第二章染色體與詳解演示文稿

第二章染色體與詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有130頁\編輯于星期五優(yōu)選第二章染色體與現(xiàn)在是2頁\一共有130頁\編輯于星期五

染色體在不同的細(xì)胞周期有不同的形態(tài)表現(xiàn)。在細(xì)胞大部分時(shí)間的分裂間期表現(xiàn)為染色質(zhì)(chromatin)。染色質(zhì)是細(xì)胞核內(nèi)可以被堿性染料著色的一類非定形物質(zhì)。它以雙鏈DNA為骨架，與組蛋白(hilston)、非組蛋白(non-histon)以及少量的各種RNA等共同組成絲狀結(jié)構(gòu)。在染色質(zhì)中，DNA和組蛋白的組成非常穩(wěn)定，非組蛋白和RNA隨細(xì)胞生理狀態(tài)不同而有變化。在細(xì)胞分裂期，染色質(zhì)纖絲經(jīng)多級(jí)螺旋化形成一種有固定形態(tài)的復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)的染色體。染色體只在細(xì)胞分裂期，人們才能在光學(xué)顯微鏡下觀察到這些結(jié)構(gòu)。它們存在于細(xì)胞核，呈棒狀的可染色結(jié)構(gòu)，故稱為染色體。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的鏈，形成同源染色體對(duì)。作為遺傳物質(zhì)，染色體具有以下特征：①分子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定；②能夠自我復(fù)制，使親代、子代之間保持連續(xù)性；③能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成；

④能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。

現(xiàn)在是3頁\一共有130頁\編輯于星期五ProkaryoticchromosomestructureNucleoid(類核,擬核)–Bacterialchromosome細(xì)菌染色體鞭毛核糖體原核生物染色體結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是4頁\一共有130頁\編輯于星期五DNAdomains(結(jié)構(gòu)域)/loops(環(huán))50-100domainsorloopsperE.colichromosomeTheendsofloopsareconstrained(束縛)toprotein-membranecoreorscaffold(骨架)現(xiàn)在是5頁\一共有130頁\編輯于星期五原核生物DNA的主要特征：一般只有一條染色體且大都帶有單拷貝基因極少數(shù)基因如rRNA基因，以多拷貝形式存在整個(gè)染色體DNA幾乎全部由功能基因與調(diào)控序列所組成幾乎每個(gè)基因序列都與他編碼的蛋白質(zhì)序列呈線性對(duì)應(yīng)狀態(tài)現(xiàn)在是6頁\一共有130頁\編輯于星期五真核生物(Eukaryotic)chromosomestructure真核生物細(xì)胞DNA的總長度因不同的種而異,比原核生物基因組相比大數(shù)千倍,并由一定數(shù)目的分散的染色體組成,人類染色體為46條.每條染色體的DNA為單一線性分子,長度可達(dá)幾厘米.所有這些DNA分子必須被包裝進(jìn)大小相當(dāng)于細(xì)菌細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)?，F(xiàn)在是7頁\一共有130頁\編輯于星期五

基因表達(dá)調(diào)控不僅與DNA序列相關(guān)，而且與染色體的結(jié)構(gòu)相關(guān)。

染色體的組份：DNA、蛋白質(zhì)、RNAEachDNAanditsassociatedproteinsiscalledachromosome1、蛋白質(zhì)

組蛋白、非組蛋白2.1.2真核細(xì)胞染色體的組成現(xiàn)在是8頁\一共有130頁\編輯于星期五是指所有真核生物的核中，與DNA結(jié)合存在的堿性蛋白質(zhì)的總稱。真核生物體細(xì)胞染色質(zhì)中的堿性蛋白質(zhì)，含精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸特別多，二者加起來約為所有氨基酸殘基的1/4。

