DNA的結(jié)構(gòu)復(fù)制和修復(fù)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——DNA的結(jié)構(gòu)復(fù)制和修復(fù)第一節(jié)染色體一染色體概述染色體在不同的細(xì)胞周期有不同的形態(tài)表現(xiàn)在細(xì)胞大片面時(shí)間的分裂間期表現(xiàn)為染色質(zhì)chromatin染色質(zhì)是細(xì)胞核內(nèi)可以被堿性染料著色的一類非定形物質(zhì)它以雙鏈DNA為骨架與組蛋白hilston非組蛋白nonhiston以及少量的各種RNA等共同組成絲狀布局在染色質(zhì)中DNA和組蛋白的組成分外穩(wěn)定非組蛋白和RNA隨細(xì)胞生理狀態(tài)不同而有變化在細(xì)胞分裂期染色質(zhì)纖絲經(jīng)多級螺旋化形成一種有固定形態(tài)的繁雜的立體布局的染色體染色體只在細(xì)胞分裂期人們才能在光學(xué)顯微鏡下查看到這些布局它們存在于細(xì)胞核呈棒狀的可染色布局故稱為染色體細(xì)胞分裂時(shí)每條染色體都復(fù)制生成一條與母鏈完全一樣的鏈形成同源染色體對作為遺傳物質(zhì)染色體具有以下特征分子布局相對穩(wěn)定能夠自我復(fù)制使親代子代之間保持連續(xù)性能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成能夠產(chǎn)生可遺傳的變異第一節(jié)染色體二原核生物的染色體1細(xì)菌染色體形態(tài)布局大腸桿菌染色體長為1333m而要裝入長約2m寬1m的細(xì)胞中為此DNA必定以折疊或螺旋狀態(tài)存在有測驗(yàn)證明在DNA分子舉行折疊或螺旋過程中還憑借于RNA分子的作用如300m的環(huán)狀DNA圖21A通過RNA分子的連接作用將DNA片段結(jié)合起來形成環(huán)loop從而導(dǎo)致DNA長度縮小成為25m圖21B在活體大腸桿菌染色體上約有50多個(gè)這樣的環(huán)接著每個(gè)環(huán)內(nèi)DNA進(jìn)一步螺旋使DNA長度進(jìn)一步縮短為15m而形成更高級布局的染色體圖21C因此細(xì)菌的染色體不是一條袒露的DNA鏈而是以高度的組裝形式存在同時(shí)這種組裝不僅為了適應(yīng)細(xì)菌細(xì)胞的狹小空間而且還要有利于染色體功能的實(shí)現(xiàn)便于染色體復(fù)制和基因表達(dá)第一節(jié)染色體圖21大腸桿菌Ecoli染色體的根本布局第一節(jié)染色體2原核生物DNA基因組的組織布局特點(diǎn)1布局簡練原核DNA分子的絕大片面是用來編碼蛋白質(zhì)的只有分外小的一片面不轉(zhuǎn)錄這與真核DNA的冗余現(xiàn)象不同2基因種類和數(shù)量較少原核細(xì)胞中染色體一般只有一條雙鏈DNA分子且大都帶有單拷貝基因且多以重疊基因的形式存在只有很少數(shù)基因如rRNA基因是以多拷貝形式存在的整個(gè)染色體DNA幾乎全部由功能基因與調(diào)控序列所組成幾乎每個(gè)基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列呈線性對應(yīng)狀態(tài)3以操縱子為轉(zhuǎn)錄單元原核生物DNA序列中功能相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因往往叢集在基因組的一個(gè)或幾個(gè)特定部位形告成能單位或轉(zhuǎn)錄單元它們可被一起轉(zhuǎn)錄為含多個(gè)mRNA的分子叫多順反子mRNAX174及G4基因組中就含有數(shù)個(gè)多順反子功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一條多順反子mRNA鏈然后再翻譯成各種蛋白質(zhì)第一節(jié)染色體三真核生物染色體的組成1染色體蛋白質(zhì)1組蛋白組蛋白是真核生物染色體的根本布局蛋白富含帶正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸等電點(diǎn)一般在pHl00以上屬堿性蛋白質(zhì)可以和酸性的DNA非特異性精細(xì)結(jié)合而且一般不要求特殊的核苷酸序列通常用025molLHCL或H2SO4從染色質(zhì)中分開得到真核生物染色體的組蛋白有5種即H1H3H2AH2B和H4組蛋白中H3H4H2AH2B其N端氨基酸都是堿性氨基酸堿性N端借靜電引力與DNA起作用組蛋白之間借此相互聚合C端是疏水端而H1那么相反C端是堿性氨基酸N端是疏水端而且H1具有45種分子類型所以在遺傳上H1保守性最少組蛋白可舉行各種修飾由于組蛋白N端賴氨酸的乙?