南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院分子生物學(xué)第二章染色體與DNA

本章將介紹DNA的結(jié)構(gòu)和從一代細(xì)胞島到下一代細(xì)胞的傳遞、遺傳及變異等過程。2022/12/72南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院第二章染色體與DNA第一節(jié)染色體第二節(jié)

DNA的結(jié)構(gòu)第三節(jié)

DNA的復(fù)制第四節(jié)原核生物和真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)第五節(jié)

DNA的修復(fù)第六節(jié)

DNA的轉(zhuǎn)座2022/12/7南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院3第一節(jié)染色體2022/12/7南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院4

由于親代能夠?qū)⒆约旱倪z傳物質(zhì)DNA以染色體的形式傳給子代，保持物種的穩(wěn)定性和連續(xù)性。因此，人們普遍認(rèn)為染色體在遺傳上起著主要作用。人類22對染色體及性染色體性染色體掃描電鏡圖第一節(jié)染色體2022/12/7南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院51.染色體概述：19世紀(jì)中葉，細(xì)胞生物學(xué)家在光學(xué)顯微鏡下，在細(xì)胞分裂時觀察到存在于細(xì)胞核中的棒狀可染色結(jié)構(gòu)并將其命名為染色體。染色體包括DNA和蛋白質(zhì)兩部分。同一物種內(nèi)每條染色體所帶的DNA的量是一定的，但不同的染色體或不同物種之間變化很大，從上百萬到幾億個核苷酸對不等。此外，組成染色體的蛋白質(zhì)（組蛋白和非組蛋白）的種類和含量也是十分穩(wěn)定的。第一節(jié)染色體2022/12/7南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院61.染色體概述：染色體在細(xì)胞分裂間期表現(xiàn)為染色質(zhì)。染色體與染色質(zhì)是同一種物質(zhì)的兩種形態(tài)。伸展的染色質(zhì)形態(tài)有利于在它上面的DNA儲存的信息的表達(dá)，而高度螺旋化了的棒狀染色體則有利于細(xì)胞分裂中遺傳物質(zhì)的平分。

左圖為人類染色體，在光鏡下即可觀察其形態(tài)，右圖為電鏡圖片，可見不規(guī)則的染色質(zhì)。第一節(jié)染色體2022/12/7南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院71.染色體概述：原核細(xì)胞染色體：一般只有一條大染色體且大都帶有單拷貝基因，除少數(shù)基因外（如rRNA基因）。整個染色體DNA幾乎全部由功能基因和調(diào)控序列所組成。幾乎每個基因序列都與它所編碼蛋白質(zhì)序列呈線性對應(yīng)關(guān)系。第一節(jié)染色體2022/12/7南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院82.真核細(xì)胞染色體的組成：真核生物染色體中DNA相對分子質(zhì)量一般大大超過原核生物，并結(jié)合有大量的蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。其具體組成成分為：組蛋白、非組蛋白、DNA。在真核細(xì)胞染色體中，DNA與蛋白質(zhì)完全融合在一起，其蛋白質(zhì)與相應(yīng)DNA的質(zhì)量之比約為2:1。這些蛋白質(zhì)在維持染色體結(jié)構(gòu)中起著重要作用。第一節(jié)染色體2022/12/7南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院92.1.組蛋白組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，其與DNA組成核小體。根據(jù)其凝膠電泳性質(zhì)可將其分為H1、H2A、H2B、H3及H4。第一節(jié)染色體2022/12/7南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院102.1.組蛋白組蛋白的特性：進(jìn)化上極端保守性。其中H3、H4最保守，H1較不保守。無組織特異性。到目前為止，僅發(fā)現(xiàn)鳥類、魚類及兩棲類紅細(xì)胞染色體不含H1而帶有H5，精細(xì)胞染色體的組蛋白是魚精蛋白。肽鏈上氨基酸分布的不對稱性。堿性氨基酸集中分布在N端的半條鏈上。例如，N端的半條鏈上凈電荷為+16，C端只有+3，大部分疏水基團(tuán)都分布在C端。組蛋白的修飾作用。包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。富含賴氨酸的組蛋白H5。H5賴氨酸含量高達(dá)24%。

