第二章-染色體與DNA

一、染色體的概述

染色體（chromosome）

：是指存在于細胞核中的棒狀可染色結(jié)構(gòu)，由染色質(zhì)（chromatin）構(gòu)成。染色質(zhì)是由DNA、RNA和蛋白質(zhì)形成的復合體。染色體是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，在細胞周期的不同階段明顯不同。染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體親子代傳遞量的恒定第一節(jié)

染色體6/27/20231本文檔共139頁；當前第1頁；編輯于星期三\11點22分

不同物種染色體數(shù)目存在較大差別，同一物種內(nèi)每條染色體所帶的DNA量是一定的，但不同染色體或不同物種之間變化很大。如人的X染色體帶有1.28億個核苷酸對，而Y染色體只帶有0.19億個核苷酸對。6/27/20232本文檔共139頁；當前第2頁；編輯于星期三\11點22分真核生物染色體1、真核細胞結(jié)構(gòu)2、染色體概況DNA:27%，

蛋白質(zhì):66%，

RNA:～6%每條染色體只有一個DNA分子6/27/20233本文檔共139頁；當前第3頁；編輯于星期三\11點22分非分裂期的染色質(zhì)在電子顯微鏡下呈纖維串珠狀的長絲

一般說來，染色體只有在細胞有絲分裂過程中，才可在光學顯微鏡下觀察到。6/27/20234本文檔共139頁；當前第4頁；編輯于星期三\11點22分細菌染色體組織

沒有明顯的核區(qū)域，細菌基因組仍然是高度致密的。E.coli溶解時，DNA形成大量環(huán)形（loops）結(jié)構(gòu)。在活體細胞中，DNA則以高度致密的狀態(tài)與蛋白質(zhì)結(jié)合。6/27/20235本文檔共139頁；當前第5頁；編輯于星期三\11點22分

真核細胞染色體的特征：染色體位于細胞核內(nèi)。在細胞分裂間期，染色體以較細且松散的染色質(zhì)形式存在，只有在細胞分裂期，才可在光學顯微鏡下觀察到棒狀可染色的染色體。在染色體中，DNA與組蛋白和非組蛋白完全融合在一起。6/27/20236本文檔共139頁；當前第6頁；編輯于星期三\11點22分

原核細胞染色體的特征:染色體位于類似“核”的結(jié)構(gòu)—類核體上；染色體外包裹著稀疏的非組蛋白，不含組蛋白；原核生物中一般只有一條染色體，且大都帶有單拷貝基因，只有很少數(shù)基因（如rRNA基因)是以多拷貝形式存在的；整個染色體幾乎完全由功能基因和調(diào)控序列所組成。

6/27/20237本文檔共139頁；當前第7頁；編輯于星期三\11點22分二、真核細胞染色體的組成染色體的特征：（1）分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定；（2）能夠自我復制，使親子代間保持連續(xù)性；（3）能夠指導蛋白質(zhì)合成，控制整個生命過程；（4）能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。6/27/20238本文檔共139頁；當前第8頁；編輯于星期三\11點22分組蛋白殘基數(shù)分子量（kD）%精%賴種類H121523.0129連接蛋白H2A12914.0911核心蛋白H2B12513.8616核心蛋白H313515.31310核心蛋白H410211.31411核心蛋白

染色體上的蛋白質(zhì)主要包括組蛋白和非組蛋白。組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，它與DNA組成核小體，是一類小的堿性蛋白。1、蛋白質(zhì)6/27/20239本文檔共139頁；當前第9頁；編輯于星期三\11點22分組蛋白的特征：1、進化上的極端保守（如H3、H4）；2、無組織特異性；3、肽鏈上氨基酸分布的不對稱性（賴氨酸、精氨酸含量豐富）；4、組蛋白的修飾作用（甲基化、乙?；?、磷酸化）；5、富含賴氨酸的組蛋白H5（H5的磷酸化可能在染色質(zhì)的失活過程中起重要作用）。6/27/202310本文檔共139頁；當前第10頁；編輯于星期三\11點22分

非組蛋白包括酶類及細胞分裂有關(guān)的一些蛋白。它們可能與DNA的結(jié)構(gòu)、復制及轉(zhuǎn)錄等有關(guān)。非組蛋白主要包括：1、HMG蛋白（highmobilitygroupprotein)，可能與超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)；2、DNA結(jié)合蛋白：可能是一些與DNA的復制或轉(zhuǎn)錄的關(guān)的酶或調(diào)節(jié)物；3、A24非組蛋白，肝臟中特有的一組蛋白，與H2A及泛素結(jié)構(gòu)相似，功能不詳。6/27/202311本文檔共139頁；當前第11頁；編輯于星期三\11點22分哺乳動物兩棲動物鳥類昆蟲線蟲霉菌酵母細菌支原體

各個種類生物的最小基因組與其復雜性正相關(guān)。2.真核生物基因組DNA6/27/202312本文檔共139頁；當前第12頁；編輯于星期三\11點22分開花植物鳥類哺乳動物爬行動物兩棲類硬骨魚軟骨魚棘皮動物甲殼類昆蟲軟體動物線蟲霉菌藻類真菌革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌支原體各物種基因組大小比較

C-值（C-value）:一種生物單倍體基因組DNA的總量。

C-值矛盾（C-valueparadox）：C值往往與種系進化的復雜程度不一致。6/27/202313本文檔共139頁；當前第13頁；編輯于星期三\11點22分

（1）、不重復序列：在單倍體基因組中只有一個或幾個拷貝的DNA序列，占DNA總量的40%~80%。長約750-2000bp，相當于一個結(jié)構(gòu)基因的長度。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝。

（2）、中度重復序列:

