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1、2023/3/21,1,第二章 染色体与 DNA,第一节 染色体第二节 DNA的结构第三节 DNA的复制第四节 DNA的修复第五节 DNA的转座,2023/3/21,2,一、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，由染色质（chromatin）构成。染色质是由DNA、RNA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。,第一节 染色体,2023/3/21,3,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DNA量是一定的，但不同染色体或不同物种之间变化很大。如人的X染色体带有1.28亿个核苷酸对，而Y染色体只带有
2、0.19亿个核苷酸对。,2023/3/21,4,真核生物染色体,1、真核细胞结构2、染色体概况 DNA:27%，蛋白质:66%，RNA:6%每条染色体只有一个DNA分子,2023/3/21,5,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。,2023/3/21,6,细菌染色体组织 没有明显的核区域，细菌基因组仍然是高度致密的。E.coli溶解时，DNA形成大量环形（loops）结构。在活体细胞中，DNA则以高度致密的状态与蛋白质结合。,2023/3/21,7,真核细胞染色体的特征：染色体位于细胞核的核仁内。在细胞分裂间期，
3、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。,2023/3/21,8,原核细胞染色体的特征:染色体位于类似“核”的结构类核体上；染色体外包裹着稀疏的非组蛋白，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。,2023/3/21,9,二、真核细胞染色体的组成,染色体的特征：（1）分子结构相对稳定；（2）能够自我复制，使亲子代间保持连续性；（3）能够指导蛋白质合成，控制整个生命过
4、程；（4）能够产生可遗传的变异。,2023/3/21,10,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,2023/3/21,11,组蛋白的特征：1、进化上的极端保守（如H3、H4）；2、无组织特异性；3、肽链上氨基酸分布的不对称性（赖氨酸、精氨酸含量丰富）；4、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H5（H5的磷酸化可能在染色质的失活过程中起重要作用）。,2023/3/21,12,非组蛋白包括酶类及细胞分裂有关的一些蛋白。它们可能与DNA的结构、复制及转录等有关。非组蛋白主要包括：1、H
5、MG蛋白（high mobility group protein)，可能与超螺旋结构有关；2、DNA结合蛋白：可能是一些与DNA的复制或转录的关的酶或调节物；3、A24非组蛋白，肝脏中特有的一组蛋白，与H2A及泛素结构相似，功能不详。,2023/3/21,13,哺乳动物两栖动物鸟类昆虫线虫霉菌酵母细菌支原体,各个种类生物的最小基因组与其复杂性正相关。,2、DNA,2023/3/21,14,各物种基因组大小比较,C-值（C-value）:一种生物单位体基因组DNA的总量。,C-值矛盾（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。,2023/3/21,15,（1）、不
6、重复序列：在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。（2）、中度重复序列:每个基因组中10104个拷贝。平均长度为300 bp，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。大多数高等真核生物的基因组都有10%40%的中度重复序列。,真核细胞DNA的种类:,2023/3/21,16,(3)、高度重复序列卫星DNA（satellite DNA）,只存在于真核生物中，占基因组的10%60%，由610个碱基组成。卫星DNA均位于染色体的着丝粒。,2023/3/21,17,3、
7、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：1）染色质中，H2A、H2B、H3、H4的数量大致相等，而H1的数量不超过它们的一半；2）组蛋白组成直径约10nm的颗粒，由裸露的DNA连接；3）DNA位于核小体的外侧；,染 色 质,小球菌核酸酶处理染色质,2023/3/21,18,4）用小球菌核酸酶处理染色质，得到的DNA片段为200bp的整数倍；5）将组蛋白加入SV40的DNA中，可在体外形成染色质样纤维。其中与一个核小体结合的DNA很接近200bp；缺少H2A、H2B、H3、H4中任何一种都不能形成核小体，H1则不是必需的。,2023/3/21,19,核小体是组成染色质
8、的重复单位，每个核小体由约200（160250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2个，以及一个H1组成。,核小体中组蛋白聚合体组成,2023/3/21,20,1）核心颗粒结构：单个核小体继续消化可以把DNA进一步剪短，释放出H1；剩余的颗粒称为核心颗粒，由H2A、H2B、H3、H4组成；结合在核心颗粒而不被降解的DNA称为核心DNA（core DNA）；重复单位中除核心DNA以外的其它DNA称为连接DNA（linker DNA）。双折叠对称盘形，高6 nm，直径11 nm;由(H3)2(H4)2四聚体构成组蛋白八聚体核心，顶部和底部各有一H2A.H2B二聚体;,2023/3/21,