第一節(jié)染染色體2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院112.2.非組蛋白染色體上除了了存在大約與與DNA等量的組蛋白白以外，還存存在大量的非非組蛋白。非組蛋白的量量大約是組蛋蛋白的60%～70%，但它的種類類卻很多，約約在20-100種之間，其中中常見的有15-20種。非組蛋蛋白的組織專專一性和種屬屬專一性。非組蛋白包括括酶類、骨架架蛋白、核孔孔復(fù)合物蛋白白以及肌動蛋蛋白、肌球蛋蛋白等。它們們也可能是染染色質(zhì)的組成成成分。幾類常見的非非組蛋白：HMC蛋白。一般認(rèn)認(rèn)為可能與DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)有關(guān)。DNA結(jié)合蛋白?？煽赡苁且恍┡c與DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄錄有關(guān)的酶或或調(diào)解物質(zhì)。。A24非組蛋白。位位于核小體內(nèi)內(nèi)，功能不詳詳。第一節(jié)染染色體2022/12/6南京農(nóng)農(nóng)業(yè)大大學(xué)生生命命科學(xué)學(xué)學(xué)院院122.3.DNA真核細(xì)細(xì)胞基基因組組最大大的特特點(diǎn)是是好有有大量量的重重復(fù)序序列，，而且且功能能DNA序列大大多被被不編編碼蛋蛋白質(zhì)質(zhì)的非非功能能DNA所隔開開，這這就是是著名名的“C值反常?，F(xiàn)象象”。C值：一種種生物物單倍倍體基基因組組DNA的總量量。一般情情況，，真核核生物物C值是隨隨著生生物進(jìn)進(jìn)化而而增加加，高高等生生物的的C值一般般大于于低等等生物物。（（下頁頁左圖圖）進(jìn)一步步研究究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，某某些兩兩棲類類C值大于于哺乳乳動物物，而而且在在兩棲棲類中中C值變化化也很很大，，可相相差100倍。（（下頁頁右圖圖）由此推推斷，，許多多DNA序列不不編碼碼蛋白白質(zhì)，，是無無生理理功能能的。。根據(jù)對對DNA的動力力學(xué)研研究，，真核核生物物DNA序列大大致可可分為為3類：不重復(fù)復(fù)序列列、中中度重重復(fù)序序列、、高度度重復(fù)復(fù)序列列。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院131第一節(jié)染染色色體2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院142.3.DNA不重復(fù)序序列。在單倍體體基因組組里，這這些序列列一般只只有一個個或幾個個拷貝，，它占DNA總量的40%－80%。不重復(fù)復(fù)序列長長約750－2000dp，相當(dāng)于于一個結(jié)結(jié)構(gòu)基因因的長度度。單拷拷貝基因因通過基基因擴(kuò)增增仍可合合成大量量的蛋白白質(zhì)。。如蠶絲絲心蛋白白基因。。中度重復(fù)復(fù)序列。。這類重復(fù)復(fù)序列的的重復(fù)次次數(shù)在10－104之間，占占總DNA的10%－40%。各種rRNA、tRNA及組蛋白白基因等等都屬這這一類。。高度重復(fù)復(fù)序列——衛(wèi)星DNA。這類DNA只在真核核生物中中發(fā)現(xiàn)，，占基因因組的10%——60%，由6—100個堿基組組成，在在DNA鏈上串聯(lián)聯(lián)重復(fù)幾幾百萬次次。由于于堿基的的組成不不同，在在CsCl密度梯度度離心中中易與其其他DNA分開，形形成含量量較大的的主峰及及高度重重復(fù)序列列小峰，，后者又又稱衛(wèi)星星區(qū)帶（（峰）。。第一節(jié)染染色色體2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院152.4.真核細(xì)胞胞染色體體的結(jié)構(gòu)構(gòu)真核細(xì)胞胞染色體體的DNA如圖所示示，經(jīng)過過四級壓壓縮，長長度壓縮縮將近10000倍。四級分別別為：核小體螺線管超螺旋圓圓筒染色單體體第一節(jié)染染色色體2.4.真核細(xì)胞胞染色體體的結(jié)構(gòu)構(gòu)核小體核小體是是由H2A、H2B、H3、H4各兩個分分子生成成的八聚聚體和由由大約200bpDNA組成的。八八聚體在中中間，DNA分子盤繞在在外，而H1則在核小體體的外面。。每個核小小體只有一一個H1。