molecular biology-autumn 02分子生物学秋季

助教助教联系新生物楼401主主要内2、DNA的结3、DNA的复4、原核和真核生物DNA的复制特5、DNA的修6、DNA的转1868FridrichMiescher从脓细胞中提取“核素”1944年Avery等人证实DNA是遗传物质1868FridrichMiescher从脓细胞中提取“核素”1944年Avery等人证实DNA是遗传物质1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结•••••••60年RNA研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转录酶）1968年Nirenberg发现遗传密80年RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、“RNA•••••1981Gilbert和Sanger建立DNA1985Mullis发明PCR199019942001基因是基因是DNA是细菌的遗传物DNA是病毒的遗传物DNA是动物细胞的遗传物•某些病毒的遗传物质是••脱氧••脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,•••核糖核酸主要参与遗••核糖核酸主要参与遗传信息的传递和表达过程细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者如逆病毒（retrovirus•在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致因子称为类病毒（viroid)和拟病毒•有些RNA(ribozyme)具生物催化作用无论DNA或RNA，都是由许许多多个核苷O（NA、G、C、U、N碱PO(nitrogenousHH磷OHH核糖(pentose无论DNA或RNA，都是由许许多多个核苷O（NA、G、C、U、N碱PO(nitrogenousHH磷OHH核糖(pentosesugarO碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖键连接形成核苷(脱氧核苷核苷(脱氧核苷)和磷酸以磷酸键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸NN1N碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖键连接形成核苷(脱氧核苷核苷(脱氧核苷)和磷酸以磷酸键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸NN1NONOOO2O磷酸组成组成DNA和RNA分子的五染色染色染色体在遗传上起代能够将自己的遗（chromosome）染染色体包括DNA和蛋白质两大部同一物种内每条染色体所带DNA基因组与生物基因组与生物体的复基因组(Genome)是由生物体内所有的染色体组Genomesize:thelengthofDNAassociatedwithonehaploidcomplementofchromosomesGenenumber:thenumberofgenesincludedinagenomeGenedensity:theaveragenumberofgenesperMbofgenomicDNA①分子结构相对稳定①分子结构相对稳定④能够产生可遗传的变异染色体的RNA（尚未完成转录而仍与模板.2.1蛋白HistonesareconservedDNA-bindingproteinsofeukaryotesthatformthenucleosome,thebasicsubunitofchromatin.组蛋组蛋白是染色体的结构蛋白组蛋组蛋白是染色体的结构蛋白真核细胞染色体上的组蛋白成分分数目易度21易14真核细胞染色体上的组蛋白成分分数目易度21易141131151111碱碱性氨基酸分布在N端；疏水基团在C甲基化、乙酰化、磷酸组蛋白的特ThecoreThecorehistonesshareacommonstructuralfold（Histone•（Histone••组蛋白组蛋白的修饰改染色质的功赖氨酸和精氨酸(H3Histoneacetyltransferase(HAT)/Histonedeacetylasecomplexes(HDAC)••••Histoneacetyltransferase(HAT)/Histonedeacetylasecomplexes(HDAC)••••DifferentwaysbywhichDifferentwaysbywhichHDACsarerecruitedtogenemethylbindingproteinSantiagoRopero,ManelEsteller.MolecularOncology(2007)19-AmodelshowingapossibleeffectofHDAC2mutationAmodelshowingapossibleeffectofHDAC2mutationincancerdevelopment•ClassIHDACsareinvolvedingenetranscription-repressionmediatedbyretinoblastomaprotein.•ThelostofHDAC2functioncouldinducethehyperacetylationandRe-expressionofgenesregulatedbyretinoblastomaproteinRb,andwithcrucialfunctionsincellcycleSantiagoRopero,ManelEsteller.MolecularOncology(2007)19-组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化／去乙酰化参与的功•••••••转录激活、转录延基因沉某些疾病的形细胞的信号转基因组的整体乙酰核心组核心组蛋白尾部修饰的意非组蛋白约为组蛋白总量的非组蛋白约为组蛋白总量的••非组蛋非组蛋•HMG蛋白非组蛋•HMG蛋白(Highmobilitygroup•大量的重复序列，而且功能DNA序C值C值（C-value在真核生物中，C值一般是随生物进（C-valueC值往往与种系进化的复杂程度不一致，某些低等生物却具有较真核细胞DNA序列可被分为3真核细胞DNA序列可被分为3rRNA,组蛋白基ProportionoffunctionalelementswithingenomesC.S.E.ProportionoffunctionalelementswithingenomesC.S.E.Non-TranscriptionalProteincodingTranscriptionalProteincodinggenome~2-3%genome~25–C.Themajorityoftranscriptsarenon-codingThemajorThemajordifferencesamongdifferentorganismsarencRNAs。