分子染色體與

第二章染色體與DNA一、染色體二、DNA的組成與結(jié)構(gòu)三、DNA的復(fù)制四、原核與真核生物DNA的復(fù)制特點五、DNA的修復(fù)六、DNA的轉(zhuǎn)座一、染色體(chromosome)的組成與結(jié)構(gòu)1、細胞－染色體真核細胞與原核細胞結(jié)構(gòu)的比較染色體染色體（chromosome）:遺傳信息的載體，由DNA、RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的,其形態(tài)和數(shù)目具有種系的特性。在細胞間期核中，以染色質(zhì)絲形式存在。在細胞分裂時，染色質(zhì)絲經(jīng)過螺旋化、折疊、包裝成為染色體，為顯微鏡下可見的具不同形狀的小體。染色體在遺傳上起主要作用，因為親代能夠?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。染色體的形態(tài)示意圖MSMSTT人類22對染色體及性染色體顯微結(jié)構(gòu)圖

Simple-sequenceDNAsareconcentratedinspecificchromosomallocationsHumanmetaphasechromosomes2、真核生物染色體的組成與結(jié)構(gòu)

染色體作為遺傳物質(zhì)的特征：分子相對穩(wěn)定；能自我復(fù)制，保持遺傳連續(xù)性；能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制生命過程；能產(chǎn)生可遺傳的變異DNA的分布主要在染色體上細胞質(zhì)內(nèi)細胞核遺傳細胞質(zhì)遺傳生物的遺傳（所以說，染色體是DNA的主要載體）例：紫茉莉葉色的遺傳染色體的組成與結(jié)構(gòu)

組成:(1)DNA：約占30%，每條染色體有一個雙鏈DNA分子。是遺傳信息的載體，也就是所稱的遺傳物質(zhì)。(2)蛋白質(zhì)組蛋白(histone)：呈堿性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；與DNA結(jié)合形成核小體，能維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，與DNA含量呈一定的比例（真核細胞中，DNA與組蛋白的質(zhì)量比約為1：1）。非組蛋白：呈酸性，種類和含量不穩(wěn)定；作用還不完全清楚，可能與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)有關(guān)，在DNA遺傳信息的表達中起調(diào)控作用。(3)另外，可能存在少量的RNA（尚未完成轉(zhuǎn)錄而仍與模板DNA相連接的那些RNA，其含量不到DNA的10%）。

組蛋白的特性組蛋白分為H1、H2A、H2B、H3、H4（1）進化上的極端保守性（不同生物組蛋白的氨基酸組成非常相似）（2）無組織特異性:到目前為止，僅發(fā)現(xiàn)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(例外)。（3）肽鏈上AA分布的不對稱性:堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上。而大部分疏水基團都分布在C端。（4）存在較普遍的修飾作用:包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等簡述真核生物染色體上組蛋白的種類，組蛋白修飾的種類及其生物學(xué)意義中國科學(xué)院2003年碩士研究生入學(xué)《生物化學(xué)與分子生物學(xué)》試題

在細胞周期特定時間可發(fā)生甲基化、乙酰化、磷酸化和ADP核糖基化等。H3、H4修飾作用較普遍，H2B有乙?；饔?、H1有磷酸化作用。所有這些修飾作用都有一個共同的特點，即降低組蛋白所攜帶的正電荷。這些組蛋白修飾的意義：一是改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)，直接影響轉(zhuǎn)錄活性；二是核小體表面發(fā)生改變，使其他調(diào)控蛋白易于和染色質(zhì)相互接觸，從而間接影響轉(zhuǎn)錄活性。組蛋白的可修飾性CorehistonesareextensivelymodifiedP=phosphorylationAc=acetylationMe=methylationU=ubiquitinationThehistonecodehypothesisCopyright?TheMcGraw-HillCompanies,Inc.Permissionrequiredforreproductionordisplay10-47Figure10.14Playaroleintheorganizationandcompactionofthechromosome非組蛋白主要種類非組蛋白主要包括酶類及與細胞分裂相關(guān)的各種蛋白質(zhì)：非組蛋白的多樣性:種類很多，約在20-100種之間，其中常見的有15-20種。非組蛋白有組織專一性和種屬專一性。（1）HMG蛋白(高速涌動蛋白)

：能與DNA結(jié)合但不牢固，能與H1作用，與DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。（2）DNA結(jié)合蛋白：相對分子量較低，是與DNA的復(fù)制或轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶或調(diào)節(jié)物質(zhì)。（3）A24非組蛋白：與H2A差不多大?。▋蓚€N端），呈酸性，含有較多的谷AA與天冬AA，于核小體內(nèi)，功能不詳。C值反?，F(xiàn)象(C-valuepradox)

C值：通常指一種生物單倍體基因組DNA的總量。從每類生物DNA量最低值來看，C值一般具有從低等到高等生物逐漸增加的趨勢。P25物種的C值往往與它進化的復(fù)雜程度不一致，某些低等生物卻具有較大的C值。稱為C值矛盾（C值反?，F(xiàn)象）。簡述DNA的C值以及C值矛盾（CValueparadox）.中科院上海生化所98年上海第二軍醫(yī)大：C值矛盾C值矛盾產(chǎn)生的原因？

真核生物基因組中存在大量的不編碼基因產(chǎn)物的DNA序列，是沒有生理功能的。一般而言，越是簡單的生物基因組不編碼蛋白質(zhì)的DNA序列越少，它們的結(jié)構(gòu)基因的數(shù)目越接近DNA含量所估計的基因數(shù)。

真核細胞DNA類別（1）不重復(fù)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(fù)序列長約750～2000bp，相當(dāng)于一個結(jié)構(gòu)基因的長度。結(jié)構(gòu)基因基本屬于不重復(fù)序列，如蛋清蛋白、血紅蛋白和珠蛋白等都是單拷貝基因。2、

中度重復(fù)序列

這類序列的重復(fù)次數(shù)在101～104之間，占總DNA的10%～40%，如小鼠中占20%，果蠅中占15%，各種rRNA、tRNA以及某些結(jié)構(gòu)基因如組蛋白基因等都屬于這一類。中度重復(fù)序列往往分散在不重復(fù)序列之間。非洲爪蟾的rRNA基因結(jié)構(gòu)示意圖3、高度重復(fù)序列——衛(wèi)星DNA

只存在于真核生物中，占基因組的10%-60%，由6-100個堿基組成，在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)高達數(shù)百萬次。它們是異染色質(zhì)的成份，衛(wèi)星DNA不轉(zhuǎn)錄，其功能不詳，可能與染色體的穩(wěn)定性有關(guān)。

異染色質(zhì)：間期核中染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度高，處于凝縮狀態(tài)，染料著色深的染色質(zhì)。富含重復(fù)DNA序列。

{組蛋白：

H1H2AH2BH3H4非組蛋白}核小體{DNA蛋白質(zhì)染色體真核生物染色體的組成真核生物DNA以非常有序的形式存在于細胞核內(nèi)。在細胞周期的大部分時間里，DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細胞分裂期，則形成高度致密的染色體(chromosome)。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像DNA：約200bp

