-459（3）在某種蛋白的）在某種蛋白的介入下，在真正的末介入下，在真正的末端起始復(fù)制，（如端起始復(fù)制，（如29噬菌體和腺病毒噬菌體和腺病毒DNA）。）。2022-7-4602、環(huán)狀DNA雙鏈的復(fù)制（1） 型型復(fù)制體如，大腸肝菌質(zhì)粒如，大腸肝菌質(zhì)粒DNA的復(fù)制。的復(fù)制。2022-7-461（2）滾環(huán)型復(fù)制）滾環(huán)型復(fù)制如：如：X174X174在原點(diǎn)割切；在原點(diǎn)割切；共價(jià)延伸

34、；共價(jià)延伸；切下被替換的單鏈。切下被替換的單鏈。2022-7-462如動(dòng)物線粒體如動(dòng)物線粒體DNA的復(fù)制的復(fù)制 雙鏈環(huán)在固定點(diǎn)解開進(jìn)雙鏈環(huán)在固定點(diǎn)解開進(jìn)行復(fù)制，但兩條鏈合成速度行復(fù)制，但兩條鏈合成速度高度不一致，其中一條進(jìn)行高度不一致，其中一條進(jìn)行復(fù)制，另一條則成為游離的復(fù)制，另一條則成為游離的單鏈環(huán)（即單鏈環(huán)（即D環(huán)）。兩條鏈環(huán)）。兩條鏈復(fù)制起點(diǎn)不同復(fù)制起點(diǎn)不同。2022-7-463四、原核生物和真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)1、大腸桿菌、大腸桿菌DNA復(fù)制復(fù)制原核生物每個(gè)原核生物每個(gè)DNA 分子只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)。分子只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)。復(fù)制原點(diǎn)序列特征復(fù)制原點(diǎn)序列特征4個(gè)個(gè)9 bp重復(fù)序列，重復(fù)序

35、列，3個(gè)個(gè)13 bp重復(fù)序列，重復(fù)序列，都富含都富含A-T對。對。2022-7-464（1）DNA雙螺旋的解旋 DNA的解鏈過程，首先在拓?fù)洚悩?gòu)酶I的作用下解開負(fù)超螺旋，并與解鏈酶共同作用，在復(fù)制起點(diǎn)處解開雙鏈。一旦局部解開雙鏈，就必須有單鏈結(jié)合蛋白(SSB)來穩(wěn)定解開的單鏈，以保證核苷酸局部不會(huì)恢復(fù)成雙鏈。接著由引發(fā)酶等組成的引發(fā)體迅速作用于兩條單鏈DNA上。2022-7-465 DNA解鏈酶能通過水解解鏈酶能通過水解ATP獲得能量來獲得能量來解開雙鏈解開雙鏈DNA。 大部分解鏈酶沿后隨鏈模板的大部分解鏈酶沿后隨鏈模板的5 3 方方向并隨著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)；向并隨著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)； R

36、ep蛋白是沿前導(dǎo)鏈模板的蛋白是沿前導(dǎo)鏈模板的3 5 方向方向移動(dòng)。移動(dòng)。2022-7-466 SSB以四聚體的形式結(jié)合在單鏈以四聚體的形式結(jié)合在單鏈DNA的復(fù)的復(fù)制叉處，其作用是保證被解鏈酶解開的單鏈在制叉處，其作用是保證被解鏈酶解開的單鏈在復(fù)制完成前保持單鏈結(jié)構(gòu)。復(fù)制完成前保持單鏈結(jié)構(gòu)。 SSB與與DNA的結(jié)合能力在原核生物中表現(xiàn)的結(jié)合能力在原核生物中表現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，而在真核生物中則不表現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)，而在真核生物中則不表現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。2022-7-467 天然狀態(tài)下，天然狀態(tài)下，DNA以負(fù)超螺旋的形式存在，以負(fù)超螺旋的形式存在，易形成部分單鏈結(jié)構(gòu)，利于易形成部分單鏈結(jié)構(gòu)，利于DNA與蛋白

