dna與染色體專題知識(shí)講座

1、dna與染色體專題知識(shí)講座dna與染色體專題知識(shí)講座第1頁(yè)染色體與DNA一、DNA組成和結(jié)構(gòu)（略）二、染色體結(jié)構(gòu)和組成三、DNA復(fù)制四、DNA修復(fù)五、DNA轉(zhuǎn)座dna與染色體專題知識(shí)講座第2頁(yè)染色體結(jié)構(gòu)和組成1、染色體概述 染色體(chromosome)之所以稱為染色體，是因?yàn)樗鼙粔A性染料染色，而細(xì)胞其它組成份都不能被堿性染料染色緣故。 細(xì)胞內(nèi)DNA主要在染色體上，所以染色體是遺傳物質(zhì)主要載體。染色體由DNA和蛋白質(zhì)兩大個(gè)別組成。dna與染色體專題知識(shí)講座第3頁(yè)人類全部染色體dna與染色體專題知識(shí)講座第4頁(yè)人類基因組各條染色體中堿基對(duì)數(shù)量和功效基因數(shù)量對(duì)照表（基因組是細(xì)胞內(nèi)單套染色體及其上基

2、因)dna與染色體專題知識(shí)講座第5頁(yè) 染色體存在于真核細(xì)胞內(nèi)核仁內(nèi)，呈線性結(jié)構(gòu)。細(xì)胞分裂時(shí)，每條染色體都復(fù)制生成一條與母鏈完全一樣子鏈，形成同源染色體對(duì)。 染色體只有在細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中才可見(jiàn)，而在分裂間期，則以渙散染色質(zhì)形式存在于胞核中。 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞染色體在結(jié)構(gòu)和組成上都有差異。 原核細(xì)胞普通情況下只含一條染色體，基因序列與其編碼蛋白質(zhì)序列基礎(chǔ)呈線性對(duì)應(yīng)。細(xì)菌DNA是一條相對(duì)分子質(zhì)量在109左右共價(jià)閉合雙鏈分子，通常也稱為染色體。 dna與染色體專題知識(shí)講座第6頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第7頁(yè)2、真核細(xì)胞染色體組成2.1 染色質(zhì)和核小體染色質(zhì)電子顯微鏡圖顯示出由核小體組成念珠狀結(jié)構(gòu)

3、，能夠看到由一條細(xì)絲連接著一連串直徑為10nm球狀體。核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個(gè)分子生成八聚體和由大約200bpDNA組成。 dna與染色體專題知識(shí)講座第8頁(yè)核小體單元產(chǎn)生dna與染色體專題知識(shí)講座第9頁(yè)雙螺旋DNA經(jīng)過(guò)一系列包裝成為染色體過(guò)程30nm染色體結(jié)構(gòu)dna與染色體專題知識(shí)講座第10頁(yè)2. 2 染色體中核酸組成 同類生物不一樣種屬之間DNA總量改變很大橫坐標(biāo)為C值（value-paradox），指一個(gè)生物單倍體基因組DNA總量。2.2.1 不一樣生物DNA量不一樣dna與染色體專題知識(shí)講座第11頁(yè)編碼每種生物所需DNA最低值生物越高等所需DNA量越大dna與染色體專題

4、知識(shí)講座第12頁(yè)2.2.2 真核細(xì)胞DNA序列大致可分為3類不重復(fù)序列 中度重復(fù)序列 高度重復(fù)序列衛(wèi)星DNA編碼rRNA基因上18S/5.8S/28S/間隔區(qū)組成單位在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)許屢次（中度重復(fù)序列）dna與染色體專題知識(shí)講座第13頁(yè)鼠染色體經(jīng)原位雜交放射自顯影后示衛(wèi)星DNA位置（黑色區(qū)域）dna與染色體專題知識(shí)講座第14頁(yè)2. 3 染色體中蛋白質(zhì)染色體上蛋白質(zhì)包含組蛋白和非組蛋白2.3.1 組蛋白（histones protein ）組蛋白是染色體結(jié)構(gòu)蛋白，它與DNA組成核小體。通常能夠用2mol/L NaCl或0.25mol/LHCl/H2SO4處理使組蛋白與DNA分開。組蛋白分為

