1、分子生物学全册配套完整课件分子生物学全册配套完整课件3分子生物学分子生物学MOLECULAR BIOLOGY1. 教材教材nRobert F. Weaver Molecular Biology (second edition, third edition). McGraw-Hill Companies, Inc., 2001n分子生物学（第二版）分子生物学（第二版） 科学出版社，科学出版社，2002原版第一版在原版第一版在1999年出版，科学出版社影印版第一版在年出版，科学出版社影印版第一版在2000年出版年出版 2. 参考书参考书nH. Lodish et al. Molecular Cel
2、l Biology, W. H. Freeman and Company, 2000nP. C. Turner et al. Instant Notes in Molecular Biology, Bios Scientific Publishers Limited, 1999 (科学出版社有影科学出版社有影印版印版)nB. Alberts et al. Molecular Biology of the Cell (4th edition). Garland Science, 20022. 参考书参考书nB. Lewin. Genes VII. Oxford University Press,
3、 2000nG. Karp. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments (3rd edition). John Wiley & Sons, Inc., 2002n朱玉贤等，现代分子生物学，高等教育朱玉贤等，现代分子生物学，高等教育出版社（第二版），出版社（第二版），2002部分参考书部分参考书3. 教学内容教学内容n教材的教材的Part III Part VIIIn重点重点n基因组及基因组学（基因组及基因组学（Genome and Genomics）n原核生物与真核生物基因表达及其调控原核生物与真核生物基因表达及其调控（Gene
4、Expression and Its Regulation in Prokaryotes and Eukaryotes）4. 教学方式教学方式n讲授为主讲授为主n课堂提问及解答课堂提问及解答n课堂讨论课堂讨论n自学自学n网络辅助教学（课件共享，网络课程）网络辅助教学（课件共享，网络课程）5. 考核方式考核方式n平时考核（课程作业）平时考核（课程作业） 就某一专题写小综述（须查阅资料）就某一专题写小综述（须查阅资料）n课程考试课程考试 闭卷，学期末进行闭卷，学期末进行 双语双语6. 课堂纪律、考勤课堂纪律、考勤n作为决定平时成绩的一个方面作为决定平时成绩的一个方面分子生物学（绪论）分子生物学（绪
5、论）Molecular Biology: Introduction一、生物科学的基本问题一、生物科学的基本问题n生命现象的描述生命现象的描述n分类学分类学n生命特征的研究（生长、发育、繁衍）生命特征的研究（生长、发育、繁衍）n生理学、遗传学等生理学、遗传学等n生命的起源与进化生命的起源与进化n进化论、进化生物学进化论、进化生物学二、不同水平上对生命现象的研究二、不同水平上对生命现象的研究n从宏观到微观从宏观到微观n整体水平整体水平n细胞水平细胞水平n分子水平分子水平n分子生物学分子生物学n微观生物学的前沿微观生物学的前沿n宏观生物学的基础宏观生物学的基础n现代生物学的带头学科现代生物学的带头学
6、科三、分子生物学对生命科学的影响三、分子生物学对生命科学的影响n1953 DNA双螺旋的发现双螺旋的发现n1960s 分子免疫学、酶学；基因表达分子免疫学、酶学；基因表达 理论的突破理论的突破n1970s DNA序列的测定、单克隆抗体序列的测定、单克隆抗体n1980s PCR技术、转基因技术（农杆菌技术、转基因技术（农杆菌 系统的建立）系统的建立）n1990s 基因组计划、高等动物克隆技术；基因组计划、高等动物克隆技术； 生物信息学生物信息学nThe spectacular achievements in our understanding of the human genome are th
7、e outcome of an era of molecular biology that dates back to the 1930s. The seed was a 1935 collaboration in Germany between a theoretical physicist, a radiation physicist and a Drosophila geneticist Max Delbrck, Karl Zimmer and Nikolai Timofeff-Ressovsky, respectively. Their three-man paper, which s
8、ets out the interdisciplinary basis for studying the molecular nature of the gene, was revolutionary. nBut this revolution burned with a slow fuse. The paper, On the nature of gene mutation and gene structure was published in an obscure journal at the University of Gttingen. The manuscript had littl
