1、第二章第二章 染色体与染色体与DNA一、染色体一、染色体细胞核中棒状可染色物质细胞核中棒状可染色物质遗传物质传递的载体遗传物质传递的载体包括包括DNA 和蛋白质和蛋白质染色体和染色质的区别染色体和染色质的区别真核细胞与原核细胞中染色体的差异真核细胞与原核细胞中染色体的差异A.染色体概述染色体只存在于细胞有丝分裂过程中，染色体只存在于细胞有丝分裂过程中，光学显微镜下可见光学显微镜下可见其他时期，是细而松散的染色质其他时期，是细而松散的染色质 电子显微镜下可见电子显微镜下可见 蛋白质组装方式不同蛋白质组装方式不同原核生物原核生物类核体类核体原核生物原核生物DNA 主要特征：主要特征：a.仅一条染色
2、体；单拷贝基因仅一条染色体；单拷贝基因b.由功能基因与调控序列组成由功能基因与调控序列组成c.基因序列与编码的蛋白质序列线性对称基因序列与编码的蛋白质序列线性对称B.真核细胞基因组真核细胞基因组染色体共性特征：染色体共性特征：a.结构稳定结构稳定 b.自我复制自我复制 c.指导蛋白质合成指导蛋白质合成 d.可遗传变异可遗传变异真核细胞染色体组成包括：真核细胞染色体组成包括：a.蛋白质蛋白质 b.基因组基因组DNA c.染色质和核小体（结构成分）染色质和核小体（结构成分）包括组蛋白和非组蛋白包括组蛋白和非组蛋白真核生物染色质主要组蛋白通常含有真核生物染色质主要组蛋白通常含有5种：种：H1，H2A
3、，H2B，H3和和H4.组蛋白富含碱性组蛋白富含碱性Arg或或Lys 组蛋白基因不是单拷贝，而是重复了许多组蛋白基因不是单拷贝，而是重复了许多 拷贝。拷贝。组蛋白（结构蛋白）组蛋白（结构蛋白）a.进化上极端保守进化上极端保守 b.无组织特异性无组织特异性 c.肽链上氨基酸分布不对称肽链上氨基酸分布不对称 d.组蛋白的修饰组蛋白的修饰 e.富含赖氨酸的组蛋白富含赖氨酸的组蛋白H5非组蛋白非组蛋白 a.高速泳动蛋白高速泳动蛋白 b.DNA结合蛋白结合蛋白 c.A24非组蛋白非组蛋白C值值C值反常现象值反常现象/C值谬误值谬误一种生物单倍体基因组一种生物单倍体基因组DNA 的总量的总量C值与其种系进
4、化的复杂程度不一致，值与其种系进化的复杂程度不一致，某些低等生物却具有较大的某些低等生物却具有较大的C值值真核细胞真核细胞DNA分为三类：分为三类：a.不重复序列；不重复序列；b.中度重复序列；中度重复序列；c.高度重复序列高度重复序列/卫星卫星DNADNA组蛋白八聚体组蛋白八聚体核小体核小体螺线管螺线管超螺旋超螺旋染色体单体染色体单体核小体是构成真核生物染色质的基本结构核小体是构成真核生物染色质的基本结构单位单位。将由将由200bp的的DNA与一组组蛋白构成致密结与一组组蛋白构成致密结构称为核小体。构称为核小体。由由H2A,H2B,H3和和H4等等4种组蛋白构成八聚种组蛋白构成八聚体是核小体
5、核心颗粒体是核小体核心颗粒。真核生物基因组结构特点：真核生物基因组结构特点：基因组庞大基因组庞大存在大量重复序列存在大量重复序列非编码序列非编码序列转录产物为单顺反子转录产物为单顺反子内含子内含子顺式作用元件顺式作用元件DNA多态性多态性端粒结构端粒结构 C.原核生物基因组原核生物基因组染色体外遗传因子：染色体外遗传因子：细菌的质粒细菌的质粒 真核生物的线粒体真核生物的线粒体 高等植物的叶绿体高等植物的叶绿体原核细胞原核细胞DNA特点：特点：结构简单结构简单 存在转录单元存在转录单元 多顺反子多顺反子mRNA 有重叠基因有重叠基因重叠基因的重叠方式：重叠基因的重叠方式：包含包含 部分重叠部分重
6、叠 单碱基对重叠单碱基对重叠二、二、DNA的结构的结构DNA分子是一种高分子化合物，它的基本单位分子是一种高分子化合物，它的基本单位是脱氧核苷酸是脱氧核苷酸每种脱氧核苷酸都是由三部分组成每种脱氧核苷酸都是由三部分组成:即一分子含即一分子含氮碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸。氮碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸。四种碱基四种碱基：腺嘌呤腺嘌呤（adenine，缩写为，缩写为A）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（thymine，缩写为，缩写为T）胞嘧啶（胞嘧啶（cytosine，缩写为，缩写为C）鸟嘌呤（鸟嘌呤（guanine，缩写为，缩写为G）DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链组成的。分子是由两条脱氧核苷酸长链组