5、H1、H2A、H2B、H3 及 H4。dna與染色體專題知識(shí)講座第15頁(yè)H1、H2A、H2B、H3及H4。這些組蛋白都含有大量賴氨酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含賴氨酸；H2A、H2B介于二者之間。dna與染色體專題知識(shí)講座第16頁(yè)組蛋白普通特征：進(jìn)化上極端保守性在物種進(jìn)化歷程中沒(méi)有出現(xiàn)太大改變。無(wú)組織特異性（組織特異性：特定生物體組織中含有特定某種組蛋白） 肽鏈上氨基酸分布不對(duì)稱性 （堿性氨基酸和酸性氨基酸在其肽鏈上不是均勻或?qū)ΨQ分布） 組蛋白修飾作用被活性基團(tuán)修飾。富含賴氨酸組蛋白H5。dna與染色體專題知識(shí)講座第17頁(yè)2.3.2 非組蛋白（non-histone prote

6、in，NHP ）是指染色體中組蛋白以外其它蛋白質(zhì)，它是一大類種類繁雜各種蛋白質(zhì)總稱。非組蛋白普通特征：非組蛋白多樣性。非組蛋白量大約是組蛋白60%70%，但它種類卻很多，約在20-100種之間，其中常見(jiàn)有15-20種。 非組蛋白組織專一性和種屬專一性。 dna與染色體專題知識(shí)講座第18頁(yè)幾類常見(jiàn)非組蛋白HMG蛋白（high mobility group protein）。這是一類能用低鹽（0.35mol/L NaCl）溶液抽提、能溶于2%三氯乙酸、相對(duì)分子質(zhì)量較低非組蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量都在3.0104以下。DNA結(jié)合蛋白（與DNA結(jié)合緊密）。用2mol/L NaCl除去全部組蛋白和70%非組蛋

7、白后，還有一個(gè)別蛋白必須用2mol/L NaCl和5mol/L尿素才能與DNA解離。這些蛋白分子量較低，約占非組蛋白20%，染色質(zhì)8%。 A24非組蛋白。dna與染色體專題知識(shí)講座第19頁(yè)3、 原核生物與真核生物染色體DNA比較1. 原核生物中普通只有一條染色體且大都帶有單拷貝基因，只有極少數(shù)基因如rRNA基因是以多拷貝形式存在； 2.整個(gè)染色體DNA幾乎全部由功效基因與調(diào)控序列所組成； 3. 幾乎每個(gè)基因序列都與它所編碼蛋白質(zhì)序列呈線性對(duì)應(yīng)狀態(tài)。 dna與染色體專題知識(shí)講座第20頁(yè)4、 原核生物基因組從基因組組織結(jié)構(gòu)來(lái)看：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練存在轉(zhuǎn)錄單元有重合基因dna與染色體專題知識(shí)講座第21頁(yè)dna

8、與染色體專題知識(shí)講座第22頁(yè) 親代雙鏈DNA分子在DNA聚合酶作用下，分別以 各單鏈 DNA分子為模板，聚合與本身堿基能夠互補(bǔ) 配正確游離dNTP, 合成出兩條與親代DNA分子完 全相同子代DNA分子過(guò)程。 復(fù)制子（Replicon）；又稱復(fù)制單位或復(fù)制元DNA中含有一定復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制終點(diǎn)復(fù)制單位 1.3萬(wàn) 90萬(wàn)不等三、DNA復(fù)制dna與染色體專題知識(shí)講座第23頁(yè) 復(fù)制體 （Replisome）復(fù)制叉處許多酶和蛋白組成復(fù)合體，協(xié)同作用合成DNAdna與染色體專題知識(shí)講座第24頁(yè)DNA 復(fù)制在細(xì)胞周期S期E.coli 37 0.5 h105 bp/minmammalian cell 500-5

