第二章-染色體與DNA

2024/8/191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)DNA的修復(fù)第五節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座2024/8/192一、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)（chromatin）構(gòu)成。染色質(zhì)是由DNA、RNA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)胞周期的不同階段明顯不同。染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體親子代傳遞量的恒定第一節(jié)染色體2024/8/193

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DNA量是一定的，但不同染色體或不同物種之間變化很大。如人的X染色體帶有1.28億個(gè)核苷酸對(duì)，而Y染色體只帶有0.19億個(gè)核苷酸對(duì)。2024/8/194真核生物染色體1、真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)2、染色體概況

DNA:27%，蛋白質(zhì):66%，

RNA:～6%每條染色體只有一個(gè)DNA分子2024/8/195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。2024/8/196

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。2024/8/197細(xì)菌染色體組織沒有明顯的核區(qū)域，細(xì)菌基因組仍然是高度致密的。E.coli溶解時(shí)，DNA形成大量環(huán)形（loops）結(jié)構(gòu)。在活體細(xì)胞中，DNA則以高度致密的狀態(tài)與蛋白質(zhì)結(jié)合。2024/8/198

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。2024/8/199二、真核細(xì)胞染色體的組成染色體的特征：（1）分子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定；（2）能夠自我復(fù)制，使親子代間保持連續(xù)性；（3）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制整個(gè)生命過程；（4）能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。2024/8/1910組蛋白殘基數(shù)分子量（kD）%精%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)2024/8/1911組蛋白的特征：1、進(jìn)化上的極端保守（如H3、H4）；2、無組織特異性；3、肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱性（賴氨酸、精氨酸含量豐富）；4、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H5（H5的磷酸化可能在染色質(zhì)的失活過程中起重要作用）。2024/8/1912

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（highmobilitygroupprotein)，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。2024/8/1913各種生物細(xì)胞內(nèi)DNA總量的比較2、DNA同類生物不同種屬間DNA總量變化很大。從編碼每類生物所需DNA量的最低值看，生物細(xì)胞中的C值具有從低等生物到高等生物逐漸增加的趨勢。2024/8/1914開花植物鳥類哺乳動(dòng)物爬行動(dòng)物兩棲類硬骨魚軟骨魚棘皮動(dòng)物甲殼類昆蟲軟體動(dòng)物線蟲霉菌藻類真菌革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌支原體各物種基因組大小比較C-值（C-value）:一種生物單倍體基因組DNA的總量。

真核細(xì)胞基因組的最大特點(diǎn)是它含有大量的重復(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，基因組大小與機(jī)體的遺傳復(fù)雜性缺乏相關(guān)性，這就是所謂的C-值矛盾（C-valueparadox）。2024/8/1915

（1）、不重復(fù)序列：在單倍體基因組中只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝的DNA序列。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝。（2）、中度重復(fù)序列:每個(gè)基因組中10～104個(gè)拷貝。平均長度為300bp，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。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10%~40%的中度重復(fù)序列。真核細(xì)胞DNA的種類:2024/8/1916(3)、高度重復(fù)序列——衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）

只存在于真核生物中，占基因組的10%~60%，由6~10個(gè)堿基組成。衛(wèi)星DNA均位于染色體的著絲粒。2024/8/19173、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)：

1）染色質(zhì)中，H2A、H2B、H3、H4的數(shù)量大致相等，而H1的數(shù)量不超過它們的一半；

2）組蛋白組成直徑約10nm的顆粒，由裸露的DNA連接；

3）DNA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)2024/8/19184）用小球菌核酸酶處理染色質(zhì)，得到的DNA片段為200bp的整數(shù)倍；

5）將組蛋白加入SV40的DNA中，可在體外形成染色質(zhì)樣纖維。其中與一個(gè)核小體結(jié)合的DNA很接近200bp；缺少H2A、H2B、H3、H4中任何一種都不能形成核小體，H1則不是必需的。2024/8/1919

