第二章DNA與染色體第1頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二、染色體的結(jié)構(gòu)和組成1、染色體概述

染色體(chromosome)之所以稱為染色體，是因?yàn)樗鼙粔A性染料染色，而細(xì)胞的其他組成分都不能被堿性染料染色的緣故。細(xì)胞內(nèi)的DNA主要在染色體上，所以染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體。染色體由DNA和蛋白質(zhì)兩大部分組成。第2頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月人類的全部染色體第3頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月人類基因組各條染色體中堿基對(duì)數(shù)量和功能基因數(shù)量對(duì)照表（基因組是細(xì)胞內(nèi)單套染色體及其上的基因)第4頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

染色體存在于真核細(xì)胞內(nèi)的核仁內(nèi)，呈線性結(jié)構(gòu)。細(xì)胞分裂時(shí)，每條染色體都復(fù)制生成一條與母鏈完全一樣的子鏈，形成同源染色體對(duì)。染色體只有在細(xì)胞有絲分裂過程中才可見，而在分裂間期，則以松散的染色質(zhì)形式存在于胞核中。原核細(xì)胞和真核細(xì)胞染色體在結(jié)構(gòu)和組成上均有差別。原核細(xì)胞一般情況下只含一條染色體，基因序列與其編碼的蛋白質(zhì)序列基本呈線性對(duì)應(yīng)。細(xì)菌DNA是一條相對(duì)分子質(zhì)量在109左右共價(jià)閉合雙鏈分子，通常也稱為染色體。

第5頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2、真核細(xì)胞染色體的組成

2.1染色質(zhì)和核小體

染色質(zhì)的電子顯微鏡圖顯示出由核小體組成的念珠狀結(jié)構(gòu)，可以看到由一條細(xì)絲連接著的一連串直徑為10nm的球狀體。核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個(gè)分子生成的八聚體和由大約200bpDNA組成的。

第7頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月核小體單元的產(chǎn)生第8頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月雙螺旋DNA經(jīng)過一系列包裝成為染色體的過程30nm的染色體結(jié)構(gòu)第9頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2染色體中的核酸組成

同類生物不同種屬之間DNA總量變化很大橫坐標(biāo)為C值（value-paradox），指一種生物單倍體基因組DNA的總量。2.2.1不同的生物DNA的量不同第10頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月編碼每種生物所需DNA的最低值生物越高等所需DNA的量越大第11頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2真核細(xì)胞的DNA序列大致可分為3類不重復(fù)序列

中度重復(fù)序列

高度重復(fù)序列－－衛(wèi)星DNA編碼rRNA的基因上18S/5.8S/28S/間隔區(qū)組成的單位在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)許多次（中度重復(fù)序列）第12頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月鼠染色體經(jīng)原位雜交放射自顯影后示衛(wèi)星DNA的位置（黑色區(qū)域）第13頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3染色體中的蛋白質(zhì)染色體上的蛋白質(zhì)包括組蛋白和非組蛋白2.3.1組蛋白（histonesprotein

）組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，它與DNA組成核小體。通常可以用2mol/LNaCl或0.25mol/L的HCl/H2SO4處理使組蛋白與DNA分開。組蛋白分為H1、H2A、H2B、H3及H4。第14頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月H1、H2A、H2B、H3及H4。這些組蛋白都含有大量的賴氨酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含賴氨酸；H2A、H2B介于兩者之間。第15頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月組蛋白的一般特性：進(jìn)化上的極端保守性——在物種進(jìn)化的歷程中沒有出現(xiàn)太大的變化。無組織特異性（組織特異性：特定的生物體組織中含有特定的某種組蛋白）肽鏈上氨基酸分布的不對(duì)稱性

（堿性氨基酸和酸性氨基酸在其肽鏈上不是均勻或?qū)ΨQ分布）組蛋白的修飾作用——被活性基團(tuán)修飾。富含賴氨酸的組蛋白H5。第16頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2非組蛋白（non-histoneprotein，NHP

