染色體與分子生物學(xué)

關(guān)于染色體與分子生物學(xué)膚色眼皮單雙血型基因有遺傳效應(yīng)的DNA片段控制生物性狀在染色體上呈線性排列基因的本質(zhì)第2頁,共103頁，2024年2月25日，星期天

——是DNA的主要載體，基因是有遺傳效應(yīng)的DNA序列；每個(gè)DNA分子含有很多個(gè)基因基因是決定生物性狀的基本單位；基因在染色體上呈線性排列基因中堿基的排列順序（或脫氧核苷酸的排列順序）代表遺傳信息；每個(gè)基因中含有許多個(gè)脫氧核苷酸——DNA（基因）的基本組成單位染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關(guān)系第3頁,共103頁，2024年2月25日，星期天1.誰生命活動(dòng)的體現(xiàn)者？2.誰是“幕后導(dǎo)演”？3.為什么自然界選擇了DNA（主要）作為遺傳物質(zhì)？4.蛋白質(zhì)是怎么合成的？場所？5.DNA在細(xì)胞中的分布？蛋白質(zhì)遺傳物質(zhì)（DNA）DNA可以自我復(fù)制DNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成；細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上主要在細(xì)胞核中第4頁,共103頁，2024年2月25日，星期天DNA主要在細(xì)胞核蛋白質(zhì)的合成在細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行指導(dǎo)通過信使RNA基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，叫基因的表達(dá)。第5頁,共103頁，2024年2月25日，星期天1條染色體DNA分子基因脫氧核苷酸1個(gè)許多成百上千四者的數(shù)量關(guān)系第6頁,共103頁，2024年2月25日，星期天

現(xiàn)代遺傳學(xué)認(rèn)為：

基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA序列，這些序列是遺傳信息的物質(zhì)載體，可表達(dá)為一定的產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)或RNA）,傳遞著支配生命活動(dòng)的指令。第7頁,共103頁，2024年2月25日，星期天DNA分子的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)。

生物界多樣性的直接原因是蛋白質(zhì)的多樣性；生物界多樣性的根本原因是核酸序列的多樣性。生物界多樣性的原因是什么？第8頁,共103頁，2024年2月25日，星期天基因與疾病的關(guān)系人的疾病和基因又有什么關(guān)聯(lián)呢?人生病有各種各樣的因素，但不外乎于內(nèi)因和外因兩類。內(nèi)在的因素最根本的就是基因，現(xiàn)在醫(yī)學(xué)研究表明，所有的疾病或多或少都和基因有一些關(guān)聯(lián)，主要是由于基因的改變、突變和表達(dá)的改變?cè)斐傻?。?頁,共103頁，2024年2月25日，星期天一般來講，人體內(nèi)大約有3-4萬個(gè)基因，但不是說每個(gè)基因都是正常的，有些是有缺陷的，而這些有缺陷的基因往往成為致病基因。目前，一般來說看上去正常的健康人，身上都帶有5個(gè)至6個(gè)隱形致病基因，只不過身體內(nèi)還有一套正常的基因代替致病基因在起作用，因而致病基因沒有表現(xiàn)出來。第10頁,共103頁，2024年2月25日，星期天基因通過復(fù)制把遺傳信息傳遞給下一代，使后代出現(xiàn)與親代相似的性狀，儲(chǔ)存著生命孕育、生長、凋亡過程的全部信息，通過復(fù)制、表達(dá)、修復(fù)，突變，完成生命繁衍、細(xì)胞分裂和蛋白質(zhì)合成等重要生理過程。生物體的生、長、病、老、死等一切生命現(xiàn)象都與基因有關(guān)。它也是決定生命健康的內(nèi)在因素。第11頁,共103頁，2024年2月25日，星期天基因——圖紙人體的基因就如同工廠生產(chǎn)零件的圖紙，這張圖紙出錯(cuò)了，按照?qǐng)D紙生產(chǎn)的零件就可能是個(gè)次品甚至是廢品。如果我們的基因圖紙一旦發(fā)生錯(cuò)誤，而按照基因圖紙生產(chǎn)的蛋白質(zhì)或各種酶功能發(fā)生改變，依靠這些酶和蛋白質(zhì)來完成的生理功能出現(xiàn)異常，降低甚至喪失了，導(dǎo)致疾病的發(fā)生。