核小體是組成染色質(zhì)的重復(fù)單位，每個(gè)核小體由約200（160～250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2個(gè)，以及一個(gè)H1組成。核小體中組蛋白聚合體組成2024/8/19201）核心顆粒結(jié)構(gòu)：

單個(gè)核小體繼續(xù)消化可以把DNA進(jìn)一步剪短，釋放出H1；剩余的顆粒稱為核心顆粒，由H2A、H2B、H3、H4組成；結(jié)合在核心顆粒而不被降解的DNA稱為核心DNA（coreDNA）；重復(fù)單位中除核心DNA以外的其它DNA稱為連接DNA（linkerDNA）。雙折疊對(duì)稱盤形，高6nm，直徑11nm;由(H3)2(H4)2四聚體構(gòu)成組蛋白八聚體核心，頂部和底部各有一H2A.H2B二聚體;2024/8/1921小球菌核酸酶對(duì)染色質(zhì)的持續(xù)作用產(chǎn)生各種不同結(jié)果2024/8/19222）組蛋白H1H1由兩部分組成，一部分是保守的核心，一部分是可變的延伸出去的N端和C端臂。

DNA進(jìn)入和離開組蛋白聚合體的位置十分接近，這由進(jìn)出兩端與H1結(jié)合形成。如沒有H1，則DNA進(jìn)入和離開核心顆粒的位置是隨機(jī)的。2024/8/1923由核小體串聯(lián)形成的10nm纖絲30nm纖絲3）、染色質(zhì)的存在形式：2024/8/192430nm纖絲由10nm纖維卷曲繞成圓筒形線圈，每圈約6個(gè)核小體，螺距11nm（核小體直徑）。這一結(jié)構(gòu)需要H1穩(wěn)定。30nm纖絲的包裝比為40。2024/8/1925

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30nm

纖絲6倍67nm10nm

每圈6個(gè)核小體中期染色質(zhì)40倍5倍染色體單體200bpDNA2024/8/1926真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、基因組龐大；2、大量重復(fù)序列的存在；3、大部分序列為非編碼序列；4、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子；5、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；7、DNA存在多態(tài)性；8、具有端粒結(jié)構(gòu)。2024/8/1927DNA多態(tài)性：指DNA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，主要包括單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)和串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性(tandemrepeatspolymorphism)兩類。2024/8/1928三、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。2024/8/19292、原核生物基因組的特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)簡練

其DNA分子絕大多數(shù)用于編碼蛋白質(zhì)，不翻譯的序列只占4%，并且編碼序列是連續(xù)的；（2）存在轉(zhuǎn)錄單元功能上密切相關(guān)的基因構(gòu)成操縱子或高度集中，并且可被一起轉(zhuǎn)錄；（3）重疊基因和基因內(nèi)基因即同一段DNA序列能攜帶兩種不同蛋白質(zhì)的遺傳信息。2024/8/1930小結(jié)一、染色體染色體的概念真核、原核染色體的特征2024/8/1931

二、真核細(xì)胞染色體的組成蛋白質(zhì)組蛋白種類、特性非組蛋白DNAC值C值矛盾DNA的種類不重復(fù)序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列染色質(zhì)和核小體核小體的概念染色體的包裝三、真核生物、原核生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2024/8/1932核苷酸結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2024/8/19331、DNA的一級(jí)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。由于4種核苷酸的差異僅是堿基的不同，因此又是指堿基的排列順序?；咎攸c(diǎn)：（1）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3’,5’磷酸二酯鍵交互連接而成，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基位于內(nèi)側(cè)；（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵結(jié)合，堿基必須以A-T、C-G配對(duì)形成堿基對(duì)；2024/8/1934直徑：2.0nm；螺距：3.4nm；每匝10bp/10.5bp；

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。2、DNA的二級(jí)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結(jié)構(gòu)。2024/8/1935DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)右手螺旋左手螺旋A-DNAB-DNAZ-DNA2024/8/1936DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性2024/8/1937

