分子生物學(xué)ppt課件

1、分子生物學(xué)分子生物學(xué)楊孝樸楊孝樸第五章第五章 DNADNA重組重組1. 同源重組同源重組2. 位點(diǎn)專注性重組位點(diǎn)專注性重組3. 轉(zhuǎn)座重組轉(zhuǎn)座重組3.1 簡單轉(zhuǎn)座簡單轉(zhuǎn)座3.2 復(fù)制性轉(zhuǎn)座復(fù)制性轉(zhuǎn)座3.3 轉(zhuǎn)座重組的遺傳學(xué)效應(yīng)轉(zhuǎn)座重組的遺傳學(xué)效應(yīng)4. 異常重組異常重組第五章第五章 DNA重組重組n重組簡單的講就是不同染色體上基因的重新組合，重組簡單的講就是不同染色體上基因的重新組合，產(chǎn)生新的基因組的過程。產(chǎn)生新的基因組的過程。nDNA的重組不僅在減數(shù)分裂中發(fā)生，而且也可在生的重組不僅在減數(shù)分裂中發(fā)生，而且也可在生物的體細(xì)胞以及線粒體、葉綠體的基因間發(fā)生。由物的體細(xì)胞以及線粒體、葉綠體的基因間發(fā)生

2、。由于生物要生存就得順應(yīng)，要順應(yīng)就得有變異，而變于生物要生存就得順應(yīng)，要順應(yīng)就得有變異，而變異的來源就是突變和重組。異的來源就是突變和重組。n但就每個(gè)個(gè)體而言，發(fā)生突變的概率是很低的，涉但就每個(gè)個(gè)體而言，發(fā)生突變的概率是很低的，涉及到的基因數(shù)目也非常有限。所以，假設(shè)只需突變及到的基因數(shù)目也非常有限。所以，假設(shè)只需突變而沒有不同個(gè)體間的基因交流，那么生物體難以迅而沒有不同個(gè)體間的基因交流，那么生物體難以迅速地組裝以產(chǎn)生最能順應(yīng)環(huán)境的基因組合。而且經(jīng)速地組裝以產(chǎn)生最能順應(yīng)環(huán)境的基因組合。而且經(jīng)過不同個(gè)體間的基因交流，可保證遺傳的多樣性，過不同個(gè)體間的基因交流，可保證遺傳的多樣性，從而為選擇奠定根底

3、。從而為選擇奠定根底。n根據(jù)對(duì)根據(jù)對(duì)DNA序列和所需蛋白因子的要求可以把重組序列和所需蛋白因子的要求可以把重組分為四種類型，即同源重組、轉(zhuǎn)座重組、位點(diǎn)專注分為四種類型，即同源重組、轉(zhuǎn)座重組、位點(diǎn)專注性重組和異常重組。性重組和異常重組。u 1. 同源重組同源重組n同源重組發(fā)生有同源重組發(fā)生有DNA的同源序列之間，主要表現(xiàn)為染的同源序列之間，主要表現(xiàn)為染色單體的交換。色單體的交換。n同源重組要求較大的同源重組要求較大的DNA片段進(jìn)展交換，只需它們的片段進(jìn)展交換，只需它們的序列一樣或接近一樣就可以在序列的任何一點(diǎn)上發(fā)生序列一樣或接近一樣就可以在序列的任何一點(diǎn)上發(fā)生重組，當(dāng)然也存在重組熱點(diǎn)，即某些序列

4、發(fā)生重組的重組，當(dāng)然也存在重組熱點(diǎn)，即某些序列發(fā)生重組的概率高于其它序列。概率高于其它序列。n大腸桿菌的同源重組需求大腸桿菌的同源重組需求RecA蛋白，類似的蛋白質(zhì)也蛋白，類似的蛋白質(zhì)也存在于其它細(xì)菌中，因此細(xì)菌中的同源重組又稱為依存在于其它細(xì)菌中，因此細(xì)菌中的同源重組又稱為依賴于賴于RecA的重組。的重組。n染色單體間的交換有兩種假說。染色單體間的交換有兩種假說。n第一種假說以為，交換是完好的的第一種假說以為，交換是完好的的DNA分子的斷分子的斷裂裂重接的過程。重接的過程。n這是從細(xì)胞學(xué)察看中得來的閱歷圖式，即當(dāng)卷曲這是從細(xì)胞學(xué)察看中得來的閱歷圖式，即當(dāng)卷曲的染色體減數(shù)分裂和配對(duì)時(shí)，有時(shí)在染

