分子生物學(xué)第二章染色體與

分子生物學(xué)第二章染色體與第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三2023/4/31(CourtesyfigurefromAnnunziatoetal.,2008)第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體

由于親代能夠?qū)⒆约旱倪z傳物質(zhì)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(rèn)為染色體在遺傳上起著主要作用。人類22對(duì)染色體及性染色體性染色體掃描電鏡圖第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體1.1染色體概述：發(fā)現(xiàn)及命名：19世紀(jì)中葉，細(xì)胞生物學(xué)家在光學(xué)顯微鏡下，在細(xì)胞分裂時(shí)觀察到存在于細(xì)胞核中的棒狀可染色結(jié)構(gòu)并將其命名為染色體。染色體成分：

DNA和蛋白質(zhì)第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體染色體與染色質(zhì)染色體與染色質(zhì)是同一種物質(zhì)的兩種形態(tài)。為什么？伸展的染色質(zhì)形態(tài)有利于在它上面的DNA儲(chǔ)存的信息的表達(dá)，高度螺旋化的棒狀染色體則有利于細(xì)胞分裂中遺傳物質(zhì)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(zhì)。第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體1.2真核細(xì)胞染色體的組成：其具體組成成分為：在真核細(xì)胞染色體中，蛋白質(zhì)與相應(yīng)DNA的質(zhì)量之比約為2:1，這些蛋白質(zhì)在維持染色體結(jié)構(gòu)中起著重要作用。{組蛋白：H1H2AH2BH3H4非組蛋白}核小體{DNA蛋白質(zhì)染色體第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體1.2.1蛋白質(zhì)組蛋白：組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，其與DNA組成核小體。根據(jù)其凝膠電泳性質(zhì)可將其分為H1、H2A、H2B、H3及H4。第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體組蛋白的特性：進(jìn)化上極端保守性。無組織特異性。富含賴氨酸的特殊組蛋白H5。肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱性。組蛋白的修飾作用。

1.2.1蛋白質(zhì)第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體進(jìn)化上極端保守性：

保守程度從高到低依次為：H3=H4>H2B=H2A>H1不同種生物組蛋白的氨基酸組成十分相似。牛、豬、大鼠的H4氨基酸序列完全相同，與豌豆序列相比也只有兩個(gè)氨基酸的差異。第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體

到目前為止，僅發(fā)現(xiàn)鳥類、魚類及兩棲類紅細(xì)胞染色體不含H1而帶有H5，精細(xì)胞染色體的組蛋白是魚精蛋白。無組織特異性。富含賴氨酸的特殊組蛋白H5

富含賴氨酸（24%）；還富含16%丙氨酸、13%絲氨酸、11%精氨酸。第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體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(tuán)都分布在C端。肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱性第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體組蛋白游離在外的N-端可以發(fā)生如甲基化、乙?；⒘姿峄?、泛素化、腺苷酸化及ADP核糖基化等的修飾。修飾作用只發(fā)生在細(xì)胞周期的特定時(shí)間和組蛋白的特定位點(diǎn)上。

H3、H4的修飾作用較普遍。組蛋白的修飾作用第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體

非組蛋白非組蛋白占組蛋白總量的60－70%，主要包括酶類、與細(xì)胞分裂有關(guān)的收縮蛋白、骨架蛋白、核孔復(fù)合物蛋白以及肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等。非組蛋白的多樣性：非組蛋白種類約在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。第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體幾類常見的非組蛋白：HMG蛋白。富含賴氨酸、精氨酸、谷氨酸與天冬氨酸，一般認(rèn)為可能與DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。DNA結(jié)合蛋白?？赡苁且恍┡cDNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶或調(diào)解物質(zhì)。A24非組蛋白。與H2A差不多大小，呈酸性，含谷氨酸與天冬氨酸多，于核小體內(nèi)，功能不詳?shù)?5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體不重復(fù)序列：在單倍體基因組里，這些序列一般只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝，它占DNA總量的40%－80%。不重復(fù)序列長約750－2000bp，相當(dāng)于一個(gè)結(jié)構(gòu)基因的長度。單拷貝基因通過基因擴(kuò)增仍可合成大量的蛋白質(zhì)。如蠶絲心蛋白基因。中度重復(fù)序列：這類重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)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。