9、000 bp/min dna與染色體專題知識(shí)講座第25頁(yè)3.1 DNA半保留復(fù)制 （Semi-Conservation Replication） 1958 Meselson-stahl 設(shè)計(jì)CsCl超離心試驗(yàn)證實(shí)了 DNA復(fù)制這一特征概念： 復(fù)制過(guò)程中各以雙螺旋DNA其中一條鏈為模 板合成其互補(bǔ)鏈，新生互補(bǔ)鏈與母鏈組成子 代DNA分子 dna與染色體專題知識(shí)講座第26頁(yè)15N 標(biāo)識(shí)試驗(yàn) 細(xì)胞生長(zhǎng)在15N 標(biāo)識(shí)培養(yǎng)基中 轉(zhuǎn)入正常N源培養(yǎng)基中 分離各代DNA 分析各代DNA浮力密度15N 標(biāo)識(shí) DNA未標(biāo)識(shí) DNA CsCL密度梯度離心 浮力密度 N15DNA 1.742g/ml N15N14DN

10、A 1.717g/ml N14DNA 1.710g/mldna與染色體專題知識(shí)講座第27頁(yè) 3.2 復(fù)制起點(diǎn)、方向和速度 復(fù)制起點(diǎn)（復(fù)制原點(diǎn)） 復(fù)制開始處DNA分子特定位置復(fù)制叉原核生物（Prokaryote）：?jiǎn)螐?fù)制起點(diǎn) 即整個(gè)染色體只有一個(gè)復(fù)制單位（復(fù)制子） dna與染色體專題知識(shí)講座第28頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第29頁(yè)領(lǐng)頭鏈 leading strand 合成方向與復(fù)制叉解鏈方向相同，并可連續(xù)合成子鏈。隨從鏈 lagging strand 合成方向與復(fù)制叉解鏈方向相反，而且是不連續(xù)合成子鏈。 岡崎片段 okazaki fragment 在DNA復(fù)制過(guò)程中，隨從鏈上初合成不連續(xù)DNA

11、片段。半不連續(xù)性復(fù)制 在DNA復(fù)制過(guò)程中，領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制。 dna與染色體專題知識(shí)講座第30頁(yè) 真核生物（Eukaryote） : 多復(fù)制起點(diǎn) 即一個(gè)genome中有多個(gè)復(fù)制單位dna與染色體專題知識(shí)講座第31頁(yè)Replication forkdna與染色體專題知識(shí)講座第32頁(yè)復(fù)制叉（Replication fork）：染色體中參加復(fù)制活性區(qū)域， 即復(fù)制正在發(fā)生位點(diǎn) 復(fù)制方向（復(fù)制過(guò)程次序性） 復(fù)制眼（replication eye）：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制DNA， 復(fù)制區(qū)域形如一只眼睛dna與染色體專題知識(shí)講座第33頁(yè)真核生物多復(fù)制子 多個(gè)復(fù)制眼dna與染色體專題知識(shí)講座

12、第34頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第35頁(yè)單雙向復(fù)制取決于起點(diǎn)處有一個(gè)還是兩個(gè)復(fù)制叉 單向復(fù)制 雙向復(fù)制dna與染色體專題知識(shí)講座第36頁(yè)復(fù)制速度3H標(biāo)識(shí)10min后復(fù)制長(zhǎng)度取消標(biāo)記后10min復(fù)制長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)和取消標(biāo)識(shí)后兩個(gè)方向復(fù)制長(zhǎng)度相等雙向等速?gòu)?fù)制dna與染色體專題知識(shí)講座第37頁(yè)3.3 DNA復(fù)制多模式 單起點(diǎn)、單方向（原核）多起點(diǎn)、單方向（真核）單起點(diǎn)、雙方向（原核）多起點(diǎn)、雙方向（真核）3.3.1 線性DNA雙鏈復(fù)制dna與染色體專題知識(shí)講座第38頁(yè) （1）Theta型復(fù)制 雙鏈環(huán)狀DNA復(fù)制眼能夠形成一個(gè)結(jié)構(gòu)， 形狀像希臘字母，因而叫型復(fù)制。3.3.2 環(huán)狀DNA雙鏈復(fù)制dna與染色

