分子生物学2.1幻灯片

,第二章 染色体与DNA,本章主要内容：,第一节 染色体的组成与结构 第二节 DNA的组成与结构 第三节 DNA的复制 第四节 原核与真核生物DNA复制的特点 第五节 DNA的修复 第六节 DNA的转座 第七节 SNP的理论与应用,教学要求：,1.了解染色体的组成与结构、DNA的修复与DNA的转座的基本问题。 2. 理解DNA的二级结构及DNA的复制的过程，重点掌握先导链与后随链合成DNA的不同方式。 3.掌握原核和真核生物DNA的复制的区别。,第一节 染色体的组成与结构,一、染色体概述 二、真核细胞染色体的组成与结构 三、原核生物基因组,知识点,真核生物染色体的组成,染色质与核小体 原核生物基因组,染色体中的蛋白质,第一节 染色体的组成与结构,一、染色体概述,真核细胞的结构,DNA的分布,（所以说，染色体是DNA的主要载体）,例：紫茉莉叶色的遗传,第一节 染色体的组成与结构,一、染色体概述,染色体,DNA：同一物种内每条染色体所带DNA的量是一定的，但不同染色体或不同物种之间变化很大，从上百万到几亿个核苷酸不等。 蛋白质（组蛋白和非组蛋白）：种类和含量十分稳定。,染色体包括_和_两大部分,人X染色体带有1.28亿个核苷酸对，而Y染色体只带有0.19亿个核苷酸对（见表2-1）,由于细胞内的DNA主要在染色体上，所以说遗传物质的主要载体是,染色体。,第一节 染色体的组成与结构,一、染色体概述,染色质： 细胞核中能被碱性染料强烈着色的物质，染色质是真核细胞的遗传物质在分裂间期存在的形式，而染色体是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。两者是细胞周期不同阶段两种可以相互转变的结构。,染色质与染色体,一般来说，只有在细胞有丝分裂过程中，才能在光学显微镜下观察到染色体。,整个细胞周期都能观察到染色体？,非分裂期的细胞核经低渗处理、溶胀破裂后释放出染色质，在电子显微镜下呈纤维串珠状的长丝。,染色体的形态示意图,人类染色体的编号,端粒,端粒,着丝粒,二、真核生物染色体的组成与结构,第一节 染色体的组成与结构,P64、70思考题1: 染色体具备哪些作为遗传物质的特征?,（参见P22、25）,下列哪一项对于DNA作为遗传物质是不重要的: A.DNA分子双链且序列互补 B.DNA分子的长度可以非常长,可以长到将整个基因组的信息都包含在一条DNA分子上 C.DNA可以与RNA形成碱基互补 D.DNA聚合酶有3 5的校读功能,下列哪一项对于DNA作为遗传物质是不重要的: A.DNA分子双链且序列互补 B.DNA分子的长度可以非常长,可以长到将整个基因组的信息都包含在一条DNA分子上 C.DNA可以与RNA形成碱基互补 D.DNA聚合酶有3 5的校读功能,本题考点:DNA作为遗传物质所具备的特点. 因此,DNA分子双链且序列互补能保证稳定地传递给后代;DNA通过转录和翻译最后得到蛋白质,因此,要求能与RNA形成碱基互补以实现转录;DNA在复制时,会出现碱基错配,因此要求DNA聚合酶具有校对功能,来保证亲代和子代DNA之间的稳定性.,二、真核细胞染色体的组成与结构,呈酸性，种类和含量不稳定；作用还不完全清楚，可能与染色质结构调节有关，在DNA遗传信息的表达中有重要作用,第一节 染色体的组成与结构,少量的RNA ，不到DNA的10%,化学组成（参见P22-30/25-32）,DNA：,蛋白质：约为DNA的两倍,约占30%，每条染色体一个双链DNA分子 ；是遗传信息的载体，也就是所谓的遗传物质,组蛋白(histone)：,呈碱性，结构稳定；与DNA结合形成核小体、维持染色质结构，与DNA含量呈一定的比例,非组蛋白：,1）组蛋白(histones) 染色体中的碱性蛋白质，约与DNA等量,第一节 染色体的组成与结构,二、真核细胞染色体的组成与结构,（参见P22-25/26-28）,1、蛋白质,特点：富含二种碱性氨基酸（赖氨酸和精氨酸） 根据凝胶电泳性质可将组蛋白分为五种小类型:H1、H2A、H2B、H3、H4,参见P23、26,五种组蛋白比较,（参见P24、26）,简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修饰的种类及其生物学意义. 