《dna结构特点特征》ppt课件

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1、第二章 染色体与DNA,染色体 DNA的结构 DNA的复制 DNA的修复 DNA的转座,一、染色体（Chromosome),内容提要： 细胞周期 染色体与染色质 染色体的结构和组成（ 原核生物 、 真核生物） 核小体 原核生物和真核生物基因组结构特点比较,（一）细胞周期,（二）染色体与染色质,染色体（chromosome）是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。 真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质(chromatin)的形式存在的。 染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基本的单位核小体(nucleosome)成串排列而成的。

2、,（三）染色体的结构和组成,原核生物(prokaryote),真核生物染色体的组成,组蛋白的一般特性： 进化上的保守性 保守程度：H1 H2A、H2B H3 、H4,1、组蛋白,上海生化所分子遗传学1998年试题： 在真核生物核内。五种组蛋白（H1 H2A H2B H3 和H4）在进化过程中，H4极为保守，H2A最不保守（ ）,无组织特异性 肽链氨基酸分布的不对称性 H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%） 组蛋白的可修饰性,简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修饰的种类及其生物学意义 中国科学院2003年硕士研究生入学生物化学与分子生物学试题,在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸

3、化和ADP核糖基化等。H3、H4修饰作用较普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。,所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白所携带的正电荷。这些组蛋白修饰的意义：一是改变染色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。,组蛋白的可修饰性,1) DNA的变性和复性 变性（Denaturation) DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程称为变性。 增色效应(Hyperchromatic effect) 在变性过程中，260nm紫外线吸收值先缓慢上升，当达到某一温度时骤然上升，称为增色效应。,2、DNA,融解温度（

4、Melting temperature Tm ) 变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度。 生理条件下为85-95 影响因素：G+C含量，pH值，离子强度，尿素，甲跣胺等,复性（Renaturation) 热变性的DNA缓慢冷却，单链恢复成双链。 减色效应（Hypochromatic effect) 随着DNA的复性， 260nm紫外线吸收值降低的现象。,2) C值反常现象（C-value paradox) C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。 真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开，这就是著名的“C值反常现象”。,C

5、值矛盾,简述DNA的C值以及C值矛盾（C Value paradox）. 中科院上海生化所 98 年 上海第二军医大： C值矛盾,（四）核小体(nucleosome),Nucleosome、chromosome、genome 中科院2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题,1、定义：用于包装染色质的结构单位，是由DNA链缠绕一个组蛋白核构成的。,2、核小体的结构,核心颗粒、连接区DNA,中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生分子遗传学入学考试： 简述真核细胞内核小体与核小体核心颗粒的结构。,3、染色体的包装超螺旋结构,6.8:1,40:1,1000:1,8000:1,DNA do

6、uble helix,Nucleosome (10 nm fiber),30 nm Fiber,Loops I,Loops II,chromosome,上海第二军医大硕士研究生入学考试试题： 基因组的特点（真核、原核比较 ）,（五）原核生物和真核生物基因组结构特点比较, 基因组很小，大多只有一条染色体 结构简炼 存在转录单元(trnascriptional operon) 多顺反子(polycistron),X174 D-E-J-F-G-H mRNA 蛋白J、F、G H D E,E.coli 色氨酸操纵子 9个顺反子 9个酶 ( 第六章 ),1、原核生物基因组结构特点, 有重叠基因（Sange

7、r 发现） 基因内基因 部分重叠基因 一个碱基重叠,2、真核生物基因组结构特点,真核基因组结构庞大 3109bp、染色质、核膜 单顺反子 基因不连续性 断裂基因（interrupted gene）、内含子(intron)、 外显子(exon) 非编码区较多 多于编码序列(9:1) 含有大量重复序列, 不重复序列/单一序列：在基因组中有一个或几个拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等 功能：主要是编码蛋白质。 中度重复序列：在基因组中的拷贝数为101104。 如：rRNA、tRNA 一般是不编码蛋白质的序列，在调控基因表达中起重要作用,根据 DNA复性动力学研

8、究，DNA序列可以分成哪几种类型？并加以举例说明。(2001年上海生化所）, 高度重复序列：拷贝数达到几百个到几百万个。 卫星DNA：A T含量很高的简单高度重复序列。,第二章 染色体与DNA,染色体 DNA的结构 DNA的复制 DNA的修复 DNA的转座,二、DNA的结构,1） 概念 指4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序， DNA序列是这一概念的简称。碱基序列,1、 DNA的一级结构,2）特征： 双链反向平行配对而成 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成DNA骨架，碱基排在内侧 内侧碱基通过氢键互补形成碱基对（A：T，C：G）。,3）DNA结构的表示法,2、DNA 的二级结构,1）定义：指两条多核苷酸