組蛋白與帶負(fù)電荷的雙螺旋DNA結(jié)合成DNA-組蛋白復(fù)合物。因氨基酸成分和分子量不同，主要分成5類。

通常含有H1，H2A，H2B，H3，H4等5種成分。分子量約10000～20000。1）組蛋白Histone現(xiàn)在是9頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是10頁\一共有130頁\編輯于星期五ThemajorproteincomponentsofchromatinFourfamiliesofcorehistone:H2A,H2B,H3andH4,andanadditionalhistoneH1Small,10kDaforcorehistonesand23kDaforH1.Basic(richinlysine賴氨酸andarginine精氨酸)andtightlybindstoDNAHistones(組蛋白)Histoneoctamer(組蛋白八聚體)現(xiàn)在是11頁\一共有130頁\編輯于星期五1.進(jìn)化上的極端保守性。牛、豬、大鼠的H4氨基酸序列完全相同。牛的H4序列與豌豆序列相比只有兩個(gè)氨基酸的差異（豌豆H4中的異亮氨基酸60→纈氨酸60，精氨酸77→賴氨酸77）。H3的保守性也很大，鯉魚與小牛胸腺的H3只差一個(gè)氨基酸，小牛胸腺與豌豆H3只差4個(gè)氨基酸。2.無組織特異性。到目前為止，僅發(fā)現(xiàn)鳥類、魚類及兩棲類紅細(xì)胞染色體不含H1而帶有H5，精細(xì)胞染色體的組蛋白是魚精蛋白。組蛋白的一般特性現(xiàn)在是12頁\一共有130頁\編輯于星期五

3.肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱性。堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上。例如，H4N端的半條鏈上凈電荷+16，C端只有+3，大部分疏水基團(tuán)都分布在C端。

4.組蛋白的修飾作用。組蛋白可受到甲基化、乙?；?、磷酸化、聚ADP核糖酰化，以及與泛醌(ubiquinone)相結(jié)合等幾種類型的修飾。組蛋白的修飾與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化及基因活性控制的相關(guān)性等等，是今后的重要研究課題。

5.富含賴氨酸的組蛋白H5。賴氨酸24%、丙氨酸16%絲氨酸13%、精氨酸11%。鳥類、兩棲類、魚類紅細(xì)胞分離的H5均有種的特異性。在停止增殖的細(xì)胞中，還含有一種叫H1°的組蛋白，H1°的結(jié)構(gòu)與H5相類似?，F(xiàn)在是13頁\一共有130頁\編輯于星期五組蛋白的作用一般認(rèn)為組蛋白作為結(jié)構(gòu)支持體的作用比其基因調(diào)節(jié)作用更為重要。現(xiàn)在是14頁\一共有130頁\編輯于星期五

非組蛋白是指細(xì)胞核中組蛋白以外的酸性蛋白質(zhì)。組蛋白是堿性的，而非組蛋白則大多是酸性的。2）非組蛋白hertone;nonhistone現(xiàn)在是15頁\一共有130頁\編輯于星期五

非組蛋白不僅包括以DNA作為底物的酶，也包括作用于組蛋白的一些酶，如組蛋白甲基化酶。此外還包括DNA結(jié)合蛋白、組蛋白結(jié)合蛋白和調(diào)節(jié)蛋白。由于非組蛋白常常與DNA或組蛋白結(jié)合，所以在染色質(zhì)或染色體中也有非組蛋白的存在,如染色體骨架蛋白。

染色體的高級(jí)結(jié)構(gòu)，由于受細(xì)胞的生理狀態(tài)變化的影響而發(fā)生變化。因此認(rèn)為，非組蛋白的功能是：(1)酶(RNA合成酶、蛋白質(zhì)磷酸化酶等)；(2)遺傳信息的保持和表達(dá)調(diào)節(jié)(HMG14，HMG17及許多酸性染色體蛋白質(zhì))；(3)染色體的結(jié)構(gòu)支持體(matrixprotein，基質(zhì)蛋白質(zhì)等；scaffoldprotein，支架蛋白質(zhì))等?，F(xiàn)在是16頁\一共有130頁\編輯于星期五

染色體上除了存在大約與DNA等量的組蛋白以外，還存在大量的非組蛋白。

非組蛋白的多樣性。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%～70%，但它的種類卻很多，約在20-100種之間，其中常見的有15-20種。

非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。非組蛋白的一般特性現(xiàn)在是17頁\一共有130頁\編輯于星期五a.HMG蛋白（highmobilitygroupprotein）。這是一類能用低鹽（0.35mol/LNaCl）溶液抽提、能溶于2%的三氯乙酸、相對(duì)分子質(zhì)量較低的非組蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量都在3.0×104以下。b.DNA結(jié)合蛋白。用2mol/LNaCl除去全部組蛋白和70%非組蛋白后，還有一部分蛋白必須用2mol/LNaCl和5mol/L尿素才能與DNA解離。這些蛋白分子量較低，約占非組蛋白的20%，染色質(zhì)的8%。幾類常見的非組蛋白能與DNA結(jié)合，與H1作用現(xiàn)在是18頁\一共有130頁\編輯于星期五真核生物基因組最大特點(diǎn)：具有大量重復(fù)序列，