中国科学院2003年硕士研究生入学生物化学与分子生物学试题,在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化和ADP核糖基化等。H3、H4修饰作用较普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。 所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白所携带的正电荷。 这些组蛋白修饰的意义：一是改变染色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。,2）非组蛋白,二、真核细胞染色体的组成与结构,第一节 染色体的组成与结构,（P24-25/28）,1、蛋白质,（non-histone protein，NHP）,什么是非组蛋白？非组蛋白有什么特点？,协和医科大学2004年,2）非组蛋白,二、真核细胞染色体的组成与结构,第一节 染色体的组成与结构,（P25/28）,1、蛋白质,（non-histone protein，NHP）,染色体中组蛋白以外的其它蛋白质，是一大类种类繁杂的各种蛋白质的总称； 种类约20-100种,其中常见的有15-20种。主要包括酶类及与细胞分裂相关的各种蛋白质. 约占组蛋白总量的60%-70%； 相对分子质量1.5×1041.8 × 105；,2）非组蛋白,二、真核细胞染色体的组成与结构,第一节 染色体的组成与结构,（P25/28）,1、蛋白质,（non-histone protein，NHP）,功能,参与并调控基因表达 参与基因复制、转录及核酸修饰的酶 类（如各种 DNA和 RNA聚合酶等）就是一类重要的非组蛋白 参与转录调控的蛋白质 维持染色体的高级结构 非组蛋白中的核基质蛋白对于维持染色体的高级结构是必不可少的。,2）非组蛋白,非组蛋白的组织专一性和种属专一性。 （1）HMG蛋白：富含赖AA、精AA、谷AA与天冬AA，与DNA的超螺旋结构有关 （2）DNA结合蛋白：与DNA的复制或转录有关的酶或调节物质 （3）A24非组蛋白：与H2A差不多大小，呈酸性，含谷AA与天冬AA多，于核小体内，功能不详,二、真核细胞染色体的组成与结构,第一节 染色体的组成与结构,（P25/28）,1、蛋白质,（non-histone protein，NHP）,2、DNA,二、真核细胞染色体的组成与结构,第一节 染色体的组成与结构,（参见P25/28）,（1）C值反常现象（C值矛盾）（C-value paradox）,真核生物基因组的特点,（2）单顺反子 （3）重复序列 （4）断裂基因,(a)同类生物不同种属之间DNA总量变化很大；（b）从编码每类生物所需要DNA量的最低值看，生物细胞中的C值具有从低等生物到高等生物逐渐增加的趋势。,C值反常现象（矛盾）：在真核生物中，物种进化的复杂程度与DNA含量C值并不完全一致，称之为C值矛盾(C value paradox)。,一些植物和两栖类动物，它们的DNA含量高达10101011bp，而人类DNA含量仅为109bp，显然这是无法解释的。, 在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至在亲 缘关系十分接近的物种之间，其C值可以相差数10倍 乃至上百倍。 如两栖类动物中，C值小的低至109bp以下，C值大 的高达1011bp。,DNA的量远远大于编码蛋白质所需的量。 如哺乳动物的基因组由3×109bp组成，假定哺乳动物每个基因平均是10000bp，那么哺乳动物基因组应该有300000个基因。但核酸杂交测定哺乳动物一个细胞中的mRNA种类约为10000个，考虑不同细胞基因表达的不同，推算哺乳动物基因组约有3000040000个基因，这样来看，基因组DNA量是已知基因的10倍，余下那么多DNA有什么功能？