37、質(zhì)的結(jié)與蛋白質(zhì)的結(jié)合。合。 在在DNA復(fù)制過程中形成正超螺旋，拓?fù)洚悘?fù)制過程中形成正超螺旋，拓?fù)洚悩?gòu)酶能夠消除解鏈造成正超螺旋的堆積，消除構(gòu)酶能夠消除解鏈造成正超螺旋的堆積，消除阻礙解鏈進(jìn)行的壓力，使復(fù)制繼續(xù)進(jìn)行。阻礙解鏈進(jìn)行的壓力，使復(fù)制繼續(xù)進(jìn)行。2022-7-468（2）、）、DNA復(fù)制的引發(fā)復(fù)制的引發(fā) DNA 復(fù)制時(shí)，往往先由復(fù)制時(shí)，往往先由RNA聚合酶在聚合酶在DNA模板上合成一段模板上合成一段RNA引物，再由引物，再由DNA聚合酶從聚合酶從RNA引物引物3，端開始合成新的端開始合成新的DNA鏈。鏈。 后隨鏈的引發(fā)過程由后隨鏈的引發(fā)過程由引發(fā)體引發(fā)體來完成，引發(fā)體由來完成，引發(fā)體由6種

38、蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)n、n, 、 n, 、DnaB、C和和I共同組成，共同組成，6種蛋白質(zhì)合在一起形成引發(fā)前體，引發(fā)前體與引種蛋白質(zhì)合在一起形成引發(fā)前體，引發(fā)前體與引發(fā)酶進(jìn)一步組裝成引發(fā)體才能發(fā)揮其功效。發(fā)酶進(jìn)一步組裝成引發(fā)體才能發(fā)揮其功效。2022-7-469 引發(fā)酶是引發(fā)酶是dnaG基因基因的產(chǎn)物，是在特定條件的產(chǎn)物，是在特定條件下發(fā)揮作用的下發(fā)揮作用的RNA聚合酶，僅用于合成聚合酶，僅用于合成DNA復(fù)復(fù)制所需的一小段制所需的一小段RNA。 DNA聚合酶聚合酶在在RNA引物的引物的3末端繼續(xù)合末端繼續(xù)合成成DNA鏈，一直至下一個(gè)引物或?qū)槠?。由鏈，一直至下一個(gè)引物或?qū)槠?。由RNase H降

39、解降解RNA引物并由引物并由DNA聚合酶聚合酶將缺將缺口補(bǔ)齊，再由口補(bǔ)齊，再由DNA連接酶將兩個(gè)岡崎片段連接連接酶將兩個(gè)岡崎片段連接在一起形成大分子在一起形成大分子DNA。2022-7-470起始過程起始過程：a、大約、大約20個(gè)個(gè)DnaA蛋白在蛋白在ATP的作的作用下與用下與oriC處的處的4個(gè)個(gè)9bp重復(fù)序列結(jié)重復(fù)序列結(jié)合；合；b、在、在HU蛋白和蛋白和ATP的共同作用下，的共同作用下，DnaA蛋白使蛋白使13bp序列變性，形成單序列變性，形成單鏈；鏈；C、 DnaB（解鏈酶）六體分別與單（解鏈酶）六體分別與單鏈鏈DNA結(jié)合（需要結(jié)合（需要DnaC 的幫助），），進(jìn)一步解開進(jìn)一步解開DNA

40、雙鏈；雙鏈；d 、 DnaG進(jìn)入，合成進(jìn)入，合成引物引物。其它蛋白：其它蛋白：SSB，DNA聚合酶作用。聚合酶作用。2022-7-471兩股新合成鏈都是按兩股新合成鏈都是按53方向合成。方向合成。（3）岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制）岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制2022-7-472前前導(dǎo)鏈（導(dǎo)鏈（leading strand）：隨著親本雙鏈體的解開隨著親本雙鏈體的解開而連續(xù)進(jìn)行復(fù)制的鏈，稱為前導(dǎo)鏈；而連續(xù)進(jìn)行復(fù)制的鏈，稱為前導(dǎo)鏈；后隨鏈（后隨鏈（lagging strand）：一段親本一段親本DNA單鏈?zhǔn)紫葐捂準(zhǔn)紫缺┞冻鰜?，然后以與復(fù)制叉移動(dòng)相反的方向、按照暴露出來，然后以與復(fù)制叉移動(dòng)相反的方向、按照5 3

