染色体与学习教案.pptx

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1、会计学 1染色体与第一页，共143 页。2023/5/25 2 不同物种染色体数目存在较大(jio d)差别，同一物种内每条染色体所带的DNA 量是一定的，但不同染色体或不同物种之间变化很大。如人的X 染色体带有1.28 亿个核苷酸对，而Y 染色体只带有0.19 亿个核苷酸对。第1 页/共143 页第二页，共143 页。2023/5/25 3真核生物(shngw)染色体1、真核细胞结构(jigu)2、染色体概况 DNA:27%，蛋白质:66%，RNA:6%每条染色体只有一个DNA分子第2 页/共143 页第三页，共143 页。2023/5/25 4非分裂期的染色质在电子显微镜下呈纤维串珠状的长

2、丝 一般说来，染色体只有在细胞有丝分裂(yu s fn li)过程中，才可在光学显微镜下观察到。第3 页/共143 页第四页，共143 页。2023/5/25 5细菌染色体组织 没有明显的核区域(qy)，细菌基因组仍然是高度致密的。E.coli溶解时，DNA形成大量环形（loops）结构。在活体细胞中，DNA则以高度致密的状态与蛋白质结合。第4 页/共143 页第五页，共143 页。2023/5/25 6 真核细胞染色(rns)体的特征：染色(rns)体位于细胞核的核仁内。在细胞分裂间期，染色(rns)体以较细且松散的染色(rns)质形式存在，只有在细胞分裂期，才可在光学显微镜下观察到棒状可染

3、色(rns)的染色(rns)体。在染色(rns)体中，DNA与组蛋白和非组蛋白完全融合在一起。第5 页/共143 页第六页，共143 页。2023/5/25 7 原核细胞染色体的特征:染色体位于(wiy)类似“核”的结构类核体上；染色体外包裹着稀疏的非组蛋白，不含组蛋白；原核生物中一般只有一条染色体，且大都带有单拷贝基因，只有很少数基因（如rRNA基因)是以多拷贝形式存在的；整个染色体几乎完全由功能基因和调控序列所组成。第6 页/共143 页第七页，共143 页。2023/5/25 8二、真核细胞染色体的组成(z chn)染色体的特征：（1）分子结构相对稳定；（2）能够自我复制，使亲子代间保持

4、连续性；（3）能够指导(zhdo)蛋白质合成，控制整个生命过程；（4）能够产生可遗传的变异。第7 页/共143 页第八页，共143 页。2023/5/25 9组蛋白 残基数分子量（kD）%精%赖种类H1 215 23.0 1 29连接蛋白H2A 129 14.0 9 11核心蛋白H2B 125 13.8 6 16核心蛋白H3 135 15.3 13 10核心蛋白H4 102 11.3 14 11核心蛋白 染色体上的蛋白质主要(zhyo)包括组蛋白和非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体，是一类小的碱性蛋白。1、蛋白质第8 页/共143 页第九页，共143 页。2023/5/2

5、5 10组蛋白的特征(tzhng)：5、富含赖氨酸的组蛋白H5（H5的磷酸化可能(knng)在染色质的失活过程中起重要作用）。4、组蛋白的修饰(xish)作用（甲基化、乙酰化、磷酸化）；3、肽链上氨基酸分布的不对称性（赖氨酸、精氨酸含量丰富）；2、无组织特异性；1、进化上的极端保守（如H3、H4）；第9 页/共143 页第十页，共143 页。2023/5/25 11 3、A24非组蛋白，肝脏中特有(t yu)的一组蛋白，与 H2A及泛素结构相似，功能不详。2、DNA结合蛋白(dnbi)：可能是一些与 DNA的复制或转录的关的酶或调节物；1、HMG蛋白（high mobility group p

6、rotein)，可能(knng)与超螺旋结构有关；非组蛋白包括酶类及细胞分裂有关的一些蛋白。它们可能与 DNA的结构、复制及转录等有关。非组蛋白主要包括：第10 页/共143 页第十一页，共143 页。2023/5/25 12哺乳动物两栖动物鸟类昆虫线虫霉菌酵母细菌支原体 各个(gg)种类生物的最小基因组与其复杂性正相关。2、DNA第11 页/共143 页第十二页，共143 页。2023/5/25 13开花植物鸟类哺乳动物爬行动物两栖类硬骨鱼软骨鱼棘皮动物甲壳类昆虫软体动物线虫霉菌藻类真菌革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌支原体各物种(wzhng)基因组大小比较 C-值（C-value）:一种(y zh