第12頁,共103頁，2024年2月25日，星期天生命的奧秘蘊(yùn)藏于“四字天書”之中Ａ：腺嘌呤Ｇ：鳥嘌呤

Ｔ：胸腺嘧啶Ｃ：胞嘧啶ATTAGCCGTAATCCCCGGGGTTTAAA第13頁,共103頁，2024年2月25日，星期天基因序列差異導(dǎo)致人和人之間的區(qū)別1….ATCCTGTACCTACGTGTACAATAGTA…..CTGATCATCTCTATGGG….2….ATCCTGTTCCTACGTGTACAATAGTA…..CTGATCATCTCTATGGG…3….ATCCTGTACCTACGTGTACAATAGTA…..CTGATCAGCTCTATGGG….123人與人之間基因序列99.9%相同，0.1%不同第14頁,共103頁，2024年2月25日，星期天父母通過基因?qū)⑻卣鱾鬟f給后代，所以，基因決定著我們的各種特性，如膚色、長相、壽命等，同時(shí)也影響著我們的性格、天賦，健康和疾病易感性等?；驔Q定著我們的各種特性第15頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1516一、染色體的概述染色體（chromosome）

：是指存在于細(xì)胞核中的棒狀可染色結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)是由DNA、RNA和蛋白質(zhì)形成的復(fù)合體。染色體是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，在細(xì)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)染色體第16頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1517

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(gè)核苷酸對(duì)，而Y染色體只帶有0.19億個(gè)核苷酸對(duì)。第17頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1518真核生物染色體1、真核細(xì)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(gè)DNA分子第18頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1519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(xì)胞有絲分裂過程中，才可在光學(xué)顯微鏡下觀察到。第19頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1520真核細(xì)胞染色體的特征：染色體位于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞分裂間期，染色體以較細(xì)且松散的染色質(zhì)形式存在，只有在細(xì)胞分裂期，才可在光學(xué)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。第20頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1521細(xì)菌染色體組織沒有明顯的核區(qū)域，DNA位于擬核中，是一條共價(jià)閉合雙鏈DNA分子。第21頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1522原核細(xì)胞染色體的特征:染色體位于類似“核”的結(jié)構(gòu)—類核體(擬核）上；染色體很少或沒有包裹非組蛋白，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(gè)染色體幾乎完全由功能基因和調(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)呈線性對(duì)應(yīng)。第22頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1523二、真核細(xì)胞染色體的組成染色體的特征：（1）分子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定；（2）能夠自我復(fù)制，使親子代間保持連續(xù)性；（3）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，控制整個(gè)生命過程；（4）能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。第23頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1524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)第24頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1525組蛋白的特征：1、進(jìn)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(duì)稱性（賴氨酸、精氨酸含量豐富）堿性氨基酸主要分布在氨基端；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）。--鳥類、魚類和兩棲類紅細(xì)胞第25頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1526哺乳動(dòng)物兩棲動(dòng)物鳥類昆蟲線蟲霉菌酵母細(xì)菌支原體

各個(gè)種類生物的最小基因組與其復(fù)雜性正相關(guān)。2、DNA第26頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1527開花植物鳥類哺乳動(dòng)物爬行動(dòng)物兩棲類硬骨魚軟骨魚棘皮動(dòng)物甲殼類昆蟲軟體動(dòng)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，用基因組的堿基對(duì)表示。

C-值矛盾（C-valueparadox）：基因組大小與機(jī)體的遺傳復(fù)雜性缺乏相關(guān)性，某些低等生物卻具有較大的C值。第27頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1528（1）、不重復(fù)序列（單一拷貝序列）在單倍體基因組中只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝的DNA序列。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝。結(jié)構(gòu)基因大多數(shù)屬于不重復(fù)序列。（2）、中度重復(fù)序列每個(gè)基因組中10～104個(gè)拷貝。平均長度為300bp，一般是不編碼序列，廣泛散布在非重復(fù)序列之間?？赡茉诨蛘{(diào)控中起重要作用。常有數(shù)千個(gè)類似序列，各重復(fù)數(shù)百次，構(gòu)成一個(gè)序列家族。大多數(shù)高等生物的基因組都有10%~40%的中度重復(fù)序列。rRNA、tRNA基因、組蛋白基因。真核細(xì)胞DNA的種類:第28頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1529(3)、高度重復(fù)序列——衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）重復(fù)104次以上，只存在于真核生物中，占基因組的10%~60%，由6~10個(gè)堿基組成。衛(wèi)星DNA均位于染色體的著絲粒。第29頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15303、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(shí)驗(yàn)證據(jù)：