每個基因組中10～104個拷貝。平均長度為300bp，一般是不編碼序列，廣泛散布在非重復序列之間?？赡茉诨蛘{(diào)控中起重要作用，如rRNA、tRNA等。大多數(shù)高等真核生物的基因組都有10%~40%的中度重復序列。真核細胞DNA在序列上可分為3類:6/27/202314本文檔共139頁；當前第14頁；編輯于星期三\11點22分(3)、高度重復序列——衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）

只存在于真核生物中，占基因組的10%~60%，由6~10個堿基組成。衛(wèi)星DNA均位于染色體的著絲粒上。6/27/202315本文檔共139頁；當前第15頁；編輯于星期三\11點22分3、染色質(zhì)和核小體

染色質(zhì)：是由許多核小體連成的念珠狀結(jié)構(gòu)。實驗證據(jù)：P301）染色質(zhì)中，H2A、H2B、H3、H4的數(shù)量大致相等，而H1的數(shù)量不超過它們的一半；2）組蛋白組成直徑約10nm的顆粒，由裸露的DNA連接；3）DNA位于核小體的外側(cè)；染

色

質(zhì)小球菌核酸酶處理染色質(zhì)6/27/202316本文檔共139頁；當前第16頁；編輯于星期三\11點22分4）用小球菌核酸酶處理染色質(zhì)，得到的DNA片段為200bp的整數(shù)倍；5）將組蛋白加入SV40的DNA中，可在體外形成染色質(zhì)樣纖維。其中與一個核小體結(jié)合的DNA很接近200bp；缺少H2A、H2B、H3、H4中任何一種都不能形成核小體，H1則不是必需的。6/27/202317本文檔共139頁；當前第17頁；編輯于星期三\11點22分

核小體是組成染色質(zhì)的重復單位，每個核小體由約200（160～250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2個，以及一個H1組成。核小體中組蛋白聚合體組成6/27/202318本文檔共139頁；當前第18頁；編輯于星期三\11點22分1）核心顆粒結(jié)構(gòu)：

單個核小體繼續(xù)消化可以把DNA進一步剪短，釋放出H1；剩余的顆粒稱為核心顆粒，由H2A、H2B、H3、H4組成；結(jié)合在核心顆粒而不被降解的DNA稱為核心DNA（coreDNA）；重復單位中除核心DNA以外的其它DNA稱為連接DNA（linkerDNA）。

雙折疊對稱盤形，高6nm，直徑11nm;由(H3)2(H4)2四聚體構(gòu)成組蛋白八聚體核心，頂部和底部各有一H2A.H2B二聚體;6/27/202319本文檔共139頁；當前第19頁；編輯于星期三\11點22分小球菌核酸酶對染色質(zhì)的持續(xù)作用產(chǎn)生各種不同結(jié)果6/27/202320本文檔共139頁；當前第20頁；編輯于星期三\11點22分2）組蛋白H1H1由兩部分組成，一部分是保守的核心，一部分是可變的延伸出去的N端和C端臂。DNA進入和離開組蛋白聚合體的位置十分接近，這由進出兩端與H1結(jié)合形成。如沒有H1，則DNA進入和離開核心顆粒的位置是隨機的。6/27/202321本文檔共139頁；當前第21頁；編輯于星期三\11點22分由核小體串聯(lián)形成的10nm纖絲30nm纖絲3）、染色質(zhì)的存在形式：6/27/202322本文檔共139頁；當前第22頁；編輯于星期三\11點22分30nm纖絲由10nm纖維卷曲繞成圓筒形線圈，每圈約6個核小體，螺距11nm（核小體直徑）。這一結(jié)構(gòu)需要H1穩(wěn)定。30nm纖絲的包裝比為40。6/27/202323本文檔共139頁；當前第23頁；編輯于星期三\11點22分

DNA和組蛋白構(gòu)成核小體，核小體再繞成一個中空的螺線管狀結(jié)構(gòu)，這種螺線管狀結(jié)構(gòu)（有的部分就是珠狀核小體結(jié)構(gòu)）就成為染色質(zhì)絲。染色質(zhì)絲再與許多非組蛋白結(jié)合形成染色體結(jié)構(gòu)。染色體的包裝過程DNA核小體7倍30nm

纖絲（螺線管）6倍67nm10nm

每圈6個核小體

超螺旋40倍5倍染色體單體200bpDNA6/27/202324本文檔共139頁；當前第24頁；編輯于星期三\11點22分真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點：1、基因組龐大；2、大量重復序列的存在；3、大部分序列為非編碼序列；4、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子；5、真核基因是斷裂基因；6、真核基因存在大量的順式作用元件；7、DNA存在多態(tài)性；8、具有端粒結(jié)構(gòu)。6/27/202325本文檔共139頁；當前第25頁；編輯于星期三\11點22分DNA多態(tài)性：指DNA序列中發(fā)生變異而導致的個體間核苷酸序列的差異，主要包括單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)和串聯(lián)重復序列多態(tài)性(tandemrepeatspolymorphism)兩類。6/27/202326本文檔共139頁；當前第26頁；編輯于星期三\11點22分三、原核生物基因組及其特點1、原核生物的遺傳物質(zhì)

原核生物的遺傳物質(zhì)只以裸露的核酸分子存在，且與少量的非組蛋白結(jié)合，但不形成染色體結(jié)構(gòu)，習慣上把原核生物的核酸分子也稱為染色體。6/27/202327本文檔共139頁；當前第27頁；編輯于星期三\11點22分2、原核生物基因組的特點（1）結(jié)構(gòu)簡練

其DNA分子絕大多數(shù)用于編碼蛋白質(zhì)，不翻譯的序列只占4%，并且編碼序列是連續(xù)的；（2）存在轉(zhuǎn)錄單元

功能上密切相關(guān)的基因構(gòu)成操縱子或高度集中，并且可被一起轉(zhuǎn)錄；（3）重疊基因和基因內(nèi)基因

即同一段DNA序列能攜帶兩種不同蛋白質(zhì)的遺傳信息。6/27/202328本文檔共139頁；當前第28頁；編輯于星期三\11點22分小結(jié)一、染色體染色體的概念真核、原核染色體的特征6/27/202329本文檔共139頁；當前第29頁；編輯于星期三\11點22分