7、成的。A.DNA一级结构一级结构DNA分子的结构特点是分子的结构特点是:DNA分子是由两条链组成的，这两链按反分子是由两条链组成的，这两链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。向平行方式盘旋成双螺旋结构。DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，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；碱基排列在排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。内侧。DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对。碱基对。B.DNA的二级结构的二级结构DNA的二级结构是指两条脱氧多核苷酸链的二级结构是指两条脱氧多核苷酸链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。反向平行盘绕所形成的双螺旋结构
8、。DNA的二级结构分为两大类：的二级结构分为两大类：一类是一类是右手螺旋右手螺旋，如，如A-DNA、B-DNA等；等；一类是一类是左手螺旋左手螺旋，如，如Z-DNA詹姆斯詹姆斯沃森与佛朗西斯沃森与佛朗西斯克里克所发现的双螺旋，克里克所发现的双螺旋，是称为是称为B型的水结合型型的水结合型DNA，在细胞中最，在细胞中最 为常见为常见.双螺旋的平均直径为双螺旋的平均直径为2nm（实测为（实测为2.37nm），相），相邻碱基对的距离为邻碱基对的距离为0.34nm（实测为（实测为0.33nm），相），相邻核苷酸的夹角为邻核苷酸的夹角为36（实测为（实测为34.6）。沿螺）。沿螺旋的长轴每一转含有旋的长轴
9、每一转含有10个（实测测量为个（实测测量为10.4）碱）碱基对，其螺距为基对，其螺距为3.4nm。C.DNA的高级结构的高级结构DNA的拓扑结构是指在的拓扑结构是指在DNA双螺旋的基础双螺旋的基础上，进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结上，进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。构。超螺旋结构是拓扑结构的主要形式，它可超螺旋结构是拓扑结构的主要形式，它可以分为正超螺旋和负超螺旋两类，在相应以分为正超螺旋和负超螺旋两类，在相应条件下，它们可以相互转变。条件下，它们可以相互转变。播放播放Flash 9-18三、三、DNA的复制的复制 DNA是遗传信息的载体，故是遗传信息的载体，故亲代亲代DNA必须以自身分
10、子为模板必须以自身分子为模板准确的复制成两个拷贝，并分配准确的复制成两个拷贝，并分配到两个子细胞中去，完成其遗传到两个子细胞中去，完成其遗传信息载体的使命。而信息载体的使命。而DNA的双链的双链结构对于维持这类遗传物质的稳结构对于维持这类遗传物质的稳定性和复制的准确性都是极为重定性和复制的准确性都是极为重要的。要的。A.DNA的半保留式复制的半保留式复制semiconservative replication DNA在复制过程中碱基间的氢键首先在复制过程中碱基间的氢键首先断裂（通过解旋酶），双螺旋结构解旋分断裂（通过解旋酶），双螺旋结构解旋分开，每条链分别作模板合成新链。由于每开，每条链分别作
11、模板合成新链。由于每个子代个子代DNA的一条链来自亲代，另一条的一条链来自亲代，另一条则是新合成的，故称之为半保留式复制。则是新合成的，故称之为半保留式复制。B.复制起点、方向和速度复制起点、方向和速度复制子复制子：(origin，ori 或或 O，复制原点，复制原点)复复 制开始处制开始处DNA分子的特定位置分子的特定位置 复制叉复制叉:复制时复制时DNA分子中的分子中的“Y”形区形区 域，是由解开的两条链和尚未松域，是由解开的两条链和尚未松 解开的双螺旋形成的。解开的双螺旋形成的。单向复制和双向复制单向复制和双向复制 无论是原核生物还是真核生物，无论是原核生物还是真核生物，DNA的复的复制
12、制主要是主要是从固定的起始点以从固定的起始点以双向等速双向等速复制复制方式进行的方式进行的。复制叉以复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起点，分子上某一特定顺序为起点，向两个方向等速生长前进。向两个方向等速生长前进。C.DNA复制方式复制方式线性线性DNA双链的复制：双链的复制：二联体二联体+多联体多联体 末端发卡结构末端发卡结构 链取代法链取代法环状环状DNA双链的复制：双链的复制：型型 滚环型滚环型 D-环型环型四、原核生物和真核生物四、原核生物和真核生物DNA复制复制的特点的特点A.原核生物原核生物DNA复制复制DNA解链解链 DnaA蛋白辨认起始点蛋白辨认起始点oriC的重复序列，的重复
