第二章-染色体与DNA-1

第二章染色体与DNA

第一节染色体第二节DNA的结构第三节DNA的复制第四节原核生物和真核生物DNA的复制特点第五节DNA损伤、修复和重组第六节DNA的转座第一节染色体一、染色体、DNA、基因、基因组间的关系二、染色体的种类、结构特点三、染色体的组成细胞核的结构核膜核仁染色质双层膜核孔：1、折光性较强易辨认2、细胞增殖时，周期性的消失和重建成分：DNA+蛋白质高度螺旋化，缩短变粗解螺旋，变细变长染色体易被碱性溶液染成深色染色质核孔核膜核仁染色质大分子物质进出的通道物质交换细胞核中期染色体的形态结构根据着丝粒位点不同,分为四种:①中着丝染色体②近中着丝染色体③近端着染色体④端着丝染色体二、染色体的种类、结构特点三、染色体的组成DNA蛋白质核小体是染色体的基本组成单位①组蛋白-与DNA非特异性结合②非组蛋白-与DNA特异性结合①组蛋白带正电荷，含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种:核心组蛋白（corehistone）：H2A、H2B、H3、H4（将DNA分子盘绕成核小体);连接组蛋白（linkerhistone）：H1（染色质极性

）。核小体（nucleosome）:一种串珠状结构，由核心颗粒和连结线DNA两部分组成。核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1。功能：参与染色体的构建；维持染色体结构；调节DNA的复制和转录。由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核心颗粒；DNA分子以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，每圈80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。核小体结构特点②非组蛋白序列特异性DNA结合蛋白。特性:带负电，属酸性蛋白,富含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。整个细胞周期都合成，组蛋白只在S期合成。能识别特异DNA序列，结合与氢键和离子键。功能:帮助DNA折叠、复制；调节基因表达。非组蛋白与DNA结合方式:α

螺旋-转角-α

螺旋结构(H-T-Hmotif)α

螺旋-环-α

螺旋结构(H-L-Hmotif)亮氨酸拉链结构(Lucinezippermotif)锌指结构(Zincfingermotif)非组蛋白常常是通过磷酸化与DNA结合调节基因表达LucinezippermotifH-L-HmotifZincfingermotif(Cys-cys-his-his)DNA经四级包装形成染色体2.染色质DNA从DNA到染色体从DNA到染色体第二节DNA的结构一、DNA的一级结构二、DNA的二级结构三、DNA的高级结构一、DNA的一级结构是指四种脱氧核苷酸的连接及排列顺序，表示了DNA分子的化学组成和排列顺序二、DNA的二级结构是指两条多核苷酸反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。3种主要类型，即：B-DNA、Z-DNA、A-DNA。B-DNA的二级结构稳定，在细胞中是主要存在形式；A-DNA是B-DNA的重要变构形式；

Z-DNA是左手螺旋。三种不同构象的DNA双螺旋B-DNA是活性最高的构象，A-DNA的活性次之，Z-DNA的活性最低。在细胞中DNA的三种构型是动态变化的，以此调控染色体的动态结构变化和基因的复制、转录。三、DNA的高级结构是指双螺旋DNA分子进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构，分为正超螺旋和负超螺旋两种。双螺旋结构松弛导致负超螺旋，而拧紧则导致正超螺旋第三节DNA的复制DNA复制时每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式称半保留复制意义：半保留复制说明DNA在代谢上的稳定性。经过许多代的复制，DNA链仍可保持完整，这在生物的遗传上是十分重要的。特点：半保留复制半不连续复制一、概念、意义时间场所模板模板去向原料能量酶产物特点二、复制过程所需条件有丝分裂间期或减数每一次分裂前的间期主要在细胞核，少数在线粒体、叶绿体中DNA分子两条链分别进入两个DNA分子中游离的脱氧核苷酸ATPDNA解旋酶、聚合酶子代DNA边解旋边复制、半保留复制解链方向

