可移动的遗传因子(转座子)

特点：

重组DNA之间不需要任何序列同源性！

转座以很低的频率发生，而且转座子的插入是随机的，没有 转座的特异位点！
一、转座子的分类和结构特征
转座子分类－转座机制 DNA-DNA方式转座的转座子：
通过DNA复制或直接剪切两种方式获得可移动片段，整 合入基因组DNA中。又分为复制型，非复制型，保守型。
聚合酶 (polymerase) :
依赖DNA的DNA聚合酶（DDDP），简写为 DNA-pol ；
如何获得单链DNA模板？？

多种蛋白质参与（以大肠杆菌为例）
解链酶（helicase）；
单链结合蛋白（single－strand DNA binding prote
SSB）；
DNA拓扑异构酶（ DNA topoisomerase ）
发生在同源序列之间，涉及大片段同源序列的
交换。 最基本的DNA重组方式，通过链的断裂和再连接，
在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交 换。 同源重组需要一些重组蛋白和酶，如Rec A、B、
C、D及DNA连接酶等-无碱基序列特异性。
同源重组机制 （P90）
Holliday模型 （单链断裂重组模型）
变序列）
DNA聚合酶（DNA dependent DNA polymerase，DDDP）
5 至 3 的聚合活性
(dNMP) n
+ dNTP (dNMP) n+1 + ppi
5'
3'
A T G C A A T T G C
| | | | T G dTTP 3'
5
T A C
ppiBiblioteka 合反应的特点：非LTR逆转录转座子，能编码逆转录酶等蛋白，可自主转座。 非病毒超家族(nonviral superfamily)： 自身没有转座酶或整合酶的编码能力，而在细胞内已有的酶系
统作用下进行转座，不能自主转座。
第三节 遗传重组
（genetic recombination）(P88)

减数分裂时，通过同源染色体的交换和非同源染色体 的独立分配，使子代细胞遗传信息产生了重新组合。 涉及DNA序列和蛋白质因子要求的不同：
整合过程需要λ整合酶 （λ编码） 和寄主的整合宿主因子 （IHF ）共同作用
第四章
DNA的复制、转录和翻译
DNA复制
(replication)
—— 由亲代DNA合成两个相同的子代
DNA的过程（DNA指导的DNA生物合成）。
复制
亲代DNA
子代DNA
一、复制可能的几种方式
全保留式
半保留式
混合式
DNA复制方式 －半保留复制
1、聚合反应具有方向性: 5 3 2、DNA 聚合酶不能催化两个游离的脱氧 核苷酸聚合，只能在一段寡核苷酸的 3 - OH 逐个添加脱氧核苷酸，使核苷酸链不断延 长。
核酸外切酶活性
?
5’ AG C T T C A G G A T A 3’
| | | | | | | | | | |
LTNES（long interspersed elements）家族：
非LTR逆转录转座子，能编码逆转录酶等蛋白，可自主转座。

非病毒超家族(nonviral superfamily)：
自身没有转座酶或整合酶的编码能力，而在细胞内已有的酶系统作用 下进行转座，不能自主转座。
病毒超家族
long terminal repeated，LTR LTR: 含有反向重复序列 LTR: TG...CA和AC…GT

复合转座子－两端有IS或类IS，可编码抗性物质；

TnA转座子家族－
两端有ITR，编码转座酶、解离酶和抗性物质；
转座子的结构特征
共同特点：
两端存在末端反向重复序列
（inverted terminal repeats，ITR）； －转座酶识别的底物
转座后靶位点正向重复序列； 编码与转座有关蛋白质； 可在基因组中移动；
（四）转座噬菌体（Mu噬菌体）
转座子机制

复制型转座（replicative transposition） 非复制型转座(non-replicative
transposition)
保守型转座（conservative transposition）

复制型转座（replicative transposition）：
3
RDDP RNase （逆转录酶） （核酸酶H活性) 引物、4种dNTP 5 3
3
5
3
DDDP （DNA聚合酶活性） 4种dNTP 3
5
3