功能DNA序列被不編碼的序列隔開。C值（Cvalue）：單倍體DNA的總量C值反?，F(xiàn)象

轉(zhuǎn)座？

整合？2、真核生物基因組DNA現(xiàn)在是19頁\一共有130頁\編輯于星期五慢復(fù)性組分

非重復(fù)序列單拷貝序列基因中間復(fù)性組分

中度重復(fù)序列調(diào)控作用快復(fù)性組分

高度重復(fù)序列一般不轉(zhuǎn)錄真核生物基因組DNA序列的分類不同序列中非重復(fù)序列比例差異大現(xiàn)在是20頁\一共有130頁\編輯于星期五

單拷貝序列在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，因而復(fù)性速度很慢。單拷貝序列在基因組中占50-80％，如人基因組中，大約有60-65％的序列屬于這一類。

單拷貝序列中儲(chǔ)存了巨大的遺傳信息，編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)。目前尚不清楚單拷貝基因的確切數(shù)字，但是是有其在單拷貝序列中只有一小部份用來編碼各種蛋白質(zhì)，其他部份的功能尚不清楚1)單拷貝序列現(xiàn)在是21頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是22頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是23頁\一共有130頁\編輯于星期五2）中度重復(fù)序列現(xiàn)在是24頁\一共有130頁\編輯于星期五Alu重復(fù)序列

現(xiàn)在是25頁\一共有130頁\編輯于星期五基因簇（genecluster）

非洲爪蟾的18S、5.8S及28SrRNA基因是連在一起的，中間隔著不轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，這些單位在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)約5000次。在卵細(xì)胞形成過程中這些基因可進(jìn)行幾千次不同比例的復(fù)制，產(chǎn)生2×106個(gè)拷貝，使rDNA占卵細(xì)胞DNA的75%，從而使該細(xì)胞能積累1012個(gè)核糖體現(xiàn)在是26頁\一共有130頁\編輯于星期五3）高度重復(fù)序列衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）隱蔽衛(wèi)星DNA異染色質(zhì)部分，與其穩(wěn)定相關(guān)??？現(xiàn)在是27頁\一共有130頁\編輯于星期五3、染色質(zhì)和核小體現(xiàn)在是28頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是29頁\一共有130頁\編輯于星期五真核生物基因組的特點(diǎn)1、大2、重復(fù)序列3、非編碼序列4、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是單順反子5、斷裂基因，內(nèi)含子6、順式作用元件7、DNA多態(tài)性8、端?，F(xiàn)在是30頁\一共有130頁\編輯于星期五2.1.3原核生物基因組

細(xì)菌基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1.擬核（類核）結(jié)構(gòu)；

2.存在轉(zhuǎn)錄單元（多順反子）結(jié)構(gòu)；

3.除RNA基因外，基本是單拷貝的；利于核糖體的快速組裝，短時(shí)間內(nèi)合成大量核糖體。

4.非編碼序列相對(duì)較少；

5.存在不同的功能識(shí)別區(qū)復(fù)制起始區(qū)、復(fù)制終止區(qū)等

6.有重疊基因現(xiàn)在是31頁\一共有130頁\編輯于星期五1.基因組DNA在4000kb，估計(jì)有3500個(gè)基因，已確定的基因有900個(gè)，已確定有260個(gè)基因具有操縱子結(jié)構(gòu)（75個(gè)操縱子中），每個(gè)基因平均長度1000bp；

2.已確定的基因中，多數(shù)是與代謝有關(guān)的酶、核糖體蛋白；

3.大多數(shù)基因是隨機(jī)分布的，兩條單鏈作為模板的概率基本相等；

4.多數(shù)基因都是單拷貝。

大腸桿菌基因組結(jié)構(gòu)：現(xiàn)在是32頁\一共有130頁\編輯于星期五DNA的組成2.2DNA的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是33頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是34頁\一共有130頁\編輯于星期五glycosidicbondphosphoesterbondNucleoside現(xiàn)在是35頁\一共有130頁\編輯于星期五核苷酸序列對(duì)DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有很大影響。例如：B-DNA中多聚（G-C）區(qū)易出現(xiàn)左手螺旋DNA（Z-DNA）；反向重復(fù)的DNA片段易出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)等。2.2.1DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu):就是指4種核苷酸的連接及其排列順序，表示了該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成。現(xiàn)在是36頁\一共有130頁\編輯于星期五2.2.2DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)其基本特點(diǎn)是：1、DNA分子的兩條主干鏈反向平行。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)?，F(xiàn)在是37頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是38頁\一共有130頁\編輯于星期五繞DNA雙螺旋表面上出現(xiàn)的螺旋槽（溝），寬的溝稱為大溝，窄溝稱為小溝。大溝，小溝都、是由于堿基對(duì)堆積和糖-磷酸骨架扭轉(zhuǎn)造成的。