1.2.2真核生物基因組DNA第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體高度重復(fù)序列：衛(wèi)星DNA。這類DNA只在真核生物中發(fā)現(xiàn)，占基因組的10%—60%，由6—100個(gè)堿基組成，在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)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(fù)序列小峰，后者又稱衛(wèi)星區(qū)帶（峰）。第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體真核細(xì)胞基因組最大的特點(diǎn)是有大量的重復(fù)序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA所隔開。C值：一種生物單倍體基因組DNA的總量。C值反?，F(xiàn)象第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體1.2.3染色質(zhì)和核小體

四級(jí)分別為：核小體螺線管超螺旋圓筒染色單體第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體核小體核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個(gè)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(gè)核小體只有一個(gè)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(lián)起來形成10nm纖維。

第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體螺線管螺線管每一螺旋包含6個(gè)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。第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體超螺旋圓筒由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。第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體染色質(zhì)形成過程中長度與寬度的變化第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體1.3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(gè)基因。第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)染色體從基因組的結(jié)構(gòu)來看，原核細(xì)胞DNA有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡練。非編碼序列極少，這與真核細(xì)胞DNA冗余現(xiàn)象完全不同。存在轉(zhuǎn)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(zhì)的信息第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)Watson和Crick于1953年提出了著名的DNA雙螺旋模型。DNA又稱脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid）。第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2.1一級(jí)結(jié)構(gòu)組成DNA分子的基本單位20世紀(jì)30年代，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到：組成DNA分子的基本單位是脫氧核苷酸。堿基T磷酸脫氧核糖AGC脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)4種脫氧核苷酸ACT腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸

胸腺嘧啶脫氧核苷酸G第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)這些脫氧核苷酸是如何連接成DNA長鏈的呢？…脫氧核苷酸鏈的結(jié)構(gòu)第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)DNA是由幾條鏈構(gòu)成的？它具有怎樣的立體結(jié)構(gòu)呢？雙鏈DNA分子的結(jié)構(gòu)第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結(jié)合，形成堿基對(duì)，它的組成有一定的規(guī)律。這就是A與T，G與C配對(duì)。由于堿基可以任何順序排列，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。DNA有三種構(gòu)象：A-DNA、B-DNA、Z-DNA第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)B-DNA特點(diǎn)：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(shù)10堿基平面與縱軸垂直第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)DNA雙鏈的變性和復(fù)性變性的本質(zhì)：核酸變性指雙螺旋區(qū)氫鍵斷裂、空間結(jié)構(gòu)破壞，形成單鏈狀態(tài)的過程。變性只涉及次級(jí)鍵的變化，磷酸二酯鍵的斷裂稱核酸降解。第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)變性后性質(zhì)的改變

核酸變性后，260nm的紫外吸收值明顯增加，稱增色效應(yīng)。同時(shí)粘度下降，浮力密度升高，生物學(xué)功能部分或全部喪失，這些可以用于判斷核酸的變性程度。第37頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)溶解溫度（Tm值）吸光度增加約40％后，變化趨于平坦，說明兩鏈已完全分開。這表明DNA變性是個(gè)突變過程，類似結(jié)晶的熔解。因此，待紫外吸收的增加且達(dá)最大增量一半時(shí)的溫度值稱熔解溫度（Tm）或DNA的熔點(diǎn)（Tm值）。第38頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)影響Tm的因素：G-C對(duì)含量。Tm值與G+C含量成正比。因?yàn)镚-C對(duì)含3個(gè)氫鍵．A-T對(duì)含2個(gè)氫鍵，G-C對(duì)相對(duì)含量愈高、Tm也愈高。溶液的離子強(qiáng)度。離子強(qiáng)度較低的介質(zhì)中，Tm較低。溶液的pH。高PH下堿基廣泛去質(zhì)子而喪失形成氫