現代分子生物學第四版-第2章-染色體與DNA課件

第二章染色體與DNA

本章將介紹DNA的結構和從一代細胞島到下一代細胞的傳遞、遺傳及變異等過程。2022/10/291第二章染色體與DNA本章將介紹DNA的結第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體第二節(jié)DNA的結構第三節(jié)DNA的復制第四節(jié)原核生物和真核生物DNA復制特點第五節(jié)DNA的修復第六節(jié)DNA的轉座第七節(jié)SNP的理論與應用2第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體2第一節(jié)染色體2022/10/293

由于親代能夠將自己的遺傳物質DNA以染色體的形式傳給子代，保持物種的穩(wěn)定性和連續(xù)性。因此，人們普遍認為染色體在遺傳上起著主要作用。人類22對染色體及性染色體性染色體掃描電鏡圖第一節(jié)染色體2022/10/223 由于親代能夠將自己第一節(jié)染色體2022/10/2941.染色體概述：19世紀中葉，細胞生物學家在光學顯微鏡下，在細胞分裂時觀察到存在于細胞核中的棒狀可染色結構并將其命名為染色體。染色體包括DNA和蛋白質兩部分。同一物種內每條染色體所帶的DNA的量是一定的，但不同的染色體或不同物種之間變化很大，從上百萬到幾億個核苷酸對不等。此外，組成染色體的蛋白質（組蛋白和非組蛋白）的種類和含量也是十分穩(wěn)定的。第一節(jié)染色體2022/10/2241.染色體概述：第一節(jié)染色體2022/10/2951.染色體概述：染色體在細胞分裂間期表現為染色質。染色體與染色質是同一種物質的兩種形態(tài)。伸展的染色質形態(tài)有利于在它上面的DNA儲存的信息的表達，而高度螺旋化了的棒狀染色體則有利于細胞分裂中遺傳物質的平分。

左圖為人類染色體，在光鏡下即可觀察其形態(tài)，右圖為電鏡圖片，可見不規(guī)則的染色質。第一節(jié)染色體2022/10/2251.染色體概述： 第一節(jié)染色體2022/10/2961.染色體概述：原核細胞染色體：一般只有一條大染色體且大都帶有單拷貝基因，除少數基因外（如rRNA基因）。整個染色體DNA幾乎全部由功能基因和調控序列所組成。幾乎每個基因序列都與它所編碼蛋白質序列呈線性對應關系。第一節(jié)染色體2022/10/2261.染色體概述：第一節(jié)染色體2022/10/2972.真核細胞染色體的組成：真核生物染色體中DNA相對分子質量一般大大超過原核生物，并結合有大量的蛋白質，結構非常復雜。其具體組成成分為：組蛋白、非組蛋白、DNA。在真核細胞染色體中，DNA與蛋白質完全融合在一起，其蛋白質與相應DNA的質量之比約為2:1。這些蛋白質在維持染色體結構中起著重要作用。第一節(jié)染色體2022/10/2272.真核細胞染色體的組第一節(jié)染色體2022/10/2982.1.組蛋白組蛋白是染色體的結構蛋白，其與DNA組成核小體。根據其凝膠電泳性質可將其分為H1、H2A、H2B、H3及H4。第一節(jié)染色體2022/10/2282.1.組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/2992.1.組蛋白組蛋白的特性：進化上極端保守性。其中H3、H4最保守，H1較不保守。無組織特異性。到目前為止，僅發(fā)現鳥類、魚類及兩棲類紅細胞染色體不含H1而帶有H5，精細胞染色體的組蛋白是魚精蛋白。肽鏈上氨基酸分布的不對稱性。堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上。例如，N端的半條鏈上凈電荷為+16，C端只有+3，大部分疏水基團都分布在C端。組蛋白的修飾作用。包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。富含賴氨酸的組蛋白H5。H5賴氨酸含量高達24%。

第一節(jié)染色體2022/10/2292.1.組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/29102.2.非組蛋白染色體上除了存在大約與DNA等量的組蛋白以外，還存在大量的非組蛋白。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%～70%，但它的種類卻很多，約在20-100種之間，其中常見的有15-20種。非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。非組蛋白包括酶類、骨架蛋白、核孔復合物蛋白以及肌動蛋白、肌球蛋白等。它們也可能是染色質的組成成分。幾類常見的非組蛋白：HMC蛋白。一般認為可能與DNA的超螺旋結構有關。DNA結合蛋白。可能是一些與DNA的復制與轉錄有關的酶或調解物質。A24非組蛋白。位于核小體內，功能不詳。第一節(jié)染色體2022/10/22102.2.非組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/29112.3.DNA真核細胞基因組最大的特點是好有大量的重復序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質的非功能DNA所隔開，這就是著名的“C值反?，F象”。C值：一種生物單倍體基因組DNA的總量。一般情況，真核生物C值是隨著生物進化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物。（下頁左圖）進一步研究發(fā)現，某些兩棲類C值大于哺乳動物，而且在兩棲類中C值變化也很大，可相差100倍。（下頁右圖）第一節(jié)染色體2022/10/22112.3.DNA由此推斷，許多DNA序列不編碼蛋白質，是無生理功能的。根據對DNA的動力學研究，真核生物DNA序列大致可分為3類：不重復序列、中度重復序列、高度重復序列。2022/10/29121由此推斷，許多DNA序列不編碼蛋白質，是無生理功能的。202第一節(jié)染色體2022/10/29132.3.DNA不重復序列。在單倍體基因組里，這些序列一般只有一個或幾個拷貝，它占DNA總量的40%－80%。不重復序列長約750－2000dp，相當于一個結構基因的長度。單拷貝基因通過基因擴增仍可合成大量的蛋白質。如蠶絲心蛋白基因。中度重復序列。這類重復序列的重復次數在10－104之間，占總DNA的10%－40%。各種rRNA、tRNA及組蛋白基因等都屬這一類。高度重復序列——衛(wèi)星DNA。這類DNA只在真核生物中發(fā)現，占基因組的10%—60%，由6—100個堿基組成，在DNA鏈上串聯重復幾百萬次。由于堿基的組成不同，在CsCl密度梯度離心中易與其他DNA分開，形成含量較大的主峰及高度重復序列小峰，后者又稱衛(wèi)星區(qū)帶（峰）。

