现代分子生物学第四版-第2章-染色体与DNA课件.ppt

1、第二章第二章 染色体与染色体与DNA 本章将介绍本章将介绍DNA的结构和的结构和从一代细胞岛到下一代细胞的从一代细胞岛到下一代细胞的传递、遗传及变异等过程。传递、遗传及变异等过程。2022-11-221第二章第二章 染色体与染色体与DNAv 第一节 染色体v 第二节 DNA的结构v 第三节 DNA的复制v 第四节 原核生物和真核生物DNA复制特点v 第五节 DNA的修复v 第六节 DNA的转座v 第七节 SNP的理论与应用2第一节第一节 染色体染色体2022-11-223由于亲代能够将自己的遗传物质DNA以染色体的形式传给子代，保持物种的稳定性和连续性。因此，人们普遍认为染色体在遗传上起着主要

2、作用。人类22对染色体及性染色体性染色体扫描电镜图第一节第一节 染色体染色体2022-11-2241.染色体概述：v 19世纪中叶，细胞生物学家在光学显微镜下，在细胞分裂时观察到存在于细胞核中的棒状可染色结构并将其命名为染色体。v 染色体包括DNA和蛋白质两部分。同一物种内每条染色体所带的DNA的量是一定的，但不同的染色体或不同物种之间变化很大，从上百万到几亿个核苷酸对不等。此外，组成染色体的蛋白质（组蛋白和非组蛋白）的种类和含量也是十分稳定的。第一节第一节 染色体染色体2022-11-2251.染色体概述：v 染色体在细胞分裂间期表现为染色质。染色体与染色质是同一种物质的两种形态。伸展的染色

3、质形态有利于在它上面的DNA储存的信息的表达，而高度螺旋化了的棒状染色体则有利于细胞分裂中遗传物质的平分。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。第一节第一节 染色体染色体2022-11-226 1.染色体概述：v 原核细胞染色体：n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）。n整个染色体DNA几乎全部由功能基因和调控序列所组成。n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。第一节第一节 染色体染色体2022-11-2272.真核细胞染色体的组成：v 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

4、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。v 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。第一节第一节 染色体染色体2022-11-2282.1.组蛋白v 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。第一节第一节 染色体染色体2022-11-229 2.1.组蛋白v 组蛋白的特性：n进化上极端保守性。其中H3、H4最保守，H1较不保守。n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

5、H5，精细胞染色体的组蛋白是鱼精蛋白。n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。n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。n富含赖氨酸的组蛋白H5。H5赖氨酸含量高达24%。第一节第一节 染色体染色体2022-11-2210 2.2.非组蛋白v 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。n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。n非组蛋白包括酶

6、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。v 几类常见的非组蛋白：nHMC蛋白。一般认为可能与DNA的超螺旋结构有关。nDNA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。nA24非组蛋白。位于核小体内，功能不详。第一节第一节 染色体染色体2022-11-2211 2.3.DNAv 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”。nC值：一种生物单倍体基因组DNA的总量。n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

7、左图）n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）v 由此推断，许多DNA序列不编码蛋白质，是无生理功能的。v 根据对DNA的动力学研究，真核生物DNA序列大致可分为3类：n不重复序列、中度重复序列、高度重复序列。2022-11-22121第一节第一节 染色体染色体2022-11-2213 2.3.DNAv 不重复序列。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，在单倍体基因组里，这些序列一般只有一个或几个拷贝，它占它占DNA总量的总量的40%80%。不重复序列长约。不重复序列长约7502000dp，相当于一，相当于

8、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。如蚕丝心蛋白基因。v 中度重复序列。中度重复序列。这类重复序列的重复次数在这类重复序列的重复次数在10104之间，占总之间，占总DNA的的10%40%。各种。各种rRNA、tRNA 及组蛋白基因等都属这一类。及组蛋白基因等都属这一类。v 高度重复序列高度重复序列卫星卫星DNA。这类这类DNA只在真核生物中发现，占基因只在真核生物中发现，占基因组的组的10%60%，由，由6100个碱基组成，在个碱基组成，在DNA链上串联重复几百万次链上串联重复几百万次。由

