第四章-原核與真核生物的染色體結(jié)構(gòu)-課件_第1頁(yè)
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1復(fù)習(xí)2發(fā)展概要3原核生物的染色體結(jié)構(gòu)4染色體組成5真核生物的染色體結(jié)構(gòu)6遺傳信息流第四章原核與真核生物的染色體結(jié)構(gòu)1大家好1復(fù)習(xí)第四章原核與真核生物的染色體結(jié)構(gòu)1大家好復(fù)習(xí)

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)核苷酸含氮堿與戊糖形成核苷,核苷再與磷酸結(jié)合形成核苷酸核苷酸

=堿基+核糖(脫氧核糖)+磷酸腺嘌呤核苷酸(AMP)胸腺嘧啶脫氧核苷酸(d-TMP)2大家好復(fù)習(xí)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)核苷酸含氮堿與戊糖形成核苷,核苷再?gòu)?fù)習(xí)

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)Watson—Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn):

a.反平行雙鏈右手螺旋b.糖-Pi在螺旋線上c.堿基伸向內(nèi)部其平面垂直于軸d.A=T、G=Ce.直徑=2nm,一圈上升10對(duì)核苷酸,螺距為3.4nmf.大溝、小溝;3大家好復(fù)習(xí)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)Watson—Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模復(fù)習(xí)

DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定分成4組,每一組反應(yīng)體系中加入4種dNTP和一種相應(yīng)的ddNTP,反應(yīng)后可得到不同長(zhǎng)度的以雙脫氧結(jié)尾的DNA片段,各DNA片段均只相差一個(gè)核苷酸長(zhǎng)度,各組的片段經(jīng)凝膠電泳分離后,每一片段的電泳位置不同,從下而上可直接讀出DNA序列。4大家好復(fù)習(xí)DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定分成4組,每一組反應(yīng)體系中加入4種復(fù)習(xí)RNA的結(jié)構(gòu)與功能MicroRNA(miRNA)

是一類(lèi)由內(nèi)源基因編碼的長(zhǎng)度約20-24個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA分子,它們?cè)趧?dòng)植物中參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控。到目前為止,在動(dòng)植物以及病毒中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有28645個(gè)miRNA分子(Release21:June2014)。大多數(shù)miRNA基因以單拷貝、多拷貝或基因簇(cluster)的形式存在于基因組中(LagosQuintanaetal.,2001;Lauetal.,2001)5大家好復(fù)習(xí)RNA的結(jié)構(gòu)與功能MicroRNA(miRNA)5變性:概念:在物理、化學(xué)因素的影響下,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解為單鏈的現(xiàn)象稱為變性。變性因素:強(qiáng)酸堿、有機(jī)溶劑、高溫等等。DNA的熱變性稱為DNA的“融解”,50%DNA分子解鏈的溫度稱為融點(diǎn)Tm表示。復(fù)習(xí)核酸性質(zhì)6大家好變性:概念:在物理、化學(xué)因素的影響下,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解為單染色體結(jié)構(gòu)發(fā)展概要1848年,Hofmeister從鴨跖草的小孢子母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)染色體。1879年,W.Flemming提出了染色質(zhì)(chromatin)這一術(shù)語(yǔ),用以描述染色后細(xì)胞核中強(qiáng)烈著色的細(xì)絲狀物質(zhì)。1888年,Waldeyer正式定名為Chromosome。后來(lái)的研究證明染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在不同細(xì)胞周期中的形態(tài)表現(xiàn)。概述7大家好染色體結(jié)構(gòu)發(fā)展概要1848年,Hofmeister從鴨跖草的染色體結(jié)構(gòu)發(fā)展概要染色質(zhì)出現(xiàn)于間期,呈絲狀。它們?cè)诤藘?nèi)的螺旋程度不一,螺旋緊密的部分,染色較深,有的螺旋松疏染色較淺,染色質(zhì)在光鏡下呈現(xiàn)顆粒狀,不均勻地分布于細(xì)胞核中。分裂期染色質(zhì)高度螺旋化形成較粗的柱狀和桿狀等不同的形狀,成為染色體。不同生物的染色體數(shù)目、形態(tài)不同,具有種的特異性,而且比較恒定。8大家好染色體結(jié)構(gòu)發(fā)展概要染色質(zhì)出現(xiàn)于間期,呈絲狀。它們?cè)诤藘?nèi)的原核生物的染色體結(jié)構(gòu)1、細(xì)菌的基因組(染色體)通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。①細(xì)菌的染色體相對(duì)聚集在一起,形成一個(gè)較為致密的區(qū)域,稱為類(lèi)核(nucleoid)。類(lèi)核的中央部分由RNA和支架蛋白組成,外圍是雙鏈閉環(huán)的DNA超螺旋。②染色體DNA通常與細(xì)胞膜相連,連接點(diǎn)的數(shù)量隨細(xì)菌生長(zhǎng)狀況和不同的生活周期而異。在DNA鏈上與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄有關(guān)的信號(hào)區(qū)域與細(xì)胞膜優(yōu)先結(jié)合,如大腸桿菌染色體DNA的復(fù)制起點(diǎn)(OriC)、復(fù)制終點(diǎn)(TerC)等。(一)原核生物染色體特點(diǎn)9大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)1、細(xì)菌的基因組(染色體)通常僅由一條環(huán)原核生物的染色體結(jié)構(gòu)2、具有操縱子結(jié)構(gòu)(有關(guān)操縱子結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)基因表達(dá)的調(diào)控一章)其中的結(jié)構(gòu)基因?yàn)槎囗樂(lè)醋?,即?shù)個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起,受同一個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)的調(diào)節(jié)。3、在大多數(shù)情況下,結(jié)構(gòu)基因在細(xì)菌染色體基因組中都是單拷貝。但是編碼rRNA的基因往往是多拷貝的,這樣可能有利于核糖體的快速組裝,便于在急需蛋白質(zhì)合成時(shí)細(xì)胞可以在短時(shí)間內(nèi)有大量核糖體生成。10大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)2、具有操縱子結(jié)構(gòu)(有關(guān)操縱子結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)基原核生物的染色體結(jié)構(gòu)4、和病毒的基因組相似,不編碼的DNA部份所占比例比真核細(xì)胞基因組少得多。

