染色体与生物

关于染色体与生物1第1页，课件共133页，创作于2023年2月2第一节染色体一、概述

不同的生物染色体的数目不同，每条染色体所携带的基因数量也不同。人有23对染色体，每条染色体的形态如图每条染色体的长度与基因数量如表2-1第2页，课件共133页，创作于2023年2月3二、真核生物染色体的组成

组蛋白蛋白质

非组蛋白

种类：H1、H2A、H2B、H3、H4特性：1.进化上的极端保守性

2.无组织特异性

3.肽链上氨基酸分布的不对称性

4.组蛋白的修饰作用

5.富含赖氨酸的组蛋白H51.HMG蛋白2.DNA结合蛋白3.A24非组蛋白第3页，课件共133页，创作于2023年2月4

DNA核酸

RNA不重复序列中重复序列高重复序列

卫星DNAC值：指生物基因组DNA总量。C值单位：质量（pg）长度（bp）C值矛盾：第4页，课件共133页，创作于2023年2月5核小体染色质与核小体第5页，课件共133页，创作于2023年2月6真核生物：DNA分子多层次压缩包装第6页，课件共133页，创作于2023年2月7第7页，课件共133页，创作于2023年2月8基本概念

基因：是指贮存RNA序列信息和有功能的蛋白质多链序列信息，以及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。它是核酸（DNA、RNA）分子中贮存遗传信息的遗传单位第8页，课件共133页，创作于2023年2月9

结构基因（编码序列）基因组成调控序列（侧翼序列）

mRNA—蛋白质表达产物tRNArRNAsnRNA第9页，课件共133页，创作于2023年2月10

基因组:是细胞或生物体中一套完整的遗传物质。原核生物：整个染色体核基因组：22条常染色体，X／Y性染色体

人线粒体基因组：胞浆线粒体上的遗传物质第10页，课件共133页，创作于2023年2月11基因的基本结构

第11页，课件共133页，创作于2023年2月12⑴编码序列⑵非编码序列⑶外显子⑷内含子⑸启动子⑹转录起始位点⑺终止子第12页，课件共133页，创作于2023年2月13外显子：外显子是编码序列，在mRNA成熟过程中切去内含子后拼接成完整的序列，成为成熟的mRNA指导蛋白质的生物合成。内含子：内含子是非编码序列，在mRNA的成熟过程中被剪切，对外显子的正常表达可能具有调节作用。第13页，课件共133页，创作于2023年2月14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③大量非编码序列，占90%④转录产物为单顺反子⑤真核基因是断裂基因⑥顺式作用元件：启动子、增强子、沉默子⑦DNA多态性⑧具有端粒结构第14页，课件共133页，创作于2023年2月15基因组第15页，课件共133页，创作于2023年2月16多顺反子mRNA：第16页，课件共133页，创作于2023年2月17什么是多顺反子mRNA分子?

一个mRNA分子带有几种蛋白质的遗传信息。利用共同的启动子和终止信号，转录的mRNA分子可以编码几种不同的、但多为功能相关的蛋白质。第17页，课件共133页，创作于2023年2月18断裂基因意义：1.增加遗传信息的储存量

2.有利于生物的变异与进化第18页，课件共133页，创作于2023年2月19DNA多态性：同一物种不同个体之间的基因产物大多数一致，但不同个体之间存在遗传差异，这种遗传差异可以孟德尔遗传方式遗传,这种差异称为DNA多态性

。物质基础是DNA碱基序列的差异。第19页，课件共133页，创作于2023年2月20

（一）限制性片段长度多态性

用限制性内切核酸酶切割不同来源的DNA，可以得到不同长度的DNA片段，称为限制性片段

第20页，课件共133页，创作于2023年2月21用特别的探针与这些DNA片段杂交时，发现同一物种不同个体的DNA的探针杂交信号有所不同，形成限制性片段长度多态性(RFLP)

RFLP的形成：1.SNP存在于限制性酶切位点之内2.串联重复序列多态性导致酶切片段长度改变3.因插入、缺失和重组等基因突变而产生意义：通过分析RFLP可以筛选基因突变，诊断遗传病。