第一節(jié)染色體2022/10/22132.3.DNA第一節(jié)染色體2022/10/29142.4.真核細胞染色體的結構真核細胞染色體的DNA如圖所示，經過四級壓縮，長度壓縮將近10000倍。四級分別為：核小體螺線管超螺旋圓筒染色單體第一節(jié)染色體2022/10/22142.4.真核細胞染第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構核小體核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個分子生成的八聚體和由大約200bpDNA組成的。八聚體在中間，DNA分子盤繞在外，而H1則在核小體的外面。每個核小體只有一個H1。在核小體中DNA盤繞組蛋白八聚體核心，從而使分子收縮成1/7，200bpDNA的長度約為68nm，卻被壓縮在10nm的核小體中。核小體串聯起來形成10nm纖維。

2022/10/2915第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構2022/102022/10/29162022/10/2216第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構螺線管螺線管是由10nm染色質細絲盤繞形成的螺旋管狀細絲，表現為30nm纖維。螺線管每一螺旋包含6個核小體，壓縮比為6。這種螺線管是分裂間期和分裂前期染色體的基本組分。2022/10/2917第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構2022/10第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構超螺旋圓筒有跡象表明：中期染色質是一細長、中空的圓筒，直徑4000nm，由30nm的螺線管纏繞而成，壓縮比為40。染色單體染色單體由超螺旋圓筒再壓縮5倍而成。2022/10/2918第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構2022/10第一節(jié)染色體2022/10/29193.原核生物基因組：原核生物基因組很小，大多只有一條染色體，且DNA含量少。如大腸桿菌DNA僅4.6Mb，完全伸展總長約為1.3mm，含4000多個基因。從基因組的結構來看，原核細胞DNA有如下特點：結構簡練。非編碼序列極少，這與真核細胞DNA冗余現象完全不同。存在轉錄單元。多順反子mRNA。有重疊基因。同一段DNA含有兩種不同蛋白質的信息。第一節(jié)染色體2022/10/22193.原核生物基因組3、原核生物的基因組特點（1）結構簡練：不轉錄部分很少且常是控制基因表達的序列（2）存在轉錄單元：多順反子mRNA，這些功能相關的RNA和蛋白質基因協同表達。（3）有重疊基因：同一段DNA能攜帶兩種一同的蛋白質信息，主要是：一個基因完全存在于另一個基因內部分重疊兩個基因只有一個堿基對的重疊3、原核生物的基因組特點（1）結構簡練：不轉錄部分很少且常是第二節(jié)DNA的結構2022/10/2921第二節(jié)DNA的結構第二節(jié)DNA的結構2022/10/2221第二節(jié)DN第二節(jié)DNA的結構2022/10/2922DNA作為遺傳物質的主要優(yōu)點：信息量大，可以縮微表面互補，電荷互補，雙螺旋結構說明了精確復制機理核糖的2’脫氧，在水溶液中穩(wěn)定性好可以突變，以求進化（突變對個體是不幸的，進化對群體是有利的）有T無U，基因組得以增大，而無C脫氨基成U帶來的潛在危險。（尿嘧啶DNA糖苷酶可以靈敏識別DNA中的U而隨時將其剔除）。第二節(jié)DNA的結構2022/10/2222DNA作為遺傳第二節(jié)DNA的結構2022/10/29231.DNA的一級結構DNA又稱脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid）。DNA的一級結構即是指四種

核苷酸的連接及排列順序，

表示該DNA分子的化學構成。DNA由脫氧核苷酸聚合而成。堿基的不同決定了脫氧核苷酸的不同。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22231.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/29241.DNA的一級結構脫氧核苷酸由堿基（A、T、G、C）、脫氧核糖及磷酸基團組成。以下是脫氧核苷酸及堿基結構式。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22241.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/29251.DNA的一級結構脫氧核苷酸之間由3’→5’磷酸二酯鍵連接成DNA鏈，兩條鏈的堿基通過氫鍵實現AT、GC配對。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22251.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/29261.DNA的一級結構DNA一級結構特點是：DNA分子由兩條互相平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側，構成基本骨架，堿基排列在內側。兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結合，形成堿基對，它的組成有一定的規(guī)律。這就是嘌呤與嘧啶配對（A與T，G與C配對）。堿基之間的這種一一對應的關系叫堿基互補配對原則。由于堿基可以任何順序排列，構成了DNA分子的多樣性。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22261.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/29272.DNA的二級結構DNA二級結構是指兩條多核苷酸鏈反相平行盤繞所生成的雙螺旋盤繞結構。DNA有三種構像：A-DNA、B-DNA、Z-DNA，其中AB為右手構象，Z為左手構像。B型為普遍存在的結構。A型、Z型可能具有不同

的生物活性還存在其他構型。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22272.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/29282.DNA的二級結構B-DNA特點：螺旋直徑2nm鏈間有螺旋形凹槽，較小的為小溝（1.2nm），較大的為大溝（2.2nm）堿基間距0.34nm每輪堿基數10堿基平面與縱軸垂直第二節(jié)DNA的結構2022/10/22282.DNA的ADNA的特點ADNA的特點B-DNA-3.4?/bp-23.5?wide-10.4bp/turnA-DNA-2.3?/bp-25.5?wide-11bp/turn-Base-pairstiltedabout19degreesfromaxisofthehelix.Figure:B-andA-DNAB-DNAA-DNAFigure:B-andA-DN左手螺旋Z-DNA左手螺旋Z-DNAMinorgrooveMajorgrooveZ-DNA-3.8?/bp-18.4?wide-12bp/turn-base-pairstiltedabout9degreesfromaxisofthehelixMinorMajorZ-DNA-3.8?/bp現代分子生物學第四版-第2章-染色體與DNA課件現代分子生物學第四版-第2章-染色體與DNA課件現代分子生物學第四版-第2章-染色體與DNA課件第二節(jié)DNA的結構2022/10/29363.DNA的高級結構DNA的高級結構指DNA雙螺旋進一步扭曲盤旋所形成的特定空間結構。超螺旋結構是DNA高級結構的主要形式，可分為正超螺旋和負超螺旋兩類，它們在不同類型的拓撲異構酶作用下或特殊情況下可相互轉變，如：拓撲異構酶溴乙啶拓撲異構酶溴乙啶負超螺旋正超螺旋松弛DNA第二節(jié)DNA的結構2022/10/22363.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/29373.DNA的高級結構DNA的超螺旋結構形成的意義：使DNA形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中；推動DNA結構的轉化以滿足

功能上的需要。如負超螺旋

分子所受張力會引起互補鏈

分開導致局部變性，利于復

制和轉錄。螺旋超螺旋第二節(jié)DNA的結構2022/10/22373.DNA的

DNASupercoiling超螺旋E.Colibacterium: ~1um(10-6m)longItsgenome: ~1300umlong!!!Ahumancell: ~10umlongItsgenome: ~1,000,000um1mlong!!Howdocellscontain/package/handletheirDNA?Somechromosomesarelinear:-eukaryotesandsomevirusesSomearecircular:-bacteria,mitochondria,chloroplastsandsomevirusesIn

