郜剛分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件

1、分子生物學(xué)講義分子生物學(xué)講義（四）核小體(nucleosome)Nucleosome、chromosome、genome 中科院2002年碩士學(xué)位研究生入學(xué)分子遺傳學(xué)試題 1、定義：用于包裝染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位，是由DNA鏈纏繞一個(gè)組蛋白核構(gòu)成的。 （四）核小體(nucleosome)Nucleosome、c2、核小體的結(jié)構(gòu)核心顆粒、連接區(qū)DNA2、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)核小體的結(jié)構(gòu)電鏡下的染色質(zhì)郜剛分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件郜剛分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件問(wèn)題：簡(jiǎn)述染色體DNA是怎樣包裝的？?問(wèn)題：簡(jiǎn)述染色體DNA是怎

2、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DNA1400nm粗染色體10nm雙鏈DNA通過(guò)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(jìn)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(gè)核小體結(jié)構(gòu)組成，蓮座結(jié)構(gòu)形成螺線管進(jìn)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1400nm10nm雙鏈DNA染色體一步步包裝的壓縮比例6.8:140:11000:18000:1DNA double helixNucleosome (10 nm fiber)3

3、0 nm FiberLoops ILoops IIchromosome染色體一步步包裝的壓縮比例6.8:140:11000:180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(gè)階段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(gè)核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。由200個(gè)(160-240)左右堿基對(duì)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(gè)堿基對(duì)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(jìn)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

4、 DNA)相連(圖11-24), 連接DNA的長(zhǎng)度變化不等, 因不同的種屬和組織而異, 但通常是60個(gè)堿基對(duì)核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。由200個(gè)(160-240)左核小體究竟含有幾個(gè)組蛋白分子？1、核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個(gè)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(gè)核小體只有一個(gè)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核小體究竟含有幾個(gè)組蛋白分子？1、核小體是由H2A、H2B、核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)

5、構(gòu)單位。由200個(gè)(160-240)左右堿基對(duì)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(gè)堿基對(duì)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(jìn)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(zhǎng)度變化不等, 因不同的種屬和組織而異, 但通常是60個(gè)堿基對(duì)。乙酰基團(tuán)重復(fù)一下核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。由200個(gè)(160-240)左Structure of nucleosome The nucleosome core p

6、article derived from X-ray crystal analysis電鏡圖顯示一個(gè)染色質(zhì)片段中球形顆粒的長(zhǎng)度為200bPStructure of nucleosome The nu一個(gè)問(wèn)題的答案：簡(jiǎn)述真核生物DNA的復(fù)雜性？單一序列（主要為基因編碼序列，一個(gè)或幾個(gè)拷貝，比例少于5）；中度重復(fù)序列（101-5），分為短散的重復(fù)序列（一般少于500 bp）和長(zhǎng)散的重復(fù)序列（一般多于1000 bp），與基因選擇性表達(dá)的調(diào)控有關(guān)；高度重復(fù)序列（105），分為衛(wèi)星DNA(satellite，重復(fù)單位長(zhǎng)5-100 bp)主要分布在著絲粒區(qū)域，小衛(wèi)星DNA(minisatellte DNA

7、, 單位長(zhǎng)12-100 bp，拷貝數(shù)可變，常用于DNA指紋(DNA finger-printing)技術(shù))，微衛(wèi)星DNA(microsatellte DNA，單位1-5 bp，常串聯(lián)達(dá)50-100 bp，具有高度多態(tài)性，遺傳上保守，但個(gè)體差異較大)，用于構(gòu)建遺傳圖譜。一個(gè)問(wèn)題的答案：簡(jiǎn)述真核生物DNA的復(fù)雜性？問(wèn)題：真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？1、真核基因組龐大2、存在大量的重復(fù)序列。3、基因組的大部分為非編碼序列，90以上，即冗余DNA4、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋樱崔D(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(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子7、存在復(fù)雜的DNA多

8、態(tài)性：?jiǎn)魏塑账岫鄳B(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)和串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性(tandem repeats polymorphism)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)問(wèn)題：真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？1、真核基因組龐大真核生物的重復(fù)序列斷裂基因示意根據(jù) DNA復(fù)性動(dòng)力學(xué)研究，DNA序列可以分成哪幾種類型？并加以舉例說(shuō)明。(2001年上海生化所）真核生物的重復(fù)序列根據(jù) DNA復(fù)性動(dòng)力學(xué)研究，DNA序列可以問(wèn)題：原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？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(jiǎn)練：原核DNA分子的絕大部分是用來(lái)編碼蛋白質(zhì)的，只有

9、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?lè)醋拥霓D(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(gè)或幾個(gè)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(gè)mRNA的分子，叫多順?lè)醋觤RNA存在有重疊基因問(wèn)題：原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？原核生物的基因組很小，大多只有原核生物的多順?lè)醋覺(jué)174 D-E-J-F-G-H mRNA 蛋白J、F、G H D EE.coli 色氨酸操縱子 9個(gè)順?lè)醋?9個(gè)酶 ( 第六章 )原核生物的多順?lè)醋覺(jué)174 D-E-J-F-G-H 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(gè)堿基重疊郜剛

10、分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件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(fù)制 DNAReplication and Synthesis第二章 染色體與DNATransmission electron micrograA Picture Paints a Thousand Words. or more?Becaus

