第二章：DNA与染色体

3.5 真核生物DNA复制的特点
3.6 DNA复制的调控
复制叉数量决定复制起始频率，复制起始频率受控于蛋 白质和RNA。
四、DNA的修复（DNA repairing）
是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反 应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来 的功能。但有时并非能完全消除DNA的损伤，只 是使细胞能够耐受DNA的损伤而可以继续生存。 也许这些未能完全修复而留存下来的损伤会在适 合的条件下显示出来（如细胞的癌变等），但如 果细胞不具备这些修复功能，就无法对付经常发 生的DNA损伤事件，细胞就不能生存。
DNA分子的自发性损伤
1、DNA复制中的错误 以DNA为模板按硷基配对进行DNA复制是一个严 格而精确的事件，但也不是完全不发生错误的。 2、DNA的自发性化学变化 生物体内DNA分子可以由于各种原因发生变化， 至少有：① 碱基的异构互变； ②碱基的脱氨基作用； ③脱嘌呤与脱嘧啶； ④碱基修饰与链断裂

非组蛋白的组织专一性和种属专一性。
几类常见的非组蛋白


HMG蛋白（high mobility group protein）。这是一 类能用低盐（0.35mol/L NaCl）溶液抽提、能溶于2% 的三氯乙酸、相对分子质量较低的非组蛋白，相对分 子质量都在3.0×104以下。 DNA结合蛋白（与DNA结合紧密）。用2mol/L NaCl 除去全部组蛋白和70%非组蛋白后，还有一部分蛋白 必须用2mol/L NaCl和5mol/L尿素才能与DNA解离。 这些蛋白分子量较低，约占非组蛋白的20%，染色质 的8%。 A24非组蛋白。
2、真核细胞染色体的组成
2.1 染色质和核小体
染色质的电子显微镜 图显示出由核小体组成的 念珠状结构，可以看到由 一条细丝连接着的一连串 直径为10nm的球状体。 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。
核 小 体 单 元 的 产 生
双螺旋DNA经过 一系列包装成为 染色体的过程



真核生物（Eukaryote） : 多复制起点
即一个genome中有多个复制单位
Replication fork
复制方向（复制过程的顺序性） 复制叉（Replication fork）：染色体中参与复制的活性区域，
即复制正在发生的位点
复制眼（replication eye）：电子显微镜下观察正在复制的DNA， 复制的区域形如一只眼睛
·细胞生长在15N 标记培养基中 ·转入正常N源培养基中 ·分离各代DNA ·分析各代DNA的浮力密度
3.2 复制起点、方向和速度
复制起点（复制原点）
复制开始处DNA分子的特定位置——复制叉 原核生物（Prokaryote）：单复制起点 即－－整个染色体只有一个复制单位（复制子）

领头链 leading strand —— 合成方向与复制叉解 链方向相同，并可连续合成的子链。 随从链 lagging strand —— 合成方向与复制叉解 链方向相反，并且是不连续合成的子链。 冈崎片段 okazaki fragment —— 在DNA复制过 程中，随从链上初合成的不连续的DNA片段。 半不连续性复制 —— 在DNA复制过程中，领头链 连续复制而随从链不连续复制。
1.3万 ～ 90万不等
●
复制体 （Replisome）
复制叉处的许多酶和蛋白组成的复合体，协同
作用合成DNA
DNA 复制在细胞周期的S期
mammalian cell 500-5000 bp/min
E.coli 37 ℃ 0.5 h 105 bp/min
3.1 DNA的半保留复制
（Semi-Conservation Replication）
单起点、双方向（原核）
多起点、双方向（真核）
3.3.2 环状DNA双链的复制
（1）Theta型复制 双链环状DNA的复制眼可以形成一种θ结构， 形状像希腊字母θ，因而叫θ型复制。
冷链（非标记链） 热链（标记链）
A replication eye forms a theta structure in circular DNA.
30nm的染色体结构
2. 2 染色体中的核酸组成
2.2.1 不同的生物DNA的量不同
横坐标为C值（valueparadox），指一种生 物单倍体基因组DNA 的总量。
同类生物不同种属之间DNA总量变化很大
编码每种生物所 需DNA的最低值
生物越高等所需 DNA的量越大
2.2.2 真核细胞的DNA序列大致可分为3类
真核生物的多复制子 多个复制眼
单双向复制取决于起点处有一个还是两个复制叉 单向复制 双向复制
复制速度
3H标记
10min后 复制的 长度 取消标 记后 10min复 制的长 度
标记和取消标记后两个方向复制的长度相等
双向等速复制
3.3 DNA复制的多模式
3.3.1 线性DNA双链的复制
单起点、单方向 （原核） 多起点、单方向 （真核）
制
两条链的合成 高度不对称,一条链 迅速合成出互补链,
另一条则形成游离 的单链环(D-环)
线粒体和叶绿体
DNA的复制方式
3.4 原核生物DNA复制的特点（大肠杆菌：双链环状）
DNA复制的起始区
♦ 三个13bp的重复序列
♦ 四个9bp的重复序列 dnaA结合位点
（1） DNA双螺旋的解旋
在多种蛋白质及酶的参与下DNA双链解开，形成复制叉的复杂过程。
(2)滚环型复制
（rolling circle replication）
单向复制的特殊方式
大多数以对称方式进 行——即两条链同时 复制。但也有一定时 期内DNA只复制一条 链的情况。
由于复制时产生的滚环结 构形状象σ，又称σ复制 病毒、细菌因子
（3） 置换式 （Displacement
form ）又称 D 环复
重要的酶和蛋白质：
（2） DNA复制的引发
DNA
RNA引物
新DNA链
先导链需一个引物RNA链，而滞后链需要若干引物RNA。 引发前体
共同作用
引发体
RNA 引物
新DNA链
引 发 酶
（3） DNA复制的终止
DNA聚合酶
DNA聚合酶（DNA polymerase）是细胞复 制DNA的重要作用酶。 DNA聚合酶 , 以DNA为复制模板，将DNA由 5'端点开始复制到3'端的酶。 DNA聚合酶的主要活性是催化DNA的合成 （在具备模板、引物、dNTP等的情况下）及其相 辅的活性。

