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1、第二章第二章 染色体与染色体与DNA主要内容：主要内容：n n染色体染色体n nDNADNA的结构的结构n nDNADNA的复制的复制n n原核生物和真核生物原核生物和真核生物DNADNA复制的特点复制的特点n nDNADNA的修复的修复n nDNADNA的转座的转座二、真核细胞与原核生细胞染色二、真核细胞与原核生细胞染色体体 真核细胞染色体：染色体存在于细胞核内，真核细胞染色体：染色体存在于细胞核内，是极细微的线性构造，控制生命遗传，有是极细微的线性构造，控制生命遗传，有“生命之线生命之线”之称。一般在细胞有丝分裂之称。一般在细胞有丝分裂过程中才能被观察到，平时以较细且松散过程中才能被观察到
2、，平时以较细且松散的染色质形式存在于细胞核中。的染色质形式存在于细胞核中。（一）真核细胞染色体（一）真核细胞染色体 除性细胞外，真核生物体细胞染色体都是除性细胞外，真核生物体细胞染色体都是二倍体，在二倍体阶段，每个基因都有两个二倍体，在二倍体阶段，每个基因都有两个拷贝，其中的一个拷贝会通过配子（性细胞）拷贝，其中的一个拷贝会通过配子（性细胞）从亲本传到子代，精、卵细胞结合形成合子从亲本传到子代，精、卵细胞结合形成合子（受精卵）（受精卵）作为遗传物质，染色体具有特征：作为遗传物质，染色体具有特征：(分子结构相对稳定分子结构相对稳定(能够自我复制，使亲子代之间保持连续性能够自我复制，使亲子代之间保
3、持连续性(能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程程(能够产生可遗传的变异。能够产生可遗传的变异。真核染色体真核染色体蛋白质蛋白质DNADNA组蛋白组蛋白非组蛋白非组蛋白蛋白质与蛋白质与DNADNA完全融合在一起，其蛋白质完全融合在一起，其蛋白质与相应与相应DNADNA的质量比约为的质量比约为2 2比比1 11、蛋白质、蛋白质组蛋白是染色体的结构蛋白，它与组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNADNA组成核小体。组成核小体。组蛋白所具有的特性：组蛋白所具有的特性：进化上极端保守进化上极端保守无组织特异性无组织特异性肽链上氨基酸分布不对称肽链上氨基酸分布不对
4、称具有甲基化、异己化、磷酸化及具有甲基化、异己化、磷酸化及ADPADP核糖基化等修饰作用核糖基化等修饰作用富含赖氨酸的组蛋白富含赖氨酸的组蛋白H5H5还富含丙氨酸、丝氨酸及精氨酸还富含丙氨酸、丝氨酸及精氨酸 除大约与除大约与DNADNA等量的组蛋白外，还含有大量等量的组蛋白外，还含有大量非组蛋白。非组蛋白占总组蛋白总量的非组蛋白。非组蛋白占总组蛋白总量的60%-70%60%-70%，种类很多，约，种类很多，约20-10020-100种。非组蛋种。非组蛋白包含酶类，收缩蛋白、骨架蛋白、核孔白包含酶类，收缩蛋白、骨架蛋白、核孔蛋白等蛋白等2、基因组、基因组DNA特点：特点：含有大量的重复序列，而且
5、功能含有大量的重复序列，而且功能DNADNA序序列大多被不编码蛋白质的非功能列大多被不编码蛋白质的非功能DNADNA所隔开。所隔开。重要概念：重要概念：C C值：值：一种生物单倍体基因组一种生物单倍体基因组DNADNA的总量的总量（C C值一般随生物进化而增加，高等生物值一般随生物进化而增加，高等生物C C值值低等生物）低等生物）C C值谬误：值谬误：C C值往往与种系进化的复杂程度不值往往与种系进化的复杂程度不一致，某些低等生物却具有很大的一致，某些低等生物却具有很大的C C值。值。真核细胞真核细胞DNADNA序列序列不重复序列：不重复序列：一般只有一个或几个拷贝，占一般只有一个或几个拷贝，
6、占DNADNA总量总量40-80%40-80%。中度重复序列：中度重复序列：重复次数在重复次数在10-10410-104，占总，占总DNADNA的的10-40%10-40%。高度重复序列：高度重复序列：卫星卫星DNADNA，只在真核生物中发，只在真核生物中发现，占基因组的现，占基因组的10-60%10-60%，由，由6-1006-100个碱基组成，个碱基组成，在在DNADNA链上串联重复成千上万次。链上串联重复成千上万次。3、染色质与核小体、染色质与核小体由由DNADNA和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体连成的和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。念珠状结构。核小体是