組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成核小體是由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。核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)核小體結(jié)構(gòu)示意圖核心顆粒包括組蛋白八聚體及與其結(jié)合的146bpDNA，該序列繞在八聚體外面1.75圈，每圈約80bp。中國科學(xué)院上海生化與細胞所2002年招收碩士研究生分子遺傳學(xué)入學(xué)考試：簡述真核細胞內(nèi)核小體與核小體核心顆粒的結(jié)構(gòu)。

染色體的

結(jié)構(gòu)模型DNA+組蛋白

核小體+連接絲核小體+連接絲

螺線管（solenoid）螺線管

超螺線管（super-solenoid）超螺線管

染色體雙鏈DNA的折疊和組裝DNA經(jīng)過多次折疊，被壓縮了8000～10000倍，組裝在直徑只有為數(shù)微米的細胞核內(nèi)。Chromatinpackinginmetaphasechromosomes寬度增加長度壓縮第一級DNA+組蛋白

核小體5倍7倍第二級核小體

螺線體3倍6倍第三級螺線體

超螺線體13倍40倍第四級超螺線體

染色體2.5-5倍5倍500-1000倍8400倍

(8000-10000)染色體形成過程中長度與寬度的變化真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點真核基因組結(jié)構(gòu)龐大

3×109bp含有大量重復(fù)序列非編碼區(qū)較多多于編碼序列(9:1)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子基因不連續(xù)性

（斷裂基因）:內(nèi)含子(intron)、外顯子(exon)真核基因組有端粒結(jié)構(gòu)真核基因組具有獨特的結(jié)構(gòu)特點（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大哺乳類動物基因組DNA約3×109堿基對。人編碼基因約4萬個，編碼序列僅占總長的1%。

rDNA等重復(fù)基因約占5%~10%。（二）真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子單順反子(monocistron)

即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。（三）真核基因組含有大量的重復(fù)序列單拷貝序列（一次或數(shù)次）高度重復(fù)序列（106

次）中度重復(fù)序列（103~104次）多拷貝序列真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)存在有不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，往往是基因表達的調(diào)控區(qū)。在編碼基因內(nèi)部尚有內(nèi)含子（intron）、外顯子（exon）之分，因此真核基因是不連續(xù)的。（四）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)，故：具有不連續(xù)性真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)2.外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)

外顯子：在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子：隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA（五）真核基因組存在大量的順式作用元件不同物種、不同細胞或不同的基因，轉(zhuǎn)錄起始點上游可以有不同的DNA序列，但這些序列都可統(tǒng)稱為順式作用元件(cis-actingelement)。一個典型的真核生物基因上游序列:5’3’調(diào)控序列TATA盒InrYYANYYTA-30+1TATAAA順式作用元件包括啟動子、啟動子上游元件(upstreampromoterelements)或promoter-proximalelements)等近端調(diào)控元件和增強子(enhancer)等遠隔序列。起始點上游多數(shù)有共同的TATA序列，稱為Hognest盒或TATA盒(TATAbox)。通常認為這就是啟動子的核心序列。端粒(telomere)指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。端粒的功能：維持染色體的穩(wěn)定性維持DNA復(fù)制的完整性端粒的結(jié)構(gòu)特點：由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。末端DNA序列是多次重復(fù)的富含G、C堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…（六）真核基因組有端粒結(jié)構(gòu)線性DNA復(fù)制的末端端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶協(xié)同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

組成：端粒酶催化作用的爬行模型

TelomeraseiscomposedofbothRNAandproteinWhataretelomeres?Telomeresare…RepetitiveDNAsequencesattheendsofallhumanchromosomesTheycontainthousandsofrepeatsofthesix-nucleotidesequence,TTAGGG

Inhumansthereare46chromosomesandthus92telomeres(oneateachend)

RepeatedGrichsequenceononestrand inhumans:(TTAGGG)nRepeatscanbeseveralthousandbasepairslong.Inhumans,telomericrepeatsaverage5-15kilobasesTelomerespecificproteins,eg.TRF1&TRF2bindtotherepeatsequenceandprotecttheendsWithouttheseproteins,telomeresareacteduponbyDNArepairpathwaysleadingtochromosomalfusionsTelomeresWhatdotelomeresdo?Theyprotectthechromosomes.TheyseparateonechromosomefromanotherintheDNAsequenceWithouttelomeres,theendsofthechromosomeswouldbe"repaired",leadingtochromosomefusionandmassivegenomicinstability.Telomerefunction,cont’.Telomeresarealsothoughttobethe"clock"thatregulateshowmanytimesanindividualcellcandivide.TelomericsequencesshorteneachtimetheDNAreplicates.

andPrimaseHowDoesTelomeraseWork?TelomeraseworksbyaddingbacktelomericDNAtotheendsofchromosomes,thuscompensatingforthelossoftelomeresthatnormallyoccursascellsdivide.Mostnormalcellsdonothavethisenzymeandthustheylosetelomereswitheachdivision.HowDoesTelomeraseWork?Inhumans,telomeraseisactiveingermcells,invitroimmortalizedcells,thevastmajorityofcancercellsand,possibly,insomestemcells.HowDoesTelomeraseWork?Researchalsoshowsthatthecounterthatcontrolsthewastingawayofthetelomerecanbe"turnedon"and"turnedoff".Thecontrolbuttonappearstobeanenzymecalledtelomerasewhichcanrejuvenatethetelomereandallowthecelltodivideendlessly.Mostcellsofthebodycontaintelomerasebutitisinthe"off"positionsothatthecellismortalandeventuallydies.HowDoesTelomeraseWork?SomecellsareimmortalbecausetheirtelomeraseisswitchedonExamplesofimmortalcells:bloodcellsandcancercellsCancercellsdonotagebecausetheyproducetelomerase,whichkeepsthetelomereintact.TelomeraseandCancerThereisexperimentalevidencefromhundredsofindependentlaboratoriesthattelomeraseactivityispresentinalmostallhumantumorsbutnotintissuesadjacenttothetumors.TelomeraseandCancerThus,clinicaltelomeraseresearchiscurrentlyfocusedonthedevelopmentofmethodsfortheaccuratediagnosisofcancerandonnovelanti-telomerasecancertherapeuticsExperimentationManyexperimentshaveshownthatthereisadirectrelationshipbetweentelomeresandaging,andthattelomerasehastheabilitytoprolonglifeandcelldivision.3、原核生物基因組特點原核生物的基因組很小，大多只有一條染色體，且DNA含量少。如大腸桿菌DNA的相對分子質(zhì)量僅為4.6×106bp，其完全伸展總長約為1.3mm，含4000多個基因?！窕蚪M很小，大多只有一條染色體●結(jié)構(gòu)簡煉●存在轉(zhuǎn)錄單元(trnascriptionaloperon)

多順反子(polycistron)●有重疊基因（Sanger發(fā)現(xiàn)）

原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點基因內(nèi)基因部分重疊基因一個堿基重疊核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成二、DNA的組成與結(jié)構(gòu)1、化學(xué)組成與基本單位

