第二章 染色體與DNA-分子生物學課件

第二章染色體與DNA概述第一節(jié)染色體第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)第三節(jié)DNA的復制第四節(jié)DNA的修復2024/5/91第二章-染色體與DNA-分子生物學膚色眼皮單雙血型基因有遺傳效應的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)第二章-染色體與DNA-分子生物學

——是DNA的主要載體，基因是有遺傳效應的DNA序列；每個DNA分子含有很多個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；每個基因中含有許多個脫氧核苷酸——DNA（基因）的基本組成單位染色體、DNA、基因、脫氧核苷酸的關系第二章-染色體與DNA-分子生物學1.誰生命活動的體現(xiàn)者？2.誰是“幕后導演”？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在細胞中的分布？蛋白質(zhì)遺傳物質(zhì)（DNA）DNA可以自我復制DNA指導蛋白質(zhì)的合成；細胞質(zhì)中的核糖體上主要在細胞核中第二章-染色體與DNA-分子生物學DNA主要在細胞核蛋白質(zhì)的合成在細胞質(zhì)進行指導通過信使RNA基因指導蛋白質(zhì)合成的過程，叫基因的表達。第二章-染色體與DNA-分子生物學1條染色體DNA分子基因脫氧核苷酸1個許多成百上千四者的數(shù)量關系第二章-染色體與DNA-分子生物學

現(xiàn)代遺傳學認為：

基因是具有遺傳效應的DNA序列，這些序列是遺傳信息的物質(zhì)載體，可表達為一定的產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)或RNA）,傳遞著支配生命活動的指令。第二章-染色體與DNA-分子生物學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。

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？第二章-染色體與DNA-分子生物學基因與疾病的關系人的疾病和基因又有什么關聯(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)學研究表明，所有的疾病或多或少都和基因有一些關聯(lián)，主要是由于基因的改變、突變和表達的改變造成的。第二章-染色體與DNA-分子生物學一般來講，人體內(nèi)大約有3-4萬個基因，但不是說每個基因都是正常的，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個至6個隱形致病基因，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。第二章-染色體與DNA-分子生物學基因通過復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，儲存著生命孕育、生長、凋亡過程的全部信息，通過復制、表達、修復，突變，完成生命繁衍、細胞分裂和蛋白質(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。它也是決定生命健康的內(nèi)在因素。第二章-染色體與DNA-分子生物學基因——圖紙人體的基因就如同工廠生產(chǎn)零件的圖紙，這張圖紙出錯了，按照圖紙生產(chǎn)的零件就可能是個次品甚至是廢品。如果我們的基因圖紙一旦發(fā)生錯誤，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，導致疾病的發(fā)生。

第二章-染色體與DNA-分子生物學生命的奧秘蘊藏于“四字天書”之中Ａ：腺嘌呤Ｇ：鳥嘌呤

Ｔ：胸腺嘧啶Ｃ：胞嘧啶ATTAGCCGTAATCCCCGGGGTTTAAA第二章-染色體與DNA-分子生物學基因序列差異導致人和人之間的區(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%不同第二章-染色體與DNA-分子生物學父母通過基因?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二章-染色體與DNA-分子生物學一、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)。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2024/5/916第二章-染色體與DNA-分子生物學

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。2024/5/917第二章-染色體與DNA-分子生物學真核生物染色體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2024/5/918第二章-染色體與DNA-分子生物學非分裂期的染色質(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。2024/5/919第二章-染色體與DNA-分子生物學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。2024/5/920第二章-染色體與DNA-分子生物學細菌染色體組織沒有明顯的核區(qū)域，DNA位于擬核中，是一條共價閉合雙鏈DNA分子。2024/5/921第二章-染色體與DNA-分子生物學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(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；幾乎每個基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)呈線性對應。2024/5/922第二章-染色體與DNA-分子生物學二、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。2024/5/923第二章-染色體與DNA-分子生物學組蛋白殘基數(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)2024/5/924第二章-染色體與DNA-分子生物學組蛋白的特征：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）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?；⒘姿峄?；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、魚類和兩棲類紅細胞2024/5/925第二章-染色體與DNA-分子生物學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。2、DNA2024/5/926第二章-染色體與DNA-分子生物學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，用基因組的堿基對表示。

