《dna结构特点特征》PPT课件

第二章染色体与DNA,染色体DNA的结构DNA的复制DNA的修复DNA的转座,一、染色体（Chromosome),内容提要：细胞周期染色体与染色质染色体的结构和组成（原核生物、真核生物）核小体原核生物和真核生物基因组结构特点比较,（一）细胞周期,（二）染色体与染色质,染色体（chromosome）是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质(chromatin)的形式存在的。染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基本的单位核小体(nucleosome)成串排列而成的。,（三）染色体的结构和组成,原核生物(prokaryote),真核生物染色体的组成,组蛋白的一般特性：进化上的保守性保守程度：H1H2A、H2BH3、H4,1、组蛋白,上海生化所分子遗传学1998年试题：在真核生物核内。五种组蛋白（H1H2AH2BH3和H4）在进化过程中，H4极为保守，H2A最不保守（）,无组织特异性肽链氨基酸分布的不对称性H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%）组蛋白的可修饰性,简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修饰的种类及其生物学意义中国科学院2003年硕士研究生入学生物化学与分子生物学试题,在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化和ADP核糖基化等。H3、H4修饰作用较普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。,所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白所携带的正电荷。这些组蛋白修饰的意义：一是改变染色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。,组蛋白的可修饰性,1)DNA的变性和复性变性（Denaturation)DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程称为变性。增色效应(Hyperchromaticeffect)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。,2、DNA,融解温度（MeltingtemperatureTm)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85-95影响因素：G+C含量，pH值，离子强度，尿素，甲跣胺等,复性（Renaturation)热变性的DNA缓慢冷却，单链恢复成双链。减色效应（Hypochromaticeffect)随着DNA的复性，260nm紫外线吸收值降低的现象。,2)C值反常现象（C-valueparadox)C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开，这就是著名的“C值反常现象”。,C值矛盾,简述DNA的C值以及C值矛盾（CValueparadox）.中科院上海生化所98年上海第二军医大：C值矛盾,（四）核小体(nucleosome),Nucleosome、chromosome、genome中科院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题,1、定义：用于包装染色质的结构单位，是由DNA链缠绕一个组蛋白核构成的。,2、核小体的结构,核心颗粒、连接区DNA,中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生分子遗传学入学考试：简述真核细胞内核小体与核小体核心颗粒的结构。,3、染色体的包装超螺旋结构,6.8:1,40:1,1000:1,8000:1,DNAdoublehelix,Nucleosome(10nmfiber),30nmFiber,LoopsI,LoopsII,chromosome,上海第二军医大硕士研究生入学考试试题：基因组的特点（真核、原核比较）,（五）原核生物和真核生物基因组结构特点比较,基因组很小，大多只有一条染色体结构简炼存在转录单元(trnascriptionaloperon)多顺反子(polycistron),X174D-E-J-F-G-HmRNA蛋白J、F、GHDE,E.coli色氨酸操纵子9个顺反子9个酶(第六章),1、原核生物基因组结构特点,有重叠基因（Sanger发现）基因内基因部分重叠基因一个碱基重叠,2、真核生物基因组结构特点,真核基因组结构庞大3109bp、染色质、核膜单顺反子基因不连续性断裂基因（interruptedgene）、内含子(intron)、外显子(exon)非编码区较多多于编码序列(9:1)含有大量重复序列,不重复序列/单一序列：在基因组中有一个或几个拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等功能：主要是编码蛋白质。中度重复序列：在基因组中的拷贝数为101104。如：rRNA、tRNA一般是不编码蛋白质的序列，在调控基因表达中起重要作用,根据DNA复性动力学研究，DNA序列可以分成哪几种类型？并加以举例说明。(2001年上海生化所）,高度重复序列：拷贝数达到几百个到几百万个。卫星DNA：AT含量很高的简单高度重复序列。,第二章染色体与DNA,染色体DNA的结构DNA的复制DNA的修复DNA的转座,二、DNA的结构,1）概念指4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序，DNA序列是这一概念的简称。碱基序列,1、DNA的一级结构,2）特征：双链反向平行配对而成脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA骨架，碱基排在内侧内侧碱基通过氢键互补形成碱基对（A：T，C：G）。,3）DNA结构的表示法,2、DNA的二级结构,1）定义：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构。