13、體專題知識(shí)講座第39頁(yè)熱鏈（標(biāo)識(shí)鏈）冷鏈（非標(biāo)識(shí)鏈）dna與染色體專題知識(shí)講座第40頁(yè) A replication eye forms a theta structure in circular DNA.dna與染色體專題知識(shí)講座第41頁(yè) (2)滾環(huán)型復(fù)制（rolling circle replication）單向復(fù)制特殊方式大多數(shù)以對(duì)稱方式進(jìn)行即兩條鏈同時(shí)復(fù)制。但也有一定時(shí)期內(nèi)DNA只復(fù)制一條鏈情況。因?yàn)閺?fù)制時(shí)產(chǎn)生滾環(huán)結(jié) 構(gòu)形狀象，又稱復(fù)制 病毒、細(xì)菌因子 dna與染色體專題知識(shí)講座第42頁(yè) （3） 置換式 （Displacement form ）又稱 D 環(huán)復(fù)制 兩條鏈合成高度不對(duì)稱,一條

14、鏈快速合成出互補(bǔ)鏈,另一條則形成游離單鏈環(huán)(D-環(huán)) 線粒體和葉綠體 DNA復(fù)制方式dna與染色體專題知識(shí)講座第43頁(yè)3.4 原核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)（大腸桿菌：雙鏈環(huán)狀） 四個(gè)9bp重復(fù)序列 dnaA結(jié)合位點(diǎn) 三個(gè)13bp重復(fù)序列DNA復(fù)制起始區(qū)dna與染色體專題知識(shí)講座第44頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第45頁(yè)（1） DNA雙螺旋解旋在各種蛋白質(zhì)及酶參加下DNA雙鏈解開，形成復(fù)制叉復(fù)雜過(guò)程。主要酶和蛋白質(zhì)：dna與染色體專題知識(shí)講座第46頁(yè)（2） DNA復(fù)制引發(fā)DNA RNA引物 新DNA鏈先導(dǎo)鏈需一個(gè)引物RNA鏈，而滯后鏈需要若干引物RNA。引發(fā)前體引 發(fā) 酶共同作用引發(fā)體RNA引物新DN

15、A鏈dna與染色體專題知識(shí)講座第47頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第48頁(yè)（3） DNA復(fù)制終止dna與染色體專題知識(shí)講座第49頁(yè) DNA聚合酶（DNA polymerase）是細(xì)胞復(fù)制DNA主要作用酶。 DNA聚合酶 , 以DNA為復(fù)制模板，將DNA由5端點(diǎn)開始復(fù)制到3端酶。 DNA聚合酶主要活性是催化DNA合成（在具備模板、引物、dNTP等情況下）及其相輔活性。DNA聚合酶 dna與染色體專題知識(shí)講座第50頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第51頁(yè)3.5 真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)dna與染色體專題知識(shí)講座第52頁(yè)3.6 DNA復(fù)制調(diào)控復(fù)制叉數(shù)量決定復(fù)制起始頻率，復(fù)制起始頻率受控于蛋白質(zhì)和RNA。dn

16、a與染色體專題知識(shí)講座第53頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第54頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第55頁(yè)四、DNA修復(fù)（DNA repairing） 是細(xì)胞對(duì)DNA受損傷后一個(gè)反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新能執(zhí)行它原來(lái)功效。但有時(shí)并非能完全消除DNA損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受DNA損傷而能夠繼續(xù)生存?？赡苓@些未能完全修復(fù)而留存下來(lái)?yè)p傷會(huì)在適合條件下顯示出來(lái)（如細(xì)胞癌變等），但假如細(xì)胞不具備這些修復(fù)功效，就無(wú)法對(duì)付經(jīng)常發(fā)生DNA損傷事件，細(xì)胞就不能生存。 dna與染色體專題知識(shí)講座第56頁(yè)DNA分子自發(fā)性損傷1、DNA復(fù)制中錯(cuò)誤 以DNA為模板按鹼基配對(duì)進(jìn)行DNA復(fù)制是一個(gè)嚴(yán)格而準(zhǔn)確事件，