9、e influence until physicist Erwin Schrdinger drew heavily on it for his popular lectures, collected in his book What Is Life? published in 1944. Goldman, M. A. Seed of revolution. Nature 2011, 480: 317三、分子生物学对生命科学的影响三、分子生物学对生命科学的影响n1953 DNA双螺旋的发现双螺旋的发现n1960s 分子免疫学、酶学；基因表达分子免疫学、酶学；基因表达 理论的突破理论的突破n197
10、0s DNA序列的测定、单克隆抗体序列的测定、单克隆抗体n1980s PCR技术、转基因技术（农杆菌技术、转基因技术（农杆菌 系统的建立）系统的建立）n1990s 基因组计划、高等动物克隆技术；基因组计划、高等动物克隆技术； 生物信息学生物信息学 n21世纪：（基因）组学研究的时代世纪：（基因）组学研究的时代GENOMICSOMICS四、分子生物学的定义四、分子生物学的定义n分子生物学的来龙去脉分子生物学的来龙去脉 源于遗传学（基因学说）和生物化学源于遗传学（基因学说）和生物化学（生化手段和技术）（生化手段和技术）n定义定义n广义慨念：从分子水平来研究生物科学的广义慨念：从分子水平来研究生物科
11、学的基本问题基本问题n狭义慨念：在分子水平上研究基因的结构狭义慨念：在分子水平上研究基因的结构与功能与功能四、分子生物学的定义四、分子生物学的定义n现代分子生物学现代分子生物学n以基因组学为基础以基因组学为基础 (Genomics)n以细胞或个体为模式以细胞或个体为模式 (Model species)n以生物信息学为重要手段以生物信息学为重要手段 (Bioinformatics)n以基因工程、基因组工程为主体的高新技术以基因工程、基因组工程为主体的高新技术 (Gene/Genome engineering)一、基因组与基因组学一、基因组与基因组学Genome and Genomics1. 基因
12、组的概念基因组的概念n一种生物或一种遗传系统的所有基因一种生物或一种遗传系统的所有基因 （遗传物质）的组合（遗传物质）的组合染色体组（染色体组（chromosome set）基因组（基因组（genome）2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（1）种类）种类n类核基因组（类核基因组（nucleoid genome） 即原核基因组（即原核基因组（prokaryotic genome）n核基因组（核基因组（nuclear genome） 即真核基因组（即真核基因组（eukaryotic genome）n细胞器基因组（细胞器基因组（organelle genome） 线粒体基因组（线粒体
13、基因组（mitochondrial genome） 叶绿体基因组（叶绿体基因组（chloroplast genome）2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点n其他其他 病毒基因组（病毒基因组（virus genome） 质粒质粒DNA（plasmid DNA），又称染色体），又称染色体 外外DNA（extrachromosomal DNA）2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（2）大小）大小n基因组大小（基因组大小（genome size）一般以单倍体基）一般以单倍体基因组的核酸量来衡量，单位有因组的核酸量来衡量，单位有pg（10-12 g）、）、Dalton（道尔顿
14、）、（道尔顿）、bp 或或 kb 、Mb等等n1 pg = 6.02 1011 Daltons = 9.8 108 bp生物的复杂程度与基因组大小的关系生物的复杂程度与基因组大小的关系生物的基因组大小及其变化生物的基因组大小及其变化n原核生物的原核生物的genome size一般都比较小，且变化一般都比较小，且变化范围也不大（最大范围也不大（最大/最小约为最小约为20）。细菌基因组）。细菌基因组一般可含一般可含500 8000个基因。由于原核生物基因个基因。由于原核生物基因组中的非基因组中的非基因DNA（non-genic DNA）的含量较）的含量较少，因此它们的基因组大小与其所含的基因数目少
15、，因此它们的基因组大小与其所含的基因数目是相对应的是相对应的n真核生物的真核生物的genome size一般要比原核生物的大一般要比原核生物的大很多，且变化范围也很大（最大很多，且变化范围也很大（最大/最小可达最小可达8万）万） 各类生物中基因组大小的变化范围 生物种类 基因组大小范围（kb） 最大 / 最小 真细菌 革兰氏阴性菌 革兰氏阳性菌 蓝细菌 枝原体 古细菌 原生生物 眼虫（裸藻） 纤毛虫 变形虫 真菌 580 13,200 650 7,800 1,600 11,600 3,100 13,200 580 1,800 1,600 4,100 23,500 686,000,000 98,
16、000 2,350,000 23,500 8,620,000 35,300 686,000,000 8,800 1,470,000 23 12 7 4 3 3 29,191 24 367 19,433 167 各 类 生 物 中 基 因 组 大 小 的 变 化 范 围 生 物 种 类 基 因 组 大 小 范 围 （ k b ） 最 大 / 最 小 动 物 海 绵 动 物 环 节 动 物 软 体 动 物 甲 壳 动 物 昆 虫 棘 皮 动 物 鱼 类 两 栖 动 物 爬 行 动 物 鸟 类 哺 乳 动 物 植 物 藻 类 蕨 类 植 物 裸 子 植 物 被 子 植 物 49,000 139,00