,绕DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨架扭转造成的。,DNA双螺旋模型是哪年由谁提出的?简述其基本内容.为什么说该模型的提出是分子生物学发展史上的里程碑,具有划时代的贡献?浙江大学医学院2003生物化学（硕士）,2）分类：右手螺旋：A-DNA，B-DNA左手螺旋：Z-DNA,A,B,Z,A,B,Z,3、DNA的高级结构,1）定义：指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。2）主要形式：超螺旋结构（正超螺旋和负超螺旋）,线状DNA形成的超螺旋,环状DNA形成的超螺旋,拓扑异构酶or溴化乙锭,拓扑异构酶or溴化乙锭,DNA扭曲与双螺旋相同（拧紧）,DNA扭曲与双螺旋相反（松开）,负超螺旋,松弛DNA,正超螺旋,第二章染色体与DNA,染色体DNA的结构DNA的复制DNA的修复DNA的转座,三、DNA的复制,内容提要：DNA的半保留复制与DNA复制有关的物质DNA的复制过程（大肠杆菌为例）DNA复制的其它方式真核生物中DNA的复制特点,1、定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。,（一）DNA的半保留复制（semi-conservativereplication）,Semi-conservativeConservativeDispersive,中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生分子遗传学入学考试：请设计一个实验来证明DNA复制是以半保留方式进行的（8分）。,2、实验证据（1958Meselson和Stahl）：,MatthewMesselsonFranklinStahl,3、DNA半保留复制的生物学意义：,DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。,（二）与DNA复制有关的物质,1、原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA链作为引物4、引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物（Primer)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。,5、DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物反应需要有模板的指导反应需要有3-OH存在DNA链的合成方向为53,主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。,修复紫外光引起的DNA损伤,DNA复制的主要聚合酶，还具有3-5外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性,原核生物中的DNA聚合酶(大肠杆菌）,定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核3-5外切-+酶活性功能,引物合成,修复作用,线粒体DNA的复制,核DNA的复制,？,真核生物中的DNA聚合酶,6、DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用,7、DNA拓扑异构酶(DNATopisomerase)：拓扑异构酶：使DNA一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关。例：大肠杆菌中的蛋白拓扑异构酶：该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子。同复制有关。例：大肠杆菌中的DNA旋转酶,上海生化所1998年分子遗传学试题：拓扑异构酶,8、DNA解螺旋酶/解链酶（DNAhelicase)通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。,rep蛋白沿35移动，而解螺旋酶I、II、III沿53移动。,9、单链结合蛋白(SSBP-single-strandbindingprotein)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。,（三）DNA的复制过程（大肠杆菌为例）,双链的解开RNA引物的合成DNA链的延伸切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段,1、双链的解开,DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。ori(或o）、富含A、T的区段。,基本概念：,上海生化所1998年分子遗传学试题：真核生物复制起始点的特征包括（）A富含GC区B富含AT区CZDNAD无明显特征,从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子,复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为复制叉,复制方向和速度：,单起点、双向等速,多起点、双向等速,双链解开、复制起始,大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp保守序列相结合,在HU蛋白和ATP的共同作用下,Dna复制起始复合物使3个13bp直接重复序列变性,形成开链,解链酶六体分别与单链DNA相结合(需DnaC帮助),进一步解开DNA双链,2、RNA引物的合成,DnaB蛋白活化引物合成酶，引发RNA引物的合成。引物长度约为几个至10个核苷酸，,基因组DNA复制时，先导链的引物是DNA，后随链的引物是RNA(-)2002年上海生化与细胞所,DNA的半不连续复制（semi-discontinuousreplication),DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一条子链的合成是不连续的，故称半不连续复制。,在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链为前导链；合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链为滞后链。