dna结构特点特征

dna结构特点特征第1页/共127页（一）细胞周期第2页/共127页（二）染色体与染色质染色体（chromosome）是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质(chromatin)的形式存在的。染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基本的单位—核小体(nucleosome)成串排列而成的。第3页/共127页（三）染色体的结构和组成原核生物(prokaryote)

第4页/共127页第5页/共127页{组蛋白：H1H2AH2BH3H4非组蛋白}核小体{DNA蛋白质染色体真核生物染色体的组成第6页/共127页组蛋白的一般特性：■进化上的保守性保守程度：H1H2A、H2BH3、H41、组蛋白上海生化所分子遗传学1998年试题：在真核生物核内。五种组蛋白（H1H2AH2BH3和H4）在进化过程中，H4极为保守，H2A最不保守（）第7页/共127页■无组织特异性■肽链氨基酸分布的不对称性■H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%）■组蛋白的可修饰性第8页/共127页简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修饰的种类及其生物学意义中国科学院2003年硕士研究生入学《生物化学与分子生物学》试题

第9页/共127页在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化和ADP核糖基化等。H3、H4修饰作用较普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白所携带的正电荷。这些组蛋白修饰的意义：一是改变染色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。组蛋白的可修饰性第10页/共127页1)DNA的变性和复性

■变性（Denaturation)

DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程称为变性。

■增色效应(Hyperchromaticeffect)在变性过程中，260nm紫外线吸收值先缓慢上升，当达到某一温度时骤然上升，称为增色效应。2、DNA第11页/共127页■融解温度（MeltingtemperatureTm)变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度。生理条件下为85-95℃影响因素：G+C含量，pH值，离子强度，尿素，甲跣胺等第12页/共127页第13页/共127页■复性（Renaturation)热变性的DNA缓慢冷却，单链恢复成双链。■减色效应（Hypochromaticeffect)

随着DNA的复性，260nm紫外线吸收值降低的现象。

第14页/共127页2)C值反常现象（C-valueparadox)C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。

真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开，这就是著名的“C值反常现象”。

C值矛盾第15页/共127页第16页/共127页简述DNA的C值以及C值矛盾（CValueparadox）.中科院上海生化所98年上海第二军医大：C值矛盾第17页/共127页（四）核小体(nucleosome)Nucleosome、chromosome、genome中科院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题1、定义：用于包装染色质的结构单位，是由DNA链缠绕一个组蛋白核构成的。

第18页/共127页2、核小体的结构核心颗粒、连接区DNA第19页/共127页第20页/共127页第21页/共127页中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生分子遗传学入学考试：简述真核细胞内核小体与核小体核心颗粒的结构。

第22页/共127页3、染色体的包装—超螺旋结构第23页/共127页6.8:140:11000:18000:1DNAdoublehelixNucleosome(10nmfiber)30nmFiberLoopsILoopsIIchromosome第24页/共127页上海第二军医大硕士研究生入学考试试题：基因组的特点（真核、原核比较）（五）原核生物和真核生物基因组结构特点比较

第25页/共127页●基因组很小，大多只有一条染色体●

结构简炼●存在转录单元(trnascriptionaloperon)

多顺反子(polycistron)X174D-E-J-F-G-HmRNA蛋白J、F、GHDEE.coli色氨酸操纵子9个顺反子9个酶(第六章)1、原核生物基因组结构特点第26页/共127页

●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第27页/共127页2、真核生物基因组结构特点●真核基因组结构庞大

3×109bp、染色质、核膜●单顺反子●基因不连续性断裂基因（interruptedgene）、内含子(intron)、外显子(exon)●非编码区较多多于编码序列(9:1)●含有大量重复序列第28页/共127页■不重复序列/单一序列：在基因组中有一个或几个拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等功能：主要是编码蛋白质。

■中度重复序列：在基因组中的拷贝数为101~104。如：rRNA、tRNA

一般是不编码蛋白质的序列，在调控基因表达中起重要作用

根据DNA复性动力学研究，DNA序列可以分成哪几种类型？并加以举例说明。(2001年上海生化所）第29页/共127页■高度重复序列：拷贝数达到几百个到几百万个。

●卫星DNA：A·T含量很高的简单高度重复序列。第30页/共127页第二章染色体与DNA

染色体

DNA的结构

DNA的复制

DNA的修复

DNA的转座第31页/共127页二、DNA的结构1）

概念指4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序，DNA序列是这一概念的简称。碱基序列1、DNA的一级结构第32页/共127页2）特征：●双链反向平行配对而成●脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA骨架，碱基排在内侧●内侧碱基通过氢键互补形成碱基对（A：T，C：G）。第33页/共127页第34页/共127页3）DNA结构的表示法第35页/共127页2、DNA的二级结构1）定义：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构。

第36页/共127页绕DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨架扭转造成的。

第37页/共127页

DNA双螺旋模型是哪年由谁提出的?简述其基本内容.为什么说该模型的提出是分子生物学发展史上的里程碑,具有划时代的贡献?