17、0,000 49,000 53,900 882,000 5,190,000 421,000 5,290,000 686,000 22,100,000 98,000 7,350,000 529,000 3,230,000 382,000 139,000,000 931,000 84,300,000 1,230,000 5,340,000 1,670,000 2,250,000 1,420,000 5,680,000 50,000 307,000,000 80,000 30,000,000 98,000 307,000,000 4,120,000 76,900,000 50,000 125,000
18、,000 2,837 1 6 13 32 75 6 364 91 4 1 4 6,140 375 3,133 17 2, 500 真核生物真核生物C值佯谬值佯谬（C-value paradox）n基因组中基因数目与基因组大小无关基因组中基因数目与基因组大小无关 Eukaryotes Genome size: 80,000-fold Gene content: 40 50-fold“C” stands for “constant” or “characteristics”2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（3）类核基因组和核基因组的结构特点）类核基因组和核基因组的结构特点n类核基
19、因组类核基因组 环状，较小；通常由单拷贝或低拷贝（环状，较小；通常由单拷贝或低拷贝（low-copy）的）的DNA序列组成；基因排列紧密，较序列组成；基因排列紧密，较少非编码序列少非编码序列 “streamlined”n核基因组核基因组 多线状；大小一般要比类核基因组大好几个多线状；大小一般要比类核基因组大好几个数量级，且变化范围很大；有大量的非编码数量级，且变化范围很大；有大量的非编码序列（重复序列、内含子等）序列（重复序列、内含子等）2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（4）非编码序列（）非编码序列（non-coding sequences）n非编码的重复序列（核基因组）非编
20、码的重复序列（核基因组）n局部分布的重复序列局部分布的重复序列（localized repeated sequences）n串联式（串联式（tandem）的高度重复序列（）的高度重复序列（highly repeated sequences）：重复单位的长度从几）：重复单位的长度从几bp到几到几百百bp，可重复几十万次或更多，常见于着丝粒、端，可重复几十万次或更多，常见于着丝粒、端粒和异染色质区域粒和异染色质区域2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（4）非编码序列（）非编码序列（non-coding sequences）n非编码的重复序列（核基因组）非编码的重复序列（核基因组）n散
21、布的重复序列散布的重复序列（dispersed repeated sequences）n短的散布式重复序列（短的散布式重复序列（short interspersed elements, SINEs）：）：500 bp以下，可重复以下，可重复105次或更多，很多次或更多，很多SINEs都是反转录转座子（都是反转录转座子（retroposon）n长的散布式重复序列（长的散布式重复序列（long interspersed elements, LINEs）：）：5 kb以上，可重复以上，可重复104次或更多，很多次或更多，很多LINEs也是与反转录转座子相关的序列也是与反转录转座子相关的序列2. 基因
22、组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（4）非编码序列（）非编码序列（non-coding sequences）n内含子（内含子（intron）nI 类（类（group I intron）nII 类（类（group II intron）nIII 类（类（group III intron）n核核mRNA内含子（内含子（nuclear mRNA intron），即剪），即剪接体内含子（接体内含子（spliceosomal intron）n核核tRNA内含子（内含子（nuclear tRNA intron）n古细菌内含子（古细菌内含子（archaebacterial intron）各类内含子在不同
23、生物中的分布各类内含子在不同生物中的分布2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（5）细胞器基因组）细胞器基因组n线粒体基因组线粒体基因组 在不同类型的生物（多细胞动物、高等植物、在不同类型的生物（多细胞动物、高等植物、原生动物、藻类、真菌）中变化很大原生动物、藻类、真菌）中变化很大n多细胞动物：细小、致密，没有或很少非编多细胞动物：细小、致密，没有或很少非编码序列码序列n高等植物：复杂、不均一，比动物的大得多n原生动物、藻类、真菌：或偏向于动物型，或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（5）细胞器基因组）细胞器基因组n线粒体基因组线