5、色單體的的染色體減數(shù)分裂和配對(duì)時(shí)，有時(shí)在染色單體的程度上發(fā)生物理斷裂，這是染色體收縮所產(chǎn)生的程度上發(fā)生物理斷裂，這是染色體收縮所產(chǎn)生的張力呵斥的。斷裂端可經(jīng)過交叉重接而解除張力，張力呵斥的。斷裂端可經(jīng)過交叉重接而解除張力，從而產(chǎn)生兩個(gè)相互重組的染色單體。從而產(chǎn)生兩個(gè)相互重組的染色單體。n這種方式的重組發(fā)生在染色體復(fù)制之后，也就是這種方式的重組發(fā)生在染色體復(fù)制之后，也就是說在每對(duì)聯(lián)會(huì)染色體中有四個(gè)染色單體時(shí)發(fā)生。說在每對(duì)聯(lián)會(huì)染色體中有四個(gè)染色單體時(shí)發(fā)生。 n第二種假說稱為拷貝選擇，即配對(duì)的染色體復(fù)制時(shí)，第二種假說稱為拷貝選擇，即配對(duì)的染色體復(fù)制時(shí)，沿著父本染色體構(gòu)成的沿著父本染色體構(gòu)成的DNA鏈

6、轉(zhuǎn)而以母本染色體為鏈轉(zhuǎn)而以母本染色體為模板，假假設(shè)母本鏈的互補(bǔ)鏈到達(dá)一樣位點(diǎn)時(shí)也轉(zhuǎn)模板，假假設(shè)母本鏈的互補(bǔ)鏈到達(dá)一樣位點(diǎn)時(shí)也轉(zhuǎn)換模板，結(jié)果就構(gòu)成了兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的重組體。換模板，結(jié)果就構(gòu)成了兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的重組體。u 2. 位點(diǎn)專注性重組位點(diǎn)專注性重組 n位點(diǎn)專注性重組是在專注性酶催化下，使位點(diǎn)專注性重組是在專注性酶催化下，使DNA分子從專分子從專注位點(diǎn)上斷裂，然后插入另一基因或基因組，再重新銜注位點(diǎn)上斷裂，然后插入另一基因或基因組，再重新銜接起來的過程。接起來的過程。n例如，例如，噬菌體的噬菌體的DNA整合到大腸桿菌染色體上的過程整合到大腸桿菌染色體上的過程就是位點(diǎn)專注性重組。就是位點(diǎn)專注性重組。n

7、在整合反響中，切割、插入交換、再銜接一氣完成，在整合反響中，切割、插入交換、再銜接一氣完成，沒有任何穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，對(duì)專注性位點(diǎn)的切割是交錯(cuò)沒有任何穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，對(duì)專注性位點(diǎn)的切割是交錯(cuò)切割，構(gòu)成類型于某些限制性內(nèi)切酶作用產(chǎn)生的粘性末切割，構(gòu)成類型于某些限制性內(nèi)切酶作用產(chǎn)生的粘性末端。所以在專注性位點(diǎn)上兩個(gè)端。所以在專注性位點(diǎn)上兩個(gè)DNA分子是同源序列。分子是同源序列。n在普通情況下，整合到大腸桿菌在普通情況下，整合到大腸桿菌DNA中的中的噬菌體噬菌體DNA是非活性形狀的，即不轉(zhuǎn)錄和翻譯，但可隨大腸桿菌是非活性形狀的，即不轉(zhuǎn)錄和翻譯，但可隨大腸桿菌DNA的傳代而傳代，將其稱為的傳代而傳代，將

8、其稱為原噬菌體。當(dāng)誘發(fā)原噬菌體。當(dāng)誘發(fā)噬菌噬菌體生長時(shí)，整協(xié)作用就發(fā)生逆轉(zhuǎn)，恢復(fù)大腸桿菌體生長時(shí)，整協(xié)作用就發(fā)生逆轉(zhuǎn)，恢復(fù)大腸桿菌DNA和和噬菌體噬菌體DNA原來的構(gòu)造。但這個(gè)過程由另一蛋白質(zhì)原來的構(gòu)造。但這個(gè)過程由另一蛋白質(zhì)切割酶來完成。切割酶來完成。 u 3. 轉(zhuǎn)座重組轉(zhuǎn)座重組 n轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子(Tn)是指可挪動(dòng)的是指可挪動(dòng)的DNA片段挪動(dòng)基因。片段挪動(dòng)基因。轉(zhuǎn)座子從染色體的一個(gè)區(qū)段轉(zhuǎn)達(dá)移到另一個(gè)區(qū)段的轉(zhuǎn)座子從染色體的一個(gè)區(qū)段轉(zhuǎn)達(dá)移到另一個(gè)區(qū)段的過程叫做轉(zhuǎn)座重組。過程叫做轉(zhuǎn)座重組。n如今看來如今看來“轉(zhuǎn)座這一命名并不非常準(zhǔn)確，由于在轉(zhuǎn)座這一命名并不非常準(zhǔn)確，由于在轉(zhuǎn)座過程中經(jīng)常將可移位序列留