三、复制特点-半不连续性复制（复制叉）35353´5´3´5´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)冈崎片段（Okazakifragment）领头链leadingstrand

——合成方向与复制叉解链方向相同，并可连续合成的子链。随从链laggingstrand——合成方向与复制叉解链方向相反，并且是不连续合成的子链。

岡崎片段okazakifragment——在DNA复制过程中，随从链上初合成的不连续的DNA片段。在原核生物中约为1000～2000个核苷酸，而在真核生物中约为100个核苷酸。半不连续性复制——在DNA复制过程中，领头链连续复制而随从链不连续复制。

1）模板(template)：解开成单链的DNA母链2）底物(substrate)或称原料：dATP、dGTP、dCTP、dTTP3）引物(primer)：复制需要一小段RNA作引物4）能源：需ATP供能，原料dNTP本身也是高能化合物5）酶和蛋白质因子：DNA聚合酶(polymerase)等四、参与DNA复制的物质及作用（1）解链酶（helicase）作用：利用ATP供能，解开DNA双链消耗2ATP/解开1bp可随复制叉的伸展向前移动也称：解螺旋酶（2）拓扑异构酶

（topoisomerase，Topo）Topo：拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持物体不变的性质作用：松驰DNA超螺旋，克服扭结现象（3）单链DNA结合蛋白(SSB)

(singlestrandDNAbindingprotein)作用：能与DNA单链可逆的结合，其作用有二也称：DNA结合蛋白（DNAbindingprotein，DBP)①防止DNA复性②防止DNA单链模板被水解（4）引物酶（primase）模板以DNA单链为模板底物NTP（ATP、GTP、CTP、UTP）按碱基配对原则（A=UG≡C）按5→3方向作用：复制起始时催化生成RNA引物本质：是一种RNA聚合酶（可以使两个游离的NTP聚合，此不同于催化转录过程的RNA聚合酶）（5）DNA聚合酶机理：

使核苷酸之间生成3，5磷酸二酯键主要作用：5→3的聚合活性模板以DNA单链为模板底物dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物以小片段RNA为引物注：引物的原料（ATP、GTP、CTP、UTP）按碱基配对原则（A=TG≡C）按5→3方向在RNA引物的

3

-OH末端上开始逐个添加dNTP（6）DNA聚合酶E.coli大肠杆菌DNA聚合酶的作用DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ分子数/细胞4004020聚合的核苷酸数/分钟100050150,000（2500bp/s）5→3的聚合√√√3→5的外切√√√5→3的外切√××主要作用切除引物填补空隙校读损伤修复校读损伤修复DNA复制校读（7）DNA连接酶(DNAligase)作用：消耗ATP，将随从链中相邻的两个DNA片段连接起来催化同一模板DNA链上的两个相邻DNA片段的3＇端与5＇端间形成磷酸二酯键，把相邻的两段DNA连成完整的链DNA连接酶ATPADPHO5’3’5’3’3’5’5’3’起始:形成复制叉replicationfork需解决两个问题DNA解开成单链，提供模板合成RNA引物，提供

3

-OH末端总结-DNA复制的过程解链酶拓扑异构酶SSB引物酶DDDP-ⅢDDDP-Ⅰ连接酶起始延长终止Topo引物酶延长:DNA-polⅢ(DDDP-Ⅲ)的5→3的聚合活性使核苷酸之间生成3，5磷酸二酯键模板以DNA单链为模板底物

dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）引物

以小片段RNA为引物，在RNA引物的

3

-OH末端上开始逐个添加dNTP

按碱基配对原则

（A=TG≡C）按5→3方向

555DNA-polⅠOHP5DNA-polⅠdNTP55PATP

ADP+Pi55DNA连接酶终止:随从链上不连续性片段的连接DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶

(DNAdependentDNApolymerase)简称：DNApol

（DDDP）主要作用：5→3的聚合活性

dTTP3'3'

ATGCAATTGC5'||||5

TACGppiTDNAdependentDNA