17、但也不是完全不發(fā)生錯(cuò)誤。 2、DNA自發(fā)性化學(xué)改變 生物體內(nèi)DNA分子能夠因?yàn)楦鞣N原因發(fā)生改變，最少有： 堿基異構(gòu)互變； 堿基脫氨基作用； 脫嘌呤與脫嘧啶； 堿基修飾與鏈斷裂 dna與染色體專題知識(shí)講座第57頁(yè)物理原因引發(fā)DNA損傷 1、紫外線引發(fā)DNA損傷 當(dāng)DNA受到最易被其吸收波長(zhǎng)（260 nm）紫外線照射時(shí)，主要是使同一條DNA鏈上相鄰嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體。 2、電離輻射引發(fā)DNA損傷 電離輻射損傷DNA有直接和間接效應(yīng)，直接效應(yīng)是DNA直接吸收射線能量而遭損傷；間接效應(yīng)是指DNA周圍其它分子（主要是水分子）吸收射線能量產(chǎn)生含有很高反應(yīng)活性自由基進(jìn)而損傷DNA。損傷包含： 堿基改變;

18、 脫氧核糖改變; DNA鏈斷裂; 交聯(lián)。dna與染色體專題知識(shí)講座第58頁(yè)化學(xué)原因引發(fā)DNA損傷1、烷化劑對(duì)DNA損傷 堿基烷基化; 堿基脫落; 斷鏈; 交聯(lián) 2、堿基類似物、修飾劑對(duì)DNA損傷 如:人工能夠合成一些堿基類似物用作促突變劑或抗癌藥品，如5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2-氨基腺嘌呤（2-AP）等。 還有一些人工合成或環(huán)境中存在化學(xué)物質(zhì)能專一修飾DNA鏈上堿基或經(jīng)過(guò)影響DNA復(fù)制而改變堿基序列，比如亞硝酸鹽能使C脫氨變成U，經(jīng)過(guò)復(fù)制就可使DNA上G-C變成A-T對(duì)。dna與染色體專題知識(shí)講座第59頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第60頁(yè)DNA損傷修復(fù)機(jī)制:（一）錯(cuò)

19、配修復(fù)（mismatch repair）：在含有錯(cuò)配堿基DNA分子中，使正常核苷酸序列恢復(fù)修復(fù)方式。修復(fù)過(guò)程是：識(shí)別出正確鏈，切除掉不正確個(gè)別，然后經(jīng)過(guò)DNA聚合酶和DNA連接酶作用，合成正確配正確雙鏈DNA。 dna與染色體專題知識(shí)講座第61頁(yè)1、參加錯(cuò)配修復(fù)酶與蛋白質(zhì)Dam甲基化酶: 使5-GATC序列中腺苷酸甲基化，使發(fā)生錯(cuò)配時(shí)修復(fù)。 MutH、MutL、MutS蛋白：DNA錯(cuò)配修復(fù)蛋白 解螺旋酶; DNA聚合酶; 外切酶、 、；RecJ核酸酶：作用于單鏈DNA，沿53方向催化去除單磷酸脫氧核苷酸。 DNA連接酶（Pol）；DNA復(fù)制所需一個(gè)聚合酶。SSB：一個(gè)單鏈結(jié)合蛋白，能夠牢牢地結(jié)

