《染色体与DNA》PPT课件.ppt

第二章 染色体与DNA,第一节 染色体 第二节 DNA的结构 第三节 DNA的复制概述 第四节 原核生物和真核生物DNA复制特点 第五节 DNA的修复 第六节 DNA的转座,第五节 DNA的修复,由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上的地位，DNA复制的准确性以及DNA日常保养中的损伤修复有着特别重要的意义。,DNA的损伤与DNA突变 ? 自发性损伤：DNA复制中的错误，碱基自发性化学变化： 物理因素： 紫外线、电离辐射： 化学因素：烷化剂、 碱基类似物,这些因素都可能使DNA的结构及功能发生改变。从而引起生物突变，甚至导致死亡。,引起DNA损伤的类型 ?,碱基脱落、 碱基（或核苷）改变、 错误碱基（碱基的取代）、 碱基的插入或缺失、 链的断裂、链交联（链内、链间）、 嘧啶二聚体等。,DNA修复：是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能； 有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这种DNA的损伤而能继续生存。,大肠杆菌DNA的修复系统,复制过程中出错，细胞通过自身的错配修复系统识别新生链的错误核苷酸并进行校正，从而保证DNA复制的忠实性。,1 错配修复,修复原则：保存母链，修正子链,Dam甲基化酶,错配修复,甲基化紧随在DNA复制之后（数分钟）进行 一旦发现错配碱基，即将未甲基化链切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化的链为模板进行修复。,原核细胞内存在Dam甲基化酶，能使位于5GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。 DNA分子上平均每2kb左右有一GATC。,母链甲基化原则,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，沿两个方向移动，形成DNA环，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链,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,错配碱基位于切口3下游端,1 错配修复 2 切除修复（碱基、核甘酸） 3 重组修复 4 DNA直接修复 5 SOS系统,第五节 DNA的修复,2.1 碱基切除修复,脱酰胺: 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。,如果复制发生就会产生一个突变,脱嘌呤,修复-碱基切除,糖苷水解酶 能特异切除受损核苷酸上的N-糖苷键，形成去嘌呤或去嘧啶位点（ AP位点）。 DNA分子中一旦产生了AP位点，AP内切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开，移去AP位点附近小片段DNA，并由DNA聚合酶I和DNA连接酶共同完成修复。,2.2 核苷酸切除修复,当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA恢复正常结构的过程。,损伤发生后，首先由DNA切割酶在已损伤的核苷酸5和3位分别切开磷酸糖苷键，产生并移去DNA小片段， 然后由DNA聚合酶合成新片段，并由DNA连接酶完成修复中的最后步骤。,修复-核苷酸切除,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,1 错配修复 2 切除修复（碱基、核甘酸） 3 重组修复 4 DNA直接修复 5 SOS系统,第五节 DNA的修复,3 重组修复（发生在复制后）： 复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除，但在后代逐渐稀释。,DNA重组修复方式,1 错配修复 2 切除修复（碱基、核甘酸） 3 重组修复 4 DNA直接修复 5 SOS系统,第五节 DNA的修复,4 DNA直接修复（direct repair）,生物体内存在多种DNA损伤以后而并不需要切除碱基或核苷酸，这种修复方式称为DNA的直接修复。,DNA受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体,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,DNA紫外线损伤的光复合酶修复,甲基转移酶使O6-甲基鸟嘌呤脱甲基生成鸟嘌呤,1 错配修复 2 切除修复（碱基、核甘酸） 3 重组修复 4 DNA直接修复 5 SOS系统,第五节 DNA的修复,5 SOS修复 SOS修复是指DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式，,修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复，细胞有较高的突变率。,修复过程： 当DNA两条链的损伤邻近时，损伤不能被切除修复或重组修复，这时在核酸内切酶、外切酶的作用下造成损伤处的DNA链空缺， 再由损伤诱导产生的一整套的特殊DNA聚合酶和SOS修复酶类，催化空缺部位DNA的合成， 补上去的核苷酸几乎是随机的，但仍然保持了DNA双链的完整性，使细胞得以生存。,图 SOS修复,SOS反应是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。 对原核生物将会产生高变异，对高等动物则是致癌的。,名词解释： 光复活、重组修复、SOS修复 简答题： 1) 简述错配修复的机制 2) 简述切除修复的机制,Question,与DNA复制有关的物质？ E.coli复制起始区的结构特点? E.coli如何发动复制起始？ DNA复制的引发？,思考？,第二章 染色体与DNA,第一节 染色体 第二节 DNA的结构 第三节 DNA的复制概述 第四节 原核生物和真核生物DNA复制特点 第五节 DNA的修复 第六节 DNA的转座,基本概念： 转座子（transponson,简称Tn）, 又称易位子，是指存在于染色体DNA上可以自主复制和位移的一段DNA序列。 转座子可以在不同复制子之间转移，以非正常重组方式从一个位点插入到另外一个位点，对新位点基因的结构与表达产生多种遗传效应。