9、21,小球菌核酸酶对染色质的持续作用产生各种不同结果,2023/3/21,22,2）组蛋白H1 H1由两部分组成，一部分是保守的核心，一部分是可变的延伸出去的N 端和C 端臂。DNA进入和离开组蛋白聚合体的位置十分接近，这由进出两端与H1结合形成。如没有H1，则DNA进入和离开核心颗粒的位置是随机的。,2023/3/21,23,由核小体串联形成的10 nm 纤丝,30 nm 纤丝,3）、染色质的存在形式：,2023/3/21,24,30 nm 纤丝由10 nm 纤维卷曲绕成圆筒形线圈，每圈约6个核小体，螺距11 nm（核小体直径）。这一结构需要H1 稳定。30 nm 纤丝的包装比为40。,20
10、23/3/21,25,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,200 bp DNA,2023/3/21,26,真核生物基因组的结构特点：,1、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；8、具有端粒结构。,2023/3/21,27,DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性(s
11、ingle nucleotide polymorphism,SNP)和串联重复序列多态性(tandem repeats polymorphism)两类。,2023/3/21,28,三、原核生物基因组及其特点,1、原核生物的遗传物质 原核生物的遗传物质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。,2023/3/21,29,2、原核生物基因组的特点（1）结构简练 其DNA分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占4%，并且编码序列是连续的；（2）存在转录单元 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；（3）重叠基因
12、和基因内基因 即同一段DNA序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。,2023/3/21,30,小 结,2023/3/21,31,2023/3/21,32,三、真核生物、原核生物基因组结构的特点,2023/3/21,33,核苷酸结构,第二节 DNA的结构,2023/3/21,34,1、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。,2023/3/21,35,基本特点：（1）由两条互相平行的脱氧核苷酸链盘绕而成；（2）两条主链的脱氧核糖和磷酸由3,5磷酸二酯键交互连接而成，排在外侧，构成基本骨架；碱基位于内
13、侧；（3）两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，碱基必须以A-T、C-G配对；,2023/3/21,36,2、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。,2023/3/21,37,2023/3/21,38,两条主链的脱氧核糖和磷酸由3,5磷酸二酯键交互连接而成；碱基位于内侧；碱基必须以A-T、C-G配对；直径：2.0 nm；螺距：3.4 nm；每匝 10 bp/10.5bp；,大沟含较多信息，为复制，转录部位；小沟具一定调节功能。,2023/3/21,39,DNA双螺旋结构的多态性,2023/3/21,40,B-DNA（含水量92%）脱水后变形为A-DNA（含水75
14、%），相邻磷酸间距缩小，每匝增为11 bp。总体变得宽而短；大沟变细、加深；小沟变得宽而浅。,A-DNA,通常DNA在细胞中以B-DNA形式存在，但可能发生改变；DNA-RNA杂交分子呈A型。,2023/3/21,41,Z-DNA与B-DNA的比较 最大区别：Z-DNA为左旋！由部分碱基平面反转所致。螺距4.5 nm，每对碱基上升0.37 nm，每匝12 bp。主链变的不平滑，从之字形。,Z-DNA,Z-DNA在邻近调控系统，抑制转录；在远离调控区，激活转录的起始。所以，Z-DNA可能与基因的调控有关。,2023/3/21,42,三种DNA结构特性比较,2023/3/21,43,3、DNA的高
15、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的原核生物DNA为共价闭合环状DNA（covalently closed circle，cccDNA），经进一步螺旋化，成为超螺旋结构。之后发现，几乎所有的DNA分子，包括线形分子，具超螺旋结构。,2023/3/21,44,L=T+WL(linking number，连接数)：一股链绕另一股链盘绕的次数。在闭合分子双链的共价键不发生断裂时保持不变，为分子的拓扑学常数。T(twisting number，盘绕数)：代表一股链绕旋转轴所做的完整的旋转数。即DNA双螺旋的匝数，等于碱基数每匝碱基
16、数。W(writhing number，超盘绕数)：代表双螺旋轴在空间上的转动数。即直观上的超螺旋数。,分子内发生扭转时，张力导致超螺旋形成。,超螺旋的形成原因,2023/3/21,45,正超螺旋（positive supercoil）：由于双链紧缠而引起的超螺旋。负超螺旋（negaive supercoil）：由于双链松缠而引起的超螺旋。两种超螺旋的自由能均高于松弛状态。天然原核生物DNA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。,DNA的几种超螺旋的状态：,2023/3/21,46,紧缠而引起正超螺旋,右手螺旋的DNA,顺时针方向旋转自由末端,逆时针方向旋转自由末端