5、和病毒基因組不同的是,在細(xì)菌基因組中編碼順序一般不會(huì)重疊,即不會(huì)出現(xiàn)基因重疊現(xiàn)象。

6、在DNA分子中具有各種功能的識(shí)別區(qū)域,如復(fù)制起始區(qū)OriC,復(fù)制終止區(qū)TerC,轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)和終止區(qū)等。這些區(qū)域往往具有特殊的順序。

7、在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止順序,它引發(fā)轉(zhuǎn)錄終止以及RNA聚合酶從DNA鏈上脫落。11大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)4、和病毒的基因組相似,不編碼的DNA部原核生物的染色體結(jié)構(gòu)(二)原核生物染色體結(jié)構(gòu)1、大腸桿菌染色體染色體長(zhǎng)4.6Mb,為單一閉環(huán)DNA分子。存在于擬核,該區(qū)域DNA濃度高,且含有多種DNA結(jié)合蛋白。2、DNA結(jié)構(gòu)域大腸桿菌基因組由50-100個(gè)環(huán)組成,環(huán)的末端被細(xì)胞膜相關(guān)蛋白固定。(p-38,D1-DNA結(jié)構(gòu)域)12大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)(二)原核生物染色體結(jié)構(gòu)1、大腸桿菌染色原核生物的染色體結(jié)構(gòu)3、基因組超螺旋

大腸桿菌染色體單個(gè)環(huán)具有獨(dú)立的超螺旋形式,總體上整個(gè)染色體是負(fù)超螺旋。4、DNA結(jié)合蛋白染色體與大量DNA結(jié)合蛋白相互作用來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。(1)HU蛋白是一種分子量較小的堿性蛋白質(zhì),與DNA非特異的結(jié)合。(2)H-NS蛋白也與DNA非特異的結(jié)合,更傾向與DNA內(nèi)部彎曲區(qū)域結(jié)合。(3)RNA聚合酶、mRNA分子和位點(diǎn)專一性DNA結(jié)合蛋白對(duì)DNA結(jié)構(gòu)域都很重要。13大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)3、基因組超螺旋4、DNA結(jié)合蛋白染色體染色體組成(一)染色體的化學(xué)組成染色質(zhì)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成,比例為1:1:(1-1.5):0.05。DNA與組蛋白的含量比較恒定,非組蛋白的含量變化較大,RNA含量最少。14大家好染色體組成(一)染色體的化學(xué)組成染色質(zhì)由DNA、組蛋(1)組蛋白一類(lèi)分子質(zhì)量較小的、堿性(帶正電)二聚體蛋白,與DNA緊密結(jié)合。組蛋白有四(5)個(gè)家族:H2A、H2B、H3和H4,以及另一類(lèi)具有特定功能的H1。①組蛋白的氨基酸組成十分特殊,富含帶正電的氨基酸,賴氨酸(lysine)和精氨酸(arginine)。各種組蛋白中有超過(guò)20%的氨基酸殘基是賴氨酸和精氨酸。染色體組成15大家好(1)組蛋白染色體組成15大家好染色體組成②H2A,H2B,H3和H4是相對(duì)較小的蛋白質(zhì),分子量一般為10~20KDa,組蛋白H1的分子量約為23KDa。組蛋白帶正電,它們能夠與DNA分子上帶負(fù)電的磷酸基團(tuán)通過(guò)靜電引力(electrostaticattraction)結(jié)合在一起。這種靜電引力是穩(wěn)定染色質(zhì)最主要的因素。③進(jìn)化上的極端保守性。牛、豬、大鼠的H4氨基酸序列完全相同。牛的H4序列與豌豆序列相比只有2個(gè)氨基酸的差異。H3的保守性也很大,鯉魚(yú)與小牛胸腺的H3只1一個(gè)氨基酸,小牛胸腺與豌豆H3只差4個(gè)氨基酸。

16大家好染色體組成②H2A,H2B,H3和H4是相對(duì)較小的蛋白質(zhì),分染色體組成④無(wú)組織特異性⑤組蛋白的修飾作用組蛋白的修飾作用包括甲基化、乙?;?、磷酸化及ADP核糖基化等(p-47)。⑥肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱性堿性氨基酸集中分布在N端。17大家好染色體組成④無(wú)組織特異性17大家好⑦H1:H1分子在核小體核心顆粒處對(duì)DNA起穩(wěn)定作用,并在核小體間分配DNA。核小體核心顆粒加上H1稱為染色小體(chromatosome)。某些情況下,H1可被結(jié)合得更緊密的H5所代替,并與無(wú)轉(zhuǎn)錄活性的DNA結(jié)合。⑧富含賴氨酸的組蛋白H5。組蛋白H5含24%的賴氨酸,與磷酸化在染色質(zhì)失活過(guò)程中起重要作用。染色體組成18大家好⑦H1:H1分子在核小體核心顆粒處對(duì)DNA起穩(wěn)定作用,并在核染色體組成(2)非組蛋白

