分子生物学第二章染色体与.ppt

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1、分子生物学第二章染分子生物学第二章染色体与色体与现在学习的是第1页，共40页(Courtesy figure from Annunziato et al., 2008)现在学习的是第2页，共40页第一节第一节 染色体染色体由于亲代能够将自己的遗传物质DNA以染色体的形式传给子代，保持物种的稳定性和连续性。因此，人们普遍认为染色体在遗传上起着主要作用。人类22对染色体及性染色体性染色体扫描电镜图现在学习的是第3页，共40页第一节第一节 染色体染色体1.1 染色体概述：发现及命名： 19世纪中叶，细胞生物学家在光学显微镜下，在细胞分裂时观察到存在于细胞核中的棒状可染色结构并将其命名为染色体。染色体

2、成分： DNA和蛋白质现在学习的是第4页，共40页第一节第一节 染色体染色体染色体与染色质 染色体与染色质是同一种物质的两种形态。为什么？伸展的染色质形态有利于在它上面的DNA储存的信息的表达，高度螺旋化的棒状染色体则有利于细胞分裂中遗传物质的平分。左图为人类染色体，在光镜下即可观察其形态，右图为电镜图片，可见不规则的染色质。现在学习的是第5页，共40页第一节第一节 染色体染色体1.2 真核细胞染色体的组成：其具体组成成分为：在真核细胞染色体中，蛋白质与相应DNA的质量之比约为2:1，这些蛋白质在维持染色体结构中起着重要作用。组蛋白： H1 H2A H2B H3 H4非组蛋白核小体DNA蛋白质

3、染色体现在学习的是第6页，共40页第一节第一节 染色体染色体1.2.1 蛋白质 组蛋白： 组蛋白是染色体的结构蛋白，其与DNA组成核小体。根据其凝胶电泳性质可将其分为H1、H2A、H2B、H3及H4。现在学习的是第7页，共40页第一节第一节 染色体染色体 组蛋白的特性： 进化上极端保守性。 无组织特异性。 富含赖氨酸的特殊组蛋白H5。 肽链上氨基酸分布的不对称性。 组蛋白的修饰作用。1.2.1 蛋白质现在学习的是第8页，共40页第一节第一节 染色体染色体 进化上极端保守性： 保守程度从高到低依次为： H3=H4H2B=H2AH1 不同种生物组蛋白的氨基酸组成十分相似。牛、猪、大鼠的H4氨基酸序

4、列完全相同，与豌豆序列相比也只有两个氨基酸的差异。现在学习的是第9页，共40页第一节第一节 染色体染色体 到目前为止，仅发现鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是鱼精蛋白。无组织特异性。富含赖氨酸的特殊组蛋白H5 富含赖氨酸（24%）；还富含16%丙氨酸、13%丝氨酸、11%精氨酸。现在学习的是第10页，共40页第一节第一节 染色体染色体 碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上。例如，N端的半条链上净电荷为+16，C端只有+3，大部分疏水基团都分布在C端。肽链上氨基酸分布的不对称性现在学习的是第11页，共40页第一节第一节 染色体染色体 组蛋白游离在外的N-端可以

5、发生如甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、腺苷酸化及ADP核糖基化等的修饰。修饰作用只发生在细胞周期的特定时间和组蛋白的特定位点上。 H3、H4的修饰作用较普遍。组蛋白的修饰作用现在学习的是第12页，共40页第一节第一节 染色体染色体现在学习的是第13页，共40页第一节第一节 染色体染色体 非组蛋白 非组蛋白占组蛋白总量的6070%，主要包括酶类、与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等。 非组蛋白的多样性：非组蛋白种类约在20-100种之间，其中常见的有15-20种。 非组蛋白的组织专一性和种属专一性。现在学习的是第14页，共40页第一节第一

6、节 染色体染色体 几类常见的非组蛋白： HMG蛋白。富含赖氨酸、精氨酸、谷氨酸与天冬氨酸，一般认为可能与DNA的超螺旋结构有关。 DNA结合蛋白。可能是一些与DNA的复制与转录有关的酶或调解物质。 A24非组蛋白。与H2A差不多大小，呈酸性，含谷氨酸与天冬氨酸多，于核小体内，功能不详现在学习的是第15页，共40页第一节第一节 染色体染色体不重复序列：在单倍体基因组里，这些序列一般只有一个或几个拷贝，它占DNA总量的40%80%。不重复序列长约7502000bp，相当于一个结构基因的长度。单拷贝基因通过基因扩增仍可合成大量的蛋白质 。如蚕丝心蛋白基因。中度重复序列：这类重复序列的重复次数在101

7、04之间，占总DNA的10%40%。各种rRNA、tRNA 及组蛋白基因等都属这一类。 1.2.2 真核生物基因组DNA现在学习的是第16页，共40页第一节第一节 染色体染色体高度重复序列：卫星DNA。 这类DNA只在真核生物中发现，占基因组的10%60%，由6100个碱基组成，在DNA链上串联重复几百万次。由于碱基的组成不同，在CsCl密度梯度离心中易与其他DNA分开，形成含量较大的主峰及高度重复序列小峰，后者又称卫星区带（峰）。现在学习的是第17页，共40页第一节第一节 染色体染色体真核细胞基因组最大的特点是有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开。 C值

