第二章 染色体与DNA

结构的变形，这样的损伤可以通过核苷 酸切除系统修复。
原核生物：12~13个核苷酸片段
真核生物：27~29个核苷酸片段
DNA直接修复
（最早发现的DNA修复方式）
修复是由DNA光解酶（photolyase）完成
的，此酶能特异性识别紫外线造成的核酸 链上相邻嘧啶共价结合的二聚体，并与其 结合，这步反应不需要光；结合后如受 300-600nm波长的光照射，则此酶就被激 活，将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体， 然后酶从DNA链上释放，DNA恢复正常结 构。
四、原核生物和真核生物DNA复制 的特点
A. 原核生物DNA复制
DNA解链
DnaA蛋白辨认起始点oriC的重复序列， 并与DNA形成起始复合物；DnaB蛋白在 DnaC蛋白协助解开双螺旋；SSB维持单链 模板稳定。
引发体的形成并合成引物
DnaB蛋白和DnaA、DnaC蛋白，还有其他复
制因子，一起形成复合体，结合引物酶，形成较
AP位点
糖基化酶/糖苷水解酶（DNA glycosylases）
能识别DNA中的不正确碱基，如尿嘧啶、次黄
嘌呤和黄嘌呤，这些碱基是由胞嘧啶、腺嘌呤
和鸟嘌呤脱氨形成的。DNA糖基化酶可以切断 这种碱基N-糖苷键，将其除去，形成的脱嘌呤
或脱嘧啶部位即是AP位点
核苷酸切除修复
形成胸腺嘧啶二聚体会引起DNA双螺旋
b）具有编码转座酶（transposase）的基因
c）复合转座子除转座酶基因外还有1—数个基因。 d）转座酶催化转座子插入新位点。
最简单的转座子不含有任何宿主基因而 常被称为插入序列（insertion sequence，
复制的半不连续性和冈崎片段
在形成双螺旋结构时，DNA双链的走 向是相反的。复制经解链后，两股单链在 复制叉上也是走向相反。复制，包括引物 合成，只能从5′向3′延伸。而在同一复制叉 上，解链的方向只可能有一个。复制方向 与解链方向不一致，可以理解不连续复制 的成因。
复制的终止
原核生物基因是环状DNA，双向复制的 复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。复制 的起始点和终止点刚好把环状DNA分为两 个半圆，两个方向各进行180，同时在终止 点汇合。
反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。
DNA的二级结构分为两大类：
一类是右手螺旋，如A-DNA、B-DNA等； 一类是左手螺旋，如Z-DNA
C. DNA的高级结构
DNA的拓扑结构是指在DNA双螺旋的基础
上，进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结 构。 超螺旋结构是拓扑结构的主要形式，它可 以分为正超螺旋和负超螺旋两类，在相应 条件下，它们可以相互转变。
♣ 转座序列可沿染色体移动，甚至在不同染色体
间跳 跃。
种类与特点
两种类型： A 简单转座子（simple transposon） 或（插入序列 insertion sequence IS ） B 复合转座子（composite transposon） 特征： a）两端有20～40bp的反向重复序列(IR)
大的聚合体，再结合到模板DNA上，这种复合物
称为引发体。
引发体的蛋白质部分在DNA链上可以移动， 并需由ATP供给能量。引发体到达适当位置就可 按照模板的配对序列，催化NTP（不是dNTP）的 聚合，生成引物。
复制起始时，母链即已解开，两股单链都
是模板，其作用是按碱基配对规律指引核 苷酸加入到新链。 每次加入的单个核苷酸，都是以dNTP为原 料，复制时子链从5’向3’延长。 复制延长速度相当快。E.coli每秒钟能加入 的核苷酸数达2500个。
DNA分子的结构特点是:
DNA分子是由两条链组成的，这两链按反
向平行方式盘旋成双螺旋结构。 DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接， 排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在 内侧。 DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成 碱基对。
B. DNA的二级结构
DNA的二级结构是指两条脱氧多核苷酸链
六、DNA的转座
DNA的转座，或称移（transposition）
是由可移位因子（transposable element） 介导的遗传物质重排现象。 在转座过程中，可移位因子的一个拷贝 常常留在原来位置上，在新位点上出现的 仅仅是拷贝。因此，转座有别于同源重组， 它依赖于DNA的复制。
转座子(元)或转座元件
DNA在复制过程中碱基间的氢键首先 断裂（通过解旋酶），双螺旋结构解旋分 开，每条链分别作模板合成新链。由于每 个子代DNA的一条链来自亲代，另一条 则是新合成的，故称之为半保留式复制。
B. 复制起点、方向和速度
复制子：(origin，ori 或 O，复制原点)复
