染色體與DNA分子生物學(xué)分子生物學(xué)2.1染色質(zhì)和染色體

染色體(chromosome) Chromosomeisadiscreteunitofthegenomecarryingmanygenes.EachchromosomeconsistsofaverylongmoleculeofduplexDNAandanapproximatelyequalmassofproteins.Itisvisibleasamorphologicalentityonlyduringcelldivision.分裂期染色質(zhì)(chromatin) Chromatindescribestheconditionofthechromosomalmaterialduringtheinterphase(betweenmitoses)ofthecellcycle.細(xì)胞分裂間期

分子生物學(xué)一、染色體結(jié)構(gòu)：原核：簡單，沒有核膜包圍形成真正的細(xì)胞核，核酸分子常裸露存在整個細(xì)胞中，與少量蛋白質(zhì)結(jié)合，這些蛋白質(zhì)有些與DNA的折疊有關(guān)，另外的參與DNA復(fù)制、重組和轉(zhuǎn)錄過程。真核：染色體位于細(xì)胞核的核仁內(nèi)，DNA與Pro（組與非組蛋白）完全融合，Pro/DNA的質(zhì)量比2/1。

分子生物學(xué)分子生物學(xué)原核與真核染色體DNA比較

原核生物中一般只有一條染色體且大都帶有單拷貝基因，只有很少數(shù)基因〔如rRNA基因〕是以多拷貝形式存在；整個染色體DNA幾乎全部由功能基因與調(diào)控序列所組成；幾乎每個基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列呈線性對應(yīng)狀態(tài)。

分子生物學(xué)染色質(zhì)的基本單位----核小體

分子生物學(xué)核小體(nucleosome)結(jié)構(gòu)DNA繞在組蛋白八聚體(H2A、H2B、H3、H4各一對)核心外1.8周(146bp)，形成核小體核心顆粒。兩個核小體核心顆粒之間有LinkerDNA(0-80bp)，

核小體核心顆粒+Linker=核小體(長180-210bp)

分子生物學(xué)分子生物學(xué)染色體的結(jié)構(gòu)要素

著絲粒（centromere）：細(xì)胞分裂時染色體與紡錘絲相連結(jié)的部位，為染色體的正常分離所必需。在著絲粒附近有高度重復(fù)的衛(wèi)星DNA（長約5－10bp、方向相同的高度重復(fù)序列），它們不能與組蛋白結(jié)合，形成常染色質(zhì)區(qū)域。

端粒(telomere)：真核生物線狀染色體分子末端的DNA區(qū)域。分子生物學(xué)端粒DNA的特點與功能：有許多短的正向重復(fù)序列。端粒的末端都有一條12-16堿基的單鏈3’端突出。端粒DNA末端不能被外切核酸酶和單鏈特異性的內(nèi)切核酸酶識別。端粒的功能：防止DNA末端降解，保證染色體的穩(wěn)定性和功能

分子生物學(xué)二、染色體的成分核酸（DNA和極少量的RNA）蛋白質(zhì)（組蛋白與非組蛋白）分子生物學(xué)核酸不重復(fù)序列(40-80%)

非嚴(yán)格的“單”，主要是結(jié)構(gòu)基因（2kb）中度重復(fù)序列(10-40%)重復(fù)10-10000次，rRNA、tRNA、組蛋白基因高度重復(fù)序列(10-60%)衛(wèi)星DNA，重復(fù)數(shù)百萬次，6-100bp分子生物學(xué)

以小鼠為例：

1.總DNA的10％是小于10bp的高度重復(fù)序列，重復(fù)數(shù)十萬到上百萬次/genome。

2.總DNA的20％是重復(fù)數(shù)千次、長約數(shù)百bp的中等重復(fù)序列。

3.總DNA的70％是不重復(fù)或低重復(fù)序列，絕大部分功能基因都位于這類序列中。

分子生物學(xué)組蛋白(histone)

一類小的帶有豐富正電荷<富含Lys，Arg)的核蛋白，與DNA有高親和力。組蛋白分類：

1．核小體核心組蛋白：H2A，H2B，H3，H4。分子量較小(102-135aa)，作用：盤繞DNA形成核小體核心顆粒。

2．H1組蛋白：較大(220aa)，作用：與LinkerDNA結(jié)合后利于核小體穩(wěn)定和更高級結(jié)構(gòu)的形成。

分子生物學(xué)非組蛋白

1.非組蛋白的多樣性。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%～70%，但它的種類卻很多。主要是酶、核酸結(jié)合蛋白、反式作用因子等。

2. 非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。

分子生物學(xué)三、染色體壓縮包裝10nm核小體（1/7）30nm螺線管（1/6）超螺旋（1/40）染色單體（1/5）所以DNA以高度壓縮的形式（數(shù)萬倍）存在染色體上分子生物學(xué)LevelsofChromatinPacking分子生物學(xué)四、染色體特征1.分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定；2.能夠自我復(fù)制，使親子代之間保持連續(xù)性；3.能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制整個生命過程；4.能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。

分子生物學(xué)2.2DNA與基因

基因(gene)

是合成一種功能蛋白或RNA分子所必須的全部DNA序列。

分子生物學(xué)

一個典型的真核基因包括①編碼序列—外顯子(exon)②插入外顯子之間的非編碼序列—內(nèi)含子(intron)③5'-端和3'-端非翻譯區(qū)(UTR)④調(diào)控序列(可位于上述三種序列中)

絕大多數(shù)真核基因是斷裂基因(split-gene)，外顯子不連續(xù)。

分子生物學(xué)Pre-mRNAIntronsRemovedExonsjunctionsSplittinggene分子生物學(xué)DNA鏈?zhǔn)怯擅撗鹾颂呛塑账嵬ㄟ^3’，5’磷酸二酯鍵聚合而成的高聚物，其一級結(jié)構(gòu)就是指4種核苷酸（A、T、G、C）的連接及其排列順序，表示了該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成。

DNA一級結(jié)構(gòu)

分子生物學(xué)分子生物學(xué)ATGC分子生物學(xué)特殊的DNA一級結(jié)構(gòu)反向重復(fù)序列堿基分布不均勻 富含A/T的序列富含G/C的序列所以，一級結(jié)構(gòu)影響高級結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)DNA二級結(jié)構(gòu)

雙螺旋結(jié)構(gòu)

1953年4月Watson和Crick提出DNA右手雙螺旋模型分子生物學(xué)右手雙螺旋模型DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成的。

DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結(jié)合，形成堿基對，它遵循堿基互補(bǔ)配對原則。分子生物學(xué)分子生物學(xué)RighthandedB-formDNADoublehelixModel

每一單鏈具有5‘3’極性兩條單鏈間以氫鍵連接兩條單鏈，極性相反，反向平行以中心為軸，向右盤旋(B-form)