ALL

cases,theDNAis

COILED(盤繞）verytightlyinthecellDNASupercoiling超螺旋E.CoNegativesupercoiling（負超螺旋）

iswherethesupercoilsareintheoppositedirectiontothecoilingoftheDNAdoublehelix（超螺旋的方向與DNA雙螺旋的方向相反）---underwinding，addadditionalleft-handedhelix(BorA-DNA)Positivesupercoiling

（正超螺旋）isinthesamedirectionasthehelix（超螺旋的方向與DNA雙螺旋的方向相同）----overwinding，addadditionalright-handedhelix(BorA-DNA)Directionofsupercoiling

DNASupercoilingNegativesupercoiling（負超螺旋）isL=T+WL=Linkingnumber

isthetotalnumberofturnsinacircularDNA（連接數）常量T=TurnsortwistsintheDNA(盤繞數）

W=Writhingnumberreferringtoisthenumberofsupercoils（超螺旋數）DeterminingSupercoilinginDNARighttwist=positiveLefttwist=negativeTwoDefinitions: Twist&LinkingNumber

AllDNAdoubleheliceshavetwist,whileonlyclosedcirculardoubleheliceshavelinkingnumberTWIST:

SimplythenumberoftimesonestrandwindsaroundtheotherL=T+WL=LinkingnumbExampleoflookingatsuperhelicityArelaxedcircleof200b.p.200/10=20turns T=20Ifcovalentlyclosedinarelaxedcircle L=20Ifwebreakthecircle,unwindtwiceandreseal（松開螺旋2圈再重連）,thenL=18Twantstobenear20,sotwotwists(writhes)areincorporatedL=T+W,soL=18,T≈20,W=-2Exampleoflookingatsuperhel第三節(jié)DNA的復制

雙鏈DNA的復制是一個非常復雜的過程，在復制的起始、延伸和終止三個階段，需要多種酶和蛋白質的協同參與。2022/10/2942第三節(jié)DNA的復制 雙鏈DNA的復制是一個非常復雜的過第三節(jié)DNA的復制2022/10/29431.DNA的半保留復制

Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結構模型時即推測，DNA在復制時首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的，這種復制方式為半保留復制。第三節(jié)DNA的復制2022/10/22431.DNA的第三節(jié)DNA的復制2022/10/29441.DNA的半保留復制

1958年，Meselson和Stahl研究了經15N標記3個世代的大腸桿菌DNA，首次證明了DNA半保留復制。第三節(jié)DNA的復制2022/10/22441.DNA的第三節(jié)DNA的復制2022/10/29452.復制的起點、方向和速度復制時，雙鏈DNA要解開成兩股鏈進行，使復制起點呈叉狀，被稱為復制叉。復制子為生物體DNA的復制單位。第三節(jié)DNA的復制2022/10/22452.復制的起第三節(jié)DNA的復制2022/10/29462.復制的起點、方向和速度復制時，復制叉從復制起點開始沿著DNA鏈連續(xù)移動，起始點可以啟動單向復制或者雙向復制。這取決于復制起點形成一個復制叉還是兩個復制叉。如右圖：第三節(jié)DNA的復制2022/10/22462.復制的起第三節(jié)DNA的復制2022/10/29472.復制的起點、方向和速度DNA復制時，復制方向有5’向3’復制，前導鏈連續(xù)合成，后隨鏈合成不連續(xù)，形成岡崎片段。如圖：第三節(jié)DNA的復制2022/10/22472.復制的起第三節(jié)DNA的復制2022/10/29482.復制的起點、方向和速度DNA復制：復制起點是固定的，表現為固定序列，并識別參與復制起始的特殊蛋白質。復制叉移動的方向和速度雖多種多樣，但以雙向等速為主物種細胞內復制子數目/個平均長度/kb復制子移動速度/(bp·min-1)大腸桿菌1420050000酵母500403600果蠅3500402600爪豆35000300？第三節(jié)DNA的復制2022/10/22482.復制的起第三節(jié)DNA的復制2022/10/29493.復制的幾種主要方式線性DNA雙鏈復制

如右圖：環(huán)狀DNA雙鏈復制θ型滾環(huán)型D-環(huán)型第三節(jié)DNA的復制2022/10/22493.復制的幾θ型復制：DNA從Ori解開成單鏈→→兩條母本單鏈分別作模板，各自合成互補的子鏈。方式：雙向或單向。θ型復制：DNA從Ori解開成單鏈→→兩條母本單鏈分別作模板滾環(huán)型①單鏈特異性切割：雙鏈環(huán)狀DNA正鏈復制起始點；②5’端與單鏈DNA結合蛋白(SSB)相連；③DNA聚合酶Ⅲ以未切斷的負鏈為模板，正鏈游離3’―OH端逐個加上脫氧核糖核苷酸，④3’端不斷延伸、復制，5’端不斷脫離環(huán)狀模板被剝離出來⑤到一定長度，5’端的單鏈開始復制互補鏈。滾環(huán)型D－環(huán)型①復制泡：②一條鏈先作為新鏈的模板。③復制泡開始合成一條新鏈，前導鏈模板形成部分雙鏈。④置換環(huán)：另一條親本鏈被前導鏈置換出來，這樣一條單鏈和一條雙鏈組成的三元泡狀結構，稱為D環(huán)或置換環(huán)。⑤前導鏈將另一鏈的Or置換出來，后滯鏈開始新鏈合成。特點：二個Ori先后激活。D－環(huán)型第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點1.原核生物DNA復制的特點DNA雙螺旋的解旋。首先在拓撲異構酶I的作用下解開負超螺旋，并由解鏈酶(DNAhelicase)解開雙鏈，接著由SSB蛋白來穩(wěn)定解開的單鏈，以保證該局部結構不會恢復為雙鏈。2022/10/2953第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點1.原核生物DNA復首先由引發(fā)酶（一種RNA聚合酶）在DNA模板上合成一段RNA鏈,接著由DNA聚合酶從RNA引物3’端合成新DNA鏈后隨鏈的引發(fā)過程由引發(fā)體來完成2022/10/2954DNA復制的引發(fā)首先由引發(fā)酶（一種RNA聚合酶）在DNA模板上合成一段RNA已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’，這使得后隨鏈無法連續(xù)合成。后隨鏈以5’→3’的方式先合成片段（岡崎片段），在連接為完整的鏈。2022/10/2955岡崎片段與半不連續(xù)復制已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’，這使得后隨鏈無法連2022/10/2956當復制叉前移，遇到約22個堿基的重復性終止序列（Ter）時，Ter-Tus復合物能阻止DNA的解鏈，阻擋復制叉的前移。復制停止后，仍有50-100bp未被復制，將由修復方式填補空缺，而后兩鏈解開。復制的終止2022/10/2256當復制叉前移，遇到約22個堿基的重復DNA聚合酶現已知大腸桿菌存在DNA聚合酶I、II、III、IV和V。DNA聚合酶I非主要聚合酶，可確保DNA合成的準確性，并可切除紫外線照射產生的嘧啶二聚體。DNA聚合酶II主要生理功能為修復DNA。DNA聚合酶III為主導聚合酶。DNA聚合酶IV和V主要在SOS修復中起作用。2022/10/2957DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ（復合物）分子量109000120000400000每個細胞所含40010010~205′→3′聚合作用+++3′→5′核酸外切酶+++5′→3′核酸外切酶+—