7、n)生物单倍体基因组DNA的总量。C-值反常现象（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传(ychun)复杂性缺乏相关性。第12 页/共143 页第十三页，共143 页。2023/5/25 14（1）、不重复序列(xli)：在单倍体基因组中只有一个或几个拷贝的DNA序列(xli)。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝。真核细胞DNA的种类(zhngli):第13 页/共143 页第十四页，共143 页。2023/5/25 15（2）、中度重复序列:每个基因组中10104个拷贝。平均长度为300 bp，一般是不编码序列，广泛散布在非重复序列之间。可能在基因调控中起重要作用。常

8、有数千个类似序列，各重复数百次，构成(guchng)一个序列家族。大多数高等真核生物的基因组都有10%40%的中度重复序列。第14 页/共143 页第十五页，共143 页。2023/5/25 16(3)、高度重复(chngf)序列卫星DNA（satellite DNA）只存在于真核生物中，占基因组的10%60%，由6100个碱基组成。卫星(wixng)DNA均位于染色体的着丝粒。第15 页/共143 页第十六页，共143 页。2023/5/25 173、染色质和核小体染色质：是由许多(xdu)核小体连成的念珠状结构。染 色 质小球菌(qijn)核酸酶处理染色质第16 页/共143 页第十七页，

9、共143 页。2023/5/25 18实验证据：1）染色质中，H2A、H2B、H3、H4的数量大致相等，而H1的数量不超过它们的一半；2）组蛋白组成直径约10nm的颗粒，由裸露(lul)的DNA连接；3）DNA位于核小体的外侧；第17 页/共143 页第十八页，共143 页。2023/5/25 19 4）用小球菌核酸酶处理染色质，得到(d do)的DNA片段为200bp的整数倍；第18 页/共143 页第十九页，共143 页。2023/5/25 205）将组蛋白加入 SV40的DNA中，可在体外形成染色质样纤维(xinwi)。其中与一个核小体结合的 DNA很接近200bp；缺少H2A、H2B、

10、H3、H4中任何一种都不能形成核小体，H1则不是必需的。第19 页/共143 页第二十页，共143 页。2023/5/25 21 SV40(Simian vacuolating virus 40)SV40(Simian vacuolating virus 40)是猴空泡病毒是猴空泡病毒4040，属于多瘤病毒科，这是在人类和猴子都发现的，属于多瘤病毒科，这是在人类和猴子都发现的致瘤病毒。致瘤病毒。1960 1960年，科学家首次年，科学家首次(sh(shu c)u c)在猴子体在猴子体内发现了内发现了SV40SV40。随后，科学家又在脊髓灰质炎试剂。随后，科学家又在脊髓灰质炎试剂中发现了中发现了

11、SV40SV40。由于。由于SV40SV40结构简单，被首先应用于结构简单，被首先应用于真核生物复制的研究。增强子首先发现于真核生物复制的研究。增强子首先发现于SV40SV40基因基因组内。组内。第20 页/共143 页第二十一页，共143 页。2023/5/25 22 核小体是组成染色质的基本结构单位，每个核小体由约200（160250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2个，以及(yj)一个H1组成。核小体中组蛋白聚合体组成(z chn)第21 页/共143 页第二十二页，共143 页。2023/5/25 231）核心颗粒结构 单个核小体继续消化可以(ky)把DNA进一步剪短，释

12、放出H1；剩余的颗粒称为核心颗粒，由H2A、H2B、H3、H4组成；结合在核心颗粒而不被降解的DNA称为核心DNA（core DNA）；重复单位中除核心DNA以外的其它DNA称为连接DNA（linker DNA）。第22 页/共143 页第二十三页，共143 页。2023/5/25 24 双折叠(zhdi)对称盘形，高6 nm，直径11 nm；由(H3)2(H4)2四聚体构成组蛋白八聚体核心，顶部和底部各有一H2AH2B二聚体;第23 页/共143 页第二十四页，共143 页。2023/5/25 25小球菌核酸酶对染色质的持续作用产生(chnshng)各种不同结果第24 页/共143 页第二十

