第二章1_染色体

.,第二章染色体与DNA,染色体DNA的结构DNA的复制原核生物与真核生物DNA的复制特点DNA的修复DNA的转座,.,第一节染色体1.染色体和染色质:可被碱性染料如龙胆紫等染色,.,端粒,端粒,着丝粒,.,.,2.原核和真核生物染色体比较,原核生物真核生物数目:一般1条多条形态:共价闭合双链分子线性分子结构:类核结构：中央部分由RNA和支架蛋无类核结构白组成，外围是DNA,.,组成：原核生物：与DNA结合的蛋白质少；结合不紧密，蛋白质与DNA的折叠、复制、重组及转录有关。真核生物：蛋白质（组蛋白和非组蛋白）DNA;质量比：2:1;结合紧密。,DNA含量：原核生物低，基因数少。真核生物高，基因数多。,.,5.真核生物染色体的组成,由DNA、组蛋白和非组蛋白组成。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体。通常可以用2mol/LNaCl或0.25mol/L的HCl/H2SO4处理使组蛋白与DNA分开。,.,.,组蛋白分为H1、H2A、H2B、H3及H4。这些组蛋白都含有大量的赖氨酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含赖氨酸；H2A、H2B介于两者之间。,.,小牛胸腺DNA的组蛋白的特点,.,组蛋白的一般特性（1）进化上的极端保守性。,.,（2）无组织特异性。到目前为止，仅发现鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是鱼精蛋白。,.,（3）肽链上氨基酸分布的不对称性。（4）组蛋白的修饰作用。包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。H3和H4比较普遍。,.,活性染色质,Transcriptionfactorboundtoanucleosome-freeregion,.,H3,H4,.,（5）组蛋白H5富含赖氨酸。赖氨酸24%、丙氨酸16%、丝氨酸13%、精氨酸11%。鸟类、两栖类、鱼类红细胞分离的H5均有种的特异性。（6）存在大量非组蛋白非组蛋白的一般特性：非组蛋白的多样性。非组蛋白的量大约是组蛋白的60%70%，但它的种类却很多，约在20-100种之间，其中常见的有15-20种。,.,非组蛋白具有组织专一性和种属专一性。非组蛋白包括酶类（RNA聚合酶）及与细胞分裂有关的收缩蛋白和骨架蛋白等，也可能是染色质的结构成分。,.,几类常见的非组蛋白a.HMG蛋白（highmobilitygroupprotein）。这是一类能用低盐（0.35mol/LNaCl）溶液抽提、能溶于2%的三氯乙酸、相对分子质量较低的非组蛋白，相对分子质量都在3.0104以下。富含Lys、Arg、Glu、Asn，能与DNA及H1作用。其功能一般认为可能与DNA的超螺旋结构有关。,.,b.DNA结合蛋白。用2mol/LNaCl除去全部组蛋白和70%非组蛋白后，还有一部分蛋白必须用2mol/LNaCl和5mol/L尿素才能与DNA解离。这些蛋白分子量较低，约占非组蛋白的20%，染色质的8%。可能是一些与DNA复制或转录有关的酶或调节物质。c.A24非组蛋白。溶解性质与组蛋白相似，但功能不详。,.,C值：指一种生物单倍体基因组DNA的总量。C值反常现象(C-valueparadox):随着生物的进化，生物体的结构和功能越复杂，其C值就越应该越大。然而，在某些两栖类的C值甚至比哺乳动物还大，即使在一些结构和功能很相似的同一类生物中，甚至在亲缘关系十分接近的物种之间，其C值可相差上百倍。,6.真核生物的DNA,.,人们无法用已知功能来解释真核生物基因组具有的巨大DNA含量，称为“C值反常现象”或称“C值矛盾”有的书中也称为“C值悖论”。,.,不同生物的基因组大小,植物,动物,真菌等,细菌,.,由于真核生物DNA含有大量的重复序列和非编码序列，不同生物这些序列量的不同导致出现了“C值”反常现象,.,根据DNA的复性动力学特征，把真核细胞DNA序列分为：不重复序列、中度重复序列和高度重复序列。（1）不重复序列：在单倍体基因组中，它一般只有一个或几个拷贝，占DNA总量的40-80%，结构基因基本上属于这一类。（2）中度重复序列：重复次数在101-104之间，占总DNA的10%-40%，如各种rRNA、tRNA以及某些结构基因（如组蛋白基因）等。中度重复序列常分散在不重复序列之间。