02染色体与DNA幻灯片资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*12 染色体与DNAv2.1 染色体v2.2 DNA的结构v2.3 DNA的复制v2.4 原核生物和真核生物DNA复制特点v2.5 DNA的修复v2.6 DNA的转座2.1 染色体由于亲代能够将自己的遗传物质DNA以染色体的形式传给子代，保持物种的稳定性和连续性因此，人们普遍认为染色体在遗传上起着主要作用1.染色体概述：v细胞周期：从细胞分裂产生的新细胞的生长开始，到下一次细胞分裂形成子细胞结束为止所经历的过程分裂间期：DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）、DNA合成后期（G2期）分裂期（M期）：前期，中期，后期，末期v染色体包括DNA和蛋白质两部分同一物种内每条染色体所带的DNA的量是一定的，但不同的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对不等v原核生物染色体：2.真核细胞染色体的组成DNA：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蛋白质:组蛋白(histone)：呈碱性，结构稳定；与DNA结合形成、维持染色质结构，与DNA含量呈一定的比例非组蛋白：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，另外，可能存在少量的RNA组蛋白非组蛋白核小体DNA蛋白质染色体v组蛋白是染色体的结构蛋白，与DNA组成核小体。

根据其凝胶电泳性质可将其分为H1、H2A、H2B、H3及H4组蛋白的特性：1）进化上极端保守性其中H3、H4最保守，H1较不保守2）无组织特异性到目前为止，仅发现鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是鱼精蛋白3）肽链上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，大部分疏水基团都分布在C端例如，N端的半条链上净电荷为+16，C端只有+34）组蛋白的修饰作用包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等5）富含赖氨酸的组蛋白H5H5赖氨酸含量高达24%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 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v非组蛋白：1）非组蛋白的量大约是组蛋白的60%70%，但它的种类却很多，约在20-100种之间，其中常见的有15-20种具有组织专一性和种属专一性2）非组蛋白包括酶类、骨架蛋白、核孔复合物蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白等。

它们也可能是染色质的组成成分3）几类常见的非组蛋白：HMC蛋白一般认为可能与DNA的超螺旋结构有关DNA结合蛋白可能是一些与DNA的复制与转录有关的酶或调节物质A24非组蛋白位于核小体内，功能不详vDNA：1)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DNA变性过程中，260nm紫外线吸收值上升的现象复性（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 融解温度（Meltingtemperature，Tm)变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度影响因素：G+C含量，pH值，离子强度，尿素，甲酰胺等2) C值反常现象C值：一种生物单倍体基因组DNA的总量一般情况，真核生物C值是随着生物进化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物但是，某些两栖类C值大于哺乳动物，而且在两栖类中C值变化也很大，可相差100倍推断许多DNA序列不编码蛋白质3）DNADNA的类别：的类别：不重复序列。

在单倍体基因组里，这些序列一般只有一个或几个拷贝，占DNA总量的40%80%主要是结构基因，编码蛋白质，如蚕丝心蛋白基因中度重复序列这类重复序列的重复次数在10104之间，占总DNA的10%40%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，各种rRNA、tRNA及组蛋白基因等都属这一类高度重复序列卫星DNA占基因组的10%60%，由6100个碱基组成，在DNA链上串联重复几百万次由于碱基的组成不同，在CsCl密度梯度离心中易与其他DNA分开，形成含量较大的主峰及高度重复序列小峰，后者又称卫星区带（峰）不转录，多位于着丝粒处，是异染色质组分，可能与染色体稳定有关3.真核细胞染色体的结构DNA核小体螺线管超螺线管染色单体v核小体：用于包装染色质的结构单位，是由DNA链缠绕一个组蛋白核构成的即由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而一个H1则在核小体的外面v螺线管：由10nm染色质细丝盘绕形成的30nm螺旋管状细丝，每一螺旋包含6个核小体这种螺线管是分裂间期和分裂前期染色体的基本组分染色单体5倍超螺线管(300nm)40倍螺线管(30nm)6倍核小体+连接丝(10nm)7倍DNA(2nm)4.原核生物和真核生物基因组结构特点比较1）原核生物基因组结构特点： 基因组组很小，大多只有一条染色体，基因多为单为单 拷贝贝 结构简练，重复序列少，DNA分子绝大部分用来编码蛋白质 转录产物为多顺反子mRNA(polycistron) 有重叠基因（Sanger发现）:同一段DNA含有两种不同蛋白质的信息基因内基因部分重叠基因一个碱基重叠2）真核生物基因组结构特点：真核基因组结构庞大 3109bp、染色质、核膜含有大量重复序列，非编码区较多转录产转录产 物为为单顺反子基因不连续性 断裂基因（interrupted gene） 内含子(intron)、外显子(exon)具有端粒结结构2.2DNA的结构vDNA作为遗传物质所具备的特点：1）具有相对的稳定性；2）能够精确的自我复制，使亲代与子代间保持遗传的连续性；3）能够指导蛋白质合成，控制新陈代谢过程和性状发育；4）在特定条件下产生可遗传的变异。