13、五页，共143 页。2023/5/25 262）组蛋白H1 H1由两部分(b fen)组成，一部分(b fen)是保守的核心，一部分(b fen)是可变的延伸出去的N 端和C 端臂。第25 页/共143 页第二十六页，共143 页。2023/5/25 27 DNA进入和离开组蛋白聚合体的位置十分(shfn)接近，这由进出两端与H1结合形成。如没有H1，则DNA进入和离开核心颗粒的位置是随机的。第26 页/共143 页第二十七页，共143 页。2023/5/25 28由核小体串联(chunlin)形成的10 nm 纤丝30 nm 纤丝3）、染色质的存在(cnzi)形式第27 页/共143 页第二

14、十八页，共143 页。2023/5/25 29 30 nm 纤丝由10 nm 纤维卷曲绕成圆筒形线圈，每圈约6个核小体，螺距11 nm（核小体直径）。这一结构(jigu)需要H1 稳定。30 nm 纤丝的包装比为40。第28 页/共143 页第二十九页，共143 页。2023/5/25 30 DNA 和组蛋白构成核小体，核小体再绕成一个中空的螺线管状结构(jigu)，这种螺线管状结构(jigu)（有的部分就是珠状核小体结构(jigu)）就成为染色质丝。染色质丝再与许多非组蛋白结合形成染色体结构(jigu)。染色体的包装(bozhung)过程DNA核小体7倍30 nm 纤丝6倍67nm10nm

15、每圈6个核小体中期染色质40倍5 倍染色体单体200 bp DNA第29 页/共143 页第三十页，共143 页。2023/5/25 31真核生物真核生物(shngw)(shngw)基因组的结构特点：基因组的结构特点：1 1、基因组庞大；、基因组庞大；2 2、大量重复序列的存在；、大量重复序列的存在；3 3、大部分序列为非编码序列；、大部分序列为非编码序列；4 4、转录产物为单顺反子；、转录产物为单顺反子；5 5、真核基因是断裂基因；、真核基因是断裂基因；6 6、真核基因存在大量的顺式作用元件；、真核基因存在大量的顺式作用元件；7 7、DNA DNA存在多态性；存在多态性；8 8、具有、具有(

16、jy(jy u)u)端粒结构。端粒结构。第30 页/共143 页第三十一页，共143 页。2023/5/25 32pp DNA多态性：指DNA序列(xli)中发生变异而导致的个体间核苷酸序列(xli)的差异，主要包括单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)和串联重复序列(xli)多态性(tandem repeats polymorphism)两类。第31 页/共143 页第三十二页，共143 页。2023/5/25 33三、原核生物(shngw)基因组及其特点1、遗传物质的存在方式 原核生物的遗传物质只以裸露的核酸分子存在，且与少量(sholing

17、)的非组蛋白结合，但不形成染色体结构，习惯上把原核生物的核酸分子也称为染色体。第32 页/共143 页第三十三页，共143 页。2023/5/25 3422、原核生物基因组的特点、原核生物基因组的特点（11）结构）结构(jigu)(jigu)简练简练 其其DNADNA分子绝大多数用于编分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占码蛋白质，不翻译的序列只占4%4%，并且编码序列，并且编码序列是连续的；是连续的；（22）存在转录单元）存在转录单元 功能上密切相关的基因构成操纵功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且可被一起转录；子或高度集中，并且可被一起转录；（33）重叠基因和基因内基因）重

18、叠基因和基因内基因 即同一段即同一段DNADNA序列能序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。携带两种不同蛋白质的遗传信息。第33 页/共143 页第三十四页，共143 页。2023/5/25 35小 结一、染色体染色体的概念真核、原核染色体的特征第34 页/共143 页第三十五页，共143 页。2023/5/25 36 真核细胞染色体的组成蛋白质组蛋白种类、特性非组蛋白DNAC值C值反常现象DNA的种类不重复序列中度重复序列高度重复序列染色质和核小体核小体的概念染色体的包装第35 页/共143 页第三十六页，共143 页。2023/5/25 37三、真核生物(shngw)、原核生物(shngw)

19、基因组结构的特点第36 页/共143 页第三十七页，共143 页。2023/5/25 38第二节 DNA的结构(jigu)第37 页/共143 页第三十八页，共143 页。2023/5/25 391、DNA的一级结构 指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。又由于4种核苷酸的差异(chy)仅仅是碱基的不同，因此又指碱基的排列顺序。第38 页/共143 页第三十九页，共143 页。2023/5/25 40第39 页/共143 页第四十页，共143 页。2023/5/25 41基本基本(jbn)(jbn)特点：特点：（11）由两条互相平行的脱氧核苷酸链盘绕而成；）由两条互相平行的脱氧