9、在原來的位置上，轉(zhuǎn)座過程中經(jīng)常將可移位序列留在原來的位置上，而在新位點(diǎn)上出現(xiàn)的僅僅是它的拷貝。轉(zhuǎn)座重組是而在新位點(diǎn)上出現(xiàn)的僅僅是它的拷貝。轉(zhuǎn)座重組是在轉(zhuǎn)座酶催化下進(jìn)展的。轉(zhuǎn)座機(jī)制分為兩種，一種在轉(zhuǎn)座酶催化下進(jìn)展的。轉(zhuǎn)座機(jī)制分為兩種，一種是簡單轉(zhuǎn)座，另一種是復(fù)制性轉(zhuǎn)座。是簡單轉(zhuǎn)座，另一種是復(fù)制性轉(zhuǎn)座。 u 3.1 簡單轉(zhuǎn)座簡單轉(zhuǎn)座 n轉(zhuǎn)座酶首先在靶轉(zhuǎn)座酶首先在靶DNA的位點(diǎn)上進(jìn)展交叉切割，的位點(diǎn)上進(jìn)展交叉切割，同時(shí)也在轉(zhuǎn)座子每一股鏈的一端切割。轉(zhuǎn)座子的同時(shí)也在轉(zhuǎn)座子每一股鏈的一端切割。轉(zhuǎn)座子的兩條鏈的自在末端分別與靶兩條鏈的自在末端分別與靶DNA的兩個(gè)插入位的兩個(gè)插入位點(diǎn)銜接起來；然后轉(zhuǎn)座酶再對(duì)

10、轉(zhuǎn)座子的另一端進(jìn)點(diǎn)銜接起來；然后轉(zhuǎn)座酶再對(duì)轉(zhuǎn)座子的另一端進(jìn)展第二次切割，使轉(zhuǎn)座子完全轉(zhuǎn)移到靶展第二次切割，使轉(zhuǎn)座子完全轉(zhuǎn)移到靶DNA中，中，并在宿主并在宿主DNA上留下一個(gè)致死性缺口；最后再上留下一個(gè)致死性缺口；最后再由由DNA聚合酶來完成靶位點(diǎn)的復(fù)制。聚合酶來完成靶位點(diǎn)的復(fù)制。 u 3.2 復(fù)制性轉(zhuǎn)座復(fù)制性轉(zhuǎn)座 n復(fù)制性轉(zhuǎn)座中，轉(zhuǎn)座子被復(fù)制為兩個(gè)拷貝，一個(gè)拷復(fù)制性轉(zhuǎn)座中，轉(zhuǎn)座子被復(fù)制為兩個(gè)拷貝，一個(gè)拷貝轉(zhuǎn)移，另一個(gè)拷貝那么留在宿主貝轉(zhuǎn)移，另一個(gè)拷貝那么留在宿主DNA中，所以中，所以宿主宿主DNA不被摧毀。不被摧毀。n與簡單轉(zhuǎn)座不同的是：轉(zhuǎn)座子與靶與簡單轉(zhuǎn)座不同的是：轉(zhuǎn)座子與靶DNA的插入位的

11、插入位點(diǎn)交叉銜接后，不再進(jìn)展第二次切割，而是在點(diǎn)交叉銜接后，不再進(jìn)展第二次切割，而是在DNA聚合酶催化下從第一個(gè)切口的末端開場復(fù)制，聚合酶催化下從第一個(gè)切口的末端開場復(fù)制，產(chǎn)生產(chǎn)生“共合體，再由解離酶催化兩個(gè)轉(zhuǎn)座子拷貝共合體，再由解離酶催化兩個(gè)轉(zhuǎn)座子拷貝之間進(jìn)展位點(diǎn)專注性重組，從而產(chǎn)生兩個(gè)分別的之間進(jìn)展位點(diǎn)專注性重組，從而產(chǎn)生兩個(gè)分別的DNA分子，每個(gè)分子都帶有一個(gè)轉(zhuǎn)座子拷貝。分子，每個(gè)分子都帶有一個(gè)轉(zhuǎn)座子拷貝。u 3.3 轉(zhuǎn)座重組的遺傳學(xué)效應(yīng)轉(zhuǎn)座重組的遺傳學(xué)效應(yīng) n轉(zhuǎn)座子可引發(fā)許多遺傳變異，如基因重排、質(zhì)粒轉(zhuǎn)座子可引發(fā)許多遺傳變異，如基因重排、質(zhì)粒染色體染色體DNA的整合等。轉(zhuǎn)座重組的遺傳學(xué)

