分子生物學(xué)本染色體與

1、分子生物學(xué)本染色體與第一頁(yè)，共71頁(yè)。2.1 染色體2.2.1 染色體概述n細(xì)胞內(nèi)的DNA主要在染色體上，所以說(shuō)遺傳物質(zhì)的主要載體是染色體n染色體包括DNA和蛋白質(zhì)兩大部分n在不同的細(xì)胞周期，有染色體與染色質(zhì)之分n區(qū)別：細(xì)胞增殖周期的有絲分裂中期，才出現(xiàn)染色體；其余時(shí)間為染色質(zhì)n原核生物一般也稱(chēng)“染色體”，但沒(méi)有核小體一級(jí)結(jié)構(gòu);而且,原核細(xì)胞一般是單倍體第二頁(yè)，共71頁(yè)。n染色體圖第三頁(yè)，共71頁(yè)。2.1.2 真核細(xì)胞染色體的組成n作為遺傳物質(zhì)，染色體具有的特征：P23n穩(wěn)定n能自我復(fù)制n能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成n變異第四頁(yè)，共71頁(yè)。染色體化學(xué)成分n主要成分nDNAn組蛋白n非組蛋白nRNAn酶含量

2、穩(wěn)定，組成核小體含量隨細(xì)胞周期狀態(tài)不同而改變第五頁(yè)，共71頁(yè)。n組蛋白：屬于堿性蛋白，按精氨酸/賴(lài)氨酸的比例，分為五種nH1nH2AnH2BnH3nH4核小體組蛋白，沒(méi)有種屬和組織專(zhuān)一性不組成核小體，進(jìn)化中最少保守多精氨酸多賴(lài)氨酸稍多賴(lài)氨酸第六頁(yè)，共71頁(yè)。第七頁(yè)，共71頁(yè)。n組蛋白具有如下特征：P24n（1）保守性n（2）無(wú)組織特異性n（3）氨基酸分布的不對(duì)稱(chēng)性n（4）修飾（磷酸化、乙?；?，甲基化）n（5）H5 （鳥(niǎo)、魚(yú)、兩棲類(lèi)無(wú)H1有H5)第八頁(yè)，共71頁(yè)。n非組蛋白：n（1）HMG蛋白：可能與DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。n（2）DNA結(jié)合蛋白：是酸性蛋白，又稱(chēng)序列特異性DNA結(jié)合蛋白，其功能

3、為：n參與染色體的構(gòu)建n啟動(dòng)基因的復(fù)制n調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄n（3）A24非組蛋白第九頁(yè)，共71頁(yè)。nDNA：n真核細(xì)胞DNA序列大致可分為3類(lèi)：n不重復(fù)序列（單拷貝序列、低度重復(fù)序列）n中度重復(fù)序列n高度重復(fù)序列第十頁(yè)，共71頁(yè)。單拷貝順序（低度重復(fù)順序）單拷貝順序（低度重復(fù)順序）n單拷貝順序在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，單拷貝順序在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，因而復(fù)性速度很慢因而復(fù)性速度很慢n單拷貝順序在基因組中占單拷貝順序在基因組中占 50-80 ，如人基因組中，如人基因組中，大約有大約有 60-65 的順序?qū)儆谶@一類(lèi)。的順序?qū)儆谶@一類(lèi)。n單拷貝順序中儲(chǔ)存了巨大的遺傳信息，單拷貝順序中

4、儲(chǔ)存了巨大的遺傳信息，編碼各編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)種不同功能的蛋白質(zhì)n目前尚不清楚單拷貝基因的確切數(shù)字，在單拷貝順目前尚不清楚單拷貝基因的確切數(shù)字，在單拷貝順序中只有一小部份用來(lái)編碼各種蛋白質(zhì)，其他部份序中只有一小部份用來(lái)編碼各種蛋白質(zhì)，其他部份的功能尚不清楚的功能尚不清楚第十一頁(yè)，共71頁(yè)。中度重復(fù)順序中度重復(fù)順序n中度重復(fù)序列：在基因組中重復(fù)數(shù)十至中度重復(fù)序列：在基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬(wàn)（數(shù)萬(wàn)（100拷貝），拷貝），大部份組蛋白基因串聯(lián)重復(fù)形成基因簇大部份組蛋白基因串聯(lián)重復(fù)形成基因簇第二十六頁(yè)，共71頁(yè)。組蛋白基因組蛋白基因n盡管組蛋白基因在基因組中的排列和分布盡管組蛋白基因在基因組中的排

