分子生物學(xué)染色體與DNA

2.1染色體,基因組2.11原核生物基因組2.12真核生物基因組&染色體2.13病毒基因組目前一頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)2.11原核生物基因組1）結(jié)構(gòu)簡煉

序列利用率高,不轉(zhuǎn)錄序列＜5%，不編碼的序列也為調(diào)控序列2）存在轉(zhuǎn)錄單元

操縱子和多順反子*(注意與蛋白前體的區(qū)別)3）連續(xù)基因

目前二頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)2.12真核生物基因組

&染色體（Chromosome)

(1)單一序列和低度重復(fù)序列(各種基因)中度重復(fù)序列(rRNA,tRNA,結(jié)構(gòu)基因)高度重復(fù)序列(衛(wèi)星DNA)編碼基因的DNA所占比例很小,

功能?目前三頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)(2)不連續(xù)基因

內(nèi)含子和外顯子

(3)多倍體

*C值反?，F(xiàn)象（C-valueparadox)C值是一種生物的單倍體基因組DNA的總量。高等生物一般C值高于低等生物，但有例外。即C值反?，F(xiàn)象。兩棲類比哺乳類高。(真核生物含有大量的重復(fù)DNA是原因)目前四頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)(4)形成核小體染色體(染色質(zhì))*DNA1*RNA0.1

*

蛋白質(zhì)

組蛋白

1(H1H2AH2BH3H4)

非組蛋白

0.6注意:原核,真核基因組都是由雙鏈DNA構(gòu)成.目前五頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)組蛋白的一般特性(1)進(jìn)化上的保守性(2)無組織特異性(3)肽鏈氨基酸分布的不對稱性堿性氨基酸分布在N端的半條鏈上.如N端的靜電荷為16+，C端僅3+；堿性半條鏈與DNA負(fù)電荷區(qū)結(jié)合，另半條鏈與其他蛋白結(jié)合。(4)組蛋白的可修飾性在細(xì)胞周期特定時間可發(fā)生甲基化、乙?；?、磷酸化和ADP核糖基化等。H3、H4修飾作用較普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。目前六頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)非組蛋白的一般特性(1)多樣性(有30~600種)(2)組織特異性(3)種屬特異性目前七頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)串珠模型DNA+組蛋白核小體螺旋體（30nmfiber)超螺旋體(300nmloop)染色體(人類總DNA長度=180cm)146bp,八聚體,1.75圈,縮短7倍螺旋化,縮短6倍進(jìn)一步螺旋化,縮短40倍盤繞.縮短4倍目前八頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)目前九頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)2.13病毒基因組病毒基因基因組很小，但是不同的病毒之間相差亦甚大。

(3kb乙肝病毒—300kb痘病毒)2.病毒基因組可以由DNA組成，也可以由RNA組成;每種病毒顆粒中只含有一種核酸，或為DNA或為RNA，兩者一般不共存于同一病毒顆粒中。3.組成病毒基因組的DNA和RNA可以是單鏈的，也可以是雙鏈的，可以是閉環(huán)分子，也可以是線性分子。目前十頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)4.多數(shù)RNA病毒的基因組是由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但也有些病毒的基因組RNA由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成。5.病毒基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有非常小的一部份不被翻譯.6.存在重疊基因(線粒體和葉綠體DNA也有)7.反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個拷貝(雙倍體)其它病毒基因組都是單倍體。8.細(xì)菌病毒（噬菌體）的基因是連續(xù)的；真核細(xì)胞病毒的基因可能是不連續(xù)的，具有內(nèi)含子.

目前十一頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)2.2DNA的結(jié)構(gòu)2.21DNA的一級結(jié)構(gòu)2.22DNA的二級結(jié)構(gòu)2.23DNA的高級結(jié)構(gòu)目前十二頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)2.21DNA的一級結(jié)構(gòu)1.一級結(jié)構(gòu)的概念

指4種脫氧核苷酸(A,T,G,C)的連接及其排列順序，DNA序列是這一概念的簡稱。由于核苷酸之間的差異僅僅是堿基的不同，故可稱為堿基序列。

2.一級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

(1)脫氧核糖和磷酸通過5’-3’磷酸二酯鍵交替連接，構(gòu)成外側(cè)DNA骨架，堿基排在內(nèi)側(cè);(2)內(nèi)側(cè)堿基通過氫鍵互補(bǔ)配對(A=T，G三C),形成雙鏈;

