分子生物学-03-3-第二章染色体与DNA-3核小体与包装

1、教学单元教案格式3 第二章 染色体与DNA 课程教案授课题目：第2章 染色体与DNA 第2节 染色体包装与复制教学时数：2授课类型： 理论课 实践课教学目的、要求：理解：染色体包装的过程及其意义深入掌握：核小体的结构深入掌握：复制的原理、过程了解：端粒的复制原理教学重点：重点阐明：染色体的结构域及其包装重点指出：核小体的结构 为以后讲解基因表达调控奠定基础教学难点：绝对难点：DNA复制的酶学相对难点：包装的过程的描述教学方法和手段：老师讲授为主：讲授 视频演示 PPT演示 讨论。以电脑幻灯片边演示边讲述为主，（白板课件）辅以板书（黑板板书）学生回答问题为辅：（如时间等条件许可的情况下）注：以下

2、内容按实际需要进行取舍 要求有多媒体，因为信息量大，许多结构图需要媒体放映，效果才好第二讲 染色体与DNA 课程教案教学内容及过程旁批教学内容与教学设计：（第一课时）2.9 染色质与核小体的关系（四）核小体(nucleosome)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 电镜下的染色质 显示了核小体的形态2.10染色体DNA是怎样包装的？基本的动态结构l 1400nm粗染色体l 700nm染色单体l 300nm染色质丝l 30nm粗的莲座结构l 11nm粗的核小体l 2nm粗的双螺旋DNAl 10nm双链DNA基本包装过程

3、l 通过组蛋白构成8聚体核小体，串联成11nm念珠状结构l 核小体念珠结构进一步螺旋成30nm粗的莲座结构，每一莲座结构由6个核小体结构组成，莲座结构形成螺线管l 进一步超螺旋为300nm粗的染色质丝状结构l 染色质丝高度超螺旋为700nm粗的染色单体l 两条染色单体粗度为1400nm问题：DNA压缩成染色体的第一步是什么？核小体的形成是染色体中DNA压缩的第一个阶段2.11 核小体的结构Structure of nucleosome 核小体是染色质的基本结构单位。由200个(160-240)左右碱基对的DNA和五种组蛋白结合而成。其中四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各2 分子组成八聚

4、体的小圆盘，146个碱基对的DNA在小圆盘外面绕1 3/4圈。每一分子的H1与DNA结合, 锁住核小体DNA的进出口, 起稳定核小体结构的作用。两相邻核小体之间以连接DNA(linker DNA)相连(图11-24), 连接DNA的长度变化不等, 因不同的种属和组织而异, 但通常是60个碱基对2.12 核小体究竟含有几个组蛋白分子？1、核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bp DNA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，用核酸酶水解核小体后产生只含146bp核心颗粒，包括组蛋白八聚体及与其结合的146bpD

5、NA，该序列绕在核心外面形成1.75圈。每圈约60-80bp复习回顾1、简述真核生物DNA的复杂性？单一序列（主要为基因编码序列，一个或几个拷贝，比例少于5）；中度重复序列（101-5），分为短散的重复序列（一般少于500 bp）和长散的重复序列（一般多于1000 bp），与基因选择性表达的调控有关；高度重复序列（105），分为卫星DNA(satellite，重复单位长5-100 bp)主要分布在着丝粒区域，小卫星DNA(minisatellte DNA, 单位长12-100 bp，拷贝数可变，常用于DNA指纹(DNA finger-printing)技术)，微卫星DNA(microsatel

6、lte DNA，单位1-5 bp，常串联达50-100 bp，具有高度多态性，遗传上保守，但个体差异较大)，用于构建遗传图谱。作业布置：1、名词解释：Nucleosome、chromosome、genome 中科院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题 2、简述染色体DNA是怎样包装的？3、问题：真核生物基因组的结构特点？1、真核基因组庞大 2、存在大量的重复序列。 3、基因组的大部分为非编码序列，90以上，即冗余DNA 4、转录产物为单顺反子，即转录单元是转录子 5、核基因是断裂基因，有内含子结构，即不连续性 6、存在大量顺式作用元件，如启动子、增强子、沉默子 7、存在复杂的DNA多态性

7、：单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)和串联重复序 列多态性(tandem repeats polymorphism) 8、DNA末端具有端粒结构二咳基因组具有端粒结构4、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）5、问题：原核生物基因组结构特点？1. 原核生物的基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少2. 结构简练：原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部分不转录，这与真核DNA的冗余现象不同3. 存在顺反子的转录单元：原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白

8、质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单位或转录单元，它们可被一起转录为含多个mRNA的分子，叫多顺反子mRNA4. 存在有重叠基因教学内容与教学设计：（第二课时）2.14 核酸复制的一般规律 ：半保留复制1. 核酸复制规律的一般猜想 Three Possible Modes of DNA Replication（1）Conservative replication（全保留复制）（2）Dispersive replication（分散复制）（3）Semiconservative replication（半保留复制）l Meselsen-Stahl的实验证明了原核生物DNA的半保

9、留复制l Taylor-Woods-Hughes的实验证明了真核生物DNA的半保留复制蚕豆根尖有丝分裂1957, root tips of Vicia faba（蚕豆）Radioisotope 3H labeled thymidine Autoradiography（放射自显影）2. 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。为了保证遗传的稳定性，在每次细胞分裂之前，遗传信息载体必须精确地复制自己。过去的概念认为遗传信息的载体就是DNA，现在发现许多病毒的遗传信息载体是RNA而不是DNA。因此，我们除了对DNA的复制作详细的论

10、述外，对RNA的复制也加以阐述，以期对遗传信息的复制有个全面的了解。1953年，Watson和Crick在提出DNA双螺旋模型时就指出，由于互补碱基的配对原则，在DNA复制时，只要双链DNA解开，以每一条链为模板以合成其互补链，即可形成两个与亲代完全一样的DNA分子。DNA复制的基本过程正如Watson和Crick所预测的那样，但是在DNA复制中涉及了许多细胞成分。DNA的复制过程大体上可以分为复制的启动，复制的延伸，和复制的终止三个阶段。2.15 与DNA复制有关的物质9类1、底物：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DNA

11、DNA复制实际上就是DNA指导的DNA合成代谢。因此，必须有DNA作为复制的模板。体外复制实验证明，新合成DNA的特异性完全取决于事先加入的模板DNA，三磷酸核苷酸(dATP,dGTP，dCTP，dTTP)是合成原料。有模板和合成原料后，细胞内还有许多酶和蛋白质参与DNA的复制。 3、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、DN

12、A链的合成方向为5 3 DNA聚合酶详解 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(DNA Topisomerase)： 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8、DNA 解螺旋酶 /解链酶（DNA helicase) 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3 5移动，而解螺旋酶I、II、III沿5 3移动。9、单链结合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：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。2.16 DNA复制的原点、方向与方式下节课作业布置： 1、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