C-值矛盾（C-valueparadox）：基因組大小與機體的遺傳復雜性缺乏相關性，某些低等生物卻具有較大的C值。2024/5/927第二章-染色體與DNA-分子生物學（1）、不重復序列（單一拷貝序列）在單倍體基因組中只有一個或幾個拷貝的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)屬于不重復序列。（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。可能在基因調(diào)控中起重要作用。常有數(shù)千個類似序列，各重復數(shù)百次，構(gòu)成一個序列家族。大多數(shù)高等生物的基因組都有10%~40%的中度重復序列。rRNA、tRNA基因、組蛋白基因。真核細胞DNA的種類:2024/5/928第二章-染色體與DNA-分子生物學(3)、高度重復序列——衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）重復104次以上，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。2024/5/929第二章-染色體與DNA-分子生物學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)：

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)2024/5/930第二章-染色體與DNA-分子生物學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2024/5/931第二章-染色體與DNA-分子生物學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）。2024/5/932第二章-染色體與DNA-分子生物學2）組蛋白H1

DNA進入和離開組蛋白聚合體的位置十分接近，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。2024/5/933第二章-染色體與DNA-分子生物學由核小體串聯(lián)形成的10nm纖絲30nm纖絲3）、染色質(zhì)的存在形式：2024/5/934第二章-染色體與DNA-分子生物學

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。2024/5/935第二章-染色體與DNA-分子生物學

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6倍67nm10nm每圈6個核小體中期染色質(zhì)40倍5倍染色體單體200bpDNA2024/5/936第二章-染色體與DNA-分子生物學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)。2024/5/937第二章-染色體與DNA-分子生物學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。2024/5/938第二章-染色體與DNA-分子生物學三、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)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)，習慣上把原核生物的核酸分子也稱為染色體。2024/5/939第二章-染色體與DNA-分子生物學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。2024/5/940第二章-染色體與DNA-分子生物學核苷酸結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)2024/5/941第二章-染色體與DNA-分子生物學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。2024/5/942第二章-染色體與DNA-分子生物學一級結(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2024/5/943第二章-染色體與DNA-分子生物學DNA的一級結(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的一級結(jié)構(gòu)強調(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。2024/5/944第二章-染色體與DNA-分子生物學DNA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。

2024/5/945第二章-染色體與DNA-分子生物學2024/5/946第二章-染色體與DNA-分子生物學5′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。2024/5/947第二章-染色體與DNA-分子生物學2024/5/948第二章-染色體與DNA-分子生物學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-DNA2024/5/949第二章-染色體與DNA-分子生物學（一）DNA的二級結(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

2024/5/950第二章-染色體與DNA-分子生物學JamesWatson(L)andFrancisCrick(R),andthemodeltheybuiltofthestructureofDNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)(doublehelixstructure)是DNA二級結(jié)構(gòu)的一種重要形式，它是Watson和Crick兩位科學家于1953年提出來的一種結(jié)構(gòu)模型。此項發(fā)現(xiàn)被譽為20世紀最偉大的自然科學發(fā)現(xiàn)之一，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立為分子生物學的發(fā)展奠定了基礎，對現(xiàn)代生命科學的發(fā)展同樣產(chǎn)生深遠的影響。2024/5/951第二章-染色體與DNA-分子生物學DNA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單鏈之間基團相互識別和作用的結(jié)果。雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級結(jié)構(gòu)的最基本形式。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點doublehelixmodel2024/5/952第二章-染色體與DNA-分子生物學DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點（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為5′端→3′端，而另一條鏈的方向為3′端→5′端。2024/5/953第二章-染色體與DNA-分子生物學（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。2024/5/954第二章-染色體與DNA-分子生物學（3）螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個堿基平面之間的距離為0.34nm，每10個核苷酸形成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈的高度）為3.4nm。2024/5/955第二章-染色體與DNA-分子生物學（4）維持兩條DNA鏈相互結(jié)合的力是鏈間堿基對形成的氫鍵。堿基結(jié)合具有嚴格的配對規(guī)律:A與T結(jié)合，G與C結(jié)合，這種配對關系，稱為堿基互補。A和T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等2024/5/956第二章-染色體與DNA-分子生物學2024/5/957第二章-染色體與DNA-分子生物學（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)識別DNA堿基序列的基礎。（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。2024/5/958第二章-染色體與DNA-分子生物學3、其他螺旋形式