9、于碱基的组成不同，在。由于碱基的组成不同，在CsCl密度梯度离心中易与其他密度梯度离心中易与其他DNA分开，形分开，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）。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）。第一节第一节 染色体染色体2022-11-22142.4.真核细胞染色体的结构v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。v四级分别为：n核小体n螺线管n超螺旋圆筒n染色单体第一节第一节 染色体染色体2.4.真核细胞染色体的结构v 核小体n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

10、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。n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。n核小体串联起来形成10nm纤维。2022-11-22152022-11-2216第一节第一节 染色体染色体2.4.真核细胞染色体的结构v 螺线管n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。n螺线管每一螺旋包含6个核小体，压缩比为6。n这种螺线管是分裂间期和分裂前期染色体的基本组分。2022-11-2217第一节第一节 染色体染色体2.4.真核细胞染色体的结

11、构v 超螺旋圆筒超螺旋圆筒n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。v 染色单体染色单体n染色单体由超螺旋圆筒再压缩5倍而成。2022-11-2218第一节第一节 染色体染色体2022-11-22193.原核生物基因组：v 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。v 从基因组的结构来看，原核细胞DNA有如下特点：n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。n存在转录单元。多顺反子mRNA。n有重叠基因。同一段DNA含有

12、两种不同蛋白质的信息。3、原核生物的基因组特点、原核生物的基因组特点v（1）结构简练：不转录部分很少且常是控制）结构简练：不转录部分很少且常是控制基因表达的序列基因表达的序列v（2）存在转录单元：多顺反子）存在转录单元：多顺反子mRNA，这，这些功能相关的些功能相关的RNA和蛋白质基因协同和蛋白质基因协同表达。表达。v（3）有重叠基因：同一段）有重叠基因：同一段DNA能携带两种一能携带两种一同的蛋白质信息，主要是：同的蛋白质信息，主要是：一个基因完全存在于另一个基因内部分一个基因完全存在于另一个基因内部分重叠重叠两个基因只有一个碱基对的重叠两个基因只有一个碱基对的重叠第二节第二节 DNA的结构

13、的结构2022-11-2221第二节第二节 DNA的结构的结构第二节第二节 DNA的结构的结构2022-11-2222vDNA作为遗传物质的主要优点：n信息量大，可以缩微n表面互补，电荷互补，双螺旋结构说明了精确复制机理n核糖的2脱氧，在水溶液中稳定性好n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）n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）。第二节第二节 DNA的结构的结构2022-11-22231.DNA的一级结构v DNA又称脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）。v DNA的

14、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。v DNA由脱氧核苷酸聚合而成。v 碱基的不同决定了脱氧核苷 酸的不同。第二节第二节 DNA的结构的结构2022-11-22241.DNA的一级结构v 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。第二节第二节 DNA的结构的结构2022-11-22251.DNA的一级结构v 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。第二节第二节 DNA的结构的结构2022-11-22261.DNA的一级结构vDNA一级结构特点是：nDNA分子由两条互

15、相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成。nDNA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。n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。第二节第二节 DNA的结构的结构2022-11-22272.DNA的二级结构v 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。v DNA有三种构像：A-DNA、B-DNA、Z-DNA，其中AB为右手构象，Z为左手构像。v B型为普遍存在的结构。v A型、Z

16、型可能具有不同 的生物活性v 还存在其他构型。第二节第二节 DNA的结构的结构2022-11-22282.DNA的二级结构vB-DNA特点：n螺旋直径2nmn链间有螺旋形凹槽，较小的为小沟（1.2nm），较大的为大沟（2.2nm）n碱基间距0.34nmn每轮碱基数10n碱基平面与纵轴垂直vA DNA的特点的特点B-DNA-3.4/bp-23.5 wide-10.4 bp/turnA-DNA-2.3/bp-25.5 wide-11 bp/turn-Base-pairs tilted about 19 degrees from axis of the helix.Figure:B-and A-DN

17、A左手螺旋左手螺旋Z-DNAMinorgrooveMajorgrooveZ-DNA-3.8/bp-18.4 wide-12 bp/turn-base-pairs tilted about 9 degrees from axis of the helix第二节第二节 DNA的结构的结构2022-11-22363.DNA的高级结构vDNA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。v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：拓扑异构酶溴乙啶拓扑异构酶溴乙啶负超螺旋正超螺旋松弛DNA第二节第二节 D