24、粒体基因组 在不同类型的生物（多细胞动物、高等植物、在不同类型的生物（多细胞动物、高等植物、原生动物、藻类、真菌）中变化很大原生动物、藻类、真菌）中变化很大n多细胞动物：细小、致密，没有或很少非编码序列n高等植物：复杂、不均一，比动物的大得多高等植物：复杂、不均一，比动物的大得多n原生动物、藻类、真菌：或偏向于动物型，原生动物、藻类、真菌：或偏向于动物型，或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处或偏向于植物型，但又有其各自的独特之处2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（5）细胞器基因组）细胞器基因组n叶绿体基因组叶绿体基因组n比较均一，比较均一，85 292 kb（大部分都在（大部
25、分都在120 160 kb之内）；之内）；n特例：伞藻属（Acetabularia），2000 kbIR: Inverted RepeatSSC: Small Single Copy regionLSC: Large Single Copy region2. 基因组的种类与结构特点基因组的种类与结构特点（5）细胞器基因组）细胞器基因组n叶绿体基因组叶绿体基因组 比较均一，85 292 kb（大部分都在120 160 kb之内）； 特例：伞藻属（特例：伞藻属（Acetabularia），），2000 kbAcetabularia一、基因组与基因组学一、基因组与基因组学3. 基因组学基因组学（Ge
26、nomics）n把基因组作为研究对象的学科把基因组作为研究对象的学科（1）结构基因组学（）结构基因组学（structural genomics）（2）功能基因组学（）功能基因组学（functional genomics）（3）进化基因组学（）进化基因组学（evolutionary genomics） 基因组学的三个有代表性“时代”3. 基因组学基因组学（1）结构基因组学（）结构基因组学（structural genomics）n基因组结构（基因组结构（genome structure） 种类、结构特点、种属特异性种类、结构特点、种属特异性n定位基因（定位基因（gene mapping） 遗传图
27、谱（遗传图谱（genetic map）与物理图谱（）与物理图谱（physical map）：）：遗传距离遗传距离与物理距离与物理距离n测定基因组全序列（测定基因组全序列（whole-genome sequencing） 结构基因组学研究的主要目标结构基因组学研究的主要目标 人类基因组计划（人类基因组计划（the Human Genome Project）之前，只测定过）之前，只测定过 一些病毒（一些病毒（ X174、 、T4等）的基因组全序列等）的基因组全序列Phage X174: 5375 ntSequencing timeline基因组全序列的测定基因组全序列的测定 1995 流感嗜血菌（
28、流感嗜血菌（Haemophilus influenzae） 1,830 kb 枝原体枝原体 Mycoplasma genitalium 580,070 bp，预计有，预计有500个基因个基因 1996 古细菌古细菌 Methanococcus jannaschii 1,660 kb 酿酒酵母（酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae） 12,068 kb，近，近6,000个潜在个潜在 的蛋白质编码基因，近的蛋白质编码基因，近150个个rRNA基因，近基因，近300个个tRNA基因，还有几十个基因，还有几十个 核小分子核小分子RNA（snRNA）基因和一大批核仁小分子）基因和一
29、大批核仁小分子RNA （snoRNA）基因）基因 1997 大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichia coli） 4,639 kb （目前已测定过千种细菌的全序列）（目前已测定过千种细菌的全序列） 多细胞生物多细胞生物 1998 秀丽隐杆线虫（秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans） 97,000 kb 2000 黑腹果蝇（黑腹果蝇（Drosophila melanogaster） 180,000 kb 2000 拟南芥（拟南芥（Arabidopsis thaliana） 120,000 kb 2000（6月）月） 人类（人类（Homo sapiens） 3,120,00
30、0 kb3. 基因组学基因组学（1）结构基因组学（）结构基因组学（structural genomics）n结构基因组学的成就大大促进了生物信息学结构基因组学的成就大大促进了生物信息学 （bioinformatics）的发展）的发展3. 基因组学基因组学（2）功能基因组学（）功能基因组学（functional genomics）n大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术大规模、高通量分析基因组中基因表达的技术 DNA微阵列（微阵列（DNA microarray），）， DNA芯片（芯片（DNA chip）n基因功能的分析基因功能的分析 基因剔除（基因剔除（gene knockout），），RN