現(xiàn)在是39頁\一共有130頁\編輯于星期五2、側(cè)鏈堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律這就是嘌呤與嘧啶配對(duì)，而且腺嘌呤（A）只能與胸腺嘧啶（T）配對(duì)，鳥嘌呤（G）只能與胞嘧啶（C）配對(duì)。如一條鏈上某一堿基是C，另一條鏈上與它配對(duì)的堿基必定是G。堿基之間的這種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系叫堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。組成DNA分子的堿基雖然只有4種，它們的配對(duì)方式也只有A與T，C與G兩種，但是，由于堿基可以任何順序排列，構(gòu)成了DNA分子的多樣性。例如，某DNA分子的一條多核苷酸鏈有100個(gè)不同的堿基組成，它們的可能排列方式就是4100

?，F(xiàn)在是40頁\一共有130頁\編輯于星期五3、雙螺旋立體結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是41頁\一共有130頁\編輯于星期五

當(dāng)DNA鈉鹽在92％相對(duì)濕度下,DNA呈B型雙螺旋。

構(gòu)型當(dāng)DNA鈉鹽在75％相對(duì)濕度下，則呈現(xiàn)A型雙螺旋。

當(dāng)DNA鈉鹽的相對(duì)濕度更低或在一些人工合成的DNA鏈中,還會(huì)出現(xiàn)一些其他構(gòu)型

DNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較現(xiàn)在是42頁\一共有130頁\編輯于星期五ABZ現(xiàn)在是43頁\一共有130頁\編輯于星期五ABZ現(xiàn)在是44頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是45頁\一共有130頁\編輯于星期五

A-DNA是DNA的脫水構(gòu)型，右手螺旋，每螺旋含有11個(gè)核苷酸對(duì)。比較短和密，其平均直徑是2.3nm。大溝深而窄，小溝寬而淺。在活體內(nèi)DNA并不以A構(gòu)型存在，但細(xì)胞內(nèi)DNA-RNA或RNA-RNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，卻與A-DNA非常相似。B-DNA是DNA在生理狀態(tài)下的構(gòu)型。大多數(shù)DNA以B-DNA形式存在。但當(dāng)外界環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，DNA的構(gòu)型也會(huì)發(fā)生變化。Z-DNA是左手螺旋。當(dāng)某些DNA序列富含G-C，并且在嘌呤和嘧啶交替出現(xiàn)時(shí)，可形成Z-DNA。其每螺旋含有12個(gè)核苷酸對(duì)，平均直徑是1.8nm，并只有一個(gè)深溝。DNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較:現(xiàn)在是46頁\一共有130頁\編輯于星期五核酸分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)(分別出現(xiàn)在DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄，重組等階段)現(xiàn)在是47頁\一共有130頁\編輯于星期五DNA的變性和復(fù)性

■變性（Denaturation)

DNA雙鏈的氫鍵斷裂，最后完全變成單鏈的過程稱為變性。

■增色效應(yīng)(Hyperchromaticeffect)在變性過程中，260nm紫外線吸收值先緩慢上升，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)驟然上升，稱為增色效應(yīng)?，F(xiàn)在是48頁\一共有130頁\編輯于星期五■融解溫度（MeltingtemperatureTm)變性過程紫外線吸收值增加的中點(diǎn)稱為融解溫度。，pH值，，尿素，甲酰胺等影響因素：G+C含量離子強(qiáng)度現(xiàn)在是49頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是50頁\一共有130頁\編輯于星期五■復(fù)性（Renaturation)熱變性的DNA緩慢冷卻，單鏈恢復(fù)成雙鏈。■減色效應(yīng)（Hypochromaticeffect)

隨著DNA的復(fù)性，260nm紫外線吸收值降低的現(xiàn)象。

現(xiàn)在是51頁\一共有130頁\編輯于星期五DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是52頁\一共有130頁\編輯于星期五

