第二章-染色体与DNA

第二章_染色体与DNA第1页，共140页，2023年，2月20日，星期一一、染色体的概述

染色体（chromosome）

：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构，由染色质（chromatin）构成。染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。染色体是一种动态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。染色体是遗传物质的主要载体亲子代传递量的恒定第一节

染色体第2页，共140页，2023年，2月20日，星期一

不同物种染色体数目存在较大差别，同一物种内每条染色体所带的DNA量是一定的，但不同染色体或不同物种之间变化很大。如人的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。第3页，共140页，2023年，2月20日，星期一真核生物染色体1、真核细胞结构2、染色体概况DNA:27%，

蛋白质:66%，

RNA:～6%每条染色体只有一个DNA分子第4页，共140页，2023年，2月20日，星期一非分裂期的染色质在电子显微镜下呈纤维串珠状的长丝

一般说来，染色体只有在细胞有丝分裂过程中，才可在光学显微镜下观察到。第5页，共140页，2023年，2月20日，星期一细菌染色体组织

没有明显的核区域，细菌基因组仍然是高度致密的。E.coli溶解时，DNA形成大量环形（loops）结构。在活体细胞中，DNA则以高度致密的状态与蛋白质结合。第6页，共140页，2023年，2月20日，星期一

真核细胞染色体的特征：染色体位于细胞核内。在细胞分裂间期，染色体以较细且松散的染色质形式存在，只有在细胞分裂期，才可在光学显微镜下观察到棒状可染色的染色体。在染色体中，DNA与组蛋白和非组蛋白完全融合在一起。第7页，共140页，2023年，2月20日，星期一

原核细胞染色体的特征:染色体位于类似“核”的结构—类核体上；染色体外包裹着稀疏的非组蛋白，不含组蛋白；原核生物中一般只有一条染色体，且大都带有单拷贝基因，只有很少数基因（如rRNA基因)是以多拷贝形式存在的；整个染色体几乎完全由功能基因和调控序列所组成。

第8页，共140页，2023年，2月20日，星期一二、真核细胞染色体的组成染色体的特征：（1）分子结构相对稳定；（2）能够自我复制，使亲子代间保持连续性；（3）能够指导蛋白质合成，控制整个生命过程；（4）能够产生可遗传的变异。第9页，共140页，2023年，2月20日，星期一组蛋白残基数分子量（kD）%精%赖种类H121523.0129连接蛋白H2A12914.0911核心蛋白H2B12513.8616核心蛋白H313515.31310核心蛋白H410211.31411核心蛋白

染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体，是一类小的碱性蛋白。1、蛋白质第10页，共140页，2023年，2月20日，星期一组蛋白的特征：1、进化上的极端保守（如H3、H4）；2、无组织特异性；3、肽链上氨基酸分布的不对称性（赖氨酸、精氨酸含量丰富）；4、组蛋白的修饰作用（甲基化、乙酰化、磷酸化）；5、富含赖氨酸的组蛋白H5（H5的磷酸化可能在染色质的失活过程中起重要作用）。第11页，共140页，2023年，2月20日，星期一

非组蛋白包括酶类及细胞分裂有关的一些蛋白。它们可能与DNA的结构、复制及转录等有关。非组蛋白主要包括：1、HMG蛋白（highmobilitygroupprotein)，可能与超螺旋结构有关；2、DNA结合蛋白：可能是一些与DNA的复制或转录的关的酶或调节物；3、A24非组蛋白，肝脏中特有的一组蛋白，与H2A及泛素结构相似，功能不详。第12页，共140页，2023年，2月20日，星期一哺乳动物两栖动物鸟类昆虫线虫霉菌酵母细菌支原体

各个种类生物的最小基因组与其复杂性正相关。2.真核生物基因组DNA第13页，共140页，2023年，2月20日，星期一开花植物鸟类哺乳动物爬行动物两栖类硬骨鱼软骨鱼棘皮动物甲壳类昆虫软体动物线虫霉菌藻类真菌革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌支原体各物种基因组大小比较

C-值（C-value）:一种生物单倍体基因组DNA的总量。

C-值矛盾（C-valueparadox）：C值往往与种系进化的复杂程度不一致。第14页，共140页，2023年，2月20日，星期一

（1）、不重复序列：在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列，占DNA总量的40%~80%。长约750-2000bp，相当于一个结构基因的长度。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。