在核小體中中DNA盤繞組蛋白白八聚體核核心，從而而使分子收收縮成1/7，200bpDNA的長度約為為68nm，卻被壓縮縮在10nm的核小體中中。核小體串聯(lián)聯(lián)起來形成成10nm纖維。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院162022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院17第一節(jié)染染色體2.4.真核細(xì)胞染染色體的結(jié)結(jié)構(gòu)螺線管螺線管是由由10nm染色質(zhì)細(xì)絲絲盤繞形成成的螺旋管管狀細(xì)絲，，表現(xiàn)為30nm纖維。螺線管每一一螺旋包含含6個核小體，，壓縮比為為6。這種螺線管管是分裂間間期和分裂裂前期染色色體的基本本組分。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院18第一節(jié)染染色體2.4.真核細(xì)胞染染色體的結(jié)結(jié)構(gòu)超螺旋圓筒筒有跡象表明明：中期染染色質(zhì)是一一細(xì)長、中中空的圓筒筒，直徑4000nm，由30nm的螺線管纏纏繞而成，，壓縮比為為40。染色單體染色單體由由超螺旋圓圓筒再壓縮縮5倍而成。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院19第一節(jié)染染色體2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院203.原核生物基基因組：原核核生生物物基基因因組組很很小小，，大大多多只只有有一一條條染染色色體體，，且且DNA含量量少少。。如如大大腸腸桿桿菌菌DNA僅4.6Mb，完完全全伸伸展展總總長長約約為為1.3mm，含含4000多個個基基因因。。從基基因因組組的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)來來看看，，原原核核細(xì)細(xì)胞胞DNA有如如下下特特點(diǎn)點(diǎn)：：結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡練練。。非編編碼碼序序列列極極少少，，這這與與真真核核細(xì)細(xì)胞胞DNA冗余余現(xiàn)現(xiàn)象象完完全全不不同同。。存在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄單單元元。。多順順反反子子mRNA。有重重疊疊基基因因。。同一一段段DNA含有有兩兩種種不不同同蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的的信信息息。。第二二節(jié)節(jié)DNA的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/6南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)生生命命科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院21第二二節(jié)節(jié)DNA的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)第二二節(jié)節(jié)DNA的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/6南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)生生命命科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院22DNA作為為遺遺傳傳物物質(zhì)質(zhì)的的主主要要優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：：信息息量量大大，，可可以以縮縮微微表面面互互補(bǔ)補(bǔ)，，電電荷荷互互補(bǔ)補(bǔ)，，雙雙螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)說說明明了了精精確確復(fù)復(fù)制制機(jī)機(jī)理理核糖糖的的2’’脫氧氧，，在在水水溶溶液液中中穩(wěn)穩(wěn)定定性性好好可以突變，以以求進(jìn)化（突突變對個體是是不幸的，進(jìn)進(jìn)化對群體是是有利的）有T無U，基因組得以以增大，而無無C脫氨基成U帶來的潛在危危險。（尿嘧嘧啶DNA糖苷酶可以靈靈敏識別DNA中的U而隨時將其剔剔除）。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院231.DNA的一級結(jié)構(gòu)Watson和Crick于1953年提出了著名名的DNA雙螺旋模型。。