二

、真核細胞染色體的組成蛋白質(zhì)組蛋白種類、特性非組蛋白DNAC值C值矛盾DNA的種類不重復序列中度重復序列高度重復序列染色質(zhì)和核小體核小體的概念染色體的包裝6/27/202330本文檔共139頁；當前第30頁；編輯于星期三\11點22分三、真核生物、原核生物基因組結(jié)構(gòu)的特點6/27/202331本文檔共139頁；當前第31頁；編輯于星期三\11點22分核苷酸結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)6/27/202332本文檔共139頁；當前第32頁；編輯于星期三\11點22分1、DNA的一級結(jié)構(gòu)：是指4種核苷酸的排列順序，表示了該DNA分子的化學組成。又由于4種核苷酸的差異僅僅是堿基的不同，因此又是指堿基的排列順序。6/27/202333本文檔共139頁；當前第33頁；編輯于星期三\11點22分2、DNA的二級結(jié)構(gòu)：是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的二級結(jié)構(gòu)右手螺旋左手螺旋A-DNAB-DNAZ-DNA6/27/202334本文檔共139頁；當前第34頁；編輯于星期三\11點22分基本特點：（1）由兩條互相平行的脫氧核苷酸鏈盤繞而成；（2）兩條主鏈的脫氧核糖和磷酸由3’,5’磷酸二酯鍵交互連接而成，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基位于內(nèi)側(cè)；（3）兩條鏈上的堿基通過氫鍵結(jié)合，形成堿基對，堿基必須以A-T、C-G配對；6/27/202335本文檔共139頁；當前第35頁；編輯于星期三\11點22分6/27/202336本文檔共139頁；當前第36頁；編輯于星期三\11點22分

兩條主鏈的脫氧核糖和磷酸由3’,5’磷酸二酯鍵交互連接而成；堿基位于內(nèi)側(cè)；堿基必須以A-T、C-G配對；直徑：2.0nm；螺距：3.4nm；每匝10bp/10.5bp；

大溝含較多信息，為復制、轉(zhuǎn)錄部位；小溝具一定調(diào)節(jié)功能。6/27/202337本文檔共139頁；當前第37頁；編輯于星期三\11點22分DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性6/27/202338本文檔共139頁；當前第38頁；編輯于星期三\11點22分

B-DNA（含水量92%）脫水后變形為A-DNA（含水75%），相鄰磷酸間距縮小，每匝增為11bp?？傮w變得寬而短；大溝變細、加深；小溝變得寬而淺。A-DNA

通常DNA在細胞中以B-DNA形式存在，但可能發(fā)生改變；DNA-RNA雜交分子呈A型。6/27/202339本文檔共139頁；當前第39頁；編輯于星期三\11點22分Z-DNA與B-DNA的比較

最大區(qū)別：Z-DNA為左旋！由部分堿基平面反轉(zhuǎn)所致。

螺距4.5nm，每對堿基上升0.37nm，每匝12bp。主鏈變的不平滑。Z-DNAZ-DNA在鄰近調(diào)控系統(tǒng)，抑制轉(zhuǎn)錄；在遠離調(diào)控區(qū)，激活轉(zhuǎn)錄的起始。所以，Z-DNA可能與基因的調(diào)控有關(guān)。6/27/202340本文檔共139頁；當前第40頁；編輯于星期三\11點22分A—DNAB—DNAZ—DNA螺旋方向右右左每匝堿基數(shù)111012每堿基對上升距離0.26nm0.34nm0.37nm螺距2.8nm3.4nm4.5nm每堿基對在螺旋中旋轉(zhuǎn)角度3336-60總尺寸短而寬較長而細長而細大溝細而深寬而中等深平伏于螺旋表面小溝寬而淺窄而中等深很窄很深三種DNA結(jié)構(gòu)特性比較6/27/202341本文檔共139頁；當前第41頁；編輯于星期三\11點22分DNA雙鏈的變性和復性當DNA溶液溫度接近沸點或pH較高時，互補的兩條鏈有可能分開，稱為DNA的變性(denaturation)。此過程是可逆的。DNA的互補鏈重新聚合為規(guī)則的雙鏈稱為DNA的復性。增色效應(yīng)和減色效應(yīng)：在變性過程中，260nm紫外線吸收值先緩慢上升，當達到某一溫度時驟然上升，稱為增色效應(yīng)。反之，為減色效應(yīng)。6/27/202342本文檔共139頁；當前第42頁；編輯于星期三\11點22分融解溫度（Meltingtemperature，Tm)：變性過程紫外線吸收值增加的中點稱為融解溫度。生理條件下為85~95OC,影響因素：G+C含量，pH值，離子強度，尿素，甲酰胺等6/27/202343本文檔共139頁；當前第43頁；編輯于星期三\11點22分3、DNA的高級結(jié)構(gòu)

DNA的高級結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。

1965年首次發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的原核生物DNA為共價閉合環(huán)狀DNA（covalentlyclosedcircle，cccDNA），經(jīng)進一步螺旋化，成為超螺旋結(jié)構(gòu)。之后發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的DNA分子，包括線形分子，具超螺旋結(jié)構(gòu)。6/27/202344本文檔共139頁；當前第44頁；編輯于星期三\11點22分L=T+WL(linkingnumber，連接數(shù))：一股鏈繞另一股鏈盤繞的次數(shù)。在閉合分子雙鏈的共價鍵不發(fā)生斷裂時保持不變，為分子的拓撲學常數(shù)。T(twistingnumber，盤繞數(shù))：代表一股鏈繞旋轉(zhuǎn)軸所做的完整的旋轉(zhuǎn)數(shù)。即DNA雙螺旋的匝數(shù)，等于堿基數(shù)÷每匝堿基數(shù)。W(writhingnumber，超盤繞數(shù))：代表雙螺旋軸在空間上的轉(zhuǎn)動數(shù)。即直觀上的超螺旋數(shù)。分子內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，張力導致超螺旋形成。超螺旋的形成原因6/27/202345本文檔共139頁；當前第45頁；編輯于星期三\11點22分