18、NA的结构的结构2022-11-22373.DNA的高级结构vDNA的超螺旋结构形成的意义：n使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中；n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。螺螺旋旋超超螺螺旋旋 DNA Supercoiling超螺旋超螺旋E.Coli bacterium:1 um(10-6m)longIts genome:1300 um long!A human cell:10 um longIts genome:1,000,000 um 1m long!How do cells contain/package/

19、handle their DNA?Some chromosomes are linear:-eukaryotes and some virusesSome are circular:-bacteria,mitochondria,chloroplasts and some virusesIn ALL cases,the DNA is COILED(盘绕）盘绕）very tightly in the cellvNegative supercoiling（负超螺旋）负超螺旋）is where the supercoils are in the opposite direction to the co

20、iling of the DNA double helix（超螺超螺旋的方向与旋的方向与DNA双螺旋的方向相反）双螺旋的方向相反）-underwinding，add additional left-handed helix(B or A-DNA)vPositive supercoiling（正超螺旋）正超螺旋）is in the same direction as the helix（超螺旋的方向与超螺旋的方向与DNA双螺旋的方向相同）双螺旋的方向相同）-overwinding，add additional right-handed helix(B or A-DNA)Direction of

21、supercoiling DNA SupercoilingL =T +WL =Linking number is the total number of turns in a circular DNA（连接数连接数）常量常量T =Turns or twists in the DNA(盘绕数盘绕数）W =Writhing number referring to is the number of supercoils（超螺旋数超螺旋数）Determining Supercoiling in DNARight twist=positive Left twist=negativeTwo Definit

22、ions:Twist&Linking Number All DNA double helices have twist,while only closed circular double helices have linking numberTWIST:Simply the number of times one strand winds around the otherExample of looking at superhelicityvA relaxed circle of 200 b.p.n200/10=20 turns T=20vIf covalently closed in a r

23、elaxed circlenL=20vIf we break the circle,unwind twice and reseal（松开螺旋（松开螺旋2圈再重连）圈再重连）,then L=18vT wants to be near 20,so two twists(writhes)are incorporatednL=T+W,so L=18,T 20,W=-2第三节第三节 DNA的复制的复制双链双链DNA的复制是一个非常复杂的过程，在复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。白质的协同参与。2022

24、-11-2242第三节第三节 DNA的复制的复制2022-11-22431.DNA的半保留复制的半保留复制Watson和和Crick在提出在提出DNA双螺旋结构模型时即推双螺旋结构模型时即推测，测，DNA在复制时首先两条在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这，另一条链是新合成的，这种复制方式为种复制方式为半保留复制。半保留复制。第三节第三节 DNA的复制的复制2

25、022-11-22441.DNA的半保留复制的半保留复制1958年，年，Meselson和和Stahl研究了经研究了经15N标记标记3个世代的个世代的大肠杆菌大肠杆菌DNA，首次证明了，首次证明了DNA半保留复制。半保留复制。第三节第三节 DNA的复制的复制2022-11-22452.复制的起点、方向和速度复制的起点、方向和速度v 复制时，双链复制时，双链DNA要解开成两股链进行，使复制起点呈叉状要解开成两股链进行，使复制起点呈叉状，被称为复制叉。，被称为复制叉。v 复制子为生物体复制子为生物体DNA的复制单位。的复制单位。第三节第三节 DNA的复制的复制2022-11-22462.复制的起点

26、、方向和速度复制的起点、方向和速度v 复制时，复制叉从复制起点开始沿着DNA链连续移动，起始点可以启动单向复制或者双向复制。这取决于复制起点形成一个复制叉还是两个复制叉。如右图：第三节第三节 DNA的复制的复制2022-11-22472.复制的起点、方向和速度复制的起点、方向和速度v DNA复制时，复制方向有5向3复制，前导链连续合成，后随链合成不连续，形成冈崎片段。如图：第三节第三节 DNA的复制的复制2022-11-22482.复制的起点、方向和速度复制的起点、方向和速度v DNA复制：n复制起点是固定的，表现为固定序列，并识别参与复制起始的特殊蛋白质。n复制叉移动的方向和速度虽多种多样，

