第二章_染色体与DNA

null第二章 染色体与DNA第二章 染色体与DNA2.1 染色体 2.2 DNA的结构 2.3 DNA的复制 2.4 原核生物和真核生物DNA复制特点 2.5 DNA的修复 2.6 DNA的转座核酸的发现和研究工作进展核酸的发现和研究工作进展1868年Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” 1944年Avery等人证实DNA是遗传物质 1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 60年代RNA研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转录酶）。 1968年Nirenberg发现遗传密码 1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶 80年代RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、“RNA世界”假说等 1981年Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 1985年Mullis发明PCR 技术 1990年美国启动人类基因组 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (HGP) 1994年中国人类基因组计划启动 2001年美、英等国完成人类基因组计划基本框架null分子生物学研究已经证实，DNA控制了生物的性状遗传。遗传物质是DNA遗传物质是DNA DNA是细菌的遗传物质 DNA是病毒的遗传物质 DNA是动物细胞的遗传物质 某些病毒的遗传物质是RNA核酸种类和分布核酸种类和分布脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）: 遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。 • 真核细胞中：DNA主要集中在细胞核内，线粒 体和叶绿体中均有各自的DNA。 • 原核细胞中: DNA存在于称为拟核(nucleoid)的 结构区。每个原核细胞一般只有一 个染色体，每个染色体含一个双链 环状DNA。核酸种类和分布核酸种类和分布核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）： • 主要参与遗传信息的传递和表达过程， • 细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞 核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者如逆转录 病毒（retrovirus)。 • 在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病 因子称为类病毒（viroid)和拟病毒（virusoid or satellite RNA); • 有些RNA(ribozyme)具生物催化作用。无论DNA或RNA，都是由许许多多个核苷酸连接而成的生物大分子，而每个核苷酸又由磷酸、核糖和碱基3部分组成。无论DNA或RNA，都是由许许多多个核苷酸连接而成的生物大分子，而每个核苷酸又由磷酸、核糖和碱基3部分组成。null核苷(脱氧核苷)和磷酸以磷酸酯 键连接形成核苷酸(核苷酸)碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖苷键连接形成核苷(核苷)组成DNA和RNA分子的五种 含氮碱基的结构式组成DNA和RNA分子的五种 含氮碱基的结构式2.1 染色体（Chromosome) 2.1 染色体（Chromosome) 内容提要： 染色体与染色质 染色体的结构和组成（ 原核生物 、 真核生物） 核小体 原核生物和真核生物基因组结构特点比较 null2.1.1染色体—遗传物质的主要载体 染色体在遗传上起着主要作用,因为亲代能够将自己的遗传物质以染色体（chromosome）的形式传给子代，保持了物种的稳定性和连续性。null染色体与染色质染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基本的单位—核小体(nucleosome)成串排列而成的。 染色体（chromosome）是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。 真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质(chromatin)的形式存在的。 null人类22对染色体及性染色体性染色体扫描电镜图染色体与染色质是同一种物质的两种形态。伸展的染色质形态有利于在它上面的DNA储存的信息的表达，而高度螺旋化了的棒状染色体则有利于细胞分裂中遗传物质的平分。2.1.2 染色体的结构和组成2.1.2 染色体的结构和组成单倍体细菌单倍体细胞二倍体细胞基因组与生物体的复杂性基因组与生物体的复杂性Genome size: the length of DNA associated with one haploid complement of chromosomes Gene number: the number of genes included in a genome Gene density: the average number of genes per Mb of genomic DNA 基因组(Genome) 是指生物体的单倍体细胞中的所有DNA。