5、列和分布在不同生物之間相差甚大在不同生物之間相差甚大H2B-H2A-H4-H3-H1 果蠅果蠅H1-H4-H2B-H3-H2A 海膽海膽n(yōu)但所有組蛋白基因都不含內(nèi)含子，但所有組蛋白基因都不含內(nèi)含子，而且組而且組蛋白基因序列都很相似，從而編碼的組蛋蛋白基因序列都很相似，從而編碼的組蛋白在結(jié)構(gòu)上和功能上也極為相似白在結(jié)構(gòu)上和功能上也極為相似第二十七頁(yè)，共71頁(yè)。 組蛋白基因組蛋白基因n基因組中存在大量重復(fù)序列用以編碼組基因組中存在大量重復(fù)序列用以編碼組蛋白是有其重要意義的蛋白是有其重要意義的nDNA復(fù)制時(shí)，組蛋白也要成倍增加，而復(fù)制時(shí)，組蛋白也要成倍增加，而且往往在且往往在DNA合成一小段后，組蛋

6、白馬合成一小段后，組蛋白馬上就要與其相結(jié)合，這要求在較短的時(shí)上就要與其相結(jié)合，這要求在較短的時(shí)間內(nèi)合成大量的組蛋白，因而需要有大間內(nèi)合成大量的組蛋白，因而需要有大量的組蛋白基因存在量的組蛋白基因存在第二十八頁(yè)，共71頁(yè)。高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列high repeated sequencen高度重復(fù)序列在基因組中重復(fù)頻率高，可高度重復(fù)序列在基因組中重復(fù)頻率高，可達(dá)百萬(wàn)（達(dá)百萬(wàn)（106）以上，因此復(fù)性速度很快）以上，因此復(fù)性速度很快 n在基因組中所占比例隨種屬而異，約占在基因組中所占比例隨種屬而異，約占10-60，在人基因組中約占，在人基因組中約占 20 。高度重。高度重復(fù)順序又按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為三

7、種復(fù)順序又按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為三種 第二十九頁(yè)，共71頁(yè)。高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列n種類(lèi)種類(lèi)n反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列 n衛(wèi)星衛(wèi)星DNA n較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序 第三十頁(yè)，共71頁(yè)。衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNAsatellite DNAn重復(fù)順序：由重復(fù)順序：由2-10bp組成重復(fù)單位，重組成重復(fù)單位，重復(fù)單位成串排列而成復(fù)單位成串排列而成n由于這類(lèi)序列的堿基組成不同于其他部由于這類(lèi)序列的堿基組成不同于其他部份，可用等密度梯度離心法將其與主體份，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA 分開(kāi)，因而稱(chēng)為衛(wèi)星分開(kāi)，因而稱(chēng)為衛(wèi)星DNA （或隨（或隨體體DNA）n在人細(xì)胞組中，

8、衛(wèi)星在人細(xì)胞組中，衛(wèi)星 DNA約占約占 5-6 ，按其浮力密度不同，人的衛(wèi)星按其浮力密度不同，人的衛(wèi)星DNA可分可分為為、四種四種第三十一頁(yè)，共71頁(yè)。衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNAn果蠅的衛(wèi)星果蠅的衛(wèi)星DNA順序已經(jīng)搞清楚，可分順序已經(jīng)搞清楚，可分為三類(lèi)，這三類(lèi)衛(wèi)星為三類(lèi)，這三類(lèi)衛(wèi)星DNA都是由都是由7bp組組成的高度重復(fù)順序：成的高度重復(fù)順序： 衛(wèi)星衛(wèi)星為：為：5 ACAACTT 3 衛(wèi)星衛(wèi)星為：為：5 ACAAATT 3n蟹的衛(wèi)星蟹的衛(wèi)星DNA為只有為只有AT兩個(gè)堿基的重復(fù)兩個(gè)堿基的重復(fù)順序組成順序組成第三十二頁(yè)，共71頁(yè)。 基因家族與假基因基因家族與假基因n真核基因組的另一特點(diǎn)就是存在基因家真核

9、基因組的另一特點(diǎn)就是存在基因家族（族（multigene family）n多基因家族是指多基因家族是指基因組中許多來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的一組基因第三十三頁(yè)，共71頁(yè)。 基因家族與假基因基因家族與假基因n基因家族大致可分為兩類(lèi)：基因家族大致可分為兩類(lèi)：n一類(lèi)是：基因家族成簇地分布在某一條一類(lèi)是：基因家族成簇地分布在某一條染色體上，其可同時(shí)發(fā)揮作用，合成某染色體上，其可同時(shí)發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)（如：組蛋白基因家族就成簇些蛋白質(zhì)（如：組蛋白基因家族就成簇地集中在第地集中在第 7 號(hào)染色體長(zhǎng)臂號(hào)染色體長(zhǎng)臂 3 區(qū)區(qū) 2 帶到帶到 3 區(qū)區(qū) 6 帶區(qū)域內(nèi)）帶區(qū)域內(nèi)）n另一類(lèi)是：一個(gè)基因家族的

