分子生物学 染色体与DNAPPT课件下载推荐.ppt

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,左图为人类染色体，在光镜下即可观察其形态，右图为电镜图片，可见不规则的染色质。

第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,7,1.染色体概述：

原核细胞染色体：

一般只有一条大染色体且大都带有单拷贝基因，除少数基因外（如rRNA基因）。

整个染色体DNA几乎全部由功能基因和调控序列所组成。

几乎每个基因序列都与它所编码蛋白质序列呈线性对应关系。

第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,8,2.真核细胞染色体的组成：

真核生物染色体中DNA相对分子质量一般大大超过原核生物，并结合有大量的蛋白质，结构非常复杂。

其具体组成成分为：

组蛋白、非组蛋白、DNA。

在真核细胞染色体中，DNA与蛋白质完全融合在一起，其蛋白质与相应DNA的质量之比约为2:

1。

这些蛋白质在维持染色体结构中起着重要作用。

第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,9,2.1.组蛋白组蛋白是染色体的结构蛋白，其与DNA组成核小体。

根据其凝胶电泳性质可将其分为H1、H2A、H2B、H3及H4。

第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,10,2.1.组蛋白组蛋白的特性：

进化上极端保守性。

其中H3、H4最保守，H1较不保守。

无组织特异性。

到目前为止，仅发现鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是鱼精蛋白。

肽链上氨基酸分布的不对称性。

碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上。

例如，N端的半条链上净电荷为+16，C端只有+3，大部分疏水基团都分布在C端。

组蛋白的修饰作用。

包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。

富含赖氨酸的组蛋白H5。

H5赖氨酸含量高达24%。

第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,11,2.2.非组蛋白染色体上除了存在大约与DNA等量的组蛋白以外，还存在大量的非组蛋白。

非组蛋白的量大约是组蛋白的60%70%，但它的种类却很多，约在20-100种之间，其中常见的有15-20种。

非组蛋白的组织专一性和种属专一性。

非组蛋白包括酶类、骨架蛋白、核孔复合物蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白等。

它们也可能是染色质的组成成分。

几类常见的非组蛋白：

HMC蛋白。

一般认为可能与DNA的超螺旋结构有关。

DNA结合蛋白。

可能是一些与DNA的复制与转录有关的酶或调解物质。

A24非组蛋白。

位于核小体内，功能不详。

第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,12,2.3.DNA真核细胞基因组最大的特点是好有大量的重复序列，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值：

一种生物单倍体基因组DNA的总量。

一般情况，真核生物C值是随着生物进化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物。

（下页左图）进一步研究发现，某些两栖类C值大于哺乳动物，而且在两栖类中C值变化也很大，可相差100倍。

（下页右图）,由此推断，许多DNA序列不编码蛋白质，是无生理功能的。

根据对DNA的动力学研究，真核生物DNA序列大致可分为3类：

不重复序列、中度重复序列、高度重复序列。

2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,13,1,第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,14,2.3.DNA不重复序列。

在单倍体基因组里，这些序列一般只有一个或几个拷贝，它占DNA总量的40%80%。

不重复序列长约7502000dp，相当于一个结构基因的长度。

单拷贝基因通过基因扩增仍可合成大量的蛋白质。

如蚕丝心蛋白基因。

中度重复序列。

这类重复序列的重复次数在10104之间，占总DNA的10%40%。

各种rRNA、tRNA及组蛋白基因等都属这一类。

高度重复序列卫星DNA。

这类DNA只在真核生物中发现，占基因组的10%60%，由6100个碱基组成，在DNA链上串联重复几百万次。

由于碱基的组成不同，在CsCl密度梯度离心中易与其他DNA分开，形成含量较大的主峰及高度重复序列小峰，后者又称卫星区带（峰）。

第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,15,2.4.真核细胞染色体的结构真核细胞染色体的DNA如图所示，经过四级压缩，长度压缩将近10000倍。

四级分别为：

核小体螺线管超螺旋圆筒染色单体,第一节染色体,2.4.真核细胞染色体的结构核小体核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的。

八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体的外面。

每个核小体只有一个H1。

在核小体中DNA盘绕组蛋白八聚体核心，从而使分子收缩成1/7，200bpDNA的长度约为68nm，却被压缩在10nm的核小体中。

核小体串联起来形成10nm纤维。

2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,16,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,17,第一节染色体,2.4.真核细胞染色体的结构螺线管螺线管是由10nm染色质细丝盘绕形成的螺旋管状细丝，表现为30nm纤维。