DNA又稱脫氧核糖糖核酸（deoxyribonucleicacid）。DNA的一級結(jié)構(gòu)即即是指四種核苷酸的連接接及排列順序序，表示該DNA分子的化學(xué)構(gòu)構(gòu)成。DNA有脫氧核苷酸酸聚合而成。。堿基的不同決決定了脫氧核核苷酸的不同。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院241.DNA的一級結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸由由堿基（A、T、G、C）、脫氧核糖糖及磷酸基團(tuán)團(tuán)組成。以下下是脫氧核苷苷酸及堿基結(jié)結(jié)構(gòu)式。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院251.DNA的一級結(jié)構(gòu)脫氧核苷酸之之間由3’→5’磷酸二酯鍵連連接成DNA鏈，兩條鏈的的堿基通過氫氫鍵實現(xiàn)AT、GC配對。第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/6南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)生生命命科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院261.DNA的一一級級結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)DNA一級級結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特點(diǎn)點(diǎn)是是：：DNA分子子由由兩兩條條互互相相平平行行的的脫脫氧氧核核苷苷酸酸長長鏈鏈盤盤繞繞而而成成。。DNA分子子中中的的脫脫氧氧核核糖糖和和磷磷酸酸交交替替連連接接，，排排在在外外側(cè)側(cè)，，構(gòu)構(gòu)成成基基本本骨骨架架，，堿堿基基排排列列在在內(nèi)內(nèi)側(cè)側(cè)。。兩條條鏈鏈上上的的堿堿基基通通過過氫氫鍵鍵相相結(jié)結(jié)合合，，形形成成堿堿基基對對，，它它的的組組成成有有一一定定的的規(guī)規(guī)律律。。這這就就是是嘌嘌呤呤與與嘧嘧啶啶配配對對（（A與T，G與C配對對））。。堿堿基基之之間間的的這這種種一一一一對對應(yīng)應(yīng)的的關(guān)關(guān)系系叫叫堿堿基基互互補(bǔ)補(bǔ)配配對對原原則則。。由由于于堿堿基基可可以以任任何何順順序序排排列列，，構(gòu)構(gòu)成成了了DNA分子子的的多多樣樣性性。。第二二節(jié)節(jié)DNA的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院272.DNA的二級結(jié)結(jié)構(gòu)DNA二級結(jié)構(gòu)構(gòu)是指兩兩條多核核苷酸鏈鏈反相平平行盤繞繞所生成成的雙螺螺旋盤繞繞結(jié)構(gòu)。。DNA有三種構(gòu)構(gòu)想：A-DNA、B-DNA、Z-DNA，其中AB為右手構(gòu)構(gòu)象，Z為左手構(gòu)構(gòu)想。B型為普遍遍存在的的結(jié)構(gòu)。。A型、Z型可能具具有不同同的生物活活性還存在其其他構(gòu)型型。第二節(jié)DNA的結(jié)結(jié)構(gòu)2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院282.DNA的二級結(jié)結(jié)構(gòu)B-DNA特點(diǎn)：螺旋直徑徑2nm鏈間有螺螺旋形凹凹槽，較較小的為為小溝（（1.2nm），較大大的為大大溝（2.2nm）堿基間距距0.34nm每輪堿基基數(shù)10堿基平面面與縱軸軸垂直第二節(jié)DNA的結(jié)結(jié)構(gòu)2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院293.DNA的高級結(jié)結(jié)構(gòu)DNA的高級結(jié)結(jié)構(gòu)指DNA雙螺旋進(jìn)進(jìn)一步扭扭曲盤旋旋所形成成的特定定空間結(jié)結(jié)構(gòu)。超螺旋結(jié)結(jié)構(gòu)是DNA高級結(jié)構(gòu)構(gòu)的主要要形式，，可分為為正超螺螺旋和負(fù)負(fù)超螺旋旋兩類，，它們在在不同類類型的拓拓?fù)洚悩?gòu)構(gòu)酶作用用下或特特殊情況況下可相相互轉(zhuǎn)變變，如：：拓?fù)洚悩?gòu)酶溴乙啶拓?fù)洚悩?gòu)酶溴乙啶負(fù)超螺旋正超螺旋松弛DNA第二節(jié)DNA的結(jié)結(jié)構(gòu)2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院303.DNA的高級結(jié)構(gòu)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)形成的意義義：使DNA形成高度致密密狀態(tài)從而得得以裝入核中中；推動DNA結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以以滿足功能上的需要要。