27、但以双向等速为主物种物种细胞内复制子数细胞内复制子数目目/个个平均长度平均长度/kb复制子移动速度复制子移动速度/(bpmin-1)大肠杆菌1420050000酵母500403600果蝇3500402600爪蟾15000200500蚕豆35000300？第三节第三节 DNA的复制的复制2022-11-22493.复制的几种主要方式复制的几种主要方式v线性DNA双链复制 如右图：v环状DNA双链复制n型n滚环型nD-环型型复制型复制：DNA从Ori解开成单链两条母本单链分别作模板，各自合成互补的子链。方式：双向或单向。滚环型滚环型单链特异性切割：双链环状DNA正链正链复制起始点复制起始点；5端与

28、单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(SSB)相连；DNA聚合酶聚合酶以未切断的负链负链为模板，正链正链游离3OH端逐个加上脱氧核糖核苷酸，3端端不断延伸、复制不断延伸、复制，5端不断脱离环状模板被剥离出来到一定长度，5端的单链开始复复制互补链制互补链。D环型环型复制泡复制泡：一条链一条链先作为新链的模板。复制泡开始合成一条新链，前导链模板形成部分双链部分双链。置换环置换环：另一条亲本链被前导链置换出来，这样一条单链和一条双链组成的三元泡状结构，称为D环或置换环。前导链将另一链的另一链的Or置换置换出来，后滞链开始新链合成。特点：二个二个Ori先后激活。第四节第四节 原核、真核生物原核、真核生物DN

29、A复制特点复制特点1.原核生物原核生物DNA复制的复制的特点特点vDNA双螺旋的解旋。n首先在拓扑异构酶拓扑异构酶I的作用下解开负超螺旋，并由解链酶解链酶(DNA helicase)解开双链，n接着由SSB蛋白蛋白来稳定解开的单链，以保证该局部结构不会恢复为双链。2022-11-2253n首先由引发酶（一种RNA聚合酶）在DNA模板上合成一段RNA链,n接着由DNA聚合酶从RNA引物3端合成新DNA链n后随链的引发过程由引发体来完成2022-11-2254DNA复制的引发n已知DNA聚合酶的合成方向都是53，这使得后随链无法连续合成。n后随链以53的方式先合成片段（冈崎片段），在连接为完整的链

30、。2022-11-2255冈崎片段与半不连续复制2022-11-2256n当复制叉前移，遇到约22个碱基的重复性终止序列（Ter）时，Ter-Tus复合物能阻止DNA的解链，阻挡复制叉的前移。n复制停止后，仍有50-100bp未被复制，将由修复方式填补空缺，而后两链解开。复制的终止DNA聚合酶n现已知大肠杆菌存在DNA聚合酶I、II、III、IV和V。nDNA聚合酶I 非主要聚合酶，可确保DNA合成的准确性，并可切除紫外线照射产生的嘧啶二聚体。nDNA聚合酶II 主要生理功能为修复DNA。nDNA聚合酶III 为主导聚合酶。nDNA聚合酶IV和V主要在SOS修复中起作用。2022-11-225

31、7DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶（复合物）分子量109 000120 000400 000每个细胞所含400100102053聚合作用+35核酸外切酶+53核酸外切酶+新生链合成+生物学活性10.0515聚合速度（37核苷酸/min.分子）1 00010030015 000以上第四节第四节 原核、真核生物原核、真核生物DNA复制特点复制特点2.真核生物真核生物DNA复制的特点：复制的特点：p54v 真核生物每条染色体上可以有多个复制起点。v 真核生物DNA在完成复制前不能开始新的复制，而原核生物则可以连续开始新的DNA复制，一个复制单元多个复制叉。v DNA复制只能在分裂期进行。v 复制

32、起点为自主复制序列（ARS）。v 复制叉移动速度慢，仅50bp/s，不到大肠杆菌的1/20。v 真核生物DNA聚合酶有15种以上，其中nDNA聚合酶功能主要是引物合成。nDNA聚合酶主要负责DNA的复制。n还存在其它一些酶，、等，有修复损伤功能2022-11-2258第四节第四节 原核、真核生物原核、真核生物DNA复制特点复制特点2.真核生物真核生物DNA复制的特点：复制的特点：v 真核生物真核生物DNA聚合酶聚合酶2022-11-2259 表11-9 真核生物五种DNA聚合酶DNA聚合酶（）（）（）位置核核核核线粒体功能后随链的合成和引发前导链的合成修复修复复制相对活性80%1015%215