染色體上與特異DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì),所以又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白。非組蛋白的特性:①含有較多的天門(mén)冬氨酸、谷氨酸,帶負(fù)電荷,屬酸性蛋白質(zhì);②整個(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行合成,不像組蛋白只在DNA合成期(S期)合成,并與DNA復(fù)制同步進(jìn)行;③能識(shí)別特異的DNA序列,識(shí)別信息存在于DNA本身,位點(diǎn)在大溝部分,識(shí)別與結(jié)合力為氫鍵和離子鍵。19大家好染色體組成(2)非組蛋白染色體上與特異DNA序列結(jié)合的染色體組成(3)RNARNA可能在DNA分子進(jìn)行折疊或螺旋過(guò)程中起作用。如DNAloop的形成。

非組蛋白的功能是:①幫助DNA分子折疊,以形成不同的結(jié)構(gòu),從而有利于DNA的復(fù)制和基因的轉(zhuǎn)錄;②協(xié)助啟動(dòng)DNA復(fù)制;③控制基因轉(zhuǎn)錄,調(diào)節(jié)基因表達(dá)。20大家好染色體組成(3)RNA非組蛋白的功能是:20大家好①ARS序列(autonomousreplicatingsequence)即自主復(fù)制序列,又稱復(fù)制起點(diǎn)序列(replicationoriginsequence)。該序列是染色體正常起始復(fù)制所必需的。所有的ARS的DNA均有一段保守序列:200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp。上下游各200個(gè)bp左右的序列是維持ARS功能所必需的。②著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN),由大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成,如α衛(wèi)星DNA,其功能是參與形成著絲粒,使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離。(4)染色體DNA的基本元素染色體組成21大家好①ARS序列(autonomousreplicatin③端粒序列(telomereDNAsequence,TEL),染色體的末端形成端粒結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)染色體免受降解和漸進(jìn)的截短。端粒是由一種專一端粒酶合成的短重復(fù)序列與蛋白質(zhì)構(gòu)成,獨(dú)立于正常DNA復(fù)制。一般由長(zhǎng)5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成,人的重復(fù)序列為GGGTTA。熒光原位雜交顯示的著絲粒衛(wèi)星DNA

染色體DNA的基本元素22大家好③端粒序列(telomereDNAsequence,TE染色體組成(5)DNA的序列可分為3種類(lèi)型,即:?jiǎn)我恍蛄?、中度重?fù)序列(101-5)和高度重復(fù)序列(>105)。

①單一序列DNA:復(fù)性最慢的DNA組分就是單一序列DNA,一般由單一拷貝基因,或重復(fù)僅數(shù)次的基因組成。E.coli的DNA基本上都是單一序列。23大家好染色體組成(5)DNA的序列23大家好染色體組成②中度重復(fù)序列:串聯(lián)基因簇:基因組中串聯(lián)重復(fù)數(shù)百次的某些基因或基因簇區(qū)域構(gòu)成中度重復(fù)DNA區(qū)段,如rRNA基因和組蛋白基因簇。分散重復(fù)DNA:中度重復(fù)DNA中的大部分由數(shù)百堿基對(duì)(SINES,即短散布元件)或1000-5000堿基對(duì)(LINES,即長(zhǎng)散布元件)的DNA序列構(gòu)成,每個(gè)序列重復(fù)105多次,并分散于整個(gè)基因組中。在人類(lèi)基因組中最突出的例子就是Alu和L1元件。24大家好染色體組成②中度重復(fù)序列:24大家好染色體組成③高度重復(fù)序列:衛(wèi)星DNA只在真核生物中發(fā)現(xiàn),占基因組的10%-60%,由6-100個(gè)堿基組成,在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)幾百萬(wàn)次。由于堿基的組成不同,在CsCl密度梯度離心中易與其他DNA分開(kāi),形成含量較大的主峰及高度重復(fù)序列小峰,后者又稱衛(wèi)星區(qū)帶(峰)。

▲DNA指紋圖譜(DNAfingerprint)

:1984年英國(guó)萊斯特大學(xué)的遺傳學(xué)家Jefferys及其合作者首次將分離的人源小衛(wèi)星DNA用作基因探針,同人體核DNA的酶切片段雜交,獲得了由多個(gè)位點(diǎn)上的等位基因組成的長(zhǎng)度不等的雜交帶圖紋,這種圖紋極少有兩個(gè)人完全相同,故稱為“DNA指紋”。25大家好染色體組成③高度重復(fù)序列:衛(wèi)星DNA只在真核生物中發(fā)現(xiàn),占基▲復(fù)性動(dòng)力學(xué):這是根據(jù)序列的拷貝數(shù)不同在基因組DNA復(fù)性過(guò)程中復(fù)性速率不同的原理,來(lái)識(shí)別不同種類(lèi)的重復(fù)序列DNA的一種技術(shù)。重復(fù)序列退火速度較快,而低拷貝區(qū)域復(fù)性較慢。染色體組成26大家好▲復(fù)性動(dòng)力學(xué):這是根據(jù)序列的拷貝數(shù)不同在基因組DNA復(fù)性過(guò)程染色體組成(二)從DNA到染色體

人體的一個(gè)細(xì)胞核中有23對(duì)染色體,每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開(kāi),平均長(zhǎng)為4cm,核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來(lái)約1.7-2.0m,而細(xì)胞核直徑為6-7um。因此,不難想象DNA是以螺旋和折疊的方式壓縮起來(lái)的,壓縮比例高達(dá)上萬(wàn)倍,這種壓縮的最初級(jí)結(jié)構(gòu)就是核小體。