（2）、中度重复序列:

每个基因组中10～104个拷贝。平均长度为300bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。可能在基因调控中起重要作用，如rRNA、tRNA等。大多数高等真核生物的基因组都有10%~40%的中度重复序列。真核细胞DNA在序列上可分为3类:第15页，共140页，2023年，2月20日，星期一(3)、高度重复序列——卫星DNA（satelliteDNA）

只存在于真核生物中，占基因组的10%~60%，由6~10个碱基组成。卫星DNA均位于染色体的着丝粒上。第16页，共140页，2023年，2月20日，星期一3、染色质和核小体

染色质：是由许多核小体连成的念珠状结构。实验证据：P301）染色质中，H2A、H2B、H3、H4的数量大致相等，而H1的数量不超过它们的一半；2）组蛋白组成直径约10nm的颗粒，由裸露的DNA连接；3）DNA位于核小体的外侧；染

色

质小球菌核酸酶处理染色质第17页，共140页，2023年，2月20日，星期一4）用小球菌核酸酶处理染色质，得到的DNA片段为200bp的整数倍；5）将组蛋白加入SV40的DNA中，可在体外形成染色质样纤维。其中与一个核小体结合的DNA很接近200bp；缺少H2A、H2B、H3、H4中任何一种都不能形成核小体，H1则不是必需的。第18页，共140页，2023年，2月20日，星期一

核小体是组成染色质的重复单位，每个核小体由约200（160～250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2个，以及一个H1组成。核小体中组蛋白聚合体组成第19页，共140页，2023年，2月20日，星期一1）核心颗粒结构：

单个核小体继续消化可以把DNA进一步剪短，释放出H1；剩余的颗粒称为核心颗粒，由H2A、H2B、H3、H4组成；结合在核心颗粒而不被降解的DNA称为核心DNA（coreDNA）；重复单位中除核心DNA以外的其它DNA称为连接DNA（linkerDNA）。

双折叠对称盘形，高6nm，直径11nm;由(H3)2(H4)2四聚体构成组蛋白八聚体核心，顶部和底部各有一H2A.H2B二聚体;第20页，共140页，2023年，2月20日，星期一小球菌核酸酶对染色质的持续作用产生各种不同结果第21页，共140页，2023年，2月20日，星期一2）组蛋白H1H1由两部分组成，一部分是保守的核心，一部分是可变的延伸出去的N端和C端臂。DNA进入和离开组蛋白聚合体的位置十分接近，这由进出两端与H1结合形成。如没有H1，则DNA进入和离开核心颗粒的位置是随机的。第22页，共140页，2023年，2月20日，星期一由核小体串联形成的10nm纤丝30nm纤丝3）、染色质的存在形式：第23页，共140页，2023年，2月20日，星期一30nm纤丝由10nm纤维卷曲绕成圆筒形线圈，每圈约6个核小体，螺距11nm（核小体直径）。这一结构需要H1稳定。30nm纤丝的包装比为40。第24页，共140页，2023年，2月20日，星期一

DNA和组蛋白构成核小体，核小体再绕成一个中空的螺线管状结构，这种螺线管状结构（有的部分就是珠状核小体结构）就成为染色质丝。染色质丝再与许多非组蛋白结合形成染色体结构。染色体的包装过程DNA核小体7倍30nm

纤丝（螺线管）6倍67nm10nm

每圈6个核小体

超螺旋40倍5倍染色体单体200bpDNA第25页，共140页，2023年，2月20日，星期一真核生物基因组的结构特点：1、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；8、具有端粒结构。第26页，共140页，2023年，2月20日，星期一DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)和串联重复序列多态性(tandemrepeatspolymorphism)两类。第27页，共140页，2023年，2月20日，星期一三、原核生物基因组及其特点1、原核生物的遗传物质

原核生物的遗传物质只以裸露的核酸分子存在，且与少量的非组蛋白结合，但不形成染色体结构，习惯上把原核生物的核酸分子也称为染色体。第28页，共140页，2023年，2月20日，星期一2、原核生物基因组的特点（1）结构简练

