第二章染色體與DNA主要內(nèi)容2.1染色體2.2DNA的結(jié)構(gòu)2.3DNA的復(fù)制2.4DNA的修復(fù)2.5DNA的轉(zhuǎn)座2.1染色體（Chromosome)

親代將遺傳物質(zhì)DNA以染色體的形式傳給后代的，因此一般認(rèn)為染色體在遺傳上起著主要作用。染色體DNA蛋白質(zhì){組蛋白：H1H2AH2BH3H4非組蛋白}核小體{DNA蛋白質(zhì)染色體一、真核生物染色體的組成組蛋白的一般特性：■進(jìn)化上的保守性保守程度：H1H2A、H2BH3、H41）組蛋白上海生化所分子遺傳學(xué)1998年試題：在真核生物核內(nèi)。五種組蛋白（H1H2AH2BH3和H4）在進(jìn)化過程中，H4極為保守，H2A最不保守（）×■無組織特異性■肽鏈氨基酸分布的不對稱性（N端多堿性，疏水基團(tuán)集中于C端）■H5組蛋白的特殊性：富氨基酸含賴氨酸（24%）■組蛋白的可修飾性2）DNAC值反常現(xiàn)象（C-valueparadox)（C值矛盾）

C值是一種生物的單倍體基因組DNA的總量。

真核細(xì)胞基因組的最大特點(diǎn)是它含有大量的重復(fù)序列，而且功能DNA序列大多被不編碼蛋白質(zhì)的非功能DNA所隔開，這就是著名的“C值反常現(xiàn)象”。

C值反?，F(xiàn)象

霉菌藻類G+細(xì)菌G-細(xì)菌顯花植物鳥類哺乳類爬行類兩棲類硬骨魚類軟骨魚類賴皮類甲殼類昆蟲類軟體動物蠕蟲類真菌枝原體A生物體進(jìn)化程度高低與C值不成明顯正相關(guān)

B親緣關(guān)系相近的生物大C值相差較大真核生物中C值一般是隨生物進(jìn)化而增加的，高等生物的C值一般大于低等生物。

C一種生物內(nèi)大C值與小c值相差極大

3）染色質(zhì)和核小體核小體：用于包裝染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位，是由DNA鏈纏繞一個組蛋白核構(gòu)成的。

6.8:140:11000:18000:1DNAdoublehelixNucleosome(10nmfiber)30nmFiberLoopsILoopsIIchromosome二、原核生物的染色體類核體DNA蛋白質(zhì)上海第二軍醫(yī)大碩士研究生入學(xué)考試試題：基因組的特點(diǎn)（真核、原核比較）（三）原核生物和真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較●基因組很小，大多只有一條染色體●

結(jié)構(gòu)簡煉●存在轉(zhuǎn)錄單元(trnascriptionaloperon)多順反子(polycistron)X174D-E-J-F-G-HmRNA蛋白J、F、GHDEE.coli色氨酸操縱子9個順反子9個酶1、原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)順反子（cistron）：即結(jié)構(gòu)基因，為決定一條多肽鏈合成的功能單位

●有重疊基因（Sanger發(fā)現(xiàn)）基因內(nèi)基因部分重疊基因一個堿基重疊2、真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)●

真核基因組結(jié)構(gòu)龐大

3×109bp、染色質(zhì)、核膜●單順反子●基因不連續(xù)性

斷裂基因（interruptedgene）、內(nèi)含子(intron)、外顯子(exon)●非編碼區(qū)較多

多于編碼序列(9:1)●含有大量重復(fù)序列■不重復(fù)序列/單一序列：

在基因組中有一個或幾個拷貝。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝的。如：蛋清蛋白、血紅蛋白等功能：主要是編碼蛋白質(zhì)。■中度重復(fù)序列：

在基因組中的拷貝數(shù)為101~104。如：rRNA、tRNA一般是不編碼蛋白質(zhì)的序列，在調(diào)控基因表達(dá)中起重要作用

■高度重復(fù)序列：拷貝數(shù)達(dá)到幾百個到幾百萬個。

●衛(wèi)星DNA:AT含量很高的簡單高度重復(fù)序列。2.2DNA的結(jié)構(gòu)（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)（三）DNA的高級結(jié)構(gòu)核酸核苷酸核苷磷酸堿基戊糖元素組成：CHONP