27大家好染色體組成(二)從DNA到染色體人體的一個(gè)細(xì)胞核中有23對(duì)用非特異性核酸酶(如微球菌核酸酶)處理染色質(zhì),大多數(shù)情況下可得到大約200bp的片段。以這個(gè)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),R.Kornberg建立了核小體模型。染色體組成(1)核小體是一種串珠狀結(jié)構(gòu),由核心顆粒和連結(jié)區(qū)DNA兩部分組成,可描述如下:①每個(gè)核小體單位包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白核心和一個(gè)H1;②組蛋白核心由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體;③DNA分子以左手螺旋纏繞在組蛋白核心表面,每圈80bp,共1.75圈,約146bp,形成核心顆粒。核心顆粒兩端被H1鎖合;④相鄰核心顆粒之間為一段約55bp的連接DNA。28大家好用非特異性核酸酶(如微球菌核酸酶)處理染色質(zhì),大多數(shù)情況下可染色體組成核小體結(jié)構(gòu)29大家好染色體組成核小體結(jié)構(gòu)29大家好通過(guò)核小體,DNA長(zhǎng)度壓縮了6倍,形成直徑為11nm的纖維。但是染色質(zhì)不以這種狀態(tài)存在,在電鏡下觀察用溫和方法分離的染色質(zhì)是直徑30nm的纖維,這種纖維的形成有兩種解釋:①由核小體螺旋化形成,每6個(gè)核小體繞一圈,構(gòu)成外徑30nm的中空管長(zhǎng)度壓縮6倍;②由核小體纖維Z字形折疊而成,長(zhǎng)度壓縮40倍。

30nm纖維的形成與核小體之間蛋白質(zhì)的相互作用有關(guān),連接組蛋白H1和核心組蛋白尾部均參與這種相互作用,去除組蛋白H1的染色質(zhì)中,30nm纖維解體為更細(xì)的纖維。

染色體組成30大家好通過(guò)核小體,DNA長(zhǎng)度壓縮了6倍,形成直徑為11nm的纖維。染色體組成30nm和11nm染色質(zhì)纖維

31大家好染色體組成30nm和11nm染色質(zhì)纖維31大家好染色體組成(2)更高級(jí)染色體包裝方式①目前多認(rèn)為30nm的纖維折疊為一系列的環(huán)(loop)結(jié)合在核骨架上(或稱染色體骨架)。32大家好染色體組成(2)更高級(jí)染色體包裝方式32大家好真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)1.真核生物的基因組比原核生物大數(shù)千倍;2.有一定數(shù)目的染色體組成,每條染色體中的DNA分子為單一線性分子;3.所有DNA分子必須包裝在細(xì)胞核內(nèi),導(dǎo)致細(xì)胞核內(nèi)的DNA濃度極高;4.高度有序的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體——染色質(zhì)的形成完成了這一緊密組裝的目的;5.在染色質(zhì)中蛋白質(zhì)組分占染色質(zhì)質(zhì)量的50%以上,在細(xì)胞周期的不同時(shí)段中,染色質(zhì)具有不同的組構(gòu)水平。33大家好真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)1.真核生物的基因組比原核生物大數(shù)千倍;真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì):真核生物染色體都包含一個(gè)很長(zhǎng)的線性DNA分子,并被組裝在細(xì)胞核(nucleus)內(nèi)。染色質(zhì)描述構(gòu)成真核生物染色體的高度有序的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)用來(lái)包裝和組構(gòu)染色體DNA,并能在細(xì)胞周期的不同階段調(diào)整壓縮DNA的水平。用光學(xué)顯微鏡觀察間期細(xì)胞核時(shí),可以看到著色深淺不同的區(qū)域。深的區(qū)域主要集中在核的周邊,稱為異染色質(zhì)(heterochromatin),包含相對(duì)致密的結(jié)構(gòu)。

34大家好真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì):真核生物染色體都包含一個(gè)很長(zhǎng)的線性真核生物的染色體結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)(核內(nèi)深染部分)和常染色質(zhì)(核內(nèi)淺染部分)

35大家好真核生物的染色體結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)(核內(nèi)深染部分)和常染色質(zhì)(核內(nèi)異染色質(zhì)分為兩類(lèi):組成型異染色質(zhì)(constitutiveheterochromatin)其DNA不含基因而可一直保持壓縮狀態(tài)。它包括著絲粒和端粒DNA以及某些染色體的某些特定區(qū)域,例如人的大部分Y染色體都由異染色質(zhì)。兼性異染色質(zhì)(facultativeheterochromatin)無(wú)永久特性,僅在部分細(xì)胞的部分時(shí)間出現(xiàn),兼性異染色質(zhì)含有基因,這些基因在某些細(xì)胞中或細(xì)胞的某些階段失活。當(dāng)這些基因失活時(shí),其DNA就壓縮成異染色質(zhì)。哺乳類(lèi)雌體細(xì)胞2條X染色體,到間期一條變成異染色質(zhì)者,這條X染色體上的基因就全部失活。真核生物的染色體結(jié)構(gòu)36大家好異染色質(zhì)分為兩類(lèi):真核生物的染色體結(jié)構(gòu)36大家好真核生物的染色體結(jié)構(gòu)在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)如有兩個(gè)X染色體(通常為雌性),則其中的一個(gè)染色體常表現(xiàn)為異染色質(zhì)(右圖),稱巴氏小體(barrbody)。人的胚胎發(fā)育到16天以后,一條X染色體轉(zhuǎn)變?yōu)榘褪闲◇w,呈塊狀緊靠核膜,染色反應(yīng)表現(xiàn)為深染。因此通過(guò)檢查羊水中胚胎細(xì)胞的巴氏小體可預(yù)測(cè)胎兒的性別。

白細(xì)胞中的巴氏小體(鼓槌狀結(jié)構(gòu))

