染色体与DNA分子生物学精选课件.ppt

1、概述概述第一节第一节 染色体染色体第二节第二节 DNA的结构的结构第三节第三节 DNA的复制的复制第四节第四节 DNA的修复的修复12022-11-21肤色肤色眼皮单双眼皮单双血型血型有遗传效应的有遗传效应的DNA片段片段控制生物性状控制生物性状在染色体上呈在染色体上呈线性排列线性排列2 是DNA的主要载体，基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNA序列；每个序列；每个DNA分子含有分子含有很多个基因很多个基因基因是决定生物性状的基本单位；基因在染色体上基因是决定生物性状的基本单位；基因在染色体上呈线性排列呈线性排列基因中碱基的排列顺序（或脱氧核苷酸的排列顺序）基因中碱基的排列顺序（或脱氧核苷

2、酸的排列顺序）代表遗传信息；代表遗传信息；每个基因中含有许多个脱氧核苷酸每个基因中含有许多个脱氧核苷酸 DNA（基因）的基本组成单位（基因）的基本组成单位染色体、染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的关系、基因、脱氧核苷酸的关系31.1.谁生命活动的体现者？谁生命活动的体现者？2.2.谁是谁是“幕后导演幕后导演”？3.3.为什么自然界选择了为什么自然界选择了DNADNA（主要）作为遗（主要）作为遗传物质？传物质？4.4.蛋白质是怎么合成的？场所？蛋白质是怎么合成的？场所？5.DNA5.DNA在细胞中的分布？在细胞中的分布？蛋白质蛋白质遗传物质（遗传物质（DNADNA）DNADNA可以自我复制可以自

3、我复制DNADNA指导蛋白质的合成；细胞质中的核糖体上指导蛋白质的合成；细胞质中的核糖体上主要在细胞核中主要在细胞核中4DNA主要在主要在细胞核细胞核蛋白质的合蛋白质的合成成在细胞在细胞质进行质进行指导指导通过通过信使信使RNA基因指导蛋白质合成的过程，叫基因指导蛋白质合成的过程，叫基因的表达基因的表达。51 1条染色体条染色体DNADNA分子分子基因基因脱氧核苷酸脱氧核苷酸1 1个个许多许多成百上千成百上千四者的数量关系四者的数量关系6 现代遗传学认为：现代遗传学认为：基因是具有遗传效应的基因是具有遗传效应的DNADNA序列序列，这些序列是遗，这些序列是遗传信息的物质载体，可表达为一定的产物

4、（如蛋白传信息的物质载体，可表达为一定的产物（如蛋白质或质或RNARNA）,传递着支配生命活动的指令。传递着支配生命活动的指令。7 DNA DNA分子的多样性和特异性是生物分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。体多样性和特异性的物质基础。生物界多样性的生物界多样性的直接原因直接原因是蛋白质的多样性；是蛋白质的多样性；生物界多样性的生物界多样性的根本原因根本原因是核酸序列的多样性。是核酸序列的多样性。8 人的疾病和基因又有什么关联呢?人生病有各种各样的因素，但不外乎于内因和外因两类。内在的因素最根本的就是基因，现在医学研究表明，所有的疾病或多或少都和基因有一些关联，主要是由于基因

5、的改变、突变和表达的改变造成的。9l一般来讲，人体内大约有3-4万个基因，但不是说每个基因都是正常的，有些是有缺陷的，而这些有缺陷的基因往往成为致病基因。目前，一般来说看上去正常的健康人，身上都带有5个至6个隐形致病基因，只不过身体内还有一套正常的基因代替致病基因在起作用，因而致病基因没有表现出来。10l基因通过复制把遗传信息传递给下一代，使后代出现与亲代相似的性状，储存着生命孕育、生长、凋亡过程的全部信息，通过复制、表达、修复，突变，完成生命繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程。生物体的生、长、病、老、死等一切生命现象都与基因有关。它也是决定生命健康的内在因素。11 人体的基因就如同工厂

6、生产零件的图纸，这张图纸出错了，人体的基因就如同工厂生产零件的图纸，这张图纸出错了，按照图纸生产的零件就可能是个次品甚至是废品。按照图纸生产的零件就可能是个次品甚至是废品。如果我们的基因图纸一旦发生错误，而按照基因图纸生产如果我们的基因图纸一旦发生错误，而按照基因图纸生产的蛋白质或各种酶功能发生改变，依靠这些酶和蛋白质来完成的蛋白质或各种酶功能发生改变，依靠这些酶和蛋白质来完成的生理功能出现异常，降低甚至丧失了，导致疾病的发生。的生理功能出现异常，降低甚至丧失了，导致疾病的发生。12生命的奥秘蕴藏于“四字天书”之中ATTAGCCGTAATCCCCGGGGTTTAAA13基因序列差异导致人和人之