）是指染色體中組蛋白以外的其它蛋白質(zhì)，它是一大類種類繁雜的各種蛋白質(zhì)的總稱。

非組蛋白的一般特性：非組蛋白的多樣性。非組蛋白的量大約是組蛋白的60%～70%，但它的種類卻很多，約在20-100種之間，其中常見的有15-20種。

非組蛋白的組織專一性和種屬專一性。

第17頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月幾類常見的非組蛋白HMG蛋白（highmobilitygroupprotein）。這是一類能用低鹽（0.35mol/LNaCl）溶液抽提、能溶于2%的三氯乙酸、相對(duì)分子質(zhì)量較低的非組蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量都在3.0×104以下。DNA結(jié)合蛋白（與DNA結(jié)合緊密）。用2mol/LNaCl除去全部組蛋白和70%非組蛋白后，還有一部分蛋白必須用2mol/LNaCl和5mol/L尿素才能與DNA解離。這些蛋白分子量較低，約占非組蛋白的20%，染色質(zhì)的8%。

A24非組蛋白。第18頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3、原核生物與真核生物染色體DNA比較1.原核生物中一般只有一條染色體且大都帶有單拷貝基因，只有很少數(shù)基因〔如rRNA基因〕是以多拷貝形式存在；2.

整個(gè)染色體DNA幾乎全部由功能基因與調(diào)控序列所組成；

3.幾乎每個(gè)基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列呈線性對(duì)應(yīng)狀態(tài)。

第19頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月4、原核生物基因組從基因組的組織結(jié)構(gòu)來看：結(jié)構(gòu)簡練存在轉(zhuǎn)錄單元有重疊基因第20頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

親代雙鏈DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分別以各單鏈DNA分子為模板，聚合與自身堿基可以互補(bǔ)配對(duì)的游離的dNTP,

合成出兩條與親代DNA分子完全相同的子代DNA分子的過程。●

復(fù)制子（Replicon）；又稱復(fù)制單位或復(fù)制元DNA中含有一定復(fù)制起點(diǎn)和復(fù)制終點(diǎn)的復(fù)制單位

1.3萬～90萬不等三、DNA的復(fù)制第22頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月●復(fù)制體（Replisome）復(fù)制叉處的許多酶和蛋白組成的復(fù)合體，協(xié)同作用合成DNA第23頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA復(fù)制在細(xì)胞周期的S期E.coli37℃0.5h105bp/minmammaliancell500-5000bp/min第24頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1DNA的半保留復(fù)制

（Semi-ConservationReplication）1958Meselson-stahl設(shè)計(jì)的CsCl超離心試驗(yàn)證實(shí)了

DNA復(fù)制的這一特性概念：復(fù)制過程中各以雙螺旋DNA的其中一條鏈為模

板合成其互補(bǔ)鏈，新生的互補(bǔ)鏈與母鏈構(gòu)成子

代DNA分子第25頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月15N標(biāo)記實(shí)驗(yàn)·細(xì)胞生長在15N標(biāo)記培養(yǎng)基中·轉(zhuǎn)入正常N源培養(yǎng)基中·分離各代DNA·分析各代DNA的浮力密度15N標(biāo)記DNA未標(biāo)記DNACsCL密度梯度離心浮力密度

N15－DNA1.742g/mlN15－N14－DNA1.717g/mlN14－DNA1.710g/ml第26頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.2復(fù)制起點(diǎn)、方向和速度

復(fù)制起點(diǎn)（復(fù)制原點(diǎn)）復(fù)制開始處DNA分子的特定位置——復(fù)制叉原核生物（Prokaryote）：單復(fù)制起點(diǎn)即－－整個(gè)染色體只有一個(gè)復(fù)制單位（復(fù)制子）

第27頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月領(lǐng)頭鏈leadingstrand——合成方向與復(fù)制叉解鏈方向相同，并可連續(xù)合成的子鏈。隨從鏈laggingstrand——合成方向與復(fù)制叉解鏈方向相反，并且是不連續(xù)合成的子鏈。

岡崎片段okazakifragment——

在DNA復(fù)制過程中，隨從鏈上初合成的不連續(xù)的DNA片段。半不連續(xù)性復(fù)制——在DNA復(fù)制過程中，領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制。

第29頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

真核生物（Eukaryote）:多復(fù)制起點(diǎn)即一個(gè)genome中有多個(gè)復(fù)制單位第30頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月Replicationfork第31頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)制叉（Replicationfork）：染色體中參與復(fù)制的活性區(qū)域，即復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn)

