分子生物学染色体与DNA课件.ppt

1、第二章 染色体与DNAn 染色体n DNA的结构n DNA的复制n DNA的修复n DNA的转座1ppt课件.分子生物学研究已经证实分子生物学研究已经证实DNA控制了生物的性状遗传。无论控制了生物的性状遗传。无论DNA或或RNA，都是由许许多多个，都是由许许多多个核苷酸核苷酸连接而成的生物大分子，而每个核连接而成的生物大分子，而每个核苷酸又由苷酸又由磷酸磷酸、核糖核糖和和碱基碱基3部分组部分组成。成。2ppt课件.图图2-1 核苷酸核苷酸的组成与结构。核苷的的组成与结构。核苷的5位和位和3位都可能与磷酸基团相连。位都可能与磷酸基团相连。3ppt课件.2.1 染色体（Chromosome)内容提

2、要：染色体概述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 4ppt课件.2.1 染色体2.1.1染色体染色体遗传物质的主要载体染色遗传物质的主要载体染色体在遗传上起着主要作用体在遗传上起着主要作用，因为亲代能因为亲代能够将自己的遗传物质以够将自己的遗传物质以染色染色体体（chromosome）的形式传给子代，保持的形式传给子代，保持了物种的稳定性和连续性。了物种的稳定性和连续性。5ppt课件.In the first phase of mitosis the chromatin fibers condense into chromosome

3、s.6ppt课件.Chromosomesconsisting of twoIdentical chromatids7ppt课件.染色体染色体包括包括DNA和和蛋白蛋白两两大部分。同一物种内每条染色大部分。同一物种内每条染色体所带体所带DNA的量是一定的，但的量是一定的，但不同染色体或不同物种之间变不同染色体或不同物种之间变化很大，人化很大，人X染色体有染色体有1.28亿亿个核苷酸对，而个核苷酸对，而Y染色体只有染色体只有0.19亿个核苷酸对。亿个核苷酸对。8ppt课件.人类人类22对对染色体及染色体及性染色体性染色体显微结构显微结构图图9ppt课件.2.1.1染色体概述染色体概述10ppt课件

4、.襻平均含襻平均含40kb DNA40kb DNA，襻在基部被，襻在基部被固定，襻的双链固定，襻的双链DNADNA被未知的各种被未知的各种碱性蛋白质压缩碱性蛋白质压缩(1)原核生物(prokaryote)E.coli 2.4109 Da，42000 Kb（1300微米），闭合环状，约编码2000个基因。E.coli的类核由支架(scafford）和向四周伸出的100个DNA环组成，支架的形状因染色体而异，长度为3-5m，支架是含RNA和蛋白质的复合结构，四周的每个环就是一个独立的功能区，长40Kb，13m。11ppt课件.Bacterial DNA is compacted in a stru

5、cture called the nucleoid,which occupies a large fraction of the bacterial cells volume 12ppt课件.拟核拟核(nucleoid)是原核细胞含基因组的区域。是原核细胞含基因组的区域。DNA同蛋同蛋白质结合并没有被膜包住。白质结合并没有被膜包住。染色体染色体（chromosome）是细胞在有丝分裂时遗传物质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存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。是基因组的一个分立单元并携带很多基因。果。是基因组的一个分立单元并携带很多基因

6、。真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是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的形式存在的。以染色质的形式存在的。染色质染色质(chromatin)是一种纤维状结构，叫做染色质丝，是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基本的单位它是由最基本的单位核小体核小体(nucleosome)成串排列而成串排列而成的。它是间期期间，细胞核成的。它是间期期间，细胞核DNA及与其连接的蛋白质及与其连接的蛋白质的状态。的状态。13ppt课件.(2)染色体形态14ppt课件.2.1.2 真核细胞染色体的组成真核细胞染色体的组成作为遗传物质，染色体具有如下征：分子结构相对稳定分子结构相