—新生鏈合成——+生物學活性10.0515聚合速度（37℃核苷酸/min.分子）1000100~30015000以上DNA聚合酶2022/10/2257DNA聚合酶ⅠDNA聚合第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點2.真核生物DNA復制的特點：p54真核生物每條染色體上可以有多個復制起點。真核生物DNA在完成復制前不能開始新的復制，而原核生物則可以連續(xù)開始新的DNA復制，一個復制單元多個復制叉。DNA復制只能在分裂期進行。復制起點為自主復制序列（ARS）。復制叉移動速度慢，僅50bp/s，不到大腸桿菌的1/20。真核生物DNA聚合酶有15種以上，其中DNA聚合酶α功能主要是引物合成。DNA聚合酶δ主要負責DNA的復制。還存在其它一些酶，ζ、η、ι、κ等，有修復損傷功能2022/10/2958第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點2.真核生物DNA復第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點2.真核生物DNA復制的特點：真核生物DNA聚合酶2022/10/2959

表11-9

真核生物五種DNA聚合酶DNA聚合酶α（Ⅰ）δ（Ⅲ）ε（Ⅱ）βγ位置核核核核線粒體功能后隨鏈的合成和引發(fā)前導鏈的合成修復修復復制相對活性80%

10～15%2～15%分子量300kD170～230kD250kD40kD180～300kD5′→3′外切－－－－－3′→5′外切－++－+雙脫氧T不影響不影響弱抑制抑制第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點2.真核生物DNA復第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點3.DNA復制的調控：原核細胞內復制叉的多少決定了復制起始頻率的高低，復制起始頻率的直接調控因子是蛋白質和RNA。大腸桿菌染色體DNA復制起點編碼復制調節(jié)蛋白質、復制起點與調節(jié)蛋白質相互作用并啟動復制。ColE1質粒DNA的復制調控。其復制不依賴本身編碼的蛋白質，而完全依靠宿主DNA聚合酶I。2022/10/2960第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點3.DNA復制的調控第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點3.DNA復制的調控：真核細胞DNA的復制調控。DNA復制只發(fā)生在分裂期，其有3個水平的調控。細胞生活周期水平的調控。也稱限制點調控，即決定細胞停留在G1還是進入S期。染色體水平調控。決定不同染色體或同一染色體不同部位的復制子按一定順序在S期進行復制。復制子水平調控。決定復制的起始與否，這種調控從單細胞生物到高等生物是高度保守的。2022/10/2961第四節(jié)原核、真核生物DNA復制特點3.DNA復制的調控第五節(jié)DNA的修復

由于染色體DNA在生命過程中占有至高無上的地位，DNA的復制的準確性以及DNA日常保養(yǎng)中的損傷修復就有著特別重要的意義。下表是大腸桿菌中的DNA修復系統(tǒng)：表2-132022/10/2962DNA修復系統(tǒng)功能錯配修復恢復錯配切除修復（堿基、核苷酸）切除突變的堿基和核苷酸片段重組修復復制后的修復DNA直接修復修復嘧啶二體SOS系統(tǒng)DNA的修復，導致變異第五節(jié)DNA的修復 由于染色體DNA在生命過程中占有至1.DNA的突變DNA的突變分為兩大類：單堿基改變和DNA結構畸變。單堿基改變。如下圖：2022/10/2963第五節(jié)DNA的修復胞嘧啶氧化脫氨C→A復制錯誤1.DNA的突變2022/10/2263第五節(jié)DNA的DNA結構畸變嘧啶二聚體鳥嘌呤甲基化腺嘌呤脫嘌呤作用2022/10/2964第五節(jié)DNA的修復上：G甲基化。下：A脫嘌呤左：嘧啶二聚體DNA結構畸變2022/10/2264第五節(jié)DNA的修復第五節(jié)DNA的修復2022/10/29652.DNA修復系統(tǒng)錯配修復切除修復重組修復DNA直接修復SOS系統(tǒng)第五節(jié)DNA的修復2022/10/22652.DNA修2022/10/2966一旦在DNA復制過程中發(fā)生錯配，通過該系統(tǒng)幾乎能完全修正。該系統(tǒng)對DNA復制忠實性貢獻很大。修復過程：識別錯配，復合物的形成，甲基化及非甲基化鏈的切開，DNA外切酶切除含錯配的部分DNA鏈，DNA聚合酶III合成新鏈。錯配修復2022/10/2266一旦在DNA復制過程中發(fā)生錯配，通過2022/10/2967切除修復分為兩種：堿基切除修復形成去AP位點AP核酸內切酶切除受損片段DNA聚合酶I和DNA連接酶修復DNA鏈核苷酸切除修復DNA切割酶切割移去12-13個核苷酸（原核）或27-29個核苷酸（真核）的單鏈DNA，再由DNA聚合酶和DNA連接酶修復DNA鏈切除修復2022/10/2267切除修復分為兩種：切除修復2022/10/2968又被稱為“復制后修復”，修復的對象是子代DNA。損傷的DNA先進行復制，在子代DNA損傷互補的部位出現缺口，通過分子間重組，將另一個子代完好的片段移至缺口處，再填補重組產生的缺口。模板上的傷疤始終留著。只能隨著重組修復次數↑，傷疤占的比例↓。重組修復2022/10/2268重組修復2022/10/2969DNA的直接修復直接修復是把損傷的堿基回復到原來狀態(tài)的一種修復。如在DNA光解酶的作用下修復嘧啶二聚體。SOS反應SOS反應是細胞DNA受到損傷或復制系統(tǒng)受到抑制的經濟狀況下，細胞為求生存而產生的一種應急措施。SOS反應包括誘導DNA損傷的修復、誘變效應、細胞分裂的抑制等。SOS反應廣泛存在于原核和真核生物中，可產生兩方面的作用：DNA的修復、DNA的變異。2022/10/2269DNA的直接修復第六節(jié)DNA的轉座