雙螺旋中存在大溝(2.2nm)小溝(1.2nm)分子生物學(xué)DNA單鏈的延伸3‘端

分子生物學(xué)l

堿基頂部基團(tuán)裸露在DNA

大溝內(nèi)

l

蛋白質(zhì)因子與DNA的特異結(jié)合依賴于氨基酸與DNA間的氫鍵的形成l

蛋白質(zhì)因子沿大溝與DNA形成專一性結(jié)合的機(jī)率與多樣性高于沿小溝的結(jié)合l

大溝的空間更有利于與蛋白質(zhì)的結(jié)合

DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點分子生物學(xué)DNA螺旋的幾種構(gòu)象

B-DNAA-DNAZ-DNA分子生物學(xué)Z-DNAZ-DNAA-DNAB-DNA分子生物學(xué)其他DNA螺旋結(jié)構(gòu)T.S.DNA(TriplexStrands)

三螺旋DNATet.SDNA(TetraplexStrands)

四螺旋DNA分子生物學(xué)DNA高級結(jié)構(gòu)超螺旋與拓?fù)洚悩?gòu)現(xiàn)象分子生物學(xué)DNA超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋超螺旋，簡單地說就是螺旋的螺旋，或者我們假定雙螺旋存在一個中心軸，這條中心軸再形成螺旋。超螺旋的形成不是一個隨機(jī)過程，而是在DNA雙螺旋存在一種結(jié)構(gòu)張力時才會形成。由于DNA雙螺旋的盤繞過度或不足，使DNA分子處于一種張力狀態(tài)。在封閉環(huán)狀DNA分子中這種張力不能釋放出來，就會形成超螺旋。分子生物學(xué)正、負(fù)超螺旋正超螺旋 中心軸的盤繞同雙螺旋兩條鏈盤繞的方向相同，也就是同解鏈方向相反。正超螺旋使螺旋更加緊密，所以把正超螺旋叫過分盤繞DNA。

負(fù)超螺旋 負(fù)超螺旋能讓DNA分子通過調(diào)整雙螺旋本身的結(jié)構(gòu)來減少這種張力，一般是以減少每個堿基對旋轉(zhuǎn)，即放松兩股鏈彼此的盤繞，所以把具有負(fù)超螺旋的DNA叫盤繞不足DNA。分子生物學(xué)超螺旋的生物學(xué)意義超螺旋可能有兩方面的生物學(xué)意義：超螺旋DNA比松弛型DNA更緊密，使DNA分子體積變得更小，得以包裝在細(xì)胞內(nèi)；超螺旋能影響雙螺旋的解鏈程度，因而影響DNA分子與其他分子，如酶、蛋白質(zhì)分子的相互作用。分子生物學(xué)DNA二級結(jié)構(gòu)的形態(tài)LinearDNA.LOpenCircleDNAOCSupercoiledcircleCovalentClosedCircleCCCD.S.L1.00D.S.OC1.14S.S.L1.30D.S.CCC1.41Collapsed3.00SvedbergUnit(S)分子生物學(xué)

超螺旋結(jié)構(gòu)DNA

絕大多數(shù)原核生物的DNA共價閉合環(huán)的分子結(jié)構(gòu)真核生物染色體線形分子DNA組蛋白多級螺旋多個類似環(huán)型的結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)●超螺旋結(jié)構(gòu)DNA

leadstoleft-handedsuperhelix

B-DNAoverwinding(右旋)

positivesupercoiled分子生物學(xué)Leadstoright-handedsuperhelixB-DNAunwinding(左旋)

所有生物的DNA幾乎有5%為NegativeSuperhelix

NegativeSupercoiled

分子生物學(xué)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，形成超螺旋分子生物學(xué)Neg.Superhelix

OC,L,DNA

Pos.Superhelix

EB對超螺旋結(jié)構(gòu)的影響分子生物學(xué)l

DNA在水溶液中,構(gòu)型偏B型狀態(tài)l

DNA以10.5bp/helix為最穩(wěn)定構(gòu)型l

小于10.5bp/helix向正超螺旋發(fā)展(緊縮態(tài))l

大于10.5bp/helix向負(fù)超螺旋發(fā)展(松弛態(tài))

對超螺旋的認(rèn)識分子生物學(xué)

在細(xì)胞內(nèi)(invivo)

l

DNA分子需以高度致密的超螺旋狀態(tài)壓縮在細(xì)胞核內(nèi)l

富含AT區(qū)域易于解鏈,形成十字型的負(fù)超螺旋,

以消除解鏈產(chǎn)生的應(yīng)力,維持DNA分子的穩(wěn)定狀態(tài)lB-DNA→Z-DNA→B-DNA調(diào)控基因的表達(dá)DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄需D.S.→S.S.狀態(tài)分子生物學(xué)DNA拓?fù)洚悩?gòu)體

具有完全相同順序，而鏈環(huán)數(shù)值不同的DNA，稱為拓?fù)洚悩?gòu)體。在封閉環(huán)狀DNA分子中鏈環(huán)數(shù)值的改變，即拓?fù)洚悩?gòu)體之間的互變，只有在一條鏈或兩條鏈有了缺口時才能發(fā)生，通常要有酶來催化，此種酶叫拓?fù)洚悩?gòu)酶。

I型異構(gòu)酶能在一股鏈上產(chǎn)生一個缺口，而II型異構(gòu)酶能在兩股鏈上產(chǎn)生缺口。

分子生物學(xué)TopI對負(fù)超螺旋處的單鏈DNA具有極強(qiáng)的親合力拓?fù)涿腹δ鼙容^消除負(fù)超螺旋，松弛DNA引入負(fù)超螺旋，緊縮DNATopII

拓?fù)洚悩?gòu)酶

(topoisomeraseI,II)參與構(gòu)型的改變TopIcannotactonpositivelysupercoiledDNA分子生物學(xué)負(fù)超螺旋的特殊性負(fù)超螺旋的引入需要提供能量，可以把負(fù)超螺旋看作是一種能量的儲存形式。在體內(nèi)負(fù)超螺旋的水平受產(chǎn)生超螺旋和消除超螺旋兩種酶活性的平衡控制。在特定區(qū)域內(nèi)增加負(fù)超螺旋可能有助于DNA結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)變。分子生物學(xué)l

細(xì)胞內(nèi)精細(xì)調(diào)控機(jī)制維持

TopI~TopII含量的平衡嚴(yán)格控制體內(nèi)負(fù)超螺旋維持在5%水平保證DNA的各種遺傳活動

分子生物學(xué)DNA分子的變性

生理狀態(tài)下雙鏈DNA中配對堿基的氫鍵不斷處于斷裂和再生的狀態(tài)之中，特別是穩(wěn)定性較低的富含A-T的區(qū)段，氫鍵的斷裂和再生更為明顯。在微觀上，它們常常發(fā)生瞬間的單鏈泡狀結(jié)構(gòu)，這叫作DNA雙螺旋的呼吸作用。