其DNA分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占4%，并且编码序列是连续的；（2）存在转录单元

功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且可被一起转录；（3）重叠基因和基因内基因

即同一段DNA序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。第29页，共140页，2023年，2月20日，星期一小结一、染色体染色体的概念真核、原核染色体的特征第30页，共140页，2023年，2月20日，星期一

二

、真核细胞染色体的组成蛋白质组蛋白种类、特性非组蛋白DNAC值C值矛盾DNA的种类不重复序列中度重复序列高度重复序列染色质和核小体核小体的概念染色体的包装第31页，共140页，2023年，2月20日，星期一三、真核生物、原核生物基因组结构的特点第32页，共140页，2023年，2月20日，星期一核苷酸结构第二节DNA的结构第33页，共140页，2023年，2月20日，星期一1、DNA的一级结构：是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。第34页，共140页，2023年，2月20日，星期一2、DNA的二级结构：是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。DNA的二级结构右手螺旋左手螺旋A-DNAB-DNAZ-DNA第35页，共140页，2023年，2月20日，星期一基本特点：（1）由两条互相平行的脱氧核苷酸链盘绕而成；（2）两条主链的脱氧核糖和磷酸由3’,5’磷酸二酯键交互连接而成，排在外侧，构成基本骨架；碱基位于内侧；（3）两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，碱基必须以A-T、C-G配对；第36页，共140页，2023年，2月20日，星期一第37页，共140页，2023年，2月20日，星期一

两条主链的脱氧核糖和磷酸由3’,5’磷酸二酯键交互连接而成；碱基位于内侧；碱基必须以A-T、C-G配对；直径：2.0nm；螺距：3.4nm；每匝10bp/10.5bp；

大沟含较多信息，为复制、转录部位；小沟具一定调节功能。第38页，共140页，2023年，2月20日，星期一DNA双螺旋结构的多态性第39页，共140页，2023年，2月20日，星期一

B-DNA（含水量92%）脱水后变形为A-DNA（含水75%），相邻磷酸间距缩小，每匝增为11bp。总体变得宽而短；大沟变细、加深；小沟变得宽而浅。A-DNA

通常DNA在细胞中以B-DNA形式存在，但可能发生改变；DNA-RNA杂交分子呈A型。第40页，共140页，2023年，2月20日，星期一Z-DNA与B-DNA的比较

最大区别：Z-DNA为左旋！由部分碱基平面反转所致。

螺距4.5nm，每对碱基上升0.37nm，每匝12bp。主链变的不平滑。Z-DNAZ-DNA在邻近调控系统，抑制转录；在远离调控区，激活转录的起始。所以，Z-DNA可能与基因的调控有关。第41页，共140页，2023年，2月20日，星期一A—DNAB—DNAZ—DNA螺旋方向右右左每匝碱基数111012每碱基对上升距离0.26nm0.34nm0.37nm螺距2.8nm3.4nm4.5nm每碱基对在螺旋中旋转角度3336-60总尺寸短而宽较长而细长而细大沟细而深宽而中等深平伏于螺旋表面小沟宽而浅窄而中等深很窄很深三种DNA结构特性比较第42页，共140页，2023年，2月20日，星期一DNA双链的变性和复性当DNA溶液温度接近沸点或pH较高时，互补的两条链有可能分开，称为DNA的变性(denaturation)。此过程是可逆的。DNA的互补链重新聚合为规则的双链称为DNA的复性。增色效应和减色效应：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。反之，为减色效应。第43页，共140页，2023年，2月20日，星期一融解温度（Meltingtemperature，Tm)：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85~95OC,影响因素：G+C含量，pH值，离子强度，尿素，甲酰胺等第44页，共140页，2023年，2月20日，星期一3、DNA的高级结构

DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。

1965年首次发现绝大多数的原核生物DNA为共价闭合环状DNA（covalentlyclosedcircle，cccDNA），经进一步螺旋化，成为超螺旋结构。之后发现，几乎所有的DNA分子，包括线形分子，具超螺旋结构。第45页，共140页，2023年，2月20日，星期一L=T+WL(linkingnumber，连接数)：一股链绕另一股链盘绕的次数。在闭合分子双链的共价键不发生断裂时保持不变，为分子的拓扑学常数。T(twistingnumber，盘绕数)：代表一股链绕旋转轴所做的完整的旋转数。即DNA双螺旋的匝数，等于碱基数÷每匝碱基数。W(writhingnumber，超盘绕数)：代表双螺旋轴在空间上的转动数。即直观上的超螺旋数。分子内发生扭转时，张力导致超螺旋形成。超螺旋的形成原因第46页，共140页，2023年，2月20日，星期一

正超螺旋（positivesupercoil）：由于双链紧缠而引起的超螺旋。

负超螺旋（negaivesupercoil）：由于双链松缠而引起的超螺旋。两种超螺旋的自由能均高于松弛状态。天然原核生物DNA都呈负超螺旋；在体外可形成正超螺旋，如加入溴乙锭，可引入正超螺旋。DNA的几种超螺旋的状态：第47页，共140页，2023年，2月20日，星期一紧缠而引起正超螺旋右手螺旋的DNA顺时针方向旋转自由末端逆时针方向旋转自由末端松缠而引起负超螺旋逆时针方向旋转松缠而引起负超螺旋紧缠而引起正超螺旋顺时针方向旋转第48页，共140页，2023年，2月20日，星期一质粒的松弛状态和超螺旋状态超螺旋分子的电泳迁移速率提高超螺旋对分子迁移的影响第49页，共140页，2023年，2月20日，星期一

超螺旋可形成高度致密状态，从而得以容纳于有限的空间内。

活体中，DNA的构象是动态的。B-DNA是一种稳定结构，引入负超螺旋可提高其能量水平，影响DNA结构变化。如有助于在特定区域的结构转化、使DNA双链分开等。超螺旋的生物学意义第50页，共140页，2023年，2月20日，星期一功能：催化DNA分子拓扑异构体之间的相互转化。作用机制：切开磷酸二酯键，在主链上造成切口，通过改变连接数（L）来改变超螺旋状态。分类：I型拓扑异构酶：每次切开一股链。II型拓扑异构酶：每次切开双股链。既可消除负超螺旋，又可消除正超螺旋。需要ATP，使分子L值每次变化±2。DNA拓扑异构酶（DNAtopoisomerase）Ⅱ型拓扑异构酶的作用第51页，共140页，2023年，2月20日，星期一小

结DNA的一级结构DNA的二级结构基本特征分类DNA的高级结构概念特点概念概念分类第52页，共140页，2023年，2月20日，星期一一、复制的概貌DNA复制的半保留性三种可能的方式：全保留复制（conservativereplication）半保留复制（semiconservativereplication）弥散复制（dispersivereplication）第三节DNA的复制第53页，共140页，2023年，2月20日，星期一

母链中的全部置换为

15N，然后让E.coli在仅含有

14N的培养基上进行复制。(Meselson&Stahl,1958)半保留复制：每个子代分子的一条链来自亲代DNA,另一条则是新合成的，这种复制方式称为DNA的半保留复制（semiconservativereplication)。第54页，共140页，2023年，2月20日，星期一复制原点（origin）:DNA分子复制的特定起点。复制方向可以是单向或者双向二、复制的起点、方向和速度

对一个生物体而言，复制的起点是固定的，复制叉移动的方向和速度以双向等速为主。第55页，共140页，2023年，2月20日，星期一复制叉（replicationfork）:正在进行复制的复制起点呈现叉子的形式，称为复制叉。复制眼（replicationeye）:DNA复制的部分看上去象一只眼睛，称为复制眼。复制子（replicon）：生物体的复制单位称为复制子。第56页，共140页，2023年，2月20日，星期一三、DNA复制的几种方式1、线性DNA双链的复制

所有已知的核酸聚合酶，无论是DNA聚合酶还是RNA聚合酶都只从5'端向3'端移动，新链的合成方向与聚合酶移动方向一致，即是5'→3

'