如負(fù)超螺螺旋分子所受張力力會引起互補(bǔ)補(bǔ)鏈分開導(dǎo)致局部部變性，利于于復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。螺旋超螺旋第三節(jié)DNA的復(fù)制雙鏈DNA的復(fù)制是一個個非常復(fù)雜的的過程，在復(fù)復(fù)制的起始、、延伸和終止止三個階段，，需要多種酶酶和蛋白質(zhì)的的協(xié)同參與。。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院31第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院321.DNA的半保留復(fù)制制Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模模型時即推測測，DNA在復(fù)制時首先先兩條鏈之間間的氫鍵斷裂裂兩條鏈分開開，然后以每每一條鏈分別別做模板各自自合成一條新新的DNA鏈，這樣新合合成的子代DNA分子中一條鏈鏈來自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)鞘切潞铣傻?，，這種復(fù)制方方式為半保留復(fù)制。。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院331.DNA的半保留復(fù)制制1958年，Meselson和Stahl研究了經(jīng)15N標(biāo)記3個世代的大腸腸桿菌DNA，首次證明了了DNA半保留復(fù)制。。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院342.復(fù)制的起點(diǎn)點(diǎn)、方向和和速度復(fù)制時，雙雙鏈DNA要解開成兩兩股鏈進(jìn)行行，使復(fù)制制起點(diǎn)呈叉叉狀，被稱稱為復(fù)制叉叉。復(fù)制子為生生物體DNA的復(fù)制單位位。第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院352.復(fù)制的起點(diǎn)點(diǎn)、方向和和速度復(fù)制時，復(fù)復(fù)制叉從復(fù)復(fù)制起點(diǎn)開開始沿著DNA鏈連續(xù)移動動，起始點(diǎn)點(diǎn)可以啟動動單向復(fù)制制或者雙向向復(fù)制。這這取決于復(fù)復(fù)制起點(diǎn)形形成一個復(fù)復(fù)制叉還是是兩個復(fù)制制叉。如右右圖：第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院362.復(fù)制的起點(diǎn)點(diǎn)、方向和和速度DNA復(fù)制時，復(fù)復(fù)制方向有有5’向3’復(fù)制，前導(dǎo)導(dǎo)鏈連續(xù)合合成，后隨隨鏈合成不不連續(xù)，形形成岡崎片片段。如圖圖：第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院372.復(fù)制的起點(diǎn)點(diǎn)、方向和和速度DNA復(fù)制：復(fù)制起點(diǎn)是是固定的，，表現(xiàn)為固固定序列，，并識別參參與復(fù)制起起始的特殊殊蛋白質(zhì)。。復(fù)制叉移動動的方向和和速度雖多多種多樣，，但以雙向向等速為主主物種細(xì)胞內(nèi)復(fù)制子數(shù)目/個平均長度/kb復(fù)制子移動速度/(bp·min-1)大腸桿菌1420050000酵母500403600果蠅3500402600爪豆35000300？第三節(jié)DNA的復(fù)制2022/12/6南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)生生命命科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院383.復(fù)制制的的幾幾種種主主要要方方式式線性性DNA雙鏈鏈復(fù)復(fù)制制如右右圖圖：：環(huán)狀狀DNA雙鏈鏈復(fù)復(fù)制制θ型滾環(huán)環(huán)型型D-環(huán)型型2022/12/6南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)生生命命科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院39環(huán)狀狀DNA復(fù)制制θ型滾環(huán)環(huán)型型D-環(huán)型型第四四節(jié)節(jié)原原核核、、真真核核生生物物DNA復(fù)制制特特點(diǎn)點(diǎn)1.