分子生物學(xué)DNA分子變性(DNAdenaturation)

●

D.S.DNAS.S.DNA

(加溫,極端pH,尿素,酰胺)

變性過程的表現(xiàn)☆

DNA粘度降低☆DNA

沉降速度加快☆DNA分子的A260nmUV值上升核酸在260nm具有強(qiáng)烈的吸收峰，結(jié)構(gòu)越有序，吸收的光越少。游離核苷酸比單鏈的RNA或DNA吸收更多的光，而單鏈RNA或DNA的吸收又比雙鏈DNA分子強(qiáng)。分子生物學(xué)1.1851.01.37OD℃50μg/mlOpticalDensity

D.SDNAA260=1S.SDNAA260=1.37dNTPsA260=1.60

=OD增加值的中點溫度

Tm

(meltingtemperature)

=DNA的50％堿基對發(fā)生變性的溫度

分子生物學(xué)

Marmur-Dotyformula

EvaluationGC%ofDNA

Tm=69.3+0.41×GC%

GC%=30-70%0.15MNacl+0.015MSodiumLimonateTm1

＜

Tm2℃1.01.1851.37OD分子生物學(xué)l

增色效應(yīng)的跳躍現(xiàn)象高分子量的DNA分子在熱變性過程中,富含AT區(qū)域首先發(fā)生變性,然后逐步擴(kuò)展,表現(xiàn)增色效應(yīng)的跳躍現(xiàn)象,使變形過程加快.

richAT

richAT

分子生物學(xué)DNA分子的復(fù)性

D.SDNAS.SDNADenaturation▲▼Renaturation

復(fù)性過程依賴于單鏈分子間的隨機(jī)碰撞分子生物學(xué)

影響DNA復(fù)性過程的因素：

●

陽離子濃度0.18~0.2MNa+

可消除靜電斥力●

復(fù)性反應(yīng)的溫度Tm-25℃

以消除S.S.DNA分子內(nèi)的部分二級結(jié)構(gòu)●

S.S,DNA的初始濃度C0●DNA分子中核苷酸的排列狀況(隨機(jī)排列,重復(fù)排列)

●S.S.DNA分子的長度S.S.DNA愈長S.S.DNA愈短→分子擴(kuò)散愈慢→復(fù)性愈慢→分子擴(kuò)散愈快→復(fù)性愈快分子生物學(xué)復(fù)性發(fā)生的過程的討論遵循second–orderkineticsformula

（二級反應(yīng)動力學(xué)）dCt/dt=-KCt2

反應(yīng)初始t=0●

兩條部分同源的S.S.DNA,在復(fù)性過程中形成的部分雙鏈區(qū)是不穩(wěn)定的●單鏈DNA的隨機(jī)碰撞過程單鏈DNA濃度=C0反應(yīng)達(dá)t時單鏈DNA濃度=Ct分子生物學(xué)dCt/dt=-KCt2積分Ct/C0=1/1+KC0t當(dāng)Ct/C0=1/2時Ct/C0=1/2=1/1+KC0t(1/2)K=1/Cot(1/2)Cot(1/2)=1/K(mol.Sec/L)任一DNA分子達(dá)到Ct/C0=?的速率是定值分子生物學(xué)

已知大腸桿菌DNA總量為4.4x106bp,Cot1/2=9,有一生物，其Cot1/2=3x10-1，求其細(xì)胞中的DNA總量。分子生物學(xué)分子生物學(xué)基因與基因概念的發(fā)展

基因是生物體遺傳信息的基本單位，其本質(zhì)是DNA（有的生物基因組是RNA），簡單的說，基因是合成一種功能蛋白或RNA分子所必須的全部DNA（RNA）序列。原核生物和真核生物的基因有較大的不同，一個典型的真核基因包括：編碼序列—外顯子；插入外顯子之間的非編碼序列—內(nèi)合子；5‘-端和3’-端非翻譯區(qū)(UTR)；調(diào)控序列（可位于上述三種序列中）。分子生物學(xué)原核生物與真核生物的基因比較：

1.真核生物除配子外，染色體成對，所以同源DNA分子兩個；原核生物只有一個DNA（RNA）分子；2.真核生物基因轉(zhuǎn)錄為單順反子；原核生物基因具有操縱子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄為多順反子；3.真核生物DNA重復(fù)順序較多；原核一般不具重復(fù)序列；分子生物學(xué)4.真核生物基因非編碼區(qū)部分大于編碼區(qū)部分，無基因重疊現(xiàn)象；原核生物基因編碼區(qū)部分大于非編碼區(qū)部分，基因有重疊現(xiàn)象；5.真核生物有內(nèi)含子（不連續(xù)基因或者斷裂基因）；原核生物一般無；6.真核生物DNA復(fù)制多起點；原核生物DNA復(fù)制單起點。分子生物學(xué)基因概念的發(fā)展

移動基因斷裂基因假基因重疊基因分子生物學(xué)移動基因移動基因又叫轉(zhuǎn)位因子。由于它可以從染色體基因組上的一個位置轉(zhuǎn)移到另外一個位置，甚至在不同染色體之間躍遷，因此也形象地稱之為跳躍基因。

分子生物學(xué)跳躍基因

（Jumpinggene/Transposableelement）1914A.EmersonCornelluniversity

玉米果皮花斑突變pVVpvv

1936Marcus.M.RhoabesIndianaUniversity

玉米糊粉層斑點（DottedDt）突變

基因轉(zhuǎn)座現(xiàn)象的最初發(fā)現(xiàn)AaDt

DtaA

分子生物學(xué)

1947BarbaraMcClintock

玉米糊粉層花斑不穩(wěn)定現(xiàn)象伴隨的遺傳事件

a)系列染色體遺傳重組事件

b)在Ac(Activater)因子存在時

CI→ci→spotsinaleuronelayer分子生物學(xué)斷裂基因

過去人們一直以為基因的遺傳密碼子是連續(xù)不斷的并列在一起，形成一條沒有間隔的完整基因?qū)嶓w。但以后通過對真核蛋白質(zhì)編碼基因結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，在它們的核苷酸序列中間插入有與氨基酸編碼無關(guān)的DNA間隔區(qū)，使一個基因分隔成不連續(xù)的若干區(qū)段。這種編碼序列不連續(xù)的間斷基因叫斷裂基因。