17、,松缠而引起负超螺旋,逆时针方向旋转,松缠而引起负超螺旋,紧缠而引起正超螺旋,顺时针方向旋转,2023/3/21,47,质粒的松弛状态和超螺旋状态,超螺旋分子的电泳迁移速率提高,超螺旋对分子迁移的影响,2023/3/21,48,超螺旋可形成高度致密状态，从而得以容纳于有限的空间内。活体中，DNA的构象是动态的。B-DNA是一种稳定结构，引入负超螺旋可提高其能量水平，影响DNA结构变化。如有助于在特定区域的结构转化、使DNA双链分开等。,超螺旋的生物学意义,2023/3/21,49,功能：催化DNA分子拓扑异构体之间的相互转化。作用机制：切开磷酸二酯键，在主链上造成切口，通过改变连接数（L）来改
18、变超螺旋状态。分类：I 型拓扑异构酶：每次切开一股链。II 型拓扑异构酶：每次切开双股链。既可消除负超螺旋，又可消除正超螺旋。需要ATP，使分子 L值每次变化2。,DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）,二型拓扑异构酶的作用,2023/3/21,50,小 结,DNA的一级结构,DNA的二级结构,基本特征,分类,DNA的高级结构,概念,特点,概念,概念,分类,2023/3/21,51,一、复制的概貌,DNA复制的半保留性,三种可能的方式：全保留复制（conservative replication）半保留复制（semiconservative replication）弥散复制（d
19、ispersive replication）,第三节 DNA的复制,2023/3/21,52,母链中的全部置换为 15N，然后让E.coli在仅含有 14N的培养基上进行复制。,Meselson&Stahl,1958),半保留复制：每个子代分子的一条链来自亲代DNA,另一条则是新合成的，这种复制方式称为DNA的半保留复制（semiconservative replication)。,2023/3/21,53,复制原点（origin）:DNA分子复制的特定起点。,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。,
20、2023/3/21,54,复制叉（replication fork）:正在进行复制的复制起点呈现叉子的形式，称为复制叉。,复制眼（replication eye）:DNA复制的部分看上去象一只眼睛，称为复制眼。,复制子（replicon）：生物体的复制单位称为复制子。,2023/3/21,55,三、DNA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DNA聚合酶还是RNA聚合酶都只从5端向3 端移动，新链的合成方向与聚合酶移动方向一致，即是5 3；而对于DNA的合成必需一段引物的存在，体内DNA复制时，由一段RNA引物起始DNA合成，起始后它必须切除，切除后，5 端如何
21、起始呢？这就提出了线性DNA末端复制的问题。,2023/3/21,56,The rolling circle replicates DNA,Phage,（1）将线性DNA分子转变为环状或多聚分子（末端简并性是前提条件，如T4噬菌体）；,2023/3/21,57,2023/3/21,58,（2）DNA末端发夹结构的形成，如（草履虫的线性线粒体）；,2023/3/21,59,（3）在某种蛋白的介入下，在真正的末端起始复制，（如29噬菌体和腺病毒DNA）。,2023/3/21,60,2、环状DNA双链的复制,（1）型,复制体,如，大肠肝菌质粒DNA的复制。,2023/3/21,61,（2）滚环型复制
22、如：X174,在原点割切；共价延伸；切下被替换的单链。,2023/3/21,62,（3）D-环形,如动物线粒体DNA的复制 双链环在固定点解开进行复制，但两条链合成速度高度不一致，其中一条进行复制，另一条则成为游离的单链环（即D环）。两条链复制起点不同。,2023/3/21,63,四、原核生物和真核生物DNA复制的特点,1、大肠杆菌DNA复制原核生物每个DNA 分子只有一个复制原点。,复制原点序列特征4个9 bp重复序列，3个13 bp重复序列，都富含A-T对。,2023/3/21,64,（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
23、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。,2023/3/21,65,a、DNA解链酶,DNA解链酶能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。大部分解链酶沿后随链模板的53 方向并随着复制叉的前进而移动；Rep蛋白是沿前导链模板的3 5 方向移动。,2023/3/21,66,b、单链结合蛋白,SSB以四聚体的形式结合在单链DNA的复制叉处，其作用是保证被解链酶解开的单链在复制完成前保持单链结构。SSB与DNA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
