同源重组的分子机制.doc
同源重组修复的分子机制和应用
同源重组修复的分子机制和应用同源重组修复（Homologous Recombination，简称HR）是细胞见于DNA双链断裂后进行的一种高保真修复方式。
经HR修复的损伤位点通常具有高度同源性，即已经断裂的某一DNA分子和其他未断裂的染色体上存在一段较为相似的DNA序列。
在HR修复过程中，这段相同的DNA序列与断裂位点发生配对，然后进行基因重组，形成一根新的DNA链，进而完成修复过程。
HR是人体内最主要的两种DNA双链断裂修复方式之一，另一种则为非同源端接（Non-homologous End Joining，简称NHEJ）。
HR是一个复杂的分子机制，包括了细胞内许多不同的蛋白质、DNA序列和细胞信号通路参数。
这些蛋白质主要涉及到DSB （Double strand break）识别、同源序列搜寻、DNA配对、DNA链转化、负向调控、结构复选识别、DNA透析等过程。
DSB识别：在HR的启动过程中，特定的DSB识别蛋白会发现DNA双链断裂位点，并进行下一步的操作。
同源序列搜寻：接下来，蛋白会朝向有相似的DNA序列的其他染色体进行搜索。
一旦找到相同的DNA序列，它就会开始尝试与该序列配对，并试图形成一个三联体结构。
DNA配对：这个过程中，配对的蛋白会调控两根不同DNA链的伸缩，使它们可以相互匹配。
这个过程的成功需要调节蛋白的正确组装。
DNA链转化：接下来，两根链之间的电子密度开始转移，产生一个相互连接的DNA链。
负向调控：这个过程需要结果DNA分子的精确剪切，以便它们可以重新形成一个连续的DNA分子。
结构复选识别：在转化完成后，一个高质量的DNA链新生的脱氧核糖核酸基团可以通过一个结构复选蛋白的帮助，得到正确的定序，从而避免它们可能发生的错误。
DNA透析：最终，DNA链的合成是由一个DNA合成酶完成的。
这个酶确保产生的DNA链是高质量、高同源性的。
应用方面，HR是一个非常有用的分子技术，它被广泛用于生命科学、医学等诸多领域。
同源重组的分子机制
同源重组的分子机制一、断裂重接模型（breakage joining model）C．D．Darlington 1936年提出。
在同源染色体联会时，由于染色体的缠绕而产生张力，两个相对染色单体在同一位置断裂，然后彼此和另一染色单体重新连接起来从而形成重组并消除这种张力。
二、基因转换现象Olive等广泛研究粪生粪壳菌g座位，g-决定子囊孢子灰色，g+决定子囊孢子的黑色，在g+×g-的杂交中，他们分析了20万子囊，发现0.06%是5∶3分离，0.05%是6∶2分离，0.008％是3∶1∶1∶3（或异常4∶4）分离。
图示． (1)一个孢子中的两个孢子有着不同的基因型。
(2)分离比例不是4∶4。
(3)邻近的基因A/a都呈现正常分离。
断裂重接模型则无法解释异常现象。
1930年，德国遗传学家H．温克勒把这种不规则分离现象解释为减数分裂过程中同源染色体联会时一个基因使相对位置上基因发生相应的变化所致，因而称就基因转变。
好象是由于一个基因转换为另一等位基因，所以称为基因转换（gene conversion）。
以后由于发现一个基因发生基因转变时，它两旁的基因常同时发生重组：在5∶3和6∶2分离的子囊中，大约有30%也在g座位的这边或那边发生重组；有基因转换的子囊中，基因转换和遗传重组都发生在同样两个单体的子囊比例竟高达90%。
所以认为基因转变是某种形式的染色体交换的结果。
因此，基因转变的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。
三、同源重组的Holliday模型1964年，R. Holliday提出了重组的杂合DNA模型(hybrid DNA mode)，并作修正。
图示．过程：A．同源的非姊妹染色体的DNA配对。
B-C．同源非姊妹染色单体DNA中两个方向相同的单链在DNA内切酶的作用下，在相同位置上同时切开。
D．切开单链交换重接，形成交联桥结构（cross-bridged structure）。
E．交联桥的位置可以靠拉链式活动，沿着配对DNA分子“传播”—桥迁（Bridge migration），其中互补碱基间形成的氢键从一条链改变另一条链。
遗传学中的同源重组机制
遗传学中的同源重组机制遗传学是研究遗传变异和遗传规律的学科，其研究范围从微观的分子水平到宏观的群体水平。