分子生物學(xué)不連續(xù)的基因表達(dá)程序先轉(zhuǎn)錄成初級轉(zhuǎn)錄物，即核內(nèi)不均一RNA（hnRNA），又叫前體mRNA；然后經(jīng)過刪除和連接，去除無關(guān)的DNA間隔序列的轉(zhuǎn)錄物，便形成成熟的mRNA分子；它從細(xì)胞核中輸送到細(xì)胞質(zhì)，再翻譯成相應(yīng)的多肽鏈。這種在mRNA成熟過程中其轉(zhuǎn)錄物被剪除掉的對應(yīng)DNA部分叫做間隔序列或內(nèi)含子，被保留下來的對應(yīng)的DNA部分叫編碼序列或外顯子。

分子生物學(xué)Pre-mRNAIntronsRemovedExonsjunctionsSplittinggene分子生物學(xué)假基因

現(xiàn)已在大多數(shù)真核生物中都發(fā)現(xiàn)了假基因，這是一種核苷酸序列同其相應(yīng)的正常功能基因基本相同，但卻不能表達(dá)或者表達(dá)異常，不能產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物的失活基因。假基因來源可能有兩種：一種可能來源于“親本基因”的重復(fù)和突變；另一種可能來源于mRNA逆轉(zhuǎn)錄成DNA插入基因組中形成。分子生物學(xué)重復(fù)的假基因 許多假基因都是同“親本基因”連鎖的，而且同其編碼區(qū)和側(cè)翼序列的DNA具有很高的同源性?？梢姰a(chǎn)生此種類型的假基因拷貝的一種可能機(jī)理是，由含有“親本基因”的染色體區(qū)段串連重復(fù)突變形成。分子生物學(xué)加工的假基因 這類假基因沒有與“親本基因”連鎖，而且其結(jié)構(gòu)是同轉(zhuǎn)錄本而非“親本基因”類似。例如：它們沒有啟動子和間隔子，但在3’-末端都有一段延伸的腺嘌呤短序列，恰似mRNA分子3’-末端的Poly（A）尾巴。這些特征表明，此類假基因很可能來自加工的RNA之DNA拷貝，因此稱之為加工的假基因。

分子生物學(xué)重疊基因

隨著DNA核苷酸序列測定技術(shù)的發(fā)展，在一些細(xì)菌和動物病毒中發(fā)現(xiàn)了不同基因的核苷酸有時是可以共用的，也就是說不同基因的核苷酸序列彼此重疊。這樣核苷酸序列重疊的基因叫做重疊基因。

分子生物學(xué)1973年Weiner和Weber發(fā)現(xiàn)大腸桿菌的一種RNA病毒中，有兩個基因從同一起點開始翻譯，一個在400bp處結(jié)束，生成較小的蛋白質(zhì)，而在少數(shù)情況下（3％），翻譯可以一直進(jìn)行到800bp處碰到雙重終止信號才結(jié)束，合成較大相對分子量的蛋白質(zhì)。但是當(dāng)時他們認(rèn)為后者含量少，不予重視，沒有進(jìn)一步研究，就這樣他們和重疊基因的發(fā)現(xiàn)失之交臂。1977年Sanger在測定ΦX174全部核苷酸序列的時候發(fā)現(xiàn)分子生物學(xué)

不同終止位點

(Q

RNAvirus1973.A.Weiner)

400Nt800NtAUG----------------------UGA-----------------------UAA

UGA,UAG易被漏讀，錯讀

UAA能嚴(yán)格終止

14KdCp97%38KdIp3%分子生物學(xué)X174(F.Sanger,1977)不同的閱讀框

---ATG-----//------AATGCC----//---ATAACG---//--TAA----ABATGCCN----NNATAA分子生物學(xué)--------------TCAUGCCCAAACUAGGC--------------StartStopstopstart不同的閱讀框分子生物學(xué)---AUG--------TCAUGCCCAA----AUGAGGC--------------Vp2Start

選擇不同的起始和終止(SimianVirus40SV40)

SV40Vp1StartVp3StartVp1Vp2Vp3分子生物學(xué)基因家族

真核生物的基因組中有許多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，這樣一組基因稱為基因家族。由于它們功能相關(guān)，結(jié)構(gòu)相似且核苷酸序列具有同源性，因此極有可能由某一共同祖先基因經(jīng)重復(fù)和突變產(chǎn)生。

分子生物學(xué)基因家族分類單純多基因家族，即一個基因形成許多串連單位，如5SRNA基因；復(fù)合多基因家族，一般是功能相關(guān)的基因串連形成，如組蛋白基因家族；發(fā)育控制復(fù)合多基因家族，這些串連在一起的基因在個體發(fā)育不同階段中分別表達(dá)，如珠蛋白基因家族。

分子生物學(xué)基因家族的特點基因家族的成員可以串聯(lián)排列在一起，形成基因簇(genecluster)或串聯(lián)重復(fù)基因，如rRNA、tRNA和組蛋白的基因；有些基因家族的成員也可位于不同的染色體上，如珠蛋白基因；在基因家族中發(fā)現(xiàn)有些成員不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，即假基因。

分子生物學(xué)基因組(genome)一特定生物體的整套(單倍體)遺傳物質(zhì)的總和，基因組的大小用全部DNA的堿基對總數(shù)表示。

每種單倍體基因組的DNA含量是恒定的，全部DNA量稱為C值，與進(jìn)化的復(fù)雜性并不一致。分子生物學(xué)植物動物真菌等細(xì)菌分子生物學(xué)C-值矛盾在結(jié)構(gòu)、功能很相似的同一類生物中，甚至是親緣關(guān)系非常緊密的物種之間，它們的C值相差數(shù)10乃至上百倍，人們把這種基因組的大小和物種的遺傳復(fù)雜度沒有直接相關(guān)性的現(xiàn)象叫做C值矛盾(C-ValueParadox)。

分子生物學(xué)分子生物學(xué)基因組研究的具體內(nèi)容(1)、遺傳圖譜(2)、物理圖譜(3)、基因圖譜(4)、序列圖譜分子生物學(xué)分子生物學(xué)4張圖譜的相互關(guān)系分子生物學(xué)分子生物學(xué)人類基因組計劃（humangenomeproject,HGP）人基因組3×109(30億bp)，共編碼約3-4萬個基因。 基因組學(xué)（genomics），包括結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structuralgenomics）和功能基因組學(xué)（functionalgenomics）。

蛋白質(zhì)組（proteome）和蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics），后基因組時代的熱門課題。補(bǔ)充染色體外的DNA質(zhì)粒2.