B-DNA（含水量92%）脫水后變形為A-DNA（含水75%），相鄰磷酸間距縮小，每匝增為11bp?？傮w變得寬而短；大溝變細(xì)、加深；小溝變得寬而淺。A-DNA

通常DNA在細(xì)胞中以B-DNA形式存在，但可能發(fā)生改變；DNA-RNA雜交分子呈A型。2024/8/1938Z-DNA與B-DNA的比較最大區(qū)別：Z-DNA為左旋！由部分堿基平面反轉(zhuǎn)所致。螺距4.5nm，每對(duì)堿基上升0.37nm，每匝12bp。主鏈變的不平滑，從之字形。Z-DNAZ-DNA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，Z-DNA可能與基因的調(diào)控有關(guān)。2024/8/1939A—DNAB—DNAZ—DNA螺旋方向右右左每匝堿基數(shù)111012每堿基對(duì)上升距離0.26nm0.34nm0.37nm螺距2.8nm3.4nm4.5nm每堿基對(duì)在螺旋中旋轉(zhuǎn)角度3336-60總尺寸短而寬較長而細(xì)長而細(xì)大溝細(xì)而深寬而中等深平伏于螺旋表面小溝寬而淺窄而中等深很窄很深三種DNA結(jié)構(gòu)特性比較2024/8/19403、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的高級(jí)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)的原核生物DNA為共價(jià)閉合環(huán)狀DNA（covalentlyclosedcircle，cccDNA），經(jīng)進(jìn)一步螺旋化，成為超螺旋結(jié)構(gòu)。之后發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的DNA分子，包括線形分子，具超螺旋結(jié)構(gòu)。2024/8/1941L=T+WL(linkingnumber，連接數(shù))：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)保持不變，為分子的拓?fù)鋵W(xué)常數(shù)。T(twistingnumber，盤繞數(shù))：代表一股鏈繞旋轉(zhuǎn)軸所做的完整的旋轉(zhuǎn)數(shù)。即DNA雙螺旋的匝數(shù)，等于堿基數(shù)÷每匝堿基數(shù)。W(writhingnumber，超盤繞數(shù))：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)。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2024/8/1942

正超螺旋（positivesupercoil）：由于雙鏈緊纏而引起的超螺旋。負(fù)超螺旋（negaive

supercoil）：由于雙鏈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)。天然原核生物DNA都呈負(fù)超螺旋；在體外可形成正超螺旋，如加入溴乙錠，可引入正超螺旋。DNA的幾種超螺旋的狀態(tài)：2024/8/1943緊纏而引起正超螺旋右手螺旋的DNA順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)自由末端逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)自由末端松纏而引起負(fù)超螺旋逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)松纏而引起負(fù)超螺旋緊纏而引起正超螺旋順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)2024/8/1944質(zhì)粒的松弛狀態(tài)和超螺旋狀態(tài)超螺旋分子的電泳遷移速率提高超螺旋對(duì)分子遷移的影響2024/8/1945

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)?；铙w中，DNA的構(gòu)象是動(dòng)態(tài)的。B-DNA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、使DNA雙鏈分開等。超螺旋的生物學(xué)意義2024/8/1946功能：催化DNA分子拓?fù)洚悩?gòu)體之間的相互轉(zhuǎn)化。作用機(jī)制：切開磷酸二酯鍵，在主鏈上造成切口，通過改變連接數(shù)（L）來改變超螺旋狀態(tài)。分類：I型拓?fù)洚悩?gòu)酶：每次切開一股鏈。II型拓?fù)洚悩?gòu)酶：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ATP，使分子L值每次變化±2。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（DNAtopoisomerase）二型拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用2024/8/1947小結(jié)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)基本特征分類DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)概念特點(diǎn)概念概念分類2024/8/1948一、復(fù)制的特點(diǎn)DNA復(fù)制的半保留性三種可能的方式：全保留復(fù)制（conservativereplication）半保留復(fù)制（semiconservativereplication）分散復(fù)制（dispersivereplication）第三節(jié)DNA的復(fù)制2024/8/19492024/8/1950DNA半保留復(fù)制（semi-conservativereplication)