7、对稳定；能够能够自我复制自我复制，使亲子代之间保，使亲子代之间保持连续性；持连续性；能够能够指导蛋白质的合成指导蛋白质的合成，从而控，从而控制整个生命过程；制整个生命过程；能够能够产生可遗传的变异产生可遗传的变异。15ppt课件.16ppt课件.17ppt课件.18ppt课件.Mitotic chromosome(有丝分裂期的染色体)19ppt课件.20ppt课件.2.1.2.1 蛋白质 染色体蛋白主要分为染色体蛋白主要分为组蛋白组蛋白和和非组蛋白非组蛋白两两类。类。真核细胞真核细胞的染色体中，的染色体中，DNA与组蛋白的质与组蛋白的质量比约为量比约为1：1。DNA、组蛋白和非组蛋白及、组蛋白

8、和非组蛋白及部分部分RNA（尚未完成转录而仍与模板（尚未完成转录而仍与模板DNA相相连接的那些连接的那些RNA，其含量不到，其含量不到DNA的的10%）组成了染色体。组成了染色体。21ppt课件.组蛋白：H1 H2A H2B H3 H4非组蛋白核小体DNA蛋白质染色体真核生物染色体的组成22ppt课件.组蛋白是染色体的结构蛋白，分H1、H2A、H2B、H3及H4五种，为与DNA共同组成核小体。组蛋白含有大量的赖氨酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含赖氨酸。H2A、H2B介于两者之间。23ppt课件.组蛋白的一般特性：进化上的极端保守性，牛与豌豆的H4相差2个氨基酸无组织特异性：鸟/鱼

9、例外，H5取代H1肽链氨基酸分布的不对称性：氨基端（N）多的碱性氨基酸易于DNA的负电区结合，羧基端（C）与其他组蛋白、非组蛋白结合。H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%）可能与染色质失活有关。组蛋白的可修饰性：甲基化、乙基化、磷酸化等，H3,H4修饰作用普遍24ppt课件.保守程度：H1 H2A、H2B H3、H4组蛋白组蛋白 上海生化所分子遗传学试题：在真核生物核内。五种组蛋白（H1 H2A H2B H3 和H4）在进化过程中，H4极为保守，H2A最不保守（-）25ppt课件.在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化和ADP核糖基化等。H3、H4修饰作用较普遍，H2B有乙酰化作用、

10、H1有磷酸化作用。所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白所携带的正电荷。所携带的正电荷。这些组蛋白修饰的意义：一是改变染色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。组蛋白的可修饰性组蛋白的可修饰性26ppt课件.简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修饰的种类及其生物学意义中国科学院2003年硕士研究生入学生物化学与分子生物学试题27ppt课件.(5)非组蛋白非组蛋白n非组蛋白约占组蛋白总量的非组蛋白约占组蛋白总量的60%-70%60%-70%n包括酶类如包括酶类如R

11、NARNA聚合酶、核孔复合蛋白及肌动蛋白等。聚合酶、核孔复合蛋白及肌动蛋白等。可能是染色体的结构成分可能是染色体的结构成分n高速泳动蛋白高速泳动蛋白HMGHMG：与：与DNADNA结合不牢固，可能与结合不牢固，可能与DNADNA的超的超螺旋结构有关。螺旋结构有关。nDNADNA结合蛋白：与结合蛋白：与DNADNA结合紧密，可能是一些与结合紧密，可能是一些与DNADNA复制复制或转录有关的酶或调解物或转录有关的酶或调解物nA24A24非组蛋白，呈酸性，含有较多的谷氨酸和天冬氨酸。非组蛋白，呈酸性，含有较多的谷氨酸和天冬氨酸。28ppt课件.(1)C值反常现象（C-value paradox)/C

12、值矛盾 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值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。C值往往与种系的进化复杂程度不一致，即基因组大小与遗传复杂性之间没有必然的联系，某些较低等的生物C值却很大，如一些两栖动物的C值甚至比哺乳动物还大。这就是著名的“C值反常现象”。2.1.2、真核生物基因组DNA简述DNA的C值以及C值矛盾（C Value paradox）.中科院上海生化所；上海第二军医大：C值矛盾29ppt课件.两栖类同类生物不同种属之间同类生物不同种属之间DNA总量变化很总量变化很大。从编码每类生物所需的大。从编码每类生