(3)堿基(對)的順序產(chǎn)生了DNA分子的多樣性(遺傳信息);(4)雙鏈反向平行配對.(*DNA通常以線性或環(huán)狀形式存在，絕大多數(shù)DNA分子都由堿基互補(bǔ)的雙鏈構(gòu)成，有少數(shù)生物以單鏈形式存在，如某些噬菌體和病毒)目前十三頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)核苷酸目前十四頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)目前十五頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)3′5′磷酸二酯鍵5′3′目前十六頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)目前十七頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)目前十八頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)2.22DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)

指二條多核苷酸鏈反向平行盤繞所產(chǎn)生的雙螺旋立體結(jié)構(gòu)主鏈(backbone)：由脫氧核糖和磷酸基通過酯鍵交替連接而成。主鏈有二條,它們似"麻花狀繞一共同軸心以右手方向盤旋,相互平行而走向相反形成雙螺旋構(gòu)型。主鏈處于螺旋的外則,這正好解釋了由糖和磷酸構(gòu)成的主鏈的親水性。所謂雙螺旋就是針對二條主鏈的形狀而言的。堿基對(basepair)：堿基位于螺旋的內(nèi)則,它們以垂直于螺旋軸的取向通過糖苷鍵與主鏈糖基相連。同一平面的堿基在二條主鏈間形成堿基對。配對堿基總是A與T和G與C。堿基對以氫鍵維系，A與T間形成兩個氫鍵。大溝和小溝：大溝和小溝分別指雙螺旋表面凹下去的較大溝槽和較小溝槽。在大溝和小溝內(nèi)的堿基對中的N和O原子朝向分子表面。結(jié)構(gòu)參數(shù)：螺旋直徑2nm；螺旋周期包含10對堿基；螺距3.4nm；相鄰堿基對平面的間距0.34nm。

目前十九頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)目前二十頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)3.4nm目前二十一頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)1.B-DNA最常見的DNA構(gòu)象;2.A-DNA出現(xiàn)DNA－RNA雜交分子中,與基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)有關(guān).3.Z-DNA基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控(近----抑制;遠(yuǎn)-----促進(jìn))DNA二級結(jié)構(gòu)的多態(tài)性

右手螺旋：A-DNA，B-DNA*，左手螺旋：Z-DNA目前二十二頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)ABZ目前二十三頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)

DNA的基本理化特點(diǎn)1)DNA的變性和復(fù)性變性（Denaturation)

DNA雙鏈的氫鍵斷裂，最后完全變成單鏈的過程稱為變性。

增色效應(yīng)(Hyperchromaticeffect)在變性過程中，260nm紫外線吸收值先緩慢上升，當(dāng)達(dá)到某一溫度時驟然上升，稱為增色效應(yīng)。融解溫度（MeltingtemperatureTm)

變性過程紫外線吸收值增加的中點(diǎn)稱為融解溫度。生理條件下為85~95OC影響因素：G+C含量，pH值，離子強(qiáng)度，尿素，甲跣胺等目前二十四頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)目前二十五頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)復(fù)性（Renaturation)熱變性的DNA緩慢冷卻，單鏈恢復(fù)成雙鏈。復(fù)性出現(xiàn)減色效應(yīng)（Hypochromaticeffect)。復(fù)性的速率與DNA的濃度和序列的復(fù)雜性有關(guān)。目前二十六頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)（三）DNA的高級結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA高級結(jié)構(gòu)的主要形式。分為：正超螺旋負(fù)超螺旋目前二十七頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)雙螺旋DNA擰緊則導(dǎo)致正超螺旋，而雙螺旋DNA的松開導(dǎo)致負(fù)超螺旋。超螺旋DNA分子比松散分子能量高。對于負(fù)超螺旋，這一能量會使DNA螺旋易于局部解旋，負(fù)超螺旋有利于需要解旋過程的進(jìn)行，如轉(zhuǎn)錄起始和復(fù)制起始。目前二十八頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)目前二十九頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)2.3DNA的復(fù)制一.DNA復(fù)制的基本條件：

模板、dNTP、RNA引物、酶等。

二.

DNA復(fù)制的特點(diǎn):1.半保留復(fù)制2.半不連續(xù)復(fù)制3.復(fù)制起點(diǎn)固定

三.

