现在分子生物学2.1

本章主要内容：第一节染色体的组成与结构第二节DNA的组成与结构第三节DNA的复制第四节原核与真核生物DNA复制的特点第五节DNA的修复第六节DNA的转座第七节SNP的理论与应用第一页，共85页。教学要求：1.了解染色体的组成与结构、DNA的修复与DNA的转座的基本问题。2.理解DNA的二级结构及DNA的复制的过程，重点掌握先导链与后随链合成DNA的不同方式。3.掌握原核和真核生物DNA的复制的区别。第二页，共85页。第一节染色体的组成与结构一、染色体概述二、真核细胞染色体的组成与结构三、原核生物基因组第三页，共85页。知识点真核生物染色体的组成,染色质与核小体原核生物基因组,染色体中的蛋白质第四页，共85页。第一节染色体的组成与结构一、染色体概述真核细胞的结构第五页，共85页。第六页，共85页。第七页，共85页。第八页，共85页。第九页，共85页。第十页，共85页。第十一页，共85页。第十二页，共85页。DNA的分布主要在染色体上细胞质内细胞核遗传细胞质遗传生物的遗传（所以说，染色体是DNA的主要载体）例：紫茉莉叶色的遗传第十三页，共85页。第一节染色体的组成与结构一、染色体概述染色体DNA：同一物种内每条染色体所带DNA的量是一定的，但不同染色体或不同物种之间变化很大，从上百万到几亿个核苷酸不等。蛋白质（组蛋白和非组蛋白）：种类和含量十分稳定。染色体包括_________和____________两大部分人X染色体带有1.28亿个核苷酸对，而Y染色体只带有0.19亿个核苷酸对（见表2-1）由于细胞内的DNA主要在染色体上，所以说遗传物质的主要载体是染色体。第十四页，共85页。第一节染色体的组成与结构一、染色体概述

染色质：细胞核中能被碱性染料强烈着色的物质，染色质是真核细胞的遗传物质在分裂间期存在的形式，而染色体是细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。两者是细胞周期不同阶段两种可以相互转变的结构。染色质与染色体

一般来说，只有在细胞有丝分裂过程中，才能在光学显微镜下观察到染色体。整个细胞周期都能观察到染色体？非分裂期的细胞核经低渗处理、溶胀破裂后释放出染色质，在电子显微镜下呈纤维串珠状的长丝。第十五页，共85页。第十六页，共85页。第十七页，共85页。第十八页，共85页。第十九页，共85页。染色体的形态示意图第二十页，共85页。人类染色体的编号第二十一页，共85页。端粒端粒着丝粒第二十二页，共85页。二、真核生物染色体的组成与结构第一节染色体的组成与结构P64、70思考题—1:染色体具备哪些作为遗传物质的特征?第二十三页，共85页。（参见P22、25）第二十四页，共85页。下列哪一项对于DNA作为遗传物质是不重要的:A.DNA分子双链且序列互补B.DNA分子的长度可以非常长,可以长到将整个基因组的信息都包含在一条DNA分子上C.DNA可以与RNA形成碱基互补D.DNA聚合酶有3`5`的校读功能第二十五页，共85页。下列哪一项对于DNA作为遗传物质是不重要的:A.DNA分子双链且序列互补B.DNA分子的长度可以非常长,可以长到将整个基因组的信息都包含在一条DNA分子上C.DNA可以与RNA形成碱基互补D.DNA聚合酶有3`5`的校读功能第二十六页，共85页。本题考点:DNA作为遗传物质所具备的特点.因此,DNA分子双链且序列互补能保证稳定地传递给后代;DNA通过转录和翻译最后得到蛋白质,因此,要求能与RNA形成碱基互补以实现转录;DNA在复制时,会出现碱基错配,因此要求DNA聚合酶具有校对功能,来保证亲代和子代DNA之间的稳定性.第二十七页，共85页。二、真核细胞染色体的组成与结构呈酸性，种类和含量不稳定；作用还不完全清楚，可能与染色质结构调节有关，在DNA遗传信息的表达中有重要作用第一节染色体的组成与结构少量的RNA，不到DNA的10%化学组成（参见P22-30/25-32）

DNA：蛋白质：约为DNA的两倍约占30%，每条染色体一个双链DNA分子；是遗传信息的载体，也就是所谓的遗传物质组蛋白(histone)：呈碱性，结构稳定；与DNA结合形成核小体、维持染色质结构，与DNA含量呈一定的比例非组蛋白：第二十八页，共85页。1）组蛋白(histones)