復(fù)制方向（復(fù)制過程的順序性）

復(fù)制眼（replicationeye）：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的DNA，復(fù)制的區(qū)域形如一只眼睛第32頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物的多復(fù)制子多個(gè)復(fù)制眼第33頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月單雙向復(fù)制取決于起點(diǎn)處有一個(gè)還是兩個(gè)復(fù)制叉

單向復(fù)制

雙向復(fù)制第35頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)制速度3H標(biāo)記10min后復(fù)制的長度取消標(biāo)記后10min復(fù)制的長度標(biāo)記和取消標(biāo)記后兩個(gè)方向復(fù)制的長度相等雙向等速復(fù)制第36頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3DNA復(fù)制的多模式單起點(diǎn)、單方向（原核）多起點(diǎn)、單方向（真核）單起點(diǎn)、雙方向（原核）多起點(diǎn)、雙方向（真核）3.3.1線性DNA雙鏈的復(fù)制第37頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）Theta型復(fù)制雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制眼可以形成一種θ結(jié)構(gòu)，形狀像希臘字母θ，因而叫θ型復(fù)制。3.3.2環(huán)狀DNA雙鏈的復(fù)制第38頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月熱鏈（標(biāo)記鏈）冷鏈（非標(biāo)記鏈）第39頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

AreplicationeyeformsathetastructureincircularDNA.第40頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)滾環(huán)型復(fù)制（rollingcirclereplication）單向復(fù)制的特殊方式大多數(shù)以對(duì)稱方式進(jìn)行——即兩條鏈同時(shí)復(fù)制。但也有一定時(shí)期內(nèi)DNA只復(fù)制一條鏈的情況。由于復(fù)制時(shí)產(chǎn)生的滾環(huán)結(jié)構(gòu)形狀象σ，又稱σ復(fù)制

病毒、細(xì)菌因子

第41頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

（3）置換式（Displacementform

）又稱D環(huán)復(fù)制

兩條鏈的合成高度不對(duì)稱,一條鏈迅速合成出互補(bǔ)鏈,另一條則形成游離的單鏈環(huán)(D-環(huán))

線粒體和葉綠體

DNA的復(fù)制方式第42頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4原核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)（大腸桿菌：雙鏈環(huán)狀）?四個(gè)9bp的重復(fù)序列

dnaA結(jié)合位點(diǎn)?三個(gè)13bp的重復(fù)序列DNA復(fù)制的起始區(qū)第43頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）DNA雙螺旋的解旋在多種蛋白質(zhì)及酶的參與下DNA雙鏈解開，形成復(fù)制叉的復(fù)雜過程。重要的酶和蛋白質(zhì)：第45頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）DNA復(fù)制的引發(fā)DNARNA引物新DNA鏈先導(dǎo)鏈需一個(gè)引物RNA鏈，而滯后鏈需要若干引物RNA。引發(fā)前體引發(fā)酶共同作用引發(fā)體RNA引物新DNA鏈第46頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）DNA復(fù)制的終止第48頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月

DNA聚合酶（DNApolymerase）是細(xì)胞復(fù)制DNA的重要作用酶。

DNA聚合酶,以DNA為復(fù)制模板，將DNA由5'端點(diǎn)開始復(fù)制到3'端的酶。

DNA聚合酶的主要活性是催化DNA的合成（在具備模板、引物、dNTP等的情況下）及其相輔的活性。DNA聚合酶第49頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.5真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)第51頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月3.6DNA復(fù)制的調(diào)控復(fù)制叉數(shù)量決定復(fù)制起始頻率，復(fù)制起始頻率受控于蛋白質(zhì)和RNA。第52頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月四、DNA的修復(fù)（DNArepairing）

是細(xì)胞對(duì)DNA受損傷后的一種反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新能執(zhí)行它原來的功能。但有時(shí)并非能完全消除DNA的損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受DNA的損傷而可以繼續(xù)生存。也許這些未能完全修復(fù)而留存下來的損傷會(huì)在適合的條件下顯示出來（如細(xì)胞的癌變等），但如果細(xì)胞不具備這些修復(fù)功能，就無法對(duì)付經(jīng)常發(fā)生的DNA損傷事件，細(xì)胞就不能生存。第55頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA分子的自發(fā)性損傷1、DNA復(fù)制中的錯(cuò)誤以DNA為模板按鹼基配對(duì)進(jìn)行DNA復(fù)制是一個(gè)嚴(yán)格而精確的事件，但也不是完全不發(fā)生錯(cuò)誤的。2、DNA的自發(fā)性化學(xué)變化生物體內(nèi)DNA分子可以由于各種原因發(fā)生變化，至少有：①堿基的異構(gòu)互變；②堿基的脫氨基作用；③脫嘌呤與脫嘧啶；④堿基修飾與鏈斷裂