13、序列，并与并与DNA形成起始复合物；形成起始复合物；DnaB蛋白在蛋白在DnaC蛋白协助解开双螺旋；蛋白协助解开双螺旋；SSB维持单链维持单链模板稳定。模板稳定。解螺旋酶解螺旋酶(helicase)属于拓扑异构酶一类，具有属于拓扑异构酶一类，具有ATPase酶活性，酶活性，催化催化DNA解链，松开负超螺旋。其中一类结合在解链，松开负超螺旋。其中一类结合在双链双链DNA后滞链模板上，以后滞链模板上，以53方向移动，另方向移动，另一类为一类为Rep蛋白结合在前导链上以蛋白结合在前导链上以35方向移动，方向移动，在两条链上协同作用解螺旋。在两条链上协同作用解螺旋。单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(SS
14、B)结合稳定结合稳定DNA单链，起保护作用，单链，起保护作用，E.coli SSB为四聚体结合为四聚体结合32bp区段，结合区段，结合SSB后模板构后模板构象改变为伸展状态，利于聚合的进行。象改变为伸展状态，利于聚合的进行。防止重新形成双链，维持模板处于单链状态；防止重新形成双链，维持模板处于单链状态；免受核酸酶降解。免受核酸酶降解。DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(topoisomerase)拓扑：是指物体或图像作弹性移位而拓扑：是指物体或图像作弹性移位而 又保持物体不变的性质。又保持物体不变的性质。拓扑异构酶：是一类可改变拓扑异构酶：是一类可改变DNA拓扑拓扑 性质的酶。对性质的酶。对DNA分子
15、的作分子的作 用是既能水解、又能连接磷用是既能水解、又能连接磷 酸二酯键。可松弛酸二酯键。可松弛DNA超螺超螺 旋，有利于旋，有利于DNA解链。解链。引发体的形成并合成引物引发体的形成并合成引物 DnaB蛋白和蛋白和DnaA、DnaC蛋白，还有其他复蛋白，还有其他复制因子，一起形成复合体，结合引物酶，形成较制因子，一起形成复合体，结合引物酶，形成较大的聚合体，再结合到模板大的聚合体，再结合到模板DNA上，这种复合物上，这种复合物称为引发体。称为引发体。引发体的蛋白质部分在引发体的蛋白质部分在DNA链上可以移动，链上可以移动，并需由并需由ATP供给能量。引发体到达适当位置就可供给能量。引发体到达
16、适当位置就可按照模板的配对序列，催化按照模板的配对序列，催化NTP（不是（不是dNTP）的）的聚合，生成引物。聚合，生成引物。复制起始时，母链即已解开，两股单链都复制起始时，母链即已解开，两股单链都是模板，其作用是按碱基配对规律指引核是模板，其作用是按碱基配对规律指引核苷酸加入到新链。苷酸加入到新链。每次加入的单个核苷酸，都是以每次加入的单个核苷酸，都是以dNTP为原为原料，复制时子链从料，复制时子链从5向向3延长。延长。复制延长速度相当快。复制延长速度相当快。E.coli每秒钟能加入每秒钟能加入的核苷酸数达的核苷酸数达2500个。个。复制的半不连续性和冈崎片段复制的半不连续性和冈崎片段 在形
17、成双螺旋结构时，在形成双螺旋结构时，DNA双链的走双链的走向是相反的。复制经解链后，两股单链在向是相反的。复制经解链后，两股单链在复制叉上也是走向相反。复制，包括引物复制叉上也是走向相反。复制，包括引物合成，只能从合成，只能从5向向3延伸。而在同一复制叉延伸。而在同一复制叉上，解链的方向只可能有一个。复制方向上，解链的方向只可能有一个。复制方向与解链方向不一致，可以理解不连续复制与解链方向不一致，可以理解不连续复制的成因。的成因。领头链连续复制领头链连续复制 顺着解链方向而生成的子链，复制是顺着解链方向而生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链（连续进行的，这股链称为领头链（leadin
18、g strand）。）。随从链不连续复制随从链不连续复制 复制的方向与解链方向相反生成的子复制的方向与解链方向相反生成的子链称为随从链（链称为随从链（lagging strand）。随从链的复制必须等待模板链解开至随从链的复制必须等待模板链解开至足够长度，才能从足够长度，才能从53方向生成引物然后方向生成引物然后复制。随从链在延长时，又要等到下一段复制。随从链在延长时，又要等到下一段暴露出足够长而度的模板，再次生成引物暴露出足够长而度的模板，再次生成引物而延长。这就是不连续复制。而延长。这就是不连续复制。冈崎片段冈崎片段 随从链不连续复制的片段称为冈崎片随从链不连续复制的片段称为冈崎片段，其大