20、合在單鏈DNA上，這不但可防止拆開DNA雙鏈再合攏，也可保護(hù)復(fù)制中DNA單鏈個(gè)別不被核酸酶降解。 dna與染色體專題知識(shí)講座第62頁(yè)MutS識(shí)別并結(jié)合于堿基錯(cuò)配處MutH-MutL二聚體結(jié)合后沿兩個(gè)方向移動(dòng)，形成DNA環(huán)，直至遭遇半甲基化CTAG。MutH在CTAG5-端切開一個(gè)切口，核酸外切酶、沿3 5方向切除含配錯(cuò)堿基新鏈DNA聚合酶補(bǔ)缺，DNA連接酶連接切口。高度耗能錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配dna與染色體專題知識(shí)講座第63頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第64頁(yè)(二) 堿基切除修復(fù)（base-excision repair）修復(fù)因?yàn)閴A基改變引發(fā)受損核苷酸。a、堿基脫氨反應(yīng)b、核苷酸脫嘌呤反應(yīng)dna與染色

21、體專題知識(shí)講座第65頁(yè)(二) 堿基切除修復(fù)（base-excision repair）（a）DNA糖基化酶切除損傷堿基產(chǎn)生無(wú)堿基酸（b）無(wú)堿基核酸內(nèi)切酶無(wú)堿基酸處切開產(chǎn)生切口。（c）DNA聚合酶將無(wú)堿基酸切除并填補(bǔ)缺口。（d）DNA連接酶連接切口。AP位點(diǎn)dna與染色體專題知識(shí)講座第66頁(yè)（三）核苷酸切除修復(fù)DNA解螺旋酶dna與染色體專題知識(shí)講座第67頁(yè)（五）重組修復(fù)又叫復(fù)制后修復(fù)：發(fā)生在復(fù)制之后。復(fù)制時(shí)，跳過(guò)損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈填補(bǔ)，然后用新合成序列補(bǔ)上母鏈空缺。原損傷部位并沒(méi)有切除,但在后代逐步稀釋。dna與染色體專題知識(shí)講座第68頁(yè)（六）DNA直接修復(fù)dna與染色體專題知識(shí)講座

22、第69頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第70頁(yè)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶結(jié)合于損傷部位3、酶被可見(jiàn)光激活4、修復(fù)后酶被釋放DNA紫外線損傷光復(fù)合酶修復(fù)dna與染色體專題知識(shí)講座第71頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第72頁(yè)（七）SOS反應(yīng)和誘導(dǎo)修復(fù)（易錯(cuò)修復(fù)） SOS反應(yīng)：細(xì)胞DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷或DNA復(fù)制系統(tǒng)受到抑制緊急狀態(tài)下，為求生存而出現(xiàn)應(yīng)急反應(yīng)。 SOS反應(yīng)包含:防止差錯(cuò)修復(fù)能力增強(qiáng)誘導(dǎo)產(chǎn)生無(wú)校正功效DNA聚合酶合成抑制細(xì)胞分裂 SOS反應(yīng)是生物在不利環(huán)境中求得生存一個(gè)基礎(chǔ)功效。對(duì)原核生物它產(chǎn)生高變異，對(duì)高等動(dòng)物則是致癌。dna與染色體專題知識(shí)講座第73頁(yè)五、 DNA 重組與轉(zhuǎn)座5.1 D

23、NA重組5.1.1 概念：是指因?yàn)椴灰粯覦NA鏈斷裂和連接而產(chǎn)生DNA片段交換和重新組合，形成新DNA分子過(guò)程。5.1.2 意義：重組是遺傳學(xué)靈魂，沒(méi)有重組就沒(méi)有生物進(jìn)化；沒(méi)有重組也就沒(méi)有當(dāng)代分子克隆技術(shù)。dna與染色體專題知識(shí)講座第74頁(yè)5.2 DNA重組類型5.2.1 同源重組（Homologous Recombination）5.2.2 位點(diǎn)特異性重組（Site-specific Recombination）dna與染色體專題知識(shí)講座第75頁(yè)一、概述1、定義：兩個(gè)DNA分子同源序列（指從某一共同祖先經(jīng)過(guò)趨異進(jìn)化而形成不一樣序列 。）之間進(jìn)行重組2、條件： （1）兩個(gè)DNA分子有同源序列