7、间的区别1.ATCCTGTACCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCATCTCTATGGG.2.ATCCTGTTCCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCATCTCTATGGG3.ATCCTGTACCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCAGCTCTATGGG.123人与人之间基因序列人与人之间基因序列99.9%99.9%相同，相同，0.1%0.1%不同不同14父母通过基因将特征传递给后代，所以，父母通过基因将特征传递给后代，所以，基因决定着我们的各种特性，如肤色、长基因决定着我们的各种特性，如肤色、长相、寿命等，同时也影响着我们的性格、相、寿命等，同时也影响着我们的

8、性格、天赋，健康和疾病易感性等。天赋，健康和疾病易感性等。基因决定着我们的各种特性基因决定着我们的各种特性15一、染色体的概述 染色体（chromosome）：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构。染色质是由染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。染色体是一种动和蛋白质形成的复合体。染色体是一种动态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。染色体是遗传物质的主要载体亲子代传递量的恒定第一节 染色体162022-11-21 不同物种染色体数目存在较大差别，同一不同物种染色体数目存在较大差别，同一物种内每条染色体所带的物种内每条染色体所带的DNA量是一定的，量是

9、一定的，但不同染色体或不同物种之间变化很大。如人但不同染色体或不同物种之间变化很大。如人的的X染色体带有染色体带有1.28亿个核苷酸对，而亿个核苷酸对，而Y染色体染色体只带有只带有0.19亿个核苷酸对。亿个核苷酸对。172022-11-21真核生物染色体真核生物染色体1、真核细胞结构、真核细胞结构2、染色体概况、染色体概况 DNA:27%，蛋白质蛋白质:66%，RNA:6%每条染色体只有一每条染色体只有一个个DNA分子分子182022-11-21非分裂期的染色质在电子显微镜下呈纤维串珠状的长丝 一般说来，染色体只有在细胞有丝分裂过程中，才可在光学显微镜下观察到。192022-11-21 真核细

10、胞染色体的特征：染色体位于细胞核内。在细胞分裂间期，染色体以较细且松散的染色质形式存在，只有在细胞分裂期，才可在光学显微镜下观察到棒状可染色的染色体。在染色体中，DNA与组蛋白和非组蛋白完全融合在一起。202022-11-21细菌染色体组织细菌染色体组织 没有明显的核区域，没有明显的核区域，DNA位于拟核中，是位于拟核中，是一一条条共价闭合双链共价闭合双链DNA分分子。子。212022-11-21 原核细胞染色体的特征:染色体位于类似“核”的结构类核体(拟核）上；染色体很少或没有包裹非组蛋白，不含组蛋白；原核生物中一般只有一条染色体，且大都带有单拷贝基因，只有很少数基因（如rRNA基因)是以多

11、拷贝形式存在的；整个染色体几乎完全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的蛋白质呈线性对应。222022-11-21二、真核细胞染色体的组成染色体的特征：染色体的特征：（1 1）分子结构相对稳定；）分子结构相对稳定；（2 2）能够自我复制，使亲子代间保持连续性；）能够自我复制，使亲子代间保持连续性；（3 3）能够指导蛋白质合成，控制整个生命过程；）能够指导蛋白质合成，控制整个生命过程；（4 4）能够产生可遗传的变异。）能够产生可遗传的变异。232022-11-21组蛋白组蛋白残基数残基数分子量（分子量（kD）%精精%赖赖种类H121523.0129连接蛋白H2A12914.0

12、911核心蛋白H2B12513.8616核心蛋白H313515.31310核心蛋白H410211.31411核心蛋白 染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体，是一类小的碱性蛋白。1、蛋白质、蛋白质242022-11-21组蛋白的特征组蛋白的特征：1、进化上的极端保守（如、进化上的极端保守（如H3、H4）；）；2、无组织特异性；、无组织特异性；3、肽链上氨基酸分布的不对称性（赖氨酸、精氨酸含、肽链上氨基酸分布的不对称性（赖氨酸、精氨酸含量丰富）碱性氨基酸主要分布在氨基端；量丰富）碱性氨基酸主要分布在氨基端；4、组蛋白的修饰作用（甲基化、乙酰化、磷