19、小在段，其大小在10002000个核苷酸。个核苷酸。每一个不连续复制的片段每一个不连续复制的片段5-端都带有端都带有一个一个RNA引物。引物。片段的复制完成后，片段的复制完成后，RNA引物会被除引物会被除去而代之以去而代之以DNA片段，因此复制至最后，片段，因此复制至最后，两股子链都是两股子链都是DNA链。链。复制的终止复制的终止 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的，双向复制的复制片段在复制的终止点复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。复处汇合。复制的起始点和终止点刚好把环状制的起始点和终止点刚好把环状DNA分为分为两个半圆，两个方向各进行两个半圆，两个方向各进行180，
20、同时在终，同时在终止点汇合。止点汇合。原核原核DNA聚合酶的种类聚合酶的种类:有三种有三种DNA聚合酶（聚合酶（I，II，III），可），可进行进行53方向聚合和方向聚合和35外切酶活性逐外切酶活性逐个切下核苷酸，聚合酶个切下核苷酸，聚合酶I和和III还可从还可从53切下核苷酸。聚合酶切下核苷酸。聚合酶III是主要的是主要的DNA复制复制酶，酶酶，酶I填补引物去除后的缺口，而酶填补引物去除后的缺口，而酶II与与酶酶I协作或作为其补充。协作或作为其补充。用枯草杆菌蛋白酶水解用枯草杆菌蛋白酶水解E.coli DNA聚合酶聚合酶I得到得到N端小片段和端小片段和C端大片段端大片段(Klenow fra
21、gment)，具有，具有53聚合和聚合和35外切活外切活性。性。X-ray衍射晶体结构分析其衍射晶体结构分析其C端组成一端组成一条深沟可容纳一条双螺旋条深沟可容纳一条双螺旋DNA分子。分子。Pol I的的53外切活性可切除前方外切活性可切除前方5端核苷端核苷酸即平移反应酸即平移反应(用于标记探针用于标记探针)。前导可进行。前导可进行链替代合成反应，后滞链不能进行。链替代合成反应，后滞链不能进行。DNA pol：5 3聚合酶活性及聚合酶活性及3 5外切核酸酶活性。外切核酸酶活性。DNA Pol III是主要的是主要的DNA聚合酶，由聚合酶，由7个亚个亚基组成的全酶已具有最高活性。基组成的全酶已具
22、有最高活性。亚基为亚基为主要聚合酶，主要聚合酶，亚基具有亚基具有35外切活性外切活性,亚亚基识别模板启动区结构诱导酶与模板基识别模板启动区结构诱导酶与模板DNA结合。结合。Pol III需要需要ATP水解水解(ATPase活性可活性可能在酶的亚基上能在酶的亚基上)提供能量。提供能量。DNApol-主要功能是切除引物，填补冈主要功能是切除引物，填补冈 崎片段产生的空隙及崎片段产生的空隙及DNA损损 伤的修复。伤的修复。DNApol-是主要的修复酶是主要的修复酶DNApol-是主要的复制酶是主要的复制酶B.真核生物的真核生物的DNA复制复制 真核生物每个染色体有多个起始点，是多真核生物每个染色体有
23、多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。分组方式激活而不是同步起动。在复制叉及在复制叉及RNA引物生成后，引物生成后，DNA-pol通通过过PCNA的协同作用，逐步取代的协同作用，逐步取代DNA-pol，在引物的在引物的3OH基础上分别合成领头链和基础上分别合成领头链和随从链。复制子复制完成后，除去引物。随从链。复制子复制完成后，除去引物。真核真核DNA聚合酶至少有聚合酶至少有5种，即种，即,和和，均，均可进行可进行53方向聚合。方向聚合。酶酶是主要的是主要的DNA聚合酶与酶聚合酶与酶协同进行协同进行DNA聚合反应，酶
24、聚合反应，酶没有没有35外切酶活性但可作为引外切酶活性但可作为引物酶，酶物酶，酶至少含至少含4种不同多肽最大的亚基组成核种不同多肽最大的亚基组成核心负责聚合反应，两个小亚基具有引物酶活性。心负责聚合反应，两个小亚基具有引物酶活性。酶酶可能与可能与和和协同参与协同参与DNA修复。修复。酶酶只在线粒体和叶绿体中发现只在线粒体和叶绿体中发现 酶酶含含35外切酶活性进行校读并作为解旋酶。外切酶活性进行校读并作为解旋酶。酶酶至少含至少含2个亚基及个亚基及PCNA（proliferating cell nuclear antigen）和复制因子）和复制因子C(RFC)、单链结合、单链结合蛋白蛋白RFA。酶
25、酶参与引导链的聚合而酶参与引导链的聚合而酶参与滞后参与滞后链的聚合。链的聚合。酶酶的结构和特征与酶的结构和特征与酶相似，可能参与修复机相似，可能参与修复机制或与制或与和和协同作用。协同作用。C.DNA复制的调控复制的调控大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体DNA的复制调控的复制调控染色体的复制与细胞分裂同步但不直接偶联。染色体的复制与细胞分裂同步但不直接偶联。复制子由复制起始物位点和复制起点组成。复制子由复制起始物位点和复制起点组成。复制起始物位点编码复制调节蛋白质，复制复制起始物位点编码复制调节蛋白质，复制起点与调节蛋白作用启动复制。起点与调节蛋白作用启动复制。基因编码的调节蛋白通过与复制复合物的相