24、（相關(guān)酶能夠用任何一對(duì)同源序列為底物） （2）兩個(gè)DNA分子必須緊密接觸 3、發(fā)生： 真核生物: 非姐妹染色單體交換相對(duì)應(yīng)區(qū)域。 原核生物: 依賴RecA蛋白（重組蛋白類），并形成 Holliday 結(jié)構(gòu)。（見(jiàn)下列圖）5.2.1 同源重組（Homologous Recombination）dna與染色體專題知識(shí)講座第76頁(yè)切口交叉封口鏈位移彎曲兩臂旋轉(zhuǎn)切開相反鏈切開同一鏈Holiday模型（1964年，美國(guó)） dna與染色體專題知識(shí)講座第77頁(yè)二、大腸桿菌同源重組分子基礎(chǔ)（一）RecA1、作用：可促進(jìn)單鏈同化或單鏈吸收 RecA含有使DNA單鏈置換雙鏈中同源鏈能力2、單鏈同化發(fā)生三個(gè)條件（1）

25、其中一個(gè)DNA必須存在單鏈區(qū)（2）其中一個(gè)DNA必須有一個(gè)自由3末端（3）此單鏈區(qū)和3末端必須位于兩分子之間互補(bǔ)區(qū)域內(nèi)（二）RecBCD復(fù)合體1、酶活性：（1）核酸酶（2）解旋酶（3）ATPase2、作用：在Chi位點(diǎn)（ RecBCD 靶序列）處產(chǎn)生含3游離 未端單鏈.（見(jiàn)下列圖）dna與染色體專題知識(shí)講座第78頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第79頁(yè)（三） Chi位點(diǎn)RecBCD識(shí)別靶位點(diǎn) 5 GCTGGTGG 3 3 CGACCACC 5 是重組頻率較高部位 E.coli中每隔約510 kb有一個(gè)拷貝dna與染色體專題知識(shí)講座第80頁(yè)Holliday 結(jié)構(gòu)形成：1. 同源序列排列在一起；2.

26、酶切。經(jīng)過(guò)核酸酶和RecBCD蛋白復(fù)合體作用在一對(duì)同源DNA上產(chǎn)生切口；3.入侵。含有3端切口ssDNA（single strand DNA）被recA蛋白包裹形成recA蛋白-ssDNA細(xì)絲；RecA-ssDNA 細(xì)絲尋找相正確DNA雙螺旋上對(duì)應(yīng)序列。4. 游離端交叉連接，形成Holliday 結(jié)構(gòu)5.經(jīng)過(guò)分支遷移產(chǎn)生異源雙鏈DNA。6. 空間重排。十字型兩臂旋轉(zhuǎn)180度7. 解離(兩種不一樣方式)8. 修補(bǔ)連接dna與染色體專題知識(shí)講座第81頁(yè)基因敲除技術(shù)( Gene knockout technology ) 同源重組應(yīng)用是80年代后期，應(yīng)用DNA同源重組原剪發(fā)展起來(lái)一門新技術(shù)。是指對(duì)一

27、個(gè)結(jié)構(gòu)已知但功效未知基因，從分子水平上設(shè)計(jì)試驗(yàn)，將該基因去除，或用其它次序相近基因取代，然后從整體上觀察試驗(yàn)動(dòng)物，推測(cè)對(duì)應(yīng)基因功效。 dna與染色體專題知識(shí)講座第82頁(yè)5.2.2 位點(diǎn)特異性重組（Site-specific Recombination）不依賴于DNA次序同源性，而依賴于能與一些酶相結(jié)合特異DNA序列存在。整合過(guò)程（1）含有對(duì)特異性DNA強(qiáng)烈親和力Int與attP和attB位點(diǎn)結(jié)合。（2）Int拓?fù)洚悩?gòu)酶活性，使兩條雙鏈各自斷開一條單鏈，瞬間旋轉(zhuǎn)然后交換連接。（3）同時(shí)在另兩條單鏈之間發(fā)生一樣斷裂重接，從而完成雙鏈間重組。dna與染色體專題知識(shí)講座第83頁(yè)5.3 DNA轉(zhuǎn)座（Tr