10、不同成員成另一類(lèi)是：一個(gè)基因家族的不同成員成簇地分布不同染色體上，這些不同成員簇地分布不同染色體上，這些不同成員編碼一組功能上緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)（如編碼一組功能上緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)（如珠蛋白基因家族）珠蛋白基因家族）_分散式基因簇分散式基因簇第三十四頁(yè)，共71頁(yè)。 基因家族與假基因基因家族與假基因n在基因家族中，某些成員并不產(chǎn)生有功在基因家族中，某些成員并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這些基因稱(chēng)為能的基因產(chǎn)物，這些基因稱(chēng)為假基因假基因（pseudo gene）n假基因與有功能的基因同源，原來(lái)可能假基因與有功能的基因同源，原來(lái)可能也是有功能的基因，但由于缺失，倒位也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或點(diǎn)突變

11、等，使這一基因失去活性，成或點(diǎn)突變等，使這一基因失去活性，成為無(wú)功能基因?yàn)闊o(wú)功能基因第三十五頁(yè)，共71頁(yè)。第三十六頁(yè)，共71頁(yè)。自私自私DNADNA（selfish DNAselfish DNA）n在哺乳動(dòng)物包括人體基因組中，存在著大量的非在哺乳動(dòng)物包括人體基因組中，存在著大量的非編碼順序。這些順序中，只有很小一部份具有重編碼順序。這些順序中，只有很小一部份具有重要的調(diào)節(jié)功能，絕大部部分都沒(méi)有什么特殊功用。要的調(diào)節(jié)功能，絕大部部分都沒(méi)有什么特殊功用。在這些在這些DNA序列中雖然積累了大量缺失，重復(fù)或序列中雖然積累了大量缺失，重復(fù)或其他突變，但對(duì)生物并沒(méi)有什么影響，它們的功其他突變，但對(duì)生物并沒(méi)

12、有什么影響，它們的功能似乎只是自身復(fù)制，所以人們稱(chēng)這類(lèi)能似乎只是自身復(fù)制，所以人們稱(chēng)這類(lèi)DNA為自為自私私DNA或寄生或寄生DNA（parasite DNA）。自私）。自私DNA也也許有重要的功能，但目前我們還不了解許有重要的功能，但目前我們還不了解第三十七頁(yè)，共71頁(yè)。染色質(zhì)染色質(zhì)(體體)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n染色質(zhì)結(jié)構(gòu)：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)：n一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體（真核生物的基本單位）一級(jí)結(jié)構(gòu)：核小體（真核生物的基本單位）n二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線(xiàn)管二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線(xiàn)管n三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線(xiàn)體三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線(xiàn)體n四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體第三十八頁(yè)，共71頁(yè)。第三十九頁(yè)，共71頁(yè)。8個(gè)組蛋白組成個(gè)組蛋白組成4個(gè)異源二聚體個(gè)

13、異源二聚體:2個(gè)個(gè)H2A-H2B二聚體二聚體;2個(gè)個(gè)H3-H4二聚體二聚體H3-H4相互結(jié)合成中央形成相互結(jié)合成中央形成4聚體聚體,兩個(gè)兩個(gè)H2A-H2B位于位于H3-H4四聚體的外側(cè)四聚體的外側(cè)第四十頁(yè)，共71頁(yè)。染色體的包裝染色體的包裝第四十一頁(yè)，共71頁(yè)。n二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線(xiàn)二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺線(xiàn)體體n三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺線(xiàn)體線(xiàn)體n四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色四級(jí)結(jié)構(gòu)：染色單體單體第四十二頁(yè)，共71頁(yè)。第四十三頁(yè)，共71頁(yè)。染色體：細(xì)胞中期出現(xiàn)的形態(tài)n染色單體n著絲粒n端粒第四十四頁(yè)，共71頁(yè)。n染色體的高級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等是否有影響？ 染色體處于凝集狀態(tài)即異染色質(zhì)（heterochromatin）狀態(tài)

