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1、第二章 染色体与DNA,2.1 染色体,基因组 2.2 DNA的结构 2.3 DNA的复制 2.4 DNA的修复 2.5 DNA的转座,2.1 染色体,基因组,2.11原核生物基因组2.12真核生物基因组&染色体2.13 病毒基因组,2.11 原核生物基因组,1）结构简炼 序列利用率高,不转录序列5%，不编码的序列也为调控序列2）存在转录单元 操纵子 和 多顺反子*(注意与蛋白前体的区别)3）连续基因,2.12 真核生物基因组&染色体（Chromosome),(1)单一序列和低度重复序列(各种基因)中度重复序列(rRNA,tRNA,结构基因)高度重复序列(卫星DNA),编码基因的DNA所占比例
2、很小,功能?,(2)不连续基因 内含子和外显子(3)多倍体*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。高等生物一般C 值高于低等生物，但有例外。即C值反常现象。两栖类比哺乳类高。(真核生物含有大量的重复DNA是原因),(4)形成核小体染色体(染色质)*DNA 1*RNA 0.1*蛋白质 组蛋白 1(H1 H2A H2B H3 H4)非组蛋白 0.6 注意:原核,真核基因组都是由双链DNA构成.,组蛋白的一般特性,(1)进化上的保守性(2)无组织特异性(3)肽链氨基酸分布的不对称性碱性氨基酸分布在N端的半条链上.如N端的静电荷为16+，C 端仅3+；
3、碱性半条链与DNA负电荷区结合，另半条链与其他蛋白结合。(4)组蛋白的可修饰性 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、H1有磷酸化作用。,非组蛋白的一般特性,(1)多样性(有30600种)(2)组织特异性(3)种属特异性,串珠模型DNA+组蛋白核小体螺旋体（30nm fiber)超螺旋体(300nm loop)染色体(人类总DNA长度=180cm),146bp,八聚体,1.75圈,缩短7倍,螺旋化,缩短6倍,进一步螺旋化,缩短40倍,盘绕.缩短4倍,2.13 病毒基因组,病毒基因基因组很小，但是不同的病毒之间相差亦甚大。
4、(3kb乙肝病毒300kb痘病毒)2.病毒基因组可以由DNA组成，也可以由RNA组成;每种病毒颗粒中只含有一种核酸，或为DNA或为RNA，两者一般不共存于同一病毒颗粒中。3.组成病毒基因组的DNA和RNA可以是单链的，也可以是双链的，可以是闭环分子，也可以是线性分子。,4.多数RNA病毒的基因组是由连续的核糖核酸链组成，但也有些病毒的基因组RNA由不连续的几条核酸链组成。5.病毒基因组的大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部份不被翻译.6.存在 重叠基因(线粒体和叶绿体DNA也有)7.反转录病毒基因组有两个拷贝(双倍体)其它病毒基因组都是单倍体。8.细菌病毒（噬菌体）的基因是连续的；真核细
5、胞病毒的基因 可能是不连续的，具有内含子.,2.2 DNA的结构,2.21 DNA的一级结构2.22 DNA的二级结构2.23 DNA的高级结构,2.21 DNA的一级结构,1.一级结构的概念 指4种脱氧核苷酸(A,T,G,C)的连接及其排列顺序，DNA序列是这一概念的简称。由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，故可称为碱基序列。2.一级结构的特点(1)脱氧核糖和磷酸通过5-3磷酸二酯键交替连接，构成外侧DNA骨架，碱基排在内侧;(2)内侧碱基通过氢键互补配对(A=T，G三C),形成双链;(3)碱基(对)的顺序产生了DNA分子的多样性(遗传信息);(4)双链反向平行配对.(*DNA通常以线性或
6、环状形式存在，绝大多数DNA分子都由碱基互补的双链构成，有少数生物以单链形式存在，如某些噬菌体和病毒),核苷酸,2.22 DNA的二级结构,DNA双螺旋结构的要点,指二条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋立体结构,主链(backbone)：由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。主链有二条,它们似麻花状绕一共同轴心以右手方向盘旋,相互平行而走向相反形成双螺旋构型。主链处于螺旋的外则,这正好解释了由糖和磷酸构成的主链的亲水性。所谓双螺旋就是针对二条主链的形状而言的。碱基对(base pair)：碱基位于螺旋的内则,它们以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成