核酸完全水解產(chǎn)生嘌呤和嘧啶等堿性物質(zhì)、戊糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解則產(chǎn)生核苷和核苷酸。每個核苷分子含一分子堿基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除產(chǎn)生核苷外，還有一分子磷酸。核酸的各種水解產(chǎn)物可用層析或電泳等方法分離鑒定。補(bǔ)充（生物化學(xué)）知識：核酸的組成成分戊糖組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。RiboseDeoxyribose堿基1.嘌呤（Purine）123456978腺嘌呤AdenineA鳥嘌呤guanineG2.嘧啶（Pyrimidine）123456尿嘧啶uracilU胞嘧啶cytosineC胸腺嘧啶thymineTRNA特有核苷（nucleoside）：戊糖+堿基1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)AdenosineGuanosineCytidineUridine核苷酸（nucleotide）

核苷酸核苷+磷酸

戊糖+堿基+磷酸HHHHHHHHH核苷酸繼續(xù)磷酸化AMPADPATP多聚核苷酸（核酸）單核苷酸5’-磷酸基團(tuán)向核苷酸鏈的C3’-OH發(fā)起進(jìn)攻，形成3’,5’-磷酸二酯鍵相連而形成鏈狀聚合物（核酸）。5’5’3’3’（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)（1）定義脫氧核糖核酸的連接及排列順序可以用堿基排列順序表示（2）特征A)雙鏈反向平行配對而成B)脫氧核糖和磷酸交替連接，構(gòu)成DNA骨架，堿基排在內(nèi)側(cè)C)內(nèi)側(cè)堿基通過氫鍵互補(bǔ)形成堿基對（AT，CG）。

DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1）定義：指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所產(chǎn)生的雙螺旋結(jié)構(gòu)。繞DNA雙螺旋表面上出現(xiàn)的螺旋槽（溝），寬的溝稱為大溝，窄溝稱為小溝。大溝、小溝都是由于堿基對堆積和糖-磷酸骨架扭轉(zhuǎn)造成的。

2）分類：右手螺旋：A-DNA，B-DNA左手螺旋：Z-DNAABZABZ（三）DNA的高級結(jié)構(gòu)1）定義：指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。是一種比雙螺旋更高層次的空間構(gòu)象。2）主要形式：超螺旋結(jié)構(gòu)（正超螺旋和負(fù)超螺旋）超螺旋形成示意末端固定的線型雙螺旋額外的張力不能釋放雙螺旋以扭曲方式緩解應(yīng)力，形成超螺旋線狀DNA形成的超螺旋環(huán)狀DNA形成的超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶or溴化乙錠拓?fù)洚悩?gòu)酶or溴化乙錠DNA扭曲與雙螺旋相同（擰緊）DNA扭曲與雙螺旋相反（松開）負(fù)超螺旋松弛DNA正超螺旋2.3DNA的復(fù)制（一）DNA的復(fù)制機(jī)理（二）復(fù)制的起點(diǎn)、方向和速度（三）復(fù)制的幾種主要方式（一）DNA的復(fù)制機(jī)理1）定義：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式稱半保留復(fù)制。Semi-conservativeConservativeDispersive2）DNA半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：

DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性，保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。

3）與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)1、原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)2、模板：以DNA的兩條鏈為模板鏈，合成子代DNA3、引物：DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物4、引物合成酶（引發(fā)酶）：此酶以DNA為模板合成一段RNA,這段RNA作為合成DNA的引物（Primer)。實(shí)質(zhì)是以DNA為模板的RNA聚合酶。

4）DNA聚合酶:以DNA為模板的DNA合成酶

●以四種脫氧核苷酸三磷酸為底物

●反應(yīng)需要有模板的指導(dǎo)

●反應(yīng)需要有3

-OH存在

●DNA鏈的合成方向?yàn)?