浙江大学医学院2003生物化学（硕士）第38页/共127页2）分类：右手螺旋：A-DNA，B-DNA左手螺旋：Z-DNA第39页/共127页ABZ第40页/共127页ABZ第41页/共127页3、DNA的高级结构1）定义：指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。2）主要形式：超螺旋结构（正超螺旋和负超螺旋）第42页/共127页第43页/共127页线状DNA形成的超螺旋第44页/共127页环状DNA形成的超螺旋第45页/共127页拓扑异构酶or溴化乙锭拓扑异构酶or溴化乙锭DNA扭曲与双螺旋相同（拧紧）DNA扭曲与双螺旋相反（松开）负超螺旋松弛DNA正超螺旋第46页/共127页第二章染色体与DNA

染色体

DNA的结构

DNA的复制

DNA的修复

DNA的转座第47页/共127页三、DNA的复制第48页/共127页内容提要：●DNA的半保留复制●与DNA复制有关的物质●DNA的复制过程（大肠杆菌为例）●DNA复制的其它方式●真核生物中DNA的复制特点第49页/共127页1、定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。（一）DNA的半保留复制（semi-conservativereplication）第50页/共127页Semi-conservativeConservativeDispersive第51页/共127页中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生分子遗传学入学考试：请设计一个实验来证明DNA复制是以半保留方式进行的（8分）。第52页/共127页2、实验证据（1958Meselson和Stahl）：

MatthewMesselsonFranklinStahl第53页/共127页“Heavy”DNA“Hybrid”

DNA“light”DNA“Hybrid”DNA第54页/共127页3、DNA半保留复制的生物学意义：

DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。

第55页/共127页（二）与DNA复制有关的物质1、原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA链作为引物4、引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物（Primer)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。第56页/共127页5、DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶●以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物●反应需要有模板的指导●反应需要有3-OH存在●DNA链的合成方向为53第57页/共127页性质聚合酶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+很高新生链合成--+主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。修复紫外光引起的DNA损伤DNA复制的主要聚合酶，还具有3’-5‘外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性原核生物中的DNA聚合酶(大肠杆菌）第58页/共127页

α

β

γ

δ

ε定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核3‘-5’外切--+++酶活性功能引物合成修复作用线粒体DNA的复制核DNA的复制？真核生物中的DNA聚合酶第59页/共127页

6、DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来

DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用3‘5‘3‘5‘OHP第60页/共127页7、DNA拓扑异构酶(DNATopisomerase)：拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关。

例：大肠杆菌中的ε蛋白拓扑异构酶Π：该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子。同复制有关。例：大肠杆菌中的DNA旋转酶第61页/共127页上海生化所1998年分子遗传学试题：拓扑异构酶第62页/共127页8、DNA解螺旋酶/解链酶（DNAhelicase)

通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。rep蛋白沿3’5’移动，而解螺旋酶I、II、III沿5’

3’移动。第63页/共127页第64页/共127页9、单链结合蛋白(SSBP-single-strandbindingprotein)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。第65页/共127页（三）DNA的复制过程（大肠杆菌为例）双链的解开

RNA引物的合成

DNA链的延伸切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段第66页/共127页1、双链的解开

DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。ori(或o）、富含A、T的区段。基本概念：

上海生化所1998年分子遗传学试题：真核生物复制起始点的特征包括（）A富含GC区B富含AT区CZDNAD无明显特征

第67页/共127页从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为复制叉第68页/共127页复制叉复制叉第69页/共127页复制方向和速度：

单起点、双向等速多起点、双向等速第70页/共127页双链解开、复制起始第71页/共127页大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp保守序列相结合第72页/共127页在HU蛋白和ATP的共同作用下,Dna复制起始复合物使3个13bp直接重复序列变性,形成开链第73页/共127页解链酶六体分别与单链DNA相结合(需DnaC帮助),进一步解开DNA双链第74页/共127页第75页/共127页2、RNA引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶，引发RNA引物的合成。引物长度约为几个至10个核苷酸，基因组DNA复制时，先导链的引物是DNA，后随链的引物是RNA(-)

2002年上海生化与细胞所第76页/共127页DNA的半不连续复制（semi-discontinuousreplication)DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制。在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链为滞后链。3、DNA链的延伸第77页/共127页在DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成53的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。第78页/共127页第79页/共127页华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题名词解释：冈崎片段（3分）武汉大学2003年硕士研究生入学分子生物学试题：Replicon、

semi-conservativereplication

第80页/共127页华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题原核DNA合成酶中（）的主要功能是合成前导链和冈崎片段A、DNA聚合酶ⅠB、DNA聚合酶ⅡC、DNA聚合酶ⅢD、引物酶第81页/共127页4、切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段（复制终止）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填补上；在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链第82页/共127页双链环状、θ型复制、双向等速第83页/共127页（四）DNA复制的其它方式滚环型：单向复制的特殊方式如：ΦΧ174的双链环状DNA复制型（RF）第84页/共127页（1）模板链和新合成的链分开;（2）不需RNA引物，在正链3‘－OH上延伸（3）只有一个复制叉;