nullnull原核真核原生动物无脊椎动物脊椎动物null原核生物(prokaryote)染色体的组成 一般只有一条大染色体且大都带有单拷贝基因，除少数基因外（如rRNA基因）是以多拷贝形式存在。 整个染色体DNA几乎全部由功能基因和调控序列所组成。 几乎每个基因序列都与它所编码蛋白质序列呈线性对应关系。核外DNA的种类核外DNA的种类核外染色体真核生物的“质粒” 原核生物的质粒 线粒体 细胞质基因 （质体） 叶绿体 酵母菌的2m质粒F因子 R因子 Col质粒 Ti质粒 巨大质粒 降解性质粒原核生物的质粒（plasmid)大肠杆菌质粒DNA 原核生物的质粒（plasmid)定义：是一类小型闭合环状核外双螺旋DNA分子，能独立于细胞核进行自主复制。上面携带有数个到数十个甚至上百个基因。 现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的DNA分子。在基因工程中质粒常被用做基因的载体。许多细菌除了染色体外，还有大量很小的环状DNA分子,这就是质粒(plasmid) 。真核生物染色体的组成真核生物染色体的组成 真核生物染色体中DNA相对分子质量一般大大超过原核生物，并结合有大量的蛋白质，结构非常复杂。其具体组成成分为：蛋白质、DNA和RNA。 在真核细胞染色体中，DNA与蛋白质完全融合在一起，其蛋白质与相应DNA的质量之比约为2:1。这些蛋白质在维持染色体结构中起着重要作用。{DNA蛋白质染色体RNA（尚未完成转录而仍与模板DNA相连接的，其含量不到DNA的10%）null同一物种内每条染色体所带DNA的量是一定的，但不同染色体或不同物种之间变化很大。null组蛋白是染色体的结构蛋白： 有H1、H2A、H2B、H3及H4五种，与DNA共同组成核小体。1、蛋白质null组蛋白的一般特性： 进化上的保守性 不同种生物组蛋白的氨基酸组成是十分相似的。对稳定真核生物的染色体结构起着重要的作用。null无组织特异性 肽链氨基酸分布的不对称性 碱性氨基酸集中分布在N端，大部分疏水基团都分布在C端。 H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%） 组蛋白的可修饰性 包括甲基化、乙基化、磷酸化等 The core histones share a common structural fold The core histones share a common structural fold 组蛋白的修饰 （Histone modification）组蛋白的修饰 （Histone modification）核心组蛋白N-端尾部在核小体结构、DNA-蛋白质相互作用中的活跃作用； 某些氨基酸残基可被修饰， 如乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化，etc.nullP：磷酸化 Me：甲基化 Ac：乙酰化 S:丝氨酸 K：赖氨酸null• 乙酰化／去乙酰化修饰影响染 色质结构和基因活化； • 高乙酰化：转录活化； • 低乙酰化：转录抑制。非组蛋白非组蛋白非组蛋白约为组蛋白总量的60%～70%，可能有20～100种(常见的有15～20种)。 主要包括酶类(RNA聚合酶)、与细胞分裂有关的蛋白。 也可能是染色质的结构部分。nullHMG蛋白(High mobility group protein) 能与DNA结合但不牢固，也能与H1作用；可能 与DNA的超螺旋结构有关。 DNA结合蛋白 相对分子量较低，占非组蛋白的20％，染色质 的8％；可能与DNA的复制、转录、修复和重组 有关。2、DNA2、DNA1) DNA的变性和复性 ■变性（Denaturation) 　DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程称为变性。 ■增色效应(Hyperchromatic effect) 　在变性过程中，260nm紫外线吸收值先缓慢上升，当达到某一温度时骤然上升，称为增色效应。null ■融解温度（Melting temperature，Tm ) 变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度。 生理条件下为85-95℃ nullnull■复性（Renaturation) 热变性的DNA缓慢冷却，单链恢复成双链。 ■减色效应（Hypochromatic effect) 随着DNA的复性，260nm紫外线吸收值降低的现象。 null2) C值反常现象（C-value paradox) C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。 C值矛盾nullnull一般情况，真核生物C值是随着生物进化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物。（下页左图）进一步研究发现，某些两栖类C值大于哺乳动物，而且在两栖类中C值变化也很大，可相差100倍。（下页右图）null真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开。C值往往与种系进化的复杂程度不一，某些低等生物却具有较大的C值。这就是著名的“C值反常现象”。 由此推断，许多DNA序列不编码蛋白质，是无生理功能的。