染色体与DNA (Chromosome and DNA).ppt

Chapter 1 Chromosome and DNA 第一节 概述 一、染色体与DNA的关系 1、染色体的发现： 1848年，Hofmeister 在鸭跖草的小孢子 母细胞中发现染色体 2 、遗传的染色体学说： 1902 W. Sutton (美) & T. Boveri(德) 基因是染色体的一部分 3、染色体学说的直接证据 布里吉斯（Bridges, C） 发现X染色体的不分离现象 将基因定位在X染色体上 4、 生物的遗传物质是DNA 1944 Avery：肺炎双球菌转化实验 1952 Hershey和Chase：噬菌体侵染细菌实验 小结： 染色体是遗传物质DNA 的载体 ，基因是产生 一条多肽链或功能性RNA的DNA序列 二、原核生物染色体与真核生物染色体 （一）原核细胞与真核细胞的区别（自学 ） 原核生物没有真正的细胞核。遗传物质虽然相 对集中，但是没有核膜。 Prokaryotic cellEukaryotic cell （二）原核生物的染色体Prokaryotic chromosome 特征： （1）只有一条 （2）没有典型的染色体结构 （三）真核生物的染色质与染色体 （Eukaryotic chromatin and chromosome） 人类染色体 1、染色质（chromatin） 指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白组 成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在 的形式。 2、染色体(chromosome): 指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。 3、二者关系 （1）染色质与染色体具有基本相同的化学组 成，但包装程度不同, 构象不同。 （2） 染色质与染色体是在细胞周期不同的功 能阶段可以相互转变的的形态结构 三、染色体的化学组成 DNA / protein（蛋白质） （一）原核生物染色体的蛋白质 DNA结合蛋白 (DNA-binding proteins)- histone-like protein：压缩DNA 稳定和限制超螺旋结构 Protein HU ：含量最丰富 碱性二聚体（dimeric） 带正电荷（positive) Protein H-NS (H1) ：单聚体monomeric 中性neutral （二）真核生物染色体的蛋白质 Non-histone（非组蛋白） Histone （组蛋白） 1、组蛋白的种类： H2A / H2B / H3 / H4：1020 kDa H1：23 kDa （H5-鸟类、鱼类、两栖类红细胞染色体） protein 2、组蛋白的主要特点： （1）碱性蛋白（20-30% Lys / Arg ） （2）肽链上氨基酸分布的不对称性 （3）无组织特异性 （4）进化上极端保守（Highly conserved） （5）组蛋白的修饰作用 第二节 DNA 一、DNA的结构（P32） （一）一级结构：脱氧核苷酸分子间连接方 式及排列顺序 DNA一级结构的不均一性 1、重复序列 （1）正向重复 - GCGGC- GCGGC - - CGCCG-CGCCG - （2）反向重复（回文序列） 书 临 汉 字 翰 林 书 画 上 荷 花 和 尚 画 较长的回文结构(单链），可形成茎环结构(发夹结构) 较长的回文结构，可形成十字形结构 2、富含AT的序列 很多有重要调节功能的DNA区段都富含 AT碱基对 如复制起点和转录启动的Pribnow区 （二）二级结构：DNA双螺旋（DNA double helix ） 1、 Watson-Crick双螺旋结构模型（自学） 2、DNA二级结构的多态性 B-formA-formZ-form helical sense right-handright-handleft-hand bp/turn101112 大沟宽宽，深窄，深平坦 小沟窄，深宽宽，浅窄，深 sequence基因组组 DNA RNA-RNA DNA-RNA poly(dG- dC) B-DNA是最常见的DNA构象（Watson-Crick双 螺旋DNA）； A-DNA构象对基因转录有重要意义； Z-DNA可能与基因转录调控有关（左手螺旋） （三）高级结构：超螺旋结构(superhelix 或supercoil) 1、超螺旋： DNA双螺旋链再盘绕即形成的空间结构 （1）正超螺旋(positive supercoil)： 