DNA在復(fù)制過程中，每條鏈分別作為模板合成新鏈，產(chǎn)生互補(bǔ)的兩條鏈。這樣新形成的兩個(gè)DNA分子與原來DNA分子的堿基順序完全一樣。因此，每個(gè)子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式被稱為DNA的半保留復(fù)制。2024/8/1951

1958年Meselson

和Stahl研究了經(jīng)15N標(biāo)記3個(gè)世代的大腸桿菌DNA,首次證明了DNA的半保留復(fù)制。DNA的半保留復(fù)制保證DNA在代謝上的穩(wěn)定性，與DNA的遺傳功能相符合。2024/8/1952復(fù)制原點(diǎn)（origin）:DNA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二、復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度

對(duì)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。2024/8/1953復(fù)制叉（replicationfork）: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。復(fù)制眼（replicationeye）:DNA復(fù)制的部分看上去象一只眼睛，稱為復(fù)制眼。復(fù)制子（replicon）：生物體的復(fù)制單位稱為復(fù)制子。2024/8/1954三、DNA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DNA聚合酶還是RNA聚合酶都只從5'端向3'端移動(dòng)，新鏈的合成方向與聚合酶移動(dòng)方向一致，即是5'→3'

；

而對(duì)于DNA的合成必需一段引物的存在，體內(nèi)DNA復(fù)制時(shí)，由一段RNA引物起始DNA合成，起始后它必須切除，切除后，5'端如何起始呢？這就提出了線性DNA末端復(fù)制的問題。2024/8/1955TherollingcirclereplicatesDNAPhageλ（1）將線性DNA分子轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀或多聚分子（末端簡并性是前提條件，如T4噬菌體）；2024/8/19562024/8/1957（2）DNA末端發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成，如（草履蟲的線性線粒體）；2024/8/1958（3）在某種蛋白的介入下，在真正的末端起始復(fù)制，（如Φ29噬菌體和腺病毒DNA）。2024/8/19592、環(huán)狀DNA雙鏈的復(fù)制（1）θ

型復(fù)制體如，大腸肝菌質(zhì)粒DNA的復(fù)制。2024/8/1960（2）滾環(huán)型復(fù)制如：ΦX174在原點(diǎn)割切；共價(jià)延伸；切下被替換的單鏈。2024/8/1961（3）D-環(huán)形如動(dòng)物線粒體DNA的復(fù)制

雙鏈環(huán)在固定點(diǎn)解開進(jìn)行復(fù)制，但兩條鏈合成速度高度不一致，其中一條進(jìn)行復(fù)制，另一條則成為游離的單鏈環(huán)（即D環(huán)）。兩條鏈復(fù)制起點(diǎn)不同。2024/8/1962四、原核生物和真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)1、大腸桿菌DNA復(fù)制原核生物每個(gè)DNA分子只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)。復(fù)制原點(diǎn)序列特征4個(gè)9bp重復(fù)序列，3個(gè)13bp重復(fù)序列，都富含A-T對(duì)。2024/8/1963（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。2024/8/1964a、DNA解鏈酶DNA解鏈酶能通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。大部分解鏈酶沿后隨鏈模板的5′→3′方向并隨著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)；

Rep蛋白是沿前導(dǎo)鏈模板的3′→5′方向移動(dòng)。2024/8/1965b、單鏈結(jié)合蛋白SSB以四聚體的形式結(jié)合在單鏈DNA的復(fù)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)。

SSB與DNA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)。2024/8/1966c、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶

天然狀態(tài)下，DNA以負(fù)超螺旋的形式存在，易形成部分單鏈結(jié)構(gòu)，利于DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合。在DNA復(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，消除阻礙解鏈進(jìn)行的壓力，使復(fù)制繼續(xù)進(jìn)行。2024/8/1967（2）、DNA復(fù)制的引發(fā)

DNA復(fù)制時(shí)，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶從RNA引物3，端開始合成新的DNA鏈。

后隨鏈的引發(fā)過程由引發(fā)體來完成，引發(fā)體由6種蛋白質(zhì)n、n,、

n,,、DnaB、C和I共同組成，6種蛋白質(zhì)合在一起形成引發(fā)前體，引發(fā)前體與引發(fā)酶進(jìn)一步組裝成引發(fā)體才能發(fā)揮其功效。2024/8/1968

引發(fā)酶是dnaG基因的產(chǎn)物，是在特定條件下發(fā)揮作用的RNA聚合酶，僅用于合成DNA復(fù)制所需的一小段RNA。

DNA聚合酶Ⅲ在RNA引物的3'末端繼續(xù)合成DNA鏈，一直至下一個(gè)引物或?qū)槠?。由RNaseH降解RNA引物并由DNA聚合酶Ⅰ將缺口補(bǔ)齊，再由DNA連接酶將兩個(gè)岡崎片段連接在一起形成大分子DNA。2024/8/1969起始過程：a、大約20個(gè)DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個(gè)9bp重復(fù)序列結(jié)合；b、在HU蛋白和ATP的共同作用下，DnaA蛋白使13bp序列變性，形成單鏈；C、DnaB（解鏈酶）六體分別與單鏈DNA結(jié)合（需要DnaC

的幫助），進(jìn)一步解開DNA雙鏈；d、

DnaG進(jìn)入，合成引物。其它蛋白：SSB，DNA聚合酶作用。2024/8/1970兩股新合成鏈都是按5’~3’方向合成。（3）岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制2024/8/1971前導(dǎo)鏈（leadingstrand）：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；后隨鏈（laggingstrand）：一段親本DNA單鏈?zhǔn)紫缺┞冻鰜?，然后以與復(fù)制叉移動(dòng)相反的方向、按照5’

→3’方向合成一系列短DNA片段，然后再將它們連接成完整的鏈，稱為后隨鏈。后隨鏈不連續(xù)合成形成的短DNA片段，稱為岡崎片段（Okazakifragment）。2024/8/1972岡崎片段的連接DNAPolI，ligase2024/8/1973(4)、DNA復(fù)制的終止大腸桿菌DNA復(fù)制的終止

當(dāng)復(fù)制叉遇到約22個(gè)堿基的重復(fù)性終止子序列（Ter)時(shí)，Tus-Ter復(fù)合物能使DnaB不再將DNA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。2024/8/1974

停止復(fù)制后，其間仍有50~100bp未被復(fù)制，由修復(fù)方式填補(bǔ)空缺，然后兩條鏈解開。在拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ的作用下使復(fù)制叉解體，釋放子鏈DNA。2024/8/1975（5）、DNA聚合酶DNA聚合酶Iklenow片段（2/3的C端）DNA聚合酶活性3’-5’核酸外切酶活性N端：5’-3’核酸外切酶活性切除嘧啶二聚體除去RNA引物2024/8/1976

DNA聚合酶II（DNAPolymeraseII,PolII）具DNA聚合酶活性，但活力很低；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它的主要生理功能是修復(fù)DNA。DNA聚合酶III（DNAPolymeraseIII,PolIII）具DNA聚合酶活性，活力較強(qiáng)；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大腸桿菌DNA復(fù)制中鏈延長反應(yīng)的主導(dǎo)聚合酶。2024/8/1977

DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ分別由dinB和umuD‘2C基因編碼，主要在SOS修復(fù)過程中發(fā)揮作用。2024/8/1978大腸桿菌DNA聚合酶I、II和III的性質(zhì)比較性質(zhì)聚合酶I聚合酶II聚合酶III3’-5’外切＋＋＋5’-3’外切＋——新生鏈合成——＋生物學(xué)活性10.05152024/8/1979