,下列有关C值的叙述正确的是: A.生物的进化程度越高,其C值就越大 B.C值与有机体的形态学复杂性成反比 C.每一个生物门中的C值与有机体的形态学复杂性大致成比例 D.C值与有机体的形态学复杂性成正比,下列有关C值的叙述正确的是: A.生物的进化程度越高,其C值就越大 B.值与有机体的形态学复杂性成反比 C.每一个生物门中的C值与有机体的形态学复杂性大致成比例 D.C值与有机体的形态学复杂性成正比,判断:人是最高等生物,其基因组碱基对数目(2.9×109)是动物界最大的.,错,解析:C值指一种生物单倍体基因组DNA的总量.不同物种C值差异极大,最小的支原体只有104bp,而最大的如某些显花植物和两栖动物可达1011bp.,（2）单顺反子,与原核生物不同，真核基因转录产物为单顺反子(monocistron)，即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，翻译生成一条多肽链。,（3）重复序列,在真核细胞DNA中发现某些核苷酸序列大量重复出现，这些核苷酸序列叫重复序列，但在原核细胞基因组中几乎不存在。核苷酸序列的重复次数越高，DNA复性速度就越快。,中度重复序列 高度重复序列,参见P2527/29-30,真核生物基因组中的DNA重复序列主要有哪些类型？简要说明基因组重复序列可能的生物学意义以及基因组重复序列在分子标记研究中的应用。,中度重复序列；高度重复序列。 基因组重复序列可以同时表达出大量的基因产物以完成生物学功能。另外，大量的重复序列存在，即使其中的极少部分被破坏，也不会影响有机体的正常功能。 在分子标记研究中，可以作为一种分子标记，如卫星DNA和微卫星DNA。,二、真核细胞染色体的组成与结构,（参见P27/30）,3、染色质和核小体（染色体的包装）,1974年，Kornberg 发现核小体 核小体是所有真核生物染色体的基本结构单位,核小体（nucleosome）,真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是,核小体(nucleosome)。,P703：请列举3项实验证据来说明为什么染色质中DNA与蛋白质分子是相互作用的。,P64/70思考题2: 什么是核小体?简述其形成过程? 简述真核细胞内核小体的结构特点？,核小体结构要点 (1)每个核小体单位包括200bp左右的DNA和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白H1。 (2)组蛋白八聚体构成核小体的核心结构，100kD，由H2A、H2B、H3和H4各两个分子所组成。 (3)DNA分子以左手方向盘绕八聚体两圈，每圈83bp，共166bp。用微球菌核酸酶水解，可得到不含组蛋白Hl的146bp的DNA片段(175圈)。 (4)一个分子的组蛋白Hl与DNA结合，锁住核小体DNA的进出口，从而稳定了核小体的结构。,:146 bp, 1.75cycle,P643: 简述真核生物染色体的组成及组装过程.,核小体：染色体DNA的一级包装 由直径2nm的DNA双螺旋链绕组蛋白形成直径11nm 的核小体 “串珠” 结构，若以每碱基对沿螺旋中轴上升距离为 0.34 nm计，200bp DNA（一个核小体的DNA片段）的伸展长度为 68 nm，形成核小体后仅为11 nm（核小体直径），其长度压缩了6-7倍,染色体的包装超螺旋结构,螺线管纤维（solenoidal fiber）：染色体DNA二级包装 由6个核小体盘绕形成一种中空螺线管，其外径为30 nm，因此，螺线管的形成使DNA一级包装又压缩6倍 若以充分伸展的DNA双螺旋论，每个螺线管包含了408 nm（6×68 nm）长度的DNA链，而每圈螺线管的长度几乎等于核小体直径，即11nm，故染色体的二级包装相当于将DNA长度压缩了近40倍,染色体的包装超螺旋结构,环状螺线管（超螺旋）：染色体DNA的三级的包装 电镜显示，由螺线管纤维缠绕在一个由某些非组蛋白构成的中心轴（centralaxis）骨架上形成的。这显然使螺线管纤维得到了