真核细胞DNA序列可被分为3类真核细胞DNA序列可被分为3类nullnull蛋白质编码区域只占人类基因组 非常小的部分蛋白质编码区域只占人类基因组 非常小的部分Proportion of functional elements within genomesProportion of functional elements within genomes肺鱼nullnull•人和黑猩猩的基因差别为1‰，来源于非编码RNA 。 •人和鼠的蛋白质编码基因99%是共同的。 •人个体间单倍体基因组的碱基差异300万个，其中1万个(0.3%)出现在 蛋白质编码基因中，且绝大多数存在于非编码RNA。The major differences among different organisms are non-coding RNAsnull人类基因组绝大部分都被转录成RNA，细胞内非编码RNA的数量是编码RNA的上百倍。这促使许多科学家认为生物体复杂性被隐藏在它们所输出的非编码RNA内，而非编码序列内。null2m长的DNA存在于5μm的核内？DNA分子有多长？1.7~2mDNA分子存在于哪个细胞器里面？细胞核null真核细胞染色体的DNA如图所示，经过四级压缩，长度压缩将近10000倍。 四级分别为： 核小体 螺线管 超螺旋圆筒 染色单体 3.真核细胞染色体的结构 电镜观察电镜观察未经处理的染色质自然结构：30nm纤丝盐溶液处理后解聚的染色质：10nm串珠状null染色质核酸酶消化部分酶解去除组蛋白DNA片段琼脂糖凝胶电泳分析null去除组蛋白琼脂糖凝胶电泳分析电子显微镜观察X射线晶体衍射-核小体3D结构X射线晶体衍射-核小体3D结构null核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的。八聚体在中间，DNA分子盘绕在外1.75圈（146bp），而H1则在核小体的外面。每个核小体只有一个H1。 核小体组成念珠状结构，直径为10nm。 核小体 null螺线管是由10nm染色质细丝盘绕形成的螺旋管状细丝，表现为30nm纤维。 螺线管每一螺旋包含6个核小体，压缩比为6。 这种螺线管是分裂间期和分裂前期染色体的基本组分。螺线管 null 中期染色质是一细长、中空的圆筒，直径4000nm，由30nm的螺线管缠绕而成，压缩比为40。 超螺旋圆筒染色单体 染色单体由超螺旋圆筒再压缩5倍而成。 null染色体形成过程中长度与宽度的变化2.1.3原核生物和真核生物基因组结构特点比较 2.1.3原核生物和真核生物基因组结构特点比较 基因组很小，大多只有一条染色体 结构简炼 存在转录单元(transcriptional operon) 多顺反子(polycistron) 有重叠基因（1977年Sanger发现）： 同一段DNA能携带两种不同蛋白质的信息。 1、原核生物基因组结构特点（P30）null转录单位多顺反子mRNAnull莲人在绿杨津 采 一 玉漱声歌新阙 采莲人在绿杨津，在绿杨津一阙新。 一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人。 null病毒ΦX174 DNA本身只有5 375（2.0×105）个核苷酸，1792Aa，若每个Aa的平均分子量110Da，197120Da。 ΦX174感染寄主后共合成9个蛋白质--分子量约2.5×105--6 ,078个核苷酸 基因内基因 部分重叠基因 一个碱基重叠 B在A内，E在D内；K与C部分重叠；D的终止密码的最后一个碱基是J起始密码的第一个碱基2、真核生物基因组结构特点（P29)2、真核生物基因组结构特点（P29)• 真核基因组庞大，一般都远大于原核生物的基因组。 • 真核基因组存在大量的重复序列。 • 真核基因组的大部分为非编码序列(>90％)，是真核生物与细菌和病毒之间最主要的区别。 • 真核基因组的转录产物为单顺反子。 • 真核基因是断裂基因，有内含子结构。 • 真核基因组存在大量的顺式作用元件(启动子、增强子、沉默子)。 • 真核基因组中存在大量的DNA多态性：单核苷酸多态性和串连重复序列多态性。 • 真核基因组具有端粒(telomere)结构。保护线性DNA的完整复制、保护染色体末端和决定细胞的寿命等功能。null内含子（Intron）是一个基因中非编码DNA片段，它分开相邻的外显子。DNA上的内含子会被转录到前体RNA中，但RNA上的内含子会在RNA离开细胞核进行翻译前被剪除。 外显子 (Exon) 是真核生物基因的一部分，它在成熟mRNA剪接 (Splicing)后仍会被保存下来。 所有的外显子一同组成了遗传信息，并可在蛋白质生物合成过程中被表达为蛋白质。null人类染色体端 粒DNA的荧光 原位杂交照片 2.2 DNA的结构2.2 DNA的结构1） 概念 指4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序， DNA序列是这一概念的简称。碱基序列 1、 DNA的一级结构nullDNA一级结构的表示法DNA一级结构的表示法5´ ACTGCATAGCTCGA 3´结构式线条式字母式2、DNA 的二级结构2、DNA 的二级结构1）定义：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构。 DNA空间结构特点： DNA空间结构特点： ●DNA分子由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成。 ●脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成DNA骨架，碱基排在内侧 ●内侧碱基通过氢键互补形成碱基对（A：T，C：G）。由于碱基可以任何顺序排列，构成了DNA分子的多样性。null绕DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨架扭转造成的。 null2）二级结构分类： 右手螺旋：A-DNA，B-DNA 左手螺旋：Z-DNA nullABZ3、DNA的高级结构3、DNA的高级结构1）定义：指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。 2）主要形式：超螺旋结构（正超螺旋和负超螺旋）P37P37双螺旋DNA的松开导致负超螺旋，而拧紧则导致正超螺旋。线状DNA形成的超螺旋线状DNA形成的超螺旋 环状DNA形成的超螺旋环状DNA形成的超螺旋SummarySummary1.遗传物质的主要载体是染色体。 2.染色体的主要成分：DNA和蛋白质（组蛋白、非组蛋白）。 3.Nucleosome (核小体) 是染色质的基本结构单位。 4.DNA的结构 一级结构：4种核苷酸的连接及其排列顺序。 二级结构：反向平行双螺旋。 三级结构：超螺旋。2.3 DNA的复制2.3 DNA的复制Key TermsKey Terms复制子(Replicon) 复制叉(Replication fork) DNA的半保留复制(Semi-conservative replication) DNA的半不连续复制(semi-discontinuous replication) 冈崎片断(Okazaki fragment) DNA聚合酶(DNA polymerase)2.3.1 DNA的半保留复制 Semi-conservative mechanism2.3.1 DNA的半保留复制 Semi-conservative mechanism15N labeling experiment1958年，Meselson（梅塞尔森） 和Stahl（斯特尔）研究了经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA,首次证明了DNA的半保留复制。DNA的半保留复制保证了DNA在代谢上的稳定性，与DNA的遗传功能相符合。nullnull定义：DNA在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复 制方式被称为DNA的半保留复制(p38)。2.3.2 复制的起点、方向和速度2.3.2 复制的起点、方向和速度DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制起始点。ori（或o）——富含A、T的区段。 从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子。 复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为复制叉。 null复制时，复制叉从复制起点开始沿着DNA链连续移动，起始点可以启动单向复制或者双向复制。这取决于复制起点形成一个复制叉还是两个复制叉。如右图： nullIn 1963, John Cairns（凯恩斯）’ Technique: Grew E. coli in 3H thymidine Waited till cells were in the middle of replication Lysed the cells very gently Spread the lysate on an EM grid Exposed the grid to X-ray film for TWO months. Replication of the E. coli chromosome What Cairns’ experiment showed？ What Cairns’ experiment showed？E. coli has a circular chromosome. E. coli has a single origin of replication. In E. coli, replication and unwinding are simultaneous. What Cairns did not show？ What Cairns did not show？Is replication UNIdirectional or BIdirectional? null细菌、病毒和线粒体的DNA分子都是作为单个复制子完成复制的； 真核生物基因组可以同时在多个复制起点上进行复制，也就是说它们的基因组包含有多个复制子。null 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf -复制的模式单起点、单方向多起点、单方向单起点、双方向多起点、双方向2.3.3 复制的几种主要方式1 线性DNA双链的复制 2 环状DNA双链的复制2.3.3 复制的几种主要方式null1 线性DNA双链的复制null复制能在新合成链的3`端结束，它如何在5`端启动呢？null（1）通过将线性复制子转变为环状或多聚分子null（2） 某种蛋白质介入而在真正的末端启动复制null（4） 末端长度可变-端粒（3）DNA末端形成特殊结构nullθ-复制 滚环复制 D-环复制2 线性DNA双链的复制（1）θ-复制 replication by θ-structure（1）θ-复制 replication by θ-structurenullφX174噬菌体由一个单链环状DNA组成，这条链称为正（+）链；合成的互补链称为负（一）链。