分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖磷酸(phosphate)核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤鳥嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基兩種核酸的主要區(qū)別如下：（1）DNA含的糖分子是脫氧核糖，RNA含的是核糖；（2）DNA含有的堿基

A、C、G、TRNA含有的堿基A、C、G、U（3）DNA通常是雙鏈，而RNA主要為單鏈；（4）DNA的分子鏈一般較長，而RNA分子鏈較短。嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)有些核酸中還含有修飾堿基(或稀有堿基)，一般這些堿基在核酸中的含量稀少。戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)脫氧核苷嘌呤N-9

或嘧啶N-1與脫氧核糖C-1

通過β-N-糖苷鍵相連形成脫氧核苷(deoxyribonucleoside)。

嘌呤N-9或嘧啶N-1與核糖C-1

通過β-N-糖苷鍵相連形成核苷(ribonucleoside)。核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵交替的磷酸基團和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5

→

3

2、DNA的結(jié)構(gòu)1）

概念指4種脫氧核苷酸的連接及其排列順序,DNA序列是這一概念的簡稱。堿基序列DNA的一級結(jié)構(gòu)定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5′端3′端CGA核酸的一級結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序

3、DNA的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)

50年代初，Chargaff應(yīng)用紫外分光光度法結(jié)合紙層析等簡單技術(shù)，對多種生物DNA做堿基定量分析，發(fā)現(xiàn)DNA堿基組成有如下規(guī)律:(1)同一生物的不同組織的DNA堿基組成相同；(2)一種生物DNA堿基組成不隨生物體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)或者環(huán)境變化而改變；(3)幾乎所有的DNA，([A]=[T])，([G]=[C])，(［A＋G］=［C＋T]);(4)不同生物來源的DNA堿基組成不同，表現(xiàn)在A＋T/G＋C比值的不同。3、DNA的二級結(jié)構(gòu)DNAdoublehelix(DNA雙螺旋結(jié)構(gòu))1.X-光衍射實驗數(shù)據(jù)表明DNA是一種規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)。1953，Watson和Crick基于三個方面的發(fā)現(xiàn),提出了DNA雙螺旋模型：2.DNA密度測量說明這種螺旋結(jié)構(gòu)應(yīng)有兩條鏈。3.不論堿基數(shù)目多少，G的含量總是與C一樣，而A與T也是一樣的。兩條多聚核苷酸鏈在空間的走向呈反向平行(anti-parallel)。兩條鏈圍繞著同一個螺旋軸形成右手螺旋(right-handed)的結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑為2.37nm，螺距為3.54nm。脫氧核糖和磷酸基團組成的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個大溝(majorgroove)和一個小溝(minorgroove)。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點1.DNA是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)繞DNA雙螺旋表面上出現(xiàn)的螺旋槽（溝），寬的溝稱為大溝，窄溝稱為小溝。大溝，小溝都是由于堿基對堆積和糖-磷酸骨架扭轉(zhuǎn)造成的。

親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。疏水性的堿基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。骨架與堿基2.DNA雙鏈之間形成了互補堿基對堿基配對關(guān)系稱為互補堿基對(complementarybasepair)。DNA的兩條鏈則互為互補鏈(complementarystrand)。堿基對平面與螺旋軸垂直。堿基互補配對:鳥嘌呤/胞嘧啶堿基互補配對:腺嘌呤/胸腺嘧啶相鄰兩個堿基對會有重疊，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力(basestackinginteraction)。堿基堆積力和互補堿基對的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。3.疏水作用力和氫鍵共同維系著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。堿基堆積作用力DNA二級結(jié)構(gòu)的多態(tài)性B-DNA：Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)屬于B型雙螺旋，它是以在生理鹽水溶液中抽出的DNA纖維在92%相對濕度下進行X-射線衍射圖譜為依據(jù)進行推測的，這是DNA分子在水性環(huán)境和生理條件下最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。A-DNA：在鉀或銫離子存在條件下，相對濕度為75%時的X-射線衍射圖，A-DNA每螺旋含11個堿基對。而且變成A-DNA后，大溝變窄、變深，小溝變寬、變淺。(一條鏈為RNA鏈),對基因表達有重要意義。ABZZ-DNA：（1）糖磷骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。（2）左旋。螺距延長(4.5nm左右)，直徑變小(1.8nm)，

每個螺旋含12個堿基對，比A-DNA擰得更緊。（3）Z-DNA中的堿基對不像B-DNA中那樣位于雙鏈的中央，鳥嘌呤堿基的第8個碳原子位于雙鏈之外。（4）分子外形呈波形。（5）雙螺旋中不存在深溝，只有淺溝。由于幾乎不存在易被蛋白質(zhì)識別的溝，Z-DNA可能是利用位于雙鏈分子外圍的鳥嘌呤堿基與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生識別反應(yīng)。（6）分析還證明Z-DNA的形成是DNA單鏈上出現(xiàn)嘌呤與嘧啶交替排列所成的。比如CGCGCGCG或者CACACACA

Z-DNA結(jié)構(gòu)是1979年由Rich提出的。該模型的提出曾一度動搖過右手螺旋學(xué)說。現(xiàn)已證明，左手螺旋Z-DNA只是右手螺旋結(jié)構(gòu)模型的一個補充和發(fā)展。旋向螺距(nm)堿基數(shù)（每圈）螺旋直徑（nm）骨架走行存在條件A型右手2.6112.6平滑體外脫水B型右手3.4102.0平滑DNA生理條件Z型左手3.7121.8鋸齒型CG序列三種DNA構(gòu)型的比較

B-DNA是活性最高的DNA構(gòu)象，B-DNA變構(gòu)成為A-DNA后，仍有活性，但若局部變構(gòu)為Z-DNA后則活性明顯降低。三種不同構(gòu)象的DNA活性概念：三鏈DNA是由三條脫氧核苷酸鏈按一定的規(guī)律繞成的螺旋狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：是在Watson-Crick雙螺旋基礎(chǔ)上形成的，其中大溝中容納第三條鏈形成三股螺旋。在三螺旋DNA中三個堿基配對形成三堿基體:T-A-T，C-G-C。作用：還不清楚三鏈DNADNAforms復(fù)習(xí)染色體作為遺傳物質(zhì)的特征?分子相對穩(wěn)定；能自我復(fù)制，保持遺傳的連續(xù)性；能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制生命過程；能產(chǎn)生可遺傳的變異染色體的組成?(1)DNA：約占30%，每條染色體有一個雙鏈DNA分子是遺傳信息的載體，也就是所稱的遺傳物質(zhì)(2)

蛋白質(zhì)組蛋白：呈堿性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；與DNA結(jié)合形成核小體，能維持染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，與DNA含量呈一定的比例。在基因表達中起負調(diào)控作用。非組蛋白：呈酸性，種類和含量不穩(wěn)定；作用還不完全清楚，可能與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)有關(guān)，在DNA遺傳信息的表達中起調(diào)控作用。(3)另外，可能存在少量的RNA真核生物組蛋白的種類與特性?