24、协同效应。,2023/3/21,67,c、DNA拓扑异构酶,天然状态下，DNA以负超螺旋的形式存在，易形成部分单链结构，利于DNA与蛋白质的结合。在DNA复制过程中形成正超螺旋，拓扑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。,2023/3/21,68,（2）、DNA复制的引发,DNA 复制时，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3，端开始合成新的DNA链。,后随链的引发过程由引发体来完成，引发体由6种蛋白质n、n,、n,、DnaB、C和I共同组成，6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
25、才能发挥其功效。,2023/3/21,69,引发酶是dnaG基因的产物，是在特定条件下发挥作用的RNA聚合酶，仅用于合成DNA复制所需的一小段RNA。DNA聚合酶在RNA引物的3末端继续合成DNA链，一直至下一个引物或冈崎片段。由RNase H降解RNA引物并由DNA聚合酶将缺口补齐，再由DNA连接酶将两个冈崎片段连接在一起形成大分子DNA。,2023/3/21,70,起始过程：a、大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp重复序列结合；b、在HU蛋白和ATP的共同作用下，DnaA蛋白使13bp序列变性，形成单链；C、DnaB（解链酶）六体分别与单链DNA结合（需要DnaC
26、 的帮助），进一步解开DNA双链；d、DnaG进入，合成引物。其它蛋白：SSB，DNA聚合酶作用。,2023/3/21,71,两股新合成链都是按53方向合成。,（3）冈崎片段与半不连续复制,2023/3/21,72,前导链（leading strand）：随着亲本双链体的解开而连续进行复制的链，称为前导链；后随链（lagging strand）：一段亲本DNA单链首先暴露出来，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DNA片段，然后再将它们连接成完整的链，称为后随链。后随链不连续合成形成的短DNA片段，称为冈崎片段（Okazaki fragment）。,2023/3/21,73
27、,冈崎片段的连接,DNA Pol I，ligase,2023/3/21,74,(4)、DNA复制的终止,大肠杆菌DNA复制的终止,当复制叉遇到约22个碱基的重复性终止子序列（Ter)时，Tus-Ter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达到后停止复制。,2023/3/21,75,停止复制后，其间仍有50100 bp未被复制，由修复方式填补空缺，然后两条链解开。在拓扑异构酶的作用下使复制叉解体，释放子链DNA。,2023/3/21,76,（5）、DNA聚合酶,2023/3/21,77,DNA聚合酶 II（DNA Polymerase II,Pol II）
28、,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复DNA。,DNA聚合酶 III（DNA Polymerase III,Pol III）,具DNA聚合酶活性，活力较强；具3-5核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。,2023/3/21,78,DNA聚合酶和分别由dinB和umuD2C基因编码，主要在SOS修复过程中发挥作用。,2023/3/21,79,大肠杆菌DNA聚合酶 I、II 和 III 的性质比较,2023/3/21,80,含多个复制原点，即含多个复制子。,一般为双向移动,各个复制子在完全完成复制之前，
29、起始点上DNA的复制不能再开始。,复制特点：,2、真核生物DNA的复制,2023/3/21,81,真核生物的复制子相对较小，其长度为40100 kb。,自主性复制序列（autonomous replication sequence,ARS）：真核生物DNA的复制起始位点。ARS的特点：具有一个A区，该区含有11个A-T碱基对的保守序列。真核生物DNA复制的起始需要起始点识别复合物（origin recognition complex,ORC)结合于ARS，ORC是由6种蛋白质组成的启动复合物。,2023/3/21,82,复制原点的平均距离（复制子平均大小）同一基因组内的差异很大。Yeast/f
30、ly:40 kb;animal:100 kb 复制平均速度：2,000 bp/min(对比E.coli:50,000 bp/min)，还不到大肠肝菌的1/20。在任意时刻，通常只有少数（15%）复制子工作只有一部分用于起始复制，另有一部分有时使用。复制子的长度不是固定不变的。,2023/3/21,83,真核生物DNA聚合酶的比较,2023/3/21,84,真核生物DNA的复制：,聚合酶复合体,在复制叉上存在,2023/3/21,85,冈崎片段RNA引物的去除,RNA酶H1在靠近RNA与DNA连接处切开引物,具有5-3外切酶活性的FEN1蛋白降解RNA片段,DNA连接酶将相邻的冈崎片段连接起来,
31、2023/3/21,86,防止染色体部分缺失的机制,如端粒酶具有反转录酶活性，能利用自身携带的RNA链作为模板，以dNTP为原料，以反转录方式催化合成模板后随链5端DNA片段或外加重复单位，以维持端粒一定的长度，防止染色体的缺失损伤。,2023/3/21,87,3、DNA复制的调控,在不同养分条件的培养基中培养的E.coli，其分裂周期变化极大，可在20 min 10 h之间变化；但DNA的复制周期总是稳定在40 min左右。DNA复制数量的不同主要是由复制叉的多少决定的。复制叉的多少又是由复制起始的频率决定的。复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和RNA。,E.coli细胞分裂周期与DNA复制