在細(xì)胞內(nèi)(invivo)

l

DNA分子需以高度致密的超螺旋狀態(tài)壓縮在細(xì)胞核內(nèi)l

富含AT及IR區(qū)域易于解鏈,形成十字型的負(fù)超螺旋,

以消除解鏈產(chǎn)生的應(yīng)力,維持DNA分子的穩(wěn)定狀態(tài)lB-DNA→Z-DNA→B-DNA調(diào)控基因的表達(dá)DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄需D.S.→S.S.狀態(tài)現(xiàn)在是53頁\一共有130頁\編輯于星期五

4、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)：DNA雙螺旋進(jìn)一步盤曲形成更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是54頁\一共有130頁\編輯于星期五超螺旋形成示意末端固定的線型雙螺旋額外的張力不能釋放雙螺旋以扭曲方式緩解應(yīng)力，形成超螺旋現(xiàn)在是55頁\一共有130頁\編輯于星期五●超螺旋結(jié)構(gòu)DNA

leadstoleft-handedsuperhelix

B-DNAoverwinding(右旋)

positivesupercoiled現(xiàn)在是56頁\一共有130頁\編輯于星期五Leadstoright-handedsuperhelixB-DNAunwinding(左旋)

所有生物的DNA幾乎有5%為NegativeSuperhelix

NegativeSupercoiled

DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I對(duì)單鏈DNA的親和力要比雙鏈高得多，這正是它識(shí)別負(fù)超螺旋DNA的分子基礎(chǔ)，因?yàn)樨?fù)超螺旋DNA常常會(huì)有一定程度的單鏈區(qū)。負(fù)超螺旋越高，DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶I作用越快。現(xiàn)已知道，生物體內(nèi)負(fù)超螺旋穩(wěn)定在5%左右，低了不行，高了也不行?，F(xiàn)在是57頁\一共有130頁\編輯于星期五編碼E．coli拓?fù)洚悩?gòu)酶I的基因topA發(fā)生突變，則會(huì)引起旋轉(zhuǎn)酶基因的代償性突變；否則，負(fù)超螺旋增高，細(xì)胞生活能力降低。拓?fù)洚悩?gòu)酶毒素類藥物的抗腫瘤活性與其對(duì)酶-DNA可分裂復(fù)合物的穩(wěn)定性相關(guān)。這類藥物通過穩(wěn)定酶-DNA可分裂復(fù)合物，有效地將酶轉(zhuǎn)換成纖維毒素?，F(xiàn)在是58頁\一共有130頁\編輯于星期五拓?fù)洚悩?gòu)酶I作用的堿基序列特異性不高，但切點(diǎn)一定在C的下游方向4個(gè)堿基(包括Ｃ本身)的位置。在將DNA單鏈切斷后，拓?fù)洚悩?gòu)酶I連接于切口的5端，并貯藏了水解磷酸二脂鍵的能量用以連接切口，因而拓?fù)洚悩?gòu)酶I的作用不需能量供應(yīng)。Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶巧妙地執(zhí)行了打開DNA雙螺旋的過程現(xiàn)在是59頁\一共有130頁\編輯于星期五2.3DNA的復(fù)制

(DNAReplication)

-----遺傳信息的復(fù)制現(xiàn)在是60頁\一共有130頁\編輯于星期五遺傳物質(zhì)的分子機(jī)制分子生物學(xué)的核心Watson&Crick:

一種遺傳物質(zhì)，必須能行使兩種

功能，即自我復(fù)制和對(duì)細(xì)胞的高

度特異性的影響遺傳物質(zhì)的基本屬性：基因的自我復(fù)制控制性狀的表達(dá)現(xiàn)在是61頁\一共有130頁\編輯于星期五DNA復(fù)制

親代雙鏈DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分別以

每單鏈DNA分子為模板，聚合與自身堿基可以互補(bǔ)

配對(duì)的游離的dNTP,

合成出兩條與親代DNA分子完

全相同的子代DNA分子的過程?！馬eplicon;●Replisome;AunitofthegenomeinwhichDNAcontainaregionfromorigintoterminator

Themultiprotein(30±)structurethatassemblesatreplicatingforktoundertakesynthesisofDNA

