分子生物学ppt课件

1、分子生物学分子生物学杨孝朴杨孝朴第五章第五章 DNADNA重组重组1. 同源重组同源重组2. 位点专注性重组位点专注性重组3. 转座重组转座重组3.1 简单转座简单转座3.2 复制性转座复制性转座3.3 转座重组的遗传学效应转座重组的遗传学效应4. 异常重组异常重组第五章第五章 DNA重组重组n重组简单的讲就是不同染色体上基因的重新组合，重组简单的讲就是不同染色体上基因的重新组合，产生新的基因组的过程。产生新的基因组的过程。nDNA的重组不仅在减数分裂中发生，而且也可在生的重组不仅在减数分裂中发生，而且也可在生物的体细胞以及线粒体、叶绿体的基因间发生。由物的体细胞以及线粒体、叶绿体的基因间发生

2、。由于生物要生存就得顺应，要顺应就得有变异，而变于生物要生存就得顺应，要顺应就得有变异，而变异的来源就是突变和重组。异的来源就是突变和重组。n但就每个个体而言，发生突变的概率是很低的，涉但就每个个体而言，发生突变的概率是很低的，涉及到的基因数目也非常有限。所以，假设只需突变及到的基因数目也非常有限。所以，假设只需突变而没有不同个体间的基因交流，那么生物体难以迅而没有不同个体间的基因交流，那么生物体难以迅速地组装以产生最能顺应环境的基因组合。而且经速地组装以产生最能顺应环境的基因组合。而且经过不同个体间的基因交流，可保证遗传的多样性，过不同个体间的基因交流，可保证遗传的多样性，从而为选择奠定根底

3、。从而为选择奠定根底。n根据对根据对DNA序列和所需蛋白因子的要求可以把重组序列和所需蛋白因子的要求可以把重组分为四种类型，即同源重组、转座重组、位点专注分为四种类型，即同源重组、转座重组、位点专注性重组和异常重组。性重组和异常重组。u 1. 同源重组同源重组n同源重组发生有同源重组发生有DNA的同源序列之间，主要表现为染的同源序列之间，主要表现为染色单体的交换。色单体的交换。n同源重组要求较大的同源重组要求较大的DNA片段进展交换，只需它们的片段进展交换，只需它们的序列一样或接近一样就可以在序列的任何一点上发生序列一样或接近一样就可以在序列的任何一点上发生重组，当然也存在重组热点，即某些序列

4、发生重组的重组，当然也存在重组热点，即某些序列发生重组的概率高于其它序列。概率高于其它序列。n大肠杆菌的同源重组需求大肠杆菌的同源重组需求RecA蛋白，类似的蛋白质也蛋白，类似的蛋白质也存在于其它细菌中，因此细菌中的同源重组又称为依存在于其它细菌中，因此细菌中的同源重组又称为依赖于赖于RecA的重组。的重组。n染色单体间的交换有两种假说。染色单体间的交换有两种假说。n第一种假说以为，交换是完好的的第一种假说以为，交换是完好的的DNA分子的断分子的断裂裂重接的过程。重接的过程。n这是从细胞学察看中得来的阅历图式，即当卷曲这是从细胞学察看中得来的阅历图式，即当卷曲的染色体减数分裂和配对时，有时在染

5、色单体的的染色体减数分裂和配对时，有时在染色单体的程度上发生物理断裂，这是染色体收缩所产生的程度上发生物理断裂，这是染色体收缩所产生的张力呵斥的。断裂端可经过交叉重接而解除张力，张力呵斥的。断裂端可经过交叉重接而解除张力，从而产生两个相互重组的染色单体。从而产生两个相互重组的染色单体。n这种方式的重组发生在染色体复制之后，也就是这种方式的重组发生在染色体复制之后，也就是说在每对联会染色体中有四个染色单体时发生。说在每对联会染色体中有四个染色单体时发生。 n第二种假说称为拷贝选择，即配对的染色体复制时，第二种假说称为拷贝选择，即配对的染色体复制时，沿着父本染色体构成的沿着父本染色体构成的DNA链