41、方向合成一系列短方向合成一系列短DNA片段，然后再將它們連接片段，然后再將它們連接成完整的鏈，稱為后隨鏈。成完整的鏈，稱為后隨鏈。后隨鏈不連續(xù)合成形成的短后隨鏈不連續(xù)合成形成的短DNA片段片段，稱為，稱為岡崎片岡崎片段段（Okazaki fragment）。2022-7-473岡崎片段的連接岡崎片段的連接DNA Pol I，ligase2022-7-474(4)、DNA復(fù)制的終止復(fù)制的終止大腸桿菌大腸桿菌DNA復(fù)制的終止復(fù)制的終止 當(dāng)復(fù)制叉遇到約當(dāng)復(fù)制叉遇到約22個(gè)堿基的重復(fù)性個(gè)堿基的重復(fù)性終止子終止子序序列（列（Ter)時(shí)，時(shí)，Tus-Ter復(fù)合物能使復(fù)合物能使DnaB不再將不再將DNA解鏈

42、，阻擋復(fù)制叉的繼續(xù)前移，等到相反方解鏈，阻擋復(fù)制叉的繼續(xù)前移，等到相反方向的復(fù)制叉達(dá)到后停止復(fù)制。向的復(fù)制叉達(dá)到后停止復(fù)制。2022-7-475 停止復(fù)制后，其間仍有停止復(fù)制后，其間仍有50100 bp未被復(fù)制，由修復(fù)未被復(fù)制，由修復(fù)方式填補(bǔ)空缺，然后兩條鏈方式填補(bǔ)空缺，然后兩條鏈解開。解開。 在拓?fù)洚悩?gòu)酶在拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用的作用下使復(fù)制叉解體，釋放子鏈下使復(fù)制叉解體，釋放子鏈DNA。2022-7-476（5）、）、DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶 Iklenow片段（片段（ 2/3的的C端）端）DNA聚合酶聚合酶活性活性3-5核酸外核酸外切酶活性切酶活性N端：端： 5-3核酸外切酶活性核

43、酸外切酶活性切除嘧啶切除嘧啶二聚體二聚體除去除去RNA引物引物2022-7-477q DNA聚合酶聚合酶 II（DNA Polymerase II, Pol II）具具DNA聚合酶活性聚合酶活性，但活力很低；，但活力很低；具具3-5核酸外切酶活性核酸外切酶活性，可起校正作用，它的主要，可起校正作用，它的主要生理功能是修復(fù)生理功能是修復(fù)DNA。q DNA聚合酶聚合酶 III（DNA Polymerase III, Pol III）具具DNA聚合酶活性，聚合酶活性，活力較強(qiáng)；活力較強(qiáng)；具具3-5核酸外切酶活性核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大腸桿，可起校正作用，它是大腸桿菌菌DNA復(fù)制中鏈延長反

44、應(yīng)的主導(dǎo)聚合酶。復(fù)制中鏈延長反應(yīng)的主導(dǎo)聚合酶。2022-7-478p DNA聚合酶聚合酶和和分別由分別由dinB和和umuD2C基因編碼，主要在基因編碼，主要在SOS修復(fù)過修復(fù)過程中發(fā)揮作用。程中發(fā)揮作用。2022-7-479大腸桿菌大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶 I、II 和和 III 的性質(zhì)比較的性質(zhì)比較性質(zhì)性質(zhì)聚合酶聚合酶I聚合酶聚合酶II聚合酶聚合酶III3-5 外切外切5-3外切外切新生鏈合成新生鏈合成生物學(xué)活性生物學(xué)活性10.05152022-7-480 含多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，含多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，即含多個(gè)復(fù)制子。即含多個(gè)復(fù)制子。一般為雙向移動(dòng)一般為雙向移動(dòng) 各個(gè)復(fù)制子在完全完成復(fù)制之前，起始點(diǎn)上