13、物所需的DNA量的最量的最低值看，生物细胞中的低值看，生物细胞中的C值具有从低等值具有从低等生物到高等生物逐渐增加的趋势。生物到高等生物逐渐增加的趋势。30ppt课件.1.不重复序列不重复序列/单一序列单一序列：在基因组中有一个或几个拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。不重复序列长约7502 000bp,如：蛋清蛋白、血红蛋白等。占40%-80%。功能：主要是编码蛋白质。2.2.中度重复序列中度重复序列：在基因组中的拷贝数为101-104。如：rRNA、tRNA。总DNA的10%40%，如小鼠中占20%，果蝇中占15%，各种rRNA、tRNA以及某些结构基因如组蛋白基因等都属于这

14、一类。一般是不编码蛋白质的序列，在调控基因表达中起重要作用。根据 DNA复性动力学研究，DNA序列可以分成哪几种类型？并加以举例说明。(上海生化所）真核细胞真核细胞DNA序列可被分为序列可被分为3类类：31ppt课件.图2-6 非洲爪蟾的rRNA基因结构示意图在动物卵细胞形成过程中，在动物卵细胞形成过程中，rDNA可进行几千可进行几千次不同比例的复制，产生次不同比例的复制，产生2106个拷贝，使个拷贝，使rDNA占卵细胞占卵细胞DNA的的75%，从而使该细胞能积累，从而使该细胞能积累1012个个核糖体，以合成大量蛋白质供细胞分裂之需。核糖体，以合成大量蛋白质供细胞分裂之需。32ppt课件.3.

15、高度重复序列：高度重复序列：拷贝数达到几百个到几百万个。只存在于真核生物中，占基因组的10%60%，由6100个碱基组成，在DNA链上串联重复高达数百万次。因为卫星DNA不转录，其功能不详。它们是异染色质的成份，可能与染色体的稳定性有关。33ppt课件.（三）核小体(nucleosome)nucleosome)Nucleosome、chromosome、genome 中科院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题 1、定义：用于包装染色质的结构单位，是由DNA链缠绕一个组蛋白核构成的。34ppt课件.6.8:140:11000:18000:1DNA double helixNucleosom

16、e(10 nm fiber)30 nm FiberLoops ILoops IIchromosome2、染色体的包装超螺旋结构35ppt课件.基因组很小，大多只有一条染色体 结构简炼 存在转录单元(trnascriptional operon)多顺反子(polycistron)X174 D-E-J-F-G-H mRNA 蛋白J、F、G H D EE.coli 色氨酸操纵子色氨酸操纵子 9个顺反子个顺反子 9个酶个酶1、原核生物基因组结构特点（四）原核生物和真核生物基因组结构特点比较36ppt课件.有重叠基因（有重叠基因（SangerSanger发现）发现）基因内基因 部分重叠基因 一个碱基重叠

17、上海第二军医大硕士研究生入学考试试题：基因组的特点（真核、原核比较）37ppt课件.4、真核生物基因组结构特点38ppt课件.2.2 DNA的结构1 1）概念概念 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39ppt课件.2）特征：双链反向平行配对而成脱氧核糖和磷酸交替连接，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）。40ppt课件.3）DNA结构的表示法41ppt课件.42ppt课件.2 2、DNA DNA 的二级结构的二级结构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。43ppt课件.绕DNA

18、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。44ppt课件.ABZ大沟宽小沟窄小沟窄大沟变深小沟宽深大沟不存在小沟窄而深2）DNA二级机构分类：右手螺旋：右手螺旋：A-DNA，B-DNA左手螺旋：左手螺旋：Z-DNA45ppt课件.ABZ46ppt课件.DNADNA双链的变性和复性双链的变性和复性1)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