螺线管每一螺旋包含6个核小体，压缩比为6。

这种螺线管是分裂间期和分裂前期染色体的基本组分。

2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,18,第一节染色体,2.4.真核细胞染色体的结构超螺旋圆筒有迹象表明：

中期染色质是一细长、中空的圆筒，直径4000nm，由30nm的螺线管缠绕而成，压缩比为40。

染色单体染色单体由超螺旋圆筒再压缩5倍而成。

2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,19,第一节染色体,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,20,3.原核生物基因组：

原核生物基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少。

如大肠杆菌DNA仅4.6Mb，完全伸展总长约为1.3mm，含4000多个基因。

从基因组的结构来看，原核细胞DNA有如下特点：

结构简练。

非编码序列极少，这与真核细胞DNA冗余现象完全不同。

存在转录单元。

多顺反子mRNA。

有重叠基因。

同一段DNA含有两种不同蛋白质的信息。

第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,21,第二节DNA的结构,第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,22,DNA作为遗传物质的主要优点：

信息量大，可以缩微表面互补，电荷互补，双螺旋结构说明了精确复制机理核糖的2脱氧，在水溶液中稳定性好可以突变，以求进化（突变对个体是不幸的，进化对群体是有利的）有T无U，基因组得以增大，而无C脱氨基成U带来的潜在危险。

（尿嘧啶DNA糖苷酶可以灵敏识别DNA中的U而随时将其剔除）。

第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,23,1.DNA的一级结构Watson和Crick于1953年提出了著名的DNA双螺旋模型。

DNA又称脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid）。

DNA的一级结构即是指四种核苷酸的连接及排列顺序，表示该DNA分子的化学构成。

DNA有脱氧核苷酸聚合而成。

碱基的不同决定了脱氧核苷酸的不同。

第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,24,1.DNA的一级结构脱氧核苷酸由碱基（A、T、G、C）、脱氧核糖及磷酸基团组成。

以下是脱氧核苷酸及碱基结构式。

第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,25,1.DNA的一级结构脱氧核苷酸之间由35磷酸二酯键连接成DNA链，两条链的碱基通过氢键实现AT、GC配对。

第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,26,1.DNA的一级结构DNA一级结构特点是：

DNA分子由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成。

DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，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，它的组成有一定的规律。

这就是嘌呤与嘧啶配对（A与T，G与C配对）。

碱基之间的这种一一对应的关系叫碱基互补配对原则。

由于碱基可以任何顺序排列，构成了DNA分子的多样性。

第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,27,2.DNA的二级结构DNA二级结构是指两条多核苷酸链反相平行盘绕所生成的双螺旋盘绕结构。

DNA有三种构想：

A-DNA、B-DNA、Z-DNA，其中AB为右手构象，Z为左手构想。

B型为普遍存在的结构。

A型、Z型可能具有不同的生物活性还存在其他构型。

第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,28,2.DNA的二级结构B-DNA特点：

螺旋直径2nm链间有螺旋形凹槽，较小的为小沟（1.2nm），较大的为大沟（2.2nm）碱基间距0.34nm每轮碱基数10碱基平面与纵轴垂直,第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,29,3.DNA的高级结构DNA的高级结构指DNA双螺旋进一步扭曲盘旋所形成的特定空间结构。

超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋和负超螺旋两类，它们在不同类型的拓扑异构酶作用下或特殊情况下可相互转变，如：

第二节DNA的结构,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,30,3.DNA的高级结构DNA的超螺旋结构形成的意义：

使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中；

推动DNA结构的转化以满足功能上的需要。

如负超螺旋分子所受张力会引起互补链分开导致局部变性，利于复制和转录。

第三节DNA的复制,双链DNA的复制是一个非常复杂的过程，在复制的起始、延伸和终止三个阶段，需要多种酶和蛋白质的协同参与。

2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,31,第三节DNA的复制,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,32,1.DNA的半保留复制Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时即推测，DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。

第三节DNA的复制,2022/10/15,南京农业大学生命科学学院,33,1.DNA的半保留复制1958年，Meselson和Stahl研究了经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA，首次证明