在遗传学中，同源重组机制是基因重组的一种重要方式，它在基因转移、基因突变的形成以及进化等方面起着重要作用。
同源染色体在遗传学中，同源染色体是指在相同物种中两条染色体的基因组成相同或相似。
同源染色体可以是同一物种的不同个体所拥有的染色体，也可以是不同物种之间的染色体。
例如，人类和大猩猩的染色体虽然不完全相同，但是它们具有高度的同源性。
同源重组机制的基本原理同源重组机制是指两条同源染色体之间互相交换DNA片段的过程。
同源重组机制主要在减数分裂时发生，以确保每个生殖细胞中基因组的正确分离和再组合。
同源重组机制的过程主要分为四个步骤：一、同源染色体的配对在减数分裂开始时，同源染色体首先进行配对。
在此过程中，同源染色体会相互搜索并配对，然后相互交换DNA片段。
二、DNA切割和重组在同源染色体配对后，相对应的染色体会互相“交换”某一范围内的DNA片段。
这个过程是由酶催化完成的，其中最重要的酶是转移酶（recombination enzyme），它能够切割两根不同染色体或同一染色体的DNA链，以将碎片重组为新的DNA序列。
三、交换在DNA片段切割和重组后，相互对应的同源染色体会互相“交换”DNA片段，形成新的染色体组合。
这个过程称为同源重组。
四、交叉互换当相互配对的同源染色体上出现非互补的序列时，交叉互换便会发生。
在交叉互换的过程中，同源染色体上的非同源DNA片段将被交换到另一条染色体上，从而形成一个重组后的DNA序列。
同源重组在基因重组中的意义同源重组在基因重组中发挥着重要的作用。
基因重组是指基因片段的组合重组，形成新的基因序列，并在种群进化中起着关键作用。
同源重组机制不仅在有性生殖过程中发挥重要作用，也在无性生殖和DNA修复中发挥作用。
在进化过程中，同源重组机制也为物种的适应性进化提供了基本方式。
结论同源重组机制在遗传学中发挥着重要作用，是基因组进化和重组的基础。
dna损伤修复非同源及同源重组分子机制(3篇)
第1篇一、引言DNA作为生物体的遗传物质，在生物体的生长发育、遗传变异和进化过程中起着至关重要的作用。
然而，DNA在复制、转录和修复过程中，由于外界因素或内部错误，会导致DNA损伤。
为了维持生物体的正常功能，细胞必须通过一系列的DNA损伤修复机制来修复受损的DNA。
其中，非同源重组（Non-Homologous End Joining，NHEJ）和同源重组（Homologous Recombination，HR）是两种主要的DNA损伤修复途径。
本文将详细介绍这两种分子机制的原理和作用。
二、非同源重组（NHEJ）1. NHEJ的原理NHEJ是一种在DNA双链断裂（Double-Strand Break，DSB）发生时，直接连接断裂末端的DNA损伤修复途径。
该途径不需要模板DNA，因此具有较快的修复速度，但修复效率较低，容易出现错误连接。
2. NHEJ的分子机制（1）识别和切割断裂末端：在DSB发生时，DNA断裂修复因子（如Mre11、Rad50和Nbs1）形成复合物，识别断裂末端，并通过ATP酶活性切割断裂末端。
（2）末端连接：在Xrcc4和Ligase IV的作用下，将断裂末端的粘性末端连接起来，形成环状中间体。
（3）去除中间体：在DNA聚合酶的作用下，去除中间体，形成完整的DNA分子。
三、同源重组（HR）1. HR的原理HR是一种在DSB发生时，利用未受损的姐妹染色单体或同源染色体作为模板，精确修复断裂末端的DNA损伤修复途径。
HR具有高保真性，但修复速度较慢。
2. HR的分子机制（1）断裂末端的识别和连接：与NHEJ类似，HR也需要识别和切割断裂末端。
在HR过程中，DSS1和RAD51蛋白复合物参与断裂末端的识别和连接。
（2）形成重组中间体：RAD51蛋白复合物与断裂末端结合，形成重组中间体。
（3）分支迁移：在分支迁移酶的作用下，重组中间体在姐妹染色单体或同源染色体上移动，寻找匹配的序列。
（4）交换和连接：在DNA聚合酶和Ligase I的作用下，将断裂末端与匹配的序列连接起来，形成完整的DNA分子。
同源重组法分子克隆 -回复
同源重组法分子克隆 -回复同源重组法是分子克隆技术中的一种重要方法，其基本原理是利用DNA的同源性重组来插入外源DNA序列到宿主DNA中。
同源重组法在基因克隆、遗传工程等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍同源重组法的原理、步骤及应用。