20、核苷酸链盘绕而成；（22）两条主链的脱氧核糖和磷酸由）两条主链的脱氧核糖和磷酸由3,53,5磷酸二酯键磷酸二酯键交互连接而成，排在外侧，构成基本交互连接而成，排在外侧，构成基本(jbn)(jbn)骨架；骨架；碱基位于内侧；碱基位于内侧；（33）两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，）两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，碱基必须以碱基必须以A-TA-T、C-GC-G配对；配对；第40 页/共143 页第四十一页，共143 页。2023/5/25 422、DNA的二级结构(jigu)：是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构(jigu)。DNA的二级结构右手螺旋左手螺旋A-DNAB-

21、DNAZ-DNA第41 页/共143 页第四十二页，共143 页。2023/5/25 43 两条主链的脱氧核糖和磷酸由3,5磷酸二酯键交互连接(linji)而成；碱基位于内侧；碱基必须以A-T、C-G配对；直径：2.0 nm；螺距：3.4 nm；每匝 10 bp/10.5bp；大沟含较多信息，为复制，转录(zhun l)部位；小沟具一定调节功能。第42 页/共143 页第四十三页，共143 页。2023/5/25 44DNA双螺旋结构(jigu)的多态性第43 页/共143 页第四十四页，共143 页。2023/5/25 45 B-DNA（含水量92%）脱水后变形为A-DNA（含水75%），相

22、邻磷酸间距(jin j)缩小，每匝增为11 bp。总体变得宽而短；大沟变细、加深；小沟变得宽而浅。A-DNA 通常DNA在细胞中以B-DNA形式存在，但可能发生改变(gibin)；DNA-RNA杂交分子呈A型。第44 页/共143 页第四十五页，共143 页。2023/5/25 46Z-DNA与B-DNA的比较 最大区别(qbi)：Z-DNA为左旋！由部分碱基平面反转所致。螺距4.5 nm，每对碱基上升 0.37 nm，每匝12 bp。主链变的不平滑，从之字形。Z-DNA Z-DNA在邻近调控系统，抑制转录；在远离调控区，激活转录的起始(q sh)。所以，Z-DNA可能与基因的调控有关。第45

23、 页/共143 页第四十六页，共143 页。2023/5/25 47ADNA BDNA ZDNA螺旋方向 右 右 左每匝碱基数11 10 12每碱基对上升距离0.26 nm 0.34 nm 0.37 nm螺距2.8 nm 3.4 nm 4.5 nm每碱基对在螺旋中旋转角度33 36-60总尺寸 短而宽 较长而细 长而细大沟 细而深 宽而中等深 平伏于螺旋表面小沟 宽而浅 窄而中等深 很窄很深三种(sn zhn)DNA结构特性比较第46 页/共143 页第四十七页，共143 页。2023/5/25 483、DNA的高级(goj)结构 DNA 的高级结构(jigu)是指DNA 双螺旋进一步扭曲盘绕

24、所形成的特定空间结构(jigu)。第47 页/共143 页第四十八页，共143 页。2023/5/25 49 1965 年首次发现绝大多数的原核生物DNA为共价闭合环状DNA（covalently closed circle，cccDNA），经进一步螺旋化，成为超螺旋结构。之后发现，几乎(jh)所有的DNA分子，包括线形分子，具超螺旋结构。第48 页/共143 页第四十九页，共143 页。2023/5/25 50L=T+WL(linking number，连接数)：一股链绕另一股链盘绕的次数。在闭合(b h)分子双链的共价键不发生断裂时保持不变，为分子的拓扑学常数。T(twisting num

25、ber，盘绕数)：代表一股链绕旋转轴所做的完整的旋转数。即DNA双螺旋的匝数，等于碱基数每匝碱基数。W(writhing number，超盘绕数)：代表双螺旋轴在空间上的转动数。即直观上的超螺旋数。分子内发生扭转时，张力(zhngl)导致超螺旋形成。超螺旋的形成(xngchng)原因第49 页/共143 页第五十页，共143 页。2023/5/25 51 正超螺旋（positive supercoil）：由于双链紧缠而引起的超螺旋。负超螺旋（negaive supercoil）：由于双链松缠而引起的超螺旋。两种超螺旋的自由(zyu)能均高于松弛状态。天然原核生物DNA都呈负超螺旋；在体外可形成