1）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)；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；染色質(zhì)小球菌核酸酶處理染色質(zhì)第30頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1531核小體是組成染色質(zhì)的重復(fù)單位，每個(gè)核小體由約200（160～250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2個(gè)，以及一個(gè)H1組成。核小體中組蛋白聚合體組成第31頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15321）核心顆粒結(jié)構(gòu)：

單個(gè)核小體繼續(xù)消化可以把DNA進(jìn)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(fù)單位中除核心DNA以外的其它DNA稱為連接DNA（linkerDNA）。第32頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15332）組蛋白H1

DNA進(jìn)入和離開組蛋白聚合體的位置十分接近，進(jìn)出兩端與H1結(jié)合形成。如沒有H1，則DNA進(jìn)入和離開核心顆粒的位置是隨機(jī)的。第33頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1534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：第34頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1535

30nm纖絲由10nm纖維卷曲繞成圓筒形線圈，每圈約6個(gè)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。第35頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1536

DNA和組蛋白構(gòu)成核小體，核小體再繞成一個(gè)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6倍67nm10nm每圈6個(gè)核小體中期染色質(zhì)40倍5倍染色體單體200bpDNA第36頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1537真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、基因組龐大；2、大量重復(fù)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)。第37頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1538DNA多態(tài)性：指DNA序列中發(fā)生變異而導(dǎo)致的個(gè)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(fù)序列多態(tài)性(tandemrepeatspolymorphism)兩類。第38頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1539三、原核生物基因組及其特點(diǎn)1、原核生物的遺傳物質(zhì)原核生物的遺傳物質(zhì)DNA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(xí)慣上把原核生物的核酸分子也稱為染色體。第39頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15402、原核生物基因組的特點(diǎn)（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。第40頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1541核苷酸結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第41頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15421、DNA的一級(jí)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(xué)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。第42頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1543一級(jí)結(jié)構(gòu)是指核酸分子中核苷酸的排列順序及連接方式。核苷酸的排列順序代表了遺傳信息。1、核苷酸的連接方式：3

,5

磷酸二酯鍵2、核酸的基本結(jié)構(gòu)形式：多核苷酸鏈信息量：4n末端：5

端、3

端多核苷酸鏈的方向：5ˊ端→3ˊ端(由左至右)3、表示方法：結(jié)構(gòu)式、線條式、文字縮寫第43頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1544DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種脫氧核糖核苷酸即：脫氧腺嘌呤核苷酸、脫氧鳥嘌呤核苷酸、脫氧胞嘧啶核苷酸和脫氧胸腺嘧啶核苷酸，通過3’，5’-磷酸二酯鍵連接起來的直線形或者環(huán)形多聚體。DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)的是DNA分子中核苷酸的堿基序列，DNA的堿基序列本身就是生命遺傳信息的貯存形式。生物界物種的多樣性取決于DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合。第44頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1545DNA分子的連接鍵—3’，5’-磷酸二酯鍵一分子核苷酸的3

-位羥基與另一分子核苷酸的5

-位磷酸基通過脫水可形成3

,5

-磷酸二酯鍵，從而將兩分子核苷酸連接起來。

第45頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1546第46頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15475′3′4′5′2′1′核酸就是由許多核苷酸單位通過3

,5

-磷酸二酯鍵連接起來形成的不含側(cè)鏈的長鏈狀化合物。核酸是具有方向性的長鏈狀化合物，多核苷酸鏈的兩端，一端稱為5

-端，另一端稱為3

-端。第47頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1548第48頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15492、DNA的二級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)右手螺旋左手螺旋A-DNAB-DNAZ-DNA第49頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1550（一）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondarystructure）1、堿基組成規(guī)則(Chargaff規(guī)則)[A]=[T]，[G]=[C]；