双链体的复制以滚环复制方式进行。3.2.2 滚环复制 replication by rolling cycles structurenull（3）D-环复制 Replication by displacement loop structure2.4 原核、真核生物DNA复制特点（p44）2.4 原核、真核生物DNA复制特点（p44）2.4.1 原核生物DNA复制的特点DNA Synthesis DNA Synthesis 由于DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此两个模板极性不同。 所有已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’ null为了解释DNA的等速复制现象,日本学者冈崎(Okazaki)等提出了DNA的半不连续复制模型(semi-discontinuous replication). 半不连续复制Semi-discontinuous replication冈崎片段Okazaki fragment 半不连续复制Semi-discontinuous replication冈崎片段Okazaki fragment Leading strand Lagging strandReplication fork前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界是有 普遍性的，因而称之为DNA的半不连续复制。null1、用3H脱氧胸苷短时间标记后提取DNA，得到不少平均长度为2-3kb DNA片段。 2、用DNA连接酶温度敏感突变株进行实验，在连接酶不起作用的温度下，有大量小片段累积，说明复制过程中至少有一条链首先合成较短的片段，然后再生成大分子DNA。 [3H] Thymidine pulse-chase labeling and alkaline sucrose gradient: discovery of semi-discontinousreplicationnull The short discontinuous segments are called Okazaki Fragments. In bacteria they are approximately 1000 nt in length; in eukaryotes they are approximately 200 nt in length.DNA复制的体系DNA复制的体系 亲代DNA分子为模板 四种脱氧三磷酸核苷(dNTP)为底物 提供3’-OH末端的引物 多种酶及蛋白质 DNA拓扑异构酶、DNA解链酶、单链结合蛋白、引物酶、DNA聚合酶、RNA酶以及DNA连接酶等DNA复制的基本过程DNA复制的基本过程 复制的起始(initiation) DNA链的延伸(elongation) 复制的终止(termination) null 复制起始原点 DNA双螺旋的解旋 复制的引发 1. DNA复制的起始 大肠杆菌(E. coli)的OriC复制原点 大肠杆菌(E. coli)的OriC复制原点大肠杆菌基因组的复制原点位于天冬酰胺合酶和ATP合酶操纵子之间，全长245 bp, 称为oriC。参与DNA复制起始和引发的蛋白质参与DNA复制起始和引发的蛋白质 DNA解旋酶(DNA helicase) 催化DNA双链的解链过程。 单链DNA结合蛋白(single strand DNA binding protein)： 以四聚体形式存在于复制叉处，只保持单链的存在，并不能起解链作用。 DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 消除DNA双链的超螺旋堆积。 引物酶(primase) 合成一小段RNA引物，为DNA新链的合成提供3’-OH末端。nullDNA双螺旋的解旋DNA helicases separate the two strands of the double helix DNAnull Binding of SSB to DNA inhibits the formation of intramolecular base pairs DNADNA双螺旋的解旋null Action of topoisomerase at the replication fork Topoisomerase rapidly remove the positive supercoils accumulate in front of the replication fork.nullDNA聚合酶只能延长已存在的DNA链，而不能从头合成DNA链，那么，新DNA的复制是怎样开始的呢？ null DNA polymerase requires a 3’-OH end to initiate replicationThe 3’-OH end is called a primer.null 由引发酶DnaG（一种RNA聚合酶）在DNA模板上合成一段RNA引物A primer is a short sequence (often of RNA) that is paired with one strand of DNA and provides a free 3’-OH end at which a DNA polymerase starts synthesis of a deoxyribonucleotide chain. The primase is a type of RNA polymerase that synthesizes short segments of RNA that will be used as primers for DNA replication.