細(xì)胞器基因組1.質(zhì)粒DNA結(jié)構(gòu)與功能

質(zhì)粒(plasmid)

是某些細(xì)菌和真核生物細(xì)胞中存在于染色體以外的DNA分子，1kb-200kb不等，大多數(shù)細(xì)菌的質(zhì)粒是雙鏈、共價閉合環(huán)狀DNA分子，以超螺旋形式存在。細(xì)菌中普遍存在；宿主范圍較窄；獨立于染色體之外進(jìn)行復(fù)制和遺傳；有多種機(jī)制維持其穩(wěn)定的copy及精確分配給子代；復(fù)制轉(zhuǎn)錄或多或少依賴宿主編碼的酶與蛋白質(zhì)；含有編碼對細(xì)菌宿主有利酶的基因（抗生素抗性、限制修飾、降解復(fù)雜化合物等）質(zhì)粒的分類根據(jù)復(fù)制機(jī)理：嚴(yán)緊控制型：嚴(yán)格受到宿主細(xì)胞的控制，只含2-3個松弛控制型：生長繁殖不受宿主細(xì)胞的限制，幾十到幾百個

質(zhì)粒的復(fù)制子決定其copy復(fù)制子：一個遺傳單位，包括復(fù)制起點和相關(guān)調(diào)控元件。質(zhì)粒復(fù)制子：質(zhì)粒DNA中能自主復(fù)制并維持正常copy數(shù)的一段最小的核酸序列單位。基因工程最常用：pMB1/colE1質(zhì)粒的不相容性利用同一復(fù)制系統(tǒng)的兩個質(zhì)粒在復(fù)制和隨后向子細(xì)胞分配過程中彼此競爭，因而不能和平共處攜帶相同復(fù)制子屬于同一不相容組，不共存在同一細(xì)菌中2.細(xì)胞器基因組

線粒體基因組： 閉環(huán)雙鏈超螺旋，動物的較小，植物的較大。葉綠體基因組： 閉環(huán)雙鏈超螺旋，100-200kb，基因無明顯成簇現(xiàn)象，rRNA基因多copy，與E.coli有同源序列，基因有內(nèi)含子。

PCR引物GC含量應(yīng)該保持合理的GC含量。含有50％的G+C的20個堿基的寡核苷酸鏈的Tm值大概在56-62℃范圍內(nèi)，這為有效退火提供足夠熱度。一對引物GC含量和Tm值應(yīng)該協(xié)調(diào)。對于低于20個堿基的引物，可以根據(jù)Tm＝4×（G+C）+2（A+T）的經(jīng)驗計算。

DNA復(fù)制、修復(fù)與重組遺傳物質(zhì)的分子機(jī)制分子生物學(xué)的核心Watson&Crick:

一種遺傳物質(zhì)，必須能行使兩種功能，即自我復(fù)制和對細(xì)胞的高度特異性的影響遺傳物質(zhì)的基本屬性：基因的自我復(fù)制控制性狀的表達(dá)DNA的生物學(xué)功能儲存遺傳信息復(fù)制遺傳信息表達(dá)遺傳信息產(chǎn)生可遺傳的變異親代雙鏈DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分別以每單鏈DNA分子為模板，聚合與自身堿基可以互補(bǔ)配對的游離的dNTP,

合成出兩條與親代DNA分子完全相同的子代DNA分子的過程。●Replicon;●Replisome;AunitofthegenomeinwhichDNAcontainaregionfromorigintoterminator

Themultiprotein(30±)structurethatassemblesatreplicatingforktoundertakesynthesisofDNA

第一節(jié)DNA復(fù)制DNAreplicationatphaseSofcellcycleE.coli37℃0.5h105bp/minS6-8hsM1hG23-4hsmammaliancell22-25hrs500-5000bp/minG112hs

復(fù)制機(jī)理的復(fù)雜性D.S.DNAS.S.DNA能量的供求構(gòu)型的變化超螺旋線狀，開環(huán)狀多種酶類的互作ReplisomeDNA復(fù)制起始控制機(jī)理知之甚少復(fù)制的準(zhǔn)確性（修復(fù)，校正）研究試材的特殊性（溫度敏感型ts，突變抑制體系Su）DNA復(fù)制速度(E.coli105bp/min，高速解旋112km/h)缺乏統(tǒng)一的模式(D.S.DNA,S.S.DNA,LinearDNA….)

1.復(fù)制起點與方向（replicationorigin&direction）

richAT&palindromeEnzymesbindingsite300bp±inreplicationoriginofProkaryoteATrich復(fù)制起點的特征

“呼吸現(xiàn)象”

DNA復(fù)制原點處氫鍵迅速斷裂與再生，導(dǎo)致兩條DNA鏈不斷解鏈與聚合，形成瞬間的單泡狀結(jié)構(gòu)的過程。在富含AT的區(qū)域內(nèi)尤為明顯

復(fù)制的多模式單起點、單方向多起點、單方向單起點、雙方向多起點、雙方向

子鏈DNA延伸方向DNApolymerasereactsonthe3’endonly5’OHTCATCA

C5’OH3’NewDNAelongationfrom5’to3’directionpppOHC++ppi

如果DNA的延伸方向是3’→5’

ATCG

+

5’pppOH3’

G

pppOH

G

ATCG

5’pppOH3’ATCG

+

5’pppOH3’

G

pppOH

G

5’ppp因能量的需要，DNA的5’端必須帶有PPP游離dNTP具有ppppppOH3’ATCG在0.2MNacl的生理環(huán)境中，磷酸基團(tuán)間的強(qiáng)電負(fù)性，使dNTP難以聚合到DNA的5‘端，而且雙鏈DNA的5’端堿基配對困難需要其他機(jī)制以解脫堿基發(fā)生錯配后的校正……費時、費能、增加脫磷酸、加磷酸的能量消耗

ATCGpppOH+pppApOHTCGpppOHTCGTCGpppOH2.DNA的半保留復(fù)制（Semi-ConservationReplication）

1958Meselson-stahl(CsClgradientcentrifuge)Sgenerations01.02.03.04.00+2.00+4.0

N15

N14

DNASemi-ConservationReplication3.DNA半不連續(xù)復(fù)制（semi-discontinuousreplication）

3‘5‘3‘5‘OK!How?5‘3‘5‘3‘AtleastonestrandofDNAreplicationinOkazakifragment1kbDNAreplicationinOkazakifragment1kb5‘3‘5‘3‘（semi-discontinuousreplication!）

Okazakifragment1968ReijiOkazakiDNA復(fù)制的酶學(xué)DNA復(fù)制是一個非常復(fù)雜的酶學(xué)過程，它需要30種以上的酶和蛋白質(zhì)，人們常把這些酶和蛋白質(zhì)稱為復(fù)制體系，其中一部分酶和蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，協(xié)同動作，構(gòu)成所謂復(fù)制體（replisome）。DNA聚合反應(yīng)與聚合酶參與DNA聚合反應(yīng)的有三種酶：PolI，PolII和PolIII，以四種核苷5’-三磷酸，即dATP、dGTP、dTTP和dCTP為前體合成聚核苷酸。PolII的具體作用還不清楚，根據(jù)實驗室工作，它在復(fù)制過程中似乎沒有什么作用，PolIII極其復(fù)雜，是大腸桿菌中是主要的聚合酶。DNA聚合酶活性：