1.DNA的一级结构DNA又称脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid） 1）定义：DNA的一级结构是指四种核苷酸的连接及排列顺序，表示该DNA分子的化学构成 简称为DNA序列或碱基序列2）DNA的化学组成：脱氧核苷酸由磷酸基团、脱氧核糖和碱基（A、T、G、C）组成v有些核酸中还含有修饰碱基(或稀有碱基)，这些碱基大多是在上述嘌呤或嘧啶碱的不同部位甲基化或进行其它的化学修饰而形成的衍生物一般这些碱基在核酸中的含量稀少v脱氧核苷酸之间由35磷酸二酯键连接成DNA链，两条链的碱基通过氢键实现AT、GC配对3）DNA一级结构特点：DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链盘绕而成DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对碱基配对只能是A与T，G与C配对碱基之间的这种一一对应的关系叫碱基互补配对原则(Chargaff规则)由于碱基可以任何顺序排列，构成了DNA分子的多样性vDNA表示法：2.DNA的二级结构vvWatsonWatson和和CrickCrick以立体以立体化学原理为准则，对化学原理为准则，对WilkinsWilkins和和FranklinFranklin的的DNAXDNAX射线衍射分析结射线衍射分析结果加以研究，提出了果加以研究，提出了DNADNA结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型。

1）定义：DNA二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构2）DNA双螺旋模型的特点：双螺旋模型的特点：1 1）螺旋直径2nm；2）链间有螺旋形凹槽，较小的为小沟（1.2nm），较大的为大沟（2.2nm）；3）碱基间距0.34nm；4）每轮碱基数10；5）碱基平面与纵轴垂直3）DNA的构象：B-DNA：右手螺旋，Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构属于B型双螺旋，这是DNA分子在水性环境和生理条件下最稳定的结构，存在最普遍A-DNA：右手螺旋，每螺旋含11个碱基对，大沟变窄、深，小沟变宽、浅Z-DNA：左手螺旋，每个螺旋含12个碱基对，分子长链中磷原子不是平滑延伸而是锯齿形排列，有如“之”字形一样，因此叫它Z构象，Z-DNA只有一个沟，相当于B构象中的小沟，它狭而深，大沟则不复存在另外还存在其他构象，并且DNA的双螺旋结构永远处于动态平衡中vZ-DNA的生物学意义：Z-DNA的形成在热力学上是不利的因为Z-DNA中带负电荷的磷酸根距离太近，会产生静电排斥但是，DNA链的这种局部不稳定区就成为潜在的解链位点DNA解螺旋却是DNA复制和转录等过程中必要的环节，因此认为这一结构与基因调节有关。

此外，调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧链与DNA双螺旋沟中的碱基对一侧的氢原子供体或受体相互作用，形成氢键从而识别DNA上的遗传信息的Z-DNA中大沟消失，小沟狭而深，使调控蛋白识别方式也发生变化这些都暗示Z-DNA一定是在进化中对DNA序列与结构不断调整与筛选的结果，有其内在而深刻的含意，只是人们还未充分认识而已3.DNA的高级结构1）定义：DNA的高级结构指DNA双螺旋进一步扭曲盘旋所形成的特定空间结构v超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋和负超螺旋两类，它们在不同类型的拓扑异构酶作用下或特殊情况下可相互转变，如：拓扑异构酶溴乙啶拓扑异构酶溴乙啶负超螺旋正超螺旋松弛DNADNA扭曲与双螺旋方向相反（松开）DNA扭曲与双螺旋方向相同（拧紧）正超螺旋和负超螺旋vDNA的超螺旋结构形成的意义：使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中；推动DNA结构的转化以满足功能上的需要如负超螺旋分子所受张力会引起互补链分开导致局部变性，利于复制和转录2.3DNA的复制v双链DNA的复制是一个非常复杂的过程，在复制的起始、延伸和终止三个阶段，需要多种酶和蛋白质的协同参与1.DNA的半保留复制1）定义：DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂，两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。

2）证据：1958年，Meselson和Stahl研究了经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA，首次证明了DNA半保留复制v半保留复制的生物学意义：保证亲代的遗传信息稳定地 传递给后代2.复制的起点、方向和速度v复制时，双链DNA要解开成两股链进行，使复制起点呈叉状，被称为复制叉v每个DNA复制的独立单元被称为复制子（replicon），是生物体DNA的复制单位，主要包括复制起始位点（Origineofreplication）和终止位点1）复制起始位点：原核生物的整个染色体上一般只有一个复制起始位点大肠杆菌中的复制起始位点是Ori C，全长245bp，该序列在所有细菌复制起始位点中都是保守的，富含A、T真核生物中，DNA的复制是从许多起始点同时开始的v复制叉的方向：1)定点开始双向复制：原核生物和真核生物DNA复制最主要的形式，从一个特定位点解链，沿着两个相反的方向各生长出两条链2)定点开始单向复制：质粒colE1是个典型的例子，复制从一个起始点开始，以同一方向生长出两条链，形成一个复制叉(replicationfork)3)两点开始单向复制：腺病毒DNA的复制是从两个起点开始的，形成两个复制叉，各以一个单一方向复制出一条新链。

2）复制方向：53在以35方向的母链为模板时，复制合成出一条53方向的前导链(leadingstrand)，前进方向与复制叉打开方向是一致的，因此前导链的合成是连续进行的，而另一条母链DNA是53方向，它作。