45、DNA的復(fù)制不能再開始。復(fù)制特點(diǎn)：復(fù)制特點(diǎn)：2、真核生物、真核生物DNA的復(fù)制的復(fù)制2022-7-481p 真核生物的復(fù)制子相對較小，其長度為真核生物的復(fù)制子相對較小，其長度為40100 kb。p 自主性復(fù)制序列（自主性復(fù)制序列（autonomous replication sequence, ARS）：）：真核生物真核生物DNA的復(fù)制起始位點(diǎn)。的復(fù)制起始位點(diǎn)。p ARS的特點(diǎn)：具有一個(gè)的特點(diǎn)：具有一個(gè)A區(qū)，該區(qū)含有區(qū)，該區(qū)含有11個(gè)個(gè)A-T堿基堿基對的保守序列。對的保守序列。p 真核生物真核生物DNA復(fù)制的起始需要復(fù)制的起始需要起始點(diǎn)識別復(fù)合物起始點(diǎn)識別復(fù)合物（ origin recogni

46、tion complex, ORC)結(jié)合于結(jié)合于ARS，ORC是由是由6種蛋白質(zhì)組成的啟動(dòng)復(fù)合物。種蛋白質(zhì)組成的啟動(dòng)復(fù)合物。2022-7-482p 復(fù)制原點(diǎn)的平均距離（復(fù)制子平均大?。┩换蚪M復(fù)制原點(diǎn)的平均距離（復(fù)制子平均大小）同一基因組內(nèi)的差異很大。內(nèi)的差異很大。 Yeast / fly: 40 kb; animal: 100 kbp 復(fù)制平均速度：復(fù)制平均速度：2,000 bp/min ( 對比對比E. coli: 50,000 bp/min )，還不到大腸肝菌的，還不到大腸肝菌的1/20。p 在任意時(shí)刻，通常只有少數(shù)（在任意時(shí)刻，通常只有少數(shù)（ 15% ）復(fù)制子工作）復(fù)制子工作p只有一

47、部分用于起始復(fù)制，另有一部分有時(shí)使用。只有一部分用于起始復(fù)制，另有一部分有時(shí)使用。 復(fù)制子的長度不是固定不變的。復(fù)制子的長度不是固定不變的。2022-7-483真核生物真核生物DNA聚合酶的比較聚合酶的比較性質(zhì)性質(zhì)DNA聚聚合酶合酶DNA聚聚合酶合酶DNA聚合聚合酶酶DNA聚合聚合酶酶DNA聚聚合酶合酶亞基數(shù)亞基數(shù)41223 1在細(xì)胞內(nèi)在細(xì)胞內(nèi)分布分布核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)線粒體線粒體核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)功能功能DNA引引物合成物合成損傷修損傷修復(fù)復(fù)線粒體線粒體DNA復(fù)制復(fù)制主要主要DNA復(fù)制酶復(fù)制酶復(fù)制修復(fù)制修復(fù)復(fù)(補(bǔ)齊補(bǔ)齊缺口缺口)3-5 外切外切5-3外切外切2022-7-484聚合酶聚合酶復(fù)合體

48、復(fù)合體在復(fù)制叉上存在在復(fù)制叉上存在聚合酶聚合酶復(fù)合體復(fù)合體聚合酶聚合酶和和復(fù)合體復(fù)合體與與延伸前導(dǎo)鏈延伸前導(dǎo)鏈延伸岡崎片段延伸岡崎片段2022-7-485岡崎片段岡崎片段RNA引物的去除引物的去除RNA酶酶H1在靠近在靠近RNA與與DNA連接處切開引物連接處切開引物具有具有5-3外切酶活性的外切酶活性的FEN1蛋白蛋白降解降解RNA片段片段DNA連接酶連接酶將相鄰的岡崎片段連接起來將相鄰的岡崎片段連接起來2022-7-486端粒結(jié)構(gòu)端粒結(jié)構(gòu)端粒酶端粒酶 如如端粒酶端粒酶具有反轉(zhuǎn)錄酶活性，能利用自身攜具有反轉(zhuǎn)錄酶活性，能利用自身攜帶的帶的RNA鏈作為模板，以鏈作為模板，以dNTP為原料，以反轉(zhuǎn)為