19、骤然上升，称为增色效应。47ppt课件.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影响因素：G+C含量，pH值，离子强度，尿素，甲酰胺等48ppt课件.49ppt课件.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。50ppt课件.2.2.3 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）超螺旋结构是DNA高级结构的主要形

20、式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类，它们在特殊情况下可以相互转变。51ppt课件.使每圈的核苷酸数不等于使每圈的核苷酸数不等于1010，出现双螺旋空间结构的改变，产生额，出现双螺旋空间结构的改变，产生额外的张力。如果额外的张力不能释放，则导致外的张力。如果额外的张力不能释放，则导致DNADNA分子内部原子空分子内部原子空间位置的重排，造成扭曲，即出现超螺旋结构。间位置的重排，造成扭曲，即出现超螺旋结构。在电场作用下，相同分子质量的超螺旋在电场作用下，相同分子质量的超螺旋DNADNA比线性比线性DNADNA迁移率大，线迁移率大，线性性DNADNA又比开环的又比开环的DNADNA迁移率大。迁移率大

21、。52ppt课件.拓扑异构酶or溴化乙锭拓扑异构酶or溴化乙锭DNA扭曲与双螺旋相同（拧紧）DNA扭曲与双螺旋相反（松开）负超螺旋松弛DNA正超螺旋53ppt课件.2.3 DNA的复制DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制内容提要：DNA的半保留复制与DNA复制有关的物质 DNA的复制过程（大肠杆菌为例）DNA复制的其它方式真核生物中DNA的复制特点54ppt课件.2.3 DNA的复制的复制 生命的遗传实际上是染色体生命的遗传实际上是染色体DNA自我复制的自我复制的结果，而染色体结果，而染色体DNA的自我复制主要是通过的自我复制主要是通过半保半保留复制留复制(Semi-conserva

22、tive)来实现的，是一个以来实现的，是一个以亲代亲代DNA分子为模板合成子代分子为模板合成子代DNA链的过程。链的过程。由于由于DNA是遗传信息的载体，因此亲代是遗传信息的载体，因此亲代DNA必须以自身分子为模板来合成新的分子必须以自身分子为模板来合成新的分子准确准确地复制成两个拷贝，并分配到两个子代细胞中去，地复制成两个拷贝，并分配到两个子代细胞中去，才能真正完成其遗传信息载体的使命。才能真正完成其遗传信息载体的使命。55ppt课件.由于由于DNA分子分子由两条多核苷酸链组成由两条多核苷酸链组成，两，两条链上的碱基条链上的碱基G只能与只能与C相配对，相配对，A只能只能与与T相配对，所以，两

23、条链是相配对，所以，两条链是互补互补的，一条的，一条链上的核苷酸排列顺序决定了另一条链上的链上的核苷酸排列顺序决定了另一条链上的核苷酸排列顺序。核苷酸排列顺序。56ppt课件.DNA的半保留复制的半保留复制（semi-conservative replication）DNA在复制过程中，每条链分别作为模在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个形成的两个DNA分子与原来分子与原来DNA分子的碱分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合，

24、另一条链则是新合成的，这种复制方式被称为成的，这种复制方式被称为DNA的半保留的半保留复制。复制。57ppt课件.1、定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。DNA的半保留复制（semi-conservative replication）半保留 保守型 分散型58ppt课件.DNA的半保留复制的半保留复制Semi-conservative mechanism15N labeling experiment1958年，Meselson 和Stahl研究了经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA,首次证明了DN

25、A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。59ppt课件.DNA的半不连续复制的半不连续复制（semidiscontinuous replication）由于由于DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的叉附近解开的DNA链一条是链一条是53方向，另一条是方向，另一条是35方向，两个模板极性不同。而所有已知方向，两个模板极性不同。而所有已知DNA聚合酶的合成聚合酶的合成方向都是方向都是53，两条链无法同时进行复制。为了解释，两条链无法同时进行复制。为了解释DNA的等速复制现象，日本学者冈崎（的等