含有30亿对碱含有30亿对碱基的人类基因组仅含有长度为1－2％，那么其他98％的基因学功能•••UniversityofMassachusettsMedicalSchool,USAUniversityofQueensland,WashingtonSchoolofMedicine,.2.3电镜下看到的染色质结实验实验证据MolecularBiologyoftheGene,Figure7-regularassociationofDNAregularassociationofDNAhistonestoformaeffectivelycompacting Nucleosome核小体)单位，由~200Nucleosome核小体)单位，由~200bpDNA146bpDNA+octamer(组蛋白八聚体Nucleosomecore(核小体核心)+H1Chromatosome染色小166bp)+linkerDNANucleosome(核小体(~200bp组蛋白与DNA的结(146Histoneoctamer(组蛋白八聚体TopHistoneoctamer(组蛋白八聚体TopSide核心核心颗粒包括组蛋白八聚体及与其结合的由许多核小体构成了连续的染色质DNA细丝TheassemblyTheassemblyofaMolecularBiologyoftheGene,Figure7-HowHowdoesthehigher-orderchromatinstructureform?(1)Histone(1)HistoneH1bindstothelinkerDNAbetweennucleosome,inducingtighterDNAwrappingaroundthenucleosomeTheadditionTheadditionofH1leadstomorecompactnucleosomalDNANucleosomalDNAinthepresenceofhistoneNucleosomalDNAintheabsenceofhistone(2)Nucleararrayscanformmorecomplexstructures:the30-nmfiber(2)Nucleararrayscanformmorecomplexstructures:the30-nmfiber(“zigzagmodel”)30nmfibershave6nucleosomes/turn,organizedintoaHistoneH1andhistoneN-terminaltailsarerequiredformationofthe30nmThisfiberisthebasicconstituentofbothchromatinandmitotic(40-fold(3)Further(3)FurthercompactionofDNAinvolveslargeloopsofnucleosomalDNAAdditional103-104-foldcompactionisrequired,butthemechanismisunclearThenuclearscaffoldmodelisEntiremetaphaseCondensedsectionofMetaphasechromosomeSectionofchromosomeinanextendedform30-nmEntiremetaphaseCondensedsectionofMetaphasechromosomeSectionofchromosomeinanextendedform30-nmchromatinofpacked“BeadsonaformofShortregionofDNAdoublehelixFromDNAto宽度增度压第一核小5 7第二核小螺线宽度增度压第一核小5 7第二核小螺线3 6第三螺线超螺13 40第四超螺染色2.5-5 5500- 8400 TheimportanceofpackingofTheimportanceofpackingofDNAintochromosomesChromosomeisacompactformofDNAthatreadilyfitsinsidetheToprotectDNAfromDNAinachromosomecanbetransmittedefficientlytobothdaughtercellsduringcelldivisionChromosomeconfersanoverallorganizationtoeachmoleculeofDNA,whichfacilitatesgeneexpressionaswellasrecombination••••••••.原核生物基因原核生物的基因组很小，大多只有如大肠杆菌DNA的相对分子质量仅为4.6×106bp，其完全伸展总长约为，含4000大肠杆菌大肠杆菌细胞中基因组DNA的电镜显微照箭头为环状质细菌DNA是一条相对分子量在109共价、闭合双链分子，通常也称为染色原核细原核细胞DNA特结构简存在转录有重叠原核细原核细胞DNA原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有很小一部分控制基这些不转录DNA序列通常是控制基因表达的序列2、存在转2、存在转录单原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成转录单元并转录产生含多个mRNA分子，称为多顺反子mRNA3、3、有重叠同一段DNA能携带两种不同蛋白质的信息••2.5×105--6,078而病毒DNA本身只有5375个核苷酸。••2.2.DNA的结C指4种核苷酸的连C指4种核苷酸的连了该DNA分子的化构成3-5AGACTGpppp5´线条字母ACTGpppp5´线条字母结构组成DNA分子组成DNA分子的碱基只有4胸腺嘧啶胞嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤 (adenylic (guanylic (adenylic (guanylic (cytidylic (uridylicAdenosineAdenosineAdenosine5AdenosineAdenosineAdenosine5´-5´-5´-N=A、G、C、5´-5´-5´-N=A、G、C、多聚核苷多聚核苷酸链中新生磷酸糖苷键的产生过5’-NTP是核酸合成的DNA的二级DNA的二级•双螺旋结构DNA碱基组成的ChargaffDNA碱基组成的Chargaff规A=T在DNA在DNA分子中，嘌呤永远与嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶DNAdoubleDNAdoublehelix(DNA双螺旋结构1953，WatsonCrick基于三个方面的发现,1.X-光衍射实验数据表明构2.DNA3.不论碱基数目多少，GRosalindRosalind“THEDARKLADYOFRosalindEFranklinDNA链的基本特1、DNA是由两条互相DNA链的基本特1、DNA是由两条互相架，碱基排列在内侧3、两条链上的碱基3.43.43410.4Width20ABZABZ右手螺旋右手螺旋1.B-RNA-RNA左左手螺旋DNA——Z-DNA的研1979年，Rich提出左手螺旋Z-DNA结构。它是右手螺旋结构模型的一个补充B-DNA是最常见的DNA构象DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭超螺旋结构DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类，它们在特拓扑异构拓扑异构溴乙溴乙负超螺正超螺松驰遗传物遗传物质的主要载体是染色Nucleosome核小体是染色质的基本结构单DNA三级结构：超螺旋••••DNADNA(DNA Key 复制子 Key 复制子复制叉DNA的半保留复(Semi-DNA的半不连续复制(semi-冈崎片断DNA聚合酶DNA的复DNA的复••生命的遗传是染色体DNA自我复制的结果染色体DNA的自我复制主要是通过半保留制(Semi-conservative)来实现的，是一个以亲代DNA分子为模板合成子代DNA链的过程DNA的半保留复Semi-conservative1958年，DNA的半保留复Semi-conse