13、酸化）；、组蛋白的修饰作用（甲基化、乙酰化、磷酸化）；5、富含赖氨酸的组蛋白、富含赖氨酸的组蛋白H5（H5的磷酸化可能在染色的磷酸化可能在染色质的失活过程中起重要作用）。质的失活过程中起重要作用）。-鸟类、鱼类和两栖鸟类、鱼类和两栖类红细胞类红细胞252022-11-21哺乳动物哺乳动物两栖动物两栖动物鸟类鸟类昆虫昆虫线虫线虫霉菌霉菌酵母酵母细菌细菌支原体支原体 各个种类生物各个种类生物的最小基因组与其的最小基因组与其复杂性正相关。复杂性正相关。2、DNA262022-11-21开花植物开花植物鸟类鸟类哺乳动物哺乳动物爬行动物爬行动物两栖类两栖类硬骨鱼硬骨鱼软骨鱼软骨鱼棘皮动物棘皮动物甲壳类甲

14、壳类昆虫昆虫软体动物软体动物线虫线虫霉菌霉菌藻类藻类真菌真菌革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌支原体支原体各物种基因组大小比较各物种基因组大小比较 C-值（值（C-value）:一种生物单倍体基因组一种生物单倍体基因组DNA的总量，用基因组的总量，用基因组的碱基对表示。的碱基对表示。C-值矛盾（值矛盾（C-value paradox）：基因组大基因组大小与机体的遗传复杂性小与机体的遗传复杂性缺乏相关性，某些低等缺乏相关性，某些低等生物却具有较大的生物却具有较大的C值。值。272022-11-21 （1）、）、不重复序列（单一拷贝序列）不重复序列（单一拷贝序列）在单倍体在单倍体基因

15、组中只有一个或几个拷贝的基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列。真核生序列。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。结构基因大结构基因大多数属于不重复序列多数属于不重复序列。（2）、）、中度重复序列中度重复序列每个基因组中每个基因组中10104个拷个拷贝。平均长度为贝。平均长度为300 bp，一般是不编码序列，广泛，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。可能在基因调控中起重要作散布在非重复序列之间。可能在基因调控中起重要作用。常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个用。常有数千个类似序列，各重复数百次，构成一个序列家族。大多数高等生物的基因组都有序

16、列家族。大多数高等生物的基因组都有10%40%的中度重复序列。的中度重复序列。rRNA、tRNA基因、组蛋白基因。基因、组蛋白基因。真核细胞DNA的种类:282022-11-21(3)、高度重复序列、高度重复序列卫星卫星DNA（satellite DNA）重复重复104次以上，次以上，只存在于真核生物中，占基因组只存在于真核生物中，占基因组的的10%60%，由，由610个碱基组成。个碱基组成。卫星卫星DNA均位于均位于染色体的着丝粒。染色体的着丝粒。292022-11-213、染色质和核小体 染色质：是由许多核小体连成的念珠状结构。实验证据：实验证据：1）染色质中，）染色质中，H2A、H2B、

17、H3、H4的数量大致相等，而的数量大致相等，而H1的数量不的数量不超过它们的一半；超过它们的一半；2）组蛋白组成直径约）组蛋白组成直径约10nm的颗粒，的颗粒，由裸露的由裸露的DNA连接；连接；3）DNA位于核小体的外侧；位于核小体的外侧；4）用小球菌核酸酶处理染色质，得）用小球菌核酸酶处理染色质，得到的到的DNA片段为片段为200bp的整数倍；的整数倍；染 色 质小球菌核酸酶处理染色质小球菌核酸酶处理染色质302022-11-21 核小体核小体是组成染色是组成染色质的重复单位，每个核质的重复单位，每个核小体由约小体由约200（160250）bp的的DNA，和，和H2A、H2B、H3、H4各各

18、2个，个，以及一个以及一个H1组成。组成。核小体中组蛋白聚合体组成核小体中组蛋白聚合体组成312022-11-211）核心颗粒结构：）核心颗粒结构：单个核小体继续消化可以把单个核小体继续消化可以把DNA进一步剪短，释放出进一步剪短，释放出H1；剩余的颗粒称为核心颗粒，由剩余的颗粒称为核心颗粒，由H2A、H2B、H3、H4组成；结组成；结合在核心颗粒而不被降解的合在核心颗粒而不被降解的DNA称为称为核心核心DNA（core DNA）；重复单位中除核心重复单位中除核心DNA以外的其以外的其它它DNA称为称为连接连接DNA（linker DNA）。322022-11-212）组蛋白）组蛋白H1 DN

