分子生物学染色体与DNA

1、第二章 染色体与DNA1 染色体2 DNA的结构3 DNA的复制4 原核生物和真核生物DNA的复制特点5 DNA的修复6 DNA的转座核酸种类和分布 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）: 遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为拟核（nucleoid)的结构区。每个原核细胞一般只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。 核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于

2、细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者，如逆转录病毒（retrovirus)。另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为 类病毒（viroid)和拟病毒（virusoid or satellite RNA)，还发现有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。5-磷酸核苷酸的基本结构OO（N = A、G、C、U、T）HH(O)H12NOHCH2HH543PO-OOO-核糖(pentose sugar )磷酸(phosphate) 碱基(nitrogenous base)碱基(base)、核苷(nucleoside)、核苷酸(nucleotide)的概

3、念和关系 Nitrogenous basePentose sugarHOCH2HOHDeoxyribose (in DNA)HOCH2HOOHRibose (in RNA)PhosphatePyrimidineCytosineThymineUracilCUTPurineAdenineGuanineAG核苷酸磷酸核苷戊糖碱基基本碱基结构和命名嘌呤（purine)嘧啶(pyrimidine)Adenine (A)腺嘌呤Guanine (G)鸟嘌呤Cytosine (C)胞嘧啶Uracil (U)尿嘧啶Thymine (T)胸腺嘧啶1 染色体染色质(chromatin)：是指细胞周期间期细胞核内由D

4、NA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的复合结构，因其易被碱性染料染色而得名。染色体(chromosome)：是指在细胞分裂期出现的一种能被碱性染料强烈染色，并具有一定形态、结构特征的物体， 携带很多基因的分离单位。只有在细胞分裂中才可见的形态单位。染色质和染色体的概念人类基因组的23对染色体染色体作为遗传物质的特征分子结构相对稳定；能够自我复制，使亲、子代之间保持连续性；能指导蛋白质合成，从而控制整个生命过程；能产生遗传的变异。染色体的组成组蛋白非组蛋白DNA 少量RNA不同生物基因组结构特点（1） 基因组小（2） 结构简练（3） 存在含多顺反子的转录单元原核生物基因组结构特点X174 D-

5、E-J-F-G-H mRNA 蛋白J、F、G、H D、E （4） 有重叠基因（Sanger 发现）基因内基因 部分重叠基因 一个碱基重叠真核生物基因组结构特点（1）含有大量重复序列（2）功能DNA序列大多被非功能DNA所隔开（外显子和内含子）。（3）存在C值矛盾（C-value paradox) C值（C value)：单倍体基因组中DNA的总量 C值反常（C-value paradox)：一个有机体的C值与它的编码能力缺乏相关性称为 C值矛盾真核细胞DNA序列大致上可分为以下3类不重复序列：结构基因中度重复序列：rRNAtRNA高度重复序列:卫星DNA真核生物基因组的包装DNA 核小体染色质

6、染色体 2.3.1 核小体的概念核小体(nucleosome)：染色质的基本结构亚基，由约200 bp的DNA和组蛋白八聚体所组成。当分裂间期的细胞核悬浮于低离子强度的溶液中时，它们膨胀破裂，释放出染色质纤维（电镜图）染色质是一串核小体2.3.2 核小体的结构组成每个核小体含有约200bp的DNA，核心组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2份拷贝，1份拷贝的H1组蛋白位于核小体外侧。微球菌核酸酶(micrococcal nuclease)处理染色体可得到单个核小体。用微球菌核酸酶处理染色质可以释放出单个核小体用蔗糖密度梯度离心分级核小体时，产生一系列分级峰值，分别与单体、二聚体、三聚体、四聚体等

7、对应。提取DNA电泳时也存在这样的对应关系MonomersDimersTrimers TetramersTopBottom组蛋白与DNA的结合核小体核小体含有200 bp DNA和组蛋白核小体由等量的DNA和组蛋白（包括H1）组成每个核小体有2圈DNA核小体可能呈圆柱状，两圈DNA缠绕在它的表面核小体盘绕及染色质示意图从DNA到染色体10nm纤维30nm纤维真核生物染色体DNA组装不同层次的结构DNA （2nm）核小体链（ 10nm，每个核小体200bp）纤丝（ 30nm，每圈6个核小体）突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）螺旋圈（ 700nm，

8、每圈30个玫瑰花结）染色体（ 1400nm，2个染色单体， 每个染色体单体含10个螺旋圈） 2 DNA的结构 3.1 核酸分子中的共价键3.2 DNA 一级结构 3.3 DNA碱基组成的Chargaff规则3.4 DNA的二级结构3.5 DNA的三级结构 3.6 DNA与蛋白质复合物的结构55333.1 核酸分子中核苷酸之间的共价键3 -5 磷酸二酯键3.2 DNA 的一级结构 DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为53。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。 一级结构的表示

9、法 结构式，线条式，字母式53DNA一级结构的表示法53结构式53 p p p pOH3ACTG1线条式5 ACTGCATAGCTCGA 3字母式3.3 DNA碱基组成的Chargaff规则 Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性，在1950年总结出DNA碱基组成的规律： 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=T。 鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数也相等，即G=C。 含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即A+C=G+T。 嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T。 DNA一级结构53DNA、RNAq 的一级结构OHOHOH53RNA一级结构3.4 DNA的二级结构（1） DNA的双螺旋

10、结构(Watson-Crick模型)（2） DNA双螺旋结构特征及意义（3） DNA双螺旋的多态性（4）DNA的三股螺旋（tripkex）DNA的双螺旋结构的形成53535353磷酸核糖碱基T-A碱基对C-G碱基对DNA的双螺旋模型特点 a. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。 b. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按AT，GC配对（碱基配对原则，Chargaff定律） c. 螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对（base pair, bp）重复一次，间隔为3.4 nmA:an

11、gstrom 氢键 碱基堆集力 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和碱基处于疏水环境中DNA的双螺旋结构稳定因素DNA的双螺旋结构的意义 该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。DNA双螺旋的不同构象三种DNA双螺旋构象比较A-DNAZ-DNAB-DNAA B Z外型 粗短 适中 细长螺旋方向 右手 右手 左手螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm碱基直升 0.23n

12、m 0.34nm 0.38nm每圈碱基数 11 10 12碱基倾角 200 00 70大沟 很窄很深 很宽较深 平坦小沟 很宽、浅 窄、深 较窄很深螺旋和超螺旋电话线螺旋超螺旋3.5 DNA的三级结构超螺旋是DNA三级结构的一种普遍形式，双螺旋DNA的松开导致负超螺旋，而拧紧则导致正超螺旋。4 RNA的分子结构4.1 RNA一级结构 和类别4.2 tRNA 的分子结构4.3 rRNA的分子结构4.4 mRNA的分子结构4.1.1 RNA的一级结构 RNA分子中各核苷之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构OHOHOH53 RNA与DNA的差异 DNA RNA糖 脱氧核糖 核糖碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基4.1.2 RNA的类别 信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白质合成中起模板作用； 核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）：与蛋白质结合构成核糖体（ribosome）, 核糖体是蛋白质合成的场所； 转移RNA（transfer RNA，tRNA）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。4.2 tRNA 的结构二级结构特征： 单链 三叶草叶形 四臂四环三级结构 特征： 在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型tRNA的三级结构 4.3 rRNA的分子结构特征：单链，螺旋化程度较tRNA低 与蛋