31、AiDNA microarray3. 基因组学基因组学（2）功能基因组学（）功能基因组学（functional genomics）n对基因组中基因本身的认识（基因的概念）对基因组中基因本身的认识（基因的概念） 编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因 编码功能编码功能RNA的基因的基因 非编码的非编码的DNA也可以是基因也可以是基因 ？3. 基因组学基因组学（3）进化基因组学（）进化基因组学（evolutionary genomics）n在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能在整体水平上研究基因和基因组的结构、功能的起源与进化的起源与进化n比较基因组学（比较基因组学（comparative geno
32、mics） 进化基因组学的初始阶段进化基因组学的初始阶段n通过比较，发现基因组中蛋白质和功能通过比较，发现基因组中蛋白质和功能RNA基基因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关因的密度与生物的复杂程度有一定的负相关不同生物基因组中基因的平均密度不同生物基因组中基因的平均密度生物生物 基因组中基因的平均密度基因组中基因的平均密度 细菌细菌 1个基因个基因/ 1 kb酵母酵母 1个基因个基因/ 2 kb线虫线虫 1个基因个基因/ 5 kb拟南芥拟南芥 1个基因个基因/ 5 kb果蝇果蝇 1个基因个基因/ 13 kb人类人类 1个基因个基因/ 40 kb 密度的变化与基因组进化中调控元件和密度的变化与
33、基因组进化中调控元件和“非基因非基因DNA” 的扩增有关的扩增有关2005BREAKTHROUGH OF THE YEAR:Evolution in Action2005年世界十大科学进展之首年世界十大科学进展之首进化研究的新突破进化研究的新突破人与黑猩猩基因组的比较人与黑猩猩基因组的比较nHuman and chimpanzee differ by only about 1% in the nucleotide bases that can be aligned between our two species, and the average protein differs by less
34、than two amino acids. But a surprisingly large chunk of noncoding material is either inserted or deleted in the chimp as compared to the human, bringing the total difference in DNA between our two species to about 4%.Science 2005, 310: 1878 - 18793. 基因组学基因组学（3）进化基因组学（）进化基因组学（evolutionary genomics）n基
35、因和基因组如何通过并非很多的基本结构单基因和基因组如何通过并非很多的基本结构单位（构件）的重组而进化成新的基因和基因组位（构件）的重组而进化成新的基因和基因组（构件在进化中被反复使用）（构件在进化中被反复使用）n最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模最原始的基因和基因组的起源，其后的进化模式与过程式与过程Chargaffs first parity ruleDouble-stranded DNA：A TG CAA TTAC GTAG CTAAA TTTAAC GTTAAG CTTStrand symmetry (链对称链对称): the second parity ruleSingle-st
36、randed DNA：A TG CAA TTAC GTAG CTAAA TTTAAC GTTAAG CTTStrand symmetrynThe phenomenon of strand symmetry is the marked similarity of the frequencies of nucleotides and oligonucleotides to those of their respective reverse complements within single strands of sufficiently long genomic sequencesStrand s
37、ymmetrynThe phenomenon exists in almost all prokaryotic and eukaryotic genomes studiednthe phenomenon of strand symmetry persists for oligonucleotides up to 10 nt long at leastStrand symmetry: Haemophilus influenzae Rd KW20 as an examplenThe genome has 1 830 023 bp in lengthnA: 567 623，T: 564 241；C:
38、 350 723，G: 347 436nAA: 219 880，TT: 217 512；AC: 92 410，GT: 91 314；AG: 88 457，CT: 88 551；CA: 121 618，TG: 119 996；CC: 68 014，GG: 66 448；GA: 94 125，TC: 94 745nAT: 166 837nCG: 72 523 nGC: 95 529nTA: 131 955 (All dinucleotides are written as 5 NN 3) Strand symmetry of dinucleotides in genomic sequences4.