DNA的轉座，或稱位移，是由可位移因子介導的遺傳物質重排現象。轉座子最先由BarbaraMcClintock于20世紀40年代在玉米遺傳學研究時發(fā)現的。2022/10/2970第六節(jié)DNA的轉座 DNA的轉座，或稱位移，是由可位移1.轉座子的分類和結構特征轉座子（transposon,Tn）是存在于染色體DNA上可自主復制和移位的基本單位。轉座子存在于所有生物體內，人類基因組中由35%的序列為轉作序列，其中大部分與疾病有關。轉座子分為兩大類：插入序列（insertionalsequence,IS）復合型轉座子（compositetransposon）2022/10/2971第六節(jié)DNA的轉座1.轉座子的分類和結構特征2022/10/2271第六節(jié)插入序列（IS因子）最簡單的轉座子，不含任何宿主基因。特征：很小的DNA片段末端具有倒置重復序列復制宿主靶位點DNA（4-15bp）轉座頻率10-4-10-3/世代恢復頻率10-10-10-6/世代2022/10/2972第六節(jié)DNA的轉座插入序列（IS因子）2022/10/2272第六節(jié)DNA2022/10/2973復合型轉座子復合型轉座子是一類帶有某些抗藥性基因（或其它宿主基因）的轉座子。特征：復合型轉座子兩翼往往是兩個相同或高度同源的IS序列。IS序列插到功能基因的兩端就可能產生復合型轉座子。復合型轉座子的轉座能力由IS序列決定和調節(jié)的。2022/10/2273復合型轉座子2022/10/2974復合型轉座子復合型轉座子還有一類無IS序列、體積龐大的的轉座子（5000bp以上）——TnA家族。TnA特征：攜帶3個基因，其中一個為編碼β-內酰胺酶基因（AmpR）兩翼都有38bp的倒置重復序列（IR）2022/10/2274復合型轉座子2.真核生物中的轉座子轉座子也存在于真核生物中。在玉米和果蠅中發(fā)現了多個在基因組內隨機分布而且能重復移動的轉座因子序列。玉米中的轉座子Ac-Ds系統(tǒng)Spm-dSpm系統(tǒng)果蠅中的轉座子：P轉座子（可誘發(fā)雜種不育）2022/10/2975第六節(jié)DNA的轉座2.真核生物中的轉座子2022/10/2275第六節(jié)D3.轉座作用的機制限制性內切酶切開靶序列轉座子插入，形成具有單鏈粘性末端的轉座子修補缺刻，形成直接重復序列。2022/10/2976第六節(jié)DNA的轉座3.轉座作用的機制2022/10/2276第六節(jié)DNA3.轉座作用的機制轉作可分為復制型和非復制型兩大類復制型（TnA類）非復制型（IS序列、Mu及Tn5）2022/10/2977復制型非復制型3.轉座作用的機制2022/10/2277復制型非復制型4.轉座的遺傳效應引起插入突變，可導致基因表達失活。產生新的基因。產生的染色體畸變，引起DNA缺失或倒位。引起的生物進化，可產生新的生物學功能的基因。2022/10/2978第六節(jié)DNA的轉座圖2-414.轉座的遺傳效應2022/10/2278第六節(jié)DNA第七節(jié)SNP的理論與應用

單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism,SNP)

是指基因組DNA序列中由于單個核苷酸的突變而引起的多態(tài)性。

同一物種不同個體間染色體上遺傳密碼單個堿基的變化，主要表現為基因組核苷酸水平上的變異引起的DNA序列多態(tài)性。第七節(jié)SNP的理論與應用

單核苷酸多態(tài)性（singleSinglenucleotidepolymorphismSinglenucleotidepolymorphismSNP是人類可遺傳的變異中最常出現的一種，占所有已知多態(tài)性的90%以上，在人類基因組中廣泛存在，人類DNA中每300-1000bp就有一個SNP.因此，一個人類個體大約攜帶300萬-1000萬個SNPs。一個SNP表示在基因組某個位點上一個核苷酸的變化，作為一種堿基的替換，大多數為轉換（C—T，G—A），也可能是顛換。具有轉換型變異的SNP約占SNP總量的2／3左右。

SNP的特征SNP是人類可遺傳的變異中最常出現的一種，占所有已知多態(tài)性的根據SNP在基因組中的分布位置可分為:

基因編碼區(qū)SNP(cSNP)

基因調控區(qū)SNP(pSNP)

基因間隨機編碼區(qū)SNP(rSNP)

等三類。

因為編碼區(qū)內的變異率占周圍序列的1/5，cSNP的總量顯著少于其他兩類SNPs。同義cSNP(synonymouscSNP)：非同義cSNP(non-synonymouscSNP)根據SNP在基因組中的分布位置可分為:SNP檢測方法理想的檢測SNP的方法

——發(fā)現未知的SNP，或檢測已知的SNP(1)靈敏度和準確度的要求（反應原理嚴緊）

(2)快速、簡便、高通量

(操作和分析的自動化程度高）

(3)費用相對低廉SNP檢測方法

DNA芯片技術（DNAchip）

將許多已知序列的寡核苷酸DNA排列在1塊集成電路板上，彼此之間重疊1個堿基，并覆蓋全部所需檢測的基因，將熒光標記的正常DNA和突變DNA分別與2塊DNA芯片雜交，由于至少存在1個堿基的差異，正常和突變的DNA將會得到不同的雜交圖譜，經過共聚集顯微鏡分別檢測兩種DNA分子產生的熒光信號，即可確定是否存在突變，該方法快速簡單、片動化程度高，具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢⒃诨蛲蛔儥z測中心發(fā)揮非常重要的作用。

DNA芯片技術（DNAchip）

Taqman法以熒光共振能量轉移(fluorescentresonanceenergytransfer,FRET)為基礎的檢測方法。在PCR反應中，將供者-受者染料對分別結合到Taqman探針的兩端，探針未與目標序列結合時，通過FRET作用使供者不發(fā)熒光；完全互補配對后，由于TaqDNA聚合酶具有5‘核酸酶的活性，可將供者從探針上切下來從而發(fā)出熒光。如果探針與目標序列中存在錯配堿基，就會減少探針與目標序列結合的緊密程度及TaqDNA聚合酶切割供者的活性，也就影響了供者的熒光釋放量，從而使堿基突變鏈和正常鏈得以區(qū)分。Taqman法