在有引物和模板的情況下，PolI和PolIII都具有DNA聚合酶活性，但PolI的聚合酶活性主要用于DNA的修復(fù)和RNA引物的替換，而PolIII才是使DNA鏈延長的主要聚合酶。

外切核酸酶活性：3’

5’：校對、保真5’

3’：PolIII只作用于單鏈缺口填充能力PolIII只能填充幾個堿基的小缺口PolI可以填充很大的缺口其他酶類DNA連接酶螺旋酶DNA旋轉(zhuǎn)酶………DNA復(fù)制的基本過程

DNA復(fù)制的基本過程起始鏈延伸復(fù)制終止 真正的酶促機(jī)理和新DNA分子合成的步驟是十分復(fù)雜的，需要多種特異性酶和蛋白因子的參與，涉及蛋白質(zhì)、DNA和RNA等生物大分子之間的相互作用。

1.DNA復(fù)制的起始

DNA復(fù)制起始部位的序列特征

DNA復(fù)制都是在特定起始部位(Ori)開始。大多數(shù)原核生物基因組和細(xì)菌質(zhì)粒只有一個Ori位點，真核生物染色體中有多個Ori。由一個復(fù)制起始點構(gòu)成的DNA復(fù)制單位稱為復(fù)制子。原核生物染色體和質(zhì)粒都是獨立的復(fù)制子，真核細(xì)胞染色體中會有許多復(fù)制子。每個復(fù)制子在一個細(xì)胞周期中都必須起動而且只能起動一次。

復(fù)制起點（origin）一般指的是DNA復(fù)制所必需的一段特殊的DNA序列。噬菌體、細(xì)菌染色體、質(zhì)粒和一些動物病毒的DNA通常具有明顯的復(fù)制起點。酵母也有特異的復(fù)制起點，在細(xì)胞周期S期染色體復(fù)制時起重要的作用。在真核生物中，復(fù)制起點很復(fù)雜，迄今仍難于在分子水平上闡明其特征。E.coli、酵母和SV40的復(fù)制起始位點的一些共同特征復(fù)制起始位點中有多個獨特的短重復(fù)序列。這些短重復(fù)序列被多亞基的復(fù)制起始位點結(jié)合蛋白識別，這些蛋白對于復(fù)制酶在復(fù)制起始位點的組裝起關(guān)鍵作用。復(fù)制起始位點附近一般都有富含AT的序列，以利于DNA雙鏈的解旋，產(chǎn)生DNA復(fù)制模板。

復(fù)制起始位點共同的作用結(jié)合多種蛋白，并有助于它們之間的相互作用，從而有效地起始DNA的復(fù)制。復(fù)制起始位點可以決定基因組在S期復(fù)制的時間順序。復(fù)制起始位點可以防止DNA復(fù)制干擾基因在S期的轉(zhuǎn)錄。

參與復(fù)制起始的蛋白質(zhì)SSBT抗原ORC、MCMp、Cdc45引發(fā)DNA復(fù)制的起始就是引物的合成目前已知的DNA聚合酶都只能延長已存在的DNA鏈，而不能從頭合成DNA鏈。研究發(fā)現(xiàn)，DNA復(fù)制時，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，提供3’-OH，再由DNA聚合酶從RNA引物3’端開始合成新的DNA鏈。

前導(dǎo)鏈的引發(fā)過程比較簡單，只要有一段RNA引物，DNA聚合酶就能以此為起點一直合成下去。對于滯后鏈來說，引發(fā)過程就十分復(fù)雜，需要多種蛋白質(zhì)和酶的協(xié)同作用，還牽涉到岡崎片段的形成和連接。

DNA復(fù)制的轉(zhuǎn)錄激活(transcriptionalactivation）RNApolymerase[RifS]10NtRNAprimerforleadingStrand

origindnaGprimase

[RifR]forlaggingStrand

RNApolymerasePrimase(dnaG)(forprimerofLeadingStrand)(forprimerofLaggingStrand)RifS

RifR

合成的RNA分子與合成的非典型的mRNA分子與

DNA模板分離

DNA模板以氫鍵連接不分離

可以使D.S.DNA解鏈為單鏈只能利用單鏈狀態(tài)的DNA

狀態(tài)完成DNA復(fù)制的轉(zhuǎn)錄激活

為模板合成<12Nt的RNA引物

(也可利用dNt合成DNA引物

)leadingstrand引物的合成是否primase單獨存在時沒有活性

--由RNApolymerase完成轉(zhuǎn)錄只有與相關(guān)蛋白(dnaB.C)結(jié)合成激活合成的RNA分子作為引物復(fù)合體引發(fā)體（primosome)--或由primase(dnaG)接替在某種意義上講,

合成的引物primase譯為引物酶？引發(fā)酶！

仍無定論！

更為確切！

primosome

SynthesisofprogenystrandinlaggingDNApppRNAasprimerDNApolymeraseIIIpppDNApolymeraseIDNApolymeraseIDNAligase

RNApol(RNApolymerase)[RifS]

dnaG(primase)[RifR]

完成對后隨鏈引物的合成

完成10±NtRNA引物合成后.DNApolII進(jìn)行DNA鏈的延伸DNApolI對后隨鏈的RNA引物切除并聚合填補(bǔ)

連接酶(ligase）將Okazaki片段連接完成對先導(dǎo)鏈引物的合成實現(xiàn)DNA復(fù)制的轉(zhuǎn)錄激活起始較先導(dǎo)鏈的啟動落后一個Okazaki片斷Conclusion2.DNA鏈的延伸

引發(fā)一旦完成，DNA聚合酶就在RNA引物的3’-OH端按照模板鏈的堿基順序，以堿基互補(bǔ)的規(guī)則延伸DNA鏈。無論原核還是真核生物，前導(dǎo)鏈?zhǔn)前?’

3’方向連續(xù)合成，后隨鏈的延伸也是按5’

3’，但不是連續(xù)合成，而是先合成多個RNA引物，再延伸為多個岡崎片段，最后連接起來。

原核/真核生物DNA鏈延伸的不同

主要是催化的酶不同E.coli前導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成都是由DNApolIII催化。SV40前導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成是由二個不同的DNA聚合酶催化完成的(DNApol

向DNApol)

3.DNA復(fù)制的終止

一般說來，鏈的終止不需要特定的信號，也不需要特殊的蛋白質(zhì)參與。但是，環(huán)狀或線性DNA復(fù)制終止的機(jī)制卻有所不同。

環(huán)狀DNA復(fù)制終止環(huán)狀DNA復(fù)制時，可在離起始點180。相遇，即兩個復(fù)制叉同時到達(dá)一個部位。有些環(huán)狀DNA分子內(nèi)含有終止位點，一個復(fù)制叉先到達(dá)該處停下來，然后另一個復(fù)制叉也到達(dá)該部位。如在正常情況下，λDNA復(fù)制時終止點與起始點相差180。。如果刪去一些非必需區(qū)域，或者插入一些無關(guān)的片段從而改變了復(fù)制起始點和終止點的相對距離，經(jīng)改造后的DNA復(fù)制終止點仍保持與起始點相差180。。表明λDNA分子沒有特定的終止點。

線狀DNA的復(fù)制終止及避免5’末端短縮的模式

（5’-endshortend）

3’-OH?