一、同源重组法的原理同源重组法的原理基于DNA分子的自身结构和功能，DNA分子在某些条件下能够进行重组、修复和重复。
同源重组是指两个DNA分子之间具有相似序列（同源）的区域进行交换而形成的DNA分子重组。
同源重组法基于此原理，通过在宿主DNA中引入重组的同源片段，将外源DNA序列插入到宿主DNA中。
同源重组法的原理可以分为两个步骤：相互间接断裂和互补配对。
两个DNA分子的同源片段同时发生间接断裂，获得可供基因重组的末端。
接下来，由于互补配对的作用，从两个DNA分子中间的同源片段在一定条件下进行配对，形成插入、缺失、互换等不同类型的重组产物。
1. 构建载体DNA：载体DNA是将外源DNA插入到宿主DNA中的重要工具，构建载体DNA 需要选择有适当限制酶切位点的载体和外源DNA。
一般来说，常用的载体包括质粒、噬菌体、噬菌体样颗粒等。
2. 制备DNA片段：外源DNA片段可以通过PCR扩增、酶切和DNA合成等技术制备。
需要注意的是，PCR扩增要确保扩增的DNA片段与宿主DNA具有一定的同源性。
3. 利用限制酶切割载体和外源DNA：根据预定的酶切位点设计限制酶切位点并进行酶切。
4. 进行杂交和拼接：将外源DNA片段与载体DNA杂交，并通过互补配对将DNA片段与载体DNA进行拼接。
5. 转化大肠杆菌：利用化学方法或电击法将构建好的载体DNA转化到大肠杆菌中，转化后得到含外源DNA的菌落。
6. 筛选阳性菌落：利用选择性培养基和荧光素酯分析方法等技术筛选阳性菌落。
7. 测序鉴定：对筛选出的阳性菌落进行测序，并鉴定插入的外源DNA序列是否正确。
同源重组法是分子克隆领域中一种非常实用的技术。
同源重组技术的原理和应用
同源重组技术的原理和应用同源重组技术（Homologous recombination technology，HRT）是一种常用的基因编辑技术，它能够在特定部位改变DNA序列，用于治疗某些遗传性疾病、研究基因表达调控和蛋白质结构等方面。
本文将介绍同源重组技术的原理和应用。
1. 同源重组技术的原理同源重组技术是利用质粒、病毒等载体携带的外源基因通过靶向指向的方式将其导入到细胞或生物体中，从而达到改变生物体基因组的目的。
具体来说，同源重组技术是基于DNA的相互作用原理进行的。
DNA由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）构成，它们之间形成了氢键，使得两条互补的DNA链可以通过这些氢键相互结合。
在同源重组中，DNA分子的另一端则通过DNA酶和锌指核酸酶来实现切割和精准定位。
一旦发现了具备相同序列的区域，这些酶就会将外源基因定向到位点，与染色体上的同源序列组成DNA双链，从而取代了原有的序列，以达到修复或替换某些基因的效果。
2. 同源重组技术的应用同源重组技术的应用广泛，其中最重要的是对基因的编辑和修复。
以下将介绍几种常见的同源重组技术应用：(1)质粒介导同源重组质粒介导同源重组是一种常用的基因工程技术。
这种技术主要是利用菌单倍体的同源重组能力，通过转化质粒来实现有选择性地在DNA的特定区域插入新基因。
这种技术特别适用于菌类以及一些单细胞真菌和原生生物。
(2)病毒介导同源重组病毒介导同源重组则运用了病毒自身的重组机制特征，对其进行了改造，使其能够以带选择性的方式在目标细胞中整合外源基因。
这种方法目前已经广泛应用于人类基因治疗领域，尤其在修复致病基因和引入新基因方面取得了显著进展。
(3)基因组编辑基因组编辑技术可以通过同源重组来治疗遗传性疾病。
比如，在用于治疗Friedreich's ataxia（FA）的基因治疗研究中，研究团队采用基因克隆技术构建了能够靶向FA基因的重组质粒，并通过同源重组的方式将其导入细胞中。
3.3同源重组
◘ Holliday结构形成的分子机制（断裂复合起始机制） 有双链侵入模型、单链侵入模型、双链断裂修复模型等多种
三、同源重组相关的酶(原核)
（但其靶 DNA 必须有缺口－－结合DNA）
RecA引发链侵入模型
RecA 被置换连
入侵单链
RecA启动的单链入侵
RecA promotes the assimilation of invading single strands into duplex DNA so long as one of the reacting strands has a free end.