DNA復(fù)制的主要方式:1.線性DNA雙鏈的復(fù)制2.環(huán)狀DNA雙鏈的復(fù)制目前三十頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)①拓?fù)洚悩?gòu)酶（Topoisomerase）：主要功能是消除DNA解鏈過程中所產(chǎn)生的扭曲力。②解鏈酶（Helicase）：將DNA母鏈不斷解開形成單鏈。③單鏈結(jié)合蛋白（SSB）：使新解鏈的DNA保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

DNA復(fù)制時的一些重要酶和蛋白質(zhì)目前三十一頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)④引物酶（Primases）：為DNA復(fù)制提供RNA引物。⑤DNA聚合酶（polymerases）：合成新生DNA鏈，切除RNA引物。⑥D(zhuǎn)NA連接酶（Ligases）：使新生DNA鏈上的缺口（3＇-OH，5′-p）生成磷酸二酯鍵。目前三十二頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)二.

DNA復(fù)制的特點(diǎn)1958年Meselson和Stahl所做的實驗：15N標(biāo)記培養(yǎng)基，CsCl離心密度標(biāo)記（0）；14N培養(yǎng)基培養(yǎng)3代。1.半保留復(fù)制目前三十三頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)1.新鏈同時合成方向5’3’2.前導(dǎo)鏈,

滯后鏈{岡崎片段1000bp~2000bp(大腸桿菌),100~200bp(真核生物)}3.RNA引物的合成;DNA鏈的延伸;引物的切除,缺口補(bǔ)平,連接.半不連續(xù)復(fù)制目前三十四頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)半不連續(xù)復(fù)制DNA復(fù)制動畫:

目前三十五頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)固定

1原核一個復(fù)制子,真核多個復(fù)制子

2.一個復(fù)制子,(一般)兩個復(fù)制叉;3.前導(dǎo)鏈,滯后鏈相對

4.在一個復(fù)制周期中,真核為一次;原核可同時進(jìn)行多次復(fù)制,形成多個復(fù)制叉目前三十六頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)目前三十七頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)三.復(fù)制的幾種主要方式1.線性DNA雙鏈的復(fù)制①單一起點(diǎn)的單向復(fù)制。(如腺病毒)目前三十八頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)③多個起始點(diǎn)的雙向復(fù)制（如真核生物）②單一起點(diǎn)的雙向復(fù)制（如T7噬菌體）目前三十九頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)2環(huán)狀DNA雙鏈的復(fù)制①θ型復(fù)制（如大腸桿菌）---單一起點(diǎn)的雙向等速復(fù)制③D-環(huán)型復(fù)制(單向)-----線粒體②滾環(huán)型復(fù)制(單向)—ΦX174目前四十頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)eg原核大腸桿菌1雙鏈環(huán)狀DNA2.DNA復(fù)制形式為θ型3.定點(diǎn)(ori)開始雙向等速復(fù)制4.兩個復(fù)制叉在距起始點(diǎn)1800處會合(Ter-Tus復(fù)合物阻止復(fù)制叉的移動)。5.只有一個復(fù)制單元，但可有多個復(fù)制叉。目前四十一頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)大腸桿菌DNA聚合酶

聚合酶Ⅰ

聚合酶Ⅱ聚合酶Ⅲ酶活性5′→3′聚合作用+++3′→5′外切酶活性+++5′→3′外切酶活性+--構(gòu)成(亞基數(shù))單體單體多亞基生物學(xué)活性10.0515

功能修復(fù)合成、校對校對復(fù)制去除引物、填補(bǔ)空隙修復(fù)校對

目前四十二頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)真核生物的DNA復(fù)制1.細(xì)胞周期的S期;2.多個復(fù)制起點(diǎn)(ARS);3.復(fù)制周期中,只完成一次復(fù)制;4.不同的復(fù)制子按一定的時序啟動5.端粒的復(fù)制目前四十三頁\總數(shù)五十一頁\編于三點(diǎn)真核生物DNA聚合酶

聚合酶αβγδε

5′→3′聚合作用+++++3′→5′外切作用--+++5′→3′外切作用-----細(xì)胞內(nèi)定位核核線粒體核核功能復(fù)制引發(fā)修復(fù)復(fù)制復(fù)制復(fù)制DNA聚合酶δ是負(fù)責(zé)DNA復(fù)制主要的酶，參與先導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。而DNA聚合酶ε的功能是補(bǔ)全去掉RNA引物后的缺口。

聚合酶αβγδε

5′→3′聚合作用+++++3′→5′外切作用--+++5′→3′外切作用--