Z-DNA（左手雙螺旋）

A-DNA2024/5/959第二章-染色體與DNA-分子生物學DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性2024/5/960第二章-染色體與DNA-分子生物學

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,RNA-RNA都呈A型。2024/5/961第二章-染色體與DNA-分子生物學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，從之字形。Z-DNA

Z-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。2024/5/962第二章-染色體與DNA-分子生物學A—DNA

B—DNA

Z—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2024/5/963第二章-染色體與DNA-分子生物學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)。2024/5/964第二章-染色體與DNA-分子生物學

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)：2024/5/965第二章-染色體與DNA-分子生物學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)2024/5/966第二章-染色體與DNA-分子生物學質(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2024/5/967第二章-染色體與DNA-分子生物學一、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2024/5/968第二章-染色體與DNA-分子生物學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。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)。2024/5/969第二章-染色體與DNA-分子生物學復制原點（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。2024/5/970第二章-染色體與DNA-分子生物學復制叉（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。2024/5/971第二章-染色體與DNA-分子生物學三、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'

；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RNA引物必須切除。2024/5/972第二章-染色體與DNA-分子生物學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。2024/5/973第二章-染色體與DNA-分子生物學（2）滾環(huán)型復制如：ΦX174（弗愛器）在原點割切；共價延伸；切下被替換的單鏈。（3）D-環(huán)形2024/5/974第二章-染色體與DNA-分子生物學四、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。2024/5/975第二章-染色體與DNA-分子生物學（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。2024/5/976第二章-染色體與DNA-分子生物學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；2024/5/977第二章-染色體與DNA-分子生物學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，而在真核生物中則不表現(xiàn)協(xié)同效應。2024/5/978第二章-染色體與DNA-分子生物學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.2024/5/979第二章-染色體與DNA-分子生物學（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。2024/5/980第二章-染色體與DNA-分子生物學引發(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，一直至下一個引物或?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。2024/5/981第二章-染色體與DNA-分子生物學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2024/5/982第二章-染色體與DNA-分子生物學前導鏈（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）。2024/5/983第二章-染色體與DNA-分子生物學岡崎片段的連接DNAPolI，ligase2024/5/984第二章-染色體與DNA-分子生物學(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。2024/5/985第二章-染色體與DNA-分子生物學（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2024/5/986第二章-染色體與DNA-分子生物學

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復制中鏈延長反應的主導聚合酶。DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ主要在SOS修復過程中發(fā)揮作用。2024/5/987第二章-染色體與DNA-分子生物學大腸桿菌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10.05152024/5/988第二章-染色體與DNA-分子生物學1、含多個復制原點，即含多個復制子2、一般為雙向移動3、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2024/5/989第二章-染色體與DNA-分子生物學4、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的特點：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。2024/5/990第二章-染色體與DNA-分子生物學5、復制原點的平均距離（復制子平均大?。┩换蚪M內(nèi)的差異很大。Yeast/fly:40kb;animal:～100kb6、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。7、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。2024/5/991第二章-染色體與DNA-分子生物學真核生物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—