現(xiàn)在是62頁\一共有130頁\編輯于星期五DNAreplicationatphaseSofcellcycleE.coli37℃0.5h105bp/minS6-8hsM1hG23-4hsmammaliancell22-25hrs500-5000bp/minG112hs現(xiàn)在是63頁\一共有130頁\編輯于星期五G1G2SM

哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成(synthesis)期人為分成：起始、延長、終止三個(gè)階段現(xiàn)在是64頁\一共有130頁\編輯于星期五

復(fù)制機(jī)理的復(fù)雜性D.S.DNAS.S.DNA能量的供求構(gòu)型的變化超螺旋線狀，開環(huán)狀多種酶類的互作ReplisomeDNA復(fù)制起始控制機(jī)理知之甚少復(fù)制的準(zhǔn)確性（修復(fù)，校正）研究試材的特殊性（溫度敏感型ts，突變抑制體系Su）DNA復(fù)制速度(E.coli105bp/min，高速解旋112km/h?)缺乏統(tǒng)一的模式(D.S.DNA,S.S.DNA,LinearDNA….)現(xiàn)在是65頁\一共有130頁\編輯于星期五2.3.1DNA的半保留復(fù)制

（Semi-ConservationReplication）現(xiàn)在是66頁\一共有130頁\編輯于星期五

DNA的半保留復(fù)制兩條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：

58年Meselson和Stahl利用氮標(biāo)記技術(shù)試驗(yàn)證實(shí)。含有15N標(biāo)記的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌得到15NDNA。將15NDNA轉(zhuǎn)移到含有14N標(biāo)記的培養(yǎng)基中培養(yǎng)不同代數(shù)時(shí)，CsCl密度梯度離心,觀察DNA所處的位置。15NDNA的密度比14NDNA的大，在密度梯度離心時(shí)，兩種密度不同的DNA分布在不同的區(qū)帶?，F(xiàn)在是67頁\一共有130頁\編輯于星期五(CsClgradientcentrifuge)

N15

N14DNASemi-ConservationReplicationM.MeselsonandF.W.Stahl,Sciences44:675,1958.現(xiàn)在是68頁\一共有130頁\編輯于星期五2.3.2復(fù)制的一些基本概念1.復(fù)制子(replicon)

復(fù)制時(shí)，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復(fù)制點(diǎn)，這個(gè)復(fù)制點(diǎn)的形狀象一個(gè)叉子、方向與速度（replicationorigin&direction&speed）從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn)，組成一個(gè)復(fù)制單位1.復(fù)制叉(replicationfork)現(xiàn)在是69頁\一共有130頁\編輯于星期五復(fù)制叉復(fù)制叉現(xiàn)在是70頁\一共有130頁\編輯于星期五2.復(fù)制起始點(diǎn)（E.coli-oriC）

GATCTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATTACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串聯(lián)重復(fù)序列反向重復(fù)序列5353富含A·T的區(qū)段現(xiàn)在是71頁\一共有130頁\編輯于星期五ARS（autonomouslyreplicatingsequence）。在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類能啟動(dòng)DNA復(fù)制的序列，含有一個(gè)AT富集區(qū)。最早在酵母中分離得到，隨后在其它真核生物中也發(fā)現(xiàn)了ARS序列的存在。起始點(diǎn)識(shí)別復(fù)合物（originrecognitioncomplex,ORC）,識(shí)別并結(jié)合ARS?，F(xiàn)在是72頁\一共有130頁\編輯于星期五3.復(fù)制終止點(diǎn)4.復(fù)制方向單向相向雙向5.復(fù)制速率6.岡崎片斷與半不連續(xù)復(fù)制現(xiàn)在是73頁\一共有130頁\編輯于星期五

子鏈DNA延伸方向

DNApolymerasereactsonthe3’endonly5’OHTCATCAC5’OH3’NewDNAelongationfrom5’to3’directionpppOHC++ppi

進(jìn)化中保留的深刻的、選擇與適應(yīng)的、化學(xué)及功能的根源現(xiàn)在是74頁\一共有130頁\編輯于星期五DNA雙螺旋走向是5′→3′,3′→5′方向，DNA聚合酶只能催化DNA從5′→3′的方向合成。半不連續(xù)復(fù)制模型前導(dǎo)鏈(leadingstrand)在以3′→5′方向的母鏈為模板時(shí)，復(fù)制合成出一條5′→3′方向的隨從鏈(laggingstrand)以5′→3′為模板時(shí)，先合成多條5′→3′方向的短鏈，現(xiàn)在是75頁\一共有130頁\編輯于星期五