32、的协调,（1）原核生物DNA复制的调控,2023/3/21,88,（2）真核生物DNA复制的调控,S 期：以第一个复制子激活复制起始为标志。,细胞生活周期水平的调控（限制点调控）,一些外部分因素和细胞因子参与限制点控制。,2023/3/21,89,染色体水平的调控,在任意时刻，通常只有少数（15%）复制子工作，这种合成的先后顺序，是由什么来决定的呢？,复制子水平的调控,决定复制的起始与否，包括复制起始复合物的合成和引物合成等阶段。,2023/3/21,90,小 结,1、DNA复制的概貌半保留复制,2、复制的起点、方向和速度,4、原核生物DNA的复制,5、真核生物DNA的复制,6、DNA复制的调
33、控,2023/3/21,91,第四节 DNA的修复,一、错配修复（又称甲基指导的错配修复）,错配修复是按模板的遗传信息来修复错配碱基的，修复时先要区分模板链和复制链。这是通过碱基的甲基化来实现的。,Dam甲基化酶能使位于5 GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化，半甲基化DNA是识别模板链和新合成链的基础。,2023/3/21,92,发现碱基错配,在水解ATP的作用下，MutS，MutL与碱基错配位点的DNA双链结合,Muts-MutL在DNA双链上移动，发现甲基化后由MutH切开非甲基化的子链,2023/3/21,93,2023/3/21,94,二、切除修复,碱基切除修复,核苷酸切除修复,B-,
34、糖苷水解酶,2023/3/21,95,三、重组修复,机体细胞对在起始复制时尚未修复的DNA损伤部位可以先复制再修复。原理：先从同源DNA母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口，然后再用新合成的序列补上母链缺口。,2023/3/21,96,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。,甲基转移酶使O6-甲基鸟嘌呤脱甲基生成鸟嘌呤，防止G-T配对。,四、DNA的直接修复(direct repair),2023/3/21,97,五、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情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。主要包括：（1）DNA的修复；（2）
35、产生变异。,2023/3/21,98,第五节 DNA的转座,1983年诺贝尔生理和医学奖,Barbara McClintock（19021992）,2023/3/21,99,DNA的转座：又称移位（transposition)，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。转座子（transposon）：存在与染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。,2023/3/21,100,1、插入序列(IS因子)插入序列（insertion sequence，IS）是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，是细菌染色体和质粒DNA的正常组成部分。命名：IS+鉴定类型；插入特定序列：:IS1，表示插入的IS1元件。
36、,一、转座子的分类和结构,2023/3/21,101,IS的一般结构长度较小(约1 kb);具有编码自身移动的酶-转座酶（transposase）；含一对反向末端重复序列（inverted terminal repeats）。在靶位点产生一正向重复序列。,2023/3/21,102,2、复合型转座子 除含有转座所需的酶外，还编码其它基因（eg.抗药基因）的转座子。复合转座子具有IS 模块。基本结构：其它基因位于中央区；两侧各连接一由IS模块组成的“臂”；两个IS序列相同或高度同源。命名：Tn+数字,2023/3/21,103,3、TnA家族转座子 TnA：复合转座子，较大（5 kb），无IS类
37、型元件。两端有38 bp的反向重复序列（IR）；转座后产生5 bp正向重复序列。与转座相关的酶：转座酶（transposase），由tnpA编码，；解离酶（resolvase），由tnpR编码。,2023/3/21,104,TnA转座子家族的结构基因：tnpA：转座酶，tnpR：解离酶，ampR：内酰氨酶末端LR(反向重复序列）序列；res位点：TnpR的特异拆分位点。,2023/3/21,105,二、转座的类型,1、复制型转座：转入新位点的是原先元件的拷贝，即转座子作为可移动的元件被复制。,2023/3/21,106,2、非复制型转座：座子作为一个物理实体从供体的一个位点转移到受体的一个位点
38、；这种方式会在供体分子处留下一个裂口。,2023/3/21,107,转座子插入一新位点时，在其两侧产生一对正向重复序列（direct repeats）,靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的DNA黏性未端。,三、转座作用的机制,2023/3/21,108,五、转座子的遗传效应1、引起插入突变2、插入位点出现新基因3、引起染色体畸变-转座促进重排：4、引起生物进化,2023/3/21,109,转座促进重排：转座事件本身导致序列删除、反转或者移动到新的位点；,两个邻近的转座子正向重复拷贝之间重组造成之间的DNA删除。,2023/3/21,110,两个邻近的转座子 反向重复拷贝之间重组造成之间的D
