第二章3 染色体与DNA.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 1 提问 DNA复制为何选择RNA作为引物 大肠杆菌DNA复制起始过程如何 有哪些因子参与 真核生物与原核生物复制的比较 2 起始复制体涉及主要酶系和蛋白质 DnaA DnaB 解旋酶 DnaC Hu DNA拓扑异构酶 SSB DnaG引物酶 DNApol 全酶 DNApolI DNA连接酶等 回顾 3 回顾 4 回顾 5 1 半保留复制方式2 半不连续复制3 DNA螺旋酶 SSBP4 RNA引物 1 复制起点 单 多 2 复制子 大小 多少 3 复制叉移动的速度4 冈崎片段的大小5 端粒和端粒酶6 DNA聚合酶7 引物酶 相同点 不同点 原核生物和真核生物DNA复制的比较 6 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 7 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 8 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 9 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 10 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 11 大肠杆菌DNA的修复系统 12 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 13 错配修复 甲基化紧随在DNA复制之后 数分钟 进行 发现错配碱基时 将未甲基化链切除 以甲基化链为模板进行修复 DNA分子上平均每2kb左右有一GATC 原核细胞内存在Dam甲基化酶 能使位于5 GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化 14 保存母链修正子链 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 15 甲基化指导的错配修复示意图 错配碱基位于切口5 上游端 错配碱基位于切口3 下游端 16 1错配修复2切除修复 碱基 核甘酸 3重组修复4DNA直接修复5SOS系统 第五节DNA的修复 17 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 18 修复 碱基切除 糖苷水解酶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 AP内切酶切除受损片段由DNA聚合酶I和DNA连接酶共同完成修复 19 脱嘌呤 2 2核苷酸切除修复 20 DNA切割酶切割并移去DNA小片段 然后DNA聚合酶合成新片段 DNA连接酶完成修复中的最后步骤 修复 核苷酸切除 21 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 22 1错配修复2切除修复 碱基 核甘酸 3重组修复4DNA直接修复5SOS系统 第五节DNA的修复 23 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 24 DNA重组修复方式 模板上的伤疤始终留着 只能随着重组修复次数 伤疤占的比例 25 1错配修复2切除修复 碱基 核甘酸 3重组修复4DNA直接修复5SOS系统 第五节DNA的修复 26 4DNA直接修复 directrepair 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 27 DNA受到大剂量紫外线照射时 形成二聚体 28 DNA的直接修复 DNA光解酶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 29 1错配修复2切除修复 碱基 核甘酸 3重组修复4DNA直接修复5SOS系统 第五节DNA的修复 30 5SOS修复指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 31 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 32 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 33 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 34 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 35 1951年McClintock 麦克林托克提出转座 Transposition 和跳跃基因 jumpinggene 的新概念 1967年Shapiro才在E coli中发现了转座因子 transposableelement BarbaraMcClintock 1902 1992 NobelPrizeforPhysiologyorMedicine1983 36 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 37 基本结构特点 1 自身携带有转座酶基因2 末端有倒置重复序列 InvertedRepeat IR 3 转座后两端有正向重复序列 DirectRepeat DR 1转座子的类型 38 1转座子的类型 1 1细菌转座子1 IS 插入因子 最简单的转座子特点 比较小 0 75 1 5kb 只有转座酶基因两端有倒置重复序列15 25bp 靶位点正向重复序列 4 15bp IR invertedrepeat IR 39 40 2 Tn 复合转座子 复合型转座子是一类带有某些抗药性基因 或其它宿主基因 的转座子 IS IS 特征 两翼是两个相同或高度同源的IS序列 IS序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子 复合型转座子的转座能力由IS序列决定和调节 41 表复合转座子的结构和功能 42 3 TnA TnAfamily 一类无IS序列 体积庞大的的转座子 5000bp以上 特点 1 5 25kb 2 两端IR 38bp 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 43 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 反转录转座子 44 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 45 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 靶位点上交错切割 类似限制酶 2 解离酶 TnA家族必须 2转座机制 46 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 转座酶切割 DNA聚合酶和连接酶填补 2 2转座过程 识别 47 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 48 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 49 3转座作用的遗传学效应 1 引起插入突变 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 50 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 51 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 52 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 1玉米中的控制因子4 2反转录转座子 53 表一些有代表性的真核转座子的属性 54 4 1玉米中的控制因子 4 1 1麦克林托克的伟大发现Ac Ds系统的发现 Ac 激活因子 activator Ds 解离因子 dissociator 55 56 4 1 2玉米中控制因子家族 1 自主性元件 Ac有自主剪接和转座的能力 Ac长4563bp 其产物为转座酶 两翼有11bp的反向重复序列 其靶DNA位点复制形成8bp正向重复 57 2 非自主性元件 Ds单独存在时稳定 不能自发地转座 当基因组中存在同源的自主性元件时 它才具备转座功能 不论这自主元件位于何处 AcDs 缺失194bp 58 Ac Ds系统 各种Ds都是Ac的缺失突变体 Ds9缺失194bpDs6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 59 4 2反转录转座子 逆转录病毒 反转录病毒 60 反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制 其本质是转座 61 4 2反转录转座子 retrotransposon 指通过RNA为中介 反 逆 转录成DNA后进行转座的可动元件 62 真核生物细胞内存在不少结构上类似于反转录病毒的反转录转座子 这类转座子都编码一个与反转录病毒中的反转录酶高度