19、A进入和离开进入和离开组蛋白聚合体的位置组蛋白聚合体的位置十分接近，进出两端十分接近，进出两端与与H1结合形成。如没结合形成。如没有有H1，则，则DNA进入和进入和离开核心颗粒的位置离开核心颗粒的位置是随机的。是随机的。332022-11-21由核小体串联形成的由核小体串联形成的10 nm 纤丝纤丝30 nm 纤丝纤丝3）、染色质的存在形式：342022-11-21 30 nm 纤丝由纤丝由10 nm 纤维卷曲绕成圆筒形线圈，每圈约纤维卷曲绕成圆筒形线圈，每圈约6个核小体，螺距个核小体，螺距11 nm（核小体直径）。这一结构需要（核小体直径）。这一结构需要H1 稳定。稳定。30 nm 纤丝的包

20、装比为纤丝的包装比为40。352022-11-21 DNA和组蛋白构成核小体，核小体再绕成一个中空的螺线管状结构，这种螺线管状结构（有的部分就是珠状核小体结构）就成为染色质丝。染色质丝再与许多非组蛋白结合形成染色体结构。染色体的包装过程DNA核小体7倍30 nm 纤丝6倍67nm10nm 每圈6个核小体中期染色质中期染色质40倍5 倍染色体单体200 bp DNA362022-11-211、基因组庞大；、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；、真核基因

21、是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；存在多态性；8、具有端粒结构。、具有端粒结构。372022-11-21pDNA多态性多态性：指：指DNA序列中发生变异而导序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)和和串联重复序列多态串联重复序列多态性性(tandem repeats polymorphism)两类。两类。382022-11-21三、原核生物基因组及其特点1、原核生物的遗传物质

22、原核生物的遗传物质DNA只以裸露的核酸分子存在，且与少量的非组蛋白结合，但不形成染色体结构，习惯上把原核生物的核酸分子也称为染色体。392022-11-212、原核生物基因组的、原核生物基因组的特点特点（1）结构简练结构简练 其其DNA分子绝大多数用于编码蛋分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占白质，不翻译的序列只占4%，并且编码序列是，并且编码序列是连续的；连续的；（2）存在转录单元存在转录单元 功能上密切相关的基因构成操功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且可被一起转录；纵子或高度集中，并且可被一起转录；（3）重叠基因重叠基因和和基因内基因基因内基因 即同一段即同一段DNA序

23、列序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。能携带两种不同蛋白质的遗传信息。402022-11-21核苷酸结构核苷酸结构第二节 DNA的结构412022-11-211、DNA的一级结构：是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。422022-11-21一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。1、核苷酸的连接方式：、核苷酸的连接方式：3,5 磷酸二酯键磷酸二酯键2、核酸的基本结构形式：多核苷酸链、核酸

24、的基本结构形式：多核苷酸链n信息量：信息量：4nn末端：末端：5 端、端、3 端端n多核苷酸链的方向：多核苷酸链的方向：5端端3端端(由左至右由左至右)3、表示方法：结构式、线条式、文字缩写、表示方法：结构式、线条式、文字缩写432022-11-21DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸即：脱氧腺嘌呤核苷酸、脱氧鸟嘌呤核糖核苷酸即：脱氧腺嘌呤核苷酸、脱氧鸟嘌呤核苷酸、脱氧胞嘧啶核苷酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸苷酸、脱氧胞嘧啶核苷酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸，通过通过3，5-磷酸二酯键连接起来的直线形或者磷酸二酯键连接起来的直线形或者环形多聚体。环形多聚体

25、。DNA的一级结构强调的是的一级结构强调的是DNA分子分子中核苷酸的碱基序列，中核苷酸的碱基序列，DNA的碱基序列本身就是的碱基序列本身就是生命遗传信息的贮存形式。生命遗传信息的贮存形式。生物界物种的多样性生物界物种的多样性取决于取决于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合。列组合。442022-11-21DNA分子的连接键分子的连接键3，5-磷酸二酯键一分磷酸二酯键一分子核苷酸的子核苷酸的3-位羟基与另一分子核苷酸的位羟基与另一分子核苷酸的5-位磷酸基通过脱水可形成位磷酸基通过脱水可形成3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。从而将两分