,3、DNA链的延伸,在DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成53的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。,华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题名词解释：冈崎片段（3分）,武汉大学2003年硕士研究生入学分子生物学试题：Replicon、semi-conservativereplication,华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题原核DNA合成酶中（）的主要功能是合成前导链和冈崎片段A、DNA聚合酶B、DNA聚合酶C、DNA聚合酶D、引物酶,4、切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段（复制终止）,在DNA聚合酶催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链,双链环状、型复制、双向等速,（四）DNA复制的其它方式,滚环型：单向复制的特殊方式如：174的双链环状DNA复制型（RF）,（1）模板链和新合成的链分开;（2）不需RNA引物，在正链3OH上延伸（3）只有一个复制叉;,D环复制,单向复制的特殊方式如：动物线粒体DNA,（五）真核生物中DNA的复制特点,1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子2、真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不再重新开始DNA复制；而在快速生长的原核生物中，复制起点可以连续开始新的复制(多复制叉)。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。3、真核生物有多种DNA聚合酶。,第二章染色体与DNA,染色体DNA的结构DNA的复制DNA的修复DNA的转座,四、DNA的修复,扼要说明细胞中DNA修复系统有哪几种（8分）中国科学院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题,1、错配修复,Dam甲基化酶使母链位于5GATC序列中腺甘酸甲基化甲基化紧随在DNA复制之后进行根据复制叉上DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子链上的错配碱基,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，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，,2、碱基切除修复,一些碱基在自发或悠变下会发生脱酰胺，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,胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶,如果复制发生就会产生一个突变,.糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-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。,由AP磷酸内切酶将受损核甘酸的糖甘-磷酸键切开,。DNA连接酶连接,利用DNA聚合酶I切除损伤部位，补上核苷酸,3、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,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,4、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,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,上海生化所1998年分子遗传学试题：DNA修复系统的作用是保证DNA序列不发生任何变化（）,第二章染色体与DNA,染色体DNA的结构DNA的复制DNA的修复DNA的转座,五、DNA的转座,（一）基本概念：,DNA的转座：由可移位因子介导的遗传物质重排现象。,转座子（transposon）：存在与染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。,（二）转座子的类型和结构特征,原核生物转座子的类型：,1、插入序列(insertionalsequence,IS),2、复合转座子(compositetransposon),3、TnA家族,1、插入序列(IS),IS是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。,：IS1,复合转座子是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列,2、复合转座子(compositetransposon),(三）转座作用的机制,复制性转座子,非复制性转座子,上海生化所1998年分子遗传学试题：转座过程通常是指DNA中的一段特殊序列（转座元）在转座酶以及其它蛋白因子的作用下，从DNA分子中的一个位置被搬移到另一位置或另一DNA分子中（）,Tn10转座到一个新的DNA靶点时，在靶点两侧形成倒转重复序列。(-)2002年上海生化与细胞所,华中科技大学2004年生物化学与分子生物学硕士研究生入学试题利用自己的位点专一重组酶把自己从寄主基因组中的一个地方移到另一个地方的遗传元件叫（）A、启动子B、转座子C、T-DNAD、顺反子,中国科学院遗传与发育生物学研究所1996年硕士研究生分子遗传学入学试题转座子（transposon）反转录转座子（retrotransposon）,反转录转座子（retrotransposon）：指通过RNA为中介，反转录成DNA后进行转座的可动元件。,反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制，其本质是转座,复习题,1、证明DNA是遗传物质的两个关键性实验是：肺炎链球菌在老鼠体内的毒性和T2噬菌体感染大肠杆菌。这两个实验中主要的论点证据是：（）(a)从被感染的生