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分子生物学课件重点整理__朱玉贤 第二章 染色体与DNA染色体chromosome是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式是间期细胞染色质结构紧密包装的结果真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质 chromatin 的形式存在的染色质是一种纤维状结构叫做染色质丝它是由最基本的单位核小体 nucleosome 成串排列而成的原核生物 prokaryote DNA形成一系列的环状附着在非组蛋白上形成类核染色体由DNA和蛋白质组成蛋白质由非组蛋白和组蛋白H1H2AH2BH3H4DNA和组蛋白构成核小体组蛋白的一般特性P24①进化上的保守性②无组织特异性③肽链氨基酸分布的不对称性碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上④组蛋白的可修饰性甲基化乙基化磷酸化及ADP核糖基化等⑤ H5组蛋白的特殊性富含赖氨酸24 鸟类鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5 组蛋白的可修饰性 在细胞周期特定时间可发生甲基化乙酰化磷酸化和ADP核糖基化等H3H4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2DNA1 DNA的变性和复性 ■变性Denaturation DNA双链的氢键断裂最后完全变成单链的过程称为变性 ■增色效应 Hyperchromatic effect 在变性过程中260nm紫外线吸收值先缓慢上升当达到某一温度时骤然上升称为增色效应■融解温度Melting temperature Tm 变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度 生理条件下为85-95℃影响因素GC含量pH值离子强度尿素甲酰胺等■复性Renaturation 热变性的DNA缓慢冷却单链恢复成双链 ■减色效应Hypochromatic effect 随着DNA的复性260nm紫外线吸收值降低的现象 2 C值反常现象C-value paradox C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量 真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开这就是著名的C值反常现象 四核小体 nucleosome 用于包装染色质的结构单位是由DNA链缠绕一个组蛋白核[H2AH2BH3H4 2的八聚体构成的 1原核生物基因组结构特点● 基因组很小大多只有一条染色体● 结构简炼● 存在转录单元 trnascriptional operon ●多顺反子 polycistron 重叠基因由基因内基因部分重叠基因一个碱基重叠组成2真核生物基因组结构特点●真核基因组结构庞大 3×109bp染色质核膜●单顺反子●基因不连续性 断裂基因interrupted gene内含子 intron 外显子 exon ●非编码区较多 多于编码序列 91 ● 含有大量重复序列■ 不重复序列单一序列在基因组中有一个或几个拷贝真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的如蛋清蛋白血红蛋白等 功能主要是编码蛋白质■ 中度重复序列在基因组中的拷贝数为101～104如rRNAtRNA 一般是不编码蛋白质的序列在调控基因表达中起重要作用 ■ 高度重复序列拷贝数达到几百个到几百万个●卫星DNAAT 含量很高的简单高度重复序列1 DNA的一级结构指4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序 DNA序列是这一概念的简称碱基序列2特征●双链反向平行配对而成●脱氧核糖和磷酸交替连接构成DNA骨架碱基排在内侧●内侧碱基通过氢键互补形成碱基对ATCG2DNA 的二级结构指两条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构 2分类右手螺旋A-DNAB-DNA左手螺旋Z-DNA3DNA的高级结构指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构是一种比双螺旋更高层次的空间构象2主要形式超螺旋结构正超螺旋和负超螺旋一DNA的半保留复制semi-nservative replication1定义由亲代DNA生成子代DNA时每个新形成的子代DNA中一条链来自亲代DNA而另一条链则是新合成的这种复制方式称半保留复制3DNA半保留复制的生物学意义DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代二与DNA复制有关的物质1原料四种脱氧核苷三磷酸dATPdGTPdCTPdTTP 2模板以DNA的两条链为模板链合成子代DNA3引物DNA的合成需要一段RNA链作为引物4引物合成酶引发酶此酶以DNA为模板合成一段RNA这段RNA作为合成DNA的引物Primer 实质是以DNA为模板的RNA聚合酶5 DNA聚合酶以DNA为模板的DNA合成酶●以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物●反应需要有模板的指导●反应需要有3 -OH存在●DNA链的合成方向为5 3 性质 聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶Ⅲ 3 5 外切活性 5 3 外切活性 - - 5 3聚合活性 中 很低 很高 新生链合成 - - 聚合酶Ⅰ主要是对DNA损伤的修复以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙聚合酶Ⅱ修复紫外光引起的DNA损伤聚合酶Ⅲ DNA 复制的主要聚合酶还具有3→5外切酶的校对功能提高DNA复制的保真性6DNA连接酶1967年发现若双链DNA中一条链有切口一端是3-OH另一端是5-磷酸基连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键而使切口连接 