,.,非洲爪蟾的18S、5.8S及28SrRNA基因是连在一起的，中间隔着不转录的间隔区，这些单位在DNA链上串联重复约5000次。,.,（3）高度重复序列：高度重复序列在基因组中重复频率高，可达百万（106）以上，因此复性速度很快。它们一般由非常短的序列重复多次，串联成长长的一大簇。这些高度重复序列中，常有一些A、T含量很高的简单高度重复序列。这些序列一般不分散，大部分集中在异染色质中，特别在中心粒和端粒附近。在基因组中所占比例随种属而异，约占10-60%，在人基因组中约占20。高度重复序列,如卫星DNA等等.,.,高等真核生物DNA无论从结构还是功能看都极为复杂，以小鼠为例：小鼠总DNA的10是小于10bp的高度重复序列，重复数十万到上百万次。总DNA的20是重复数千次、长约数百bp的中等重复序列。总DNA的70是不重复或低重复序列，绝大部分功能基因都位于这类序列中。,.,核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的。八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体的外面。每个核小体只有一个H1。,7.染色质和核小体,.,.,染色体中DNA的结构层次,双螺旋DNA,与组蛋白结合形成核小体,核小体盘绕形成螺线管结构,螺线管拧曲或弯曲成凸环并与支架蛋白结合成超螺旋管结构,盘绕成染色体,.,（1）染色体的包装超螺旋管结构,核小体：染色体DNA的一级包装由直径2nm的DNA双螺旋链绕组蛋白形成直径11nm的核小体“串珠”结构，若以每碱基对沿螺旋中轴上升距离为0.34nm计，200bpDNA（一个核小体的DNA片段）的伸展长度为68nm，形成核小体后仅为11nm（核小体直径），其长度压缩了7倍。,.,.,螺线管纤维（solenoidalfiber）：染色体DNA二级包装由6个核小体盘绕形成中空螺线管，其外径为30nm，因此，螺线管的形成使DNA一级包装又压缩了6倍。若以充分伸展的DNA双螺旋论，每个螺线管包含了408nm（668nm）长度的DNA链，而每圈螺线管的长度几乎等于核小体直径，即11nm，故染色体的二级包装相当于将DNA长度压缩了近40倍。,.,.,30nm螺线管,.,超螺线管：染色体DNA的三级的包装由螺线管纤维缠绕在一个由某些非组蛋白构成的中心轴（centralaxis）骨架上形成超螺线管，压缩比40。环状螺线管纤维进一步包装。形成染色单体，压缩比5。经各级包装后染色体DNA总共被压缩了近10000倍（76405）。,.,.,中心粒,端粒,核基质,30nm纤丝构成环,姊妹染色单体,染色单体,.,.,（1）数量庞大（2）存在重复序列。（3）基因组中存在大量不编码蛋白的区域。（4）真核细胞基因转录产物为单顺反子。（5）大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的（断裂基因，splitgene）。（6）存在大量的DNA顺式作用元件（启动子，增强子，沉默子等）,4.真核生物基因组DNA的特征,.,（7）存在大量的DNA多态性（SNP和串联重复序列多态性）（8）真核生物基因组存在端粒。端粒（telomere）是真核生物线性基因组的DNA末端的特殊DNA序列和蛋白质复合体，端粒的长短和DNA复制的完整性，保护末端，细胞的衰老相关。为分子生物学研究具体热点之一。,.,原核生物基因组：E.coli闭合环状DNA组成类核区,.,在E.coli类核中，DNA压缩成一个手脚架状的支架结构，在结构的中心是几种蛋白质的复合体。DNA与这些蛋白质结合成为100个左右的小结构域，每个结构域具有不同程度的超螺旋结构，并在每个结构域的两端被蛋白质固定，因而每个小结构域保持相对独立性。,.,原核生物染色体DNA通常与细胞膜相连，连接点的数量随其生长状况和生活周期的不同而不同。,.,染色体基因组和染色体外遗传因子,原核生物DNA含量较少，大多只有一条环状的染色体，称为染色体基因组。某些原核生物还存在质粒，真核生物存在线粒体，叶绿体等，他们同样含有DNA和功能基因，这些DNA物质同样被称作为染色体外遗传因子,.,3.原核生物DNA的特征,（1）结构简练。不转录的DNA序列非常的少，一般没有内含子（T4的胸腺嘧啶核苷酸合成酶基因中存在内含子）。大都带有单拷贝基因，只有很少数基因如rRNA基因是以多拷贝形式存在。（2）存在转录单元：多顺反子mRNA