37大家好真核生物的染色體結(jié)構(gòu)在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)如有兩個(gè)X染色體(通常為真核生物的染色體結(jié)構(gòu)常染色質(zhì):常染色質(zhì)是中期染色體比較松散的區(qū)域,包括無(wú)活性的30nm纖絲區(qū)和轉(zhuǎn)錄活躍區(qū),在轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)中纖絲已被解散,可允許參與表達(dá)的蛋白與DNA結(jié)合。DNaseI超敏性:染色質(zhì)活性區(qū),或因結(jié)合特異蛋白或因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄而被松散的30nm纖絲的區(qū)域,其特征是對(duì)DNA酶I(DNaseI)的高度敏感性。CpG甲基化:哺乳動(dòng)物DNA中5’-CG-3’序列通常在胞嘧啶堿基處被甲基化;但在頻繁轉(zhuǎn)錄基因的啟動(dòng)子附近產(chǎn)生不被甲基化的CpG島,形成對(duì)DNaseI高度敏感的區(qū)域。38大家好真核生物的染色體結(jié)構(gòu)常染色質(zhì):常染色質(zhì)是中期染色體比較松散的遺傳信息流真核基因表達(dá):大多數(shù)情況下轉(zhuǎn)錄起始于啟動(dòng)子,單順?lè)醋有攀筊NA從一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄而來(lái)。產(chǎn)生出的前信使RNA在5’端有帽子結(jié)構(gòu),在3’端有多聚A尾巴。在成熟mRNA從核中釋放到細(xì)胞質(zhì)中被核糖體翻譯之前,其中的內(nèi)含子通過(guò)剪接被去除。39大家好遺傳信息流真核基因表達(dá):大多數(shù)情況下轉(zhuǎn)錄起始于啟動(dòng)子,單順?lè)催z傳信息流中心法則:中心法則最初的觀念就是DNA到RNA到蛋白質(zhì),其中轉(zhuǎn)錄與翻譯是分別進(jìn)行的。反轉(zhuǎn)錄病毒能將RNA反轉(zhuǎn)錄為DNA,很多病毒能直接以RNA為模板復(fù)制RNA,還有很多生物能編輯信使RNA序列,因此蛋白質(zhì)編碼序列不僅僅直接由特異的DNA序列決定。原核基因表達(dá):?jiǎn)蝹€(gè)基因或操縱子的轉(zhuǎn)錄從啟動(dòng)子開(kāi)始,結(jié)束于終止子,產(chǎn)生單順?lè)醋踊蚨囗樂(lè)醋拥男攀筊NA。核糖體從起始密碼子(靠近核糖體結(jié)合位點(diǎn))到終止密碼子翻譯信使RNA的編碼區(qū)。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA根據(jù)遺傳密碼把適當(dāng)?shù)陌被徇f送到延長(zhǎng)的蛋白鏈上。40大家好遺傳信息流中心法則:中心法則最初的觀念就是DNA到RNA到蛋下一節(jié)DNA復(fù)制41大家好下一節(jié)DNA復(fù)制41大家好ByeBye42大家好ByeBye42大家好1復(fù)習(xí)2發(fā)展概要3原核生物的染色體結(jié)構(gòu)4染色體組成5真核生物的染色體結(jié)構(gòu)6遺傳信息流第四章原核與真核生物的染色體結(jié)構(gòu)43大家好1復(fù)習(xí)第四章原核與真核生物的染色體結(jié)構(gòu)1大家好復(fù)習(xí)

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)核苷酸含氮堿與戊糖形成核苷,核苷再與磷酸結(jié)合形成核苷酸核苷酸

=堿基+核糖(脫氧核糖)+磷酸腺嘌呤核苷酸(AMP)胸腺嘧啶脫氧核苷酸(d-TMP)44大家好復(fù)習(xí)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)核苷酸含氮堿與戊糖形成核苷,核苷再?gòu)?fù)習(xí)

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)Watson—Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn):

a.反平行雙鏈右手螺旋b.糖-Pi在螺旋線上c.堿基伸向內(nèi)部其平面垂直于軸d.A=T、G=Ce.直徑=2nm,一圈上升10對(duì)核苷酸,螺距為3.4nmf.大溝、小溝;45大家好復(fù)習(xí)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)Watson—Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模復(fù)習(xí)

DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定分成4組,每一組反應(yīng)體系中加入4種dNTP和一種相應(yīng)的ddNTP,反應(yīng)后可得到不同長(zhǎng)度的以雙脫氧結(jié)尾的DNA片段,各DNA片段均只相差一個(gè)核苷酸長(zhǎng)度,各組的片段經(jīng)凝膠電泳分離后,每一片段的電泳位置不同,從下而上可直接讀出DNA序列。46大家好復(fù)習(xí)DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定分成4組,每一組反應(yīng)體系中加入4種復(fù)習(xí)RNA的結(jié)構(gòu)與功能MicroRNA(miRNA)