26、速复制现象，日本学者冈崎（Okazaki）等提出）等提出了了DNA的的半不连续复制模型。半不连续复制模型。前导链的连续复制前导链的连续复制和和滞后链的不连续复制滞后链的不连续复制在在生物界是有普遍性的，生物界是有普遍性的，因而称之为因而称之为DNA的半不的半不连续复制连续复制。60ppt课件.Synthesis of Okazaki fragments requires priming,extension,removal of RNA,gap filling,and nick ligation61ppt课件.2.3.2 DNA复制的基本概念 复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行，所以，复制

27、起点呈叉子形式，被称为复制叉(Replication fork)。DNA的复制是由固定的起始点开始的。一般把生物体的复制单位称为复制子（replicon），一个复制子只含一个复制起点。62ppt课件.63ppt课件.表2-9 部分生物复制子的比较物种细胞内复制子数目（个）平均长度/kb复制子移动速度(bpmin-1)大肠杆菌14 20050 000酵母果蝇蟾蜍蚕豆5003 50015 00035 0004040200300？2 600500？64ppt课件.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双向复制，也就是说它们的基因组包含有

28、多个复制子。65ppt课件.中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生分子遗传学入学考试：请设计一个实验来证明DNA复制是以半保留方式进行的（8分）。66ppt课件.2、实验证据（1958 Meselson 和Stahl）：Matthew Messelson Franklin Stahl67ppt课件.“Heavy”DNA“Hybrid”DNA“light”DNA “Hybrid”DNA68ppt课件.3、DNA半保留复制的生物学意义：DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。69ppt课件.（二）与DNA复制有关的物质1、原料：四种脱氧核苷三磷

29、酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA链作为引物4、引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物（Primer)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。70ppt课件.5、DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物反应需要有模板的指导反应需要有3-OH存在DNA链的合成方向为5 3 71ppt课件.性质性质 聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶3 3 5 5 外切活性外切活性+5 3 5 3 外切活性外切活性+-5 5 3 3 聚合活性

30、聚合活性+中+很低+很高新生链合成新生链合成-+主要是对主要是对DNADNA损伤的修复；损伤的修复；以及在以及在DNADNA复制时切除复制时切除RNARNA引物并填补其留下的空隙。引物并填补其留下的空隙。修复紫外修复紫外光引起的光引起的DNADNA损伤损伤DNA DNA 复制的主要复制的主要聚合酶，还具有聚合酶，还具有3 3-5 5 外切酶的校对功能，外切酶的校对功能，提高提高DNADNA复制的保真性复制的保真性原核生物中的DNA聚合酶(大肠杆菌）Klenow片段（片段（Klenow fragment）：）：E.coli DNA聚合酶聚合酶I经部分水解生成的经部分水解生成的C末端末端605个氨

31、基酸残基片段。该片段保留了个氨基酸残基片段。该片段保留了DNA聚合酶聚合酶I的的5-3聚合酶和聚合酶和3-5外切酶活性，但缺少完整酶的外切酶活性，但缺少完整酶的5-3外切酶活性。外切酶活性。72ppt课件.53聚合作用聚合作用 +35 外切作用外切作用 -+5 3外切作用外切作用 -细胞内定位细胞内定位 核核 核核 线粒体线粒体 核核 核核 功能功能 复制复制 引发引发 修复修复 复制复制 复制复制 复制复制真核生物中的真核生物中的DNA聚合酶聚合酶73ppt课件.6、DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯

32、键，而使切口连接。但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来 DNA连接酶连接酶在在DNA复制、损伤修复、重组等过程中复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用起重要作用。3535OHOHP P74ppt课件.7、DNA 拓扑异构酶(DNA Topisomerase)：拓扑异构酶：使DNA一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关。例：大肠杆菌中的蛋白 拓扑异构酶：该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子。同复制有关。例：大肠杆菌中的DNA旋转酶上海生化所分子遗传学试题：拓扑异构酶75ppt课件.8、DNA 解螺旋酶/解链酶（DNA h