7、碱基对。配对碱基总是A与T和G与C。碱基对以氢键维系，A与T 间形成两个氢键。,大沟和小沟：大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。在大沟和小沟内的碱基对中的N 和O 原子朝向分子表面。结构参数：螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm。,1.B-DNA 最常见的DNA构象;2.A-DNA出现DNARNA杂交分子中,与基因转录表达有关.3.Z-DNA基因转录调控(近-抑制;远-促进),DNA二级结构的多态性,右手螺旋：A-DNA，B-DNA*，左手螺旋：Z-DNA,A,B,Z,DNA的基本理化特点,1)DNA的变性和复性变性（Den
8、aturation)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。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8595OC 影响因素：G+C含量，pH值，离子强度，尿素，甲跣胺等,复性（Renaturation)热变性的DNA缓慢冷却，单链恢复成双链。复性出现减色效应（Hypochromatic effect)。复性的速率与DNA的浓度和序列的复杂性有关。,（三）DNA的高级结构
9、,超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式。,分为：正超螺旋 负超螺旋,双螺旋DNA拧紧则导致正超螺旋，而双螺旋DNA的松开导致负超螺旋。超螺旋DNA分子比松散分子能量高。对于负超螺旋，这一能量会使DNA螺旋易于局部解旋，负超螺旋有利于需要解旋过程的进行，如转录起始和复制起始。,2.3 DNA的复制,一.DNA复制的基本条件：模板、dNTP、RNA引物、酶等。二.DNA复制的特点:1.半保留复制2.半不连续复制3.复制起点固定 三.DNA复制的主要方式:1.线性DNA双链的复制 2.环状DNA双链的复制,拓扑异构酶（Topoisomerase）：主要功能是消除DNA解链过程中所 产生的扭曲力。解链
10、酶（Helicase）：将DNA母链不断解开形成单链。单链结合蛋白（SSB）：使新解链的DNA保持稳定结构。,DNA复制时的一些重要酶和蛋白质,引物酶（Primases）：为DNA复制提供RNA引物。DNA聚合酶（polymerases）：合成新生DNA链，切除RNA引物。DNA 连接酶（Ligases）：使新生DNA链上的缺口（3-OH，5-p）生成磷酸二酯键。,二.DNA复制的特点,1958年Meselson 和Stahl所做的实验：15N标记培养基，CsCl离心密度标记（0）；14N培养基培养3代。,1.半保留复制,1.新链同时合成方向5 32.前导链,滞后链冈崎片段 1000bp200
11、0bp(大 肠杆菌),100200bp(真核生物)3.RNA引物 的合成;DNA链的延伸;引物的切除,缺口补平,连接.,半不连续复制,半不连续复制,DNA复制动画:,复制起点固定,1 原核一个复制子,真核多个复制子 2.一个复制子,(一般)两个复制叉;3.前导链,滞后链相对 4.在一个复制周期中,真核为一次;原核可同时进行多次复制,形成多个复制叉,三.复制的几种主要方式,1.线性DNA双链的复制单一起点的单向复制。(如腺病毒),多个起始点的双向复制（如真核生物）,单一起点的双向复制（如T7噬菌体）,2 环状DNA双链的复制,型复制（如大肠杆菌）-单一起点的双向等速复制,D-环型复制(单向)-线
12、粒体,滚环型复制(单向)X174,eg 原核大肠杆菌,1 双链环状DNA2.DNA复制形式为型3.定点(ori)开始双向等速复制4.两个复制叉在距起始点1800处会合(Ter-Tus复合物阻止复制叉的移动)。5.只有一个复制单元，但可有多个复制叉。,真核生物的DNA复制,1.细胞周期的S期;2.多个复制起点(ARS);3.复制周期中,只完成一次复制;4.不同的复制子按一定的时序启动5.端粒的复制,真核生物DNA聚合酶,DNA聚合酶是负责DNA复制主要的酶，参与先导链和滞后链的合成。而DNA聚合酶的功能是补全去掉RNA引物后的缺口。,端粒的复制,复制的忠实性(fidelity),复制高度精确,错
13、配率为10-810-10,为什么?(原核)1.pol I 和pol III的3-5核酸外切酶活性矫正2.复制后的二次矫正 复制叉的新链GATC没有甲基化,与母链区别,新链优先切除.,四.DNA的转座,转座:染色体上可自主复制和移动一段核酸序列.分类:非复制性转座(IS)-整个移动 复制性转座(TnA)-拷贝,IS特点,1.很小,1kb 左右,编码转座酶;2.末端有倒置重复序列,其外侧还有一小段正置重复序列(转座时,复制靶序列形成)3.,特定IS,靶序列一样;不同IS,靶序列不一样,复合式转座子,1.两侧往往有两个相同或高度同源的 IS序列;2.两个IS序列不能单独移动.,TnA家族,TnA家族没有IS序列、体积庞大(5000bp以上)、带有3个基因，其中一个编码-内酰胺酶(AmpR)，另两个则是转座作用所必须的。,转座作用的遗传学效应,（1）转座引起插入突变（2）转座产生新的基因（3）转座产生的染色体畸变（4）转座引起的 生物进化,习题,1、比较真核与原核生物DNA复制的异同。,