；

而对于DNA的合成必需一段引物的存在，体内DNA复制时，由一段RNA引物起始DNA合成，起始后它必须切除，切除后，5'端如何起始呢？

这就提出了线性DNA末端复制的问题。第57页，共140页，2023年，2月20日，星期一（1）将线性DNA分子转变为环状或多聚分子（末端简并性是前提条件，如T7噬菌体）；重复序列互补末端间的碱基配对缺口由DNA聚合酶和连接酶填补位点专一性核酸酶切割3’端聚合第58页，共140页，2023年，2月20日，星期一（2）DNA末端发夹结构的形成（如：草履虫的线性线粒体）abadeDCBAbABCDbcdacABCDEbaABCDedcdcABCDabcdEABCDabcdeabcdABCDe第59页，共140页，2023年，2月20日，星期一（3）在某种蛋白的介入下，在真正的末端起始复制，（如Φ29噬菌体和腺病毒DNA）。第60页，共140页，2023年，2月20日，星期一2、环状DNA双链的复制（1）θ

型复制体如，大肠肝菌质粒DNA的复制。第61页，共140页，2023年，2月20日，星期一（2）滚环型复制如：ΦX174在原点割切；共价延伸；切下被替换的单链。第62页，共140页，2023年，2月20日，星期一（3）D-环形如动物线粒体DNA的复制

双链环在固定点解开进行复制，但两条链合成速度高度不一致，其中一条进行复制，另一条则成为游离的单链环（即D环）。两条链复制起点不同。第63页，共140页，2023年，2月20日，星期一四、原核生物和真核生物DNA复制的特点1、大肠杆菌DNA复制原核生物每个DNA分子只有一个复制原点。复制原点序列特征4个9bp重复序列，3个13bp重复序列，都富含A-T对。第64页，共140页，2023年，2月20日，星期一（1）DNA双螺旋的解旋

DNA的解链过程，首先在拓扑异构酶I的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。一旦局部解开双链，就必须有单链结合蛋白(SSB)来稳定解开的单链，以保证核苷酸局部不会恢复成双链。接着由引发酶等组成的引发体迅速作用于两条单链DNA上。第65页，共140页，2023年，2月20日，星期一a、DNA解链酶DNA解链酶能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。

大部分解链酶沿后随链模板的5´→3´方向并随着复制叉的前进而移动；

另一种解链酶Rep蛋白是沿前导链模板的3´→5´方向移动。第66页，共140页，2023年，2月20日，星期一b、单链结合蛋白SSB以四聚体的形式结合在单链DNA的复制叉处，其作用是保证被解链酶解开的单链在复制完成前保持单链结构。SSB与DNA的结合能力在原核生物中表现协同效应，而在真核生物中则不表现协同效应。第67页，共140页，2023年，2月20日，星期一c、DNA拓扑异构酶

天然状态下，DNA以负超螺旋的形式存在，易形成部分单链结构，利于DNA与蛋白质的结合。

在DNA复制过程中形成正超螺旋，拓扑异构酶能够消除解链造成正超螺旋的堆积，消除阻碍解链进行的压力，使复制继续进行。第68页，共140页，2023年，2月20日，星期一（2）、DNA复制的引发

DNA复制时，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3，端开始合成新的DNA链。

后随链的引发过程由引发体来完成，引发体由6种蛋白质n、n,、

n,,、DnaB、C和I共同组成，6种蛋白质合在一起形成引发前体，引发前体与引发酶进一步组装成引发体才能发挥其功效。第69页，共140页，2023年，2月20日，星期一

引发酶是dnaG基因的产物，是在特定条件下发挥作用的RNA聚合酶，仅用于合成DNA复制所需的一小段RNA。DNA聚合酶Ⅲ在RNA引物的3'末端继续合成DNA链，直至下一个引物或冈崎片段。由RNaseH降解RNA引物并由DNA聚合酶Ⅰ将缺口补齐，再由DNA连接酶将两个冈崎片段连接在一起形成大分子DNA。第70页，共140页，2023年，2月20日，星期一起始过程：a、大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp重复序列结合；b、在HU蛋白和ATP的共同作用下，DnaA蛋白使13bp序列变性，形成单链；C、

DnaB（解链酶）六体分别与单链DNA结合（需要DnaC

的帮助），进一步解开DNA双链；d、

DnaG(引发酶)进入，合成引物。其它蛋白：SSB，DNA聚合酶作用。第71页，共140页，2023年，2月20日，星期一两股新合成链都是按5’~3’方向合成。（3）冈崎片段与半不连续复制第72页，共140页，2023年，2月20日，星期一前导链（leadingstrand）：随着亲本双链体的解开而连续进行复制的链，称为前导链；后随链（laggingstrand）：一段亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向、按照5’