含多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，即含多個(gè)復(fù)制子。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DNA的復(fù)制不能再開始。復(fù)制特點(diǎn)：2、真核生物DNA的復(fù)制2024/8/1980

真核生物的復(fù)制子相對(duì)較小，其長度為40~100kb。

自主性復(fù)制序列（autonomousreplicationsequence,ARS）：真核生物DNA的復(fù)制起始位點(diǎn)。

ARS的特點(diǎn)：具有一個(gè)A區(qū)，該區(qū)含有11個(gè)A-T堿基對(duì)的保守序列。真核生物DNA復(fù)制的起始需要起始點(diǎn)識(shí)別復(fù)合物（originrecognitioncomplex,ORC)結(jié)合于ARS，ORC是由6種蛋白質(zhì)組成的啟動(dòng)復(fù)合物。2024/8/1981

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。

Yeast/fly:40kb;animal:～100kb

復(fù)制平均速度：～2,000bp/min(對(duì)比E.coli:50,000bp/min)，還不到大腸肝菌的1/20。在任意時(shí)刻，通常只有少數(shù)（<15%）復(fù)制子工作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。2024/8/1982真核生物DNA聚合酶的比較性質(zhì)DNA聚合酶αDNA聚合酶βDNA聚合酶γDNA聚合酶δDNA聚合酶ε亞基數(shù)4122～3≥1在細(xì)胞內(nèi)分布核內(nèi)核內(nèi)線粒體核內(nèi)核內(nèi)功能DNA引物合成損傷修復(fù)線粒體DNA復(fù)制主要DNA復(fù)制酶復(fù)制修復(fù)(補(bǔ)齊缺口)3’-5’外切——＋＋＋5’-3’外切—————2024/8/1983真核生物DNA的復(fù)制：聚合酶α復(fù)合體在復(fù)制叉上存在聚合酶δ復(fù)合體聚合酶δ和ε復(fù)合體與延伸前導(dǎo)鏈延伸岡崎片段2024/8/1984岡崎片段RNA引物的去除RNA酶H1在靠近RNA與DNA連接處切開引物具有5’-3’外切酶活性的FEN1蛋白降解RNA片段DNA連接酶Ⅰ將相鄰的岡崎片段連接起來2024/8/1985防止染色體部分缺失的機(jī)制端粒結(jié)構(gòu)端粒酶

如端粒酶具有反轉(zhuǎn)錄酶活性，能利用自身攜帶的RNA鏈作為模板，以dNTP為原料，以反轉(zhuǎn)錄方式催化合成模板后隨鏈5'端DNA片段或外加重復(fù)單位，以維持端粒一定的長度，防止染色體的缺失損傷。2024/8/19863、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E.coli，其分裂周期變化極大，可在20min～10h之間變化；但DNA的復(fù)制周期總是穩(wěn)定在40min左右。DNA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RNA。E.coli細(xì)胞分裂周期與DNA復(fù)制的協(xié)調(diào)（1）原核生物DNA復(fù)制的調(diào)控2024/8/1987（2）真核生物DNA復(fù)制的調(diào)控S期：以第一個(gè)復(fù)制子激活復(fù)制起始為標(biāo)志。

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。2024/8/1988

染色體水平的調(diào)控

在任意時(shí)刻，通常只有少數(shù)（<15%）復(fù)制子工作，這種合成的先后順序，是由什么來決定的呢？

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。2024/8/1989小結(jié)1、DNA復(fù)制的概貌—半保留復(fù)制2、復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度3、DNA復(fù)制的幾種方式線性DNA雙鏈的復(fù)制環(huán)狀DNA雙鏈4、原核生物DNA的復(fù)制5、真核生物DNA的復(fù)制6、DNA復(fù)制的調(diào)控2024/8/1990第四節(jié)DNA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序列中腺苷酸的N6位甲基化，半甲基化DNA是識(shí)別模板鏈和新合成鏈的基礎(chǔ)。2024/8/1991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2024/8/19922024/8/1993二、切除修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)B-磷酸糖苷鍵N-β-糖苷鍵AP位點(diǎn)糖苷水解酶2024/8/1994三、重組修復(fù)