49、原料，以反轉(zhuǎn)錄方式催化合成模板后隨鏈錄方式催化合成模板后隨鏈5端端DNA片段或外加片段或外加重復(fù)單位，以維持端粒一定的長度，防止染色體重復(fù)單位，以維持端粒一定的長度，防止染色體的缺失損傷。的缺失損傷。2022-7-4873、DNA復(fù)制的調(diào)控 在不同養(yǎng)分條件的培養(yǎng)基中培養(yǎng)的在不同養(yǎng)分條件的培養(yǎng)基中培養(yǎng)的E. coli，其分，其分裂周期變化極大，可在裂周期變化極大，可在20 min 10 h之間變化；但之間變化；但DNA的復(fù)制周期總是穩(wěn)定在的復(fù)制周期總是穩(wěn)定在40 min左右。左右。DNA復(fù)制數(shù)復(fù)制數(shù)量的不同主要是由復(fù)制叉的多少?zèng)Q定的。復(fù)制叉的多量的不同主要是由復(fù)制叉的多少?zèng)Q定的。復(fù)制叉的多少又是

50、由復(fù)制起始的頻率決定的。復(fù)制起始頻率的直少又是由復(fù)制起始的頻率決定的。復(fù)制起始頻率的直接調(diào)控因子是蛋白質(zhì)和接調(diào)控因子是蛋白質(zhì)和RNA。E. coli細(xì)胞分裂周期與細(xì)胞分裂周期與DNA復(fù)制的協(xié)調(diào)復(fù)制的協(xié)調(diào)（1）原核生物）原核生物DNA復(fù)制的調(diào)控復(fù)制的調(diào)控2022-7-488（2）真核生物DNA復(fù)制的調(diào)控S 期：以第一期：以第一個(gè)復(fù)制子激活個(gè)復(fù)制子激活復(fù)制起始為標(biāo)復(fù)制起始為標(biāo)志。志。q 細(xì)胞生活周期水平的調(diào)控（限制點(diǎn)調(diào)控）一些外部分因素和細(xì)胞因子參與限制點(diǎn)控制。2022-7-489q 染色體水平的調(diào)控 在任意時(shí)刻，通常只有少數(shù)（在任意時(shí)刻，通常只有少數(shù)（ 15% ）復(fù)制子工）復(fù)制子工作，這種合成的

51、先后順序，是由什么來決定的呢？作，這種合成的先后順序，是由什么來決定的呢？q 復(fù)制子水平的調(diào)控 決定復(fù)制的起始與否，包括復(fù)制起始復(fù)合物的合成和引物合成等階段。2022-7-490小小 結(jié)結(jié)1、DNA復(fù)制的概貌復(fù)制的概貌半保留復(fù)制半保留復(fù)制2、復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度、復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度3、DNA復(fù)制的幾種方式復(fù)制的幾種方式線性線性DNA雙鏈的復(fù)制雙鏈的復(fù)制環(huán)狀環(huán)狀DNA雙鏈雙鏈4、原核生物、原核生物DNA的復(fù)制的復(fù)制5、真核生物、真核生物DNA的復(fù)制的復(fù)制6、DNA復(fù)制的調(diào)控復(fù)制的調(diào)控2022-7-491第四節(jié)第四節(jié) DNA的修復(fù)的修復(fù)一、錯(cuò)配修復(fù)（又稱甲基指導(dǎo)的錯(cuò)配修復(fù)） 錯(cuò)配修復(fù)是按模板

52、的遺傳信息來修復(fù)錯(cuò)配堿基的，修復(fù)時(shí)先要區(qū)分模板鏈和復(fù)制鏈。這是通過堿基的甲基化來實(shí)現(xiàn)的。 Dam甲基化酶能使位于5 GATC序列中腺序列中腺苷酸的苷酸的N6位甲基化，位甲基化，半甲基化半甲基化DNA是識別模是識別模板鏈和新合成鏈的基礎(chǔ)。板鏈和新合成鏈的基礎(chǔ)。2022-7-492發(fā)現(xiàn)堿基錯(cuò)配在水解ATP的作用下，MutS，MutL與堿基錯(cuò)配位點(diǎn)的DNA雙鏈結(jié)合Muts-MutL在DNA雙鏈上移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)甲基化后由MutH切開非甲基化的子鏈2022-7-4932022-7-494二、切除修復(fù)二、切除修復(fù)堿堿基基切切除除修修復(fù)復(fù)核核苷苷酸酸切切除除修修復(fù)復(fù)B-磷酸糖苷鍵磷酸糖苷鍵N - -糖苷鍵糖苷鍵