7、由核小体是由H2AH2A、H2BH2B、H3H3、H4H4各两个分子生成各两个分子生成的八聚体和由大约的八聚体和由大约200bp200bp的的DNADNA组成的，核小体组成的，核小体的形成是染色体中的形成是染色体中DNADNA压缩的第一个阶段。压缩的第一个阶段。真核生物基因组的结构特点：真核生物基因组的结构特点：真核基因组庞大，一般远远大于原核生物基因组真核基因组庞大，一般远远大于原核生物基因组存在大量的重复序列存在大量的重复序列大部分为非编码序列占整个基因组序列的大部分为非编码序列占整个基因组序列的90%90%以上以上转录产物为单顺反子转录产物为单顺反子真核基因是断裂基因，含有内含子结构真核
8、基因是断裂基因，含有内含子结构存在大量的顺式作用原件（包含启动子、增强子、沉默子存在大量的顺式作用原件（包含启动子、增强子、沉默子等）等）存在大量的存在大量的DNADNA多态性。多态性。具有端粒结构。具有端粒结构。（二）原核细胞染色体（二）原核细胞染色体原核生物没有真正的细胞核，原核生物没有真正的细胞核，DNADNA一般位于一般位于一个类似一个类似“核核”的结构的结构类核体上。细菌类核体上。细菌DNADNA是一条相对分子量在是一条相对分子量在10109 9左右的共价、闭左右的共价、闭合双链分子，通常也称为染色体。合双链分子，通常也称为染色体。原核生物的基因组很小，大多只有一条染色体，且原核生物
9、的基因组很小，大多只有一条染色体，且DNADNA含量少。含量少。原核细胞原核细胞DNADNA特点：特点：结构简练结构简练存在转录单元存在转录单元有重叠基因有重叠基因第二节第二节 DNA结构结构一、一、DNADNA一级结构一级结构DNADNA一级结构：是指一级结构：是指4 4种核苷酸（种核苷酸（A A、T T、C C、G G）的连接及排列顺）的连接及排列顺序，表示了该序，表示了该DNADNA分分子的化学构成。子的化学构成。DNADNA不仅具有严格的化学组成，还具有特殊的空间结构，不仅具有严格的化学组成，还具有特殊的空间结构，它主要以有规则的它主要以有规则的双螺旋形式双螺旋形式存在，存在，基本特点
10、：基本特点：DNADNA分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成DNADNA分子分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外分子分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，组成有两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，组成有一定的规律。一定的规律。二、二、DNADNA的二级结构的二级结构二级结构是指两条脱氧核苷酸反向平行盘绕所生成的二级结构是指两条脱氧核苷酸反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。（双螺旋结构。（19531953年年watsonwats
11、on和和crickcrick发现的）发现的） 主链主链(backbone)(backbone)： 由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。主链有二条接而成。主链有二条, ,它们似它们似 麻花状绕一共同轴心以右手方向麻花状绕一共同轴心以右手方向盘旋盘旋, , 相互平行而走向相反形成双螺旋构型。主链处于螺旋的相互平行而走向相反形成双螺旋构型。主链处于螺旋的外则外则, ,这正好解释了由糖和磷酸构成的主链的亲水性。这正好解释了由糖和磷酸构成的主链的亲水性。 所谓双所谓双螺旋就是针对二条主链的形状而言的螺旋就是针对二条主链的形状而言的。 碱基对碱基对(base pair)
