2染色體與DNA2.1染色體

2.2.1染色體概述細胞內的DNA主要在染色體上，所以說遺傳物質的主要載體是染色體染色體包括DNA和蛋白質兩大部分在不同的細胞周期，有染色體與染色質之分區別：細胞增殖周期的有絲分裂中期，才出現染色體；其余時間為染色質原核生物一般也稱“染色體”，但沒有核小體一級結構;而且,原核細胞一般是單倍體染色體圖2.1.2真核細胞染色體的組成作為遺傳物質，染色體具有的特征：P23穩定能自我復制能指導蛋白質合成變異染色體化學成分主要成分DNA組蛋白非組蛋白RNA酶含量穩定，組成核小體含量隨細胞周期狀態不同而改變組蛋白：屬于堿性蛋白，按精氨酸/賴氨酸的比例，分為五種H1H2AH2BH3H4核小體組蛋白，沒有種屬和組織專一性不組成核小體，進化中最少保守多精氨酸多賴氨酸稍多賴氨酸組蛋白具有如下特征：P24（1）保守性（2）無組織特異性（3）氨基酸分布的不對稱性（4）修飾（磷酸化、乙酰化，甲基化）（5）H5（鳥、魚、兩棲類無H1有H5)非組蛋白：（1）HMG蛋白：可能與DNA的超螺旋結構有關。（2）DNA結合蛋白：是酸性蛋白，又稱序列特異性DNA結合蛋白，其功能為：參與染色體的構建啟動基因的復制調控基因的轉錄（3）A24非組蛋白DNA：真核細胞DNA序列大致可分為3類：不重復序列（單拷貝序列、低度重復序列）中度重復序列高度重復序列單拷貝順序（低度重復順序）單拷貝順序在單倍體基因組中只出現一次或數次，因而復性速度很慢單拷貝順序在基因組中占50-80％，如人基因組中，大約有60-65％的順序屬于這一類。單拷貝順序中儲存了巨大的遺傳信息，編碼各種不同功能的蛋白質目前尚不清楚單拷貝基因的確切數字，在單拷貝順序中只有一小部份用來編碼各種蛋白質，其他部份的功能尚不清楚

中度重復順序

中度重復序列：在基因組中重復數十至數萬（<105）次的重復順序中度重復序列復性速度快于單拷貝順序，但慢于高度重復順序少數在基因組中成串排列在一個區域，大多數與單拷貝基因間隔排列中度重復順序中度重復順序在基因組中所占比例在不同種屬之間差異很大，一般約占10-40％，在人約為12％大多不編碼蛋白質，其功能可能類似于高度重復順序。但有些中度重復順序則是編碼蛋白質或rRNA的結構基因，如HLA基因，rRNA基因，tRNA基因，組蛋白基因，免疫球蛋白基因，等中度重復序列

middlerepeatedsequenceAlu家族

KpnⅠ家族

Hinf家族

rRNA基因

組蛋白基因

HLA基因免疫球蛋白基因中度重復順序——Alu家族

是哺乳動物基因組中含量最豐富的一種中度重復順序家族在單倍體人基因組中重復達30萬-50萬次，約占人基因組的3-6％Alu序列分散在整個人體或其他哺乳動物基因組中，在間隔區DNA，內含子中都發現有Alu序列，平均每5kbDNA就有一個Alu順序中度重復順序——Alu家族Alu家族每個成員的長度約300bp每個單位長度中有一個限制性內切酶Alu的切點（AG↓CT），Alu可將其切成長130和170bp的兩段，因而定名為Alu序列（或Alu家族）中度重復順序——Alu家族序列分析表明：人類Alu順序是由兩個約130bp的正向重復構成的二聚體，而在第二個單體中有一個31bp的插入序列，該插入序列在Alu家族的不同成員之間核苷酸順序相似但不相同每個Alu順序兩側為6-20bp的正向重復順序（側翼重復順序），不同的Alu成員的側翼重復順序也各不相同中度重復順序——Alu家族中度重復順序——Alu家族Alu家族的功能是多方面的：可能參與hnRNA的加工與成熟與遺傳重組及染色體不穩定性有關有形成Z-DNA的能力可能具有轉錄調節作用rRNA基因真核生物rRNA基因的重復次數多真核生物有四種rRNA（18S、28S、5S、5.8SrRNA）基因組中18S、28S和5.8SrRNA基因在同一轉錄單位，重復約5000次5SrRNA在低等真核生物（如：酵母）中也和18S、28SrRNA在同一轉錄單位；而在高等生物中，5SrRNA是單獨轉錄的，而且其在基因組中的重復次數高于18S和28SrRNA基因真核生物rRNA基因結構