[A]+[G]=[T]+[C](嘌呤與嘧啶的總數(shù)相等有種屬特異性無組織、器官特異性不受年齡、營養(yǎng)、性別及其他環(huán)境等影響

第50頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1551JamesWatson(L)andFrancisCrick(R),andthemodeltheybuiltofthestructureofDNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)(doublehelixstructure)是DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的一種重要形式，它是Watson和Crick兩位科學(xué)家于1953年提出來的一種結(jié)構(gòu)模型。此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大的自然科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立為分子生物學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展同樣產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。第51頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1552DNA分子由兩條DNA單鏈組成DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是分子中兩條DNA單鏈之間基團(tuán)相互識(shí)別和作用的結(jié)果。雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的最基本形式。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)doublehelixmodel第52頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1553DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)（1）DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向?yàn)?′端→3′端，而另一條鏈的方向?yàn)?′端→5′端。第53頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1554（2）嘌呤和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。第54頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1555（3）螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為0.34nm，每10個(gè)核苷酸形成一個(gè)螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈的高度）為3.4nm。第55頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1556（4）維持兩條DNA鏈相互結(jié)合的力是鏈間堿基對(duì)形成的氫鍵。堿基結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)規(guī)律:A與T結(jié)合，G與C結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。A和T之間形成兩個(gè)氫鍵，G與C之間形成三個(gè)氫鍵。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等第56頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1557第57頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1558（5）螺旋表面形成大溝及小溝，彼此相間排列。小溝較淺；大溝較深，是蛋白質(zhì)識(shí)別DNA堿基序列的基礎(chǔ)。（6）氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。第58頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15593、其他螺旋形式

Z-DNA（左手雙螺旋）

A-DNA第59頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1560DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性第60頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1561

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(xì)、加深；小溝變得寬而淺。A-DNA

通常DNA在細(xì)胞中以B-DNA形式存在，但可能發(fā)生改變；DNA-RNA雜交分子,RNA-RNA都呈A型。第61頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1562Z-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(duì)堿基上升0.37nm，每匝12bp。主鏈變的不平滑，從之字形。Z-DNA

Z-DNA在鄰近調(diào)控系統(tǒng)，抑制轉(zhuǎn)錄；在遠(yuǎn)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)。第62頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1563A—DNA

B—DNA

Z—DNA螺旋方向右右左每匝堿基數(shù)111012每堿基對(duì)上升距離0.26nm0.34nm0.37nm螺距2.8nm3.4nm4.5nm每堿基對(duì)在螺旋中旋轉(zhuǎn)角度3336-60總尺寸短而寬較長而細(xì)長而細(xì)大溝細(xì)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)特性比較第63頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15643、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進(jìn)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(jià)閉合環(huán)狀DNA（covalentlyclosedcircle，cccDNA），經(jīng)進(jìn)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)。第64頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1565

正超螺旋（positivesupercoil）：由于雙鏈緊纏而引起的超螺旋。負(fù)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(fù)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)：第65頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1566緊纏而引起正超螺旋右手螺旋的DNA順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)自由末端逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)自由末端松纏而引起負(fù)超螺旋逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)松纏而引起負(fù)超螺旋緊纏而引起正超螺旋順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)第66頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1567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(duì)分子遷移的影響第67頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1568一、復(fù)制的概貌DNA復(fù)制的半保留性三種可能的方式：全保留復(fù)制（conservativereplication）半保留復(fù)制（semiconservativereplication）彌散復(fù)制（dispersivereplication）第三節(jié)DNA的復(fù)制第68頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1569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(jìn)行復(fù)制。半保留復(fù)制：每個(gè)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(fù)制方式稱為DNA的半保留復(fù)制（semiconservativereplication)。第69頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1570復(fù)制原點(diǎn)（origin）:DNA分子復(fù)制的特定起點(diǎn)。復(fù)制方向可以是單向或者雙向二、復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度

對(duì)一個(gè)生物體而言，復(fù)制的起點(diǎn)是固定的，復(fù)制叉移動(dòng)的方向和速度以雙向等速為主。第70頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1571復(fù)制叉（replicationfork）:正在進(jìn)行復(fù)制的復(fù)制起點(diǎn)呈現(xiàn)叉子的形式，稱為復(fù)制叉。復(fù)制眼（replicationeye）:DNA復(fù)制的部分看上去象一只眼睛，稱為復(fù)制眼。復(fù)制子（replicon）：生物體的復(fù)制單位稱為復(fù)制子。第71頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1572三、DNA復(fù)制的幾種方式1、線性DNA雙鏈的復(fù)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(dòng)，新鏈的合成方向與聚合酶移動(dòng)方向一致，即是5'→3'

；DNA的合成必需一段引物的存在，體內(nèi)DNA復(fù)制時(shí)，由一段RNA引物起始DNA合成，起始后RNA引物必須切除。第72頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15732、環(huán)狀DNA雙鏈的復(fù)制（1）θ

型復(fù)制體如，大腸肝菌質(zhì)粒DNA的復(fù)制。第73頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1574（2）滾環(huán)型復(fù)制如：ΦX174（弗愛器）在原點(diǎn)割切；共價(jià)延伸；切下被替換的單鏈。（3）D-環(huán)形第74頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1575四、原核生物和真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)1、大腸桿菌DNA復(fù)制原核生物每個(gè)DNA分子只有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)。復(fù)制原點(diǎn)序列特征4個(gè)9bp重復(fù)序列，3個(gè)13bp重復(fù)序列，都富含A-T對(duì)。第75頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1576（1）DNA雙螺旋的解旋