11、e a figure is as informative as 1000 words.A Picture Paints a Thousand WoDNA Replication Mode1. Three Possible Modes of DNA Replication（1）Conservative replication（全保留復(fù)制）（2）Dispersive replication（分散復(fù)制）1.29 核酸復(fù)制規(guī)律的一般猜想DNA Replication Mode1. Three P（3）Semiconservative replication（半保留復(fù)制）unwoundrewoundBa

12、se matchGeneralized model of semiconservative replication of DNA（3）Semiconservative replicatioMatthew Messelson Franklin Stahl 中國(guó)科學(xué)院上海生化與細(xì)胞所2002年招收碩士研究生分子遺傳學(xué)入學(xué)考試： 請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明DNA復(fù)制是以半保留方式進(jìn)行的（8分）。 Matthew Messelson The Meselson-Stahl experiment. the most beautiful experiment in biology15N標(biāo)記氮源14N標(biāo)記細(xì)胞在14

13、N中復(fù)制一次細(xì)胞在14N中再?gòu)?fù)制一次細(xì)胞在14N中再?gòu)?fù)制一次The Meselson-Stahl experiment.The expected results of two generations of semiconservative replication in the Meselson-Stahl experiment. MeselsonStahl實(shí)驗(yàn)：1958年， Meselson和Stahl首先將大腸桿菌在含重同位素15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使所有細(xì)菌都被15N標(biāo)記。然后移至只含有輕同位素14N的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代，二代，三代。分別提取DNA，作CsCl密度梯度離心，觀察DN

14、A的位置。The expected results of two geMeselsonStahl實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)之一對(duì)15N-DNA、14N-DNA雜交分子經(jīng)加熱變性，對(duì)于變性前后的DNA分別進(jìn)行CsCl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，變性后則分為兩條區(qū)帶，即重密度帶（15N-DNA）和低密度帶（14N-DNA）。MeselsonStahl實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)之一對(duì)15N-DNA、試驗(yàn)改進(jìn)2試驗(yàn)改進(jìn)23. Semiconservative Replication in EukaryotesTaylor-Woods-Hughes experiments：1957, root tips of

15、Vicia faba（蠶豆）Radioisotope 3H labeled thymidineAutoradiography（放射自顯影）蠶豆病是葡糖六磷酸脫氫酶(G6PD)缺乏者進(jìn)食蠶豆后發(fā)生的急性溶血性貧血。蠶豆(viciafaba)又名胡豆黃 3. Semiconservative ReplicatioTelophaseResultsTelophaseResultsBrdu ，中文全名 5- 溴脫氧尿嘧啶核苷，為胸腺嘧啶的衍生物，可代替胸腺嘧啶在 DNA 合成期（ S 期），活體注射或細(xì)胞培養(yǎng)加入，而后利用抗 Brdu 單克隆抗體， ICC 染色，顯示增殖細(xì)胞。同時(shí)結(jié)合其它細(xì)胞標(biāo)記物，雙

16、重染色，可判斷增殖細(xì)胞的種類，增殖速度，對(duì)研究細(xì)胞動(dòng)力學(xué)有重要意義。 只有胸腺嘧啶BrdU：胸腺嘧啶的替代物Brdu ，中文全名 5- 溴脫氧尿嘧啶核苷，為胸腺嘧啶的衍DNA半保留復(fù)制的生物學(xué)意義DNA的半保留復(fù)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(xì)胞分裂之前，遺傳信息載體必須精確地復(fù)制自己。過(guò)去的概念認(rèn)為遺傳信息的載體就是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(duì)DNA的復(fù)制作詳細(xì)的論述外，對(duì)RNA的復(fù)制也加以闡述，以期對(duì)遺傳信息的復(fù)制有個(gè)全面的了解。1953年，Watson和Crick在提出DNA

17、雙螺旋模型時(shí)就指出，由于互補(bǔ)堿基的配對(duì)原則，在DNA復(fù)制時(shí)，只要雙鏈DNA解開(kāi)，以每一條鏈為模板以合成其互補(bǔ)鏈，即可形成兩個(gè)與親代完全一樣的DNA分子。DNA復(fù)制的基本過(guò)程正如Watson和Crick所預(yù)測(cè)的那樣，但是在DNA復(fù)制中涉及了許多細(xì)胞成分。DNA的復(fù)制過(guò)程大體上可以分為復(fù)制的啟動(dòng)，復(fù)制的延伸，和復(fù)制的終止三個(gè)階段。DNA半保留復(fù)制的生物學(xué)意義DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代2.15 與DNA復(fù)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DNADNA復(fù)制實(shí)際上就是DNA指導(dǎo)的DNA合成代謝。因此，

18、必須有DNA作為復(fù)制的模板。體外復(fù)制實(shí)驗(yàn)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(xì)胞內(nèi)還有許多酶和蛋白質(zhì)參與DNA的復(fù)制。 2.15 與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)9類1、底物：四種脫氧核苷三與DNA復(fù)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(shí)質(zhì)是以DNA為模板的RNA聚合酶。與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)9類3、引物：DNA的合成需要一段RN與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)9類1、底物：

19、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(shí)質(zhì)是以DNA為模板的RNA聚合酶。與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)9類1、底物：四種脫氧核苷三磷酸（dA 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(yīng)需要有模板的指導(dǎo)反應(yīng)需要有3-OH存在DNA鏈的合成方向?yàn)? 3 5、 DNA聚合酶:以DNA為模板的DNA合成酶郜剛分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件郜剛分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件郜剛分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件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) DNA聚合酶詳解5533Klenow片段RNA引物3郜剛分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件郜剛分子生物學(xué)03染色體2核小體與包裝課件 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酸二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的DN