分子生物学本2-染色体及DNA.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/12/19,*,2,染色体与,DNA,2020/12/19,1,2.1,染色体,2.2.1,染色体概述,细胞内的,DNA,主要在染色体上，所以说遗传物质的主要载体是染色体,染色体包括,DNA,和蛋白质两大部分,在不同的细胞周期，有染色体与染色质之分,区别：细胞增殖周期的有丝分裂中期，才出现染色体；其余时间为染色质,原核生物一般也称“染色体”，但没有核小体一级结构,;,而且,原核细胞一般是单倍体,2020/12/19,2,染色体图,2020/12/19,3,2.1.2,真核细胞染色体的组成,作为遗传物质，染色体具有的特征：,P23,稳定,能自我复制,能指导蛋白质合成,变异,2020/12/19,4,染色体化学成分,主要成分,DNA,组蛋白,非组蛋白,RNA,酶,含量稳定，组成核小体,含量随细胞周期状态不同而改变,2020/12/19,5,组蛋白：属于碱性蛋白，按精氨酸,/,赖氨酸的比例，分为五种,H,1,H,2,A,H,2,B,H,3,H,4,核小体组蛋白，没有种属和组织专一性,不组成核小体，进化中最少保守,多精氨酸,多赖氨酸,稍多赖氨酸,2020/12/19,6,2020/12/19,7,组蛋白具有如下特征：,P24,（,1,）保守性,（,2,）无组织特异性,（,3,）氨基酸分布的不对称性,（,4,）修饰（磷酸化、乙酰化，甲基化）,（,5,）,H,5,（鸟、鱼、两栖类无,H1,有,H5),2020/12/19,8,非组蛋白：,（,1,）,HMG,蛋白：可能与,DNA,的超螺旋结构有关。,（,2,）,DNA,结合蛋白：是酸性蛋白，又称序列特异性,DNA,结合蛋白，其功能为：,参与染色体的构建,启动基因的复制,调控基因的转录,（,3,）,A24,非组蛋白,2020/12/19,9,DNA,：,真核细胞,DNA,序列大致可分为,3,类：,不重复序列（单拷贝序列、低度重复序列）,中度重复序列,高度重复序列,2020/12/19,10,单拷贝顺序（低度重复顺序）,单拷贝顺序在单倍体基因组中只出现一次或数次，因而复性速度很慢,单拷贝顺序在基因组中占,50-80,，如人基因组中，大约有,60-65,的顺序属于这一类。,单拷贝顺序中储存了巨大的遗传信息，编码各种不同功能的蛋白质,目前尚不清楚单拷贝基因的确切数字，在单拷贝顺序中只有一小部份用来编码各种蛋白质，其他部份的功能尚不清楚,2020/12/19,11,中度重复顺序,中度重复序列：在基因组中重复数十至数万（,100,拷贝），大部份组蛋白基因串联重复形成基因簇,2020/12/19,26,组蛋白基因,尽管组蛋白基因在基因组中的排列和分布在不同生物之间相差甚大,H2B-H2A-H4-H3-H1,果蝇,H1-H4-H2B-H3-H2A,海胆,但所有组蛋白基因都不含内含子，而且组蛋白基因序列都很相似，从而编码的组蛋白在结构上和功能上也极为相似,2020/12/19,27,组蛋白基因,基因组中存在大量重复序列用以编码组蛋白是有其重要意义的,DNA,复制时，组蛋白也要成倍增加，而且往往在,DNA,合成一小段后，组蛋白马上就要与其相结合，这要求在较短的时间内合成大量的组蛋白，因而需要有大量的组蛋白基因存在,2020/12/19,28,高度重复序列,high repeated sequence,高度重复序列在基因组中重复频率高，可达百万（,10,6,）以上，因此复性速度很快,在基因组中所占比例随种属而异，约占,10-60,，在人基因组中约占,20,。