機(jī)體細(xì)胞對(duì)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)。

原理：先從同源DNA母鏈上將相應(yīng)核苷酸序列片段移至子鏈缺口，然后再用新合成的序列補(bǔ)上母鏈缺口。2024/8/1995在DNA光解酶的作用下將環(huán)丁烷胸腺嘧啶二體和6-4光化物還原成為單體。甲基轉(zhuǎn)移酶使O6-甲基鳥嘌呤脫甲基生成鳥嘌呤，防止G-T配對(duì)。四、DNA的直接修復(fù)(directrepair)2024/8/1996五、SOS反應(yīng)SOS反應(yīng)是細(xì)胞DNA受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下，細(xì)胞為求生存而產(chǎn)生的一種應(yīng)急措施。主要包括：（1）DNA的修復(fù)；（2）產(chǎn)生變異。2024/8/1997第五節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座1983年諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)BarbaraMcClintock

（1902—1992）2024/8/1998

DNA的轉(zhuǎn)座：又稱移位（transposition)，是由可移位因子介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座子（transposon）：存在與染色體DNA上可自主復(fù)制和移位的基本單位。2024/8/19991、插入序列(IS因子)

插入序列（insertionsequence，IS）是最簡單的轉(zhuǎn)座子，不含有任何宿主基因，是細(xì)菌染色體和質(zhì)粒DNA的正常組成部分。命名：IS+鑒定類型；插入特定序列：λ:IS1，表示插入λ的IS1元件。一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)2024/8/19100IS的一般結(jié)構(gòu)長度較小(約1kb);具有編碼自身移動(dòng)的酶--轉(zhuǎn)座酶（transposase）；含一對(duì)反向末端重復(fù)序列（invertedterminalrepeats）。在靶位點(diǎn)產(chǎn)生一正向重復(fù)序列。2024/8/191012、復(fù)合型轉(zhuǎn)座子除含有轉(zhuǎn)座所需的酶外，還編碼其它基因（eg.抗藥基因）的轉(zhuǎn)座子。復(fù)合轉(zhuǎn)座子具有IS模塊?；窘Y(jié)構(gòu)：其它基因位于中央?yún)^(qū)；兩側(cè)各連接一由IS模塊組成的“臂”；兩個(gè)IS序列相同或高度同源。命名：Tn+數(shù)字2024/8/191023、TnA家族轉(zhuǎn)座子

TnA：復(fù)合轉(zhuǎn)座子，較大（～5kb），無IS類型元件。兩端有38bp的反向重復(fù)序列（IR）；轉(zhuǎn)座后產(chǎn)生5bp正向重復(fù)序列。與轉(zhuǎn)座相關(guān)的酶：轉(zhuǎn)座酶（transposase），由tnpA編碼，；解離酶（resolvase），由tnpR編碼。2024/8/19103TnA轉(zhuǎn)座子家族的結(jié)構(gòu)基因：tnpA：轉(zhuǎn)座酶，tnpR：解離酶，ampR：β內(nèi)酰氨酶末端LR(反向重復(fù)序列）序列；res位點(diǎn)：TnpR的特異拆分位點(diǎn)。2024/8/19104二、轉(zhuǎn)座的類型1、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)座子作為可移動(dòng)的元件被復(fù)制。2024/8/191052、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。2024/8/19106