組蛋白分為H1、H2A、H2B、H3、H4（1）進化上的極端保守性（不同生物組蛋白的氨基酸組成非常相似）（2）無組織特異性:到目前為止，僅發(fā)現(xiàn)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(例外)。（3）肽鏈上AA分布的不對稱性:堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上。而大部分疏水基團都分部在C端。（4）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（5）組蛋白H5富含賴氨酸C值矛盾?C值：通常指一種生物單倍體基因組DNA的總量。

物種的C值往往與它進化的復(fù)雜程度不一致，某些低等生物卻具有較大的C值。稱為C值矛盾（C值反?，F(xiàn)象）?！窕蚪M很小，大多只有一條染色體●結(jié)構(gòu)簡煉●存在轉(zhuǎn)錄單元(trnascriptionaloperon)

多順反子(polycistron)●有重疊基因（Sanger發(fā)現(xiàn)）基因內(nèi)基因部分重疊基因一個堿基重疊原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點●真核基因組結(jié)構(gòu)龐大

3×109bp●單順反子●基因不連續(xù)性斷裂基因（interruptedgene）、內(nèi)含子(intron)、外顯子(exon)●非編碼區(qū)較多多于編碼序列(9:1)●含有大量重復(fù)序列上海第二軍醫(yī)大碩士研究生入學(xué)考試試題：基因組的特點（真核、原核比較）■不重復(fù)序列/單一序列：在基因組中有一個或幾個拷貝。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝的。如：蛋清蛋白、血紅蛋白等功能：主要是編碼蛋白質(zhì)?！鲋卸戎貜?fù)序列：在基因組中的拷貝數(shù)為101~104。如：rRNA、tRNA

一般是不編碼蛋白質(zhì)的序列，在調(diào)控基因表達中起重要作用

根據(jù)DNA復(fù)性動力學(xué)研究，DNA序列可以分成哪幾種類型？并加以舉例說明。(2001年上海生化所）■高度重復(fù)序列：拷貝數(shù)達到幾百個到幾百萬個?！裥l(wèi)星DNA：A?T含量很高的簡單高度重復(fù)序列。核小體的結(jié)構(gòu)?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。核小體核心顆粒的結(jié)構(gòu)？包括組蛋白八聚體及與其結(jié)合的146bpDNA，該序列繞在八聚體外面1.75圈，每圈約80bp。染色體的形成過程?DNA+組蛋白

核小體+連接絲核小體+連接絲

螺線管（solenoid）螺線管

超螺線管（super-solenoid）超螺線管

染色體核苷中戊糖與堿基的連接方式？

DNA的二級結(jié)構(gòu)？4、DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。負超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。

在特殊情況下可以相互轉(zhuǎn)變。松馳型DNA（relaxform）。超螺旋（Supercoied）

DNA，原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，以負超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個超螺旋形成。

天然的DNA都呈負超螺旋，但在體外可得正超螺旋。原核生物DNA的三級結(jié)構(gòu)：絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋三級結(jié)構(gòu)。

超螺旋的生物學(xué)意義

B-DNA是一種熱力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，超螺旋的引入就提高了它的能量水平。DNA特定區(qū)域中超螺旋的增加有助于DNA的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。超螺旋推動著結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以滿足功能上的需要。三、DNA的復(fù)制(DNAreplication)DNA做為遺傳物質(zhì)的基本特點就是在細胞分裂前進行準確地自我復(fù)制(self-replication)，使DNA的量成倍增加，這是細胞分裂的物質(zhì)基礎(chǔ)。曾經(jīng)有過多種關(guān)于DNA復(fù)制方式的學(xué)說，包括半保留復(fù)制，全保留復(fù)制以及分散復(fù)制等。全保留復(fù)制:復(fù)制后，兩條母鏈彼此結(jié)合，恢復(fù)原狀，新合成的兩條子鏈彼此互補結(jié)合形成新的雙鏈。

分散復(fù)制:

親代雙鏈被切成雙鏈片段，而這些片段有可作為新合成雙鏈片段的模板，新、老雙鏈片段又以某種方式聚集成“雜種鏈”

Semi-conservativeConservativeDispersive1、定義：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式稱半保留復(fù)制。（一）DNA的半保留復(fù)制（semi-conservativereplication）中國科學(xué)院上海生化與細胞所2002年招收碩士研究生分子遺傳學(xué)入學(xué)考試：請設(shè)計一個實驗來證明DNA復(fù)制是以半保留方式進行的（8分）。2、實驗證據(jù)（1958Meselson和Stahl）：

MatthewMesselsonFranklinStahl1958年Meselson和Stahl利用氮標(biāo)記技術(shù)在大腸桿菌中首次證實了DNA的半保留復(fù)制（實驗驗證）P38“Heavy”DNA“Hybrid”

DNA“l(fā)ight”DNA“Hybrid”DNA1.大腸桿菌長期在含15NH4CL培養(yǎng)液中培養(yǎng)，使所有細菌DNA都被N15標(biāo)記。2.用普通培養(yǎng)液（14NH4CL）培養(yǎng)15N標(biāo)記的大腸桿菌。

3、DNA半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：

DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。

（二）與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)1、原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的兩條鏈為模板鏈，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物4、DNA復(fù)制酶和相關(guān)蛋白質(zhì)

P44①與超螺旋松馳有關(guān)的酶--拓撲異構(gòu)酶②DNA解螺旋酶/解鏈酶（DNAhelicase)③引物合成酶（引發(fā)酶）④引發(fā)體(primosome)⑤單鏈結(jié)合蛋白(SSB)⑥D(zhuǎn)NA聚合酶⑦DNA連接酶①與超螺旋松馳有關(guān)的酶：拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase)拓撲異構(gòu)酶Ⅰ(TopoⅠ)：轉(zhuǎn)軸酶

主要是將環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈切開一個口，切口處鏈的末端繞螺旋軸按照松馳超螺旋的方向轉(zhuǎn)動，張力下降后再將切口封起來。使DNA復(fù)制叉移動時所引起的前方DNA超螺旋得到緩解，有利于DNA復(fù)制叉繼續(xù)向前打開。拓撲異構(gòu)酶Ⅱ(TopoⅡ):旋轉(zhuǎn)酶

在無ATP參與時，切斷DNA雙鏈，使DNA分子從超螺旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗神Y狀態(tài)。再連接。DNA復(fù)制完成后，TopoⅡ在ATP參與下，使DNA分子從松馳狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨摮菪?。②DNA解螺旋酶/解鏈酶（DNAhelicase)通過水解ATP獲得能量來打開DNA雙鏈之間的氫鍵，解開DNA雙鏈。大腸桿菌中有DnaB、PriA和Rep蛋白，還有解螺旋酶I、II、III。③引物合成酶（引發(fā)酶）：此酶以DNA為模板合成一段RNA,