高度重复顺序又按其结构特点分为三种,2020/12/19,29,高度重复序列,种类,反向重复序列,卫星,DNA,较复杂的重复单位组成的重复顺序,2020/12/19,30,卫星,DNA,satellite DNA,重复顺序：由,2-10bp,组成重复单位，重复单位成串排列而成,由于这类序列的碱基组成不同于其他部份，可用等密度梯度离心法将其与主体,DNA,分开，因而称为卫星,DNA,（或随体,DNA,）,在人细胞组中，卫星,DNA,约占,5-6,，按其浮力密度不同，人的卫星,DNA,可分为,、,、,、,四种,2020/12/19,31,卫星,DNA,果蝇的卫星,DNA,顺序已经搞清楚，可分为三类，这三类卫星,DNA,都是由,7bp,组成的高度重复顺序：,卫星,为：,5 ACAACTT 3,卫星,为：,5 ACAAATT 3,蟹的卫星,DNA,为只有,AT,两个碱基的重复顺序组成,2020/12/19,32,基因家族与假基因,真核基因组的另一特点就是存在基因家族（,multigene family,）,多基因家族是指,基因组中许多来源相同、结构相似、功能相关的一组基因,2020/12/19,33,基因家族与假基因,基因家族大致可分为两类：,一类是：基因家族成簇地分布在某一条染色体上，其可同时发挥作用，合成某些蛋白质（如：组蛋白基因家族就成簇地集中在第,7,号染色体长臂,3,区,2,带到,3,区,6,带区域内）,另一类是：一个基因家族的不同成员成簇地分布不同染色体上，这些不同成员编码一组功能上紧密相关的蛋白质（如珠蛋白基因家族）,_,分散式基因簇,2020/12/19,34,基因家族与假基因,在基因家族中，某些成员并不产生有功能的基因产物，这些基因称为假基因（,pseudo gene,）,假基因与有功能的基因同源，原来可能也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或点突变等，使这一基因失去活性，成为无功能基因,2020/12/19,35,2020/12/19,36,自私,DNA,（,selfish DNA,）,在哺乳动物包括人体基因组中，存在着大量的非编码顺序。这些顺序中，只有很小一部份具有重要的调节功能，绝大部部分都没有什么特殊功用。在这些,DNA,序列中虽然积累了大量缺失，重复或其他突变，但对生物并没有什么影响，它们的功能似乎只是自身复制，所以人们称这类,DNA,为自私,DNA,或寄生,DNA,（,parasite DNA,）。自私,DNA,也许有重要的功能，但目前我们还不了解,2020/12/19,37,染色质,(,体,),结构,染色质结构：,一级结构：核小体（真核生物的基本单位）,二级结构：螺线管,三级结构：超螺线体,四级结构：染色单体,2020/12/19,38,1974,年，,Kornberg,发现核小体,核小体是所有真核生物染色体的基本结构单位,每个核小体单位包括,bp,左右的和一个组蛋白八聚体（,H2A,、,H2B,、,H3,、,H4,各两个）以及一个分子的组蛋白组成,2020/12/19,39,8,个组蛋白组成,4,个异源二聚体,:,2,个,H2A-H2B,二聚体,;2,个,H3-H4,二聚体,H3-H4,相互结合成中央形成,4,聚体,两个,H2A-H2B,位于,H3-H4,四聚体的外侧,2020/12/19,40,染色体的包装,2020/12/19,41,二级结构：螺线体,三级结构：超螺线体,四级结构：染色单体,2020/12/19,42,2020/12/19,43,染色体：细胞中期出现的形态,染色单体,着丝粒,端粒,2020/12/19,44,染色体的高级结构对复制、转录等是否有影响？,染色体处于凝集状态即异染色质（,heterochromatin,）状态时，转录因子不能结合，不能引发转录。只有当染色体处于松弛状态，才可能发生转录。目前认为染色体状态的改变是通过对构成染色体骨架的核心组蛋白（,core histone,）的修饰完成的。,组蛋白的修饰由多种类型，主要的有甲基化,/,去甲基化，乙酰化,/,去乙酰化等等。组蛋白的甲基化或是去乙酰化可以使组蛋白与染色体紧密结合，使转录因子无法结合而无法起始转录，反向修饰则激活转录。有些修饰是可以长期保持，比如对组蛋白上的赖氨酸的甲基化修饰，需要缓慢地替换组蛋白或是,DNA,复制来消除。