3

5）DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。

但是它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來

DNA連接酶在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作用3‘5‘3‘5‘OHP6）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶：拓?fù)洚悩?gòu)酶?：

使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，作用是松解負(fù)超螺旋。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。

例：大腸桿菌中的ε蛋白

拓?fù)洚悩?gòu)酶Π：

該酶能暫時性地切斷和重新連接雙鏈DNA，作用是將負(fù)超螺旋引入DNA分子。同復(fù)制有關(guān)。例：大腸桿菌中的DNA旋轉(zhuǎn)酶7）DNA解螺旋酶/解鏈酶

通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I、II、III。8）單鏈結(jié)合蛋白

穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。9）DNA的復(fù)制過程（大腸桿菌為例）雙鏈的解開RNA引物的合成DNA鏈的延伸切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段（A)雙鏈的解開基本概念：

DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)ori(或o）、富含A、T的區(qū)段。

從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn)，組成一個復(fù)制單位，叫復(fù)制子

復(fù)制時，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復(fù)制點(diǎn)，這個復(fù)制點(diǎn)的形狀象一個叉子，故稱為復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制的多模式單起點(diǎn)、單方向多起點(diǎn)、單方向單起點(diǎn)、雙方向多起點(diǎn)、雙方向雙鏈解開、復(fù)制起始大約20個DnaA蛋白在ATP的作用下與oriC處的4個9bp保守序列相結(jié)合在HU蛋白和ATP的共同作用下,Dna復(fù)制起始復(fù)合物使3個13bp直接重復(fù)序列變性,形成開鏈解鏈酶六體分別與單鏈DNA相結(jié)合(需DnaC幫助)，進(jìn)一步解開DNA雙鏈(B)RNA引物的合成DnaB蛋白活化引物合成酶，引發(fā)RNA引物的合成。引物長度約為幾個至10個核苷酸，

DNA復(fù)制時其中一條子鏈的合成是連續(xù)的，而另一條子鏈的合成是不連續(xù)的，故稱半不連續(xù)復(fù)制。在DNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈為前導(dǎo)鏈；合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的DNA鏈為滯后鏈。(C)DNA鏈的延伸

在DNA復(fù)制過程中，前導(dǎo)鏈能連續(xù)合成，而滯后鏈只能是斷續(xù)的合成5

3

的多個短片段，這些不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段。ⅢⅠ(D）切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段

（復(fù)制終止）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填補(bǔ)上；在DNA連接酶作用下，連接相鄰的DNA鏈雙鏈環(huán)狀、θ型復(fù)制、雙向等速

DNA聚合酶

大腸桿菌中存在DNA聚合酶I、II、III

DNA聚合酶I有3'→5'核酸外切酶活性，還有5'→3'核酸外切酶的功能，可作用于雙鏈DNA，又可水解5'末端或距5'末端幾個核苷酸處的磷酸二酯鍵，因而該酶被認(rèn)為在切除由紫外線照射而形成的嘧啶二聚體中起著重要的作用。它也可用以除去岡崎片段5'端RNA引物，使岡崎片段間缺口消失，保證連接酶將片段連接起來。DNA聚合酶II具有5‘→3’方向聚合酶活性，酶活性很低。其3‘→5’核酸外切酶活性可起校正作用。目前認(rèn)為DNA聚合酶II生理功能主要是修復(fù)DNA的作用。DNA聚合酶III包含有7種不同的亞單位和9個亞基。生物活性形式為二聚體。它有5'→3'方向聚合酶活性，也有3'→5'核酸外切酶活性。是大腸桿菌DNA復(fù)制中鏈延長反應(yīng)的主導(dǎo)聚合酶。5’to3’核酸外切酶活性:是切除5’端的核苷，如后繼鏈的RNA引物。DNA聚合酶的編輯功能3’5’5’3’3’5’5’3’3’to5’核酸外切酶活性:切除3’端的核苷，在核酸復(fù)制中起校正作用。3’5’5’3’5’5’3’5’5’E.coliDNApolymerasesDNAPolIII:合成大多數(shù)的DNADNAPolI:切口平移和滯后鏈引物切除DNAPolII:DNA修復(fù)（三）DNA復(fù)制的其它方式滾環(huán)型：單向復(fù)制的特殊方式如：ΦΧ174的雙鏈環(huán)狀DNA復(fù)制型（RF）特點(diǎn)：（1）模板鏈和新合成的鏈分開;（2）不需RNA引物，在正鏈3‘－OH上延伸（3）只有一個復(fù)制叉;D環(huán)復(fù)