14、時(shí)，轉(zhuǎn)錄因子不能結(jié)合，不能引發(fā)轉(zhuǎn)錄。只有當(dāng)染色體處于松弛狀態(tài)，才可能發(fā)生轉(zhuǎn)錄。目前認(rèn)為染色體狀態(tài)的改變是通過(guò)對(duì)構(gòu)成染色體骨架的核心組蛋白（core histone）的修飾完成的。 組蛋白的修飾由多種類(lèi)型，主要的有甲基化/去甲基化，乙?；?去乙?；鹊?。組蛋白的甲基化或是去乙?；梢允菇M蛋白與染色體緊密結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄因子無(wú)法結(jié)合而無(wú)法起始轉(zhuǎn)錄，反向修飾則激活轉(zhuǎn)錄。有些修飾是可以長(zhǎng)期保持，比如對(duì)組蛋白上的賴(lài)氨酸的甲基化修飾，需要緩慢地替換組蛋白或是DNA復(fù)制來(lái)消除。 但是染色體區(qū)域處于打開(kāi)狀態(tài)只是滿(mǎn)足轉(zhuǎn)錄起始的基本條件，打開(kāi)區(qū)域的基因是否轉(zhuǎn)錄還依賴(lài)于其它因素，比如啟動(dòng)子的甲基化狀態(tài)、是否有合適的轉(zhuǎn)錄

15、因子，以及其它順式作用元件的影響。第四十五頁(yè)，共71頁(yè)。2.2 DNA的結(jié)構(gòu)nDNA為什么能作為遺傳物質(zhì)？第四十六頁(yè)，共71頁(yè)。第四十七頁(yè)，共71頁(yè)。1.thymine is appropriate for DNA where maintaining sequence with high fidelity is more critical (如右圖）如右圖） 2.堿基配對(duì)中堿基配對(duì)中A=U的穩(wěn)定的穩(wěn)定性比性比A=T的穩(wěn)定性差，這的穩(wěn)定性差，這樣就保證了樣就保證了RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程轉(zhuǎn)錄過(guò)程中中RNA與與DNA的雜化鏈不的雜化鏈不如如DNA雙鏈穩(wěn)定，雙鏈穩(wěn)定，RNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄后容易被錄后容易被DNA替代而

16、脫替代而脫落。而落。而DNA雙鏈可以穩(wěn)定雙鏈可以穩(wěn)定結(jié)合結(jié)合3.Uracil is energetically less expensive to produce than thymine 第四十八頁(yè)，共71頁(yè)。DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)n定義： 核苷酸排列順序，或稱(chēng)堿基排列順序。核苷酸排列順序，或稱(chēng)堿基排列順序。n5-ATCGGCTAAGGCTCCGACGA-3n3-TAGCCGATTCCGA GGCTGCT-5n絕大多DNA分子都是兩條互補(bǔ)的單鏈構(gòu)成，只有少數(shù)是以單鏈存在第四十九頁(yè)，共71頁(yè)。第五十頁(yè)，共71頁(yè)。第五十一頁(yè)，共71頁(yè)。第五十二頁(yè)，共71頁(yè)。第五十三頁(yè)，共71頁(yè)。Nature 原文及D

17、NA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)50周年慶典Web資源巡禮第五十四頁(yè)，共71頁(yè)。第五十五頁(yè)，共71頁(yè)。第五十六頁(yè)，共71頁(yè)。第五十七頁(yè)，共71頁(yè)。第五十八頁(yè)，共71頁(yè)。nZ-DNA對(duì)基因轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用n調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的的兩個(gè)模式：第五十九頁(yè)，共71頁(yè)。第六十頁(yè)，共71頁(yè)。第六十一頁(yè)，共71頁(yè)。第六十二頁(yè)，共71頁(yè)。第六十三頁(yè)，共71頁(yè)。第六十四頁(yè)，共71頁(yè)。第六十五頁(yè)，共71頁(yè)。第六十六頁(yè)，共71頁(yè)。第六十七頁(yè)，共71頁(yè)。第六十八頁(yè)，共71頁(yè)。nWatson-Crick DNA分子結(jié)構(gòu)模型 A 是一個(gè)三鏈結(jié)構(gòu) B DNA雙股鏈的走向是反向平行的 C 堿基A和G配對(duì) D 堿基之間共價(jià)結(jié)合 E 磷酸戊糖主鏈位于DNA螺旋內(nèi)側(cè)n在DNA的雙螺旋模型中 A 兩條多核苷酸鏈完全相同 B 一條鏈?zhǔn)亲笫致菪?另一條鏈?zhǔn)怯沂致菪?C A+G/C+T的比值為1 D A+T/G+C的比值為1 E 兩條鏈的堿基之間以共價(jià)鍵結(jié)合答案： B C第六十九頁(yè)，共71頁(yè)。nDNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指: A 各核苷酸中核苷與磷酸的連鍵性質(zhì) B DNA