正超螺旋（positivesupercoil）：由于雙鏈緊纏而引起的超螺旋。

負超螺旋（negaivesupercoil）：由于雙鏈松纏而引起的超螺旋。兩種超螺旋的自由能均高于松弛狀態(tài)。天然原核生物DNA都呈負超螺旋；在體外可形成正超螺旋，如加入溴乙錠，可引入正超螺旋。DNA的幾種超螺旋的狀態(tài)：6/27/202346本文檔共139頁；當前第46頁；編輯于星期三\11點22分緊纏而引起正超螺旋右手螺旋的DNA順時針方向旋轉(zhuǎn)自由末端逆時針方向旋轉(zhuǎn)自由末端松纏而引起負超螺旋逆時針方向旋轉(zhuǎn)松纏而引起負超螺旋緊纏而引起正超螺旋順時針方向旋轉(zhuǎn)6/27/202347本文檔共139頁；當前第47頁；編輯于星期三\11點22分質(zhì)粒的松弛狀態(tài)和超螺旋狀態(tài)超螺旋分子的電泳遷移速率提高超螺旋對分子遷移的影響6/27/202348本文檔共139頁；當前第48頁；編輯于星期三\11點22分

超螺旋可形成高度致密狀態(tài)，從而得以容納于有限的空間內(nèi)。

活體中，DNA的構(gòu)象是動態(tài)的。B-DNA是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，引入負超螺旋可提高其能量水平，影響DNA結(jié)構(gòu)變化。如有助于在特定區(qū)域的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化、使DNA雙鏈分開等。超螺旋的生物學意義6/27/202349本文檔共139頁；當前第49頁；編輯于星期三\11點22分功能：催化DNA分子拓撲異構(gòu)體之間的相互轉(zhuǎn)化。作用機制：切開磷酸二酯鍵，在主鏈上造成切口，通過改變連接數(shù)（L）來改變超螺旋狀態(tài)。分類：I型拓撲異構(gòu)酶：每次切開一股鏈。II型拓撲異構(gòu)酶：每次切開雙股鏈。既可消除負超螺旋，又可消除正超螺旋。需要ATP，使分子L值每次變化±2。DNA拓撲異構(gòu)酶（DNAtopoisomerase）Ⅱ型拓撲異構(gòu)酶的作用6/27/202350本文檔共139頁；當前第50頁；編輯于星期三\11點22分小

結(jié)DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)基本特征分類DNA的高級結(jié)構(gòu)概念特點概念概念分類6/27/202351本文檔共139頁；當前第51頁；編輯于星期三\11點22分一、復制的概貌DNA復制的半保留性三種可能的方式：全保留復制（conservativereplication）半保留復制（semiconservativereplication）彌散復制（dispersivereplication）第三節(jié)DNA的復制6/27/202352本文檔共139頁；當前第52頁；編輯于星期三\11點22分

母鏈中的全部置換為

15N，然后讓E.coli在僅含有

14N的培養(yǎng)基上進行復制。(Meselson&Stahl,1958)半保留復制：每個子代分子的一條鏈來自親代DNA,另一條則是新合成的，這種復制方式稱為DNA的半保留復制（semiconservativereplication)。6/27/202353本文檔共139頁；當前第53頁；編輯于星期三\11點22分復制原點（origin）:DNA分子復制的特定起點。復制方向可以是單向或者雙向二、復制的起點、方向和速度

對一個生物體而言，復制的起點是固定的，復制叉移動的方向和速度以雙向等速為主。6/27/202354本文檔共139頁；當前第54頁；編輯于星期三\11點22分復制叉（replicationfork）:正在進行復制的復制起點呈現(xiàn)叉子的形式，稱為復制叉。復制眼（replicationeye）:DNA復制的部分看上去象一只眼睛，稱為復制眼。復制子（replicon）：生物體的復制單位稱為復制子。6/27/202355本文檔共139頁；當前第55頁；編輯于星期三\11點22分三、DNA復制的幾種方式1、線性DNA雙鏈的復制

所有已知的核酸聚合酶，無論是DNA聚合酶還是RNA聚合酶都只從5'端向3'端移動，新鏈的合成方向與聚合酶移動方向一致，即是5'→3

'

；

而對于DNA的合成必需一段引物的存在，體內(nèi)DNA復制時，由一段RNA引物起始DNA合成，起始后它必須切除，切除后，5'端如何起始呢？

這就提出了線性DNA末端復制的問題。6/27/202356本文檔共139頁；當前第56頁；編輯于星期三\11點22分（1）將線性DNA分子轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀或多聚分子（末端簡并性是前提條件，如T7噬菌體）；重復序列互補末端間的堿基配對缺口由DNA聚合酶和連接酶填補位點專一性核酸酶切割3’端聚合6/27/202357本文檔共139頁；當前第57頁；編輯于星期三\11點22分（2）DNA末端發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成（如：草履蟲的線性線粒體）abadeDCBAbABCDbcdacABCDEbaABCDedcdcABCDabcdEABCDabcdeabcdABCDe6/27/202358本文檔共139頁；當前第58頁；編輯于星期三\11點22分（3）在某種蛋白的介入下，在真正的末端起始復制，（如Φ29噬菌體和腺病毒DNA）。6/27/202359本文檔共139頁；當前第59頁；編輯于星期三\11點22分2、環(huán)狀DNA雙鏈的復制（1）θ