26、基因编码的调节蛋白通过与复制复合物的相互作用确定复制起始频率和复制方式。互作用确定复制起始频率和复制方式。质粒质粒DNA的复制调控的复制调控ColE1质粒质粒DNA复制不依赖于本身编码的蛋复制不依赖于本身编码的蛋白质，而完全依赖宿主白质，而完全依赖宿主DNA聚合酶。聚合酶。ColE1复制起始由转录启动，复制起始由转录启动，RNaseH水解水解转录产物形成复制的引物。与引物互补的转录产物形成复制的引物。与引物互补的一条链的转录物一条链的转录物RNA I的转录影响的转录影响RNaseH水解产生引物所需的水解产生引物所需的3-OH末端，起负调控末端，起负调控作用。作用。OriC下游的下游的Rop蛋白
27、增强蛋白增强RNA I与引与引物前体的配对亦抑制引物的形成。物前体的配对亦抑制引物的形成。真核细胞真核细胞DNA的复制调控的复制调控细胞生活周期水平调控：限制点调控，真细胞生活周期水平调控：限制点调控，真核细胞核细胞DNA的复制发生在的复制发生在S期，促使细胞由期，促使细胞由G1期进入期进入S期的多种因子调控；期的多种因子调控；染色体水平的调控：决定复制子起始顺序染色体水平的调控：决定复制子起始顺序复制子水平的调控：复制子参与的多种因复制子水平的调控：复制子参与的多种因子均可参与调节，主要是复制起始调控，子均可参与调节，主要是复制起始调控，如酵母复制起始受时序调控。如酵母复制起始受时序调控。酶
28、或蛋白质主 要 作 用拓扑异构酶类克服解链时打结及缠绕、松驰或引进负超螺旋解链酶类解开DNA双链单链DNA结合蛋白维持已解开单链DNA的稳定引物酶合成RNA引物DNA聚合酶DNA复制DNA聚合酶水解引物、填补空隙、修复作用DNA连接酶催化双链DNA中单链缺口的连接参与DNA复制的酶及蛋白质不同点不同点原核生物原核生物真核生物真核生物起始位点起始位点一个一个多个多个(多至千个多至千个)前导链合成前导链合成DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶随后链合成随后链合成DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶引物长短引物长短5050100100个核苷酸个核苷酸1010个核苷酸个核苷酸冈
29、崎片段长短冈崎片段长短1000100020002000个核苷个核苷酸酸100100200200个核苷酸个核苷酸RNARNA引物水解引物水解DNADNA聚合酶聚合酶核酸酶核酸酶H H修补缺口修补缺口DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶复制速度复制速度快快慢慢原核生物与真核生物原核生物与真核生物DNA复制的不同点复制的不同点Flash11-0111-07五、五、DNA的修复的修复DNA损伤损伤生物因素生物因素化学试剂化学试剂紫外线紫外线电离辐射电离辐射形成嘧啶二聚体，使转录终止，复制受阻形成嘧啶二聚体，使转录终止，复制受阻 通过电离作用造成通过电离作用造成DNA断裂、碱基脱落、断裂、碱
30、基脱落、杂环破裂、氧化等损伤杂环破裂、氧化等损伤 烷化剂、碱基或核苷类似物、亚硝酸盐及亚硝胺、代谢活化化合物烷化剂、碱基或核苷类似物、亚硝酸盐及亚硝胺、代谢活化化合物RNA肿瘤病毒可插入基因组、复制时的碱基错肿瘤病毒可插入基因组、复制时的碱基错配配、碱基脱氨、碱基丢失、碱基脱氨、碱基丢失错配修复错配修复该修复系统只校正新合成的该修复系统只校正新合成的DNA，因为新合，因为新合成成DNA链的链的GATC序列中的序列中的A（腺苷酸残基）（腺苷酸残基）开始未被甲基化。开始未被甲基化。GATC中中A甲基化甲基化与否常用与否常用来区别新合成的链（未甲基化）和模板链来区别新合成的链（未甲基化）和模板链（甲
31、基化）。（甲基化）。错配碱基是从错配碱基是从3还是从还是从5方向切除取决于不正方向切除取决于不正确碱基的相对位置。确碱基的相对位置。保存母链，修正子链保存母链，修正子链碱基切除修复碱基切除修复AP位点位点 糖基化酶糖基化酶/糖苷水解酶（糖苷水解酶（DNA glycosylases）能识别能识别DNA中的不正确碱基，如尿嘧啶、次黄中的不正确碱基，如尿嘧啶、次黄嘌呤和黄嘌呤，这些碱基是由胞嘧啶、腺嘌呤嘌呤和黄嘌呤，这些碱基是由胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤脱氨形成的。和鸟嘌呤脱氨形成的。DNA糖基化酶可以切断糖基化酶可以切断这种碱基这种碱基N-糖苷键，将其除去，形成的脱嘌呤糖苷键，将其除去，形成的脱嘌呤或