第21页，课件共133页，创作于2023年2月22RFLP用于亲子关系确认，电泳图谱中左侧：母亲中间：儿子右侧：父亲（？）第22页，课件共133页，创作于2023年2月23×MstⅡ酶切位点(GCTNAGG)5´3´正常基因5´3´突变基因1.15kb1.35kb镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析第23页，课件共133页，创作于2023年2月24+﹣0.2kb1.15kb1.35kb正常人突变携带着患者镰状红细胞贫血患者基因组的限制性酶切分析第24页，课件共133页，创作于2023年2月25RLFP分析法第25页，课件共133页，创作于2023年2月26（二）串联重复序列多态性

是由DNA所含重复序列数目发生变异而产生的DNA多态性1.串联重复序列：2-171bp2.可变数目串联重复序列（VNTR）：小卫星DNA

微卫星DNA第26页，课件共133页，创作于2023年2月27（三）单核苷酸多态性（SNP）主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所产生的DNA多态性。如：AAGGCTAATGGCTA变异的四种形式:

三种颠换C←→A（G←→T）

C←→G（G←→C）

T←→A（A←→T）一种转换：C←→T（G←→A）转换的频率是颠换的3倍，因此转换是SNP发生的主要原因第27页，课件共133页，创作于2023年2月28

是人类可遗传的变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%以上。SNP在人类基因组中广泛存在，平均每300bp中就有1个，估计其总数可达300万个甚至更多。第28页，课件共133页，创作于2023年2月29特点：1.多态性只涉及到单个核苷酸的变异

2.编码序列或非编码序列内均可出现

意义：

SNP有助于解释个体的表型差异，包括对各种药物的耐受性差异、对环境因子的反应差异以及对疾病的易感性差异。SNP已成为研究基因组多样性、定位疾病相关基因的新手段。第29页，课件共133页，创作于2023年2月30（四）DNA多态性的产生

1.错配、插入、缺失、重组产生RFLP

2.扩增、重组产生VNTR

3.单核苷酸错配、插入、缺失产生SNP（五）DNA多态性的意义

研究物种进化、家族遗传关系分析、亲子鉴定、个体鉴定、揭示多基因疾病的病因、疾病易感性分析、药物敏感性分析等。第30页，课件共133页，创作于2023年2月3153355335+5333355第31页，课件共133页，创作于2023年2月32第32页，课件共133页，创作于2023年2月33

端粒

概念：指真核生物染色体线性DNA分子末端的重复DNA序列和蛋白质组成的特殊结构结构：是由末端单链DNA序列和蛋白质构成

端粒DNA：是非编码的重复序列，因物种而异，一般为：TTGGGG

人类重复单位：TTAGGG

可重复几十到几千次端粒蛋白质：与端粒结合，维持端粒的长度。TTTTGGGGTTTTGGGG…第33页，课件共133页，创作于2023年2月34功能：

1.维持染色体的稳定性

2.维持DNA复制的完整性第34页，课件共133页，创作于2023年2月35原核生物基因组的结构特点：①结构简练②存在转录单位③重叠基因第35页，课件共133页，创作于2023年2月36第36页，课件共133页，创作于2023年2月37多顺反子mRNA：第37页，课件共133页，创作于2023年2月38重叠基因：第38页，课件共133页，创作于2023年2月39

核酸的组成核酸→核苷酸→

核苷→磷酸

碱基戊糖

嘌呤嘧啶→→

核糖脱氧核糖第二节DNA的结构第39页，课件共133页，创作于2023年2月405磷酸基末端3羟基末端3,5-磷酸二酯键一、DNA的一级结构第40页，课件共133页，创作于2023年2月415´

pGpCpApTpT-OH

3´5´GCATT3´OH5´3´PPPPPGCATTGCATT核酸的表示简式第41页，课件共133页，创作于2023年2月42二、DNA的二级结构—双螺旋结构第42页，课件共133页，创作于2023年2月43DNA双螺旋结构特点反向平行，右手螺旋碱基在螺旋内侧，磷酸核糖的骨架在外侧直径2nm，螺距3.4nm，10碱基对/圈A=T，G≡C稳定双螺旋因素：氢键（横向）碱基堆砌力（纵向）第43页，课件共133页，创作于2023年2月44