型復制體如，大腸肝菌質(zhì)粒DNA的復制。6/27/202360本文檔共139頁；當前第60頁；編輯于星期三\11點22分（2）滾環(huán)型復制如：ΦX174在原點割切；共價延伸；切下被替換的單鏈。6/27/202361本文檔共139頁；當前第61頁；編輯于星期三\11點22分（3）D-環(huán)形如動物線粒體DNA的復制

雙鏈環(huán)在固定點解開進行復制，但兩條鏈合成速度高度不一致，其中一條進行復制，另一條則成為游離的單鏈環(huán)（即D環(huán)）。兩條鏈復制起點不同。6/27/202362本文檔共139頁；當前第62頁；編輯于星期三\11點22分四、原核生物和真核生物DNA復制的特點1、大腸桿菌DNA復制原核生物每個DNA分子只有一個復制原點。復制原點序列特征4個9bp重復序列，3個13bp重復序列，都富含A-T對。6/27/202363本文檔共139頁；當前第63頁；編輯于星期三\11點22分（1）DNA雙螺旋的解旋DNA的解鏈過程，首先在拓撲異構(gòu)酶I的作用下解開負超螺旋，并與解鏈酶共同作用，在復制起點處解開雙鏈。一旦局部解開雙鏈，就必須有單鏈結(jié)合蛋白(SSB)來穩(wěn)定解開的單鏈，以保證核苷酸局部不會恢復成雙鏈。接著由引發(fā)酶等組成的引發(fā)體迅速作用于兩條單鏈DNA上。6/27/202364本文檔共139頁；當前第64頁；編輯于星期三\11點22分a、DNA解鏈酶DNA解鏈酶能通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。

大部分解鏈酶沿后隨鏈模板的5′→3′方向并隨著復制叉的前進而移動；

另一種解鏈酶Rep蛋白是沿前導鏈模板的3′→5′方向移動。6/27/202365本文檔共139頁；當前第65頁；編輯于星期三\11點22分b、單鏈結(jié)合蛋白SSB以四聚體的形式結(jié)合在單鏈DNA的復制叉處，其作用是保證被解鏈酶解開的單鏈在復制完成前保持單鏈結(jié)構(gòu)。SSB與DNA的結(jié)合能力在原核生物中表現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，而在真核生物中則不表現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。6/27/202366本文檔共139頁；當前第66頁；編輯于星期三\11點22分c、DNA拓撲異構(gòu)酶

天然狀態(tài)下，DNA以負超螺旋的形式存在，易形成部分單鏈結(jié)構(gòu)，利于DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合。

在DNA復制過程中形成正超螺旋，拓撲異構(gòu)酶能夠消除解鏈造成正超螺旋的堆積，消除阻礙解鏈進行的壓力，使復制繼續(xù)進行。6/27/202367本文檔共139頁；當前第67頁；編輯于星期三\11點22分（2）、DNA復制的引發(fā)

DNA復制時，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶從RNA引物3，端開始合成新的DNA鏈。

后隨鏈的引發(fā)過程由引發(fā)體來完成，引發(fā)體由6種蛋白質(zhì)n、n,、

n,,、DnaB、C和I共同組成，6種蛋白質(zhì)合在一起形成引發(fā)前體，引發(fā)前體與引發(fā)酶進一步組裝成引發(fā)體才能發(fā)揮其功效。6/27/202368本文檔共139頁；當前第68頁；編輯于星期三\11點22分

引發(fā)酶是dnaG基因的產(chǎn)物，是在特定條件下發(fā)揮作用的RNA聚合酶，僅用于合成DNA復制所需的一小段RNA。DNA聚合酶Ⅲ在RNA引物的3'末端繼續(xù)合成DNA鏈，直至下一個引物或?qū)槠?。由RNaseH降解RNA引物并由DNA聚合酶Ⅰ將缺口補齊，再由DNA連接酶將兩個岡崎片段連接在一起形成大分子DNA。6/27/202369本文檔共139頁；當前第69頁；編輯于星期三\11點22分起始過程：a、大約20個DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個9bp重復序列結(jié)合；b、在HU蛋白和ATP的共同作用下，DnaA蛋白使13bp序列變性，形成單鏈；C、

DnaB（解鏈酶）六體分別與單鏈DNA結(jié)合（需要DnaC

的幫助），進一步解開DNA雙鏈；d、

DnaG(引發(fā)酶)進入，合成引物。其它蛋白：SSB，DNA聚合酶作用。6/27/202370本文檔共139頁；當前第70頁；編輯于星期三\11點22分兩股新合成鏈都是按5’~3’方向合成。（3）岡崎片段與半不連續(xù)復制6/27/202371本文檔共139頁；當前第71頁；編輯于星期三\11點22分前導鏈（leadingstrand）：隨著親本雙鏈體的解開而連續(xù)進行復制的鏈，稱為前導鏈；后隨鏈（laggingstrand）：一段親本DNA單鏈首先暴露出來，然后以與復制叉移動相反的方向、按照5’

→3’方向合成一系列短DNA片段，然后再將它們連接成完整的鏈，稱為后隨鏈。后隨鏈不連續(xù)合成形成的短DNA片段，稱為岡崎片段（Okazakifragment）。6/27/202372本文檔共139頁；當前第72頁；編輯于星期三\11點22分岡崎片段的連接DNAPolI，ligase6/27/202373本文檔共139頁；當前第73頁；編輯于星期三\11點22分(4)、DNA復制的終止大腸桿菌DNA復制的終止

當復制叉遇到約22個堿基的重復性終止子序列（Ter)時，Tus-Ter復合物能使DnaB不再將DNA解鏈，阻擋復制叉的繼續(xù)前移，等到相反方向的復制叉達到后停止復制。6/27/202374本文檔共139頁；當前第74頁；編輯于星期三\11點22分