是一類(lèi)由內(nèi)源基因編碼的長(zhǎng)度約20-24個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA分子,它們?cè)趧?dòng)植物中參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控。到目前為止,在動(dòng)植物以及病毒中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有28645個(gè)miRNA分子(Release21:June2014)。大多數(shù)miRNA基因以單拷貝、多拷貝或基因簇(cluster)的形式存在于基因組中(LagosQuintanaetal.,2001;Lauetal.,2001)47大家好復(fù)習(xí)RNA的結(jié)構(gòu)與功能MicroRNA(miRNA)5變性:概念:在物理、化學(xué)因素的影響下,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解為單鏈的現(xiàn)象稱為變性。變性因素:強(qiáng)酸堿、有機(jī)溶劑、高溫等等。DNA的熱變性稱為DNA的“融解”,50%DNA分子解鏈的溫度稱為融點(diǎn)Tm表示。復(fù)習(xí)核酸性質(zhì)48大家好變性:概念:在物理、化學(xué)因素的影響下,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解為單染色體結(jié)構(gòu)發(fā)展概要1848年,Hofmeister從鴨跖草的小孢子母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)染色體。1879年,W.Flemming提出了染色質(zhì)(chromatin)這一術(shù)語(yǔ),用以描述染色后細(xì)胞核中強(qiáng)烈著色的細(xì)絲狀物質(zhì)。1888年,Waldeyer正式定名為Chromosome。后來(lái)的研究證明染色質(zhì)和染色體是同一物質(zhì)在不同細(xì)胞周期中的形態(tài)表現(xiàn)。概述49大家好染色體結(jié)構(gòu)發(fā)展概要1848年,Hofmeister從鴨跖草的染色體結(jié)構(gòu)發(fā)展概要染色質(zhì)出現(xiàn)于間期,呈絲狀。它們?cè)诤藘?nèi)的螺旋程度不一,螺旋緊密的部分,染色較深,有的螺旋松疏染色較淺,染色質(zhì)在光鏡下呈現(xiàn)顆粒狀,不均勻地分布于細(xì)胞核中。分裂期染色質(zhì)高度螺旋化形成較粗的柱狀和桿狀等不同的形狀,成為染色體。不同生物的染色體數(shù)目、形態(tài)不同,具有種的特異性,而且比較恒定。50大家好染色體結(jié)構(gòu)發(fā)展概要染色質(zhì)出現(xiàn)于間期,呈絲狀。它們?cè)诤藘?nèi)的原核生物的染色體結(jié)構(gòu)1、細(xì)菌的基因組(染色體)通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。①細(xì)菌的染色體相對(duì)聚集在一起,形成一個(gè)較為致密的區(qū)域,稱為類(lèi)核(nucleoid)。類(lèi)核的中央部分由RNA和支架蛋白組成,外圍是雙鏈閉環(huán)的DNA超螺旋。②染色體DNA通常與細(xì)胞膜相連,連接點(diǎn)的數(shù)量隨細(xì)菌生長(zhǎng)狀況和不同的生活周期而異。在DNA鏈上與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄有關(guān)的信號(hào)區(qū)域與細(xì)胞膜優(yōu)先結(jié)合,如大腸桿菌染色體DNA的復(fù)制起點(diǎn)(OriC)、復(fù)制終點(diǎn)(TerC)等。(一)原核生物染色體特點(diǎn)51大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)1、細(xì)菌的基因組(染色體)通常僅由一條環(huán)原核生物的染色體結(jié)構(gòu)2、具有操縱子結(jié)構(gòu)(有關(guān)操縱子結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)基因表達(dá)的調(diào)控一章)其中的結(jié)構(gòu)基因?yàn)槎囗樂(lè)醋?,即?shù)個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起,受同一個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)的調(diào)節(jié)。3、在大多數(shù)情況下,結(jié)構(gòu)基因在細(xì)菌染色體基因組中都是單拷貝。但是編碼rRNA的基因往往是多拷貝的,這樣可能有利于核糖體的快速組裝,便于在急需蛋白質(zhì)合成時(shí)細(xì)胞可以在短時(shí)間內(nèi)有大量核糖體生成。52大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)2、具有操縱子結(jié)構(gòu)(有關(guān)操縱子結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)基原核生物的染色體結(jié)構(gòu)4、和病毒的基因組相似,不編碼的DNA部份所占比例比真核細(xì)胞基因組少得多。

5、和病毒基因組不同的是,在細(xì)菌基因組中編碼順序一般不會(huì)重疊,即不會(huì)出現(xiàn)基因重疊現(xiàn)象。

6、在DNA分子中具有各種功能的識(shí)別區(qū)域,如復(fù)制起始區(qū)OriC,復(fù)制終止區(qū)TerC,轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)和終止區(qū)等。這些區(qū)域往往具有特殊的順序。

7、在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止順序,它引發(fā)轉(zhuǎn)錄終止以及RNA聚合酶從DNA鏈上脫落。53大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)4、和病毒的基因組相似,不編碼的DNA部原核生物的染色體結(jié)構(gòu)(二)原核生物染色體結(jié)構(gòu)1、大腸桿菌染色體染色體長(zhǎng)4.6Mb,為單一閉環(huán)DNA分子。存在于擬核,該區(qū)域DNA濃度高,且含有多種DNA結(jié)合蛋白。2、DNA結(jié)構(gòu)域大腸桿菌基因組由50-100個(gè)環(huán)組成,環(huán)的末端被細(xì)胞膜相關(guān)蛋白固定。(p-38,D1-DNA結(jié)構(gòu)域)54大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)(二)原核生物染色體結(jié)構(gòu)1、大腸桿菌染色原核生物的染色體結(jié)構(gòu)3、基因組超螺旋

大腸桿菌染色體單個(gè)環(huán)具有獨(dú)立的超螺旋形式,總體上整個(gè)染色體是負(fù)超螺旋。4、DNA結(jié)合蛋白染色體與大量DNA結(jié)合蛋白相互作用來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。(1)HU蛋白是一種分子量較小的堿性蛋白質(zhì),與DNA非特異的結(jié)合。(2)H-NS蛋白也與DNA非特異的結(jié)合,更傾向與DNA內(nèi)部彎曲區(qū)域結(jié)合。(3)RNA聚合酶、mRNA分子和位點(diǎn)專一性DNA結(jié)合蛋白對(duì)DNA結(jié)構(gòu)域都很重要。55大家好原核生物的染色體結(jié)構(gòu)3、基因組超螺旋4、DNA結(jié)合蛋白染色體染色體組成(一)染色體的化學(xué)組成染色質(zhì)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成,比例為1:1:(1-1.5):0.05。DNA與組蛋白的含量比較恒定,非組蛋白的含量變化較大,RNA含量最少。56大家好染色體組成(一)染色體的化學(xué)組成染色質(zhì)由DNA、組蛋(1)組蛋白一類(lèi)分子質(zhì)量較小的、堿性(帶正電)二聚體蛋白,與DNA緊密結(jié)合。組蛋白有四(5)個(gè)家族:H2A、H2B、H3和H4,以及另一類(lèi)具有特定功能的H1。①組蛋白的氨基酸組成十分特殊,富含帶正電的氨基酸,賴氨酸(lysine)和精氨酸(arginine)。各種組蛋白中有超過(guò)20%的氨基酸殘基是賴氨酸和精氨酸。染色體組成57大家好(1)組蛋白染色體組成15大家好染色體組成②H2A,H2B,H3和H4是相對(duì)較小的蛋白質(zhì),分子量一般為10~20KDa,組蛋白H1的分子量約為23KDa。組蛋白帶正電,它們能夠與DNA分子上帶負(fù)電的磷酸基團(tuán)通過(guò)靜電引力(electrostaticattraction)結(jié)合在一起。這種靜電引力是穩(wěn)定染色質(zhì)最主要的因素。③進(jìn)化上的極端保守性。牛、豬、大鼠的H4氨基酸序列完全相同。牛的H4序列與豌豆序列相比只有2個(gè)氨基酸的差異。H3的保守性也很大,鯉魚(yú)與小牛胸腺的H3只1一個(gè)氨基酸,小牛胸腺與豌豆H3只差4個(gè)氨基酸。