原核核生生物物DNA復(fù)制制的的特特點(diǎn)點(diǎn)DNA雙螺螺旋旋的的解解旋旋。。首先先在在拓拓?fù)鋼洚惍悩?gòu)構(gòu)酶酶I的作作用用下下解解開開負(fù)負(fù)超超螺螺旋旋，，并并由由解解鏈鏈酶酶解解開開雙雙鏈鏈，，接著著由由SSB蛋白白來來穩(wěn)穩(wěn)定定解解開開的的單單鏈鏈，，以以保保證證該該局局部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不會會恢恢復(fù)復(fù)為為雙雙鏈鏈。。2022/12/6南京農(nóng)農(nóng)業(yè)大大學(xué)生生命命科學(xué)學(xué)學(xué)院院40DNA復(fù)制的的引發(fā)發(fā)。首先由由引發(fā)發(fā)酶（（一種種RNA聚合酶酶）在在DNA模板上上合成成一段段RNA鏈,接著由由DNA聚合酶酶從RNA引物3’端合成成新DNA鏈后隨鏈鏈的引引發(fā)過過程由由引發(fā)發(fā)體來來完成成2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院41岡崎片段與與半不連續(xù)續(xù)復(fù)制已知DNA聚合酶的合合成方向都都是5’→3’’，這使得后后隨鏈無法法連續(xù)合成成。后隨鏈以5’→3’’的方式先合合成片段（（岡崎片段段），在連連接為完整整的鏈。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院422022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院43復(fù)制的終止止當(dāng)復(fù)制叉前前移，遇到到約22個堿基的重重復(fù)性終止止序列（Ter）時，Ter-Tus復(fù)合物能阻阻止DNA的解鏈，阻阻擋復(fù)制叉叉的前移。。復(fù)制停止后后，仍有50-100bp未被復(fù)制，，將由修復(fù)復(fù)方式填補(bǔ)補(bǔ)空缺，而而后兩鏈解解開。DNA聚合酶現(xiàn)已知大腸腸桿菌存在在DNA聚合酶I、II、III、IV和V。DNA聚合酶I非主要聚合合酶，可確確保DNA合成的準(zhǔn)確確性，并可可切除紫外外線照射產(chǎn)產(chǎn)生的嘧啶啶二聚體。。DNA聚合酶II主要生理功功能為修復(fù)復(fù)DNA。DNA聚合酶III為主導(dǎo)聚合合酶。DNA聚合酶IV和V主要在SOS修復(fù)中起作作用。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院44DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ（復(fù)合物）分子量109000120000400000每個細(xì)胞所含40010010~205′→3′聚合作用+++3′→5′核酸外切酶+++5′→3′核酸外切酶+—

—新生鏈合成——+生物學(xué)活性10.0515聚合速度（37℃核苷酸/min.分子）1000100~30015000以上第四節(jié)原原核、真真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)2.真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)點(diǎn)：真核生物每每條染色體體上可以有有多個復(fù)制制起點(diǎn)。真核生物DNA在完成復(fù)制制前不能開開始新的復(fù)復(fù)制，而原原核生物則則可以連續(xù)續(xù)開始新的的DNA復(fù)制，一個個復(fù)制單元元多個復(fù)制制叉。DNA復(fù)制只能在在分裂期進(jìn)進(jìn)行。復(fù)制起點(diǎn)為為自主復(fù)制制序列（ARS）。復(fù)制叉移動動速度慢，，僅50bp/s，不到大腸腸桿菌的1/20。真核生物DNA聚合酶有15種以上，其其中DNA聚合酶α功能主要是是引物合成成。DNA聚合酶δ主要負(fù)責(zé)DNA的復(fù)制。還存在其它它一些酶，，ζ、η、ι、κ等，有修復(fù)復(fù)損傷功能能2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院45第四節(jié)原原核核、真核核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)點(diǎn)2.真核生物物DNA復(fù)制的特特點(diǎn)：真核生物物DNA聚合酶2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院46