8、：一种生物单倍体基因组DNA的总量。C值反常现象现在学习的是第18页，共40页第一节第一节 染色体染色体1.2.3 染色质和核小体 四级分别为：核小体螺线管超螺旋圆筒染色单体现在学习的是第19页，共40页第一节第一节 染色体染色体核小体 核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的。八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体的外面。每个核小体只有一个H1。 在核小体中DNA盘绕组蛋白八聚体核心，从而使分子收缩成1/7，200bpDNA的长度约为68nm，却被压缩在10nm的核小体中。 核小体串联起来形成10nm纤维。现在学习的是第20页，共4

9、0页第一节第一节 染色体染色体螺线管 螺线管每一螺旋包含6个核小体，压缩比为6。 这种螺线管是分裂间期和分裂前期染色体的基本组分。现在学习的是第21页，共40页第一节第一节 染色体染色体超螺旋圆筒由30nm的螺线管缠绕而成，压缩比为40。染色单体染色单体由超螺旋圆筒再压缩5倍而成。现在学习的是第22页，共40页第一节第一节 染色体染色体染色质形成过程中长度与宽度的变化现在学习的是第23页，共40页第一节第一节 染色体染色体1.3 原核生物基因组：原核生物基因组很小，大多只有一条染色体，且DNA含量少。如大肠杆菌DNA仅4.6Mb，完全伸展总长约为1.3mm，含4000多个基因。现在学习的是第2

10、4页，共40页第一节第一节 染色体染色体从基因组的结构来看，原核细胞DNA有如下特点： 结构简练。非编码序列极少，这与真核细胞DNA冗余现象完全不同。 存在转录单元。多顺反子mRNA。 有重叠基因。同一段DNA含有两种不同蛋白质的信息现在学习的是第25页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构现在学习的是第26页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构Watson和Crick于1953年提出了著名的DNA双螺旋模型。 DNA又称脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）。现在学习的是第27页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构2.1 一级结构组成DNA分子的基本单位

11、20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。碱碱 基基T磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖AGC脱氧核苷酸的结构现在学习的是第28页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构l4种脱氧核苷酸ACT腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸G现在学习的是第29页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构 这些脱氧核苷酸是如何连接成DNA长链的呢？脱氧核苷酸链的结构现在学习的是第30页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构 DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构呢？双链DNA分子的

12、结构现在学习的是第31页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构 DNA一级结构特点：现在学习的是第32页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构DNA一级结构特点： DNA分子由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成。 DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。 两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，它的组成有一定的规律。这就是A与T，G与C配对。由于碱基可以任何顺序排列，构成了DNA分子的多样性。现在学习的是第33页，共40页 DNA的二级结构 DNA二级结构是指两条多核苷酸链反相平行盘绕所生成的双螺旋盘绕结构。 DNA有三种构象：A-DNA、B-

13、DNA、Z-DNA第二节第二节 DNA的结构的结构现在学习的是第34页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构 B-DNA特点： 螺旋直径2nm 链间有螺旋形凹槽，较小的为小沟（1.2nm），较大的为大沟（2.2nm） 碱基间距0.34nm 每轮碱基数10 碱基平面与纵轴垂直现在学习的是第35页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构DNA双链的变性和复性变性的本质：核酸变性指双螺旋区氢键断裂、空间结构破坏，形成单链状态的过程。变性只涉及次级键的变化，磷酸二酯键的断裂称核酸降解。现在学习的是第36页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构 变性后性质的改变核酸变性后，260nm的紫外吸收

14、值明显增加，称增色效应。同时粘度下降，浮力密度升高，生物学功能部分或全部丧失，这些可以用于判断核酸的变性程度。现在学习的是第37页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构 溶解温度（Tm值） 吸光度增加约40后，变化趋于平坦，说明两链已完全分开。这表明DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。因此，待紫外吸收的增加且达最大增量一半时的温度值称熔解温度（Tm）或DNA的熔点（Tm值）。现在学习的是第38页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构 影响Tm的因素： G-C对含量。Tm值与G+C含量成正比。因为G-C对含3个氢键A-T对含2个氢键，G-C对相对含量愈高、Tm也愈高。 溶液的离子强度。离子强度较低的介质中，Tm较低。 溶液的pH。高PH下碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力，PH大于11.3时，DNA完全变性。PH低于5.0时，DNA易脱嘌呤。现在学习的是第39页，共40页第二节第二节 DNA的结构的结构DNA的高级结构指DNA双螺旋进一步扭曲盘旋所形成的特定空间结构。超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋和负超螺旋两类，它们在不同类型的拓扑异构酶作用下或特殊情况下可相互转变，如：拓扑异构酶溴乙啶拓扑异构酶溴乙啶负超螺旋正超螺旋松弛DNA现在学习的是第40页，共40页