rRNA基因rRNA基因通常集中成簇存在，而不是分散于基因組中，這樣的區域稱為rDNA區染色體的核仁組織區（nucleolusorganizerregion）就是rDNA區rRNA基因人類的rRNA基因位于13,14,15,21和22號染色體的核仁組織區每個核仁組織區平均含有50個rRNA基因的重復單位5SrRNA基因似乎全部位于1號染色體（1q42-43）上每單倍體基因組約有1000個5SrRNA基因tRNA基因tRNA基因的準確重復次數比較難以估計在非洲爪蟾中約有300個拷貝由tRNAmet,tRNAphe,tRNAtrp及其它tRNA基因組成的3.18kb的串聯重復單位在人體單倍基因組中約有1000-2000個tRNA基因，由50-60種tRNA基因編碼，每種平均重復20-30次組蛋白基因組蛋白基因在各種生物體內重復的次數不一樣，但都在中度重復的范圍內通常每種組蛋白的基因在同一種生物中拷貝數是相同的不同生物中組蛋白基因在基因組中的排列不一樣組蛋白基因沒有一定的排列方式，而在拷貝數高等生物基因組中（>100拷貝），大部份組蛋白基因串聯重復形成基因簇組蛋白基因盡管組蛋白基因在基因組中的排列和分布在不同生物之間相差甚大H2B-H2A-H4-H3-H1果蠅H1-H4-H2B-H3-H2A海膽但所有組蛋白基因都不含內含子，而且組蛋白基因序列都很相似，從而編碼的組蛋白在結構上和功能上也極為相似

組蛋白基因基因組中存在大量重復序列用以編碼組蛋白是有其重要意義的DNA復制時，組蛋白也要成倍增加，而且往往在DNA合成一小段后，組蛋白馬上就要與其相結合，這要求在較短的時間內合成大量的組蛋白，因而需要有大量的組蛋白基因存在高度重復序列

highrepeatedsequence高度重復序列在基因組中重復頻率高，可達百萬（106）以上，因此復性速度很快在基因組中所占比例隨種屬而異，約占10-60％，在人基因組中約占20％。高度重復順序又按其結構特點分為三種

高度重復序列

種類反向重復序列

衛星DNA

較復雜的重復單位組成的重復順序

衛星DNA

satelliteDNA重復順序：由2-10bp組成重復單位，重復單位成串排列而成由于這類序列的堿基組成不同于其他部份，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開，因而稱為衛星DNA（或隨體DNA）在人細胞組中，衛星DNA約占5-6％，按其浮力密度不同，人的衛星DNA可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種

衛星DNA果蠅的衛星DNA順序已經搞清楚，可分為三類，這三類衛星DNA都是由7bp組成的高度重復順序：

衛星Ⅰ為：5’ACAACTT3’衛星Ⅱ為：5’ACAAATT3’蟹的衛星DNA為只有AT兩個堿基的重復順序組成

基因家族與假基因

真核基因組的另一特點就是存在基因家族（multigenefamily）多基因家族是指基因組中許多來源相同、結構相似、功能相關的一組基因

基因家族與假基因基因家族大致可分為兩類：一類是：基因家族成簇地分布在某一條染色體上，其可同時發揮作用，合成某些蛋白質（如：組蛋白基因家族就成簇地集中在第7號染色體長臂3區2帶到3區6帶區域內）另一類是：一個基因家族的不同成員成簇地分布不同染色體上，這些不同成員編碼一組功能上緊密相關的蛋白質（如珠蛋白基因家族）____分散式基因簇

基因家族與假基因在基因家族中，某些成員并不產生有功能的基因產物，這些基因稱為假基因（pseudogene）假基因與有功能的基因同源，原來可能也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或點突變等，使這一基因失去活性，成為無功能基因自私DNA（selfishDNA）