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同 （2）负超螺旋(negative supercoil)： 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反 正超螺旋 负超螺旋 天然DNA分子一般为负超螺旋 负超螺旋DNA更易于局部解链，易于 参加DNA的复制、转录等 2、超螺旋的变化 （1）环状DNA的三种典型构象 A、 松弛环形DNA 线形DNA直接环化 B、 解链环形DNA 线形DNA拧松后再环化 C、 正超螺旋与负超螺旋DNA （2）表示超螺旋变化的公式 L=T+W 连结数（linking number , L） DNA闭环前一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕 的次数 扭转数（twisting number , T） DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示 超螺旋数（缠绕数 , writhing number , W） 3、拓扑异构体（Topological isomer）： 具有不同连接数的相同DNA分子 4、拓扑异构酶（Topoisomerase）： 能够改变DNA连接数从而改变DNA分子超 螺旋水平的酶 （1）拓扑异构酶I （topoisomerase- I ） 作用机制：切开环状一条链，连接数改变1 ， 不需ATP （2）拓扑异构酶 作用机制： 切开环状两条链，连接数改变2 ， 需要ATP 细菌中的拓扑异构酶（促旋酶）：引入负超螺旋 二、核酸的性质 （一）酸碱性质： DNA等电点44.5，RNA 等电点 22.5 带负电荷（琼脂糖凝胶电泳） （二）浮力密度 (buoyant density) 应用 ： （1）密度梯度离心-DNA的纯化 8M CsCl（RNA DNA protein) （2）确定DNA平均GC含量 =1.66+0.09% (G+C) 蛋白质 染色体/线形DNA 超螺旋质粒 CsCl+EB RNA （三）紫外吸收： DNA/RNA：max=260nm protein：max=280nm A260：nucleotides ssDNA /RNA dsDNA 应用： （1） DNA 纯度鉴定 A260 / A280 =1.8，pure dsDNA A260 / A280 =2.0，pure RNA A260 / A280 100 bp average 55 bp Step 2: “Beads on a string” structure Nucleosome Histone H1 Nucleosome repeat: Core + linker DNA 200 bp 核丝 Step 3: 形成螺线管（30nm 纤丝） 螺线管（Solenoid) v直径30nm v left-handed v 6 个核小体/turn 微带（miniband）是染色质的最高水平组构 Step 4:螺线管结合到核骨架/染色体骨架上形 成微带（miniband） 微带盘绕形成染色体 （三）染色体的结构（chromosome structure） 1、有丝分裂期的染色体 2、Centromere（着丝粒） 指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位, 纺锤体附着位点 （1）功能：保证有丝分裂和减数分裂中复制 的染色体平均分配到两个子细胞 （2）着丝粒DNA： 特点：含大量串联的重复序列-卫星DNA 如酵母着丝粒DNA： 88bp富含AT序列+两侧保守区 哺乳动物着丝粒DNA： 长序列+大量的重复序列 3、Telosome（端粒） 是真核生物染色体末端的起保护作用的一种特 殊结构 （1）功能：保持染色体的稳定性 （2）端粒DNA： 特点： A、短重复序列 B、富含GC C、形成特殊的二级结构 （四）真核生物的染色质 1、Euchromatin（常染色质） 间期细胞核中，螺旋化程度小、分散度大、浅染 的染色质 特点：转录活跃 2、 Heterochromatin(异染色质） 间期高度压缩，螺旋化程度高、深染的染色质 特点： A、高度浓缩 B、 转录不活跃 C、在细胞周期中表现为晚复制(晚S期)、早凝缩 （1）组成性异染色质（结构性异染色质） 在整个细胞周期内都处于凝聚状态的染色质 （主要为卫星DNA，构成染色体特殊区域， 如着丝粒） （2）功能性异染色质（兼性异染色质） 指在某些特定的细胞中，或在一定的发育时期和生理 条件下凝聚，