39、 蛋白质组学蛋白质组学（proteomics）（1）蛋白质组（）蛋白质组（proteome）n“一个基因组所表达的蛋白质一个基因组所表达的蛋白质”n“一种（或一个）细胞内存在的全部蛋白质一种（或一个）细胞内存在的全部蛋白质 （包括修饰后的各种蛋白质）（包括修饰后的各种蛋白质）”n“一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的结构一个生物在其生活期间所产生的全部蛋白质的结构 与活性与活性” （2）蛋白质组学）蛋白质组学n研究蛋白质组的科学研究蛋白质组的科学n目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、结目前的研究主要是分析蛋白质组中蛋白质的组成、结构及功能构及功能4. 蛋白质组学蛋白质组学（3）蛋白
40、质组学的研究技术）蛋白质组学的研究技术n二维凝胶电泳（蛋白质的分离）二维凝胶电泳（蛋白质的分离）n质谱（蛋白质的分析）质谱（蛋白质的分析）（4）后基因组学（）后基因组学（post-genomics）n功能基因组学、蛋白质组学等功能基因组学、蛋白质组学等5. RNA组学组学（RNomics）nRNA组（组（RNome）与）与RNA组学组学（RNomics）n转录组（转录组（transcriptome）与转录组学）与转录组学（transcriptomics）nORF (Open Reading Frame)ORFeomeUseful websites for genomicsnhttp:/ (Na
41、tures Genome Gateway) (Omics Gateway)nhttp:/www.ncbi.nlm.nih.gov/ (NCBI: National Center for Biotechnology Information)课程作业（平时考核）课程作业（平时考核） 通过查找一般文献和网络资源，写一篇关于通过查找一般文献和网络资源，写一篇关于基因组学（或蛋白质组学）研究的某个或某基因组学（或蛋白质组学）研究的某个或某些方面的进展的小综述（些方面的进展的小综述（3000字左右）字左右）要求：要求：n概括最新进展概括最新进展n列出参考文献或所浏览网址列出参考文献或所浏览网址n如用英文写
42、，须附如用英文写，须附500字左右的中文摘要字左右的中文摘要n学期结束前交（纸质文件）学期结束前交（纸质文件）二、重组与转座二、重组与转座（recombination and transposition）1. 重组的类型重组的类型n同源重组（同源重组（homologous recombination）n位点专一重组（位点专一重组（site-specific recombination）n转座（转座（transposition），又称异常重组），又称异常重组（illegitimate recombination）二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（1）同源重组的形式）同源重组的形
43、式n常发生在同源染色体之间（分子间重常发生在同源染色体之间（分子间重组），也可发生在同一组），也可发生在同一DNA分子内（分分子内（分子内重组）子内重组）Examples of recombination二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（2）Holliday 模型模型n说明同源重组的一个经典模型，基于重说明同源重组的一个经典模型，基于重组过程中有十字形的中间产物组过程中有十字形的中间产物The Holliday model of recombinationResolution of a Holliday junction二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（3）
44、RecBCD重组途径重组途径n存于存于E. coli中，需要中，需要RecBCD蛋白蛋白（RecBCD protein，recB、recC、recD基因的产物）的参与基因的产物）的参与The RecBCD pathway of homologous recombinationSSB: single-stranded DNA- binding protein二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（3）RecBCD重组途径重组途径nRecA 38 kD 的蛋白质，具多种功能，其中一的蛋白质，具多种功能，其中一种就是在重组中促进同源种就是在重组中促进同源DNA单链的交单链的交换（主要是一