32、脱嘧啶部位即是或脱嘧啶部位即是AP位点位点核苷酸切除修复核苷酸切除修复形成胸腺嘧啶二聚体会引起形成胸腺嘧啶二聚体会引起DNA双螺旋双螺旋结构的变形，这样的损伤可以通过核苷结构的变形，这样的损伤可以通过核苷酸切除系统修复。酸切除系统修复。原核生物：原核生物：1213个核苷酸片段个核苷酸片段 真核生物：真核生物：2729个核苷酸片段个核苷酸片段DNA直接修复直接修复（最早发现的（最早发现的DNA修复方式）修复方式）修复是由修复是由DNA光解酶（光解酶（photolyase）完成）完成的，此酶能特异性识别紫外线造成的核酸的，此酶能特异性识别紫外线造成的核酸链上相邻嘧啶共价结合的二聚体，并与其链上相邻
33、嘧啶共价结合的二聚体，并与其结合，结合，这步反应不需要光这步反应不需要光；结合后如受；结合后如受300-600nm波长的波长的光照射光照射，则此酶就被激，则此酶就被激活，将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体，活，将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体，然后酶从然后酶从DNA链上释放，链上释放，DNA恢复正常结恢复正常结构。构。重组修复重组修复此过程也叫复制后修复此过程也叫复制后修复SOS反应反应DNA严重损伤能引起一系列复杂的诱严重损伤能引起一系列复杂的诱导效应，包括修复效应、诱变效应、导效应，包括修复效应、诱变效应、分裂抑制及溶原菌释放噬菌体等。分裂抑制及溶原菌释放噬菌体等。细胞癌变也可能与细胞癌变也
34、可能与SOS反应有关。反应有关。SOS反应诱导切除和重组修复酶系，反应诱导切除和重组修复酶系，还诱导产生缺乏校对功能的还诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合聚合酶，加快修复，避免死亡，但提高了酶，加快修复，避免死亡，但提高了变异率。变异率。六、六、DNA的转座的转座DNA的转座，或称移（的转座，或称移（transposition）是由可移位因子（是由可移位因子（transposable element）介导的遗传物质重排现象。介导的遗传物质重排现象。在转座过程中，可移位因子的一个拷贝在转座过程中，可移位因子的一个拷贝常常留在原来位置上，在新位点上出现的常常留在原来位置上，在新位点上出现的仅仅是拷贝
35、。因此，转座有别于同源重组，仅仅是拷贝。因此，转座有别于同源重组，它依赖于它依赖于DNA的复制。的复制。转座子转座子(元元)或转座元件或转座元件(transposon or transposable element)即能够反复插入到基因中许多位点的特即能够反复插入到基因中许多位点的特殊殊DNA片段，它们可从一个位点转移到另片段，它们可从一个位点转移到另一个位点，从一个复制子到另一个复制子。一个位点，从一个复制子到另一个复制子。（在转移时原来位置上的这些结构依然存（在转移时原来位置上的这些结构依然存在或不存在）。在或不存在）。转座子特点转座子特点 不必借助同源序列就可移动的不必借助同源序列就可移
36、动的DNA片段，即片段，即转座作用与供体和受体之间的序列无关。转座作用与供体和受体之间的序列无关。原核生物和真核生物均有转座子。原核生物和真核生物均有转座子。转座序列可沿染色体移动，甚至在不同染色转座序列可沿染色体移动，甚至在不同染色体间跳体间跳 跃。跃。种类与特点种类与特点两种类型：两种类型：A 简单转座子（简单转座子（simple transposon）或（插入序列或（插入序列 insertion sequence IS）B 复合转座子（复合转座子（composite transposon）特征：特征：a）两端有）两端有2040bp的反向重复序列的反向重复序列(IR)b）具有编码转座酶（）
37、具有编码转座酶（transposase）的基因）的基因 c）复合转座子除转座酶基因外还有）复合转座子除转座酶基因外还有1数个基因。数个基因。d）转座酶催化转座子插入新位点。）转座酶催化转座子插入新位点。最简单的转座子不含有任何宿主基因而最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为常被称为插入序列（插入序列（insertion sequence，IS），），它们是细菌染色体或质粒它们是细菌染色体或质粒DNA的正常的正常组成部分。一个细菌细胞常带有少于组成部分。一个细菌细胞常带有少于10个个IS序列。转座子常常被定位到特定的基因中，序列。转座子常常被定位到特定的基因中，造成该基因突变。造成该基因突变