26、正超螺旋，如加入溴乙锭，可引入正超螺旋。DNA的几种(j zhn)超螺旋的状态：第50 页/共143 页第五十一页，共143 页。2023/5/25 52右手(yushu)螺旋的DNA顺时针方向旋转自由(zyu)末端紧缠而引起(ynq)正超螺旋逆时针方向旋转自由末端松缠而引起负超螺旋第51 页/共143 页第五十二页，共143 页。2023/5/25 53逆时针方向旋转松缠而引起负超螺旋顺时针方向旋转紧缠而引起正超螺旋第52 页/共143 页第五十三页，共143 页。2023/5/25 54质粒的松弛(sn ch)状态和超螺旋状态超螺旋分子的电泳(din yn)迁移速率提高超螺旋对分子迁移(q

27、iny)的影响第53 页/共143 页第五十四页，共143 页。2023/5/25 55 超螺旋可形成高度致密(zhm)状态，从而得以容纳于有限的空间内。活体中，DNA的构象是动态的。B-DNA是一种稳定结构，引入负超螺旋可提高其能量水平，影响DNA结构变化。如有助于在特定区域的结构转化、使DNA双链分开等。超螺旋的生物学意义(yy)第54 页/共143 页第五十五页，共143 页。2023/5/25 56功能：催化DNA分子拓扑异构体之间的相互转化。作用机制(jzh)：切开磷酸二酯键，在主链上造成切口，通过改变连接数（L）来改变超螺旋状态。DNA拓扑(tu p)异构酶（DNA topoiso

28、merase）第55 页/共143 页第五十六页，共143 页。2023/5/25 57分类：I 型拓扑(tu p)异构酶：每次在DNA双链上产生单链断裂切口，使另一条单链从缺口处穿过。II 型拓扑(tu p)异构酶：在DNA主链上产生双链断裂，使另一条双链从切口处穿过。既可消除负超螺旋，又可消除正超螺旋。需要ATP。二型拓扑(tu p)异构酶的作用第56 页/共143 页第五十七页，共143 页。2023/5/25 58小 结DNA的一级结构(jigu)DNA的二级结构(jigu)基本特征分类(fn li)DNA的高级结构概念特点概念概念分类第57 页/共143 页第五十八页，共143 页。

29、2023/5/25 59一、复制(fzh)的概貌DNA复制(fzh)的半保留性三种可能(knng)的方式：全保留复制（conservative replication）半保留复制（semiconservative replication）弥散复制（dispersive replication）第三节 DNA的复制第58 页/共143 页第五十九页，共143 页。2023/5/25 60 母链中的全部置换为 15N，然后让E.coli在仅含有 14N的培养基上进行(jnxng)复制。（Meselson&Stahl,1958)半保留复制：每个子代分子的一条链来自(li z)亲代DNA,另一条则是新

30、合成的，这种复制方式称为DNA的半保留复制（semiconservative replication)。第59 页/共143 页第六十页，共143 页。2023/5/25 61复制原点（origin）:DNA分子(fnz)复制的特定起点。复制方向(fngxing)可以是单向或者双向。二、复制的起点(qdin)、方向和速度 对一个生物体而言，复制的起点是固定的，复制叉移动的方向和速度以双向等速为主。第60 页/共143 页第六十一页，共143 页。2023/5/25 62复制叉（replication fork）:正在进行(jnxng)复制的复制起点呈现叉子的形式，称为复制叉。复制眼（repli

31、cation eye）:DNA复制的部分看上去象一只眼睛(yn jing)，称为复制眼。复制(fzh)子（replicon）：生物体的复制(fzh)单位称为复制(fzh)子。第61 页/共143 页第六十二页，共143 页。2023/5/25 63三、DNA复制的几种(j zhn)方式1、线性DNA双链的复制(fzh)所有已知的核酸聚合酶，无论是 DNA聚合酶还是RNA聚合酶都只从5端向3 端移动(ydng)，新链的合成方向与聚合酶移动(ydng)方向一致，即是 5 3；第62 页/共143 页第六十三页，共143 页。2023/5/25 64 而对于DNA的合成必需一段引物的存在，体内 DN