“呼吸現(xiàn)象”

DNA復(fù)制原點(diǎn)處氫鍵迅速斷裂與再生，

導(dǎo)致兩條DNA鏈不斷解鏈與聚合，

形成瞬間的單泡狀結(jié)構(gòu)的過程。

在富含AT的區(qū)域內(nèi)尤為明顯小結(jié)

現(xiàn)在是76頁\一共有130頁\編輯于星期五復(fù)制方向和速度：

單起點(diǎn)、雙向等速多起點(diǎn)、雙向等速現(xiàn)在是77頁\一共有130頁\編輯于星期五2.3.3復(fù)制的幾種主要方式現(xiàn)在是78頁\一共有130頁\編輯于星期五線狀DNA的復(fù)制

線狀DNA復(fù)制的一個(gè)重要問題是末端RNA引物消除后如何補(bǔ)齊？

①形成聚合體T7DNA

②末端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)痘病毒

③蛋白介入末端啟動(dòng)復(fù)制腺病毒DNA

現(xiàn)在是79頁\一共有130頁\編輯于星期五線狀DNA的不完全復(fù)制現(xiàn)在是80頁\一共有130頁\編輯于星期五形成聚合體現(xiàn)在是81頁\一共有130頁\編輯于星期五帶發(fā)夾環(huán)的線性病毒DNA的復(fù)制現(xiàn)在是82頁\一共有130頁\編輯于星期五

不需要RNA引物的復(fù)制腺病毒

蛋白質(zhì)分子介入，進(jìn)行末端的引發(fā)。

腺病毒中發(fā)現(xiàn)80Kd的末端結(jié)合蛋白（Tp），由絲氨酸殘基（Ser）的-OH基團(tuán)通過磷酸二酯鍵與胞苷酸（C）的5’-共價(jià)連接。Tp內(nèi)的胞苷酸與線狀DNA的3’端配對(duì)，成為病毒DNA復(fù)制起始的引物，在酶作用下合成新鏈。

其它枯草桿菌噬菌體φ29中也發(fā)現(xiàn)了27Kd的末端蛋白?，F(xiàn)在是83頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是84頁\一共有130頁\編輯于星期五蛋白介入，不用RNA引物的線狀DNA復(fù)制Tp現(xiàn)在是85頁\一共有130頁\編輯于星期五

2.環(huán)狀DNA雙鏈的復(fù)制

θ

型復(fù)制：現(xiàn)在是86頁\一共有130頁\編輯于星期五滾環(huán)復(fù)制現(xiàn)在是87頁\一共有130頁\編輯于星期五許多病毒、細(xì)菌因子的復(fù)制方式現(xiàn)在是88頁\一共有130頁\編輯于星期五D-環(huán)復(fù)制：

線粒體、葉綠體環(huán)狀DNA復(fù)制方式之一；

特點(diǎn)：1.以輕鏈為模板先復(fù)制其互補(bǔ)鏈；

2.以輕鏈為模板的子鏈繼續(xù)合成，以

重鏈為模板開始合成；

3.復(fù)制完成。

兩條鏈的合成不是同步的現(xiàn)在是89頁\一共有130頁\編輯于星期五D—環(huán)復(fù)制現(xiàn)在是90頁\一共有130頁\編輯于星期五2.4原核生物和真核生物

DNA復(fù)制的特點(diǎn)現(xiàn)在是91頁\一共有130頁\編輯于星期五2.4.1DNA的復(fù)制過程（大腸桿菌為例）1.雙鏈的解開1)DNA解螺旋酶/解鏈酶（DNAhelicase)通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿3’5’移動(dòng)，而解螺旋酶I、II、III沿5’

3’移動(dòng)?，F(xiàn)在是92頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是93頁\一共有130頁\編輯于星期五2)單鏈結(jié)合蛋白(SSBP-single-strandbindingprotein)：穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。現(xiàn)在是94頁\一共有130頁\編輯于星期五

拓?fù)洚悩?gòu)酶?：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，作用是松解負(fù)超螺旋。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。