33、%分子量300kD170230kD250 kD40 kD180300 kD53外切35外切+双脱氧T不影响不影响弱抑制抑制第四节第四节 原核、真核生物原核、真核生物DNA复制特点复制特点3.DNA复制的调控：复制的调控：v 原核细胞内复制叉的多少决定了复制起始频率的高低，复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和RNA。n大肠杆菌染色体DNA复制起点编码复制调节蛋白质、复制起点与调节蛋白质相互作用并启动复制。nColE1质粒DNA的复制调控。其复制不依赖本身编码的蛋白质，而完全依靠宿主DNA聚合酶I。2022-11-2260第四节第四节 原核、真核生物原核、真核生物DNA复制特点复制特点3.DNA复

34、制的调控：复制的调控：v 真核细胞DNA的复制调控。DNA复制只发生在分裂期，其有3个水平的调控。n细胞生活周期水平的调控。也称限制点调控，即决定细胞停留在G1还是进入S期。n染色体水平调控。决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期进行复制。n复制子水平调控。决定复制的起始与否，这种调控从单细胞生物到高等生物是高度保守的。2022-11-2261第五节第五节 DNA的修复的修复由于染色体由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上在生命过程中占有至高无上的地位，的地位，DNA的复制的准确性以及的复制的准确性以及DNA日常保养日常保养中的损伤修复就有着特别重要的意义。下表是大中的损

35、伤修复就有着特别重要的意义。下表是大肠杆菌中的肠杆菌中的DNA修复系统：修复系统：表表2-132022-11-2262DNA修复系统修复系统功能功能错配修复恢复错配切除修复（碱基、核苷酸）切除突变的碱基和核苷酸片段重组修复复制后的修复DNA直接修复修复嘧啶二体SOS系统DNA的修复，导致变异1.DNA的突变的突变vDNA的突变分为两大类：单碱基改变和的突变分为两大类：单碱基改变和DNA结构结构畸变。畸变。v单碱基改变。如下图：单碱基改变。如下图：2022-11-2263第五节第五节 DNA的修复的修复胞嘧啶氧化脱氨胞嘧啶氧化脱氨CA复制错误复制错误vDNA结构畸变结构畸变n嘧啶二聚体n鸟嘌呤甲

36、基化n腺嘌呤脱嘌呤作用2022-11-2264第五节第五节 DNA的修复的修复上：上：G G甲基化。下：甲基化。下：A A脱嘌呤脱嘌呤左：嘧啶二聚体左：嘧啶二聚体第五节第五节 DNA的修复的修复2022-11-22652.DNA修复系统修复系统v错配修复错配修复v切除修复切除修复v重组修复重组修复vDNA直接修复直接修复vSOS系统系统2022-11-2266v 一旦在一旦在DNA复制过程中发生错配，复制过程中发生错配，通过该系统几乎能完全修正。该系通过该系统几乎能完全修正。该系统对统对DNA复制忠实性贡献很大。复制忠实性贡献很大。v 修复过程：修复过程：n识别错配，n复合物的形成，甲基化及非

37、甲基化链的切开，nDNA外切酶切除含错配的部分DNA链，nDNA聚合酶III合成新链。错配修复错配修复2022-11-2267v 切除修复分为两种：切除修复分为两种：v碱基切除修复碱基切除修复n形成去AP位点nAP核酸内切酶切除受损片段nDNA聚合酶I和DNA连接酶修复DNA链v核苷酸切除修复核苷酸切除修复nDNA切割酶切割移去12-13个核苷酸（原核）或27-29个核苷酸（真核）的单链DNA，再由DNA聚合酶和DNA连接酶修复DNA链切除修复切除修复2022-11-2268v 又被称为“复制后修复”，修复的对象是子代DNA。v 损伤的DNA先进行复制，在子代DNA损伤互补的部位出现缺口，通过

38、分子间重组，将另一个子代完好的片段移至缺口处，再填补重组产生的缺口。v 模板上的伤疤始终留着。只能随 着重组修复次数，伤疤占的比例。重组修复重组修复2022-11-2269vDNA的直接修复的直接修复n直接修复是把损伤的碱基回复到原来状态的一种修复。直接修复是把损伤的碱基回复到原来状态的一种修复。如在如在DNA光解酶的作用下修复嘧啶二聚体。光解酶的作用下修复嘧啶二聚体。vSOS反应反应nSOS反应是细胞反应是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的经受到损伤或复制系统受到抑制的经济状况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。济状况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。nSOS反应包括诱导反应包括诱