停止復制后，其間仍有50~100bp未被復制，由修復方式填補空缺，然后兩條鏈解開。

在拓撲異構(gòu)酶Ⅳ的作用下使復制叉解體，釋放子鏈DNA。6/27/202375本文檔共139頁；當前第75頁；編輯于星期三\11點22分（5）、DNA聚合酶DNA聚合酶Iklenow片段（2/3的C端）DNA聚合酶活性3’-5’核酸外切酶活性N端：5’-3’核酸外切酶活性切除嘧啶二聚體除去RNA引物6/27/202376本文檔共139頁；當前第76頁；編輯于星期三\11點22分

DNA聚合酶II（DNAPolymeraseII,PolII）具DNA聚合酶活性，但活力很低；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它的主要生理功能是修復DNA。DNA聚合酶III（DNAPolymeraseIII,PolIII）具DNA聚合酶活性，活力較強；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大腸桿菌DNA復制中鏈延長反應(yīng)的主導聚合酶。6/27/202377本文檔共139頁；當前第77頁；編輯于星期三\11點22分

DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ分別由dinB和umuD‘2C基因編碼，主要在SOS修復過程中發(fā)揮作用。6/27/202378本文檔共139頁；當前第78頁；編輯于星期三\11點22分大腸桿菌DNA聚合酶I、II和III的性質(zhì)比較性質(zhì)聚合酶I聚合酶II聚合酶III3’-5’

外切＋＋＋5’-3’外切＋——新生鏈合成——＋生物學活性10.05156/27/202379本文檔共139頁；當前第79頁；編輯于星期三\11點22分

含多個復制原點，即含多個復制子。一般為雙向移動

各個復制子在完全完成復制之前，起始點上DNA的復制不能再開始。復制特點：2、真核生物DNA的復制6/27/202380本文檔共139頁；當前第80頁；編輯于星期三\11點22分

真核生物的復制子相對較小，其長度為40~100kb。

自主性復制序列（autonomousreplicationsequence,ARS）：真核生物DNA的復制起始位點。ARS的共同特征：具有一個A區(qū)，該區(qū)含有11個A-T堿基對的保守序列。

真核生物DNA復制的起始需要起始點識別復合物（originrecognitioncomplex,ORC)結(jié)合于ARS，ORC是由6種蛋白質(zhì)組成的啟動復合物。6/27/202381本文檔共139頁；當前第81頁；編輯于星期三\11點22分

復制原點的平均距離（復制子平均大小）同一基因組內(nèi)的差異很大。Yeast/fly:40kb;animal:～100kb

復制平均速度：～2,000bp/min(對比E.coli:50,000bp/min)，還不到大腸肝菌的1/20。

在任意時刻，通常只有少數(shù)（<15%）復制子工作只有一部分用于起始復制，另有一部分有時使用。

復制子的長度不是固定不變的。6/27/202382本文檔共139頁；當前第82頁；編輯于星期三\11點22分真核生物DNA聚合酶的比較性質(zhì)DNA聚合酶αDNA聚合酶βDNA聚合酶γDNA聚合酶δDNA聚合酶ε亞基數(shù)4122～3≥1在細胞內(nèi)分布核內(nèi)核內(nèi)線粒體核內(nèi)核內(nèi)功能DNA引物合成損傷修復線粒體DNA復制主要DNA復制酶復制修復(補齊缺口)3’-5’

外切——＋＋＋5’-3’外切—————6/27/202383本文檔共139頁；當前第83頁；編輯于星期三\11點22分真核生物DNA的復制：聚合酶α復合體在復制叉上存在聚合酶δ復合體聚合酶δ和ε復合體與延伸前導鏈延伸岡崎片段6/27/202384本文檔共139頁；當前第84頁；編輯于星期三\11點22分岡崎片段RNA引物的去除RNA酶H1在靠近RNA與DNA連接處切開引物具有5’-3’外切酶活性的FEN1蛋白降解RNA片段DNA連接酶Ⅰ將相鄰的岡崎片段連接起來6/27/202385本文檔共139頁；當前第85頁；編輯于星期三\11點22分防止染色體部分缺失的機制端粒結(jié)構(gòu)端粒酶

如端粒酶具有反轉(zhuǎn)錄酶活性，能利用自身攜帶的RNA鏈作為模板，以dNTP為原料，以反轉(zhuǎn)錄方式催化合成模板后隨鏈5'端DNA片段或外加重復單位，以維持端粒一定的長度，防止染色體的缺失損傷。6/27/202386本文檔共139頁；當前第86頁；編輯于星期三\11點22分3、DNA復制的調(diào)控

在不同養(yǎng)分條件的培養(yǎng)基中培養(yǎng)的E.coli，其分裂周期變化極大，可在20min～10h之間變化；但DNA的復制周期總是穩(wěn)定在40min左右。DNA復制數(shù)量的不同主要是由復制叉的多少決定的。復制叉的多少又是由復制起始的頻率決定的。復制起始頻率的直接調(diào)控因子是蛋白質(zhì)和RNA。E.coli細胞分裂周期與DNA復制的協(xié)調(diào)（1）原核生物DNA復制的調(diào)控6/27/202387本文檔共139頁；當前第87頁；編輯于星期三\11點22分（2）真核生物DNA復制的調(diào)控S

期：以第一個復制子激活復制起始為標志。

細胞生活周期水平的調(diào)控（限制點調(diào)控）一些外部因素和細胞因子參與限制點控制。6/27/202388本文檔共139頁；當前第88頁；編輯于星期三\11點22分

染色體水平的調(diào)控

在任意時刻，通常只有少數(shù)（<15%）復制子工作，這種合成的先后順序，是由什么來決定的呢？

復制子水平的調(diào)控

決定復制的起始與否，包括復制起始復合物的合成和引物合成等階段。6/27/202389本文檔共139頁；當前第89頁；編輯于星期三\11點22分小

結(jié)1、DNA復制的概貌—半保留復制2、復制的起點、方向和速度3、DNA復制的幾種方式線性DNA雙鏈的復制環(huán)狀DNA雙鏈4、原核生物DNA的復制5、真核生物DNA的復制6、DNA復制的調(diào)控6/27/202390本文檔共139頁；當前第90頁；編輯于星期三\11點22分第四節(jié)DNA的修復一、錯配修復（甲基指導的錯配修復）