供者受者5‘

3‘

Taqman探針

供者受者5‘

3‘

Taqman探針

供者受者5‘

引物目標序列供者受者5‘3‘Taqman探針供者受者5‘3‘受者5‘

3‘

引物

供者目標序列受者5‘3‘引物供者目標序列

分子導標(molecularbeacon)法

分子導標是一個U型的單鏈核苷酸探針（探針序列內部可有一定程度的互補配對），在探針兩端也加上供者-受者染料對，U型探針使兩染料靠近，通過FRET作用使供者不發(fā)熒光。當探針與目標序列完全互補配對后，兩染料分離，使得供者的熒光亮增加，如果目標序列中存在錯配堿基，就會影響探針與其結合，從而影響到供者的熒光亮，使堿基突變鏈和正常鏈得以區(qū)分。

分子導標(molecularbeacon)法供者受者供者受者焦磷酸測序法(Pyrosequencinq)DNA聚合酶、ATP硫酸化酶(ATPsulfurylase)、熒光素酶(luciferase)和三磷酸腺苷雙磷酸酶(apyrase)。原理：DNA聚合酶在一種dNTP的存在下進行引物延伸反應,而引物的成功延伸將伴隨焦磷酸的釋放,焦磷酸在熒光素酶的存在下能引發(fā)一種化學發(fā)光反應,通過發(fā)光計的實時監(jiān)測來達到檢測的目的。焦磷酸測序法(Pyrosequencinq)現代分子生物學第四版-第2章-染色體與DNA課件SNP的應用

人類基因單體型圖的繪制

SNP與疾病易感基因的相關性分析

指導用藥與藥物設計SNP的應用

人類基因單體型圖的繪制

1．人類基因單體型圖的繪制大多數染色體區(qū)域具有少數幾個常見的單體型，代表了一個群體中人與人之間的大部分多態(tài)性。某些染色體區(qū)域可以有很多SNP位點，但是只用少數幾個標簽SNPs，就能夠提供該區(qū)域內大多數的遺傳多態(tài)性模式。繪制人類基因單體型圖的目的就是描述人類常見的遺傳多態(tài)性模式和染色體上具有成組緊密關聯SNPs的區(qū)域。1．人類基因單體型圖的繪制

2002年10月，國際人類基因組單體型圖計劃(HapMap計劃)正式啟動，截至目前已有超過150萬SNPs被精確定位于各染色體上，并且已根據這些SNPs對來自4個不同人種的269份DNA樣品進行了基因分型。后期目標是要使總密度達到每500bP有一個SNP。通過不同個體基因組DNA的基因分型和頻率計算，繪制更加精密的單倍型圖譜。人類基因單體型圖的繪制完成，將為我們精確定位復雜疾病(如糖尿病，癌癥，心臟病，腦猝和哮喘等)易感基因提供重要信息。2002年10月，國際人類基因組單體型圖計劃(Hap2SNP與疾病易感基因的相關性分析

當一個遺傳標記的頻率在患者中明顯超過非患者時．就表明該標記可能與這種疾病相關、隨著大量代謝通路和上百萬SNPs的確認，SNP作為新一代遺傳標記在人類疾病研究中顯示出極高的潛在價值。已經有高血壓、哮喘、類風濕關節(jié)炎、肺癌、前列腺癌等許多易感基因通過SNP的相關研究被發(fā)現。2SNP與疾病易感基因的相關性分析

3．指導用藥與藥物設計由于SNP能夠充分反映個體間的遺傳差異，所以誦過研究SNP與個體對藥物敏感或耐受的相天性研究，可能闡明遺傳因素對藥效的影響，因此可能建立與基因型相關的治療方案．對患者施行個性化用藥。另外，隨著SNP的研究與藥物基因組學的結合．根據特定的基因型來設計藥物將成為可能。3．指導用藥與藥物設計ThankYou!ThankYou!謝謝觀看！2020

謝謝觀看！第二章染色體與DNA

本章將介紹DNA的結構和從一代細胞島到下一代細胞的傳遞、遺傳及變異等過程。2022/10/2999第二章染色體與DNA本章將介紹DNA的結第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體第二節(jié)DNA的結構第三節(jié)DNA的復制第四節(jié)原核生物和真核生物DNA復制特點第五節(jié)DNA的修復第六節(jié)DNA的轉座第七節(jié)SNP的理論與應用100第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體2第一節(jié)染色體2022/10/29101

由于親代能夠將自己的遺傳物質DNA以染色體的形式傳給子代，保持物種的穩(wěn)定性和連續(xù)性。因此，人們普遍認為染色體在遺傳上起著主要作用。人類22對染色體及性染色體性染色體掃描電鏡圖第一節(jié)染色體2022/10/223 由于親代能夠將自己第一節(jié)染色體2022/10/291021.染色體概述：19世紀中葉，細胞生物學家在光學顯微鏡下，在細胞分裂時觀察到存在于細胞核中的棒狀可染色結構并將其命名為染色體。染色體包括DNA和蛋白質兩部分。同一物種內每條染色體所帶的DNA的量是一定的，但不同的染色體或不同物種之間變化很大，從上百萬到幾億個核苷酸對不等。此外，組成染色體的蛋白質（組蛋白和非組蛋白）的種類和含量也是十分穩(wěn)定的。第一節(jié)染色體2022/10/2241.染色體概述：第一節(jié)染色體2022/10/291031.染色體概述：染色體在細胞分裂間期表現為染色質。染色體與染色質是同一種物質的兩種形態(tài)。伸展的染色質形態(tài)有利于在它上面的DNA儲存的信息的表達，而高度螺旋化了的棒狀染色體則有利于細胞分裂中遺傳物質的平分。

左圖為人類染色體，在光鏡下即可觀察其形態(tài)，右圖為電鏡圖片，可見不規(guī)則的染色質。第一節(jié)染色體2022/10/2251.染色體概述： 第一節(jié)染色體2022/10/291041.染色體概述：原核細胞染色體：一般只有一條大染色體且大都帶有單拷貝基因，除少數基因外（如rRNA基因）。整個染色體DNA幾乎全部由功能基因和調控序列所組成。幾乎每個基因序列都與它所編碼蛋白質序列呈線性對應關系。第一節(jié)染色體2022/10/2261.染色體概述：第一節(jié)染色體2022/10/291052.真核細胞染色體的組成：真核生物染色體中DNA相對分子質量一般大大超過原核生物，并結合有大量的蛋白質，結構非常復雜。其具體組成成分為：組蛋白、非組蛋白、DNA。在真核細胞染色體中，DNA與蛋白質完全融合在一起，其蛋白質與相應DNA的質量之比約為2:1。這些蛋白質在維持染色體結構中起著重要作用。第一節(jié)染色體2022/10/2272.真核細胞染色體的組第一節(jié)染色體2022/10/291062.1.組蛋白組蛋白是染色體的結構蛋白，其與DNA組成核小體。根據其凝膠電泳性質可將其分為H1、H2A、H2B、H3及H4。第一節(jié)染色體2022/10/2282.1.組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/291072.1.組蛋白組蛋白的特性：進化上極端保守性。其中H3、H4最保守，H1較不保守。無組織特異性。到目前為止，僅發(fā)現鳥類、魚類及兩棲類紅細胞染色體不含H1而帶有H5，精細胞染色體的組蛋白是魚精蛋白。肽鏈上氨基酸分布的不對稱性。堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上。例如，N端的半條鏈上凈電荷為+16，C端只有+3，大部分疏水基團都分布在C端。組蛋白的修飾作用。包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。富含賴氨酸的組蛋白H5。H5賴氨酸含量高達24%。