12、 (base pair) ：碱基位于螺旋的内则碱基位于螺旋的内则, ,它们以垂直它们以垂直于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基于螺旋轴的取向通过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配对碱基总是在二条主链间形成碱基对。配对碱基总是A A与与T T和和G G与与C C。碱基对。碱基对以氢键维系，以氢键维系，A A与与T T 间形成两个氢键。间形成两个氢键。大沟和小沟：大沟和小沟： 大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。沟槽和较小沟槽。 在大沟和小沟内的碱基对中的在大沟和小沟内的碱基对中的N N 和和O
13、O 原子原子朝向分子表面。朝向分子表面。结构参数结构参数 ：螺旋直径螺旋直径2nm2nm；螺旋周期包含；螺旋周期包含1010对碱基；螺距对碱基；螺距3.4nm3.4nm；相邻碱基对平面的间距；相邻碱基对平面的间距0.34nm0.34nm。 三、三、DNADNA的高级结构的高级结构DNADNA的高级结构是指的高级结构是指DNADNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超螺旋是间结构。超螺旋是DNADNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋高级结构的主要形式，可分为正超螺旋和负超螺旋和负超螺旋n n双螺旋双螺旋DNADNA拧紧则导致拧紧则导致正超螺旋，正超螺旋
14、， 而双螺旋而双螺旋DNADNA的松开导致的松开导致负超螺旋。负超螺旋。n n超螺旋超螺旋DNADNA分子比松散分子能量高。对于负分子比松散分子能量高。对于负超螺旋，这一能量会使超螺旋，这一能量会使DNADNA螺旋易于局部解螺旋易于局部解旋，旋，负超螺旋有利于需要解旋过程的进行，负超螺旋有利于需要解旋过程的进行，如转录起始和复制起始。如转录起始和复制起始。第三节第三节 DNA的复制的复制1 1、定义：、定义：由亲代由亲代DNADNA生成子代生成子代DNADNA时，每个新形时，每个新形成的子代成的子代DNADNA中，一条链来自亲代中，一条链来自亲代DNADNA，而另，而另一条链则是新合成的，这种
15、复制方式称半保一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。留复制。一、一、DNADNA的半保留复制（的半保留复制（semi-conservative semi-conservative replicationreplication）2 2、实验证据实验证据（1958 1958 MeselsonMeselson 和和Stahl Stahl ）：）： Matthew Messelson Franklin Stahl“Heavy” DNA“Hybrid” DNA“light” DNA “Hybrid” DNA3 3、DNADNA半保留复制的生物学意义：半保留复制的生物学意义： DNADNA的半保留
16、复制表明的半保留复制表明DNADNA在代谢上的在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代传递给后代。 二、与二、与DNADNA复制有关的物质复制有关的物质1 1、原料、原料：四种脱氧核苷三磷酸（四种脱氧核苷三磷酸（dATPdATP、dGTPdGTP、 dCTPdCTP、dTTPdTTP) )2 2、模板、模板：以以DNADNA的两条链为模板链，合成子代的两条链为模板链，合成子代DNADNA3 3、RNARNA引物引物：DNADNA的合成需要一段的合成需要一段RNARNA链作为引物链作为引物4 4、引物合成酶（引发酶）、引物合成酶（引发酶）：此酶以此酶以DNADNA为模板合成一为模板合成一段段RNA,RNA,这段这段RNARNA作为合成作为合成DNADNA的引物（的引物（Primer)Primer)。实实质是以质是以DNADNA为模板的为模板的RNARNA聚合酶聚合酶。 5 5、 DNADNA聚合酶聚合酶: :以以DNADNA为模板的为模板的DNADNA合成酶合成酶n n(1)(1)都以都以dNTPdNTP为底物。为底物。n n(2)(2)都需要