由大肠杆菌oriC复制起始点处引发的DNA复制过程由大肠杆菌oriC复制起始点处引发的DNA复制过程在Hu蛋白和ATP的共同作用下，DnaA复制起始复合物使3x13 bp直接重复序列变形，形成开链。DnaB（解链酶）六体分别与单链DNA相结合（需要DnaC的帮助）进一步解开DNA双链。与引物结合，起始DNA复制。大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9 bp保守序列相结合。null2. DNA链的延伸DNA链的延伸需要的蛋白质:DNA聚合酶 滑动夹（Sliding DNA clamp） RNA酶(RNaseH 等) 在复制完成后切除RNA引物。 DNA连接酶(DNA ligase) 通过生成3’5’-磷酸二酯键连接两条DNA链。DNA polymerase use a single active site to catalyze DNA synthesisDNA polymerase use a single active site to catalyze DNA synthesisDNA polymerase bound to a primer: template junctionpalmnull Processivity (持续合成能力) A few ~ 50,000 DNA polymerases synthesis DNA in a processive mannerStructure of a sliding DNA clampStructure of a sliding DNA clampSliding DNA clamps encircle the newly replicated DNA produced by an associated DNA polymerase.Sliding clamps dramatically increase DNA polymerase processivity (持续合成能力) Sliding clamps dramatically increase DNA polymerase processivity (持续合成能力) The composition of the DNA Pol III holoenzymeThe composition of the DNA Pol III holoenzymeThree enzymes: •Two copies of the DNA Pol III core enzyme •One copy of the γ-complexThe “trombone（长号）” model for coordinating replication by two DNA polymerase at the E. coli replication fork The “trombone（长号）” model for coordinating replication by two DNA polymerase at the E. coli replication fork nullSteps in the synthesis of the lagging strand 后随链合成步骤 Removal of RNA primers from newly synthesized DNA Removal of RNA primers from newly synthesized DNA RNAse H（RNA酶） removes all of the RNA primer except the ribonucleotide directly linked to the DNA end. An exonuclease（核酸外切酶） removes the final ribonucleotide. DNA polymerase（DNA聚合酶） fills the gap, leaving a a break in the backbone between the 3’OH and 5’phosphate of the repaired strand. DNA ligase（DNA连接酶） repairs this “nick”. null当复制叉前移，遇到22bp重复性终止子序列(Ter)时，Ter-Tus复合物能使DnaB不再将DNA解链，阻挡复制叉的继续前移，等到相反方向的复制叉到达后在DNA拓扑异构酶IV的作用下使复制叉解体，释放子链DNA。3. 复制的终止null现已知大肠杆菌存在DNA聚合酶I、II、III、IV和V。 DNA聚合酶I 非主要聚合酶，可确保DNA合成的准确性， 去除冈崎片段5‘端RNA引物，使冈崎片段缺口消失。 DNA聚合酶II 主要生理功能为修复DNA。 DNA聚合酶III 为主导聚合酶。 DNA聚合酶IV和V主要在SOS修复中起作用。