53、AP位點(diǎn)位點(diǎn)糖苷水解酶糖苷水解酶2022-7-495 機(jī)體細(xì)胞對在起始復(fù)制時(shí)尚未修復(fù)的機(jī)體細(xì)胞對在起始復(fù)制時(shí)尚未修復(fù)的DNA損傷部位可以先復(fù)制再修復(fù)。損傷部位可以先復(fù)制再修復(fù)。 原理原理：先從同源：先從同源DNA母鏈上將相應(yīng)核母鏈上將相應(yīng)核苷酸序列片段移至子鏈缺口，然后再用新苷酸序列片段移至子鏈缺口，然后再用新合成的序列補(bǔ)上母鏈缺口。合成的序列補(bǔ)上母鏈缺口。2022-7-496在在DNA光解酶光解酶的作的作用下將環(huán)丁烷胸腺用下將環(huán)丁烷胸腺嘧啶二體和嘧啶二體和6-4光化光化物還原成為單體。物還原成為單體。甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶使使O6-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

54、止G-T配對。配對。四、四、DNA的直接修復(fù)的直接修復(fù) (direct repair)2022-7-497 SOS反應(yīng)是細(xì)胞反應(yīng)是細(xì)胞DNA受到損傷或復(fù)制受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下，細(xì)胞為求生系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下，細(xì)胞為求生存而產(chǎn)生的一種應(yīng)急措施。存而產(chǎn)生的一種應(yīng)急措施。 主要包括：主要包括：（1）DNA的修復(fù)；（的修復(fù)；（2）產(chǎn)）產(chǎn)生變異。生變異。2022-7-498第五節(jié)第五節(jié) DNA的轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座1983年諾貝爾生理年諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) Barbara McClintock （19021992）2022-7-499 DNA的轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座：又稱移位（：又稱移位（tran

55、sposition)，是由可，是由可移位因子介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。移位因子介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座子（轉(zhuǎn)座子（transposon）：存在與染色體：存在與染色體DNA上可上可自主復(fù)制和移位的基本單位。自主復(fù)制和移位的基本單位。2022-7-41001、插入序列插入序列(IS因子因子) 插入序列（插入序列（insertion sequence，IS）是最）是最簡單的轉(zhuǎn)座子，不含有任何宿主基因，是細(xì)菌染簡單的轉(zhuǎn)座子，不含有任何宿主基因，是細(xì)菌染色體和質(zhì)粒色體和質(zhì)粒DNA的正常組成部分。的正常組成部分。命名：命名：IS+鑒定類型；鑒定類型；插入特定序列：插入特定序列：:IS1，表示插入，表示插

56、入的的IS1元件。元件。一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)2022-7-4101IS的一般結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)長度較小長度較小(約約1 kb);具有編碼自身移動(dòng)的酶具有編碼自身移動(dòng)的酶-轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)座酶（transposase）；含一對含一對反向末端重復(fù)序反向末端重復(fù)序列（列（inverted terminal repeats）。在靶位點(diǎn)產(chǎn)生一在靶位點(diǎn)產(chǎn)生一正向重正向重復(fù)序列。復(fù)序列。2022-7-41022、復(fù)合型轉(zhuǎn)座子、復(fù)合型轉(zhuǎn)座子 除含有轉(zhuǎn)座所需的酶外，除含有轉(zhuǎn)座所需的酶外，還編碼其它基因（還編碼其它基因（eg. 抗藥抗藥基因）的轉(zhuǎn)座子?；颍┑霓D(zhuǎn)座子。復(fù)合轉(zhuǎn)座復(fù)合轉(zhuǎn)座子具有子具有IS 模塊。模塊?；窘Y(jié)構(gòu)基