第85页/共127页D环复制单向复制的特殊方式如：动物线粒体DNA第86页/共127页（五）真核生物中DNA的复制特点1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子2、真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不再重新开始DNA复制；而在快速生长的原核生物中，复制起点可以连续开始新的复制(多复制叉)。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。3、真核生物有多种DNA聚合酶。第87页/共127页第二章染色体与DNA

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DNA的转座第88页/共127页四、DNA的修复DNA修复系统功能错配修复恢复错配碱基切除修复切除突变的碱基核甘酸切除修复修复被破坏的DNADNA直接修复修复嘧啶二体或甲基化DNA

扼要说明细胞中DNA修复系统有哪几种（8分）中国科学院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题第89页/共127页1、错配修复●Dam甲基化酶使母链位于5’GATC序列中腺甘酸甲基化●甲基化紧随在DNA复制之后进行●根据复制叉上DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子链上的错配碱基第90页/共127页

根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图发现错配碱基在水解ATP的作用下，MutS，MutL与碱基错配点的DNA双链结合MutS-MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链第91页/共127页

甲基化指导的错配修复示意图错配碱基位于切口3’下游端，错配碱基位于切口5’上游端，第92页/共127页2、碱基切除修复一些碱基在自发或悠变下会发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成氨基转换突变腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对第93页/共127页胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶第94页/共127页如果复制发生就会产生一个突变第95页/共127页.糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-β-糖苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP位点。第96页/共127页由AP磷酸内切酶将受损核甘酸的糖甘-磷酸键切开第97页/共127页。DNA连接酶连接利用DNA聚合酶I切除损伤部位，补上核苷酸第98页/共127页3、核苷酸切除修复1）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位2）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸3）DNA聚合酶以母链为模板复制合成新子链4）DNA连接酶将切口补平第99页/共127页识别损伤部位损伤的两边切除几个核苷酸DNA聚合酶以母链为模板复制合成新子链DNA连接酶将切口补平第100页/共127页4、DNA的直接修复在DNA光解酶的作用下将环丁烷胸腺嘧啶二体和6-4光化物还原成为单体甲基转移酶使O6-甲基鸟嘌呤脱甲基生成鸟嘌呤，防止G-T配对第101页/共127页

上海生化所1998年分子遗传学试题：DNA修复系统的作用是保证DNA序列不发生任何变化（）第102页/共127页第二章染色体与DNA

染色体

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DNA的转座第103页/共127页五、DNA的转座（一）基本概念：DNA的转座：由可移位因子介导的遗传物质重排现象。转座子（transposon）：存在与染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。第104页/共127页（二）转座子的类型和结构特征原核生物转座子的类型：1、插入序列(insertionalsequence,IS)2、复合转座子(compositetransposon)3、TnA家族第105页/共127页1、插入序列(IS)IS是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。

λ：：IS1第106页/共127页第107页/共127页复合转座子是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列2、复合转座子(compositetransposon)第108页/共127页第109页/共127页(三）转座作用的机制第110页/共127页复制性转座子第111页/共127页非复制性转座子第112页/共127页上海生化所1998年分子遗传学试题：转座过程通常是指DNA中的一段特殊序列（转座元）在转座酶以及其它蛋白因子的作用下，从DNA分子中的一个位置被搬移到另一位置或另一DNA分子中（）

第113页/共127页Tn10转座到一个新的DNA靶点时，在靶点两侧形成倒转重复序列。(-)2002年上海生化与细胞所第114页/共127页华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题利用自己的位点专一重组酶把自己从寄主基因组中的一个地方移到另一个地方的遗传元件叫（）A、启动子B、转座子C、T-DNAD、顺反子第115页/共127页中国科学院遗传与发育生物学研究所1996年硕士研究生分子遗传学入学试题转座子（transposon）反转录转座子（retrotransposon）反转录转座子（retrotransposon）：指通过RNA为中介，反转录成DNA后进行转座的可动元件。第116页/共127页反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制，其本质是转座

第117页/共127页第118页/共127页复习题1、证明DNA是遗传物质的两个关键性实验是：肺炎链球菌在老鼠体内的毒性和T2噬菌体感染大肠杆菌。这两个实验中主要的论点证据是：（）(a)从被感染的生物体内重新分离得到DNA，作为疾病的致病剂(b)DNA突变导致毒性丧失