轉(zhuǎn)座子插入一新位點(diǎn)時(shí)，在其兩側(cè)產(chǎn)生一對(duì)正向重復(fù)序列（directrepeats）

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2024/8/19107五、轉(zhuǎn)座子的遺傳效應(yīng)1、引起插入突變2、插入位點(diǎn)出現(xiàn)新基因3、引起染色體畸變----轉(zhuǎn)座促進(jìn)重排：4、引起生物進(jìn)化2024/8/19108轉(zhuǎn)座促進(jìn)重排：轉(zhuǎn)座事件本身導(dǎo)致序列刪除、反轉(zhuǎn)或者移動(dòng)到新的位點(diǎn)；兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)座子正向重復(fù)拷貝之間重組造成之間的DNA刪除。2024/8/19109

兩個(gè)鄰近的轉(zhuǎn)座子反向重復(fù)拷貝之間重組造成之間的DNA的反轉(zhuǎn)。杏壇2024/8/19110六、真核生物的轉(zhuǎn)座子玉米的控制因子（controllingelement）：沒有固定的染色體定位；自主因子（autonomouselement）：具有自主剪接和轉(zhuǎn)座能力，可持續(xù)移動(dòng)，造成的結(jié)果不穩(wěn)定。非自主因子（nonautonomouselement）：不能自發(fā)轉(zhuǎn)座，只有在基因組中存在同一家族的自主元件時(shí)，才能發(fā)生轉(zhuǎn)座而變得不穩(wěn)定。2024/8/19111自主元件和非自主元件在功能上的關(guān)系2024/8/19112Ac與Ds的結(jié)構(gòu)和二者的關(guān)系2024/8/19113

控制元件位點(diǎn)的斷裂，可能造成雜合子表型的改變。2024/8/19114果蠅中的轉(zhuǎn)座子2024/8/19115

第三個(gè)內(nèi)含子的切除是發(fā)生轉(zhuǎn)座所必需的。在體細(xì)胞中存在與P轉(zhuǎn)座子外顯子3特異性結(jié)合的蛋白，與外顯子3結(jié)合后妨礙了內(nèi)含子3的剪切，因此P轉(zhuǎn)座子編碼的是轉(zhuǎn)座阻遏蛋白，抑制轉(zhuǎn)座的發(fā)生。母體的體細(xì)胞能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)座阻遏物，抑制轉(zhuǎn)座。2024/8/191162024/8/19117

雜交類型是否能引起不育，主要看細(xì)胞質(zhì)類型是否生成阻遏蛋白，也就是看雌性配子中是否存在P轉(zhuǎn)座子。2024/8/19118小結(jié)一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)簡單轉(zhuǎn)座子復(fù)合轉(zhuǎn)座子TnA家族轉(zhuǎn)座子二、轉(zhuǎn)座的類型復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座三、轉(zhuǎn)座子的遺傳效應(yīng)四、真核生物的轉(zhuǎn)座子玉米中的控制因子

自主性因子非自主性因子果蠅中的P轉(zhuǎn)座子2024/8/19119復(fù)習(xí)題1、證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩個(gè)關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)是：肺炎鏈球菌在老鼠體內(nèi)的毒性和T2噬菌體感染大腸桿菌。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中主要的論點(diǎn)證據(jù)是：（）(a)從被感染的生物體內(nèi)重新分離得到DNA，作為疾病的致病劑(b)DNA突變導(dǎo)致毒性喪失(c)生物體吸收的外源DNA（而并非蛋白質(zhì)）改變了其遺傳潛能(d)DNA是不能在生物體間轉(zhuǎn)移的，因此它一定是一種非常保守的分子2024/8/191202、1953年Watson和Crick提出：（）（a）多核苷酸DNA鏈通過氫鍵連接成一個(gè)雙螺旋（b）DNA的復(fù)制是半保留的，常常形成親本—子代雙螺旋雜合鏈（c）三個(gè)連續(xù)的核苷酸代表一個(gè)遺傳密碼（d）遺傳物質(zhì)通常是DNA而非RNA2024/8/191213、下列哪一種蛋白不是組蛋白的成分（）H1H2A、H2BH3、H4H52024/8/191225、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)指：（）；（a）是指