在哺乳動物包括人體基因組中，存在著大量的非編碼順序。這些順序中，只有很小一部份具有重要的調節功能，絕大部部分都沒有什么特殊功用。在這些DNA序列中雖然積累了大量缺失，重復或其他突變，但對生物并沒有什么影響，它們的功能似乎只是自身復制，所以人們稱這類DNA為自私DNA或寄生DNA（parasiteDNA）。自私DNA也許有重要的功能，但目前我們還不了解

染色質(體)結構染色質結構：一級結構：核小體（真核生物的基本單位）二級結構：螺線管三級結構：超螺線體四級結構：染色單體1974年，Kornberg發現核小體核小體是所有真核生物染色體的基本結構單位每個核小體單位包括２００bp左右的ＤＮＡ和一個組蛋白八聚體（H2A、H2B、H3、H4各兩個）以及一個分子的組蛋白Ｈ１組成8個組蛋白組成4個異源二聚體:2個H2A-H2B二聚體;2個H3-H4二聚體H3-H4相互結合成中央形成4聚體,兩個H2A-H2B位于H3-H4四聚體的外側染色體的包裝二級結構：螺線體三級結構：超螺線體四級結構：染色單體染色體：細胞中期出現的形態染色單體著絲粒端粒染色體的高級結構對復制、轉錄等是否有影響？染色體處于凝集狀態即異染色質（heterochromatin）狀態時，轉錄因子不能結合，不能引發轉錄。只有當染色體處于松弛狀態，才可能發生轉錄。目前認為染色體狀態的改變是通過對構成染色體骨架的核心組蛋白（corehistone）的修飾完成的。組蛋白的修飾由多種類型，主要的有甲基化/去甲基化，乙酰化/去乙酰化等等。組蛋白的甲基化或是去乙酰化可以使組蛋白與染色體緊密結合，使轉錄因子無法結合而無法起始轉錄，反向修飾則激活轉錄。有些修飾是可以長期保持，比如對組蛋白上的賴氨酸的甲基化修飾，需要緩慢地替換組蛋白或是DNA復制來消除。但是染色體區域處于打開狀態只是滿足轉錄起始的基本條件，打開區域的基因是否轉錄還依賴于其它因素，比如啟動子的甲基化狀態、是否有合適的轉錄因子，以及其它順式作用元件的影響。2.2DNA的結構DNA為什么能作為遺傳物質？1.thymineisappropriateforDNAwheremaintainingsequencewithhighfidelityismorecritical(如右圖）

2.堿基配對中A=U的穩定性比A=T的穩定性差，這樣就保證了RNA轉錄過程中RNA與DNA的雜化鏈不如DNA雙鏈穩定，RNA轉錄后容易被DNA替代而脫落。而DNA雙鏈可以穩定結合3.Uracilisenergeticallylessexpensivetoproducethanthymine

DNA的一級結構

定義：核苷酸排列順序，或稱堿基排列順序。核苷酸排列順序，或稱堿基排列順序。5’-ATCGGCTAAGGCTCCGACGA--3’3’-TAGCCGATTCCGAGGCTGCT--5’絕大多DNA分子都是兩條互補的單鏈構成，只有少數是以單鏈存在Nature原文及DNA雙螺旋結構發現50周年慶典Web資源巡禮Z-DNA對基因轉錄具有調控作用調控基因轉錄的的兩個模式：Watson-CrickDNA分子結構模型A是一個三鏈結構BDNA雙股鏈的走向是反向平行的C堿基A和G配對D堿基之間共價結合E磷酸戊糖主鏈位于DNA螺旋內側在DNA的雙螺旋模型中A兩條多核苷酸鏈完全相同B一條鏈是左手螺旋,另一條鏈是右手螺旋CA+G/C+T的比值為1DA+T/G+C的比值為1E兩條鏈的堿基之間以共價鍵結合答案：BCDNA的一級結構是指:A各核苷酸中核苷與磷酸的連鍵性質BDNA分子由數目龐大的C、A、U、G四種核苷酸通過3',5'-磷酸二酯鍵連接而成C各核苷酸之間的連鍵性質及核苷酸的排列順序D核糖與含氮堿基的連鍵性質EDNA的雙螺旋結構DNA雙螺旋的每一螺距(以B-DNA為例)為:A4.46nmB4.5nmC5.4nmD3.4nmE0.34nm答案：CD自然界游離核苷酸中的