32、A复制时，由一段 RNA引物起始DNA合成，起始后它必须切除(qich)，切除(qich)后，5 端如何起始呢？这就提出了线性 DNA末端复制的问题。第63 页/共143 页第六十四页，共143 页。2023/5/25 65The rolling circle replicates DNAPhage（1）将线性DNA分子(fnz)转变为环状或多聚分子(fnz)（末端简并性是前提条件，如T4噬菌体）；第64 页/共143 页第六十五页，共143 页。2023/5/25 66第65 页/共143 页第六十六页，共143 页。2023/5/25 67（2）DNA末端(m dun)发夹结构的形成，如（

33、草履虫的线性线粒体）；第66 页/共143 页第六十七页，共143 页。2023/5/25 68（3）在某种蛋白的介入(jir)下，在真正的末端起始复制，（如29噬菌体和腺病毒DNA）。第67 页/共143 页第六十八页，共143 页。2023/5/25 692、环状DNA双链的复制(fzh)（1）型复制体如，大肠(dchng)肝菌质粒DNA的复制。第68 页/共143 页第六十九页，共143 页。2023/5/25 70（2）滚环型复制(fzh)如：X174在原点割切；共价延伸(ynshn)；切下被替换的单链。第69 页/共143 页第七十页，共143 页。2023/5/25 71（3 3）

34、D-D-环形 环形(hun xn)(hun xn)如动物 如动物(dngw)(dngw)线粒体 线粒体DNA DNA的复 的复制 制 双链环在固定点解开进行 双链环在固定点解开进行复制，但两条链合成速度高度 复制，但两条链合成速度高度不一致，其中一条进行复制，不一致，其中一条进行复制，另一条则成为游离的单链环 另一条则成为游离的单链环（即（即D D环）。两条链复制起点 环）。两条链复制起点不同。不同。第70 页/共143 页第七十一页，共143 页。2023/5/25 72四、原核生物(shngw)和真核生物(shngw)DNA复制的特点1、大肠杆菌DNA复制(fzh)原核生物每个DNA 分子

35、只有一个复制(fzh)原点。复制原点序列(xli)特征4个9 bp重复序列(xli)，3个13 bp重复序列(xli)，都富含A-T对。第71 页/共143 页第七十二页，共143 页。2023/5/25 73（1）DNA双螺旋的解旋 DNA的解链过程，首先(shuxin)在拓扑异构酶I的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。一旦局部解开双链，就必须有单链结合蛋白(SSB)来稳定解开的单链，以保证核苷酸局部不会恢复成双链。接着由引发酶等组成的引发体迅速作用于两条单链DNA上。第72 页/共143 页第七十三页，共143 页。2023/5/25 74a、DNADNA解链酶

36、解链酶 DNA DNA解链酶能通过水解解链酶能通过水解ATPATP获得获得(hud)(hud)能量来解开双链能量来解开双链DNADNA。大部分解链酶沿后随链模板的大部分解链酶沿后随链模板的53 53 方向方向并随着复制叉的前进而移动；并随着复制叉的前进而移动；Rep Rep蛋白是沿前导链模板的蛋白是沿前导链模板的3 5 3 5 方向方向移动。移动。第73 页/共143 页第七十四页，共143 页。2023/5/25 75bb、单链结合、单链结合(jih)(jih)蛋蛋白白 SSB以四聚体的形式结合在单链DNA的复制(fzh)叉处，其作用是保证被解链酶解开的单链在复制(fzh)完成前保持单链结构

37、。SSB与DNA的结合能力在原核生物中表现协同效应，而在真核生物中则不表现协同效应。第74 页/共143 页第七十五页，共143 页。2023/5/25 76cc、DNADNA拓扑拓扑(tu p)(tu p)异异构酶构酶 天然状态下，天然状态下，DNA DNA以负超螺旋的形式存在，以负超螺旋的形式存在，易形成部分单链结构，利于 易形成部分单链结构，利于DNA DNA与蛋白质的结合。与蛋白质的结合。在 在DNA DNA复制过程中形成正超螺旋，拓扑异构 复制过程中形成正超螺旋，拓扑异构酶能够消除解链造成正超螺旋的堆积，消除阻碍 酶能够消除解链造成正超螺旋的堆积，消除阻碍解链进行 解链进行(jnxn