第56頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月物理因素引起的DNA損傷

1、紫外線引起的DNA損傷當(dāng)DNA受到最易被其吸收波長（～260nm）的紫外線照射時(shí)，主要是使同一條DNA鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體。2、電離輻射引起的DNA損傷電離輻射損傷DNA有直接和間接的效應(yīng)，直接效應(yīng)是DNA直接吸收射線能量而遭損傷；間接效應(yīng)是指DNA周圍其他分子（主要是水分子）吸收射線能量產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的自由基進(jìn)而損傷DNA。損傷包括：①堿基變化;②脫氧核糖變化;③DNA鏈斷裂;④交聯(lián)。第57頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)因素引起的DNA損傷1、烷化劑對(duì)DNA的損傷①堿基烷基化;②堿基脫落;③斷鏈;④交聯(lián)2、堿基類似物、修飾劑對(duì)DNA的損傷

如:人工可以合成一些堿基類似物用作促突變劑或抗癌藥物，如5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2-氨基腺嘌呤（2-AP）等。還有一些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)能專一修飾DNA鏈上的堿基或通過影響DNA復(fù)制而改變堿基序列，例如亞硝酸鹽能使C脫氨變成U，經(jīng)過復(fù)制就可使DNA上的G-C變成A-T對(duì)。第58頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第59頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA損傷的修復(fù)機(jī)制:（一）錯(cuò)配修復(fù)（mismatchrepair）：在含有錯(cuò)配堿基的DNA分子中，使正常核苷酸序列恢復(fù)的修復(fù)方式。修復(fù)的過程是：識(shí)別出正確的鏈，切除掉不正確的部分，然后通過DNA聚合酶和DNA連接酶的作用，合成正確配對(duì)的雙鏈DNA。第60頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1、參與錯(cuò)配修復(fù)的酶與蛋白質(zhì)Dam甲基化酶:

使5’-GATC序列中的腺苷酸甲基化，使發(fā)生錯(cuò)配時(shí)修復(fù)。

MutH、MutL、MutS蛋白：DNA錯(cuò)配修復(fù)蛋白解螺旋酶Ⅱ;DNA聚合酶Ⅲ;外切酶Ⅰ、Ⅹ、Ⅶ；RecJ核酸酶：作用于單鏈DNA，沿5′→3′方向催化去除單磷酸脫氧核苷酸。DNA連接酶（PolⅢ）；DNA復(fù)制所需的一種聚合酶。SSB：一種單鏈結(jié)合蛋白，可以牢牢地結(jié)合在單鏈DNA上，這不但可避免拆開的DNA雙鏈再合攏，也可保護(hù)復(fù)制中的DNA單鏈部分不被核酸酶降解。

第61頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月MutS識(shí)別并結(jié)合于堿基錯(cuò)配處MutH-MutL二聚體結(jié)合后沿兩個(gè)方向移動(dòng)，形成DNA環(huán)，直至遭遇半甲基化的CTAG。MutH在CTAG的5’-端切開一個(gè)切口，核酸外切酶Ⅰ、Ⅶ沿3’→5’方向切除含配錯(cuò)堿基的新鏈DNA聚合酶Ⅲ補(bǔ)缺，DNA連接酶連接切口。高度耗能的錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配第62頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)堿基的切除修復(fù)（base-excisionrepair）修復(fù)由于堿基變化引起的受損核苷酸。a、堿基脫氨反應(yīng)b、核苷酸脫嘌呤反應(yīng)第64頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)堿基的切除修復(fù)（base-excisionrepair）（a）DNA糖基化酶切除損傷的堿基產(chǎn)生無堿基酸（b）無堿基核酸內(nèi)切酶無堿基酸處切開產(chǎn)生切口。（c）DNA聚合酶Ⅰ將無堿基酸切除并填補(bǔ)缺口。（d）DNA連接酶連接切口。AP位點(diǎn)第65頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）核苷酸