6、转而以母本染色体为链转而以母本染色体为模板，假假设母本链的互补链到达一样位点时也转模板，假假设母本链的互补链到达一样位点时也转换模板，结果就构成了两个相对应的重组体。换模板，结果就构成了两个相对应的重组体。u 2. 位点专注性重组位点专注性重组 n位点专注性重组是在专注性酶催化下，使位点专注性重组是在专注性酶催化下，使DNA分子从专分子从专注位点上断裂，然后插入另一基因或基因组，再重新衔注位点上断裂，然后插入另一基因或基因组，再重新衔接起来的过程。接起来的过程。n例如，例如，噬菌体的噬菌体的DNA整合到大肠杆菌染色体上的过程整合到大肠杆菌染色体上的过程就是位点专注性重组。就是位点专注性重组。n

7、在整合反响中，切割、插入交换、再衔接一气完成，在整合反响中，切割、插入交换、再衔接一气完成，没有任何稳定的中间产物，对专注性位点的切割是交错没有任何稳定的中间产物，对专注性位点的切割是交错切割，构成类型于某些限制性内切酶作用产生的粘性末切割，构成类型于某些限制性内切酶作用产生的粘性末端。所以在专注性位点上两个端。所以在专注性位点上两个DNA分子是同源序列。分子是同源序列。n在普通情况下，整合到大肠杆菌在普通情况下，整合到大肠杆菌DNA中的中的噬菌体噬菌体DNA是非活性形状的，即不转录和翻译，但可随大肠杆菌是非活性形状的，即不转录和翻译，但可随大肠杆菌DNA的传代而传代，将其称为的传代而传代，将

8、其称为原噬菌体。当诱发原噬菌体。当诱发噬菌噬菌体生长时，整协作用就发生逆转，恢复大肠杆菌体生长时，整协作用就发生逆转，恢复大肠杆菌DNA和和噬菌体噬菌体DNA原来的构造。但这个过程由另一蛋白质原来的构造。但这个过程由另一蛋白质切割酶来完成。切割酶来完成。 u 3. 转座重组转座重组 n转座子转座子(Tn)是指可挪动的是指可挪动的DNA片段挪动基因。片段挪动基因。转座子从染色体的一个区段转达移到另一个区段的转座子从染色体的一个区段转达移到另一个区段的过程叫做转座重组。过程叫做转座重组。n如今看来如今看来“转座这一命名并不非常准确，由于在转座这一命名并不非常准确，由于在转座过程中经常将可移位序列留

9、在原来的位置上，转座过程中经常将可移位序列留在原来的位置上，而在新位点上出现的仅仅是它的拷贝。转座重组是而在新位点上出现的仅仅是它的拷贝。转座重组是在转座酶催化下进展的。转座机制分为两种，一种在转座酶催化下进展的。转座机制分为两种，一种是简单转座，另一种是复制性转座。是简单转座，另一种是复制性转座。 u 3.1 简单转座简单转座 n转座酶首先在靶转座酶首先在靶DNA的位点上进展交叉切割，的位点上进展交叉切割，同时也在转座子每一股链的一端切割。转座子的同时也在转座子每一股链的一端切割。转座子的两条链的自在末端分别与靶两条链的自在末端分别与靶DNA的两个插入位的两个插入位点衔接起来；然后转座酶再对

10、转座子的另一端进点衔接起来；然后转座酶再对转座子的另一端进展第二次切割，使转座子完全转移到靶展第二次切割，使转座子完全转移到靶DNA中，中，并在宿主并在宿主DNA上留下一个致死性缺口；最后再上留下一个致死性缺口；最后再由由DNA聚合酶来完成靶位点的复制。聚合酶来完成靶位点的复制。 u 3.2 复制性转座复制性转座 n复制性转座中，转座子被复制为两个拷贝，一个拷复制性转座中，转座子被复制为两个拷贝，一个拷贝转移，另一个拷贝那么留在宿主贝转移，另一个拷贝那么留在宿主DNA中，所以中，所以宿主宿主DNA不被摧毁。不被摧毁。n与简单转座不同的是：转座子与靶与简单转座不同的是：转座子与靶DNA的插入位的