制开始处DNA分子的特定位置 复制叉:复制时DNA分子中的“Y”形区 域，是由解开的两条链和尚未松 解开的双螺旋形成的。 单向复制和双向复制
真核生物每个染色体有多个起始点，是多
复制子复制。复制有时序性，即复制子以 分组方式激活而不是同步起动。
在复制叉及RNA引物生成后，DNA-polδ通
过PCNA的协同作用，逐步取代DNA-polα， 在引物的3’－OH基础上分别合成领头链和 随从链。复制子复制完成后，除去引物。
真核DNA聚合酶至少有5种，即 α,β,γ,δ和ε，均可进行5’→3’方向 聚合。
不同点 起始位点 前导链合成 原核生物 一个 DNA聚合酶Ⅲ 真核生物 多个(多至千个) DNA聚合酶δ
Flash 11-01 11-07
随后链合成 引物长短
冈崎片段长短 RNA引物水解 修补缺口 复制速度
DNA聚合酶Ⅲ 50～100个核苷酸
1000～2000个核苷 酸 DNA聚合酶Ⅰ DNA聚合酶Ⅰ 快
酶α是主要的DNA聚合酶与酶δ协同进 行DNA聚合反应，酶α没有3’→5’外切酶 活性但可作为引物酶，酶α至少含4种不同 多肽最大的亚基组成核心负责聚合反应， 两个小亚基具有引物酶活性。 酶β可能与α和ε协同参与DNA修复。
酶γ只在线粒体和叶绿体中发现
酶δ含3’→5’外切酶活性进行校读 并作为解旋酶。酶δ至少含2个亚基及 PCNA（proliferating cell nuclear antigen）和复制因子C(RFC)、单链结合 蛋白RFA。酶δ参与引导链的聚合而酶α 参与滞后链的聚合。 酶ε的结构和特征与酶α相似，可能 参与修复机制或与α和δ协同作用。
ColE1质粒DNA复制不依赖于本身编码的蛋
白质，而完全依赖宿主DNA聚合酶。 ColE1复制起始由转录启动，RNaseH水解转 录产物形成复制的引物。与引物互补的一 条链的转录物RNA I的转录影响RNaseH水解 产生引物所需的3’-OH末端，起负调控作 用。OriC下游的Rop蛋白增强RNA I与引物 前体的配对亦抑制引物的形成。
原核DNA聚合酶的种类:
有三种DNA聚合酶（I，II，III），可 进行5’→3’方向聚合和3’→5’外切酶活性逐 个切下核苷酸，聚合酶I和III还可从5’→3’ 切下核苷酸。聚合酶III是主要的DNA复制 酶，酶I填补引物去除后的缺口，而酶II与 酶I协作或作为其补充。
B.真核生物的DNA复制
重组修复
此过程也叫复制后修复
SOS反应
DNA严重损伤能引起一系列复杂的诱
导效应，包括修复效应、诱变效应、 分裂抑制及溶原菌释放噬菌体等。 细胞癌变也可能与SOS反应有关。 SOS反应诱导切除和重组修复酶系， 还诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合 酶，加快修复，避免死亡，但提高了 变异率。
无论是原核生物还是真核生物，DNA的复
制主要是从固定的起始点以双向等速复制 方式进行的。 复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起点， 向两个方向等速生长前进。
C. DNA复制方式
线性DNA双链的复制：
二联体+多联体 末端发卡结构 链取代法
环状DNA双链的复制：
θ型 滚环型 D-环型
原核细胞DNA特点：
结构简单 存在转录单元 多顺反子mRNA 有重叠基因
重叠基因的重叠方式：
包含 部分重叠 单碱基对重叠
二、DNA的结构
A. DNA一级结构


DNA分子是一种高分子化合物，它的基本单位 是脱氧核苷酸 每种脱氧核苷酸都是由三部分组成:即一分子含 氮碱基、一分子脱氧核糖和一分子磷酸。 四种碱基：腺嘌呤 （adenine，缩写为A） 胸腺嘧啶（thymine，缩写为T） 胞嘧啶（cytosine，缩写为C） 鸟嘌呤（guanine，缩写为G） DNA分子是由两条脱氧核苷酸长链组成的。
C. DNA复制的调控
大肠杆菌染色体DNA的复制调控 染色体的复制与细胞分裂同步但不直接偶联。 复制子由复制起始物位点和复制起点组成。 复制起始物位点编码复制调节蛋白质，复制起 点与调节蛋白作用启动复制。 基因编码的调节蛋白通过与复制复合物的相互 作用确定复制起始频率和复制方式。
质粒DNA的复制调控
真核细胞DNA的复制调控 细胞生活周期水平调控：限制点调控，真 核细胞DNA的复制发生在S期，促使细胞由 G1期进入S期的多种因子调控； 染色体水平的调控：决定复制子起始顺序 复制子水平的调控：复制子参与的多种因 子均可参与调节，主要是复制起始调控， 如酵母复制起始受时序调控。
酶或蛋白质 参 与 复 制 的 酶 及 蛋DNA，因为新合
成DNA链的GATC序列中的A（腺苷酸残基） 开始未被甲基化。GATC中A甲基化与否常用 来区别新合成的链（未甲基化）和模板链 （甲基化）。 错配碱基是从3ˊ还是从5ˊ方向切除取决于 不正确碱基的相对位置。
保存母链，修正子链
碱基切除修复
(transposon or transposable element) 即能够反复插入到基因中许多位点的特 殊DNA片段，它们可从一个位点转移到另 一个位点，从一个复制子到另一个复制子。 （在转移时原来位置上的这些结构依然存 在或不存在）。