39、NA的反转。,杏 坛,2023/3/21,111,六、真核生物的转座子,玉米的控制因子（controlling element）：没有固定的染色体定位；自主因子（autonomous element）：具有自主剪接和转座能力，可持续移动，造成的结果不稳定。非自主因子（nonautonomous element）：不能自发转座，只有在基因组中存在同一家族的自主元件时，才能发生转座而变得不稳定。,2023/3/21,112,自主元件和非自主元件在功能上的关系,2023/3/21,113,Ac与Ds的结构和二者的关系,2023/3/21,114,控制元件位点的断裂，可能造成杂合子表型的改变。,202
40、3/3/21,115,果蝇中的转座子,2023/3/21,116,第三个内含子的切除是发生转座所必需的。在体细胞中存在与P转座子外显子3特异性结合的蛋白，与外显子3结合后妨碍了内含子3的剪切，因此P转座子编码的是转座阻遏蛋白，抑制转座的发生。母体的体细胞能够产生转座阻遏物，抑制转座。,2023/3/21,117,2023/3/21,118,杂交类型是否能引起不育，主要看细胞质类型是否生成阻遏蛋白，也就是看雌性配子中是否存在P 转座子。,2023/3/21,119,小 结,三、转座子的遗传效应,2023/3/21,120,复 习 题,1、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
41、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,2023/3/21,121,2、1953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,2023/3/21,122,3、下列哪一种蛋白不是组蛋白的
42、成分（）H1 H2A、H2B H3、H4 H5,2023/3/21,123,5、DNA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。,2023/3/21,124,6、在原核生物复制子中以下哪种酶除去RNA引发体并加入脱氧核糖核苷酸：(A)DNA聚合酶（B）DNA聚合酶（C）DNA聚合酶(D)外切核酸酶MFl,2023/3/21,125,7、DNA复制时不需要以下哪种酶？（）（A）DNA指导的DNA聚合酶（B）RNA指导的DNA聚合酶（C）
43、拓扑异构酶（D）连接酶,2023/3/21,126,DNA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。（）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。,2023/3/21,127,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）,在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化和磷酸化等。H3、H4修饰作用较普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。这些组蛋白修饰的意义：一是改变染色体的结构，直接
44、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。,2023/3/21,128,简述DNA的C值以及C值矛盾（C Value paradox（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）简述真核细胞内核小体与核小体核心颗粒的结构（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）,2023/3/21,129,DNA双螺旋模型是哪年由谁提出的?简述其基本内容。为什么说该模型的提出是分子生物学发展史上的里程碑，具有划时代的贡献?（浙江大学医学院2003生物化学（硕士）,2023/3/21,130,请设计一个实
45、验来证明DNA复制是以半保留方式进行的（8分）。（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）,2023/3/21,131,拓扑异构酶（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（上海生化所1998年分子遗传学试题）,2023/3/21,132,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）冈崎片段（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）,2023/3/21,133,原核DNA合成酶中（）的主要功能是合成前导
46、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（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）,2023/3/21,134,利用自己的位点专一重组酶把自己从寄主基因组中的一个地方移到另一个地方的遗传元件叫（）A、启动子 B、转座子 C、T-DNA D、顺反子（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）,2023/3/21,135,作 业,一、什么是核小体？简述其形成过程。二、简述真核生物染色体的组成及组装过程。三、原核生物DNA具有哪些不同于真核生物DNA的特征？四、简述原核生物DNA的复制特点。五、细胞通过哪几种修复系统对DNA损伤进行修 复？,
