分子生物學本染色體與

1、關于分子生物學本染色體與現(xiàn)在學習的是第一頁，共72頁2.1 染色體2.2.1 染色體概述n細胞內(nèi)的DNA主要在染色體上，所以說遺傳物質(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在不同的細胞周期，有染色體與染色質(zhì)之分n區(qū)別：細胞增殖周期的有絲分裂中期，才出現(xiàn)染色體；其余時間為染色質(zhì)n原核生物一般也稱“染色體”，但沒有核小體一級結(jié)構(gòu);而且,原核細胞一般是單倍體現(xiàn)在學習的是第二頁，共72頁n染色體圖現(xiàn)在學習的是第三頁，共72頁2.1.2 真核細胞染色體的組成n作為遺傳物質(zhì)，染色體具有的特征：P23n穩(wěn)定n能自我復制n能指導蛋白質(zhì)合成n變異現(xiàn)在學習的是第四頁，共72頁染色體化學成分n主要成

2、分nDNAn組蛋白n非組蛋白nRNAn酶含量穩(wěn)定，組成核小體含量隨細胞周期狀態(tài)不同而改變現(xiàn)在學習的是第五頁，共72頁n組蛋白：屬于堿性蛋白，按精氨酸/賴氨酸的比例，分為五種nH1nH2AnH2BnH3nH4核小體組蛋白，沒有種屬和組織專一性不組成核小體，進化中最少保守多精氨酸多賴氨酸稍多賴氨酸現(xiàn)在學習的是第六頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第七頁，共72頁n組蛋白具有如下特征：P24n（1）保守性n（2）無組織特異性n（3）氨基酸n（4）修飾n（5）H5現(xiàn)在學習的是第八頁，共72頁n非組蛋白：n（1）HMG蛋白：可能與DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)有關。n（2）DNA結(jié)合蛋白：是酸性蛋白，又稱序列特異性DNA結(jié)合

3、蛋白，其功能為：n參與染色體的構(gòu)建n啟動基因的復制n調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄n（3）A24非組蛋白現(xiàn)在學習的是第九頁，共72頁nDNA：n真核細胞DNA序列大致可分為3類：n不重復序列（單拷貝序列、低度重復序列）n中度重復序列n高度重復序列現(xiàn)在學習的是第十頁，共72頁單拷貝順序（低度重復順序）單拷貝順序（低度重復順序）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，因而復性速度很慢因而復性速度很慢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。的順序?qū)儆谶@一類。n單拷貝順序中儲

4、存了巨大的遺傳信息，單拷貝順序中儲存了巨大的遺傳信息，編碼各種不編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)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編碼各種蛋白質(zhì)，其他順序中只有一小部份用來編碼各種蛋白質(zhì)，其他部份的功能尚不清楚部份的功能尚不清楚現(xiàn)在學習的是第十一頁，共72頁中度重復順序中度重復順序n中度重復序列：在基因組中重復數(shù)十至中度重復序列：在基因組中重復數(shù)十至數(shù)萬（數(shù)萬（100拷貝），拷貝），大部份組蛋白基因串聯(lián)重復形成基因簇大部份組蛋白基因串聯(lián)重復形成基因簇現(xiàn)在學習的是第二十六頁，共72頁組蛋白基因組蛋白基因n盡管組蛋白基

5、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，但所有組蛋白但所有組蛋白基因都不含內(nèi)含子，基因都不含內(nèi)含子，而且組蛋白基因序列而且組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功能上也極為相似現(xiàn)在學習的是第二十七頁，共72頁 組蛋白基因組蛋白基因n基因組中存在大量重復序列用以編碼組基因組中存在大量重復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復制時，組蛋白也要成倍增加，而復制時，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，組蛋白馬合成一小段后，組

6、蛋白馬上就要與其相結(jié)合，這要求在較短的時上就要與其相結(jié)合，這要求在較短的時間內(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現(xiàn)在學習的是第二十八頁，共72頁高度重復序列高度重復序列high repeated sequencen高度重復序列在基因組中重復頻率高，可高度重復序列在基因組中重復頻率高，可達百萬（達百萬（106）以上，因此復性速度很快）以上，因此復性速度很快 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。高度重復順序又按其結(jié)構(gòu)特點分為三種復順序又