,但是染色体区域处于打开状态只是满足转录起始的基本条件，打开区域的基因是否转录还依赖于其它因素，比如启动子的甲基化状态、是否有合适的转录因子，以及其它顺式作用元件的影响。,2020/12/19,45,2.2 DNA,的结构,DNA,为什么能作为遗传物质？,2020/12/19,46,2020/12/19,47,1.thymine is appropriate for DNA where maintaining sequence with high fidelity is more critical(,如右图）,2.,碱基配对中,A=U,的稳定性比,A=T,的稳定性差，这样就保证了,RNA,转录过程中,RNA,与,DNA,的杂化链不如,DNA,双链稳定，,RNA,转录后容易被,DNA,替代而脱落。而,DNA,双链可以稳定结合,3.Uracil is energetically less expensive to produce than thymine,2020/12/19,48,DNA,的一级结构,定义：核苷酸排列顺序，或称碱基排列顺序。核苷酸排列顺序，或称碱基排列顺序。,5,-ATCGGCTAAGGCTCCGACGA-3,3,-TAGCCGATTCCGA GGCTGCT-5,绝大多,DNA,分子都是两条互补的单链构成，只有少数是以单链存在,2020/12/19,49,2020/12/19,50,2020/12/19,51,2020/12/19,52,2020/12/19,53,Nature,原文及,DNA,双螺旋结构发现,50,周年庆典,Web,资源巡礼,2020/12/19,54,2020/12/19,55,2020/12/19,56,2020/12/19,57,2020/12/19,58,Z-DNA,对基因转录具有调控作用,调控基因转录的的两个模式：,2020/12/19,59,2020/12/19,60,2020/12/19,61,2020/12/19,62,2020/12/19,63,2020/12/19,64,2020/12/19,65,2020/12/19,66,2020/12/19,67,2020/12/19,68,Watson-Crick DNA,分子结构模型,A,是一个三链结构,B DNA,双股链的走向是反向平行的,C,碱基,A,和,G,配对,D,碱基之间共价结合,E,磷酸戊糖主链位于,DNA,螺旋内侧,在,DNA,的双螺旋模型中,A,两条多核苷酸链完全相同,B,一条链是左手螺旋,另一条链是右手螺旋,C A+G/C+T,的比值为,1,D A+T/G+C,的比值为,1,E,两条链的碱基之间以共价键结合,答案：,B C,2020/12/19,69,DNA,的一级结构是指,:,A,各核苷酸中核苷与磷酸的连键性质,B DNA,分子由数目庞大的,C,、,A,、,U,、,G,四种核苷酸通过,3,5-,磷 酸二酯键连接而成,C,各核苷酸之间的连键性质及核苷酸的排列顺序,D,核糖与含氮碱基的连键性质,E DNA,的双螺旋结构,DNA,双螺旋的每一螺距,(,以,B-DNA,为例,),为,:,A 4.46nm B 4.5nm C 5.4nm,D 3.4nm E 0.34nm,答案：,C D,2020/12/19,70,自然界游离核苷酸中的磷酸最常位于,A,核苷的戊糖的,C-2,上,B,核苷的戊糖的,C-3,上,C,核苷的戊糖的,C-5,上,D,核苷的戊糖的,C-2,及,C-3,上,E,核苷的戊糖的,C-2,及,C-5,上,答案：,C,2020/12/19,71,小结,掌握染色体的一级结构（包括组蛋白的种类、结构特点和作用）,掌握真核生物,DNA,序列有哪三种，每种的一些代表及这些代表主要特征（包括基因家族的概念及分类、假基因的概念）,掌握,DNA,作为遗传物质的原因掌握,DAN,的一级结构（结构单位、键、方向）及,DNA,二级结构的主要特点,熟悉染色质的高级结构,熟悉,DNA,的高级结构（,DNA,超螺旋结构的类型、不同,DNA,类型的特点（表）,2020/12/19,72,