58大家好染色體組成②H2A,H2B,H3和H4是相對(duì)較小的蛋白質(zhì),分染色體組成④無(wú)組織特異性⑤組蛋白的修飾作用組蛋白的修飾作用包括甲基化、乙酰化、磷酸化及ADP核糖基化等(p-47)。⑥肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱性堿性氨基酸集中分布在N端。59大家好染色體組成④無(wú)組織特異性17大家好⑦H1:H1分子在核小體核心顆粒處對(duì)DNA起穩(wěn)定作用,并在核小體間分配DNA。核小體核心顆粒加上H1稱為染色小體(chromatosome)。某些情況下,H1可被結(jié)合得更緊密的H5所代替,并與無(wú)轉(zhuǎn)錄活性的DNA結(jié)合。⑧富含賴氨酸的組蛋白H5。組蛋白H5含24%的賴氨酸,與磷酸化在染色質(zhì)失活過(guò)程中起重要作用。染色體組成60大家好⑦H1:H1分子在核小體核心顆粒處對(duì)DNA起穩(wěn)定作用,并在核染色體組成(2)非組蛋白

染色體上與特異DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì),所以又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白。非組蛋白的特性:①含有較多的天門(mén)冬氨酸、谷氨酸,帶負(fù)電荷,屬酸性蛋白質(zhì);②整個(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行合成,不像組蛋白只在DNA合成期(S期)合成,并與DNA復(fù)制同步進(jìn)行;③能識(shí)別特異的DNA序列,識(shí)別信息存在于DNA本身,位點(diǎn)在大溝部分,識(shí)別與結(jié)合力為氫鍵和離子鍵。61大家好染色體組成(2)非組蛋白染色體上與特異DNA序列結(jié)合的染色體組成(3)RNARNA可能在DNA分子進(jìn)行折疊或螺旋過(guò)程中起作用。如DNAloop的形成。

非組蛋白的功能是:①幫助DNA分子折疊,以形成不同的結(jié)構(gòu),從而有利于DNA的復(fù)制和基因的轉(zhuǎn)錄;②協(xié)助啟動(dòng)DNA復(fù)制;③控制基因轉(zhuǎn)錄,調(diào)節(jié)基因表達(dá)。62大家好染色體組成(3)RNA非組蛋白的功能是:20大家好①ARS序列(autonomousreplicatingsequence)即自主復(fù)制序列,又稱復(fù)制起點(diǎn)序列(replicationoriginsequence)。該序列是染色體正常起始復(fù)制所必需的。所有的ARS的DNA均有一段保守序列:200bp-A(T)TTTAT(C)A(G)TTTA(T)-200bp。上下游各200個(gè)bp左右的序列是維持ARS功能所必需的。②著絲粒序列(centromereDNAsequence,CEN),由大量串聯(lián)的重復(fù)序列組成,如α衛(wèi)星DNA,其功能是參與形成著絲粒,使細(xì)胞分裂中染色體能夠準(zhǔn)確地分離。(4)染色體DNA的基本元素染色體組成63大家好①ARS序列(autonomousreplicatin③端粒序列(telomereDNAsequence,TEL),染色體的末端形成端粒結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)染色體免受降解和漸進(jìn)的截短。端粒是由一種專一端粒酶合成的短重復(fù)序列與蛋白質(zhì)構(gòu)成,獨(dú)立于正常DNA復(fù)制。一般由長(zhǎng)5-10bp的重復(fù)單位串聯(lián)而成,人的重復(fù)序列為GGGTTA。熒光原位雜交顯示的著絲粒衛(wèi)星DNA

染色體DNA的基本元素64大家好③端粒序列(telomereDNAsequence,TE染色體組成(5)DNA的序列可分為3種類(lèi)型,即:?jiǎn)我恍蛄?、中度重?fù)序列(101-5)和高度重復(fù)序列(>105)。

①單一序列DNA:復(fù)性最慢的DNA組分就是單一序列DNA,一般由單一拷貝基因,或重復(fù)僅數(shù)次的基因組成。E.coli的DNA基本上都是單一序列。65大家好染色體組成(5)DNA的序列23大家好染色體組成②中度重復(fù)序列:串聯(lián)基因簇:基因組中串聯(lián)重復(fù)數(shù)百次的某些基因或基因簇區(qū)域構(gòu)成中度重復(fù)DNA區(qū)段,如rRNA基因和組蛋白基因簇。分散重復(fù)DNA:中度重復(fù)DNA中的大部分由數(shù)百堿基對(duì)(SINES,即短散布元件)或1000-5000堿基對(duì)(LINES,即長(zhǎng)散布元件)的DNA序列構(gòu)成,每個(gè)序列重復(fù)105多次,并分散于整個(gè)基因組中。在人類(lèi)基因組中最突出的例子就是Alu和L1元件。66大家好染色體組成②中度重復(fù)序列:24大家好染色體組成③高度重復(fù)序列:衛(wèi)星DNA只在真核生物中發(fā)現(xiàn),占基因組的10%-60%,由6-100個(gè)堿基組成,在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)幾百萬(wàn)次。由于堿基的組成不同,在CsCl密度梯度離心中易與其他DNA分開(kāi),形成含量較大的主峰及高度重復(fù)序列小峰,后者又稱衛(wèi)星區(qū)帶(峰)。