3‘-OHLaggingstrandofcircleDNAreplicationLaggingstrandoflinearDNAreplicationBut3‘5‘5‘3‘3’-OH?

T7phage

DirectrepeatintheendoflinearDNA

ConcatermerbetweentwooffspringDNAafterreplication

(100dNtterminalredundancy)??Concatermer（二聯(lián)體）3‘-OHATCGTAGCATCGTAGC3‘-OHReplicationoflinearAdnovirus-2DNA

35937bp

pTP

C

G

IR103-162

IR;including50bpreplicationorigin

richAT&1thC/Ghighconservation

pTP;pre-Terminalprotein80kd→

TP55kdDBP;S.S.DNAbindingprotein72kdAd2DNApolymerase;

140kd

復(fù)制起始復(fù)合體引發(fā)復(fù)制（不需引物）

避免5’-endshortentpTp-Ser-dCMP

CG●過程

SSB+ATPDNA末端解鏈

TPpTP-Ser+

dCTP

pTP-Ser-dCMP

3‘OHIRIRCGGCGCCGpTP-Ser-dCMPReplacedS.SDNAHairpinPanhandlepTP-Ser-dCMPG3’G3’G3’TP真核生物染色體DNA末端補(bǔ)齊模式

●端粒的發(fā)現(xiàn)

1938MullerX-rayDrosophila

末端極少發(fā)生缺失和倒位推測染色體兩端存在特殊結(jié)構(gòu)，使染色體趨于穩(wěn)定.并定名為Telomer

1938B.McClintock

頂端缺失染色體易于融合，而正常染色體不易連接。推測染色體末端具有特殊端粒結(jié)構(gòu)。1970s分子生物學(xué)發(fā)展端粒研究獲得突破●端粒DNA(Telomer)

TTGGGG(T2G4)序列高度重復(fù)的末端

5’TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG3’(richGchain)

3’AACCCC

AACCCCAACCCC5’(richCchain)

●1985.CarolGreider&Blackburn,

1986.Gottchling尖毛蟲telomerbindingprotein–155kdtelomerbindingprotein–226kd四膜蟲telomerase

將T2G4

末端重復(fù)延伸游撲蟲

Telomerase=RNACAAAACCCC

鏈+

末端結(jié)合蛋白（TBP）+100bptelomer

●model

TBPisReversetranscriptase-like

RNAcomplementwith3’endofDNA&astemplateforcDNA

ElongatedT2G43’-endasprimerfor5’-endDNAsynthesisG鏈

–T2G4-----TTGGGGTTGGG

C鏈--A2C4----

telomerase

3’

aaaAACCCCAACuuac---5’TTG

telomerase

3’

CCAACCCCAACCCC---5’G鏈

–T2G4-----TTGGGGTTGGG

C鏈--A2C4----TTG

telomerase

3’

aaaAACCCCAACuuac---5’GGGTTGG鏈

–T2G4-----TTGGGGTTGGG

C鏈--A2C4----TTGGGGTTG-------------

telomerase

3’

CCAACCCCAACCCC---5’

telomerase

3’

CCAACCCCAACCCC---5’

telomerase

3’

CCAACCCCAACCCC---5’WhenG-richstrandislongerenough

telomerase

3’

aaaAACCCCAACuuac---5’GGhoogsteenbond

Tetraplexhelix

G鏈–T2G4-----TTGGGG

TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG

C鏈--A2C4-----G鏈–T2G4-----TTGGGG

ttggggttgC鏈--A2C4-----AACCCCAAggggttgggPrimaseAACCCCAACCCCAACCCCAACCCCAACCCDNApolorTelomeraseactivity

isrepressedinsomaticcellsofmulticelluarorganismsresultinginagradualshorteningofthechromosomewitheachcellgeneration.Asthisshorteningreaches

informationalDNA,

thecellssenesceanddie.細(xì)胞分裂端粒閾值細(xì)胞分裂次數(shù)與端粒長短呈正比細(xì)胞分裂端粒閾值端粒長短端粒酶活

Harley(1989)端粒的重復(fù)片段為探針檢測胎兒細(xì)胞株嬰兒細(xì)胞株青年細(xì)胞株老年細(xì)胞株年齡小大端粒長度

長短早老性侏儒癥的端粒明顯較正常人短“多莉”的衰老＞研究端粒（記時器）丟失的速率/年，預(yù)測人類的壽命

XXXYwhy?PCD機(jī)制、癌細(xì)胞的無限繁殖DNA復(fù)制的調(diào)控

λ噬菌體DNA的復(fù)制調(diào)控

噬菌體和原噬菌體原噬菌體基因組整合在宿主染色體中，不能自主復(fù)制，依賴于宿主染色體進(jìn)行復(fù)制，而且噬菌體基因表達(dá)被阻遏。幾個概念 λ噬菌體感染大腸桿菌以后。可將其基因組整合到細(xì)菌染色體上，并成為細(xì)菌基因組的—部分，隨著染色體DNA的復(fù)制而復(fù)制。這種整合有噬菌體基因組的細(xì)菌稱為溶原細(xì)菌，這一過程稱為溶原途徑。溶原性細(xì)菌—般不被同種噬菌體再行感染，這一現(xiàn)象稱為免疫性。λ噬菌體感染宿主后也可以不通過溶原途徑而利用細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的成分進(jìn)行繁殖，最終使宿主裂解而死亡，這一過程稱為裂解循環(huán)，也稱溶菌途徑。溶原性細(xì)菌受某些外界物理或化學(xué)因素（如紫外線、絲裂霉素C等）的作用，原噬菌體可以脫離細(xì)菌染色體而進(jìn)行自主復(fù)制，最終導(dǎo)致細(xì)菌裂解，游離出大量噬菌體，這一過程稱為誘導(dǎo)。

λ噬菌體的生活史溶源性和裂解性的存活方式可以相互轉(zhuǎn)化。

λ噬菌體的lysogenic和lytic兩個生活史周期的發(fā)育過程是cI、cro、N、Q、cII/cIII等6個基因的控制下進(jìn)行的。大腸桿菌DNA復(fù)制的調(diào)控