28、ansposition）基因組是相對(duì)穩(wěn)定，基因組中序列通常處于恒定位置。所以，咱們能夠經(jīng)過(guò)構(gòu)建遺傳圖譜(genetic map)來(lái)判定已知基因基因座（基因在染色體上所占位置 ）。在分子水平上，每個(gè)個(gè)體基因組之間差異主要由重組引發(fā)，但轉(zhuǎn)座元件（transposable element）或轉(zhuǎn)座子（transposons）存在也能夠造成基因組改變。染色體上基因座，上方是p臂，下方是q臂。 dna與染色體專題知識(shí)講座第84頁(yè)5.3.1 DNA轉(zhuǎn)座概念DNA轉(zhuǎn)座又叫移位，是指DNA從染色體一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置，甚至從一條染色體跳到另一條染色體。是由可移位因子介導(dǎo)遺傳物質(zhì)重排現(xiàn)象。dna與染色體專題知識(shí)

29、講座第85頁(yè)5.3.2 轉(zhuǎn)座子概念及發(fā)覺(jué)轉(zhuǎn)座子 (transposon 或 transposable element，Tn)是基因組內(nèi)相對(duì)獨(dú)立、可移動(dòng)序列，它們無(wú)須借用噬菌體或質(zhì)粒形式就能夠從基因組一個(gè)部位直接轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位，這個(gè)過(guò)程稱為轉(zhuǎn)座.（transposition）。轉(zhuǎn)座子每次移動(dòng)時(shí)攜帶著轉(zhuǎn)座必需基因一起在基因組內(nèi)躍遷，所以轉(zhuǎn)座子又稱跳躍基因（jumping gene）。dna與染色體專題知識(shí)講座第86頁(yè)轉(zhuǎn)座子是基因組正常組成成份，不以獨(dú)立形式存在（如噬菌體或質(zhì)粒DNA）。轉(zhuǎn)座發(fā)生不依賴于轉(zhuǎn)座子和靶位點(diǎn)之間任何序列同源性，在基因組內(nèi)由一個(gè)部位直接轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位。轉(zhuǎn)座以很低頻率發(fā)生，

30、而且轉(zhuǎn)座子插入是隨機(jī)。轉(zhuǎn)座子有時(shí)插入到一個(gè)結(jié)構(gòu)基因或基因調(diào)整序列內(nèi)，引發(fā)基因表示改變。dna與染色體專題知識(shí)講座第87頁(yè)轉(zhuǎn)座子也能夠引發(fā)基因組序列重排，它們移動(dòng)也和進(jìn)化相關(guān)轉(zhuǎn)座元件首先是由Barbara McClintock于40年代在玉米遺傳學(xué)研究中發(fā)覺(jué)，他稱之為控制元件（controlling element），因?yàn)樗坏軌蛟诨蚪M內(nèi)轉(zhuǎn)移，而且還能夠改變基因活性并引發(fā)功效改變?，F(xiàn)在認(rèn)為轉(zhuǎn)座子存在于地球上全部生物。dna與染色體專題知識(shí)講座第88頁(yè)dna與染色體專題知識(shí)講座第89頁(yè)5.3.3 轉(zhuǎn)座子分類和結(jié)構(gòu)特征最簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)座子被稱為插入序列IS（insertion sequences, IS）。不含有任何宿主基因，IS元件是細(xì)菌染色體和質(zhì)粒正常組成個(gè)別。最早被判定轉(zhuǎn)座元件是細(xì)菌操縱子中自主插入序列。這種插入阻止了插入部位基因轉(zhuǎn)錄和/或翻譯。5.3.3.1 插入序列（insertional sequence， IS）dna與染色體專題知識(shí)講座第90頁(yè)IS元件是獨(dú)立結(jié)構(gòu)單位，每個(gè)元件只編碼為本身轉(zhuǎn)座所需要蛋白質(zhì)。IS元件末端為短反向末端重復(fù)序列（inverted terminal repeats），通常這兩個(gè)拷貝親密相關(guān)，但并不完全一樣。dna與染色體專題知識(shí)講座第9