,第六节 DNA的转座,1951年McClintock-麦克林托克提出转座（Transposition）和跳跃基因(jumping gene)的新概念； 1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）。,Barbara McClintock,(1902-1992),Nobel Prize for Physiology or Medicine 1983,第六节 DNA的转座,1 转座子的类型 2 转座机制 3 转座的遗传学效应 4 真核生物的转座子,转座子的基本结构特点： 1）自身携带有转座酶基因 2）末端有反向重复序列（IR） 3）转座后两端有正向重复序列（DR）,1 转座子的类型,1 转座子的类型,1.1 细菌转座子 1）IS （插入序列, insertion sequences） 特点（1）比较小，0.751.5kb; （2）只有转座酶基因 （3）略长15-25bp两端有反向重复序列;,IR（inverted repeat）,IS,IR,2) Tn （复合转座子, composite transposons） 特点： （1） 2-10kb; （2）两端有两个相同或高度同源IS序列 （3）含转座酶基因 / 抗生素基因,Tn,IS,IS,表 复合转座子的结构和功能,3）TnA （TnA family） 特点： （1）525kb; （2）两端IR（3040bp）相似或相同；两端无IS组件; （3）转座酶基因 / 解离酶基因 / 抗生素基因 （4）Res位点：与共整合体的解离有关,IR,IR,Tn,IS,IS,1.2 真核生物转座子,1）特点： （1）两端有IR， （2）内部有转座酶等基因； 2）举例： 玉米转座子Ac/Ds ，Spm/dSpm ； 果蝇 P因子,第六节 DNA的转座,1 转座子的类型 2 转座机制 3 转座的遗传学效应 4 真核生物的转座子,2.1 转座相关的酶 1）转座酶: （1）识别转座子的两端序列和受体DNA的靶序列 （2）切割使转座子从供体DNA中释放出来 （3）在靶位点上作出交错的切割(类似限制酶) （4）催化一对转酯反应，使转座子3端与靶位点相连 2）解离酶: （1）TnA家族转座必须 （2）催化两个转座子拷贝间的位点特异性重组,2 转座机制,受体靶序列的DNA被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。,转座酶切开靶序列,DNA聚合酶和连接酶填补,2.2 转座过程：,2.3 转座方式,1） 复制型转座 转座是伴随着新拷贝的复制。 两种酶：转座酶和解离酶。 TnA转座子 。 2）非复制型转座 一个位点移到另一位点。 一种酶：转座酶 。 供体中无转座子。 插入序列和复合转座子Tn10及Tn5；,第六节 DNA的转座,1 转座子的类型 2 转座机制 3 转座的遗传学效应 4真核生物的转座子,4 转座作用的遗传学效应,(1) 引起插入突变 各种IS、Tn都可以引起插入突变。如果插入位于某操纵子的前半部分，就可能造成极性突变，导致该操纵子后半部分结构基因表达失活。 (2) 产生新的基因 如果转座子上带有抗药性基因，它一方面造成靶DNA序列上的插入突变，同时也使这个位点产生抗药性。,(3) 产生染色体畸变 当转座子拷贝的插入位点离原位点比较接近时，往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起DNA缺失或倒位。,当重复序列为正向时： 插入区域以环形DNA的方式被剪切，染色体保留一个正向重复序列，另一个则从细胞中丢失。,反向重复序列时： 交互重组的结果，使两个重复序列之间的序列被反向。重复序列自身可以发动进一步的翻转。 组件为反向重复序列的复合转座子，虽然中心区域可通过重组而反转方向，但仍然是稳定的基因组成分。,（4）引起生物进化 由于转座作用，使一些原来在染色体上相距甚远的基因组合到一起，构建成一个操纵子或表达单元，可能产生一些具育新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子。,第六节 DNA的转座,1 转座子的类型 2 转座机制 3 转座的遗传学效应 4 真核生物的转座子,表 一些有代表性的真核转座子的属性,2.1 玉米中的控制因子,2.1.1 麦克林托克的伟大发现 一个“可移动的控制因子”（现在称转座子）Ds，即解离因子（dissociator），插入到C基因（色素）中，使之突变，成无色素。 另一个可移动的控制因子是Ac，称激活因子（activator） Ac能激活Ds转座进入C基因或其它基因，也能使Ds从基因中转出，使突变基因回复，这就是Ac-Ds系统。,2.2.2 玉米中控制因子家族,1)自主性元件： Ac 有自主切离和转座的能力。 2) 非自主性元件：Ds 单独存在是稳定的；不能自发地转座， 当基因组中存在与非自主性元件同家族的自主性元件时，它才具备转座功能，成为与自主性因子相同的转座子，不论这自主元件位于何处。,在Ac-Ds体系中，自主转座子Ac长4 563bp，转录生成3 500bp的单一成熟RNA。 Ac转座子的两翼有11bp的倒转重复序列，其靶DNA位点复制形成8bp正向重复。,已知所有Ds都是Ac转座子的缺失突变体，其两端有完整的转座特征序列。,Ds-Ac系统,各种Ds都是Ac的缺失突变体,Ds9缺失194bp Ds6缺失2.5Kb,非自主性转座子的两端特征序列是完整的，只要细胞内有相应的转座酶活性，它就能恢复转座性能。,Spm-En Spm 和En 自主因子实际上是相同的。末端含有13bp的IR。 含11个外显子接成2.5kb mRNA。编码具有剪切功能TnpA蛋白。 所有的非自主因子（dSpm 是缺陷的Spm），是tnpA 缺失了外显子,总结-转座的特点,1) 不需要序列同源性，也不是位点特异性的 2) 效率较低 3)需要转座子编码的转座酶 4)可发生在同一染色体内或不同染色体之间 5)可以转移到一个新的基因组中的几乎任何部位处，但它们也不能完全随机转移，而是对某些DNA序列有倾向性,转座频率和转座抑制 1）转座频率 不同转座元件的转座频率不同。一般为每代10-3 10-4 次/元件，可能与转位酶的水平有关。 2）转座抑制 DNA甲基化抑制转座子的活动 RNA silencing 抑制转座子的活动,逆转录病毒,反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制，其本质是转座。,反转录转座子（retrotransposon）,反转录转