12、效應(yīng)主要的整合等。轉(zhuǎn)座重組的遺傳學(xué)效應(yīng)主要有以下幾個(gè)方面：有以下幾個(gè)方面：n轉(zhuǎn)座重組引起插入突變轉(zhuǎn)座重組引起插入突變 各種各種IS、Tn轉(zhuǎn)座子都可轉(zhuǎn)座子都可引起插入突變。假設(shè)插入位于某支配子的前半部分，引起插入突變。假設(shè)插入位于某支配子的前半部分，就能夠呵斥極性突變，導(dǎo)致該支配子后半部分構(gòu)造就能夠呵斥極性突變，導(dǎo)致該支配子后半部分構(gòu)造基因表達(dá)失活?；虮磉_(dá)失活。n轉(zhuǎn)座重組產(chǎn)生新的基因轉(zhuǎn)座重組產(chǎn)生新的基因 假設(shè)轉(zhuǎn)座子上帶有抗藥假設(shè)轉(zhuǎn)座子上帶有抗藥性基因，它一方面呵斥靶性基因，它一方面呵斥靶DNA序列的插入突變，同序列的插入突變，同時(shí)也使這個(gè)位點(diǎn)產(chǎn)生抗藥性。時(shí)也使這個(gè)位點(diǎn)產(chǎn)生抗藥性。n轉(zhuǎn)座重組產(chǎn)生

13、染色體畸形轉(zhuǎn)座重組產(chǎn)生染色體畸形 當(dāng)復(fù)制性轉(zhuǎn)座發(fā)生在當(dāng)復(fù)制性轉(zhuǎn)座發(fā)生在宿主宿主DNA原有位點(diǎn)附近時(shí)，往往導(dǎo)致轉(zhuǎn)座子兩個(gè)拷原有位點(diǎn)附近時(shí)，往往導(dǎo)致轉(zhuǎn)座子兩個(gè)拷貝之間的同源重組，引起貝之間的同源重組，引起DNA缺失或倒位圖缺失或倒位圖3-14。假設(shè)同源重組發(fā)生在兩個(gè)正向反復(fù)轉(zhuǎn)座區(qū)之。假設(shè)同源重組發(fā)生在兩個(gè)正向反復(fù)轉(zhuǎn)座區(qū)之間，就導(dǎo)致宿主染色體間，就導(dǎo)致宿主染色體DNA缺失；假設(shè)重組發(fā)生在缺失；假設(shè)重組發(fā)生在兩個(gè)反向轉(zhuǎn)座區(qū)之間，那么引起染色體兩個(gè)反向轉(zhuǎn)座區(qū)之間，那么引起染色體DNA倒位。倒位。n轉(zhuǎn)座重組引起生物進(jìn)化轉(zhuǎn)座重組引起生物進(jìn)化 由于轉(zhuǎn)座作用，使一由于轉(zhuǎn)座作用，使一些原來在染色體上相距甚遠(yuǎn)的基因

14、組合到一同，些原來在染色體上相距甚遠(yuǎn)的基因組合到一同，構(gòu)建一個(gè)支配子或表達(dá)單元，也能夠產(chǎn)生一些具構(gòu)建一個(gè)支配子或表達(dá)單元，也能夠產(chǎn)生一些具有新的生物學(xué)功能的基因和新的蛋白質(zhì)分子。有新的生物學(xué)功能的基因和新的蛋白質(zhì)分子。 u 4. 異常重組異常重組 n異常重組不需求異常重組不需求DNA的同源性，也不需求重組酶的同源性，也不需求重組酶參與。目前對(duì)這類重組的機(jī)制還不清楚。參與。目前對(duì)這類重組的機(jī)制還不清楚。n基因重組不是偶爾的，而是細(xì)胞為了編碼和調(diào)理基因重組不是偶爾的，而是細(xì)胞為了編碼和調(diào)理的必要過程。的必要過程。n基因重組是遺傳變異的根底，也是基因重組是遺傳變異的根底，也是DNA損傷修復(fù)損傷修復(fù)的一種方式。例如，當(dāng)?shù)囊环N方式。例如，當(dāng)DNA被輻射或化學(xué)損傷時(shí)，被輻射或化學(xué)損傷時(shí)，經(jīng)過重組可以將同源染色體未損傷的經(jīng)過重組可以將同源染色體未損傷的DNA鏈置換鏈置換到損傷的部位，使細(xì)胞損傷的到損傷的部位，使細(xì)胞損傷的DNA恢復(fù)過來?；謴?fù)過來。 而且有些類型的重組還能調(diào)理基因的表達(dá)。例如，而且有些類型的重組還能調(diào)理基因的表達(dá)。例如，