——染色体中的碱性蛋白质，约与DNA等量第一节染色体的组成与结构二、真核细胞染色体的组成与结构（参见P22-25/26-28）1、蛋白质特点：富含二种碱性氨基酸（赖氨酸和精氨酸）根据凝胶电泳性质可将组蛋白分为五种小类型:H1、H2A、H2B、H3、H4

第二十九页，共85页。参见P23、26第三十页，共85页。五种组蛋白比较第三十一页，共85页。（参见P24、26）第三十二页，共85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

第三十三页，共85页。在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化和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。第三十四页，共85页。2）非组蛋白二、真核细胞染色体的组成与结构第一节染色体的组成与结构（P24-25/28）1、蛋白质（non-histoneprotein，NHP）什么是非组蛋白？非组蛋白有什么特点？协和医科大学2004年第三十五页，共85页。2）非组蛋白二、真核细胞染色体的组成与结构第一节染色体的组成与结构（P25/28）1、蛋白质（non-histoneprotein，NHP）染色体中组蛋白以外的其它蛋白质，是一大类种类繁杂的各种蛋白质的总称；种类约20-100种,其中常见的有15-20种。主要包括酶类及与细胞分裂相关的各种蛋白质.约占组蛋白总量的60%-70%；相对分子质量1.5×104~1.8×105；第三十六页，共85页。2）非组蛋白二、真核细胞染色体的组成与结构第一节染色体的组成与结构（P25/28）1、蛋白质（non-histoneprotein，NHP）功能参与并调控基因表达

参与基因复制、转录及核酸修饰的酶类（如各种DNA和RNA聚合酶等）就是一类重要的非组蛋白参与转录调控的蛋白质维持染色体的高级结构

非组蛋白中的核基质蛋白对于维持染色体的高级结构是必不可少的。

第三十七页，共85页。2）非组蛋白非组蛋白的组织专一性和种属专一性。

（1）HMG蛋白：富含赖AA、精AA、谷AA与天冬AA，与DNA的超螺旋结构有关（2）DNA结合蛋白：与DNA的复制或转录有关的酶或调节物质（3）A24非组蛋白：与H2A差不多大小，呈酸性，含谷AA与天冬AA多，于核小体内，功能不详二、真核细胞染色体的组成与结构第一节染色体的组成与结构（P25/28）1、蛋白质（non-histoneprotein，NHP）第三十八页，共85页。2、DNA二、真核细胞染色体的组成与结构第一节染色体的组成与结构（参见P25/28）（1）C值反常现象（C值矛盾）（C-valueparadox）真核生物基因组的特点（2）单顺反子（3）重复序列（4）断裂基因第三十九页，共85页。第四十页，共85页。(a)同类生物不同种属之间DNA总量变化很大；（b）从编码每类生物所需要DNA量的最低值看，生物细胞中的C值具有从低等生物到高等生物逐渐增加的趋势。第四十一页，共85页。第四十二页，共85页。C值反常现象（矛盾）：在真核生物中，物种进化的复杂程度与DNA含量C值并不完全一致，称之为C值矛盾(Cvalueparadox)。①一些植物和两栖类动物，它们的DNA含量高达1010－1011bp，而人类DNA含量仅为109bp，显然这是无法解释的。②在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至在亲缘关系十分接近的物种之间，其C值可以相差数10倍乃至上百倍。如两栖类动物中，C值小的低至109bp以下，C值大的高达1011bp。第四十三页，共85页。DNA的量远远大于编码蛋白质所需的量。

如哺乳动物的基因组由3×109bp组成，假定哺乳动物每个基因平均是10000bp，那么哺乳动物基因组应该有300000个基因。但核酸杂交测定哺乳动物一个细胞中的mRNA种类约为10000个，考虑不同细胞基因表达的不同，推算哺乳动物基因组约有30000－40000个基因，这样来看，基因组DNA量是已知基因的10倍，余下那么多DNA有什么功能？第四十四页，共85页。下列有关C值的叙述正确的是:A.生物的进化程度越高,其C值就越大B.C值与有机体的形态学复杂性成反比C.每一个生物门中的C值与有机体的形态学复杂性大致成比例D.C值与有机体的形态学复杂性成正比第四十五页，共85页。下列有关C值的叙述正确的是:A.生物的进化程度越高,其C值就越大B.值与有机体的形态学复杂性成反比C.每一个生物门中的C值与有机体的形态学复杂性大致成比例D.C值与有机体的形态学复杂性成正比第四十六页，共85页。判断:人是最高等生物,其基因组碱基对数目(2.9×109)是动物界最大的.错第四十七页，共85页。解析:C值指一种生物单倍体基因组DNA的总量.不同物种C值差异极大,最小的支原体只有104bp,而最大的如某些显花植物和两栖动物可达1011bp.第四十八页，共85页。（2）单顺反子与原核生物不同，真核基因转录产物为单顺反子(monocistron)，即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，翻译生成一条多肽链。（3）重复序列在真核细胞DNA中发现某些核苷酸序列大量重复出现，这些核苷酸序列叫重复序列，但在原核细胞基因组中几乎不存在。核苷酸序列的重复次数越高，DNA复性速度就越快。DNA的碱基序列单拷贝序列：在基因组中出现一次或几次