這種短RNA片段一般是十幾個至數(shù)十個核苷酸不等，它們在DNA復(fù)制起始處做為合成DNA的引物（Primer)。

引發(fā)酶實質(zhì)是以DNA為模板的RNA聚合酶。④引發(fā)體(primosome)

高度解鏈的模板DNA與多種蛋白質(zhì)因子形成的引發(fā)前體促進引發(fā)酶結(jié)合上來，共同形成引發(fā)體。引發(fā)前體主要在隨從鏈上，連續(xù)地與引物酶結(jié)合并解離，從而在不同部位引導(dǎo)引發(fā)酶催化合成RNA引物。⑤單鏈結(jié)合蛋白(SSB)

與解開的單鏈DNA結(jié)合，使其不再度螺旋化，保持單鏈結(jié)構(gòu)；并保護單鏈不被核酸酶降解?？梢灾貜?fù)利用。⑥D(zhuǎn)NA聚合酶:以DNA為模板的DNA合成酶。P471957年，Arthurkornberg首次在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶Ⅰ，(DNApolⅠ)后來又相繼發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。(DNApolⅡ,DNApolⅢ)實驗證明大腸桿菌中DNA復(fù)制的主要過程靠DNApolⅢ起作用，而DNApolⅠ和DNApolⅡ在DNA錯配的校正和修復(fù)中起作用。DNA聚合酶的共同特性:①酶的作用需要DNA模板，因此這類酶又稱為依賴于DNA的DNA聚合酶(DDDP)。②需要RNA或DNA做為引物(primer)，即DNA聚合酶不能從頭催化DNA的起始。③催化dNTP加到引物的3′-OH末端，因而DNA合成的方向是5′→3′。④三種DNA聚合酶都屬于多功能酶，它們在DNA復(fù)制和修復(fù)過程的不同階段發(fā)揮作用。性質(zhì)聚合酶Ⅰ聚合酶Ⅱ聚合酶Ⅲ3'5'外切活性+++5'3'外切活性+--5'3'聚合活性+中+很低+很高新生鏈合成--+主要是對DNA損傷的修復(fù)；以及在DNA復(fù)制時切除RNA引物并填補其留下的空隙。修復(fù)紫外光引起的DNA損傷DNA復(fù)制的主要聚合酶，還具有3’-5’外切酶的校對功能，提高DNA復(fù)制的保真性原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌）

α

β

γ

δ

ε定位細胞核細胞核線粒體細胞核細胞核3’-5’外切--+++酶活性功能引物合成修復(fù)作用線粒體DNA的復(fù)制核DNA的復(fù)制？真核生物中的DNA聚合酶希臘字母：αAlpha阿爾法βBeta貝塔γGamma伽瑪δDelta德爾塔εEpsilon伊普塞隆ζZeta澤塔ηEta伊塔θTheta西塔

⑦DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口，一端是3’-OH，另一端是5’-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來DNA連接酶在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作用3‘5‘3‘5‘OHP復(fù)習(xí):描述原核生物DNA的三級結(jié)構(gòu)?絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋三級結(jié)構(gòu)。

DNA超螺旋的生物學(xué)意義?

B-DNA是一種熱力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，超螺旋的引入就提高了它的能量水平。DNA特定區(qū)域中超螺旋的增加有助于DNA的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。它推動著結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以滿足功能上的需要。什么是DNA的半保留復(fù)制?由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式稱半保留復(fù)制。上海生化所1998年分子遺傳學(xué)試題：拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶：能使DNA復(fù)制叉移動時所引起的前方DNA超螺旋得到緩解，有利于DNA復(fù)制叉繼續(xù)向前打開。

單鏈結(jié)合蛋白(SSB)的作用?

能與解開的單鏈DNA結(jié)合，使其不再度螺旋化，保持單鏈結(jié)構(gòu)。

引發(fā)酶(primase)?它是一種特殊的RNA聚合酶，可催化短片段RNA的合成。這種短RNA片段一般十幾個至數(shù)十個核苷酸不等，它們在DNA復(fù)制起始處做為引物。

DNA聚合酶的共同特性?①酶的作用需要DNA模板，因此這類酶又稱為依賴DNA的DNA聚合酶(DDDP)。②需要RNA或DNA做為引物(primer)，即DNA聚合酶不能從頭催化DNA的起始。③催化dNTP加到引物的3′-OH末端，因而DNA合成的方向是5′→3′。④三種DNA聚合酶都屬于多功能酶，它們在DNA復(fù)制和修復(fù)過程的不同階段發(fā)揮作用。（三）DNA的復(fù)制過程（大腸桿菌為例）P38雙鏈的解開RNA引物的合成DNA鏈的延伸切除RNA引物，填補缺口，連接相鄰的DNA片段雙鏈的解開P44

DNA的復(fù)制有特定的起始位點，叫做復(fù)制原點。ori(或o）、富含A、T的區(qū)段?；靖拍睿荷虾Ｉ?998年分子遺傳學(xué)試題：真核生物復(fù)制起始點的特征包括（）A、富含GC區(qū)B、富含AT區(qū)C、ZDNAD、無明顯特征

原核生物的整個染色體上一般只有一個復(fù)制起始位點。真核生物中，DNA的復(fù)制是從許多起始點同時開始的，所以每個DNA分子上有許多個復(fù)制子。DNA復(fù)制起始點有結(jié)構(gòu)上的特殊性。

從復(fù)制原點到終點，組成一個復(fù)制單位，叫復(fù)制子例如：大腸桿菌染色體DNA復(fù)制起始點OriC由245個核苷酸組成，含有2個系列的重復(fù)序列，該序列在所有細菌復(fù)制起始位點中都是保守的。復(fù)制時，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復(fù)制點，這個復(fù)制點的形狀象一個叉子，故稱為復(fù)制叉P38復(fù)制方向和速度：

單起點、雙向等速多起點、雙向等速DNA子鏈的延伸

主要包括前導(dǎo)鏈和后隨鏈(滯后鏈)的合成。由拓樸異構(gòu)酶消除DNA鏈上的超螺旋，由DNA解鏈酶解開雙螺旋，單鏈結(jié)合蛋白使DNA單鏈穩(wěn)定。前導(dǎo)鏈的合成：由引發(fā)酶在復(fù)制起始位點附近合成一個10-60nt的RNA引物，然后由polⅢ把dNTP加到該引物上。后隨鏈的合成：產(chǎn)生岡崎片段，消除RNA引物并由DNApolI補上這一小段DNA序列，由DNA連接酶把兩個片段相連。DNA的半不連續(xù)復(fù)制DNA復(fù)制時其中一條子鏈的合成是連續(xù)的，而另一條子鏈的合成是不連續(xù)的，故稱半不連續(xù)復(fù)制。在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈為前導(dǎo)鏈；合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈為后隨鏈(隨從鏈、滯后鏈）。在DNA復(fù)制過程中，前導(dǎo)鏈能連續(xù)合成，而后隨鏈只能是斷續(xù)的合成5