11、插入位点交叉衔接后，不再进展第二次切割，而是在点交叉衔接后，不再进展第二次切割，而是在DNA聚合酶催化下从第一个切口的末端开场复制，聚合酶催化下从第一个切口的末端开场复制，产生产生“共合体，再由解离酶催化两个转座子拷贝共合体，再由解离酶催化两个转座子拷贝之间进展位点专注性重组，从而产生两个分别的之间进展位点专注性重组，从而产生两个分别的DNA分子，每个分子都带有一个转座子拷贝。分子，每个分子都带有一个转座子拷贝。u 3.3 转座重组的遗传学效应转座重组的遗传学效应 n转座子可引发许多遗传变异，如基因重排、质粒转座子可引发许多遗传变异，如基因重排、质粒染色体染色体DNA的整合等。转座重组的遗传学

12、效应主要的整合等。转座重组的遗传学效应主要有以下几个方面：有以下几个方面：n转座重组引起插入突变转座重组引起插入突变 各种各种IS、Tn转座子都可转座子都可引起插入突变。假设插入位于某支配子的前半部分，引起插入突变。假设插入位于某支配子的前半部分，就能够呵斥极性突变，导致该支配子后半部分构造就能够呵斥极性突变，导致该支配子后半部分构造基因表达失活。基因表达失活。n转座重组产生新的基因转座重组产生新的基因 假设转座子上带有抗药假设转座子上带有抗药性基因，它一方面呵斥靶性基因，它一方面呵斥靶DNA序列的插入突变，同序列的插入突变，同时也使这个位点产生抗药性。时也使这个位点产生抗药性。n转座重组产生

13、染色体畸形转座重组产生染色体畸形 当复制性转座发生在当复制性转座发生在宿主宿主DNA原有位点附近时，往往导致转座子两个拷原有位点附近时，往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起贝之间的同源重组，引起DNA缺失或倒位图缺失或倒位图3-14。假设同源重组发生在两个正向反复转座区之。假设同源重组发生在两个正向反复转座区之间，就导致宿主染色体间，就导致宿主染色体DNA缺失；假设重组发生在缺失；假设重组发生在两个反向转座区之间，那么引起染色体两个反向转座区之间，那么引起染色体DNA倒位。倒位。n转座重组引起生物进化转座重组引起生物进化 由于转座作用，使一由于转座作用，使一些原来在染色体上相距甚远的基因

14、组合到一同，些原来在染色体上相距甚远的基因组合到一同，构建一个支配子或表达单元，也能够产生一些具构建一个支配子或表达单元，也能够产生一些具有新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子。有新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子。 u 4. 异常重组异常重组 n异常重组不需求异常重组不需求DNA的同源性，也不需求重组酶的同源性，也不需求重组酶参与。目前对这类重组的机制还不清楚。参与。目前对这类重组的机制还不清楚。n基因重组不是偶尔的，而是细胞为了编码和调理基因重组不是偶尔的，而是细胞为了编码和调理的必要过程。的必要过程。n基因重组是遗传变异的根底，也是基因重组是遗传变异的根底，也是DNA损伤修复损伤修复的一种方式。例如，当的一种方式。例如，当DNA被辐射或化学损伤时，被辐射或化学损伤时，经过重组可以将同源染色体未损伤的经过重组可以将同源染色体未损伤的DNA链置换链置换到损伤的部位，使细胞损伤的到损伤的部位，使细胞损伤的DNA恢复过来。恢复过来。 而且有些类型的重组还能调理基因的表达。例如，而且有些类型的重组还能调理基因的表达。例如，