原核生物DNA聚合酶大肠杆菌三种DNA聚合酶特性比较大肠杆菌三种DNA聚合酶特性比较DNA Polymerase IIIDNA Polymerase IIIThe holoenzyme consists of: The core enzyme –α,ε,θ The sliding clamp –β The clamp loader complex –γ,χ[kai],δ,δ’,ψ[psai] A processivityswitch –τ[tau]nullDNA聚合酶III DNA聚合酶I、II、III (a proofreading activity) DNA聚合酶(去除冈崎片段） DNA聚合酶的共同点：DNA聚合酶的共同点：1、都以dNTP为底物。 2、都需要Mg 2+激活。 3、聚合时必须有模板链和具有3’-OH末端的引物链。 4、链的延伸都方向为5'→3'。null2.4.2 真核生物DNA复制的特点null真核生物每条染色体上可以有多个复制起点。 真核生物DNA在完成复制前不能开始新的复制，而原核生物则可以连续开始新的DNA复制，一个复制单元多个复制叉。 DNA复制只在S期进行。 复制子相对较小，为40-100kb。 复制起点为自主复制序列（ARS）。 复制叉移动速度慢，仅50bp/s，不到大肠杆菌的1/20。 真核生物DNA聚合酶有15种以上，其中主要有5种DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶α、β、γ、δ和ε。 真核生物DNA的复制子被称为ARS (autonomously replicating sequences)，长约150bp左右，包括数个复制起始必需的保守区。 真核生物DNA的复制子被称为ARS (autonomously replicating sequences)，长约150bp左右，包括数个复制起始必需的保守区。 真核生物DNA复制的起始需要起始点识别复合物（origin recognition complex，ORC）参与，ORC结合于ARS，它是由6种蛋白质组成的启动复合物。 真核生物DNA聚合酶的特性比较真核生物DNA聚合酶的特性比较 核苷切除以及碱基的切除修复null 1. 原核细胞内复制叉的多少决定了复制起始频率的高低，复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和RNA。DNA复制的调控：2. 真核细胞DNA的复制调控。其有3个水平的调控。 null细胞生活周期水平的调控。也称限制点调控，即决定细胞停留在G1还是进入S期。 染色体水平调控。决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期进行复制。 复制子水平调控。决定复制的起始与否，这种调控从单细胞生物到高等生物是高度保守的。细胞周期第二章 染色体与DNA第二章 染色体与DNA 染色体 DNA的结构 DNA的复制 DNA的修复 DNA的转座第五节 DNA的修复第五节 DNA的修复 由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上的地位，DNA的复制的准确性以及DNA日常保养中的损伤修复就有着特别重要的意义。下表是大肠杆菌中的DNA修复系统：1、错配修复1、错配修复 一旦在DNA复制过程中发生错配，细胞能够通过准确的错配修复系统识别新合成链中的错配并加以校正，DNA子链中的错配几乎完全能被修正。该系统对DNA复制忠实性有很大的贡献。 根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图 根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图1. 发现错配碱基2. 在水解ATP的作用下，MutS， MutL与碱基错配点的DNA双链结合3. MutS-MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链Dam甲基化酶使母链位于5’GATC序列中腺甘酸甲基化，甲基化紧随在DNA复制之后进行错配修复 甲基化指导的错配修复示意图 甲基化指导的错配修复示意图错配碱基位于切口3’下游端，错配碱基位于切口5’上游端，××null碱基切除修复 核苷酸切除修复切除修复碱基切除修复碱基切除修复一些碱基在自发或诱发下会发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成氨基转换突变（p54） 胞嘧啶(C)去氨基生成尿嘧啶(U)null.糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-β-糖苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP位点。null由AP磷酸内切酶将受损核甘酸的糖甘-磷酸键切开×null。 DNA连接酶连接利用DNA聚合酶I切除损伤部位，补上核苷酸核苷酸切除修复核苷酸切除修复DNA切割酶切割移去12-13个核苷酸（原核）或27-29个核苷酸（真核）的单链DNA，再由DNA聚合酶和DNA连接酶修复DNA链 识别损伤部位损伤的两边切除几个核苷酸DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子链DNA连接酶将切口补平null重组修复 又被称为“复制后修复”，修复的对象是子代DNA。 损伤的DNA先进行复制，在新合成链中留下一个对应于损伤序列的缺口，通过DNA重组，从同源的DNA母链上将相应的核苷酸序列片段移至子链缺口处。 DNA聚合酶填补缺损。 模板上的伤疤始终留着。只能随着重组修复次数↑，伤疤占的比例↓。