38、。IS序列都是可以独立存在序列都是可以独立存在的单元，带有介导自身移动的蛋白。的单元，带有介导自身移动的蛋白。A.插入序列插入序列 最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬菌体的正常组分，是一个自主的单位，每种菌体的正常组分，是一个自主的单位，每种IS均编码自身转座所需的蛋白质。均编码自身转座所需的蛋白质。命名：命名：IS编号（鉴定类型）编号（鉴定类型）长度长度 7002000bp每种每种ISIS元件具有不同序列，元件具有不同序列，但有共同的组织形式但有共同的组织形式B B 复合转座子复合转座子 复合式转座子（composite transposon）是一类带有某些
39、抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列，表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合转座子。一旦形成复合转座子，IS序列就不能再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为复合体移动。表示法：表示法：通常以通常以TnTn和后面加上数码表示，如和后面加上数码表示，如Tn903Tn903。结构结构:a.a.除有转座酶基因外还有其它表型基因，除有转座酶基因外还有其它表型基因，如：抗药基因，使宿主具表型效应。如：抗药基因，使宿主具表型效应。b.b.两侧有重复序列。两侧有重复序列。c.c.有的转座子的重复顺序就是有的转座子的重复顺序就是ISIS。功能功能：和：
40、和 IS IS 一样可以从一个位点转座到另一样可以从一个位点转座到另 一个位点。一个位点。复合转座子结构示意图复合转座子结构示意图C.真核生物中的转座成分真核生物中的转座成分 玉米的玉米的Ac-DsAc-Ds元件元件 Spm-dSpm Spm-dSpm系统系统 Ac和和Ds这两个因子都位于玉米的第九号染色体短臂，在这两个因子都位于玉米的第九号染色体短臂，在色素基因色素基因C的附近。的附近。Ac因子因子全长全长4.5kb，有，有5个外显子，其产物是转座酶。个外显子，其产物是转座酶。Ac因子两端因子两端是长是长11bp的反向重复序列的反向重复序列(IR)；Ds因子因子长长0.4-4kb，它的中间，
41、它的中间(在在转座酶基因中转座酶基因中)有许多种长度不等的有许多种长度不等的缺失缺失,如如Ds9只缺失只缺失194bp，而，而Ds6则缺失则缺失2.5kb，Ds的两端也都有的两端也都有11bp的反向重复序列。的反向重复序列。Ac和和Ds的末端反向重复几乎是一样的，只有一个不同之处：的末端反向重复几乎是一样的，只有一个不同之处：Ac两两端最外边的核苷酸是彼此不互补的端最外边的核苷酸是彼此不互补的T:G，而，而Ds是互补的是互补的T:A。Ac-DsAc-Ds转座元件结构示意图。右边示转座元件结构示意图。右边示AcAc及及DsDs元件的单链元件的单链DNADNA末端反向末端反向重复配对所形成的茎环结
42、构，这种结构可能对转座有意义重复配对所形成的茎环结构，这种结构可能对转座有意义 由于缺失转座酶，由于缺失转座酶，DsDs因子不能自主移动，因此因子不能自主移动，因此DsDs因子是非自主移动的受体因子因子是非自主移动的受体因子(dissociator)(dissociator)，而，而AcAc则为自主移动的调节因子则为自主移动的调节因子(activator(activator)，DsDs的转的转座依赖于座依赖于AcAc元件的存在。元件的存在。AcAc、DsDs的转座属于的转座属于非复制机制非复制机制，即不是复制一份，即不是复制一份拷贝后将拷贝转移，而是直接从原来位置消失。拷贝后将拷贝转移，而是直
43、接从原来位置消失。玉米转座因子对胚乳颜色的影响玉米转座因子对胚乳颜色的影响 果蝇中的转座子果蝇中的转座子 Copia转座子转座子 P转座子转座子 Copia Copia因子因子是果蝇的一种反转录转座子是果蝇的一种反转录转座子(retrotransposon(retrotransposon或或retroposon)retroposon)，所谓反，所谓反转录转座子是指通过转录转座子是指通过RNARNA为中介，反转录成为中介，反转录成DNADNA后进行转座的可动元件。后进行转座的可动元件。CopiaCopia因子由于存在大量密切相关的编因子由于存在大量密切相关的编码高丰度码高丰度mRNAsmRNAs
44、的序列而得名。的序列而得名。家族数量巨大，分布广泛。家族数量巨大，分布广泛。CopiaCopia因子全长因子全长5000bp5000bp左右，两端各有左右，两端各有-个相个相同的同的276bP276bP的正向重复序列的正向重复序列(DR)(DR)，每个正向重复序，每个正向重复序列本身的两端还各有一个反向重复序列列本身的两端还各有一个反向重复序列(IR)(IR)。当。当CopiaCopia因子转座插入染色体时，在插入位点上产生因子转座插入染色体时，在插入位点上产生5bp5bp的正向重复序列。的正向重复序列。Copia Copia因子的转录产物是因子的转录产物是po1y(A)+mRNApo1y(A