9、链反向平行盘绕所产生的双螺旋结构。,绕DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨架扭转造成的。,DNA双螺旋模型是哪年由谁提出的?简述其基本内容.为什么说该模型的提出是分子生物学发展史上的里程碑,具有划时代的贡献? 浙江大学医学院2003生物化学（硕士）,2）分类： 右手螺旋：A-DNA，B-DNA 左手螺旋：Z-DNA,A,B,Z,A,B,Z,3、DNA的高级结构,1）定义：指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。 2）主要形式：超螺旋结构（正超螺旋和负超螺旋）,线状DNA形成的超

10、螺旋,环状DNA形成的超螺旋,拓扑异构酶 or溴化乙锭,拓扑异构酶 or溴化乙锭,DNA扭曲与双螺 旋相同（拧紧）,DNA扭曲与双螺旋相反（松开）,负超螺旋,松弛DNA,正超螺旋,第二章 染色体与DNA,染色体 DNA的结构 DNA的复制 DNA的修复 DNA的转座,三、DNA的复制,内容提要： DNA的半保留复制 与DNA复制有关的物质 DNA的复制过程（大肠杆菌为例） DNA复制的其它方式 真核生物中DNA的复制特点,1、定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。,（一）DNA的半保留复制（semi

11、-conservative replication）,Semi-conservative Conservative Dispersive,中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生分子遗传学入学考试： 请设计一个实验来证明DNA复制是以半保留方式进行的（8分）。,2、实验证据（1958 Meselson 和Stahl ）：,Matthew Messelson Franklin Stahl,3、DNA半保留复制的生物学意义：,DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。,（二）与DNA复制有关的物质,1、原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、

12、 dCTP、dTTP) 2、模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA 3、引物：DNA的合成需要一段RNA链作为引物 4、引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物（Primer)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。,5、 DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶 以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物 反应需要有模板的指导 反应需要有3-OH存在 DNA链的合成方向为5 3 ,主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。,修复紫外光引起的DNA损伤,DNA 复制的主要 聚合酶，还具有3-5 外切酶的校对功能，提高D

13、NA复制的保真性,原核生物中的DNA聚合酶(大肠杆菌）, 定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核 3-5 外切 - - + + + 酶活性 功能,引物 合成,修复 作用,线粒体DNA 的复制,核DNA 的复制,？,真核生物中的DNA聚合酶,6、DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3-OH，另一端是5-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。 但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来 DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用,7、DNA 拓扑异构酶(DNA Topisomerase)： 拓扑异构酶：使DNA一条链发生断裂和再连

14、接，作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，同转录有关。 例：大肠杆菌中的蛋白 拓扑异构酶：该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子。同复制有关。 例：大肠杆菌中的DNA旋转酶,上海生化所1998年分子遗传学试题： 拓扑异构酶,8、DNA 解螺旋酶 /解链酶（DNA helicase) 通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。 E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。,rep蛋白沿3 5移动，而解螺旋酶I、II、III沿5 3移动。,9、单链结合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：稳定已被解

15、开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。,（三）DNA的复制过程（大肠杆菌为例）,双链的解开 RNA引物的合成 DNA链的延伸 切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段,1、双链的解开,DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。 ori(或o）、富含A、T的区段。,基本概念：,上海生化所1998年分子遗传学试题： 真核生物复制起始点的特征包括（ ） A富含GC区 B富含AT区 C Z DNA D无明显特征,从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子,复制时，解链酶等先将DNA的一段双链解开，形成复制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为复制叉,复制方向和速度：,单起点、双向等速,多起点、双向等速,双链解开、复制起始,大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与oriC处的4个9bp保守序列相结合,在HU蛋白和ATP的共同作用下,Dna复制起始复合物使3个13bp直接重复序列变性,形成开链,解链酶六体分别与单链DNA相结合(需DnaC帮助),进一步解开DNA双链,2、RNA引物的合成,DnaB蛋白活化引物合成酶，引发RNA引物的合成。 引物长度约为几个至10个核苷酸，,基因组DNA复制时，先导链的引物是DNA，后随链的引物是RNA (-) 2002年