DNA的直接修复DNA的直接修复在DNA光解酶的作用下将环丁烷胸腺嘧啶二体和6-4光化物还原成为单体直接修复是把损伤的碱基回复到原来状态的一种修复SOS反应SOS反应 SOS反应是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急状况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。 SOS反应广泛存在于原核和真核生物中，可产生两方面的作用：DNA的修复、DNA的变异。 SOS与细胞癌变有关。 第二章 染色体与DNA第二章 染色体与DNA 染色体 DNA的结构 DNA的复制 DNA的修复 DNA的转座五、 DNA的转座五、 DNA的转座基本概念：转座子最先由Barbara McClintock于20世纪40年代在玉米遗传学研究时发现的。 null转座子 (transposon 或 transposable element)是基因组内相对独立的、可移动序列，它们不必借用噬菌体或质粒的形式就可以从基因组的一个座位直接转移到另一个座位，这个过程称为转座（transposition）。 “转座”这一命名不准确，在转座过程中，可移位因子的一个拷贝常留在原来的位置上， 在新位点上出现的是它的拷贝。DNA的转座(移位）：由可移位因子介导的遗传物质重排现象。 转座子（transposon, Tn）是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。pastnownull 转座子存在于所有生物体内，人类基因组中有约35%以上的序列为转座子序列，其中大部分与疾病有关。转座子分为两大类： 1. 转座子的分类和结构特征1. 插入序列（insertional sequence, IS）2. 复合型转座子（composite transposon）null最简单的转座子，不含任何宿主基因。它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。 一个细菌细胞常带有少于10个IS序列。 转座子常被定位到特定的基因，造成该基因突变。 插入序列（IS因子）IS因子的特征：IS因子的特征： 很小的DNA片段 末端具有倒置重复序列 复制宿主靶位点DNA（4-15bp） 可独立存在，带有介导自身移动的蛋白，可作为其他转座子的组成部分 null特征： 复合型转座子两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。 IS序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子。复合型转座子是一类带有某些抗药性基因（或其它宿主基因）的转座子。复合型转座子null复合型转座子还有一类无IS序列、体积庞大的的转座子（5000bp以上）——TnA家族。 TnA特征： 携带3个基因，其中 一个为编码β-内酰胺 酶基因（AmpR） 两翼都有38bp的倒置 重复序列（IR）null限制性内切酶在靶DNA上制造一个交错的切口 转座子与突出的单链末端相连接 修补缺刻，形成直接重复序列。转座作用的机制null转座可分为复制型和非复制型两大类复制型转座（replicative transposition）作为自身移动的一个部分，转座子被复制，一个拷贝仍然保留在原来的位置上，而另一个则插入到一个新的部位.null转座元件作为一个物理实体直接由一个部位转移到另一个部位。非复制型转座本章重点本章重点第一节 染色体 第二节 DNA的结构 第三节 DNA的复制 第四节 原核生物和真核生物DNA复制特点 第五节 DNA的修复 第六节 DNA的转座 复习题复习题证明DNA是遗传物质的两个关键性实验是：肺炎链球菌在老鼠体内的毒性和T2噬菌体感染大肠杆菌。这两个实验中主要的论点证据是：（ ） (a)从被感染的生物体内重新分离得到DNA，作为疾病的致病剂 (b)DNA突变导致毒性丧失 (c)生物体吸收的外源DNA（而并非蛋白质）改变了其遗传潜能 (d)DNA是不能在生物体间转移的，因此它一定是一种非常保守的分子Cnull1953年Watson和Crick提出：（ ） （a）多核苷酸DNA链通过氢键连接成一个双螺旋 （b）DNA的复制是半保留的，常常形成亲本—子代双螺旋杂合链 （c）三个连续的核苷酸代表一个遗传密码 （d）遗传物质通常是DNA 而非RNA anull下列哪一种蛋白不是组蛋白的成分（ ） (a) H1 (b) H2A 、H2B (c) H3、H4 (d) H5 dnullDNA的二级结构指：（ ）； （a）是指4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成； （b）是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构； （c）是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。 CnullDNA复制的特点（ ）。 A.半不连续复制 B.半保留复制 C.都是等点开始、两条链均连续复制 D.有DNA指导的DNA聚合酶参加 BnullDNA复制时在前导链上DNA沿5’-3’方向合成，在滞后链上则沿3’-5’方向合成。（ ） 11、核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的（ ）和由大约200bp DNA组成的。八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而（ ）则在核小体的外面。 八聚体， H1×