例：大腸桿菌中的ε蛋白

拓?fù)洚悩?gòu)酶Π：該酶能暫時(shí)性地切斷和重新連接雙鏈DNA，作用是將負(fù)超螺旋引入DNA分子。同復(fù)制有關(guān)。例：大腸桿菌中的DNA旋轉(zhuǎn)酶3)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(DNATopisomerase)：現(xiàn)在是95頁\一共有130頁\編輯于星期五2.DNA的引發(fā)RNA引物的合成DNA鏈的延伸切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段現(xiàn)在是96頁\一共有130頁\編輯于星期五雙鏈解開、復(fù)制起始現(xiàn)在是97頁\一共有130頁\編輯于星期五大約20個(gè)DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個(gè)9bp保守序列相結(jié)合現(xiàn)在是98頁\一共有130頁\編輯于星期五在HU蛋白和ATP的共同作用下,Dna復(fù)制起始復(fù)合物使3個(gè)13bp直接重復(fù)序列變性,形成開鏈現(xiàn)在是99頁\一共有130頁\編輯于星期五解鏈酶六體分別與單鏈DNA相結(jié)合(需DnaC幫助),進(jìn)一步解開DNA雙鏈現(xiàn)在是100頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是101頁\一共有130頁\編輯于星期五2、RNA引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶，引發(fā)RNA引物的合成。引物長度約為幾個(gè)至10個(gè)核苷酸，現(xiàn)在是102頁\一共有130頁\編輯于星期五與大腸桿菌起點(diǎn)與復(fù)制起始有關(guān)的酶和輔助因子現(xiàn)在是103頁\一共有130頁\編輯于星期五參與復(fù)制的蛋白質(zhì)和酶相對(duì)分子質(zhì)量亞基數(shù)目功能DnaA520001識(shí)別起始點(diǎn)序列DnaB3000006解開DNA雙鏈DnaC290001輔助DnaB結(jié)合于起始點(diǎn)HU190002類組蛋白，DNA結(jié)合蛋白，促進(jìn)起始DnaG（引物合成酶）600001合成RNA引物SSB（單鏈DNA結(jié)合蛋白）756004結(jié)合單鏈DNARNA聚合酶4540005促進(jìn)DnaA活性拓?fù)洚悩?gòu)酶ii4000004釋放DNA解鏈過程中產(chǎn)生的扭曲張力Dam甲基化酶320001使起點(diǎn)GATC序列的腺嘌呤甲基化現(xiàn)在是104頁\一共有130頁\編輯于星期五性質(zhì)聚合酶Ⅰ聚合酶Ⅱ聚合酶Ⅲ3'5'外切活性+++5'3'外切活性+--5'3'聚合活性+中+很低+很高新生鏈合成--+主要是對(duì)DNA損傷的修復(fù)；以及在DNA復(fù)制時(shí)切除RNA引物并填補(bǔ)其留下的空隙。修復(fù)紫外光引起的DNA損傷DNA復(fù)制的主要聚合酶，還具有3’-5‘外切酶的校對(duì)功能，提高DNA復(fù)制的保真性原核生物中的DNA聚合酶(大腸桿菌）現(xiàn)在是105頁\一共有130頁\編輯于星期五DNA的半不連續(xù)復(fù)制（semi-discontinuousreplication)DNA復(fù)制時(shí)其中一條子鏈的合成是連續(xù)的，而另一條子鏈的合成是不連續(xù)的，故稱半不連續(xù)復(fù)制。在DNA復(fù)制時(shí)，合成方向與復(fù)制叉移動(dòng)的方向一致并連續(xù)合成的鏈為前導(dǎo)鏈；合成方向與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈為滯后鏈。3、DNA鏈的延伸現(xiàn)在是106頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是107頁\一共有130頁\編輯于星期五在DNA復(fù)制過程中，前導(dǎo)鏈能連續(xù)合成，而滯后鏈只能是斷續(xù)的合成53的多個(gè)短片段，這些不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段?，F(xiàn)在是108頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是109頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是110頁\一共有130頁\編輯于星期五現(xiàn)在是111頁\一共有130頁\編輯于星期五4、切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段（復(fù)制終止）在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填補(bǔ)上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈現(xiàn)在是112頁\一共有130頁\編輯于星期五DNA連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口連接DNA鏈3-OH末端和相鄰DNA鏈5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈?，F(xiàn)在是113頁\一共有130頁\編輯于星期五HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’T4DNA連接酶大腸桿菌DNA連接酶現(xiàn)在是114頁\一共有130頁\編輯于星期五復(fù)制終止現(xiàn)在是115頁\一共有130頁\編輯于星期五原核生物的復(fù)制終止

1，多為環(huán)狀DNA分子，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)