錯配修復是按模板的遺傳信息來修復錯配堿基的，修復時先要區(qū)分模板鏈和復制鏈。這是通過堿基的甲基化來實現(xiàn)的。

Dam甲基化酶能使位于5’GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化，半甲基化DNA是識別模板鏈和新合成鏈的基礎(chǔ)。6/27/202391本文檔共139頁；當前第91頁；編輯于星期三\11點22分發(fā)現(xiàn)堿基錯配在水解ATP的作用下，MutS，MutL與堿基錯配位點的DNA雙鏈結(jié)合Muts-MutL在DNA雙鏈上移動，發(fā)現(xiàn)甲基化后由MutH切開非甲基化的子鏈6/27/202392本文檔共139頁；當前第92頁；編輯于星期三\11點22分錯配堿基位于切口3’下游端錯配堿基位于切口5’上游端6/27/202393本文檔共139頁；當前第93頁；編輯于星期三\11點22分二、切除修復堿基切除修復核苷酸切除修復B-磷酸糖苷鍵N-β-糖苷鍵AP位點糖苷水解酶DNA切割酶6/27/202394本文檔共139頁；當前第94頁；編輯于星期三\11點22分堿基切除修復一些堿基在自發(fā)或誘變下會發(fā)生脫酰胺，然后改變配對性質(zhì)，造成氨基轉(zhuǎn)換突變腺嘌呤變?yōu)榇吸S嘌呤與胞嘧啶配對鳥嘌呤變?yōu)辄S嘌呤與胞嘧啶配對胞嘧啶變?yōu)槟蜞奏づc腺嘌呤配對6/27/202395本文檔共139頁；當前第95頁；編輯于星期三\11點22分胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶6/27/202396本文檔共139頁；當前第96頁；編輯于星期三\11點22分如果復制發(fā)生就會產(chǎn)生一個突變6/27/202397本文檔共139頁；當前第97頁；編輯于星期三\11點22分糖苷水解酶識別改變了的堿基，把堿基從N-β-糖苷鍵處切下來，在DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點，統(tǒng)稱為AP位點。6/27/202398本文檔共139頁；當前第98頁；編輯于星期三\11點22分由AP磷酸內(nèi)切酶將受損核甘酸的糖苷-磷酸鍵切開6/27/202399本文檔共139頁；當前第99頁；編輯于星期三\11點22分利用DNA聚合酶I切除損傷部位，補上核苷酸6/27/2023100本文檔共139頁；當前第100頁；編輯于星期三\11點22分核苷酸切除修復1）通過特異的核酸內(nèi)切酶識別損傷部位2）由酶的復合物在損傷的兩邊切除幾個核苷酸3）DNA聚合酶以母鏈為模板復制合成新子鏈4）DNA連接酶將切口補平6/27/2023101本文檔共139頁；當前第101頁；編輯于星期三\11點22分識別損傷部位損傷的兩邊切除幾個核苷酸DNA聚合酶以母鏈為模板復制合成新子鏈DNA連接酶將切口補平6/27/2023102本文檔共139頁；當前第102頁；編輯于星期三\11點22分三、重組修復

機體細胞對在起始復制時尚未修復的DNA損傷部位可以先復制再修復。

原理：先從同源DNA母鏈上將相應(yīng)核苷酸序列片段移至子鏈缺口，然后再用新合成的序列補上母鏈缺口。6/27/2023103本文檔共139頁；當前第103頁；編輯于星期三\11點22分在DNA光解酶的作用下將環(huán)丁烷胸腺嘧啶二體和6-4光化物還原成為單體。甲基轉(zhuǎn)移酶使O6-甲基鳥嘌呤脫甲基生成鳥嘌呤，防止G-T配對。四、DNA的直接修復(directrepair)6/27/2023104本文檔共139頁；當前第104頁；編輯于星期三\11點22分五、SOS反應(yīng)SOS反應(yīng)是細胞DNA受到損傷或復制系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下，細胞為求生存而產(chǎn)生的一種應(yīng)急措施。

主要包括：（1）DNA的修復；（2）產(chǎn)生變異。6/27/2023105本文檔共139頁；當前第105頁；編輯于星期三\11點22分第五節(jié)DNA的轉(zhuǎn)座1983年諾貝爾生理和醫(yī)學獎

BarbaraMcClintock

（1902—1992）6/27/2023106本文檔共139頁；當前第106頁；編輯于星期三\11點22分

DNA的轉(zhuǎn)座：又稱移位（transposition)，是由可移位因子介導的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座子（transposon）：存在于染色體DNA上，可自主復制和移位的基本單位。6/27/2023107本文檔共139頁；當前第107頁；編輯于星期三\11點22分1、插入序列(IS因子)

插入序列（insertionsequence，IS）是最簡單的轉(zhuǎn)座子，不含有任何宿主基因，是細菌染色體和質(zhì)粒DNA的正常組成部分。命名：IS+鑒定類型；插入特定序列：λ:IS1，表示插入λ的IS1元件。一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)6/27/2023108本文檔共139頁；當前第108頁；編輯于星期三\11點22分IS的一般結(jié)構(gòu)長度較小(約1kb);具有編碼自身移動的酶--轉(zhuǎn)座酶（transposase）；含一對反向末端重復序列（invertedterminalrepeats）。在靶位點產(chǎn)生一正向重復序列。6/27/2023109本文檔共139頁；當前第109頁；編輯于星期三\11點22分2、復合型轉(zhuǎn)座子

