36分子生物学课件重点整理 朱玉贤

1第二章染色体与DNA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。原核生物(prokaryote)：DNA形成一系列的环状附着在非组蛋白上形成类核。染色体由DNA和蛋白质组成。蛋白质由非组蛋白和组蛋白（H1,H2A,H2B,H3,H4）DNA和组蛋白构成核小体。组蛋白的一般特性：P24①进化上的保守性②无组织特异性③肽链氨基酸分布的不对称性：碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上。④组蛋白的可修饰性:甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。⑤H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%）(鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5)组蛋白的可修饰性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。2、DNA1)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。■融解温度（Meltingtemperature，Tm)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，甲酰胺等■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”。（四）核小体(nucleosome)：用于包装染色质的结构单位，是由DNA链缠绕一个组蛋白核[（H2A、H2B、H3、H4)*2的八聚体】构成的。21、原核生物基因组结构特点●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)重叠基因由基因内基因、部分重叠基因、一个碱基重叠组成。2、真核生物基因组结构特点●真核基因组结构庞大3×109bp、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101～104。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■高度重复序列：拷贝数达到几百个到几百万个。●卫星DNA：A·T含量很高的简单高度重复序列。1、DNA的一级结构：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）。2、DNA的二级结构：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构。2）分类：右手螺旋：A-DNA，B-DNA左手螺旋：Z-DNA3、DNA的高级结构：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）（一）DNA的半保留复制（semi-nservativereplication）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。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34、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53性质聚合酶Ⅰ聚合酶Ⅱ聚合酶Ⅲ3'5'外切活性+++5'3'外切活性+--5'3'聚合活性+中+很低+很高新生链合成--+聚合酶Ⅰ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。聚合酶Ⅱ修复紫外光引起的DNA损伤聚合酶ⅢDNA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І：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ε蛋白拓扑异构酶Ⅱ：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（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-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------ftju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。从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子4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，故称为复制叉双链解开、复制起始P44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，3、DNA链的延伸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。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53的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。4、切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段（复制终止）当复制叉遇到约22个碱基的重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus蛋白复合物能使DnaB不再将DNA解链，阻挡复制叉继续前移。P47在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ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（四）复制的几种主要方式P421、双链环状、θ型复制、双向等速2、滚环型：（1）模板链和新合成的链分开;（2）不需RNA引物，在正链3‘－OH上延伸（3）只有一个复制叉;3、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（约150bp左右）；2、复制叉移动的速度较慢（约50bp／秒），仅为原核生物的1／10。3、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；真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。4、真核生物有多种DNA聚合酶。5、真核生物DNA复制过程中的引物及冈崎片段的长度均小于原核生物。（真核冈崎片段长约100-200bp，原核冈崎片段长约1000-2000bp。）（六）原核和真核生物DNA的复制特点比较①复制起点（ori）：原核一个，真核多个；5②复制子：原核一个，真核多个；③复制子长度：原核长；真核短；④复制叉：原核多个；真核多个；⑤复制移动速度：原核较快；真核较慢；⑥真核生物染色体在全部完成复制前，各起始点的DNA复制不能再开始。而在快速生长的原核生物中，复制起点上可以连续开始新的DNA复制。⑦原核生物染色体的复制与细胞分裂同步，可以多次复制；真核生物染色体的复制发生在S期，是细胞分类的特定时期，而且仅此一次。四、DNA的修复DNA修复系统功能错配修复恢复错配碱基切除修复切除突变的碱基核甘酸切除修复修复被破坏的DNADNA直接修复SOS系统修复嘧啶二体或甲基化DNADNA的修复，导致变异1、错配修复（mismatchrepair）●Dam甲基化酶使母链位于5’GATC序列中腺甘酸甲基化●甲基化紧随在DNA复制之后进行（几秒种后至几分钟内）●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2、碱基切除修复excisionrepair所有细胞中都带有不同类型、能识别受损核苷酸位点的糖苷水解酶，它能特意切除受损核苷酸上的N-β-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP位点。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*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SOS反应(SOSresponse)：是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。6*包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等。细胞癌变也与SOS反应有关。两个作用（1）DNA的修复；（2）产生变异五、DNA的转座DNA的转座或叫移位（transposition)：由可移位因子(transposableelement)介导的遗传物质重排现象。转座子（transposonTn）：存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。已经发现“转座”这一命名并不十分准确，因为在转座过程中，可移位因子的一个拷贝常常留在原来位置上，在新位点上出现的仅仅是它的拷贝。因此，转座有别于同源重组，它依赖于DNA复制