表11-9

真核生物五種DNA聚合酶DNA聚合酶α（Ⅰ）δ（Ⅲ）ε（Ⅱ）βγ位置核核核核線粒體功能后隨鏈的合成和引發(fā)前導(dǎo)鏈的合成修復(fù)修復(fù)復(fù)制相對活性80%

10～15%2～15%分子量300kD170～230kD250kD40kD180～300kD5′→3′外切－－－－－3′→5′外切－++－+雙脫氧T不影響不影響弱抑制抑制第四節(jié)原原核核、真核核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)點(diǎn)3.DNA復(fù)制的調(diào)調(diào)控：原核細(xì)胞胞內(nèi)復(fù)制制叉的多多少決定定了復(fù)制制起始頻頻率的高高低，復(fù)復(fù)制起始始頻率的的直接調(diào)調(diào)控因子子是蛋白白質(zhì)和RNA。大腸桿菌菌染色體體DNA復(fù)制起點(diǎn)點(diǎn)編碼復(fù)復(fù)制調(diào)節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)質(zhì)、復(fù)制制起點(diǎn)與與調(diào)節(jié)蛋蛋白質(zhì)相相互作用用并啟動動復(fù)制。。ColE1質(zhì)粒DNA的復(fù)制調(diào)調(diào)控。其其復(fù)制不不依賴本本身編碼碼的蛋白白質(zhì)，而而完全依依靠宿主主DNA聚合酶I。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)業(yè)大學(xué)生生命科科學(xué)學(xué)院院47第四節(jié)原原核核、真核核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)點(diǎn)3.DNA復(fù)制的調(diào)調(diào)控：真核細(xì)胞胞DNA的復(fù)制調(diào)調(diào)控。DNA復(fù)制只發(fā)發(fā)生在分分裂期，，其有3個水平的的調(diào)控。。細(xì)胞生活活周期水水平的調(diào)調(diào)控。也也稱限制制點(diǎn)調(diào)控控，即決決定細(xì)胞胞停留在在G1還是進(jìn)入入S期。染色體水水平調(diào)控控。決定定不同染染色體或或同一染染色體不不同部位位的復(fù)制制子按一一定順序序在S期進(jìn)行復(fù)復(fù)制。復(fù)制子水水平調(diào)控控。決定定復(fù)制的的起始與與否，這這宗調(diào)控控從單細(xì)細(xì)胞生物物到高等等生物是是高度保保守的。。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院48第五節(jié)DNA的修復(fù)復(fù)由于染色體DNA在生命過程中中占有至高無無上的地位，，DNA的復(fù)制的準(zhǔn)確確性以及DNA日常保養(yǎng)中的的損傷修復(fù)就就有著特別重重要的意義。。下表是大腸腸桿菌中的DNA修復(fù)系統(tǒng)：2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院49DNA修復(fù)系統(tǒng)功能錯配修復(fù)恢復(fù)錯配切除修復(fù)（堿基、核苷酸）切除突變的堿基和核苷酸片段重組修復(fù)復(fù)制后的修復(fù)DNA直接修復(fù)修復(fù)嘧啶二體SOS系統(tǒng)DNA的修復(fù)，導(dǎo)致變異1.DNA的突變DNA的突變分為兩兩大類：單堿堿基改變和DNA結(jié)構(gòu)畸變。單堿基改變。。如下圖：2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院50第五節(jié)DNA的修復(fù)復(fù)胞嘧啶氧化脫脫氨C→A復(fù)制錯誤DNA結(jié)構(gòu)畸變嘧啶二聚體鳥嘌呤甲基化化腺嘌呤脫嘌呤呤作用2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生命科學(xué)學(xué)學(xué)院51第五節(jié)DNA的修復(fù)復(fù)上：G甲基化。下：：A脫嘌呤左：嘧啶二聚聚體第五節(jié)DNA的修復(fù)復(fù)2022/12/6南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)生生命命科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院522.DNA修復(fù)復(fù)系系統(tǒng)統(tǒng)錯配配修修復(fù)復(fù)切除除修修復(fù)復(fù)重組組修修復(fù)復(fù)DNA直接接修修復(fù)復(fù)SOS系統(tǒng)統(tǒng)2022/12/6南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)生生命命科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院53錯配配修修復(fù)復(fù)一旦旦在在DNA復(fù)制制過過程程中中發(fā)發(fā)生生錯錯配配，，通通過過該該系系統(tǒng)統(tǒng)幾幾乎乎能能完完全全修修正正。。