26、子核苷酸连接起来。452022-11-21462022-11-21534521l核酸就是由许多核酸就是由许多核苷核苷酸单位酸单位通过通过3,5-磷酸磷酸二酯键二酯键连接起来形成连接起来形成的不含侧链的长链状的不含侧链的长链状化合物。化合物。l核酸是核酸是具有方向性具有方向性的的长链状化合物，多核长链状化合物，多核苷酸链的两端，一端苷酸链的两端，一端称为称为5-端，另一端称端，另一端称为为3-端。端。472022-11-21482022-11-212、DNA的二级结构：是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。DNA的二级结构的二级结构右手螺旋右手螺旋左手螺旋左手螺旋A-DNAB-DNA

27、Z-DNA492022-11-21（一）（一）DNA的二级结构（的二级结构（secondary structure）1、碱基组成规则、碱基组成规则(Chargaff规则规则)nA=T，G=C；A+G=T+C(嘌呤与嘧啶的总数相等嘌呤与嘧啶的总数相等n有种属特异性有种属特异性n无组织、器官特异性无组织、器官特异性n不受年龄、营养、性别及其他环境等影响不受年龄、营养、性别及其他环境等影响 502022-11-21James Watson(L)and Francis Crick(R),and the model they built of the structure of DNA lDNA双螺旋结构

28、双螺旋结构(double helix structure)是是DNA二级结构的二级结构的一种重要形式，它是一种重要形式，它是Watson和和Crick两位科学家于两位科学家于1953年年提出来的一种结构模型。提出来的一种结构模型。此项此项发现被誉为发现被誉为20世纪最伟大的自世纪最伟大的自然科学发现之一然科学发现之一，DNA双螺双螺旋结构模型的建立为分子生物旋结构模型的建立为分子生物学的发展奠定了基础，对现代学的发展奠定了基础，对现代生命科学的发展同样产生深远生命科学的发展同样产生深远的影响。的影响。512022-11-21lDNADNA分子由两条分子由两条DNADNA单链组成单链组成lDNA

29、DNA的双螺旋结构是分子中两的双螺旋结构是分子中两条条DNADNA单链之间基团相互识别单链之间基团相互识别和作用的结果。和作用的结果。l双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二级结构的二级结构的最基本形式。最基本形式。double helix model522022-11-21（1 1）DNADNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称简称DNADNA单链单链)组成。两条链沿着同一根轴组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向的两条链方向相反，即其中一条链的方向为为5 5 端端3

30、 3 端，而另一条链的方向为端，而另一条链的方向为3 3 端端5 5 端。端。532022-11-21（2 2）嘌呤和嘧啶）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋的碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂平面与螺旋轴垂直，糖基环平面直，糖基环平面与碱基环平面成与碱基环平面成9090角。角。542022-11-21（3 3）螺旋横截面的）螺旋横截面的直径约为直径约为2nm2nm，每，每条链相邻两个碱条链相邻两个碱基平面之间的距基平面之间的距离为离为0.34 nm0.34 nm，每，每1010个核苷酸形成个核苷酸形成一个螺旋，其螺一个螺旋，其

31、螺矩（即螺旋旋转矩（即螺旋旋转一圈的高度）为一圈的高度）为3.4 nm3.4 nm。552022-11-21（4 4）维持两条）维持两条DNADNA链相互结合链相互结合的力是链间碱基对形成的氢的力是链间碱基对形成的氢键。碱基结合具有严格的配键。碱基结合具有严格的配对规律对规律:A:A与与T T结合，结合，G G与与C C结结合，这种配对关系，称为碱合，这种配对关系，称为碱基互补。基互补。A A和和T T之间形成两个之间形成两个氢键，氢键，G G与与C C之间形成三个氢之间形成三个氢键。键。l在在DNADNA分子中，嘌呤碱基的分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等总数与嘧啶碱基的总数相等56

32、2022-11-21572022-11-21（5 5）螺旋表面形成大）螺旋表面形成大沟及小沟，彼此相沟及小沟，彼此相间排列。小沟较浅；间排列。小沟较浅；大沟较深，是蛋白大沟较深，是蛋白质识别质识别DNADNA碱基序列碱基序列的基础。的基础。（6 6）氢键维持双链横）氢键维持双链横向稳定性，碱基堆向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向积力维持双链纵向稳定性。稳定性。582022-11-213、其他螺旋形式、其他螺旋形式n Z-DNA（左手双螺旋）（左手双螺旋）n A-DNA592022-11-21DNA双螺旋结构的多态性602022-11-21 B-DNA（含水量（含水量92%）脱水后变形为脱水后变形