第44页，课件共133页，创作于2023年2月45三、DNA高级结构DNA在二级结构基础上双螺旋进一步扭曲或盘绕形成更加复杂的超螺旋结构第45页，课件共133页，创作于2023年2月46真核生物：DNA分子多层次压缩包装第46页，课件共133页，创作于2023年2月47复制：是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA第三节DNA复制第47页，课件共133页，创作于2023年2月481.复制的方式：半保留复制概念：DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在DNA聚合酶作用下，按碱基互补的原则合成与其互补的新链，以组成新的DNA分子。这样新形成的两个DNA分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。其中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链完全是新合成的，故称为半保留复制。一、DNA复制的基本特征第48页，课件共133页，创作于2023年2月49AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA复制过程中形成的复制叉子代DNA第49页，课件共133页，创作于2023年2月50DNA半保留复制的证据

第50页，课件共133页，创作于2023年2月51按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。第51页，课件共133页，创作于2023年2月52DNA复制时，DNA从起始点(ori)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。2.复制方向-双向复制第52页，课件共133页，创作于2023年2月53第53页，课件共133页，创作于2023年2月543.复制特点-半不连续复制3535解链方向3´5´3´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)第54页，课件共133页，创作于2023年2月55顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为岡崎片段。

领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。

第55页，课件共133页，创作于2023年2月564.复制起始点和终点复制起始点：复制子中控制复制起始的特定位点复制终点：终止复制的特定位点复制子：基因组中能独立进行复制的单位（复制泡、复制叉）原核生物只有一个起始点和一个终点，故为单一复制子真核生物含有多个起始点，故有多个复制子第56页，课件共133页，创作于2023年2月57第57页，课件共133页，创作于2023年2月585’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制子3’第58页，课件共133页，创作于2023年2月595.复制的高保真性DNA复制的高保真性要依赖三种机制

1.严格遵守碱基配对规律

2.DNA聚合酶对碱基具有选择功能

3.复制出错时，DNA聚合酶具有及时校读功能第59页，课件共133页，创作于2023年2月60二、DNA复制的几种主要方式1.线性DNA复制2.环状DNA复制

θ型复制滚环型复制D-环形复制第60页，课件共133页，创作于2023年2月61θ型复制

第61页，课件共133页，创作于2023年2月62

滚环复制第62页，课件共133页，创作于2023年2月63

D环复制第63页，课件共133页，创作于2023年2月643-OH5-P55533335'滚环复制5'5335第64页，课件共133页，创作于2023年2月65dNTPDNA-polγ

D环复制(D-loopreplication)是线粒体DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的复制形式。

第65页，课件共133页，创作于2023年2月66

一、原核生物DNA复制的特点参与DNA复制的物质底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合其他的酶和蛋白质因子第四节原核生物和真核生物DNA复制特点第66页，课件共133页，创作于2023年2月67（一）参与DNA复制的主要酶类解旋、解链酶类

DNA解链酶

DNA拓扑异构酶单链DNA结合蛋白（SSB）引物酶DNA聚合酶(DNApol)DNA连接酶第67页，课件共133页，创作于2023年2月681.解旋、解链酶类

DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。多种酶和辅助蛋白质因子的协同作用，共同解开、理顺DNA双链，并维持DNA分子在一段时间内处于单链状态。

第68页，课件共133页，创作于2023年2月69DNA解链酶（DNAhelicase）复制前，需要解链酶在ori部位解开双链碱基对之间的氢键形成两股单链，解链过程需要DnaA、DnaB、DnaC等多种解链蛋白参与。解链酶即为DnaB蛋白。第69页，课件共133页，创作于2023年2月70108局部解链后复制过程正超螺旋的形成：第70页，课件共133页，创作于2023年2月71第71页，课件共133页，创作于2023年2月72DNA拓扑异构酶（DNAtopoisomerase）拓扑异构酶作用特点：既能水解、又能连接磷酸二酯键分类：拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶Ⅱ第72页，课件共133页，创作于2023年2月73作用机制：

拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。第73页，课件共133页，创作于2023年2月74单链DNA结合蛋白（singlestrandedDNA

bindingprotein,SSB）在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整在复制中SSB不是沿着复制方向移动，而是不断脱离，又不断与新解开的单链结合。第74页，课件共133页，创作于2023年2月752.引物酶（primase）复制起始时催化生成RNA引物的酶引物酶由dnaG基因编码，故引物酶又称DnaG蛋白。在DnaB、DnaC等蛋白因子参与下辨认并结合于复制起始点上，进而结合引物酶形成引发体（primosome）。第75页，课件共133页，创作于2023年2月763.DNA聚合酶(DNApolymerase,DNApol)全称：依赖DNA的DNA聚合酶

(DNA-dependentDNApolymeraseDDDP)简称：DNA-pol活性：

1.53

的聚合活性

2.核酸外切酶活性：

35外切酶活性

53外切酶活性第76页，课件共133页，创作于2023年2月77原核生物的DNA聚合酶

DNA-polⅠ

DNA-polⅡ

DNA-polⅢ第77页，课件共133页，创作于2023年2月78DNA-polⅠ

（109kD）功能：对复制中的错误进行校读，切除引物填补空隙，切除并修复损伤DNA

，在体外还可以进行缺口平移。

活性：

1.53

的聚合活性

2.核酸外切酶活性：

35外切酶活性

53外切酶活性第78页，课件共133页，创作于2023年2月79DNA-polⅡ（120kD）具有5′→3′聚合酶活性具有3′→5′外切酶活性DNAPolII基因发生突变时,细菌依然能存活。参与DNA损伤的特殊修复作用第79页，课件共133页，创作于2023年2月80DNApolIII

(250kD)功能

1.具有高活性的5′→3′聚合酶作用，是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

2.3′→5′外切酶活性,能切除错配的碱基，具有校读功能。第80页，课件共133页，创作于2023年2月81E．coli三种DNA聚合酶的比较DNAPolIDNAPolIIDNAPolIII

5′→3′聚合酶活性

+++3′→5′核酸外切酶活性

+++5′→3′核酸外切酶活性

+--功能切除引物，填补空缺，校读作用，DNA损伤修复。特殊的DNA损伤修复主要复制酶，校读作用第81页，课件共133页，创作于2023年2月824.DNA连接酶(DNAligase)

DNA连接酶的作用方式连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。

作用于双链DNA分子一条链上的缺口，不能连接两分子单链DNA。

第82页，课件共133页，创作于2023年2月83HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’DNA连接酶的作用：第83页，课件共133页，创作于2023年2月84（二）DNA复制的过程DNA复制过程大致可以分为复制的起始，延长与终止三个阶段。第84页，课件共133页，创作于2023年2月851.复制的起始需要解决两个问题：

1.DNA双链解开为复制叉

2.形成引发体并合成RNA引物，提供3-OH末端第85页，课件共133页，创作于2023年2月86E.coli复制起始点oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串联重复序列

反向重复序列53531.DNA解链第86页，课件共133页，创作于2023年2月87E.Coli复制起始点oriC的结构第87页，课件共133页，创作于2023年2月88DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB35352.引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。第88页，课件共133页，创作于2023年2月893535引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。引物3'HO5'引物酶第89页，课件共133页，创作于2023年2月90需拓扑异构酶不断地进行切断、旋转和再连结作用而消除解链酶产生的拓扑张力。单链结合蛋白（SSB）稳定单链DNA并防止恢复双链。第90页，课件共133页，创作于2023年2月912.复制的延长在RNA引物的3′-OH上，DNApolIII催化四种dNTP，分别以DNA的两条链为模板，由5′→3′方向聚合生成DNA互补链。双向复制：即一个复制起始点解开后形成两个复制叉，同时向两个方向行进。第91页，课件共133页，创作于2023年2月92延长第92页，课件共133页，创作于2023年2月933.复制的终止原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。oriter