38、g)(jnxng)的压力，使复制继续进行 的压力，使复制继续进行(jnxng)(jnxng)。第75 页/共143 页第七十六页，共143 页。2023/5/25 77（2）、DNA复制(fzh)的引发 DNA 复制(fzh)时，往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3，端开始合成新的DNA链。后随链的引发过程由引发体来完成，引发体由6种蛋白质n、n,、n,、DnaB、C和I共同(gngtng)组成，6种蛋白质合在一起形成引发前体，引发前体与引发酶进一步组装成引发体才能发挥其功效。第76 页/共143 页第七十七页，共143 页。2023/5/25

39、78 引发酶是 引发酶是dnaG dnaG基因的产物 基因的产物(ch(ch nw)nw)，是在特定，是在特定条件下发挥作用的 条件下发挥作用的RNA RNA聚合酶，仅用于合成 聚合酶，仅用于合成DNA DNA复制所需的一小段 复制所需的一小段RNA RNA。DNA聚合酶在RNA引物的3末端继续合成DNA链，一直至下一个引物或冈崎片段。由RNase H降解(jin ji)RNA引物并由DNA聚合酶将缺口补齐，再由DNA连接酶将两个冈崎片段连接在一起形成大分子DNA。第77 页/共143 页第七十八页，共143 页。2023/5/25 79起始过程：a、大约20个DnaA蛋白在ATP的作用下与o

40、riC处的4个9bp重复序列结合；b、在HU蛋白和ATP的共同作用下，DnaA蛋白使13bp序列变性，形成(xngchng)单链；C、DnaB（解链酶）六体分别与单链DNA结合（需要DnaC 的帮助），进一步解开DNA双链；d、DnaG进入，合成引物。其它蛋白：SSB，DNA聚合酶作用。第78 页/共143 页第七十九页，共143 页。2023/5/25 80两股新合成(hchng)链都是按53方向合成(hchng)。（3）冈崎片段与半不连续(linx)复制第79 页/共143 页第八十页，共143 页。2023/5/25 81前导链（leading strand）：随着亲本双链体的解开(ji

41、 ki)而连续进行复制的链，称为前导链；后随链（lagging strand）：一段亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制(fzh)叉移动相反的方向、按照5 3方向合成一系列短DNA片段，然后再将它们连接成完整的链，称为后随链。后随链不连续(linx)合成形成的短DNA片段，称为冈崎片段（Okazaki fragment）。第80 页/共143 页第八十一页，共143 页。2023/5/25 82冈崎片段的连接(linji)DNA Pol I，ligase第81 页/共143 页第八十二页，共143 页。2023/5/25 83(4)、DNA复制(fzh)的终止大肠杆菌(d chn n jn

42、)DNA复制的终止 当复制(fzh)叉遇到约22 个碱基的重复性终止子序列（Ter)时，Tus-Ter 复合物能使DnaB 不再将DNA 解链，阻挡复制(fzh)叉的继续前移，等到相反方向的复制(fzh)叉达到后停止复制(fzh)。第82 页/共143 页第八十三页，共143 页。2023/5/25 84 停止复制后，其间仍有50100 bp 未被复制，由修复方式填补空缺，然后两条链解开。在拓扑异构酶 的作用(zuyng)下使复制叉解体，释放子链DNA。第83 页/共143 页第八十四页，共143 页。2023/5/25 85（5）、DNA聚合酶DNA聚合酶 Iklenow片段（2/3的C端）

43、DNA聚合酶活性3-5核酸外切酶活性N端：5-3核酸外切酶活性切除嘧啶二聚体除去RNA引物第84 页/共143 页第八十五页，共143 页。2023/5/25 86q DNA聚合酶 II（DNA Polymerase II,Pol II）具DNA聚合酶活性，但活力很低；具3-5核酸(h sun)外切酶活性，可起校正作用，它的主要生理功能是修复DNA。q DNA聚合酶 III（DNA Polymerase III,Pol III）具DNA聚合酶活性，活力较强；具3-5核酸外切酶活性，可起校正作用，它是大肠杆菌DNA复制(fzh)中链延长反应的主导聚合酶。第85 页/共143 页第八十六页，共14

44、3 页。2023/5/25 87pp DNA 聚合酶 和 分别(fnbi)由dinB 和umuD2C 基因编码，主要在SOS 修复过程中发挥作用。第86 页/共143 页第八十七页，共143 页。2023/5/25 88大肠杆菌(d chn n jn)DNA聚合酶 I、II 和 III 的性质比较性质聚合酶I 聚合酶II 聚合酶III3-5 外切 5-3外切 新生链合成 生物学活性1 0.05 15第87 页/共143 页第八十八页，共143 页。2023/5/25 89 含多个(du)复制原点，即含多个(du)复制子。一般(ybn)为双向移动 各个复制(fzh)子在完全完成复制(fzh)之前