7、按其結(jié)構(gòu)特點分為三種 現(xiàn)在學習的是第二十九頁，共72頁高度重復序列高度重復序列n種類種類n反向重復序列反向重復序列 n衛(wèi)星衛(wèi)星DNA n較復雜的重復單位組成的重復順序較復雜的重復單位組成的重復順序 現(xiàn)在學習的是第三十頁，共72頁衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNAsatellite DNAn重復順序：由重復順序：由2-10bp組成重復單位，重組成重復單位，重復單位成串排列而成復單位成串排列而成n由于這類序列的堿基組成不同于其他部由于這類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，因而稱為衛(wèi)星分開，因而稱為衛(wèi)星DNA （或隨（或隨體體DNA）n在人

8、細胞組中，衛(wèi)星在人細胞組中，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、四種四種現(xiàn)在學習的是第三十一頁，共72頁衛(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，這三類衛(wèi)星為三類，這三類衛(wèi)星DNA都是由都是由7bp組組成的高度重復順序：成的高度重復順序： 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兩個堿基的重復兩個堿基的重復順序組成順序組成現(xiàn)在學習的是第三十二頁，共72頁 基因家族與假基因基因家族與假基因n真核基因

9、組的另一特點就是存在基因家真核基因組的另一特點就是存在基因家族（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源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關的一組基因現(xiàn)在學習的是第三十三頁，共72頁 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：基因家族大致可分為兩類：n一類是：基因家族成簇地分布在某一條一類是：基因家族成簇地分布在某一條染色體上，其可同時發(fā)揮作用，合成某染色體上，其可同時發(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 號染色體長臂號染色體長臂 3 區(qū)區(qū) 2 帶到帶到 3 區(qū)區(qū) 6 帶區(qū)域

10、內(nèi)）帶區(qū)域內(nèi)）n另一類是：一個基因家族的不同成員成另一類是：一個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的蛋白質(zhì)（如編碼一組功能上緊密相關的蛋白質(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現(xiàn)在學習的是第三十四頁，共72頁 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，這些基因稱為能的基因產(chǎn)物，這些基因稱為假基因假基因（pseudo gene）n假基因與有功能的基因同源，原來可能假基因與有功能的基因同源，原來可能也是有功能的基因，但由于缺

11、失，倒位也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或點突變等，使這一基因失去活性，成或點突變等，使這一基因失去活性，成為無功能基因為無功能基因現(xiàn)在學習的是第三十五頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第三十六頁，共72頁自私自私DNADNA（selfish DNAselfish DNA）n在哺乳動物包括人體基因組中，存在著大量的非編碼在哺乳動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要的調(diào)節(jié)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，絕大部部分都沒有什么特殊功用。在這些功能，絕大部部分都沒有什么特殊功用。在這些DNA序列中雖然積累了大量缺失，重復或其他突變，但對序列中雖然積

12、累了大量缺失，重復或其他突變，但對生物并沒有什么影響，它們的功能似乎只是自身復制，生物并沒有什么影響，它們的功能似乎只是自身復制，所以人們稱這類所以人們稱這類DNA為自私為自私DNA或寄生或寄生DNA（parasite DNA）。自私）。自私DNA也許有重要的功能，但也許有重要的功能，但目前我們還不了解目前我們還不了解現(xiàn)在學習的是第三十七頁，共72頁染色質(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一級結(jié)構(gòu)：核小體（真核生物的基本單位）一級結(jié)構(gòu)：核小體（真核生物的基本單位）n二級結(jié)構(gòu)：螺線管二級結(jié)構(gòu)：螺線管n三級結(jié)構(gòu)：超螺線體三級結(jié)構(gòu)：超螺線體n四級結(jié)構(gòu)：染色單體四級結(jié)構(gòu)：染色單體現(xiàn)在學