E.coli8232oriterSV40500第93页，课件共133页，创作于2023年2月94（二）真核生物DNA复制真核生物与原核生物DNA复制相似，复制速度慢，冈崎片段短，有核小体的解聚和形成第94页，课件共133页，创作于2023年2月95DNA聚合酶αβγδε第95页，课件共133页，创作于2023年2月96DNA复制的调控原核生物真核生物第96页，课件共133页，创作于2023年2月97第五节DNA损伤与修复一、DNA损伤是指DNA的碱基序列发生了可传递给子代细胞的永久性改变，这种变化通常导致一个基因产物的功能的改变或丧失。

第97页，课件共133页，创作于2023年2月98

遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。染色体突变基因突变第98页，课件共133页，创作于2023年2月99（一）损伤类型⑴错配(点突变)指一个碱基对被另一个碱基对所取代

类型：

转换是两种嘧啶之间的互换，或两种嘌呤之间的互换。颠换是嘌呤与嘧啶之间的互换第99页，课件共133页，创作于2023年2月100点突变结果：

1.同义（沉默）突变：

CTACTG

亮氨酸

2.错义突变：

TTCTTA苯丙氨酸亮氨酸

3.无义突变：

TGCTGA半胱氨酸

终止第100页，课件共133页，创作于2023年2月101⑵插入和缺失碱基插入或缺失都可能导致移码突变(突变点以后的遗传密码全部发生改变)。如果插入或缺失3n个核苷酸会不会引起移码突变？第101页，课件共133页，创作于2023年2月102第102页，课件共133页，创作于2023年2月103⑶DNA重排是指基因组DNA发生较大片段的交换，但不涉及遗传物质的丢失与获得。重排可发生在DNA分子内部，也可发生在DNA分子之间。

如抗体多样性就是DNA重排的结果。第103页，课件共133页，创作于2023年2月104第104页，课件共133页，创作于2023年2月105第105页，课件共133页，创作于2023年2月106⑷共价交联如同一条DNA链上的相邻胸腺嘧啶受紫外线照射发生共价交联，形成二聚体

第106页，课件共133页，创作于2023年2月107（二）损伤因素

1.复制错误

2.自发性损伤

3.物理因素:紫外线各种射线

第107页，课件共133页，创作于2023年2月108第108页，课件共133页，创作于2023年2月109

4.化学因素：

碱基类似物：5-溴尿嘧啶、氨基嘌呤碱基修饰剂：亚硝酸盐、羟胺

烷化剂：环磷酰胺、苯丁酸氮芥染料和芳香烃类化合物

5.生物因素：抗生素、黄曲霉素和病毒

6.氧化作用导致碱基损伤第109页，课件共133页，创作于2023年2月110（三）损伤意义

1.突变是生物进化的分子基础⒉突变导致死亡⒊突变是某些疾病的分子基础第110页，课件共133页，创作于2023年2月111二、DNA的修复

修复：是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。第111页，课件共133页，创作于2023年2月112修复方式：（一）错配修复（二）切除修复（三）重组修复（四）直接修复（五）SOS反应

第112页，课件共133页，创作于2023年2月113

模板识别（一）错配修复第113页，课件共133页，创作于2023年2月114错配扫描第114页，课件共133页，创作于2023年2月115

错配修复第115页，课件共133页，创作于2023年2月116（二）切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复第116页，课件共133页，创作于2023年2月117

碱基切除修复第117页，课件共133页，创作于2023年2月118UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP核苷酸切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。DNA连接酶ATP第118页，课件共133页，创作于2023年2月119

核苷酸切除修复第119页，课件共133页，创作于2023年2月120RecADNApol切除修复57/62（三）重组修复第120页，课件共133页，创作于2023年2月121

1.光修复光解酶(photolyase)

UV（四）直接修复第121页，课件共133页，创作于2023年2月1222.烷基化碱基修复O6-甲基鸟嘌呤-DNA鸟嘌呤-DNA甲基转移酶第12