▲DNA指紋圖譜(DNAfingerprint)

:1984年英國(guó)萊斯特大學(xué)的遺傳學(xué)家Jefferys及其合作者首次將分離的人源小衛(wèi)星DNA用作基因探針,同人體核DNA的酶切片段雜交,獲得了由多個(gè)位點(diǎn)上的等位基因組成的長(zhǎng)度不等的雜交帶圖紋,這種圖紋極少有兩個(gè)人完全相同,故稱為“DNA指紋”。67大家好染色體組成③高度重復(fù)序列:衛(wèi)星DNA只在真核生物中發(fā)現(xiàn),占基▲復(fù)性動(dòng)力學(xué):這是根據(jù)序列的拷貝數(shù)不同在基因組DNA復(fù)性過(guò)程中復(fù)性速率不同的原理,來(lái)識(shí)別不同種類(lèi)的重復(fù)序列DNA的一種技術(shù)。重復(fù)序列退火速度較快,而低拷貝區(qū)域復(fù)性較慢。染色體組成68大家好▲復(fù)性動(dòng)力學(xué):這是根據(jù)序列的拷貝數(shù)不同在基因組DNA復(fù)性過(guò)程染色體組成(二)從DNA到染色體

人體的一個(gè)細(xì)胞核中有23對(duì)染色體,每條染色體的DNA雙螺旋若伸展開(kāi),平均長(zhǎng)為4cm,核內(nèi)全部DNA連結(jié)起來(lái)約1.7-2.0m,而細(xì)胞核直徑為6-7um。因此,不難想象DNA是以螺旋和折疊的方式壓縮起來(lái)的,壓縮比例高達(dá)上萬(wàn)倍,這種壓縮的最初級(jí)結(jié)構(gòu)就是核小體。

69大家好染色體組成(二)從DNA到染色體人體的一個(gè)細(xì)胞核中有23對(duì)用非特異性核酸酶(如微球菌核酸酶)處理染色質(zhì),大多數(shù)情況下可得到大約200bp的片段。以這個(gè)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),R.Kornberg建立了核小體模型。染色體組成(1)核小體是一種串珠狀結(jié)構(gòu),由核心顆粒和連結(jié)區(qū)DNA兩部分組成,可描述如下:①每個(gè)核小體單位包括約200bp的DNA、一個(gè)組蛋白核心和一個(gè)H1;②組蛋白核心由H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成八聚體;③DNA分子以左手螺旋纏繞在組蛋白核心表面,每圈80bp,共1.75圈,約146bp,形成核心顆粒。核心顆粒兩端被H1鎖合;④相鄰核心顆粒之間為一段約55bp的連接DNA。70大家好用非特異性核酸酶(如微球菌核酸酶)處理染色質(zhì),大多數(shù)情況下可染色體組成核小體結(jié)構(gòu)71大家好染色體組成核小體結(jié)構(gòu)29大家好通過(guò)核小體,DNA長(zhǎng)度壓縮了6倍,形成直徑為11nm的纖維。但是染色質(zhì)不以這種狀態(tài)存在,在電鏡下觀察用溫和方法分離的染色質(zhì)是直徑30nm的纖維,這種纖維的形成有兩種解釋:①由核小體螺旋化形成,每6個(gè)核小體繞一圈,構(gòu)成外徑30nm的中空管長(zhǎng)度壓縮6倍;②由核小體纖維Z字形折疊而成,長(zhǎng)度壓縮40倍。

30nm纖維的形成與核小體之間蛋白質(zhì)的相互作用有關(guān),連接組蛋白H1和核心組蛋白尾部均參與這種相互作用,去除組蛋白H1的染色質(zhì)中,30nm纖維解體為更細(xì)的纖維。

染色體組成72大家好通過(guò)核小體,DNA長(zhǎng)度壓縮了6倍,形成直徑為11nm的纖維。染色體組成30nm和11nm染色質(zhì)纖維

73大家好染色體組成30nm和11nm染色質(zhì)纖維31大家好染色體組成(2)更高級(jí)染色體包裝方式①目前多認(rèn)為30nm的纖維折疊為一系列的環(huán)(loop)結(jié)合在核骨架上(或稱染色體骨架)。74大家好染色體組成(2)更高級(jí)染色體包裝方式32大家好真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)1.真核生物的基因組比原核生物大數(shù)千倍;2.有一定數(shù)目的染色體組成,每條染色體中的DNA分子為單一線性分子;3.所有DNA分子必須包裝在細(xì)胞核內(nèi),導(dǎo)致細(xì)胞核內(nèi)的DNA濃度極高;4.高度有序的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體——染色質(zhì)的形成完成了這一緊密組裝的目的;5.在染色質(zhì)中蛋白質(zhì)組分占染色質(zhì)質(zhì)量的50%以上,在細(xì)胞周期的不同時(shí)段中,染色質(zhì)具有不同的組構(gòu)水平。75大家好真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)1.真核生物的基因組比原核生物大數(shù)千倍;真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì):真核生物染色體都包含一個(gè)很長(zhǎng)的

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