3

的多個短片段，這些不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段。切除RNA引物，填補缺口，連接相鄰的DNA片段（復(fù)制終止）在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填補上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈。DNA鏈的終止不需特定信號和特殊蛋白的參與基因組DNA復(fù)制時，先導(dǎo)鏈的引物是DNA，后隨鏈的引物是RNA(-)

2002年上海生化與細胞所華中科技大學(xué)2004年生物化學(xué)與分子生物學(xué)碩士研究生入學(xué)試題名詞解釋：岡崎片段（3分）華中科技大學(xué)2004年生物化學(xué)與分子生物學(xué)碩士研究生入學(xué)試題原核DNA合成酶中（）的主要功能是合成前導(dǎo)鏈和岡崎片段A、DNA聚合酶ⅠB、DNA聚合酶ⅡC、DNA聚合酶ⅢD、引物酶DNA復(fù)制的忠實性（1）DNA聚合酶I和Ⅲ的3’-5’外切酶活性，可降解DNA，保證了DNA復(fù)制的準確性。（2）DNA聚合酶Ⅲ只能從引物的3’端延伸鏈，也增加了復(fù)制的精確性。（3）后隨鏈上的DNA合成是不連續(xù)的。這也有利于忠實復(fù)制。（四）DNA復(fù)制的方式P41環(huán)狀雙鏈DNA:θ型復(fù)制、滾環(huán)型、D-環(huán)型滾環(huán)復(fù)制噬菌體X174環(huán)狀DNA可以通過滾環(huán)式復(fù)制產(chǎn)生多單元單鏈DNA（1）不需RNA引物，在正鏈3’

-OH上延伸（2）只有一個復(fù)制叉;

特點：首先在動物線粒體中發(fā)現(xiàn)，雙鏈環(huán)在固定點解開進行復(fù)制。兩條鏈的合成高度不對稱。D環(huán)復(fù)制模型（五）真核生物中DNA的復(fù)制特點P481、真核生物每條染色體上有多個復(fù)制起點，多復(fù)制子。2、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前,各個起始點不再重新開始DNA復(fù)制；（而在快速生長的原核生物中，復(fù)制起點可以連續(xù)開始新的復(fù)制(多復(fù)制叉)）。真核生物快速生長時，往往采用更多的復(fù)制起點。3、真核生物有多種DNA聚合酶。四、DNA的修復(fù)(DNArepairing)DNA修復(fù)是細胞對DNA受損傷后的一種反應(yīng)，但有時并非能完全消除DNA的損傷，只是使細胞能夠耐受這DNA的損傷而能繼續(xù)生存。

DNA損傷來源1、堿基的脫落（酸和熱）2、堿基或核苷的改變（電離輻射和烷化劑等）3、錯誤堿基4、堿基的缺失或插入5、嘧啶堿基的二聚化6、鏈的斷裂（化學(xué)試劑或電離輻射）7、DNA鏈的交聯(lián)大腸桿菌中DNA的修復(fù)系統(tǒng)DNA修復(fù)系統(tǒng)功能錯配修復(fù)(mismatchrepair)識別錯配加以校正切除修復(fù)(堿基、核苷酸切除修復(fù))切除突變的堿基和核苷酸片段重組修復(fù)(binantrepair)復(fù)制后的修復(fù)，重新啟動停滯的復(fù)制叉DNA直接修復(fù)(directrepair)修復(fù)嘧啶二體或甲基化DNASOS系統(tǒng)DNA的應(yīng)急修復(fù)，導(dǎo)致變異

扼要說明細胞中DNA修復(fù)系統(tǒng)有那幾種（8分）中國科學(xué)院2002年碩士學(xué)位研究生入學(xué)分子遺傳學(xué)試題1、錯配修復(fù)P52錯配修復(fù)對DNA復(fù)制忠實性的貢獻力達102-103，DNA子鏈中的錯配幾乎完全能被修正。開始復(fù)制時，一旦復(fù)制叉通過復(fù)制起始位點，母鏈就會在開始DNA合成前的幾秒種至幾分鐘內(nèi)被甲基化。Dam甲基化酶:它能使位于母鏈上GATC序列中腺苷酸甲基化。P52圖在開始復(fù)制的幾分鐘里，子鏈是沒有甲基化的，作為子鏈修正的依據(jù)。根據(jù)母鏈甲基化原則找出錯配堿基的示意圖a.發(fā)現(xiàn)堿基錯配。b.在水解ATP的作用下，MutS,MutL(錯配修復(fù)蛋白）與堿基錯配位點的DNA雙鏈相結(jié)合。c.MutS-MutL在DNA雙鏈上移動，發(fā)現(xiàn)甲基化DNA后由MutH（核酸內(nèi)切酶）切開非甲基化的子鏈。d.由DNA外切酶將錯配位點到切口這段DNA切掉，在合成新的子鏈片段。2、切除修復(fù)

（1）堿基切除修復(fù)：DNA切除修復(fù)機制的一種。受損DNA通過不同酶的作用切除錯誤堿基后，通過一系列酶的作用進行正確填補而恢復(fù)功能。

內(nèi)容：研究發(fā)現(xiàn)，所有細胞中都帶有不同類型、能識別受損核酸位點的糖苷水解酶，它能夠特異性切除受損核苷酸上的N-β-糖苷鍵，在DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點，統(tǒng)稱為AP位點。DNA分子中一旦產(chǎn)生了AP位點，內(nèi)切酶就會把受損核苷酸的糖苷-磷酸鍵切開，移去AP位點附近小片段DNA，并由DNA聚合酶I和DNA連接酶共同完成修復(fù)。（2）核苷酸切除修復(fù)當(dāng)DNA鏈上相應(yīng)位置的核苷酸發(fā)生損傷，導(dǎo)致雙鏈之間無法形成氫鍵，則由核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)負責(zé)修復(fù)。1）通過特異的核酸內(nèi)切酶識別損傷部位2）由酶的復(fù)合物在損傷部位的兩邊切除幾個核苷酸3）DNA聚合酶以母鏈為模板復(fù)制合成新子鏈4）DNA連接酶將切口補平損傷發(fā)生后，首先由酶的復(fù)合物在已損傷的核苷酸5’和3’位分別切開磷酸糖苷鍵，產(chǎn)生并移去DNA小片段，然后由DNA聚合酶合成新片段，并由DNA連接酶完成修復(fù)中的最后步驟。3、重組修復(fù)

(binantrepair)重組修復(fù)又被稱為“復(fù)制后修復(fù)”，它發(fā)生在復(fù)制之后。機體細胞對在復(fù)制起始時尚未修復(fù)的DNA損傷部位可以先復(fù)制再修復(fù)，即先跳過該損傷部位，在新合成鏈中留下一個對應(yīng)于損傷序列的缺口，該缺口由DNA重組來修復(fù)：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處，然后再用新合成的序列補上母鏈空缺。

重組修復(fù)4、

DNA的直接修復(fù)

(directrepair）

生物體內(nèi)還存在DNA損傷直接修復(fù)而并不需要切除堿基或核苷酸的機制。直接修復(fù)是把受損傷的堿基恢復(fù)到原來狀態(tài)的過程。

DNA光解酶的作用在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5、SOS反應(yīng)（SOSresponse）