45、)+mRNA，它，它有两种形式，一种是完整全长的转录本，另一有两种形式，一种是完整全长的转录本，另一种是部分长度即截短的转录本，二者都有相同种是部分长度即截短的转录本，二者都有相同的的55末端。翻译产生的蛋白质可能参与末端。翻译产生的蛋白质可能参与RNARNA的剪的剪接和多肽的切割。关于接和多肽的切割。关于CopiaCopia因子转座的具体过因子转座的具体过程和细节目前还不十分清楚。程和细节目前还不十分清楚。果蝇的果蝇的P P因子有两种类型，一类是因子有两种类型，一类是全长全长P P因子因子，长，长2907bp2907bp，两端有，两端有33bp33bp的反向重复序列的反向重复序列(IR)(I
46、R)，有，有4 4个外显子个外显子(4(4个个ORF)ORF)，编码转座酶，编码转座酶(图图)；另一类为；另一类为缺失型缺失型P P因子因子，它，它不能编码转座酶，它的转座依赖于全长不能编码转座酶，它的转座依赖于全长P P因子。缺失型因子。缺失型P P因因子都是由活性子都是由活性P P因子的中段缺失衍生而来的，长度从因子的中段缺失衍生而来的，长度从500bp500bp到到1400bp1400bp不等。不等。不带有不带有P P因子的品系称为因子的品系称为M M品系，带有品系，带有P P因子的品系称因子的品系称为为P P品系。品系。P P因子的转座也属于非复制型。因子的转座也属于非复制型。果蝇果蝇
47、P P因子的结构因子的结构 果蝇杂种不育仅发生在果蝇杂种不育仅发生在P P X M X M中中 果蝇杂种不育取决于基因组中果蝇杂种不育取决于基因组中P P因子和不同细胞型中阻遏蛋白的相互作用因子和不同细胞型中阻遏蛋白的相互作用 D.转座作用的机制转座作用的机制 转座时发生的插入作用有一个普遍的特征，那就是受体分子中有一段很短的（3-12bp）、被称为靶序列的DNA会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。不同转座子的靶序列长度不同，但对于一个特定的转座子来说，它所复制的靶序列长度都是一样的，如IS1两翼总有9个碱基对的靶序列，而Tn3两端总有5bp的靶序列。转座可被分为复制性和非复制性
48、两大类。在复制性转座中，所移动和转位的是原转座子的拷贝。转座酶（transposase）和解离酶（resolvase）分别作用于原始转座子和复制转座子。TnA类转座主要是这种形式。在非复制性转座中，原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位，IS序列、Mu及Tn5等都以这种方式进行转座。E.E.转座子的某些遗传学效应转座子的某些遗传学效应l 转座引起插入突变转座引起插入突变 IS IS、Tn Tn 和和 Mu Mu 噬菌体都可能引起插入突变。噬菌体都可能引起插入突变。插入位点若在一个顺反子（插入位点若在一个顺反子（cistron)cistron)的前端的前端功能基因功能基因中，可能造成中，可能造
49、成极性突变极性突变（移码或终止（移码或终止密码突变）。密码突变）。指减低蛋白质合成速度的基因突变l 插入位点出现新基因插入位点出现新基因 复合转座子带有抗性基因（如抗药性复合转座子带有抗性基因（如抗药性基因基因ampc)ampc)，可产生两方面效应：一个基，可产生两方面效应：一个基因的插入突变；出现抗药基因。因的插入突变；出现抗药基因。l 转座引起的生物进化转座引起的生物进化l 引起染色体畸变引起染色体畸变 在一个染色体上（甚至不同染色体上）若有在一个染色体上（甚至不同染色体上）若有同一转座子的两个拷贝，其提供的相同重组位点，同一转座子的两个拷贝，其提供的相同重组位点，可导致缺失、倒位、插入。
50、可导致缺失、倒位、插入。方向相同：产生缺失。方向相同：产生缺失。方向相反：发生倒位。方向相反：发生倒位。通过转座子介导的姐妹染色单体间的通过转座子介导的姐妹染色单体间的染色体内异位交换染色体内异位交换 作业作业1 1、染色体是如何组装的？、染色体是如何组装的？2 2、简述、简述DNADNA的一、二、三级结构。的一、二、三级结构。3 3、DNADNA的复制方式和特点。的复制方式和特点。4 4、DNADNA损伤是如何产生的？对于不同的损伤，损伤是如何产生的？对于不同的损伤，如何修复？如何修复？5 5、原核生物中转座因子的结构特点、原核生物中转座因子的结构特点6 6、果蝇、果蝇P P转座子中，转座如