→3’方向合成一系列短DNA片段，然后再将它们连接成完整的链，称为后随链。后随链不连续合成形成的短DNA片段，称为冈崎片段（Okazakifragment）。第73页，共140页，2023年，2月20日，星期一冈崎片段的连接DNAPolI，ligase第74页，共140页，2023年，2月20日，星期一(4)、DNA复制的终止大肠杆菌DNA复制的终止

当复制叉遇到约22个碱基的重复性终止子序列（Ter)时，Tus-Ter复合物能使DnaB不再将DNA解链，阻挡复制叉的继续前移，等到相反方向的复制叉达到后停止复制。第75页，共140页，2023年，2月20日，星期一

停止复制后，其间仍有50~100bp未被复制，由修复方式填补空缺，然后两条链解开。

在拓扑异构酶Ⅳ的作用下使复制叉解体，释放子链DNA。第76页，共140页，2023年，2月20日，星期一（5）、DNA聚合酶DNA聚合酶Iklenow片段（2/3的C端）DNA聚合酶活性3’-5’核酸外切酶活性N端：5’-3’核酸外切酶活性切除嘧啶二聚体除去RNA引物第77页，共140页，2023年，2月20日，星期一

DNA聚合酶II（DNAPolymeraseII,PolII）具DNA聚合酶活性，但活力很低；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它的主要生理功能是修复DNA。DNA聚合酶III（DNAPolymeraseIII,PolIII）具DNA聚合酶活性，活力较强；具3’-5’核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。第78页，共140页，2023年，2月20日，星期一

DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ分别由dinB和umuD‘2C基因编码，主要在SOS修复过程中发挥作用。第79页，共140页，2023年，2月20日，星期一大肠杆菌DNA聚合酶I、II和III的性质比较性质聚合酶I聚合酶II聚合酶III3’-5’

外切＋＋＋5’-3’外切＋——新生链合成——＋生物学活性10.0515第80页，共140页，2023年，2月20日，星期一

含多个复制原点，即含多个复制子。一般为双向移动

各个复制子在完全完成复制之前，起始点上DNA的复制不能再开始。复制特点：2、真核生物DNA的复制第81页，共140页，2023年，2月20日，星期一

真核生物的复制子相对较小，其长度为40~100kb。

自主性复制序列（autonomousreplicationsequence,ARS）：真核生物DNA的复制起始位点。ARS的共同特征：具有一个A区，该区含有11个A-T碱基对的保守序列。

真核生物DNA复制的起始需要起始点识别复合物（originrecognitioncomplex,ORC)结合于ARS，ORC是由6种蛋白质组成的启动复合物。第82页，共140页，2023年，2月20日，星期一

复制原点的平均距离（复制子平均大小）同一基因组内的差异很大。Yeast/fly:40kb;animal:～100kb

复制平均速度：～2,000bp/min(对比E.coli:50,000bp/min)，还不到大肠肝菌的1/20。

在任意时刻，通常只有少数（<15%）复制子工作只有一部分用于起始复制，另有一部分有时使用。

复制子的长度不是固定不变的。第83页，共140页，2023年，2月20日，星期一真核生物DNA聚合酶的比较性质DNA聚合酶αDNA聚合酶βDNA聚合酶γDNA聚合酶δDNA聚合酶ε亚基数4122～3≥1在细胞内分布核内核内线粒体核内核内功能DNA引物合成损伤修复线粒体DNA复制主要DNA复制酶复制修复(补齐缺口)3’-5’

外切——＋＋＋5’-3’外切—————第84页，共140页，2023年，2月20日，星期一真核生物DNA的复制：聚合酶α复合体在复制叉上存在聚合酶δ复合体聚合酶δ和ε复合体与延伸前导链延伸冈崎片段第85页，共140页，2023年，2月20日，星期一冈崎片段RNA引物的去除RNA酶H1在靠近RNA与DNA连接处切开引物具有5’-3’外切酶活性的FEN1蛋白降解RNA片段DNA连接酶Ⅰ将相邻的冈崎片段连接起来第86页，共140页，2023年，2月20日，星期一防止染色体部分缺失的机制端粒结构端粒酶