高度保守的復(fù)制起點oriCA/T含量56％；堿基序列高度保守，某些部分種類不十分保守，但數(shù)目卻是保守的；有9—14個GATC位點，GATC位點中腺嘌呤的甲基化對于oriC的功能不可缺少；有四個高度保守的DnaA識別位點；oriC中沒有大于20個密碼子的開放閱讀框。

oriC質(zhì)粒復(fù)制可分為6個階段：

轉(zhuǎn)錄活化及oriC－DnaA蛋白起始復(fù)合物的形成；DnaB、DnaC等蛋白相互作用形成前引物復(fù)合體；SSB與解旋酶參與復(fù)制，使雙鏈DNA廣泛解鏈并形成前引物合成復(fù)合物；由引發(fā)酶合成引物，完成復(fù)制起始；由DNA聚合酶III全酶在模板—引物復(fù)合物的引物3’末端延伸DNA鏈；由DNA聚合酶I、RnaseH和連接酶完成5’末端的修飾并連接為完整的DNA鏈，最后由促旋酶形成負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)ColE1質(zhì)粒DNA復(fù)制調(diào)控Repressormodel

AntisenseRNAmodel

RNA-2positivecontrol

0-5550

RNA-2

RnaseHOH

RNA-2DNA/RNAprimerforDNAreplication

NegativecontrolRNA-1110bp

RNaseH不能識別RNA-2,

不能形成primer

的3’-OH-555

-4450RNA-2RNA-1RNA-2

110bpD.S.RNARNA-10

WhenRNA-2200-360Nt

Rom

geneexpression

RNA-1/RNA-2D.S.repression

RNA-1

/RNA-2

不能形成primer的

3’-OH促進(jìn)

限制

63aaROP(Romprotein)

RNA-2

只能轉(zhuǎn)錄到100-220base,

不能到達(dá)“0”原點

不能形成primer

的3’-OH0真核細(xì)胞DNA的復(fù)制調(diào)控

真核細(xì)胞的生活周期：

G1：復(fù)制預(yù)備期

S：復(fù)制期

G2：有絲分裂準(zhǔn)備期

M：為有絲分裂期DNA復(fù)制只發(fā)生在S期DNAreplicationatphaseSofcellcycleS6-8hsM1hG23-4hsmammaliancell22-25hrs500-5000bp/minG112hs真核細(xì)胞中DNA復(fù)制3個水平的調(diào)控：細(xì)胞生活周期水平染色體水平復(fù)制調(diào)控復(fù)制子水平調(diào)控第二節(jié)DNA修復(fù)（DNArepair）

DNA：遺傳與變異遺傳性和變異性的基礎(chǔ)都是DNADNA損傷是某些因素作用下，DNA的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，阻礙DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄，DNA的這種變化稱DNA的損傷，基因突變也是DNA損傷的一種。

引起DNA損傷的因素：1、

物理因素：紫外線：產(chǎn)生胸腺嘧啶二聚體電離輻射：引起DNA結(jié)構(gòu)多種程度不同的損傷，這些損傷包括DNA的主鏈斷裂，一條或二條鏈的斷裂，堿基聚合，糖苷鍵的斷裂等，引起大片段損傷或丟失，造成染色體畸變、基因突變、細(xì)胞死亡等。2、

化學(xué)因素：烷化劑核苷酸類似物亞硝酸鹽和亞硝胺代謝產(chǎn)生的活性物質(zhì)3、生物因素：DNA病毒和RNA病毒感染、質(zhì)粒轉(zhuǎn)移、基因重組、轉(zhuǎn)坐子的轉(zhuǎn)位等都可能使DNA發(fā)生改變，引起基因突變。

突變分類

點突變

DNA分子中單個堿基的改變，一種堿基被另一種堿基取代。同類堿基之間的取代，如A被G，或C被T取代，這類取代稱轉(zhuǎn)換。不同類堿基間的取代，如A被T，或C取代，T被A或G取代，這類取代稱顛換。插入突變在DNA的某一位點插入一個或一個以上的堿基。丟失突變在DNA的某一位點缺失一個或一個以上的堿基。突變可能造成的后果

(1)突變可能使生物更有利于適應(yīng)環(huán)境，這種突變將會保留和遺傳，引起生物的進(jìn)化。(2)導(dǎo)致生物體的死亡或生命力的明顯下降，屬致死突變。(3)不致死，卻引起形態(tài)和結(jié)構(gòu)的異常，或發(fā)生營養(yǎng)缺陷，或出現(xiàn)新的有害特性。(4)引起細(xì)胞的癌變，癌基因和抑癌基因的突變是許多腫瘤發(fā)生的原因。(5)不發(fā)生任何變化和影響。

基因突變的特征

(1)突變以一定的機(jī)率隨機(jī)發(fā)生;(2)突變有可逆性;(3)突變的發(fā)生率可被外界因素所加強(qiáng);(4)突變是可以遺傳的.修復(fù)

絕大多數(shù)的損傷或突變在DNA未復(fù)制前就被修復(fù)，保持遺傳的穩(wěn)定性。生物體內(nèi)存在多種修復(fù)機(jī)制，采用那一種修復(fù)機(jī)制對損傷的DNA進(jìn)行修復(fù)，取決于DNA損傷的性質(zhì)。

復(fù)制過程中的錯配修復(fù)機(jī)制(ξ=10-11)DNAmismatch+-----A------------C---DNApol(ξ=10-8)經(jīng)第二次校正ξ=10-11MRSMismatchRepairSystem復(fù)制修復(fù)

1.ungsystem(尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng))---TAGC------ATCG------TAGC------A

CG---U---TAGC---ung-aseGCUAU---TAGC------ACG---Apurinase(內(nèi)切酶)---TAGC------ADNApolligaseTCG---2.

MismatchrepairsystemDNApolymeraseligaseMCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,Sdamgenem6A甲基化酶Scanning新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非m6A

的GATC序列酶切含錯配堿基的新生DNA區(qū)段MCEscanningDNA中的GATC(palindromicseq.)

為m6A甲基化敏感位點平均每2kb左右有一GATCseq.3’

-------C----------CTAG----------CTAG----5’5’-----------T----------GATC----------GATC----3’3’-------------------------------------------------------5’少梯度多（m6A）新生鏈MCEscanningendonucleasePolymeraseligaseGATC

GATCCTAGCTAGTCGATC

GATCCTAGCTAGTGATC

GATCCTAGCTAGTAphR471aaDNA的損傷修復(fù)1.photoreactivation----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----Beforereplication&Error-free400nmBluelight&phRgene(photo-reactivationenzyme)可見光激活2.Exision—Repair

BeforeReplicationError-freeUvrA,B,Cgene

EndonucleasesExonucleaseDNApolLigase切補(bǔ)修復(fù)E.coli

存活%U.V計量w.t.UvrA+RecA+RecA+

uvra-reca