第一節(jié)染色體2022/10/2292.1.組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/291082.2.非組蛋白染色體上除了存在大約與DNA等量的組蛋白以外，還存在大量的非組蛋白。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%～70%，但它的種類卻很多，約在20-100種之間，其中常見的有15-20種。非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。非組蛋白包括酶類、骨架蛋白、核孔復合物蛋白以及肌動蛋白、肌球蛋白等。它們也可能是染色質的組成成分。幾類常見的非組蛋白：HMC蛋白。一般認為可能與DNA的超螺旋結構有關。DNA結合蛋白?？赡苁且恍┡cDNA的復制與轉錄有關的酶或調解物質。A24非組蛋白。位于核小體內，功能不詳。第一節(jié)染色體2022/10/22102.2.非組蛋白第一節(jié)染色體2022/10/291092.3.DNA真核細胞基因組最大的特點是好有大量的重復序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質的非功能DNA所隔開，這就是著名的“C值反?，F象”。C值：一種生物單倍體基因組DNA的總量。一般情況，真核生物C值是隨著生物進化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物。（下頁左圖）進一步研究發(fā)現，某些兩棲類C值大于哺乳動物，而且在兩棲類中C值變化也很大，可相差100倍。（下頁右圖）第一節(jié)染色體2022/10/22112.3.DNA由此推斷，許多DNA序列不編碼蛋白質，是無生理功能的。根據對DNA的動力學研究，真核生物DNA序列大致可分為3類：不重復序列、中度重復序列、高度重復序列。2022/10/291101由此推斷，許多DNA序列不編碼蛋白質，是無生理功能的。202第一節(jié)染色體2022/10/291112.3.DNA不重復序列。在單倍體基因組里，這些序列一般只有一個或幾個拷貝，它占DNA總量的40%－80%。不重復序列長約750－2000dp，相當于一個結構基因的長度。單拷貝基因通過基因擴增仍可合成大量的蛋白質。如蠶絲心蛋白基因。中度重復序列。這類重復序列的重復次數在10－104之間，占總DNA的10%－40%。各種rRNA、tRNA及組蛋白基因等都屬這一類。高度重復序列——衛(wèi)星DNA。這類DNA只在真核生物中發(fā)現，占基因組的10%—60%，由6—100個堿基組成，在DNA鏈上串聯重復幾百萬次。由于堿基的組成不同，在CsCl密度梯度離心中易與其他DNA分開，形成含量較大的主峰及高度重復序列小峰，后者又稱衛(wèi)星區(qū)帶（峰）。

第一節(jié)染色體2022/10/22132.3.DNA第一節(jié)染色體2022/10/291122.4.真核細胞染色體的結構真核細胞染色體的DNA如圖所示，經過四級壓縮，長度壓縮將近10000倍。四級分別為：核小體螺線管超螺旋圓筒染色單體第一節(jié)染色體2022/10/22142.4.真核細胞染第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構核小體核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個分子生成的八聚體和由大約200bpDNA組成的。八聚體在中間，DNA分子盤繞在外，而H1則在核小體的外面。每個核小體只有一個H1。在核小體中DNA盤繞組蛋白八聚體核心，從而使分子收縮成1/7，200bpDNA的長度約為68nm，卻被壓縮在10nm的核小體中。核小體串聯起來形成10nm纖維。

2022/10/29113第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構2022/102022/10/291142022/10/2216第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構螺線管螺線管是由10nm染色質細絲盤繞形成的螺旋管狀細絲，表現為30nm纖維。螺線管每一螺旋包含6個核小體，壓縮比為6。這種螺線管是分裂間期和分裂前期染色體的基本組分。2022/10/29115第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構2022/10第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構超螺旋圓筒有跡象表明：中期染色質是一細長、中空的圓筒，直徑4000nm，由30nm的螺線管纏繞而成，壓縮比為40。染色單體染色單體由超螺旋圓筒再壓縮5倍而成。2022/10/29116第一節(jié)染色體2.4.真核細胞染色體的結構2022/10第一節(jié)染色體2022/10/291173.原核生物基因組：原核生物基因組很小，大多只有一條染色體，且DNA含量少。如大腸桿菌DNA僅4.6Mb，完全伸展總長約為1.3mm，含4000多個基因。從基因組的結構來看，原核細胞DNA有如下特點：結構簡練。非編碼序列極少，這與真核細胞DNA冗余現象完全不同。存在轉錄單元。多順反子mRNA。有重疊基因。同一段DNA含有兩種不同蛋白質的信息。第一節(jié)染色體2022/10/22193.原核生物基因組3、原核生物的基因組特點（1）結構簡練：不轉錄部分很少且常是控制基因表達的序列（2）存在轉錄單元：多順反子mRNA，這些功能相關的RNA和蛋白質基因協同表達。（3）有重疊基因：同一段DNA能攜帶兩種一同的蛋白質信息，主要是：一個基因完全存在于另一個基因內部分重疊兩個基因只有一個堿基對的重疊3、原核生物的基因組特點（1）結構簡練：不轉錄部分很少且常是第二節(jié)DNA的結構2022/10/29119第二節(jié)DNA的結構第二節(jié)DNA的結構2022/10/2221第二節(jié)DN第二節(jié)DNA的結構2022/10/29120DNA作為遺傳物質的主要優(yōu)點：信息量大，可以縮微表面互補，電荷互補，雙螺旋結構說明了精確復制機理核糖的2’脫氧，在水溶液中穩(wěn)定性好可以突變，以求進化（突變對個體是不幸的，進化對群體是有利的）有T無U，基因組得以增大，而無C脫氨基成U帶來的潛在危險。（尿嘧啶DNA糖苷酶可以靈敏識別DNA中的U而隨時將其剔除）。第二節(jié)DNA的結構2022/10/2222DNA作為遺傳第二節(jié)DNA的結構2022/10/291211.DNA的一級結構DNA又稱脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid）。DNA的一級結構即是指四種