57、本結(jié)構(gòu)：其它基因位于中：其它基因位于中央?yún)^(qū)；兩側(cè)各連接一由央?yún)^(qū)；兩側(cè)各連接一由IS模模塊組成的塊組成的“臂臂”；兩個(gè)；兩個(gè)IS序序列相同或高度同源。列相同或高度同源。命名：命名：Tn + 數(shù)字?jǐn)?shù)字2022-7-41033、TnA家族轉(zhuǎn)座子家族轉(zhuǎn)座子 TnA：復(fù)合轉(zhuǎn)座子，較大（：復(fù)合轉(zhuǎn)座子，較大（5 kb），無），無IS類型元件。兩端有類型元件。兩端有38 bp的反向重復(fù)序列（的反向重復(fù)序列（IR）；）；轉(zhuǎn)座后產(chǎn)生轉(zhuǎn)座后產(chǎn)生5 bp正向重復(fù)序列。正向重復(fù)序列。與轉(zhuǎn)座相關(guān)的酶：與轉(zhuǎn)座相關(guān)的酶：轉(zhuǎn)座酶（轉(zhuǎn)座酶（transposase），由），由tnpA編碼，；編碼，；解離酶（解離酶（resolvas

58、e），由），由tnpR編碼。編碼。2022-7-4104TnA轉(zhuǎn)座子家族的轉(zhuǎn)座子家族的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因：基因：tnpA：轉(zhuǎn)座酶，：轉(zhuǎn)座酶，tnpR：解離酶，：解離酶，ampR：內(nèi)酰氨酶末端末端LR(反向重復(fù)序列）反向重復(fù)序列）序列；序列；res位點(diǎn)：位點(diǎn)：TnpR的特異的特異拆分位點(diǎn)。拆分位點(diǎn)。2022-7-4105二、轉(zhuǎn)座的類型1、復(fù)制型轉(zhuǎn)座：、復(fù)制型轉(zhuǎn)座： 轉(zhuǎn)入新位點(diǎn)的是原先元件的拷貝，即轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入新位點(diǎn)的是原先元件的拷貝，即轉(zhuǎn)座子作為可移動(dòng)的元件被復(fù)制。座子作為可移動(dòng)的元件被復(fù)制。2022-7-41062、非復(fù)制型轉(zhuǎn)座：、非復(fù)制型轉(zhuǎn)座： 座子作為一個(gè)物理實(shí)體從供體的一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移座子作為一個(gè)物理實(shí)

59、體從供體的一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到受體的一個(gè)位點(diǎn)；這種方式會(huì)在供體分子處留下到受體的一個(gè)位點(diǎn)；這種方式會(huì)在供體分子處留下一個(gè)裂口。一個(gè)裂口。2022-7-4107 轉(zhuǎn)座子插入一新轉(zhuǎn)座子插入一新位點(diǎn)時(shí)，在其兩側(cè)位點(diǎn)時(shí)，在其兩側(cè)產(chǎn)產(chǎn)生一對正向重復(fù)序列生一對正向重復(fù)序列（direct repeats） 靶序列的復(fù)制可能起源于特定內(nèi)切酶所造成的DNA黏性未端。三、轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制三、轉(zhuǎn)座作用的機(jī)制2022-7-4108五、轉(zhuǎn)座子的遺傳效應(yīng)五、轉(zhuǎn)座子的遺傳效應(yīng)1、引起插入突變、引起插入突變2、插入位點(diǎn)出現(xiàn)新基因、插入位點(diǎn)出現(xiàn)新基因3、引起染色體畸變、引起染色體畸變-轉(zhuǎn)座促進(jìn)重排：轉(zhuǎn)座促進(jìn)重排：4、引起生物進(jìn)化、引起

60、生物進(jìn)化2022-7-4109轉(zhuǎn)座促進(jìn)重排：轉(zhuǎn)座促進(jìn)重排：轉(zhuǎn)座事件本身導(dǎo)致序列轉(zhuǎn)座事件本身導(dǎo)致序列刪除、反轉(zhuǎn)或者移動(dòng)到刪除、反轉(zhuǎn)或者移動(dòng)到新的位點(diǎn)；新的位點(diǎn)；兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)座子正向兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)座子正向重復(fù)拷貝之間重組造成重復(fù)拷貝之間重組造成之間的之間的DNA刪除。刪除。2022-7-4110 兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)座子兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)座子 反向重復(fù)反向重復(fù)拷貝之間拷貝之間重組造成之間的重組造成之間的DNA的的反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。杏杏 壇壇2022-7-4111六、真核生物的轉(zhuǎn)座子六、真核生物的轉(zhuǎn)座子玉米的控制因子（玉米的控制因子（controlling element）：）：沒有固定沒有固定的染色體定位；的染色體定位；自主因