33、为A-DNA（含（含水水75%），相邻磷酸间距），相邻磷酸间距缩小，每匝增为缩小，每匝增为11 bp。总。总体变得宽而短；大沟变细、体变得宽而短；大沟变细、加深；小沟变得宽而浅。加深；小沟变得宽而浅。A-DNA 通常通常DNA在细胞中以在细胞中以B-DNA形式存在形式存在，但可能，但可能发生改变；发生改变；DNA-RNA杂交分子杂交分子,RNA-RNA都呈都呈A型。型。612022-11-21Z-DNA与与B-DNA的比较的比较 最大区别：最大区别：Z-DNA为为左旋左旋！由部分碱基平面反转所致。由部分碱基平面反转所致。螺距螺距4.5 nm，每对碱基上升，每对碱基上升0.37 nm，每匝，每匝

34、12 bp。主链变的。主链变的不平滑，从之字形。不平滑，从之字形。Z-DNA Z-DNA在邻近调控系统，抑制转录；在远离在邻近调控系统，抑制转录；在远离调控区，激活转录的起始。所以，调控区，激活转录的起始。所以，Z-DNA可能与可能与基因的基因的调控调控有关。有关。622022-11-21ADNA BDNA ZDNA螺旋方向螺旋方向右右右右左左每匝碱基数每匝碱基数111012每碱基对上升距离每碱基对上升距离0.26 nm0.34 nm0.37 nm螺距螺距2.8 nm3.4 nm4.5 nm每碱基对在螺旋中每碱基对在螺旋中旋转角度旋转角度3336-60总尺寸总尺寸短而宽短而宽较长而细较长而细长

35、而细长而细大沟大沟细而深细而深宽而中等深宽而中等深平伏于螺旋表平伏于螺旋表面面小沟小沟宽而浅宽而浅窄而中等深窄而中等深很窄很深很窄很深三种三种DNA结构特性比较结构特性比较632022-11-213、DNA的高级结构 DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。1965 年首次发现绝大多数年首次发现绝大多数的的原核生物原核生物DNA为共价闭合环为共价闭合环状状DNA（covalently closed circle，cccDNA），经进一步螺），经进一步螺旋化，成为旋化，成为超螺旋结构超螺旋结构。之后。之后发现，几乎所有的发现，几乎所有的DNA分子，分子，包括线形分子，

36、具超螺旋结构。包括线形分子，具超螺旋结构。642022-11-21 正超螺旋（正超螺旋（positive supercoil）：由于双链紧缠：由于双链紧缠而引起的超螺旋。而引起的超螺旋。负超螺旋（负超螺旋（negaive supercoil）：由于双链松缠：由于双链松缠而引起的超螺旋。而引起的超螺旋。两种超螺旋的自由能均高于松弛状态。天然原核生两种超螺旋的自由能均高于松弛状态。天然原核生物物DNA都呈负超螺旋；在体外可形成正超螺旋，如都呈负超螺旋；在体外可形成正超螺旋，如加入溴乙锭，可引入正超螺旋。加入溴乙锭，可引入正超螺旋。DNA的几种超螺旋的状态：的几种超螺旋的状态：652022-11-2

37、1紧缠而引起紧缠而引起正超螺旋正超螺旋右手螺旋的右手螺旋的DNA顺时针方向旋顺时针方向旋转自由末端转自由末端逆时针方向旋逆时针方向旋转自由末端转自由末端松缠而松缠而引起负引起负超螺旋超螺旋逆时针方向旋逆时针方向旋转转松缠而引起松缠而引起负超螺旋负超螺旋紧缠而引起紧缠而引起正超螺旋正超螺旋顺时针方向旋顺时针方向旋转转662022-11-21质粒的松弛状态和质粒的松弛状态和超螺旋状态超螺旋状态超螺旋分子的电泳超螺旋分子的电泳迁移速率提高迁移速率提高超螺旋对分子迁移的影响超螺旋对分子迁移的影响672022-11-21一、复制的概貌一、复制的概貌DNA复制的半保留性复制的半保留性三种可能的方式：三种可

38、能的方式：全保留复制全保留复制（conservative replication）半保留复制半保留复制（semiconservative replication）弥散复制弥散复制（dispersive replication）第三节 DNA的复制682022-11-21 母链中的全部置换为母链中的全部置换为 15N，然后让然后让E.coli在仅含有在仅含有 14N的培的培养基上进行复制。养基上进行复制。半保留复制半保留复制：每个子代分：每个子代分子的一条链来自亲代子的一条链来自亲代DNA,另一条则是新合成的，这另一条则是新合成的，这种复制方式称为种复制方式称为DNA的半的半保留复制（保留复制（