多拷贝序列：依重复频率中度重复序列

高度重复序列第四十九页，共85页。参见P25—27/29-30第五十页，共85页。真核生物基因组中的DNA重复序列主要有哪些类型？简要说明基因组重复序列可能的生物学意义以及基因组重复序列在分子标记研究中的应用。第五十一页，共85页。中度重复序列；高度重复序列。基因组重复序列可以同时表达出大量的基因产物以完成生物学功能。另外，大量的重复序列存在，即使其中的极少部分被破坏，也不会影响有机体的正常功能。在分子标记研究中，可以作为一种分子标记，如卫星DNA和微卫星DNA。第五十二页，共85页。二、真核细胞染色体的组成与结构（参见P27/30）3、染色质和核小体（染色体的包装）1974年，Kornberg发现核小体核小体是所有真核生物染色体的基本结构单位核小体（nucleosome）

第五十三页，共85页。真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是核小体(nucleosome)。第五十四页，共85页。P70—3：请列举3项实验证据来说明为什么染色质中DNA与蛋白质分子是相互作用的。第五十五页，共85页。第五十六页，共85页。第五十七页，共85页。P64/70思考题—2:什么是核小体?简述其形成过程?简述真核细胞内核小体的结构特点？第五十八页，共85页。第五十九页，共85页。第六十页，共85页。第六十一页，共85页。第六十二页，共85页。第六十三页，共85页。核小体结构要点(1)每个核小体单位包括200bp左右的DNA和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白H1。(2)组蛋白八聚体构成核小体的核心结构，100kD，由H2A、H2B、H3和H4各两个分子所组成。(3)DNA分子以左手方向盘绕八聚体两圈，每圈83bp，共166bp。用微球菌核酸酶水解，可得到不含组蛋白Hl的146bp的DNA片段(1．75圈)。(4)一个分子的组蛋白Hl与DNA结合，锁住核小体DNA的进出口，从而稳定了核小体的结构。第六十四页，共85页。:146bp,1.75cycle第六十五页，共85页。第六十六页，共85页。P64—3:简述真核生物染色体的组成及组装过程.第六十七页，共85页。核小体：染色体DNA的一级包装由直径2nm的DNA双螺旋链绕组蛋白形成直径11nm的核小体“串珠”结构，若以每碱基对沿螺旋中轴上升距离为0.34nm计，200bpDNA（一个核小体的DNA片段）的伸展长度为68nm，形成核小体后仅为11nm（核小体直径），其长度压缩了6-7倍染色体的包装——超螺旋结构第六十八页，共85页。螺线管纤维（solenoidalfiber）：染色体DNA二级包装由6个核小体盘绕形成一种中空螺线管，其外径为30nm，因此，螺线管的形成使DNA一级包装又压缩6倍若以充分伸展的DNA双螺旋论，每个螺线管包含了408nm（6×68nm）长度的DNA链，而每圈螺线管的长度几乎等于核小体直径，即11nm，故染色体的二级包装相当于将DNA长度压缩了近40倍染色体的包装——超螺旋结构第六十九页，共85页。环状螺线管（超螺旋）：染色体DNA的三级的包装电镜显示，由螺线管纤维缠绕在一个由某些非组蛋白构成的中心轴（centralaxis）骨架上形成的。这显然使螺线管纤维得到了较大程度的压缩染色体的包装——超螺旋结构第七十页，共85页。三级包装后，DNA链被压缩的程度仍远远不足以形成能被细胞核容纳的染色体，因此，环状螺线管纤维需进一步包装从环状螺线管到包装形成染色体，是DNA压缩程度