DNA的解鏈過程，首先在拓?fù)洚悩?gòu)酶I的作用下解開負(fù)超螺旋，并與解鏈酶共同作用，在復(fù)制起點(diǎn)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(huì)恢復(fù)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。第76頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1577a、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(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)；第77頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1578b、單鏈結(jié)合蛋白

SSB以四聚體的形式結(jié)合在單鏈DNA的復(fù)制叉處，其作用是保證被解鏈酶解開的單鏈在復(fù)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)。第78頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1579c、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶天然狀態(tài)下，DNA以負(fù)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(fù)制過程中形成正超螺旋，拓?fù)洚悩?gòu)酶能夠消除解鏈造成正超螺旋的堆積，消除阻礙解鏈進(jìn)行的壓力，使復(fù)制繼續(xù)進(jìn)行.第79頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1580（2）、DNA復(fù)制的引發(fā)

DNA復(fù)制時(shí)，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(jìn)一步組裝成引發(fā)體才能發(fā)揮其功效。第80頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1581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(fù)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，一直至下一個(gè)引物或?qū)槠?。由RNaseH降解RNA引物并由DNA聚合酶Ⅰ將缺口補(bǔ)齊，再由DNA連接酶將兩個(gè)岡崎片段連接在一起形成大分子DNA。第81頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1582兩股新合成鏈都是按5’~3’方向合成。（3）岡崎片段與半不連續(xù)復(fù)制第82頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1583前導(dǎo)鏈（leadingstrand）：隨著親本雙鏈體的解開而連續(xù)進(jìn)行復(fù)制的鏈，稱為前導(dǎo)鏈；后隨鏈（laggingstrand）：一段親本DNA單鏈?zhǔn)紫缺┞冻鰜恚缓笠耘c復(fù)制叉移動(dòng)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）。第83頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1584岡崎片段的連接DNAPolI，ligase第84頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1585(4)、DNA復(fù)制的終止大腸桿菌DNA復(fù)制的終止

當(dāng)復(fù)制叉遇到約22個(gè)堿基的重復(fù)性終止子序列（Ter)時(shí)，Tus-Ter復(fù)合物能使DnaB不再將DNA解鏈，阻擋復(fù)制叉的繼續(xù)前移，等到相反方向的復(fù)制叉達(dá)到后停止復(fù)制。第85頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1586（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引物第86頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1587

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(fù)DNA。

DNA聚合酶III（DNAPolymeraseIII,PolIII）具DNA聚合酶活性，活力較強(qiáng)；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大腸桿菌DNA復(fù)制中鏈延長反應(yīng)的主導(dǎo)聚合酶。DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ主要在SOS修復(fù)過程中發(fā)揮作用。第87頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1588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(xué)活性10.0515第88頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15891、含多個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，即含多個(gè)復(fù)制子2、一般為雙向移動(dòng)3、各個(gè)復(fù)制子在完全完成復(fù)制之前，起始點(diǎn)上DNA的復(fù)制不能再開始。復(fù)制特點(diǎn)：2、真核生物DNA的復(fù)制第89頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15904、真核生物的復(fù)制子相對(duì)較小，其長度為40~100kb自主性復(fù)制序列（autonomousreplicationsequence,ARS）：真核生物DNA的復(fù)制起始位點(diǎn)。

ARS的特點(diǎn)：具有一個(gè)A區(qū)，該區(qū)含有11個(gè)A-T堿基對(duì)的保守序列。真核生物DNA復(fù)制的起始需要起始點(diǎn)識(shí)別復(fù)合物（originrecognitioncomplex,ORC)結(jié)合于ARS，ORC是由6種蛋白質(zhì)組成的啟動(dòng)復(fù)合物。第90頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15915、復(fù)制原點(diǎn)的平均距離（復(fù)制子平均大?。┩换蚪M內(nèi)的差異很大。Yeast/fly:40kb;animal:～100kb6、復(fù)制平均速度：～2,000bp/min(對(duì)比E.coli:50,000bp/min)，還不到大腸肝菌的1/20。7、在任意時(shí)刻，通常只有少數(shù)（<15%）復(fù)制子工作，只有一部分用于起始復(fù)制，另有一部分有時(shí)使用。復(fù)制子的長度不是固定不變的。第91頁,共103頁，2024年2月25日，星期天2024/4/1592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(xì)胞內(nèi)分布核內(nèi)