5
5
RNA
5
5
3
(用
表示)
RNA-DNA 杂化分子
与病毒RNA 互补的DNA (complementary DNA，cDNA )
切开超螺旋的单链，再连接 成双链。无需ATP。
切开超螺旋的双链，解除 超螺旋，再连接成双链。
DNA聚合酶的分类
1、原核生物的DNA聚合酶：
DNA-pol Ⅰ
DNA-pol Ⅱ
DNA-pol Ⅲ
DNA聚合酶——DNA生物合成
※大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ （
E . Coli DNA
polymeraseⅠ ）和Klenow片段 ※大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ－复制中DNA链延伸
Holliday模型中，同源重组主要4个 关键步骤：
① 两个同源染色体DNA碱基配对 ② 一个DNA的一条链断裂、并与另一个DNA对应的链
连接，形成Holliday中间体 ③ 通过分支移动产生异源双链DNA
④ Holliday中间体切开并修复，形成两个双链DNA。

双链断裂重组模型（P92）
单链入侵
宿主修复系统

保守型转座（conservative transposition） ：
是另一种非复制型的转座，该过程中转座子从供体部位 被切除并通过一系列的过程插入到靶部位，供体位点恢复原 状。
转座效应（P77）
① 转座引起插入突变 ② 转座产生新的基因 ③ 转座产生的染色体畸变 ④ 转座引起的生物进化.
半保留复制的意义
按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA
的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部
遗传信息 ，体现了遗传的保守性。
遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础， 但不是绝对的。
二、DNA半保留复制所需条件：
模板 (template) : 解开成单链的DNA母链； 底物（substrate) : 4种脱氧核苷三磷酸（dATP，dGTP，dCTP，dTTP）；

一个功能性的IS结构单位，能转座它本身或整个转座子。

对于复合转座子来说，随着中央序列的增长，转座的频率降低。 所以长度的依赖性是决定复合型转座子大小的一个因素。
（三）TnA家族

除转座作用基因外，还携带其它基因（解离酶，
抗性基因等）的转座子，两端为ITR，而不是IS。
转座酶：对原转座子末端起作用； 解离酶：对复制拷贝起作用；
线粒体 DNA复制
DNA - pol 先导链合成 DNA - pol 起校读、修复和填补缺口的作用？
复制的保真性
(
fidelity
)
DNA聚合酶对模板的依赖性，是子链与母链能 准确配对的保证。 复制过程中，复制的保真性至少依赖三种机制： 1、遵守严格的碱基配对规律 2、聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能 3、复制出错时DNA-pol的及时校读功能

转座子的间歇的活动性似乎为自然选择提供了 一个不确定的靶部位。
真核生物转座子类型

解离因子－转座子Ac/Ds系统（植物）； 逆转录转座子－病毒超家族和非病毒超家族，LTNES家族；
逆转录转座子（真核生物特有）（P81）
病毒超家族(viral superfamily)：
两端有长末端重复序列，编码逆转录酶或整合酶，能自主地进行转录， 其转座的机制同逆转录病毒相似，但不能像逆转录病毒那样以独立感染 的方式进行传播（LTR逆转录转座子）；
※大肠杆菌DNA聚合酶Ⅱ
（一）DNA聚合酶Ⅰ和Klenow片段
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ是单一多肽链的多功能酶，分 子量为102kD，它具有3种酶活性：
① 5 →3 DNA聚合酶活性。 DNA合成） （ （ ② 3 →5 核酸外切酶活性。 校对） （切除RNA引物和突 ③ 5 →3 核酸外切酶活性。
同源重组（ homologous recombination ）；
位点特异性重组（ site-specific recombination ）； 异常重组（illegitimate recombination ）； 转座作用（transposition）；
一、同源重组(homologous recombination)
二、位点特异重组 (site-specific recombination)
不依赖DNA序列的同源性，而依赖于能与某
些酶相结合的两个特异DNA序列之间的重组。

λ 噬菌体对大 肠杆菌的整合
附着点（attachment site， att） ，att位点为 POP’(235bp) BOB’(23bp)
解链酶（ helicase ) —— 利用 ATP 供能，作用于氢键， 使 DNA双链解开成为两条单链。
Dna C SSB Dna B
解链方向
单链DNA结合蛋白（SSB）
拓扑异构酶
DNA线性 双螺旋
解除超螺旋
参与复制全过程
上下都过 度拧紧 从中间 解链 超螺旋 拓扑异构酶 I 拓扑异构酶 II 进一步解链 就更加困难