33、elicase)通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿蛋白沿3 5移动，而解螺旋酶移动，而解螺旋酶I、II、III沿沿5 3移动。移动。rep蛋白：蛋白：原核生物原核生物DNA复制中的一种解旋酶，与前导链结合，延复制中的一种解旋酶，与前导链结合，延3-5方向移动。解开即将复制的一段双链方向移动。解开即将复制的一段双链DNA。76ppt课件.77ppt课件.9、单链结合蛋白单链结合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：稳定已被解开的稳定已被解开的DNA单链，阻止复单链，阻止

34、复性和保护单链不被核酸酶降解。性和保护单链不被核酸酶降解。78ppt课件.（三）DNA的复制过程（大肠杆菌为例）n 双链的解开双链的解开n RNA引物的合成引物的合成n DNA链的延伸链的延伸n 切除切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的引物，填补缺口，连接相邻的DNA片片段段79ppt课件.1 1、双链的解开、双链的解开 DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。ori(或o）、富含A、T的区段。基本概念：上海生化所1998年分子遗传学试题：真核生物复制起始点的特征包括（）A富含GC区 B富含AT区 C Z DNA D无明显特征80ppt课件.从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫从复制原点

35、到终点，组成一个复制单位，叫复制子复制子复制时，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81ppt课件.复制方向和速度：单单起点、起点、双双向等速向等速多多起点、起点、双双向等速向等速82ppt课件.双链解开、复制起始识别识别解旋解旋83ppt课件.大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp保守序列相结合84ppt课件.在HU蛋白和ATP的共同作用下,Dna复制起始复合物使3个13bp直接重复序列变性,形成开链HuHu蛋白是一种二聚体，相蛋白是一种二聚体，相当于真核的当于真核的H2BH2B，能使，能使DNADNA压缩压缩 、盘绕

36、成念珠状的结、盘绕成念珠状的结构，它还可以刺激构，它还可以刺激DNADNA的复的复制制 85ppt课件.解链酶六体分解链酶六体分别与单链别与单链DNADNA相相结合结合(需需DnaCDnaC帮帮助助),),进一步解进一步解开开DNADNA双链双链86ppt课件.87ppt课件.2 2、RNARNA引物的合成引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶，引发RNA引物的合成。引物长度约为几个至10个核苷酸，基因组DNA复制时，先导链的引物是DNA，后随链的引物是RNA(-)2002年上海生化与细胞所88ppt课件.DNA的半不连续复制（semi-discontinuous replication)DNA

37、复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制。在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链为滞后链。3 3、DNADNA链的延伸链的延伸89ppt课件.在DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成53 的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。90ppt课件.91ppt课件.92ppt课件.引发体（引发体（primosome）：一种多蛋白复合体，）：一种多蛋白复合体，E.coli中的引发体包中的引发体包括催化括催化DNA滞后链不连

38、续滞后链不连续DNA合成所必需的，短的合成所必需的，短的RNA引物合成引物合成的引发酶，解旋酶。的引发酶，解旋酶。93ppt课件.华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题名词解释：冈崎片段（3分）武汉大学2003年硕士研究生入学分子生物学试题：Replicon、semi-conservative replication 94ppt课件.华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题 原核DNA合成酶中（C）的主要功能是合成前导链和冈崎片段A、DNA聚合酶 B、DNA聚合酶 C、DNA聚合酶 D、引物酶 95ppt课件.4 4、切除、切除RNARNA引物，填补缺

39、口，连接相邻的引物，填补缺口，连接相邻的DNADNA片段片段 （复制终止）（复制终止）在DNA聚合酶催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链96ppt课件.三三.复制的终止复制的终止n1.1.E.coliE.coli的复制终止的复制终止n现已发现有两个终止区域现已发现有两个终止区域（terterE E,D,A,D,A和和ter C,Bter C,B），位），位于相遇点的另一侧于相遇点的另一侧100Kb100Kb处。处。每一终止顺序对某一方向移每一终止顺序对某一方向移动的复制叉来说是特异的。动的复制叉来说是特异的。ntert