45、单链与一双链中的同源单换（主要是一单链与一双链中的同源单链交换）；交换过程需链交换）；交换过程需ATP二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（3）RecBCD重组途径重组途径nRecBCD 一种具多功能的酶一种具多功能的酶n依赖于依赖于DNA的的ATPase（水解（水解ATP，为，为DNA的解的解螺旋提供能量）螺旋提供能量）nDNA nuclease，可作用于单链或双链，可作用于单链或双链DNA，切割，切割位点（位点（GCTGGTGG） (chi): crossover hotspot instigatornDNA helicase活性活性 RecBCD的切点与底物（序列）有关，可
46、在的切点与底物（序列）有关，可在位点位点3端端4 6 nt二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（3）RecBCD重组途径重组途径nRuvA和和RuvBn两者均具两者均具DNA helicase活性（活性（RuvB还有还有ATPase活性），且两者一起才能与活性），且两者一起才能与DNA很好地结合（很好地结合（RuvA先结合，然后先结合，然后RuvB才才能结合）能结合）n它们专门与它们专门与Holliday junction这样一种结这样一种结构结合，促使构结合，促使branch migration发生发生nRuvA和和RuvB与与Holliday junction的结合位的结合位
47、置十分特异置十分特异The binding sites of RuvA and RuvB二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（3）RecBCD重组途径重组途径nRuvC 解开解开Holliday junction所需的一种核酸所需的一种核酸酶，能特异地与酶，能特异地与Holliday junction结合，结合，并在特异位点切开并在特异位点切开Holliday junctionResolution of a Holliday junction二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（3）RecBCD重组途径重组途径nRuvCnRuvC是二聚体，有是二聚体，有2个活性位点
48、，因此能切个活性位点，因此能切开开Holliday junction中的两条链中的两条链n切割位点必须有特异的序列，因此，必须切割位点必须有特异的序列，因此，必须通过通过branch migration到达特异序列后，到达特异序列后， RuvC才能起作用（才能起作用（Holliday junction两种解两种解开方式的相对多寡取决于两对同源单链上开方式的相对多寡取决于两对同源单链上所具有的所具有的RuvC切割位点的相对多寡）切割位点的相对多寡）Consensus sequence of RuvC cleavage sites二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（4）减数分裂重组
49、（）减数分裂重组（meiotic recombination）n真核生物中常见的重组，与细菌中的重组真核生物中常见的重组，与细菌中的重组有不少相似之处，但在起始的步骤有较大有不少相似之处，但在起始的步骤有较大的差异（有的差异（有DNA双链断裂，双链断裂，double-stranded DNA break）Model for meiotic recombination in yeast二、重组与转座二、重组与转座2. 同源重组同源重组（5）基因转换（）基因转换（gene conversion）n多见于真核生物多见于真核生物n当两相似的序列（等位基因、非等位基因均当两相似的序列（等位基因、非等位基
50、因均可）靠在一起时，就有可能发生基因转换，可）靠在一起时，就有可能发生基因转换，即一即一DNA序列转换成另一相似的序列序列转换成另一相似的序列n基因转换的机制是基于重组，即先交换一段基因转换的机制是基于重组，即先交换一段DNA序列，然后进行修复，就会使某一序列序列，然后进行修复，就会使某一序列的比例增加的比例增加Gene conversion * * * * * * * * * * * * * * * * * *A model for gene conversion二、重组与转座二、重组与转座3. 位点专一重组位点专一重组（1） 噬菌体的整合与切除噬菌体的整合与切除n 噬菌体整合到宿主基因组需