SOS反應(yīng)是細胞DNA受到損傷或復(fù)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。SOS反應(yīng)包括誘導(dǎo)DNA損傷修復(fù)、誘變效應(yīng)、SOS反應(yīng)廣泛存在于原核和真核生物中，主要包括兩個方面：①DNA的修復(fù)，有利于細胞的存活，具有重要意義；②產(chǎn)生變異，可能產(chǎn)生不利的后果，如導(dǎo)致細胞的癌變。細胞分裂的抑制以及溶原性細菌釋放噬菌體等也與SOS反應(yīng)有關(guān)。小結(jié)DNA是攜帶遺傳信息的載體，細胞分裂前，通過DNA的復(fù)制作用，遺傳信息從親代DNA分子傳遞到子代DNA分子中。DNA復(fù)制時，是從一個特定的起始點開始的，兩條DNA鏈分別作模板，在DNA聚合酶等許多酶和蛋白質(zhì)因子的參與下，以四種脫氧單核苷酸dNTP為原料，依據(jù)堿基互補的原則合成新的DNA分子。合成方向為5’3’?！?jīng)過復(fù)制后DNA分子中，一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制；由于DNA復(fù)制時，有一條鏈是連續(xù)合成的，這條鏈稱為前導(dǎo)鏈；而另一條鏈合成時，只能以5’3’先合成岡崎片段，然后利用DNA連接酶將各個片段連接起來形成后隨鏈，所以，DNA的復(fù)制是半不連續(xù)合成。DNA復(fù)制時，先由拓撲異構(gòu)酶作用于DNA雙螺旋分子，使之松弛，然后由DNA解鏈酶作用，解開雙鏈。→在DNApolIII的聚合作用下連續(xù)地合成前導(dǎo)鏈；后隨鏈的合成依靠多種酶與蛋白質(zhì)因子的參與：首先在引發(fā)酶的作用下合成RNA引物，然后在DNApolIII的聚合作用下合成DNA片段，它們共同形成岡崎片段。RNA引物是靠RNaseH進行切割的，并由DNA聚合酶I填補RNA引物切除后留下的空隙，最后由DNA連接酶形成一條完整的鏈。DNA復(fù)制的準確性很高，在原核生物中主要依靠DNA聚合酶I的外切活性來校正復(fù)制過程中的堿基錯配，而真核生物則依靠DNA聚合酶

來完成。在真核生物中，DNA復(fù)制一般有多個起始點，主要依靠DNA聚合酶和來完成，另外還需要多種蛋白質(zhì)因子參與。復(fù)習(xí):拓撲異構(gòu)酶通過在DNA上形成缺口

超螺旋結(jié)構(gòu)。松弛真核生物中主要有五種DNA聚合酶，它們是①

α；②

β；③

γ；④

δ；⑤

ε；真核DNA聚合酶

和

顯示

3'→5'外切核酸酶活性。δε使DNA超螺旋結(jié)構(gòu)松馳的酶是（）。A．引發(fā)酶B．解旋酶C．拓撲異構(gòu)酶D．端粒酶E．連接酶

答案:CDNA復(fù)制具有那些特點?⒈復(fù)制是半保留的。⒉原核生物一般只有一個復(fù)制原點，真核生物有多個復(fù)制原點。⒊復(fù)制可單向進行，也可雙向進行，后者更為常見。⒋復(fù)制是半不連續(xù)的，兩條鏈都是以5‵→3‵方向合成，其中，前導(dǎo)鏈是連續(xù)合成的，后隨鏈(滯后鏈)是不連續(xù)合成的，即先合成短的岡崎片段，再連接成隨從鏈。⒌復(fù)制開始時需要一段引物RNA

，在復(fù)制進行到一定程度后被切除，并以一段DNA代替。⒍復(fù)制具有嚴格的保證復(fù)制準確性的機制。在復(fù)制過程中，有多種酶和蛋白質(zhì)參與，可能就是保證復(fù)制準確性所必需的，DNA聚合酶的校正作用，也可能是保證復(fù)制準確性的數(shù)種途徑之一。如何保證DNA復(fù)制的忠實性?（1）DNA聚合酶I和III的3’-5’外切酶活性，可降解DNA，保證了DNA復(fù)制的準確性。（2）DNA聚合酶只能從引物的3’端延伸鏈，也增加了復(fù)制的精確性。（3）后隨鏈上的DNA合成是不連續(xù)的。這也有利于忠實復(fù)制。DNA損傷來源?1、堿基的脫落（酸和熱）2、堿基或核苷的改變（電離輻射和烷化劑等）3、錯誤堿基4、堿基的缺失或插入5、嘧啶堿基的二聚化6、鏈的斷裂（化學(xué)試劑或電離輻射）7、DNA鏈的交聯(lián)描述錯配修復(fù)的過程?Dam甲基化酶，使位于母鏈GATC序列中腺苷酸甲基化，即母鏈是甲基化的，在開始復(fù)制的幾分鐘里，子鏈是沒有甲基化的，作為子鏈修正的依據(jù)。當(dāng)子鏈中有錯配堿基時，修復(fù)系統(tǒng)在對應(yīng)母鏈甲基化腺苷酸的上游鳥苷酸位置切開子鏈并在切口處啟動修復(fù)系統(tǒng)合成子鏈。

DNA大多數(shù)自發(fā)變化都會通過稱之為

DNA修復(fù)

的作用很快被校正。僅在極少情況下，DNA將變化的部分保留下來導(dǎo)致永久的序列變化，稱為

突變

。

DNA切除修復(fù)包括三個步驟：

DNA修復(fù)核酸酶

對DNA鏈上不正常堿基的識別與切除，

DNA聚合酶

對已切除區(qū)域的重新合成，

DNA連接酶

對剩下切口的修補。

細菌的錯配修復(fù)機制可以識別復(fù)制時新舊DNA鏈之間錯誤配對的堿基，這是因為（）。A．新DNA鏈含有錯誤的堿基B．舊DNA鏈更傾向于含有錯誤堿基C．舊DNA鏈在特殊位點含有甲基化基團D．新DNA鏈在特殊位點含有甲基化基E．DNA聚合酶與新鏈結(jié)合答案：C五、DNA的轉(zhuǎn)座（一）基本概念：DNA的轉(zhuǎn)座：或稱移位，由可移位因子介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）：存在于染色體DNA上可自主復(fù)制和位移的基本單位。