的切除修復(fù)DNA解螺旋酶第66頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）重組修復(fù)又叫復(fù)制后修復(fù)：發(fā)生在復(fù)制之后。復(fù)制時(shí)，跳過損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈彌補(bǔ)，然后用新合成的序列補(bǔ)上母鏈空缺。原損傷部位并沒有切除,但在后代逐漸稀釋。第67頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（六）DNA的直接修復(fù)第68頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶結(jié)合于損傷部位3、酶被可見光激活4、修復(fù)后酶被釋放DNA紫外線損傷的光復(fù)合酶修復(fù)第70頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第71頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（七）SOS反應(yīng)和誘導(dǎo)修復(fù)（易錯(cuò)修復(fù)）SOS反應(yīng)：細(xì)胞DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷或DNA復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急狀態(tài)下，為求生存而出現(xiàn)的應(yīng)急反應(yīng)。SOS反應(yīng)包括:避免差錯(cuò)的修復(fù)能力增強(qiáng)誘導(dǎo)產(chǎn)生無校正功能的DNA聚合酶合成抑制細(xì)胞分裂SOS反應(yīng)是生物在不利環(huán)境中求得生存的一種基本功能。對(duì)原核生物它產(chǎn)生高變異，對(duì)高等動(dòng)物則是致癌的。第72頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月五、DNA重組與轉(zhuǎn)座5.1DNA重組5.1.1概念：是指由于不同DNA鏈的斷裂和連接而產(chǎn)生的DNA片段的交換和重新組合，形成新的DNA分子的過程。5.1.2意義：重組是遺傳學(xué)的靈魂，沒有重組就沒有生物的進(jìn)化；沒有重組也就沒有現(xiàn)代的分子克隆技術(shù)。第73頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2DNA重組的類型5.2.1同源重組（HomologousRecombination）5.2.2位點(diǎn)特異性重組（Site-specificRecombination）第74頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述1、定義：兩個(gè)DNA分子同源序列（指從某一共同祖先經(jīng)過趨異進(jìn)化而形成的不同序列。）之間進(jìn)行的重組2、條件：（1）兩個(gè)DNA分子有同源序列

（相關(guān)的酶可以用任何一對(duì)同源序列為底物）（2）兩個(gè)DNA分子必須緊密接觸3、發(fā)生：真核生物:非姐妹染色單體交換相對(duì)應(yīng)的區(qū)域。原核生物:依賴RecA蛋白（重組蛋白類），并形成

Holliday結(jié)構(gòu)。（見下圖）5.2.1同源重組（HomologousRecombination）第75頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月切口交叉封口鏈位移彎曲兩臂旋轉(zhuǎn)切開相反鏈切開同一鏈Holiday模型（1964年，美國）

第76頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月二、大腸桿菌同源重組的分子基礎(chǔ)（一）RecA1、作用：可促進(jìn)單鏈同化或單鏈吸收

RecA具有使DNA單鏈置換雙鏈中同源鏈的能力2、單鏈同化發(fā)生的三個(gè)條件（1）其中一個(gè)DNA必須存在單鏈區(qū)（2）其中一個(gè)DNA必須有一個(gè)自由3’末端（3）此單鏈區(qū)和3’末端必須位于兩分子之間互補(bǔ)的區(qū)域內(nèi)（二）RecBCD復(fù)合體1、酶的活性：（1）核酸酶（2）解旋酶（3）ATPase2、作用：在Chi位點(diǎn)（RecBCD

的靶序列）處產(chǎn)生含3ˊ游離未端單鏈.（見下圖）第77頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第78頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）Chi位點(diǎn)——RecBCD識(shí)別的靶位點(diǎn)

5'GCTGGTGG3'3'CGACCACC5'