39、导DNA损伤的修复、诱变效应、细胞分损伤的修复、诱变效应、细胞分裂的抑制等。裂的抑制等。nSOS反应广泛存在于原核和真核生物中，可产生两方面反应广泛存在于原核和真核生物中，可产生两方面的作用：的作用：DNA的修复、的修复、DNA的变异。的变异。第六节第六节 DNA的转座的转座DNA的转座，或称位移，是由可位移因子介的转座，或称位移，是由可位移因子介导的遗传物质重排现象。转座子最先由导的遗传物质重排现象。转座子最先由Barbara McClintock于于20世纪世纪40年代在玉米遗传学研究年代在玉米遗传学研究时发现的。时发现的。2022-11-22701.转座子的分类和结构特征转座子的分类和结

40、构特征v转座子（转座子（transposon,Tn）是存在于染色体）是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。上可自主复制和移位的基本单位。v转座子存在于所有生物体内，人类基因组中由转座子存在于所有生物体内，人类基因组中由35%的序列为转作序列，其中大部分与疾病有关。转座的序列为转作序列，其中大部分与疾病有关。转座子分为两大类：子分为两大类：n插入序列（insertional sequence,IS）n复合型转座子（composite transposon）2022-11-2271第六节第六节 DNA的转座的转座v插入序列（插入序列（IS因子）因子）v 最简单的转座子，不含任何最简单的

41、转座子，不含任何宿主基因。宿主基因。v 特征：特征：n很小的DNA片段n末端具有倒置重复序列n复制宿主靶位点DNA（4-15bp）n转座频率10-4-10-3/世代n恢复频率10-10-10-6/世代2022-11-2272第六节第六节 DNA的转座的转座2022-11-2273v复合型转座子复合型转座子v 复合型转座子是一类带有某些抗药性基因（或其它宿主基因）的转座子。v 特征：n复合型转座子两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。nIS序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子。n复合型转座子的转座能力由IS序列决定和调节的。2022-11-2274v复合型转座子复合型转座子v 复合型转

42、座子还有一类无IS序列、体积庞大的的转座子（5000bp以上）TnA家族。v TnA特征：n携带3个基因，其中 一个为编码-内酰胺 酶基因（AmpR）n两翼都有38bp的倒置 重复序列（IR）2.真核生物中的转座子真核生物中的转座子v 转座子也存在于真核生物中。在玉米和果蝇中发现了多个在基因组内随机分布而且能重复移动的转座因子序列。v 玉米中的转座子nAc-Ds系统nSpm-dSpm系统v 果蝇中的转座子：P转座子（可诱发杂种不育）2022-11-2275第六节第六节 DNA的转座的转座3.转座作用的机制转座作用的机制v 限制性内切酶切开靶序列v 转座子插入，形成具有单链粘性末端的转座子v 修

43、补缺刻，形成直接重复序列。2022-11-2276第六节第六节 DNA的转座的转座3.转座作用的机制转座作用的机制v转作可分为复制型和非复制型两大类转作可分为复制型和非复制型两大类v复制型（复制型（TnA类）类）v非复制型（非复制型（IS序列、序列、Mu及及Tn5）2022-11-2277复制型复制型非复制型非复制型4.转座的遗传效应转座的遗传效应v 引起插入突变，可导致基因表达失活。v 产生新的基因。v 产生的染色体畸变，引起DNA缺失或倒位。v 引起的生物进化，可产生新的生物学功能的基因。2022-11-2278第六节第六节 DNA的转座的转座图2-41第七节第七节 SNP的理论与应用的理

44、论与应用 单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP)是指基因组是指基因组DNADNA序列中由于单个核苷酸的突变序列中由于单个核苷酸的突变而引起的多态性。而引起的多态性。同一物种不同个体间染色体上遗传密码单个碱同一物种不同个体间染色体上遗传密码单个碱基的变化，主要表现为基因组核苷酸水平上的变基的变化，主要表现为基因组核苷酸水平上的变异引起的异引起的DNADNA序列多态性序列多态性 。vSingle nucleotide polymorphismvSNPSNP是人类可遗传的变异中最常出现的一种，占所有是人类可遗传的变异中最常出现的一种，占所有已知多态性的