45、，起始点上DNA的复制(fzh)不能再开始。复制特点：2、真核生物DNA的复制第88 页/共143 页第八十九页，共143 页。2023/5/25 90p p 真核生物的复制子相对 真核生物的复制子相对(xingdu)(xingdu)较小，其长度为 较小，其长度为40100 40100 kb kb。自主性复制(fzh)序列（autonomous replication sequence,ARS）：真核生物DNA的复制(fzh)起始位点。ARS的特点：具有(jyu)一个A区，该区含有11个A-T碱基对的保守序列。真核生物DNA复制的起始需要起始点识别复合物（origin recognition

46、complex,ORC)结合于ARS，ORC是由6种蛋白质组成的启动复合物。第89 页/共143 页第九十页，共143 页。2023/5/25 91p 复制原点的平均(pngjn)距离（复制子平均(pngjn)大小）同一基因组内的差异很大。p Yeast/fly:40 kb;animal:100 kb复制(fzh)平均速度：2,000 bp/min(对比E.coli:50,000 bp/min)，还不到大肠肝菌的 1/20。在任意时刻，通常只有少数(shosh)（15%）复制子工作只有一部分用于起始复制，另有一部分有时使用。复制子的长度不是固定不变的。第90 页/共143 页第九十一页，共14

47、3 页。2023/5/25 92真核生物(shngw)DNA聚合酶的比较性质DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶亚基数4 1 2 23 1在细胞内分布核内 核内 线粒体 核内 核内功能DNA引物合成损伤修复线粒体DNA复制主要DNA复制酶复制修复3-5 外切 5-3外切 第91 页/共143 页第九十二页，共143 页。2023/5/25 93真核生物(shngw)DNA的复制：聚合酶聚合酶复合体复合体在复制(fzh)叉上存在聚合酶复合体聚合酶和复合体与延伸前导链延伸冈崎片段第92 页/共143 页第九十三页，共143 页。2023/5/25 94冈崎片段RNA引物的去

48、除(q ch)RNA酶H1在靠近RNA与DNA连接处切开引物具有5-3外切酶活性的FEN1蛋白降解RNA片段聚合酶填补缺口，DNA连接酶 将相邻的冈崎片段连接起来第93 页/共143 页第九十四页，共143 页。2023/5/25 95防止(fngzh)染色体部分缺失的机制端粒结构端粒酶 如端粒酶具有反转录酶活性，能利用自身携带的RNA链作为模板，以dNTP为原料，以反转录方式(fngsh)催化合成模板后随链5端DNA片段或外加重复单位，以维持端粒一定的长度，防止染色体的缺失损伤。第94 页/共143 页第九十五页，共143 页。2023/5/25 963、DNA复制(fzh)的调控 在不同养

49、分条件的培养基中培养的E.coli，其分裂周期变化极大(j d)，可在20 min 10 h之间变化；但DNA的复制周期总是稳定在40 min左右。DNA复制数量的不同主要是由复制叉的多少决定的。复制叉的多少又是由复制起始的频率决定的。复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和RNA。E.coli细胞分裂周期与DNA复制(fzh)的协调（1）原核生物DNA复制的调控第95 页/共143 页第九十六页，共143 页。2023/5/25 97（2）真核生物DNA复制(fzh)的调控S 期：以第一个复制子激活复制起始(q sh)为标志。q 细胞生活周期(zhuq)水平的调控（限制点调控）一些外部因素和细胞

50、因子参与限制点控制。第96 页/共143 页第九十七页，共143 页。2023/5/25 98q 染色体水平(shupng)的调控 在任意时刻，通常只有少数（15%）复制子工作，这种合成的先后顺序，是由什么(shn me)来决定的呢？q 复制子水平(shupng)的调控 决定复制的起始与否，包括复制起始复合物的合成和引物合成等阶段。第97 页/共143 页第九十八页，共143 页。2023/5/25 99小 结1、DNA复制(fzh)的概貌半保留复制(fzh)2、复制(fzh)的起点、方向和速度3、DNA复制的几种方式线性DNA双链的复制环状DNA双链4、原核生物(shngw)DNA的复制5、