如端粒酶具有反转录酶活性，能利用自身携带的RNA链作为模板，以dNTP为原料，以反转录方式催化合成模板后随链5'端DNA片段或外加重复单位，以维持端粒一定的长度，防止染色体的缺失损伤。第87页，共140页，2023年，2月20日，星期一3、DNA复制的调控

在不同养分条件的培养基中培养的E.coli，其分裂周期变化极大，可在20min～10h之间变化；但DNA的复制周期总是稳定在40min左右。DNA复制数量的不同主要是由复制叉的多少决定的。复制叉的多少又是由复制起始的频率决定的。复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和RNA。E.coli细胞分裂周期与DNA复制的协调（1）原核生物DNA复制的调控第88页，共140页，2023年，2月20日，星期一（2）真核生物DNA复制的调控S

期：以第一个复制子激活复制起始为标志。

细胞生活周期水平的调控（限制点调控）一些外部因素和细胞因子参与限制点控制。第89页，共140页，2023年，2月20日，星期一

染色体水平的调控

在任意时刻，通常只有少数（<15%）复制子工作，这种合成的先后顺序，是由什么来决定的呢？

复制子水平的调控

决定复制的起始与否，包括复制起始复合物的合成和引物合成等阶段。第90页，共140页，2023年，2月20日，星期一小

结1、DNA复制的概貌—半保留复制2、复制的起点、方向和速度3、DNA复制的几种方式线性DNA双链的复制环状DNA双链4、原核生物DNA的复制5、真核生物DNA的复制6、DNA复制的调控第91页，共140页，2023年，2月20日，星期一第四节DNA的修复一、错配修复（甲基指导的错配修复）

错配修复是按模板的遗传信息来修复错配碱基的，修复时先要区分模板链和复制链。这是通过碱基的甲基化来实现的。

Dam甲基化酶能使位于5’GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化，半甲基化DNA是识别模板链和新合成链的基础。第92页，共140页，2023年，2月20日，星期一发现碱基错配在水解ATP的作用下，MutS，MutL与碱基错配位点的DNA双链结合Muts-MutL在DNA双链上移动，发现甲基化后由MutH切开非甲基化的子链第93页，共140页，2023年，2月20日，星期一错配碱基位于切口3’下游端错配碱基位于切口5’上游端第94页，共140页，2023年，2月20日，星期一二、切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复B-磷酸糖苷键N-β-糖苷键AP位点糖苷水解酶DNA切割酶第95页，共140页，2023年，2月20日，星期一碱基切除修复一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，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96页，共140页，2023年，2月20日，星期一胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶第97页，共140页，2023年，2月20日，星期一如果复制发生就会产生一个突变第98页，共140页，2023年，2月20日，星期一糖苷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99页，共140页，2023年，2月20日，星期一由AP磷酸内切酶将受损核甘酸的糖苷-磷酸键切开第100页，共140页，2023年，2月20日，星期一利用DNA聚合酶I切除损伤部位，补上核苷酸第101页，共140页，2023年，2月20日，星期一核苷酸切除修复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102页，共140页，2023年，2月20日，星期一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103页，共140页，2023年，2月20日，星期一三、重组修复

机体细胞对在起始复制时尚未修复的DNA损伤部位可以先复制再修复。

原理：先从同源DNA母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口，然后再用新合成的序列补上母链缺口。第104页，共140页，2023年，2月20日，星期一在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。四、DNA的直接修复(directrepair)第105页，共140页，2023年，2月20日，星期一五、SOS反应SOS反应是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。

主要包括：（1）DNA的修复；（2）产生变异。第106页，共140页，2023年，2月20日，星期一第五节DNA的转座1983年诺贝尔生理和医学奖

BarbaraMcClintock

（1902—1992）第107页，共140页，2023年，2月20日，星期一

DNA的转座：又称移位（transposition)，是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。转座子（transposon）：存在于染色体DNA上，可自主复制和移位的基本单位。第108页，共140页，2023年，2月20日，星期一1、插入序列(IS因子)