45、已知多态性的90%90%以上，在人类基因组中广泛存在，以上，在人类基因组中广泛存在，人类人类DNADNA中每中每300-1000bp300-1000bp就有一个就有一个SNP.SNP.因此，一个人类个体大约携带因此，一个人类个体大约携带300300万万-1000-1000万个万个SNPsSNPs。v 一个一个SNPSNP表示在基因组某个位点上一个核苷酸的变化表示在基因组某个位点上一个核苷酸的变化，作为一种碱基的替换，大多数为转换（作为一种碱基的替换，大多数为转换（C CT T，G GA A），也可能是颠换。），也可能是颠换。具有转换型变异的具有转换型变异的SNPSNP约占约占SNPSNP总量的

46、总量的2 23 3左右。左右。SNP的特征的特征v根据根据SNPSNP在基因组中的分布位置可分为在基因组中的分布位置可分为:基因编码区基因编码区SNP(cSNP)SNP(cSNP)基因调控区基因调控区SNP(pSNP)SNP(pSNP)基因间随机编码区基因间随机编码区SNP(rSNP)SNP(rSNP)等三类。等三类。v 因为编码区内的变异率占周围序列的因为编码区内的变异率占周围序列的1/51/5，cSNPcSNP的总量显著少于其他两类的总量显著少于其他两类SNPsSNPs。同义同义cSNP(synonymous cSNP)cSNP(synonymous cSNP)：非同义非同义cSNP(no

47、n-synonymous cSNP)cSNP(non-synonymous cSNP)SNP检测方法检测方法 理想的检测理想的检测SNPSNP的方法的方法 发现未知的SNP，或检测已知的SNP (1)(1)灵敏度和准确度的要求（反应原理严紧）灵敏度和准确度的要求（反应原理严紧）(2)(2)快速、简便、高通量快速、简便、高通量 (操作和分析的自动化程度高）操作和分析的自动化程度高）(3)(3)费用相对低廉费用相对低廉 DNA芯片技术（DNA chip）将许多已知序列的寡核苷酸将许多已知序列的寡核苷酸DNADNA排列在排列在1 1块集成电路板上块集成电路板上，彼此之间重叠，彼此之间重叠1 1个碱基

48、，并覆盖全部所需检测的基因，个碱基，并覆盖全部所需检测的基因，将将荧光标记的正常荧光标记的正常DNADNA和突变和突变DNADNA分别与分别与2 2块块DNADNA芯片杂交，由于芯片杂交，由于至少存在至少存在1 1个碱基的差异，正常和突变的个碱基的差异，正常和突变的DNADNA将会得到不同的将会得到不同的杂交图谱，经过共聚集显微镜分别检测两种杂交图谱，经过共聚集显微镜分别检测两种DNADNA分子产生的分子产生的荧光信号，即可确定是否存在突变，荧光信号，即可确定是否存在突变，该方法快速简单、片动该方法快速简单、片动化程度高，具有很大的发展潜力，将在基因突变检测中心发化程度高，具有很大的发展潜力，

49、将在基因突变检测中心发挥非常重要的作用。挥非常重要的作用。Taqman法 以以荧光共振能量转移荧光共振能量转移(fluorescent resonance energy(fluorescent resonance energy transfer,transfer,FRETFRET)为基础的检测方法。为基础的检测方法。在在PCRPCR反应中，将供者反应中，将供者-受者染料对分别结合到受者染料对分别结合到TaqmanTaqman探探针的两端，探针未与目标序列结合时，通过针的两端，探针未与目标序列结合时，通过FRETFRET作用使供者作用使供者不发荧光；完全互补配对后，由于不发荧光；完全互补配对后，

50、由于Taq DNATaq DNA聚合酶具有聚合酶具有5 5核核酸酶的活性，可将供者从探针上切下来从而发出荧光。如果酸酶的活性，可将供者从探针上切下来从而发出荧光。如果探针与目标序列中存在错配碱基，就会减少探针与目标序列探针与目标序列中存在错配碱基，就会减少探针与目标序列结合的紧密程度及结合的紧密程度及Taq DNATaq DNA聚合酶切割供者的活性，也就影聚合酶切割供者的活性，也就影响了供者的荧光释放量，从而使碱基突变链和正常链得以区响了供者的荧光释放量，从而使碱基突变链和正常链得以区分。分。供者受者5 3 Taqman 探针探针 供者受者5 3 Taqman 探针探针 供者受者5 引物目标序