13、習的是第三十八頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第三十九頁，共72頁8個組蛋白組成個組蛋白組成4個異源二聚體個異源二聚體:2個個H2A-H2B二聚體二聚體;2個個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,兩個兩個H2A-H2B位于位于H3-H4四聚體的外側(cè)四聚體的外側(cè)現(xiàn)在學習的是第四十頁，共72頁染色體的包裝染色體的包裝現(xiàn)在學習的是第四十一頁，共72頁n二級結(jié)構(gòu)：螺線體n三級結(jié)構(gòu)：超螺線體n四級結(jié)構(gòu)：染色單體現(xiàn)在學習的是第四十二頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第四十三頁，共72頁染色體：細胞中期出現(xiàn)的形態(tài)n染色單體n著絲粒n端粒現(xiàn)在學習的是第四十四頁，共72頁n染色體的高級

14、結(jié)構(gòu)對復制、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)時，轉(zhuǎn)錄因子不能結(jié)合，不能引發(fā)轉(zhuǎn)錄。只有當染色體處于松弛狀態(tài)，才可能發(fā)生轉(zhuǎn)錄。目前認為染色體狀態(tài)的改變是通過對構(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型，主要的有甲基化/去甲基化，乙?；?去乙酰化等等。組蛋白的甲基化或是去乙酰化可以使組蛋白與染色體緊密結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄因子無法結(jié)合而無法起始轉(zhuǎn)錄，反向修飾則激活轉(zhuǎn)錄。有些修飾是可以長期保持，比如對組蛋白上的賴氨酸的甲基化修飾，需要緩慢地替換組蛋白或是DNA復制來消除。 但是染色體區(qū)域處于打開狀態(tài)只是滿足轉(zhuǎn)

15、錄起始的基本條件，打開區(qū)域的基因是否轉(zhuǎn)錄還依賴于其它因素，比如啟動子的甲基化狀態(tài)、是否有合適的轉(zhuǎn)錄因子，以及其它順式作用元件的影響。現(xiàn)在學習的是第四十五頁，共72頁2.2 DNA的結(jié)構(gòu)nDNA為什么能作為遺傳物質(zhì)？現(xiàn)在學習的是第四十六頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第四十七頁，共72頁thymine is appropriate for DNA where maintaining sequence with high fidelity is more critical 堿基配對中堿基配對中A=U的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性比比A=T的穩(wěn)定性差，這樣的穩(wěn)定性差，這樣就保證了就保證了RNA轉(zhuǎn)錄過程中轉(zhuǎn)錄過程中RNA與

16、與DNA的雜化鏈不如的雜化鏈不如DNA雙鏈穩(wěn)定，雙鏈穩(wěn)定，RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后容易被后容易被DNA替代而脫落。替代而脫落。而而DNA雙鏈可以穩(wěn)定結(jié)合雙鏈可以穩(wěn)定結(jié)合Uracil is energetically less expensive to produce than thymine 現(xiàn)在學習的是第四十八頁，共72頁DNA的一級結(jié)構(gòu)n定義： 核苷酸排列順序，或稱堿基排列順序。核苷酸排列順序，或稱堿基排列順序。n5-ATCGGCTAAGGCTCCGACGA-3n3-TAGCCGATTCCGA GGCTGCT-5n絕大多DNA分子都是兩條互補的單鏈構(gòu)成，只有少數(shù)是以單鏈存在現(xiàn)在學習的是第四十九頁，

17、共72頁現(xiàn)在學習的是第五十頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第五十一頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第五十二頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第五十三頁，共72頁Nature 原文及DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)50周年慶典Web資源巡禮現(xiàn)在學習的是第五十四頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第五十五頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第五十六頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第五十七頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第五十八頁，共72頁nZ-DNA對基因轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用n調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的的兩個模式：現(xiàn)在學習的是第五十九頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十一頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十二頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十三頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十四

18、頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十五頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十六頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十七頁，共72頁現(xiàn)在學習的是第六十八頁，共72頁nWatson-Crick DNA分子結(jié)構(gòu)模型 A 是一個三鏈結(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 D 堿基之間共價結(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 一條鏈是左手螺旋,另一條鏈是右手螺旋 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鍵結(jié)合答案： B C現(xiàn)在學習的是第六十九頁，共72頁nDNA的一級結(jié)構(gòu)是指: A 各核苷酸中核苷與磷酸的連鍵性質(zhì) B DNA分子由數(shù)目龐大的C、A、U、G 四種核苷酸通過3,5-磷 酸二酯鍵連接而成