插入序列（insertionsequence，IS）是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，是细菌染色体和质粒DNA的正常组成部分。命名：IS+鉴定类型；插入特定序列：λ:IS1，表示插入λ的IS1元件。一、转座子的分类和结构第109页，共140页，2023年，2月20日，星期一IS的一般结构长度较小(约1kb);具有编码自身移动的酶--转座酶（transposase）；含一对反向末端重复序列（invertedterminalrepeats）。在靶位点产生一正向重复序列。第110页，共140页，2023年，2月20日，星期一2、复合型转座子

除含有转座所需的酶外，还编码其它基因（eg.抗药基因）的转座子。复合转座子具有IS模块。基本结构：其它基因位于中央区；两侧各连接一由IS模块组成的“臂”；两个IS序列相同或高度同源。命名：Tn+数字第111页，共140页，2023年，2月20日，星期一3、TnA家族转座子TnA：复合转座子，较大（～5kb），无IS类型元件。两端有38bp的反向重复序列（IR）；转座后产生5bp正向重复序列。与转座相关的酶：转座酶（transposase），由tnpA编码，；解离酶（resolvase），由tnpR编码。第112页，共140页，2023年，2月20日，星期一TnA转座子家族的结构基因：tnpA：转座酶，tnpR：解离酶，ampR：β内酰氨酶末端LR(反向重复序列）序列；res位点：TnpR的特异拆分位点。第113页，共140页，2023年，2月20日，星期一二、转座的类型1、复制型转座：

转入新位点的是原先元件的拷贝，即转座子作为可移动的元件被复制。第114页，共140页，2023年，2月20日，星期一2、非复制型转座：

座子作为一个物理实体从供体的一个位点转移到受体的一个位点；这种方式会在供体分子处留下一个裂口。第115页，共140页，2023年，2月20日，星期一

转座子插入一新位点时，在其两侧产生一对正向重复序列（directrepeats）

靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的DNA黏性未端。三、转座作用的机制第116页，共140页，2023年，2月20日，星期一五、转座子的遗传效应1、引起插入突变2、插入位点出现新基因3、引起染色体畸变----转座促进重排：4、引起生物进化第117页，共140页，2023年，2月20日，星期一转座促进重排：转座事件本身导致序列删除、反转或者移动到新的位点；两个邻近的转座子正向重复拷贝之间重组造成之间的DNA删除。第118页，共140页，2023年，2月20日，星期一

两个邻近的转座子

反向重复拷贝之间重组造成之间的DNA的反转。第119页，共140页，2023年，2月20日，星期一六、真核生物的转座子玉米的控制因子（controllingelement）：没有固定的染色体定位；自主因子（autonomouselement）：具有自主剪接和转座能力，可持续移动，造成的结果不稳定。非自主因子（nonautonomouselement）：不能自发转座，只有在基因组中存在同一家族的自主元件时，才能发生转座而变得不稳定。第120页，共140页，2023年，2月20日，星期一自主元件和非自主元件在功能上的关系第121页，共140页，2023年，2月20日，星期一Ac与Ds的结构和二者的关系第122页，共140页，2023年，2月20日，星期一

控制元件位点的断裂，可能造成杂合子表型的改变。第123页，共140页，2023年，2月20日，星期一果蝇中的转座子第124页，共140页，2023年，2月20日，星期一

第三个内含子的切除是发生转座所必需的。

在体细胞中存在与P转座子外显子3特异性结合的蛋白，与外显子3结合后妨碍了内含子3的剪切，因此P转座子编码的是转座阻遏蛋白，抑制转座的发生。

母体的体细胞能够产生转座阻遏物，抑制转座。第125页，共140页，2023年，2月20日，星期一第126页，共140页，2023年，2月20日，星期一

杂交类型是否能引起不育，主要看细胞质类型是否生成阻遏蛋白，也就是看雌性配子中是否存在P转座子。第127页，共140页，2023年，2月20日，星期一小

结一、转座子的分类和结构简单转座子复合转座子TnA家族转座子二、转座的类型复制型转座非复制型转座三、转座子的遗传效应四、真核生物的转座子玉米中的控制因子

自主性因子非自主性因子果蝇中的P转座子第128页，共140页，2023年，2月2