40、er顺序有一个顺序有一个23bp23bp的区域，的区域，在体外可导致复制的终止，在体外可导致复制的终止，但其功能显示了一定的方向但其功能显示了一定的方向性。性。97ppt课件.n终止需要终止需要tustus(terminus(terminus utilization substance)utilization substance)基因的产物基因的产物TusTus(36kD)(36kD)，TusTus能识别能识别terter保守顺序，保守顺序，并阻止复制叉继续前进。并阻止复制叉继续前进。nterter-Tus-Tus复合物可能通过复合物可能通过抑制抑制解旋酶解旋酶来实行终止来实行终止98ppt课

41、件.2.3.3 复制的几种主要方式复制的几种主要方式2.3.3.1 线性线性DNA双链的复制双链的复制2.3.3.2 环状环状DNA双链的复制双链的复制(1)型型(2)滚环型滚环型(rolling circle)(3)D-环型环型(D-loop)99ppt课件.图图2-19 大肠杆菌质粒大肠杆菌质粒DNA双向复制的模式与实双向复制的模式与实验验证。上：验验证。上：形复制模式图；下：形复制模式图；下：3H标记质粒标记质粒DNA合成图。合成图。环状环状DNA双链的复制双链的复制-型型100ppt课件.图2-20 环状DNA可以通过滚环式复制产生多单元单链DNA双链环状DNA复制起始于某一条DNA链

42、上新生DNA链延伸，不断取代母链复制一圈，产生单位长度的线性DNA链若复制继续进行，可产生多单元线性DNA链（1 1）模板链和新合成的）模板链和新合成的链分开链分开;（2 2）不需）不需RNARNA引物，在正引物，在正链链3 3OHOH上延伸上延伸（3 3）只有一个复制叉）只有一个复制叉;101ppt课件.D环复制D loop 是单向复制的特殊方是单向复制的特殊方式。首先在动物线粒体中被式。首先在动物线粒体中被发现。一条短发现。一条短RNA与一条与一条DNA互补，取代了该区域原互补，取代了该区域原来的互补的来的互补的DNA链，使得两链，使得两条链的合成高度不对称，一条链的合成高度不对称，一条链

43、上迅速合成出互补链，条链上迅速合成出互补链，另一条链则为游离的单环。另一条链则为游离的单环。102ppt课件.（五）真核生物中DNA的复制特点n1.原核生物基因组DNA有1个复制子，真核生物有多个复制子。n2.原核生物比真核生物DNA复制速度快。3.真核生物复制一旦启动，在完成本次复制前，不能在再启动新的复制，而原核复制起始位点可以连续开始新的复制，特别是快速繁殖的细胞。4.原核生物引物由引物酶催化合成的，真核生物引物由DNA聚合酶催化合成的5.原核生物与真核生物DNA聚合酶不同。真核生物的聚合酶没有5-3外切酶活性，需要一种叫FEN1的蛋白切除5端引物，原核的DNA聚合酶I具有5-3外切酶活

44、性。6.真核生物端粒DNA的合成由端粒酶催化合成的，原核生物不存在这种情况。n7.真核生物和原核生物的复制调控不同。103ppt课件.（六）（六）DNADNA复制的调控复制的调控nDNADNA链延伸的速度在同种生物的不同细胞中，几乎是恒链延伸的速度在同种生物的不同细胞中，几乎是恒定的，只是复制叉的数量不同。定的，只是复制叉的数量不同。n迅速分裂的细胞具有较多的复制叉，而分裂缓慢的细迅速分裂的细胞具有较多的复制叉，而分裂缓慢的细胞复制叉较少并出现复制的间隙。复制起始频率的直胞复制叉较少并出现复制的间隙。复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和接调控因子是蛋白质和RNA.RNA.104ppt课件.大肠