但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来 DNA连接酶在DNA复制损伤修复重组等过程中起重要作用7DNA 拓扑异构酶 DNA Topisomerase 拓扑异构酶使DNA一条链发生断裂和再连接作用是松解负超螺旋主要集中在活性转录区同转录有关例大肠杆菌中的ε蛋白拓扑异构酶Ⅱ该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA作用是将负超螺旋引入DNA分子同复制有关例大肠杆菌中的DNA旋转酶8DNA 解螺旋酶 解链酶DNA helicase 通过水解ATP获得能量来解开双链DNA Ecoli中的rep蛋白就是解螺旋酶还有解螺旋酶IIIIIIrep蛋白沿3 5移动而解螺旋酶IIIIII沿5 3移动9单链结合蛋白 SSBP-single-strand binding protein 稳定已被解开的DNA单链阻止复性和保护单链不被核酸酶降解三DNA的复制过程大肠杆菌为例双链的解开 RNA引物的合成 DNA链的延伸 切除RNA引物填补缺口连接相邻的DNA片段1双链的解开------ ftju制有特定的起始位点叫做复制原点 ori 或o富含AT的区段从复制原点到终点组成一个复制单位叫复制子复制时解链酶等先将DNA的一段双链解开形成复制点这个复制点的形状象一个叉子故称为复制叉双链解开复制起始P44大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp保守序列相结合在HU蛋白和ATP的共同作用下Dna复制起始复合物使3个13bp直接重复序列变性形成开链解链酶六体分别与单链DNA相结合 需DnaC帮助 进一步解开DNA双链2RNA引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶引发RNA引物的合成引物长度约为几个至10个核苷酸3DNA链的延伸DNA的半不连续复制semi-discontinuous replication DNA复制时其中一条子链的合成是连续的而另一条子链的合成是不连续的故称半不连续复制在DNA复制时合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链合成方向与复制叉移动的方向相反形成许多不连续的片段最后再连成一条完整的DNA链为滞后链 在DNA复制过程中前导链能连续合成而滞后链只能是断续的合成5 3 的多个短片段这些不连续的小片段称为冈崎片段4切除RNA引物填补缺口连接相邻的DNA片段复制终止当复制叉遇到约22个碱基的重复性终止子序列Ter时Ter-Tus蛋白复合物能使DnaB不再将DNA解链阻挡复制叉继续前移P47在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上在DNA连接酶作用下连接相邻的DNA链四复制的几种主要方式 P421双链环状θ型复制双向等速2滚环型1模板链和新合成的链分开2不需RNA引物在正链3－OH上延伸3只有一个复制叉3D环复制---单向复制的特殊方式如动物线粒体DNA五真核生物中DNA的复制特点1真核生物每条染色体上有多个复制起点多复制子约150bp左右2复制叉移动的速度较慢约50bp／秒仅为原核生物的1／103真核生物染色体在全部复制完之前各个起始点不再重新开始DNA复制真核生物快速生长时往往采用更多的复制起点4真核生物有多种DNA聚合酶5真核生物DNA复制过程中的引物及冈崎片段的长度均小于原核生物真核冈崎片段长约100-200bp原核冈崎片段长约1000-2000bp六原核和真核生物DNA的复制特点比较复制起点ori原核一个真核多个复制子 原核一个真核多个复制子长度原核长真核短复制叉原核多个真核多个复制移动速度原核较快真核较慢真核生物染色体在全部完成复制前各起始点的DNA 复制不能再开始而在 快速生长的原核生物中复制起点上可以连续开始新的DNA复制原核生物染色体的复制与细胞分裂同步可以多次复制真核生物染色体的复制发生在S期是细胞分类的特定时期而且仅此一次四DNA的修复DNA修复系统 功能 错配修复 恢复错配 碱基切除修复 切除突变的碱基 核甘酸切除修复 修复被破坏的DNA DNA直接修复SOS系统 修复嘧啶二体或甲基化DNADNA的修复导致变异 1错配修复 mismatch repair●Dam甲基化酶使母链位于5GATC序列中腺甘酸甲基化●甲基化紧随在DNA复制之后进行几秒种后至几分钟内●根据复制叉上DNA甲基化程度切除尚未甲基化的子链上的错配碱基2碱基切除修复 excision repair 所有细胞中都带有不同类型能识别受损核苷酸位点的糖苷水解酶它能特意切除受损核苷酸上的N-β-糖苷键在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点统称为AP位点一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺然后改变配对性质造成氨基转换突变腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对3核苷酸切除修复1通过特异的核酸内切酶识别损伤部位2由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸3 DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子链4DNA连接酶将切口补平4 DNA的直接修复在DNA光解酶的作用下将环丁烷胸腺嘧啶二体和6-4光化物还原成为单体甲基转移酶使O6-甲基鸟嘌呤脱甲基生成鸟嘌呤防止G-T配对SOS反应 SOS response 是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下细胞为求生存而产生的 一种应急措施 包括诱导DNA损伤修复诱变效应细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等细胞癌变也与SOS反应有关两个作用1DNA的修复2产生变异五 DNA的转座DNA的转座或叫移位transposition 由可移位因子 transposable element 介导的遗传物质重排现象转座子transposon Tn存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位已经发现转座这一命名并不十分准。