除含有轉(zhuǎn)座所需的酶外，還編碼其它基因（eg.抗藥基因）的轉(zhuǎn)座子。復合轉(zhuǎn)座子具有IS模塊?；窘Y(jié)構(gòu)：其它基因位于中央?yún)^(qū)；兩側(cè)各連接一由IS模塊組成的“臂”；兩個IS序列相同或高度同源。命名：Tn+數(shù)字6/27/2023110本文檔共139頁；當前第110頁；編輯于星期三\11點22分3、TnA家族轉(zhuǎn)座子TnA：復合轉(zhuǎn)座子，較大（～5kb），無IS類型元件。兩端有38bp的反向重復序列（IR）；轉(zhuǎn)座后產(chǎn)生5bp正向重復序列。與轉(zhuǎn)座相關(guān)的酶：轉(zhuǎn)座酶（transposase），由tnpA編碼，；解離酶（resolvase），由tnpR編碼。6/27/2023111本文檔共139頁；當前第111頁；編輯于星期三\11點22分TnA轉(zhuǎn)座子家族的結(jié)構(gòu)基因：tnpA：轉(zhuǎn)座酶，tnpR：解離酶，ampR：β內(nèi)酰氨酶末端LR(反向重復序列）序列；res位點：TnpR的特異拆分位點。6/27/2023112本文檔共139頁；當前第112頁；編輯于星期三\11點22分二、轉(zhuǎn)座的類型1、復制型轉(zhuǎn)座：

轉(zhuǎn)入新位點的是原先元件的拷貝，即轉(zhuǎn)座子作為可移動的元件被復制。6/27/2023113本文檔共139頁；當前第113頁；編輯于星期三\11點22分2、非復制型轉(zhuǎn)座：

座子作為一個物理實體從供體的一個位點轉(zhuǎn)移到受體的一個位點；這種方式會在供體分子處留下一個裂口。6/27/2023114本文檔共139頁；當前第114頁；編輯于星期三\11點22分

轉(zhuǎn)座子插入一新位點時，在其兩側(cè)產(chǎn)生一對正向重復序列（directrepeats）

靶序列的復制可能起源于特定內(nèi)切酶所造成的DNA黏性未端。三、轉(zhuǎn)座作用的機制6/27/2023115本文檔共139頁；當前第115頁；編輯于星期三\11點22分五、轉(zhuǎn)座子的遺傳效應(yīng)1、引起插入突變2、插入位點出現(xiàn)新基因3、引起染色體畸變----轉(zhuǎn)座促進重排：4、引起生物進化6/27/2023116本文檔共139頁；當前第116頁；編輯于星期三\11點22分轉(zhuǎn)座促進重排：轉(zhuǎn)座事件本身導致序列刪除、反轉(zhuǎn)或者移動到新的位點；兩個鄰近的轉(zhuǎn)座子正向重復拷貝之間重組造成之間的DNA刪除。6/27/2023117本文檔共139頁；當前第117頁；編輯于星期三\11點22分

兩個鄰近的轉(zhuǎn)座子

反向重復拷貝之間重組造成之間的DNA的反轉(zhuǎn)。6/27/2023118本文檔共139頁；當前第118頁；編輯于星期三\11點22分六、真核生物的轉(zhuǎn)座子玉米的控制因子（controllingelement）：沒有固定的染色體定位；自主因子（autonomouselement）：具有自主剪接和轉(zhuǎn)座能力，可持續(xù)移動，造成的結(jié)果不穩(wěn)定。非自主因子（nonautonomouselement）：不能自發(fā)轉(zhuǎn)座，只有在基因組中存在同一家族的自主元件時，才能發(fā)生轉(zhuǎn)座而變得不穩(wěn)定。6/27/2023119本文檔共139頁；當前第119頁；編輯于星期三\11點22分自主元件和非自主元件在功能上的關(guān)系6/27/2023120本文檔共139頁；當前第120頁；編輯于星期三\11點22分Ac與Ds的結(jié)構(gòu)和二者的關(guān)系6/27/2023121本文檔共139頁；當前第121頁；編輯于星期三\11點22分

控制元件位點的斷裂，可能造成雜合子表型的改變。6/27/2023122本文檔共139頁；當前第122頁；編輯于星期三\11點22分果蠅中的轉(zhuǎn)座子6/27/2023123本文檔共139頁；當前第123頁；編輯于星期三\11點22分

第三個內(nèi)含子的切除是發(fā)生轉(zhuǎn)座所必需的。

在體細胞中存在與P轉(zhuǎn)座子外顯子3特異性結(jié)合的蛋白，與外顯子3結(jié)合后妨礙了內(nèi)含子3的剪切，因此P轉(zhuǎn)座子編碼的是轉(zhuǎn)座阻遏蛋白，抑制轉(zhuǎn)座的發(fā)生。

母體的體細胞能夠產(chǎn)生轉(zhuǎn)座阻遏物，抑制轉(zhuǎn)座。6/27/2023124本文檔共139頁；當前第124頁；編輯于星期三\11點22分6/27/2023125本文檔共139頁；當前第125頁；編輯于星期三\11點22分

雜交類型是否能引起不育，主要看細胞質(zhì)類型是否生成阻遏蛋白，也就是看雌性配子中是否存在P轉(zhuǎn)座子。6/27/2023126本文檔共139頁；當前第126頁；編輯于星期三\11點22分小

結(jié)一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)簡單轉(zhuǎn)座子復合轉(zhuǎn)座子TnA家族轉(zhuǎn)座子二、轉(zhuǎn)座的類型復制型轉(zhuǎn)座非復制型轉(zhuǎn)座三、轉(zhuǎn)座子的遺傳效應(yīng)四、真核生物的轉(zhuǎn)座子玉米中的控制因子

自主性因子非自主性因子果蠅中的P轉(zhuǎn)座子6/27/2023127本文檔共139