核苷酸的連接及排列順序，

表示該DNA分子的化學構成。DNA由脫氧核苷酸聚合而成。堿基的不同決定了脫氧核苷酸的不同。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22231.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/291221.DNA的一級結構脫氧核苷酸由堿基（A、T、G、C）、脫氧核糖及磷酸基團組成。以下是脫氧核苷酸及堿基結構式。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22241.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/291231.DNA的一級結構脫氧核苷酸之間由3’→5’磷酸二酯鍵連接成DNA鏈，兩條鏈的堿基通過氫鍵實現AT、GC配對。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22251.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/291241.DNA的一級結構DNA一級結構特點是：DNA分子由兩條互相平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側，構成基本骨架，堿基排列在內側。兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結合，形成堿基對，它的組成有一定的規(guī)律。這就是嘌呤與嘧啶配對（A與T，G與C配對）。堿基之間的這種一一對應的關系叫堿基互補配對原則。由于堿基可以任何順序排列，構成了DNA分子的多樣性。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22261.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/291252.DNA的二級結構DNA二級結構是指兩條多核苷酸鏈反相平行盤繞所生成的雙螺旋盤繞結構。DNA有三種構像：A-DNA、B-DNA、Z-DNA，其中AB為右手構象，Z為左手構像。B型為普遍存在的結構。A型、Z型可能具有不同

的生物活性還存在其他構型。第二節(jié)DNA的結構2022/10/22272.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/291262.DNA的二級結構B-DNA特點：螺旋直徑2nm鏈間有螺旋形凹槽，較小的為小溝（1.2nm），較大的為大溝（2.2nm）堿基間距0.34nm每輪堿基數10堿基平面與縱軸垂直第二節(jié)DNA的結構2022/10/22282.DNA的ADNA的特點ADNA的特點B-DNA-3.4?/bp-23.5?wide-10.4bp/turnA-DNA-2.3?/bp-25.5?wide-11bp/turn-Base-pairstiltedabout19degreesfromaxisofthehelix.Figure:B-andA-DNAB-DNAA-DNAFigure:B-andA-DN左手螺旋Z-DNA左手螺旋Z-DNAMinorgrooveMajorgrooveZ-DNA-3.8?/bp-18.4?wide-12bp/turn-base-pairstiltedabout9degreesfromaxisofthehelixMinorMajorZ-DNA-3.8?/bp現代分子生物學第四版-第2章-染色體與DNA課件現代分子生物學第四版-第2章-染色體與DNA課件現代分子生物學第四版-第2章-染色體與DNA課件第二節(jié)DNA的結構2022/10/291343.DNA的高級結構DNA的高級結構指DNA雙螺旋進一步扭曲盤旋所形成的特定空間結構。超螺旋結構是DNA高級結構的主要形式，可分為正超螺旋和負超螺旋兩類，它們在不同類型的拓撲異構酶作用下或特殊情況下可相互轉變，如：拓撲異構酶溴乙啶拓撲異構酶溴乙啶負超螺旋正超螺旋松弛DNA第二節(jié)DNA的結構2022/10/22363.DNA的第二節(jié)DNA的結構2022/10/291353.DNA的高級結構DNA的超螺旋結構形成的意義：使DNA形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中；推動DNA結構的轉化以滿足

功能上的需要。如負超螺旋

分子所受張力會引起互補鏈

分開導致局部變性，利于復

制和轉錄。螺旋超螺旋第二節(jié)DNA的結構2022/10/22373.DNA的

DNASupercoiling超螺旋E.Colibacterium: ~1um(10-6m)longItsgenome: ~1300umlong!!!Ahumancell: ~10umlongItsgenome: ~1,000,000um1mlong!!Howdocellscontain/package/handletheirDNA?Somechromosomesarelinear:-eukaryotesandsomevirusesSomearecircular:-bacteria,mitochondria,chloroplastsandsomevirusesIn

ALL

cases,theDNAis

COILED(盤繞）verytightlyinthecellDNASupercoiling超螺旋E.CoNegativesupercoiling（負超螺旋）

iswherethesupercoilsareintheoppositedirectiontothecoilingoftheDNAdoublehelix（超螺旋的方向與DNA雙螺旋的方向相反）---underwinding，addadditionalleft-handedhelix(BorA-DNA)Positivesupercoiling

（正超螺旋）isinthesamedirectionasthehelix（超螺旋的方向與DNA雙螺旋的方向相同）----overwinding，addadditionalright-handedhelix(BorA-DNA)Directionofsupercoiling

DNASupercoilingNegativesupercoiling（負超螺旋）isL=T+WL=Linkingnumber

isthetotalnumberofturnsinacircularDNA（連接數）常量T=TurnsortwistsintheDNA(盤繞數）

W=Writhingnumberreferringtoisthenumberofsupercoils（超螺旋數）DeterminingSupercoilinginDNARighttwist=positiveLefttwist=negativeTwoDefinitions: Twist&LinkingNumber

AllDNAdoubleheliceshavetwist,whileonlyclosedcirculardoubleheliceshavelinkingnumberTWIST:

SimplythenumberoftimesonestrandwindsaroundtheotherL=T+WL=LinkingnumbExampleoflookingatsuperhelicityArelaxedcircleof200b.p.200/10=20turns T=20Ifcovalentlyclosedinarelaxedcircle L=20Ifwebreakthecircle,unwindtwiceandreseal（松開螺旋2圈再重連）,thenL=18Twantstobenear20,sotwotwists(writhes)areincorporatedL=T+W,soL=18,T≈20,W=-2Exampleoflookingatsuperhel第三節(jié)DNA的復制

雙鏈DNA的復制是一個非常復雜的過程，在復制的起始、延伸和終止三個階段，需要多種酶和蛋白質的協同參與。2022/10/29140第三節(jié)DNA的復制 雙鏈DNA的復制是一個非常復雜的過第三節(jié)DNA的復制2022/10/291411.DNA的半保留復制

Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結構模型時即推測，DNA在復制時首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的，這種復制方式為半保留復制。第三節(jié)DNA的復制2022/10/22431.DNA的第三節(jié)DNA的復制2022/10/291421.DNA的半保留復制

1958年，Meselson和Stahl研究了經15N標記3個世代的大腸桿菌DNA，首次證明了DNA半保留復制。第三節(jié)DNA的復制2022/10/22441.DNA的第三節(jié)DNA的復制2022/10/291432.復制的起點、方向和速度復制時，雙鏈DNA要解開成兩股鏈進行，使復制起點呈叉狀，被稱為復制叉。復制子為生物體DNA的復制單位。第三節(jié)DNA的復制2022/10/22452.復制的起第三節(jié)DNA的復制2022/10