不重复序列
中度重复序列
高度重复序列－－卫星DNA
编码rRNA的基因上18S/5.8S/28S/间隔区组成的单 位在DNA链上串联重复许多次（中度重复序列）
鼠染色体经原位杂交放射自显影后示卫星DNA的位置（黑色区域）
2. 3 染色体中的蛋白质
染色体上的蛋白质包括组蛋白和非组蛋白 2.3.1 组蛋白（histones protein ）
第二章 染色体与DNA
一、DNA的组成和结构（略） 二、染色体的结构和组成
三、DNA的复制
四、DNA的修复 五、DNA的转座
二、染色体的结构和组成
1、染色体概述
染色体(chromosome) 之所以称为染色体，是 因为它能被碱性染料染 色，而细胞的其他组成 分都不能被碱性染料染 色的缘故。 细胞内的DNA主要在 染色体上，所以染色体 是遗传物质的主要载体。 染色体由DNA和蛋白 质两大部分组成。
人 类 的 全 部 染 色 体
人类基因 组各条染 色体中碱 基对数量 和功能基 因数量对 照表（基 因组是细 胞内单套 染色体及 其上的基 因)
染色体存在于真核细胞内的核仁内，呈线性结构。 细胞分裂时，每条染色体都复制生成一条与母链完 全一样的子链，形成同源染色体对。 染色体只有在细胞有丝分裂过程中才可见，而在 分裂间期，则以松散的染色质形式存在于胞核中。 原核细胞和真核细胞染色体在结构和组成上均有 差别。 原核细胞一般情况下只含一条染色体，基因 序列与其编码的蛋白质序列基本呈线性对应。细菌 DNA是一条相对分子质量在109左右共价闭合双链分 子，通常也称为染色体。
从基因组的组织结构来看：

结构简练


存在转录单元
有重叠基因
三、DNA的复制
亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分别以 各单链 DNA分子为模板，聚合与自身碱基可以互补 配对的游离的dNTP, 合成出两条与亲代DNA分子完 全相同的子代DNA分子的过程。
●
复制子（Replicon）；又称复制单位或复制元 DNA中含有一定复制起点和复制终点的复制单位

组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核 小体。通常可以用2mol/L NaCl或0.25mol/L的 HCl/H2SO4处理使组蛋白与DNH2B、H3 及 H4。
H1、H2A、H2B、H3及H4。这些组蛋白都含有大量的赖氨
酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1富含赖氨酸；
H2A、H2B介于两者之间。
组蛋白的一般特性：


进化上的极端保守性——在物种进化的历程中没有出现太大的变化。
无组织特异性（组织特异性：特定的生物体组织中含有特定的某种组蛋白） 肽链上氨基酸分布的不对称性
（碱性氨基酸和酸性氨基酸在其肽链上不是均匀或对称分布）

组蛋白的修饰作用——被活性基团修饰。 富含赖氨酸的组蛋白H5。
化学因素引起的DNA损伤
1、烷化剂对DNA的损伤 ① 碱基烷基化; ② 碱基脱落; ③断链; ④ 交 联 2、碱基类似物、修饰剂对DNA的损伤 如:人工可以合成一些碱基类似物用作促突变剂 或抗癌药物，如5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶 （5-FU）、2-氨基腺嘌呤（2-AP）等。 还有一些人工合成或环境中存在的化学物质能 专一修饰DNA链上的碱基或通过影响DNA复制而改 变碱基序列，例如亚硝酸盐能使C脱氨变成U，经过 复制就可使DNA上的G-C变成A-T对。