39、semiconservative replication)。692022-11-21复制原点（复制原点（origin）:DNA分子复制的特定起点。分子复制的特定起点。复制方向可以是单向或者双向复制方向可以是单向或者双向二、复制的起点、方向和速度 对一个生物体而言，复制的起点是固定的，复制叉移动的方向和速度以双向等速为主。702022-11-21复制叉（复制叉（replication fork）:正在进行复制的复制起点呈正在进行复制的复制起点呈现叉子的形式，称为复制叉。现叉子的形式，称为复制叉。复制眼（复制眼（replication eye）:DNA复制的部分看上去象一复制的部分看上去象一只眼睛

40、，称为复制眼。只眼睛，称为复制眼。复制子（复制子（replicon）：生物：生物体的复制单位称为复制子。体的复制单位称为复制子。712022-11-21三、三、DNA复制的几种方式复制的几种方式1、线性DNA双链的复制 所有已知的核酸聚合酶，无论是所有已知的核酸聚合酶，无论是DNA聚合酶还是聚合酶还是RNA聚合酶都只从聚合酶都只从5端向端向3 端移动端移动，新链的合成方向，新链的合成方向与聚合酶移动方向一致，即是与聚合酶移动方向一致，即是5 3 ；DNA的合成必需一段的合成必需一段引物引物的存在，体内的存在，体内DNA复制复制时，由一段时，由一段RNA引物起始引物起始DNA合成，起始后合成，起

41、始后RNA引引物必须切除。物必须切除。722022-11-212、环状DNA双链的复制（1）型型复制体如，大肠肝菌质粒如，大肠肝菌质粒DNA的复制。的复制。732022-11-21（2）滚环型复制）滚环型复制如：如：X174X174（弗爱弗爱 器）器）在原点割切；在原点割切；共价延伸；共价延伸；切下被替换的单链。切下被替换的单链。742022-11-21四、原核生物和真核生物DNA复制的特点1、大肠杆菌、大肠杆菌DNA复制复制原核生物每个原核生物每个DNA 分子只有一个复制原点。分子只有一个复制原点。复制原点复制原点序列特征序列特征4个个9 bp重复序列，重复序列，3个个13 bp重复序列，重

42、复序列，都富含都富含A-T对。对。752022-11-21（1）DNA双螺旋的解旋 DNA的解链过程，首先在拓扑异构酶I的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。一旦局部解开双链，就必须有单链结合蛋白(SSB)来稳定解开的单链，以保证核苷酸局部不会恢复成双链。接着由引发酶等组成的引发体迅速作用于两条单链DNA上。762022-11-21 DNA解链酶能通过水解解链酶能通过水解ATP获得能量来解获得能量来解开双链开双链DNA。大部分解链酶沿后随链模板的大部分解链酶沿后随链模板的5 3 方向方向并随着复制叉的前进而移动；并随着复制叉的前进而移动；772022-11-21 SS

43、B以四聚体的形式结合在单链以四聚体的形式结合在单链DNA的的复制叉处，其作用是复制叉处，其作用是保证被解链酶解开的单保证被解链酶解开的单链在复制完成前保持单链结构链在复制完成前保持单链结构。SSB与与DNA的结合能力在原核生物中表的结合能力在原核生物中表现协同效应，而在真核生物中则不表现协同现协同效应，而在真核生物中则不表现协同效应。效应。782022-11-21 天然状态下，天然状态下，DNA以负超螺旋的形式存以负超螺旋的形式存在，易形成部分单链结构，利于在，易形成部分单链结构，利于DNA与蛋白与蛋白质的结合。质的结合。在在DNA复制过程中形成正超螺旋，拓扑复制过程中形成正超螺旋，拓扑异构酶

44、能够消除解链造成正超螺旋的堆积，异构酶能够消除解链造成正超螺旋的堆积，消除阻碍解链进行的压力，使复制继续进行消除阻碍解链进行的压力，使复制继续进行.792022-11-21（2）、）、DNA复制的引发复制的引发 DNA 复制时，往往先由复制时，往往先由RNA聚合酶在聚合酶在DNA模模板上合成一段板上合成一段RNA引物，再由引物，再由DNA聚合酶从聚合酶从RNA引物引物3，端开始合成新的端开始合成新的DNA链。链。后随链的引发过程由后随链的引发过程由引发体引发体来完成，引发体由来完成，引发体由6种蛋白质种蛋白质n、n、n”、DnaB、C和和I共同组成，共同组成，6种蛋白质合在一起形成引发前体，引