；兏速嚢彼崴?fù)載的電荷從而影響了與DNA的結(jié)合有利于轉(zhuǎn)錄的舉行而組蛋白的磷酸化主要在組蛋白N端絲氨酸殘基上舉行現(xiàn)一般認(rèn)為組蛋白磷酸化可減弱組蛋白與核酸的結(jié)合從而降低組蛋白對DNA模板活力的抑制從而利于轉(zhuǎn)錄舉行而甲基化組蛋白第一節(jié)染色體2非組蛋白與染色體組蛋白不同與染色體組蛋白不同非組蛋白是指染色體上與特異DNA序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)所以又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白sequencespecificDNAbindingproteins一般來說非組蛋白所含酸性氨基酸的量超過堿性氨基酸的量所以帶負(fù)電荷非組蛋白和組蛋白不同它具有種屬和組織特異性而且在活動(dòng)的染色質(zhì)中比不活動(dòng)的染色質(zhì)中含量要高非組蛋白在整個(gè)細(xì)胞周期中都舉行合成而不像組蛋白僅在S期和DNA復(fù)制同步舉行非組蛋白的功能能扶助DNA分子折疊以形成不同的布局域從而有利于DNA的復(fù)制和基因的轉(zhuǎn)錄輔助啟動(dòng)DNA復(fù)制特異性地操縱基因轉(zhuǎn)錄調(diào)理基因表達(dá)非組蛋白和組蛋白一樣可以被磷酸化這被認(rèn)為是基因表達(dá)和調(diào)控的重要環(huán)節(jié)第一節(jié)染色體2染色質(zhì)和核小體1核小體布局的主要測驗(yàn)證據(jù)用溫柔的方法破壞細(xì)胞核將染色質(zhì)鋪展在電鏡銅網(wǎng)上通過電鏡查看未經(jīng)處理的染色質(zhì)自然布局為30nm的纖絲經(jīng)鹽溶液處理后解聚的染色質(zhì)呈現(xiàn)一系列核小體相互連接的串珠狀布局念珠的直徑為10nm用微球菌核酸酶micrococcalnuclease消化染色質(zhì)經(jīng)過蔗糖梯度離心及瓊脂糖凝膠電泳分析察覺假設(shè)完全酶解切下的片段都是200bp的單體假設(shè)片面酶解那么得到的片段是以200bp為單位的單體二體400bp三體600bp等等蔗糖梯度離心得到的不同組分在波長260nm的吸收峰的大小和電鏡下所見到的單體二體三體的核小體完全一致應(yīng)用X射線衍射中子散射及電鏡三維重建技術(shù)研究染色質(zhì)結(jié)晶顆粒察覺顆粒是直徑為11nm高60nm的扁圓柱體具有二分對稱性dyadsymmetry核心組蛋白的構(gòu)成是兩個(gè)H3分子和兩個(gè)H4分子先形成四聚體然后再與兩個(gè)由H2A和H2B構(gòu)成的異二聚體heterodimer結(jié)合成八聚體第一節(jié)染色體2核小體布局要點(diǎn)每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA一個(gè)組蛋白八聚體以及一個(gè)分子的組蛋白H1組蛋白八聚體構(gòu)成核小體的核心布局分子量100kD由H2AH2BH3和H4各兩個(gè)分子所組成DNA分子以左手方向盤繞八聚體兩圈每圈83bp共166bp用微球菌核酸酶水解可得到不含組蛋白H1的146bp的DNA片段175圈一個(gè)分子的組蛋白H1與DNA結(jié)合鎖住核小體DNA的進(jìn)出口從而穩(wěn)定了核小體的布局兩個(gè)相鄰核小體之間以連接DNA1inkerDNA相連長度為080bp不等圖22第一節(jié)染色體AB圖22核小體單體的存在及核心顆粒的形成A為核小體布局示意圖B為核小體單元的產(chǎn)生其次節(jié)DNA的組成和布局一DNA的組成1堿基核酸中的堿基分兩類嘧啶堿和嘌呤堿嘧啶堿是母體化合物嘧啶的衍生物核酸中常見的嘧啶堿有三類胞嘧啶尿嘧啶和胸腺嘧啶其中胞嘧啶為DNA和RNA兩類核酸所共有胸腺嘧啶只存在于DNA中但是tRNA中也有少量存在尿嘧啶只存在于RNA中植物DNA中含有確定量的5甲基胞嘧啶在一些大腸桿菌噬菌體DNA中5羥甲基胞嘧啶代替了胞嘧啶嘌呤堿有兩類腺嘌呤及鳥嘌呤嘌呤堿是由母體化合物嘌呤衍生而來的除了5種根本的堿基外核酸中還有一些含量甚少的稀有堿基稀有堿基種類極多大多數(shù)都是甲基化的堿基tRNA中含有較多的稀有堿基可高達(dá)10目前已知稀有堿基和核苷達(dá)近百種圖23A是存在于DNA和RNA分子中的5種含氮堿基的布局式其次節(jié)DNA的組成和布局2核苷核苷是一種糖苷由戊糖和堿基縮合而成糖與堿基之間以糖苷鍵相連接糖的第一位碳原于C1與嘧啶堿的第一位氮原子N1或與嘌呤堿的第