該該系系統(tǒng)統(tǒng)對對DNA復(fù)制制忠忠實實性性貢貢獻(xiàn)獻(xiàn)很很大大。。修復(fù)復(fù)過過程程：：識別別錯錯配配，，復(fù)合合物物的的形形成成，，甲甲基基化化及及非非甲甲基基化化鏈鏈的的切切開開，，DNA外切切酶酶切切除除含含錯錯配配的的部部分分DNA鏈，，DNA聚合合酶酶III合成成新新鏈鏈。。2022/12/6南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)生生命命科科學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)院院54切除除修修復(fù)復(fù)切除除修修復(fù)復(fù)分分為為兩兩種種：：堿基基切切除除修修復(fù)復(fù)形成成去去AP位點(diǎn)點(diǎn)AP核酸酸內(nèi)內(nèi)切切酶酶切切除除受受損損片片段段DNA聚合合酶酶I和DNA連接接酶酶修修復(fù)復(fù)DNA鏈核苷苷酸酸切切除除修修復(fù)復(fù)DNA切割割酶酶切切割割移移去去12-13個核核苷苷酸酸（（原原核核））或或27-29個核核苷苷酸酸（（真真核核））的的單單鏈鏈DNA，再再由由DNA聚合合酶酶和和DNA連接接酶酶修修復(fù)復(fù)DNA鏈2022/12/6南京農(nóng)農(nóng)業(yè)大大學(xué)生生命命科學(xué)學(xué)學(xué)院院55重組修修復(fù)又被稱稱為““復(fù)制制后修修復(fù)””，修修復(fù)的的對象象是子子代DNA。損傷的的DNA先進(jìn)行行復(fù)制制，在在子代代DNA損傷互互補(bǔ)的的部位位出現(xiàn)現(xiàn)缺口口，通通過分分子間間重組組，將將另一一個子子代完完好的的片段段移至至缺口口處，，再填填補(bǔ)重重組產(chǎn)產(chǎn)生的的缺口口。模板上上的傷傷疤始始終留留著。。只能能隨著著重重組修修復(fù)次次數(shù)↑↑，傷傷疤占占的比比例↓↓。2022/12/6南京農(nóng)農(nóng)業(yè)大大學(xué)生生命命科學(xué)學(xué)學(xué)院院56DNA的直接接修復(fù)復(fù)直接修修復(fù)是是把損損傷的的堿基基回復(fù)復(fù)到原原來狀狀態(tài)的的一種種修復(fù)復(fù)。如如在DNA光解酶酶的作作用下下修復(fù)復(fù)嘧啶啶二聚聚體。。SOS反應(yīng)SOS反應(yīng)是是細(xì)胞胞DNA受到損損傷或或復(fù)制制系統(tǒng)統(tǒng)受到到抑制制的經(jīng)經(jīng)濟(jì)狀狀況下下，細(xì)細(xì)胞為為求生生存而而產(chǎn)生生的一一種應(yīng)應(yīng)急措措施。。SOS反應(yīng)包包括誘誘導(dǎo)DNA損傷的的修復(fù)復(fù)、誘誘變效效應(yīng)、、細(xì)胞胞分裂裂的抑抑制等等。SOS反應(yīng)廣廣泛存存在于于原核核和真真核生生物中中，可可產(chǎn)生生兩方方面的的作用用：DNA的修復(fù)復(fù)、DNA的變異異。第五節(jié)節(jié)DNA的的轉(zhuǎn)座座DNA的轉(zhuǎn)座座，或或稱位位移，，是由由可位位移因因子介介導(dǎo)的的遺傳傳物質(zhì)質(zhì)重排排現(xiàn)象象。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座子子最先先由BarbaraMcClintock于20世紀(jì)40年代在在玉米米遺傳傳學(xué)研研究時時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)的。。2022/12/6南京農(nóng)業(yè)大大學(xué)生命命科學(xué)學(xué)院院571.轉(zhuǎn)座子的分分類和結(jié)構(gòu)構(gòu)特征轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）是存在于于染色體DNA上可自主復(fù)復(fù)制和移位位的基本單單位。轉(zhuǎn)座子存在在于所有生生物體內(nèi)，，人類基因因組中由35%的序列為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)作序列，，其中大部部分與疾病病有關(guān)。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)座子分為為兩大類：：插入序列（（inser