45、发前体与引种蛋白质合在一起形成引发前体，引发前体与引发酶进一步组装成引发体才能发挥其功效。发酶进一步组装成引发体才能发挥其功效。802022-11-21 引发酶是引发酶是dnaG基因基因的产物，是在特定条件下发挥的产物，是在特定条件下发挥作用的作用的RNA聚合酶，仅用于合成聚合酶，仅用于合成DNA复制所需的一小复制所需的一小段段RNA。DNA聚合酶聚合酶在在RNA引物的引物的3末端继续合成末端继续合成DNA链，一直至下一个引物或冈崎片段。由链，一直至下一个引物或冈崎片段。由RNase H降解降解RNA引物并由引物并由DNA聚合酶聚合酶将缺口补齐，再由将缺口补齐，再由DNA连连接酶将两个冈崎片段

46、连接在一起形成大分子接酶将两个冈崎片段连接在一起形成大分子DNA。812022-11-21两股新合成链都是按两股新合成链都是按53方向合成。方向合成。（3）冈崎片段与半不连续复制）冈崎片段与半不连续复制822022-11-21前导链（前导链（leading strand）：随着亲本双链体的解开随着亲本双链体的解开而连续进行复制的链，称为前导链；而连续进行复制的链，称为前导链；后随链（后随链（lagging strand）：）：一段亲本一段亲本DNA单链首先单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向、按照暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向、按照5 3方向合成一系列短方向合成一系列短DNA

47、片段，然后再将它片段，然后再将它们连接成完整的链，称为后随链。们连接成完整的链，称为后随链。后随链不连续合成形成的短后随链不连续合成形成的短DNA片段，称为片段，称为冈崎片冈崎片段段（Okazaki fragment）。）。832022-11-21冈崎片段的连接冈崎片段的连接DNA Pol I，ligase842022-11-21(4)、DNA复制的终止复制的终止大肠杆菌大肠杆菌DNA复制的终止复制的终止 当复制叉遇到约当复制叉遇到约22个碱基的重复性个碱基的重复性终止子终止子序序列（列（Ter)时，时，Tus-Ter复合物能使复合物能使DnaB不再将不再将DNA解链，阻挡复制叉的继续前移，等

48、到相反解链，阻挡复制叉的继续前移，等到相反方向的复制叉达到后停止复制。方向的复制叉达到后停止复制。852022-11-21DNA聚合酶聚合酶 Iklenow片段（片段（2/3的的C端）端）DNA聚合酶聚合酶活性活性3-5核酸外核酸外切酶活性切酶活性N端：端：5-3核酸外切酶活性核酸外切酶活性切除嘧啶切除嘧啶二聚体二聚体除去除去RNA引物引物862022-11-21q DNA聚合酶聚合酶 II（DNA Polymerase II,Pol II）具具DNA聚合酶活性，但活力很低；聚合酶活性，但活力很低；具具3-5核酸外切酶活性，可起校正作用，它的主核酸外切酶活性，可起校正作用，它的主要生理功能是要

49、生理功能是修复修复DNA。q DNA聚合酶聚合酶 III（DNA Polymerase III,Pol III）具具DNA聚合酶活性，活力较强；聚合酶活性，活力较强；具具3-5核酸外切酶活性，可起校正作用，它是核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大肠杆大肠杆菌菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。复制中链延长反应的主导聚合酶。DNA聚合酶聚合酶和和主要在主要在SOS修复过程中发挥作用修复过程中发挥作用。872022-11-21大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶 I、II 和和 III 的性质比较的性质比较性质性质聚合酶聚合酶I聚合酶聚合酶II聚合酶聚合酶III3-5 外切外切5-3外切外切新生链

50、合成新生链合成生物学活性生物学活性10.0515882022-11-211 1、含多个复制原点，含多个复制原点，即含多个复制子即含多个复制子2 2、一般为双向移动、一般为双向移动3 3、各个复制子在完全、各个复制子在完全完成复制之前，起始完成复制之前，起始点上点上DNADNA的复制不能再的复制不能再开始。开始。复制特点：复制特点：2、真核生物、真核生物DNA的复制的复制892022-11-214、真核生物的复制子相对较小，其长度为真核生物的复制子相对较小，其长度为40100 kbp 自主性复制序列（自主性复制序列（autonomous replication sequence,ARS）：）：真