九位氮原子N9相連接所以糖與堿基間的連鍵是NC鍵一般稱之為N糖苷鍵核苷中的D核糖及D2脫氧核糖均為呋喃型環(huán)狀布局糖環(huán)中的C1是不對稱碳原子所以有及兩種構(gòu)型但核酸分子中的糖苷鍵均為糖苷鍵應(yīng)用X射線衍射法已證明核苷中的堿基與糖環(huán)平面彼此垂直根據(jù)核苷中所含戊糖圖23B的不同將核苷分成兩大類核糖核苷和脫氧核糖核苷對核苷舉行命名時(shí)務(wù)必先冠以堿基的名稱例如腺嘌呤核苷腺嘌呤脫氧核苷等RNA中含有某些修飾和異構(gòu)化的核苷核糖也能被修飾主要是甲基化修飾tRNA和rRNA中還含少量假尿嘧啶核苷在它的布局中核糖不是與尿嘧啶的第一位氮N1而是與第五位碳C5相連接細(xì)胞內(nèi)有特異的異構(gòu)化酶催化尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)變?yōu)榧倌蜞奏ず塑掌浯喂?jié)DNA的組成和布局3核苷酸核苷的磷酸酯叫做核苷酸分為核糖核苷酸ribonucleotide和脫氧核糖核苷酸deoxyribonucleotide兩大類分別構(gòu)成DNA和RNA的根本布局單位全體的核苷酸都可在其5位置連接一個(gè)以上的磷酸基團(tuán)從戊糖開頭的第一二三個(gè)磷酸殘基依次稱為和及和之間的鍵是高能鍵為大量細(xì)胞活動(dòng)供給能量來源核苷三磷酸縮寫為NTP核苷二磷酸縮寫為NDP5核苷三磷酸是核酸合成的前體細(xì)胞內(nèi)還有各種游離的核苷酸和核苷酸衍生物它們都具有重要的生理功能因此對于核酸和蛋白質(zhì)系統(tǒng)核苷酸相當(dāng)于氨基酸堿基相當(dāng)于氨基酸的功能基下面列舉幾種核苷酸的布局式圖23C核糖核苷的糖環(huán)上有3個(gè)自由羥基能形成3種不同的核苷酸圖23C脫氧核苷的糖環(huán)上只有2個(gè)自由羥基所以只能形成兩種核苷酸生物體內(nèi)游離存在核苷酸多是5核苷酸用堿水解RNA時(shí)可得到2與3核糖核苷酸的混合物其次節(jié)DNA的組成和布局圖23堿基戊糖和核苷酸的布局A堿基B戊糖C核苷酸其次節(jié)DNA的組成和布局二DNA的一級布局DNA由數(shù)量浩瀚的4種脫氧核苷酸通過35磷酸二酯鍵連接而成DNA的一級布局就是這些脫氧核苷酸在分子中的排列依次序列就是DNA分子內(nèi)堿基的排列依次它以密碼子的方式隱匿著遺傳信息以堿基序列的方式隱匿著對遺傳信息的調(diào)控DNA分子中堿基序列貌似是不規(guī)矩的實(shí)際上是高度有序的任何一段DNA序列都可以反映出功能特異性和它的個(gè)體的種族的特征一級布局抉擇了DNA的二級布局折疊成的空間布局這些高級布局又抉擇和影響著一級布局的信息功能即基因的啟動(dòng)和關(guān)閉因此研究DNA的一級布局對表明遺傳物質(zhì)布局功能以及它的表達(dá)調(diào)控都是極其重要的DNA幾乎是全體生物遺傳信息的攜帶者它是信息分子攜帶以下兩類不同的遺傳信息一類是負(fù)責(zé)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的信息在這一類信息中DNA的一級布局與蛋白質(zhì)一級布局之間根本上存在共線性關(guān)系其次節(jié)DNA的組成和布局另一類一級布局信息與基因的表達(dá)有關(guān)負(fù)責(zé)基因活性的選擇性表達(dá)和調(diào)控這一片面DNA的一級布局參與調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄翻譯DNA的復(fù)制細(xì)胞的分化等功能抉擇細(xì)胞周期的不同時(shí)期和個(gè)體發(fā)育的不同階段不同器官不同組織以及不同外界環(huán)境下基因是開啟還是關(guān)閉開啟量是多少等等這一類DNA一級布局有兩種處境它本身負(fù)責(zé)編碼某些調(diào)控蛋白這些蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)調(diào)控相應(yīng)的基因一些DNA一級布局區(qū)段負(fù)責(zé)基因表達(dá)的調(diào)控位點(diǎn)即抉擇基因開啟或關(guān)閉的元件一般由調(diào)控蛋白與調(diào)控元件相互作用來有效地操縱基因后者成為調(diào)控蛋白作用的靶位點(diǎn)DNA分子中有各種特異性元件如與復(fù)制有關(guān)的各種位點(diǎn)都有它們特異性的一級布局DNA分子總的AT與GC含量相等但在某些區(qū)域AT的含量大大增高由于AT堿基對有2個(gè)氫鍵而GC之間有3個(gè)氫鍵在好多有重要調(diào)理功能