1951年，通過對玉米籽粒色斑不穩(wěn)定遺傳現(xiàn)象研究，B.McClintock(美)首次提出轉(zhuǎn)座子的概念。芭芭拉.麥克林托克(1902.6.16-1992.9.2),1983年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎獲得者，20世紀最富盛名的女性遺傳學(xué)家，她把一生都奉獻給了遺傳學(xué)，生命科學(xué)的研究。1927年，25歲的麥克林托克獲得了康奈爾大學(xué)植物學(xué)博士學(xué)位。1929～1931年間，她發(fā)表了一系列論文，證明了玉米染色體形態(tài)與遺傳特性之間的關(guān)系，并研究得出端粒（telomere）與著絲粒（centromere）在染色體上的作用，由于其在細胞遺傳學(xué)的巨大貢獻，她在1944年成為美國科學(xué)院院士，1945年擔(dān)任美國遺傳學(xué)會主席。1951年提出了可移動的遺傳基因（即“跳躍基因”）學(xué)說──基因可從染色體的一個位置跳躍到另一個位置、甚至從一條染色體跳躍到另一條染色體，為研究遺傳信息的表達與調(diào)控、生物進化與癌變提供了線索。在她公布她的研究成果之后，等待她的并不是掌聲，并不是冷嘲熱諷，而是那從未消失的對女性，對她的冷嘲熱諷。但是歷史是公平的，就像一句稱贊麥克林托克的話“她整整讓科學(xué)界追了她35年”。1983年，81歲高齡的麥克林托克由于發(fā)現(xiàn)了可移動的遺傳物質(zhì)獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。轉(zhuǎn)座的生物學(xué)意義?能說明在細菌中發(fā)現(xiàn)的許多基因缺失或倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。常被用于構(gòu)建新的突變體。（二）轉(zhuǎn)座子的類型和結(jié)構(gòu)特征1.原核生物轉(zhuǎn)座子的類型：1、插入序列(IS序列)2、復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)（1）末端帶有IS序列的轉(zhuǎn)座子（2）TnA家族插入序列（insertionalsequence,IS）P58圖

1.最簡單的轉(zhuǎn)座子,不含有任何宿主基因。

2.是很小的DNA片段(約1kb)，末端具有倒置重復(fù)序列。

3.轉(zhuǎn)座時常復(fù)制宿主靶位點4～15bp的DNA形成正向重復(fù)區(qū)。

4.大部分IS序列只有一個開放讀碼框。

5.是細菌染色體或質(zhì)粒DNA的正常組成部分。開放閱讀框是DNA上的一段堿基序列

IS序列的結(jié)構(gòu)特征比較

長度（bp）兩端倒置重復(fù)區(qū)（bp）靶位點正向重復(fù)區(qū)（bp）靶位點IS1768239隨機IS21327415有熱點IS414281811或12AAAN20TTTIS51195164有熱點IS10R1329229NGCTNAGCNIS50R153199有熱點IS9031057189未知（1）末端帶有IS序列的轉(zhuǎn)座子1.是一類帶有某些抗藥性基因(或其相關(guān)基因)的轉(zhuǎn)座子2.兩翼往往是兩個相同或高度同源的IS序列。3.IS序列不能再單獨移動，只能作為復(fù)合體移動。復(fù)合式轉(zhuǎn)座子（compositetransposon）1.沒有IS序列的、體積龐大(5000bp以上)的轉(zhuǎn)座子。2.常帶有3個基因，一個編碼β-內(nèi)酰胺酶(AmpR)，另兩個則是轉(zhuǎn)座作用所必須的。3.所有TnA類轉(zhuǎn)座子兩翼都帶有38bp的倒置重復(fù)序列。（2）TnA家族轉(zhuǎn)座子TnA的結(jié)構(gòu)示意圖

2、轉(zhuǎn)座作用的機制P62

轉(zhuǎn)座發(fā)生時，受體分子中有一段很短的（3～12bp）被稱為靶序列的DNA會被復(fù)制，使插入的轉(zhuǎn)座子位于兩個重復(fù)的靶序列之間。轉(zhuǎn)座酶既能識別轉(zhuǎn)座子的兩端，也能與靶位點序列結(jié)合。

（1）復(fù)制性轉(zhuǎn)座（2）非復(fù)制性轉(zhuǎn)座

復(fù)制性轉(zhuǎn)座(ReplicativeTransposition)A.整個轉(zhuǎn)座子被復(fù)制，所移動的僅僅是原轉(zhuǎn)座子的拷貝。B.轉(zhuǎn)座酶(transposase)和解離酶(resolvase)分別作用于原始及復(fù)制轉(zhuǎn)座子。C.TnA類主要是這種形式A.原始轉(zhuǎn)座子作為一個可移動的實體直接被移位。B.IS序列及Tn5等都以這種方式進行轉(zhuǎn)座。

非復(fù)制性轉(zhuǎn)座(NonreplicativeTransposition)3、轉(zhuǎn)座子的遺傳效應(yīng)P63（1）轉(zhuǎn)座引起插入突變,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因失活。

（2）插入位置出現(xiàn)新的基因。（3）引起染色體的畸變。（4）引起生物進化，使相距很遠的基因組合到一起產(chǎn)生具有新的功能的基因或蛋白質(zhì)分子。A.玉米中的轉(zhuǎn)座子－Ac-Ds體系B.果蠅中的轉(zhuǎn)座子－P轉(zhuǎn)座子(Pelement)4、真核生物中的轉(zhuǎn)座子玉米中的控制因子-

轉(zhuǎn)座子

(1)自主性因子:具有自主剪接和轉(zhuǎn)座的功能。(2)非自主性因子:單獨存在時是穩(wěn)定的，不能轉(zhuǎn)座，當(dāng)基因組中存在與非自主性因子同家族的自主性因子時，它才具備轉(zhuǎn)座功能。

Ds-Ac系統(tǒng)(激活-解離系統(tǒng)）C代表顏色,決定玉米籽粒糊粉層紅和紫色的發(fā)生。抑制因子(非自主性因子,

Ds),它抑制C基因的作用。Ds和C都在玉米的第九對染色體上，且兩者的座位很近。激活因子(自主性因子,

Ac),能夠控制Ds因子。C與Ds之間易發(fā)生斷裂，Ds轉(zhuǎn)座到原來染色體的其他部位或別的染色體上，于是C恢復(fù)活性表現(xiàn)有色。如果Ds停留在原來的座位，并未發(fā)生斷裂和轉(zhuǎn)座，那么玉米籽粒為無色。

為什么Ds既能停留在原位，對C基因起著抑制作用，又能在玉米籽粒發(fā)育的不同階段發(fā)生斷裂和轉(zhuǎn)座呢？Ds的作用還受到激活因子Ac的控制玉米控制因子(Ac/Ds)的功能:1.在結(jié)構(gòu)和功能上與細菌轉(zhuǎn)座子是相似的2.可能引起染色體結(jié)構(gòu)的許多變化3.可能引起單個玉米顆粒的表型發(fā)生許多變化4.在植物發(fā)育期間的不同時間都有活性果蠅中的轉(zhuǎn)座子－P轉(zhuǎn)座子(Pelement)屬于非復(fù)制型。P轉(zhuǎn)座子兩翼都有31bp倒置重復(fù)序列，轉(zhuǎn)座后導(dǎo)致靶DNA復(fù)制產(chǎn)生8bp正向重復(fù)序列。有實驗證明，

P轉(zhuǎn)座子插入果蠅基因組W位點引起雜種不育。P轉(zhuǎn)座子的活化具組織特