45、杆菌染色体大肠杆菌染色体DNADNA的复制调控的复制调控n复制起始不依赖于细胞分裂，而复制终止则能引发细复制起始不依赖于细胞分裂，而复制终止则能引发细胞分裂胞分裂n复制子由起始物位点和复制起点组成复制子由起始物位点和复制起点组成n起始物位点编码复制调解蛋白，复制调解蛋白和复制起始物位点编码复制调解蛋白，复制调解蛋白和复制起点相互作用起点相互作用启动复制起点相互作用起点相互作用启动复制nDNADNA复制的调控主要发生在起始阶段。大肠杆菌主要有复制的调控主要发生在起始阶段。大肠杆菌主要有OriCOriC和和OriHOriH两种复制起点两种复制起点 大肠杆菌有两个起点，一大肠杆菌有两个起点，一个是正

46、常起点个是正常起点OriCOriC，位于基，位于基因图谱因图谱8383分左右；另一个是分左右；另一个是非正常起点非正常起点OriHOriH，此点只在，此点只在RNaseHRNaseH缺乏的突变株上发现，缺乏的突变株上发现，二者起始机制是不同的。二者起始机制是不同的。105ppt课件.真核细胞真核细胞DNADNA的复制调控的复制调控n细胞生活周期水平调控（限制点调控）细胞生活周期水平调控（限制点调控）：决定细胞停：决定细胞停留在留在G1G1期还是进入期还是进入S S期（期（by Cyclins,Cdc(Cell by Cyclins,Cdc(Cell Division Cycle)gene pr

47、oductsDivision Cycle)gene products）。）。n染色体水平调控染色体水平调控：决定不同染色体或同一染色体不同：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部位的复制子按一定顺序在S S期起始复制。期起始复制。n复制子水平调控复制子水平调控：决定复制的起始与否，并且是高度：决定复制的起始与否，并且是高度保守的。保守的。106ppt课件.2.5 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复制的准确性以及DNA日常保养中的损伤修就着特别重要的意义。107ppt课件.四、四、DNADNA的修复的修复DNA修复系统功能错配修复恢复错配切除

48、修复切除突变的碱基或核苷酸重组修复复制后的修复DNA直接修复SOS系统修复嘧啶二体或甲基化DNADNA的修复，导致变异 扼要说明细胞中DNA修复系统有哪几种（8分）中国科学院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题108ppt课件.1、错配修复Dam甲基化酶使母链位于5GATC序列中腺甘酸甲基化甲基化紧随在DNA复制之后进行根据复制叉上DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子链上的错配碱基。“保存母链，修正子链”的原则109ppt课件.MutSMutS包围着含有纽节的错配包围着含有纽节的错配DNADNA，接下来，接下来，MutLMutL结合上来，结合上来，MutHMutH是一种内切核酸酶，是一种

49、内切核酸酶，MutSMutS的的ATPATP酶活性催化酶活性催化ATPATP的水的水解。解。MutHMutH在在DNADNA上接近错配的上接近错配的位置产生一个切口。紧接着，位置产生一个切口。紧接着，一个外切核酸酶消化切口链。一个外切核酸酶消化切口链。向着错配方向移动。最后产生向着错配方向移动。最后产生的单链的缺口由的单链的缺口由DNADNA聚合酶填聚合酶填补并消除错配。补并消除错配。110ppt课件.Dam甲基化酶在复制叉上的甲基化甲基化酶在复制叉上的甲基化111ppt课件.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发现错配碱基发现错配碱基在水解在水解ATP

50、的作用下，的作用下，MutS，MutL与碱基错与碱基错配点的配点的DNA双链结合双链结合MutS-MutL在在DNA双双链上移动，发现甲基化链上移动，发现甲基化DNA后由后由MutH切开非切开非甲基化的子链甲基化的子链112ppt课件.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错配碱基位于切口切口3下游端下游端，则由核酸外切酶则由核酸外切酶Vii和和RecJ来切。来切。错配碱基位于切错配碱基位于切口口5上游端，则由上游端，则由核酸外切酶核酸外切酶I来切来切113ppt课件.114ppt课件.2.1、碱基切除修复、碱基切除修复一些碱基在自发或悠变下会发生脱酰胺，然后改变配对