是重組頻率較高的部位

E.coli中每隔約5~10kb有一個(gè)拷貝第79頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月Holliday結(jié)構(gòu)的形成：1.同源序列排列在一起；2.酶切。通過核酸酶和RecBCD蛋白復(fù)合體的作用在一對(duì)同源DNA上產(chǎn)生切口；3.入侵。含有3’端切口的ssDNA（singlestrandDNA）被recA蛋白包裹形成recA蛋白-ssDNA細(xì)絲；RecA-ssDNA細(xì)絲尋找相對(duì)的DNA雙螺旋上的相應(yīng)序列。4.游離端交叉連接，形成Holliday結(jié)構(gòu)5.通過分支遷移產(chǎn)生異源雙鏈DNA。6.空間重排。十字型兩臂旋轉(zhuǎn)180度7.解離(兩種不同方式)8.修補(bǔ)連接第80頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月基因敲除技術(shù)(Geneknockouttechnology)——同源重組的應(yīng)用是80年代后期，應(yīng)用DNA同源重組原理發(fā)展起來的一門新技術(shù)。是指對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)已知但功能未知的基因，從分子水平上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將該基因去除，或用其它順序相近基因取代，然后從整體上觀察實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，推測相應(yīng)基因的功能。第81頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.2位點(diǎn)特異性重組（Site-specificRecombination）不依賴于DNA順序的同源性，而依賴于能與某些酶相結(jié)合的特異的DNA序列的存在。整合的過程（1）具有對(duì)特異性DNA強(qiáng)烈親和力的Int與attP和attB位點(diǎn)結(jié)合。（2）Int的拓?fù)洚悩?gòu)酶活性，使兩條雙鏈各自斷開一條單鏈，瞬間旋轉(zhuǎn)然后交換連接。（3）同時(shí)在另兩條單鏈之間發(fā)生同樣的斷裂重接，從而完成雙鏈間的重組。第82頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3DNA的轉(zhuǎn)座（Transposition）基因組是相對(duì)穩(wěn)定的，基因組中的序列通常處于恒定的位置。因此，我們可以通過構(gòu)建遺傳圖譜(geneticmap)來鑒定已知基因的基因座（基因在染色體上所占的位置

）。在分子水平上，每個(gè)個(gè)體基因組之間的差異主要由重組引起，但轉(zhuǎn)座元件（transposableelement）或轉(zhuǎn)座子（transposons）的存在也可以造成基因組的改變。染色體上的基因座，上方是p臂，下方是q臂。

第83頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.1DNA轉(zhuǎn)座的概念DNA的轉(zhuǎn)座又叫移位，是指DNA從染色體的一個(gè)位置跳到另一個(gè)位置，甚至從一條染色體跳到另一條染色體。是由可移位因子介導(dǎo)的遺傳物質(zhì)的重排現(xiàn)象。第84頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.2轉(zhuǎn)座子的概念及發(fā)現(xiàn)◆轉(zhuǎn)座子(transposon或transposableelement，Tn)是基因組內(nèi)相對(duì)獨(dú)立的、可移動(dòng)序列，它們不必借用噬菌體或質(zhì)粒的形式就可以從基因組的一個(gè)部位直接轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位，這個(gè)過程稱為轉(zhuǎn)座.（transposition）。◆轉(zhuǎn)座子每次移動(dòng)時(shí)攜帶著轉(zhuǎn)座必需的基因一起在基因組內(nèi)躍遷，所以轉(zhuǎn)座子又稱跳躍基因（jumpinggene）。第85頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月◆轉(zhuǎn)座子是基因組的正常組成成分，不以獨(dú)立的形式存在（如噬菌體或質(zhì)粒DNA）。轉(zhuǎn)座的發(fā)生不依賴于轉(zhuǎn)座子和靶位點(diǎn)之間任何的序列同源性，在基因組內(nèi)由一個(gè)部位直接轉(zhuǎn)移到另一個(gè)部位。◆轉(zhuǎn)座以很低的頻率發(fā)生，而且轉(zhuǎn)座子的插入是隨機(jī)的。◆轉(zhuǎn)座子有時(shí)插入到一個(gè)結(jié)構(gòu)基因或基因調(diào)節(jié)序列內(nèi)，引起基因表達(dá)的改變。第86頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)座子也可以引起基因組序列的重排，它們的移動(dòng)也和進(jìn)化有關(guān)轉(zhuǎn)座元件首先是由BarbaraMcClintock于40年代在玉米的遺傳學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)的，她稱之為控制元件（controllingelement），因?yàn)樗粌H能夠在基因組內(nèi)轉(zhuǎn)移，而且還能夠改變基因的活性并引起功能的改變。現(xiàn)在認(rèn)為轉(zhuǎn)座子存在于地球上所有的生物。第87頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月第88頁，課件共101頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3.3轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征最簡單的轉(zhuǎn)座子被稱為插入序列IS（insertionsequences,IS）。不含有任何宿主基因，IS元件是細(xì)菌染色體和質(zhì)粒的正常組成部分。最早被鑒定的轉(zhuǎn)座元件是