反应结束时，RecA 结合到双链上
◘ 其中—单链同化有固定的方向 入侵单链为5’－3‘ 双链 DNA 的互补链是3’－5‘
3. 原核同源重组的其它蛋白 需要 E.coli 中三个基因 ruvA,ruvB 和 ruvC 的产物
a、 RuvA 识别 Holliday 结构的连接点
b、 RuvB 为分枝迁移提供动力（ATPase 10～20bp/s） c、 RuvC 核酸内切酶---专一性识别 Holliday 结构的连接点
reca启动的单链入侵reca引起的链交换和holliday结构的生成2reca蛋白催化双链和单链dna的反应阶段联会前阶段缓慢reca与单链结合单链与双螺旋的互补链迅速配对形成双链连接分子holliday5侵入从双螺旋结构中缓慢置换一条链产生一段长的异源双链dna反应结束时reca结合到双链上其中单链同化有固定的方向入侵单链为53dna的互补链是35原核同源重组的其它蛋白需要ecoli中三个基因ruvaruvbruvc的产物ruva识别holliday结构的连接点ruvb为分枝迁移提供动力atpase1020bpsruvc核酸内切酶专一性识别holliday结构的连接点体外切段连接点以拆分重组体特点
同源重组的原理及过程
同源重组的原理及过程【最新版】目录1.什么是同源重组2.同源重组的基本过程3.同源重组的相关酶及其功能4.同源重组的种类5.异常重组6.总结正文一、什么是同源重组同源重组是分子生物学中的一个基本概念，它指的是在 DNA 双链断裂后，通过引入断裂的 DNA 片段并将其与同源 DNA 分子连接起来，从而完成 DNA 修复的过程。
在这个过程中，需要通过一定的机制来保证连接的准确性，这个机制就是同源重组。
二、同源重组的基本过程同源重组的过程可以分为以下几个步骤：1.两个同源 DNA 分子的联会：在 DNA 双链断裂后，两个同源 DNA 分子会在断裂部位形成一个联会结构，从而为后续的修复提供准确的模板。
2.引入断裂 DNA：在联会结构形成后，需要将断裂的 DNA 片段引入到联会结构中，这样才能保证后续的修复能够准确地进行。
3.在两条重组 DNA 间形成碱基互补的段片段起始区：在断裂 DNA 片段被引入到联会结构后，会在两条重组 DNA 间形成一个碱基互补的段片段起始区，这个起始区将为后续的链入侵提供起点。
4.链入侵后两个 DNA 分子相互交叉的 DNA 链联系在一起：在形成碱基互补的段片段起始区后，断裂 DNA 片段会通过链入侵的方式与同源DNA 分子连接起来，从而使得两条 DNA 分子相互交叉的 DNA 链联系在一起。
5.Holliday 联接体的剪切：在链入侵完成后，会形成一个称为Holliday 联接体的结构，这个结构需要通过剪切来完成 DNA 修复的最后一步。
三、同源重组的相关酶及其功能在同源重组的过程中，需要通过一些酶的参与来完成 DNA 的修复，这些酶包括：1.RecBCD：具有解螺旋核酸内切酶活性，能拆分 Holliday 结构。
2.RecA：能促进同源 DNA 单链的结合，具有单链、双链结合活性，NTP 酶活性。
四、同源重组的种类同源重组可以分为以下几种类型：1.位点特异性重组：这种类型的重组需要特异性位点和特异性位点的核酸内切酶参与。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
同源重组的分子机制
、断裂重接模型(breakage joi ning model )
C. D. Darlington 1936 年提岀。
在同源染色体联会时，由于染色体的缠绕而产生张力，两个相对染色单体在同一位置断裂,
然后彼此和另一染色单体重新连接起来从而形成重组并消除这种张力。
、基因转换现象
Olive等广泛研究粪生粪壳菌g座位，g-决定子囊抱子灰色，g+决定子囊抱子的黑色，在+ -
g X g的杂交中，他们分析了20万子囊，发现0.06%是5 : 3分离，0.05%是6 : 2分离，0.008 % 是3 ：
1 ：1 ：3 (或异常4 : 4)分离。
图示.(1) 一个抱子中的两个抱子有着不同的基因型。
(2)分离比例不是4 : 4。
(3)邻近的基因A/a都呈现正常分离。
断裂重接模型则无法解释异常现象。
1930年，德国遗传学家H.温克勒把这种不规则分离现象解释为减数分裂过程中同源染色
体联会时一个基因使相对位置上基因发生相应的变化所致，因而称就基因转变。
好象是由于一个
基因转换为另一等位基因，所以称为基因转换(gene con version )
30%也在g座位的这边或那边发生重组；有基因转换的子囊中，基因转换
和遗传重组都发生在同样两个单体的子囊比例竟高达90%。
所以认为基因转变是某种形式的染色体交换的结果。
因此，基因转变的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。
粗糙脉俺菌中+ pdxpX pcfc ■!■杂交
抱子对
子囊型
1234
第一对+ pdxp pdj：++ +pdx ■+
第二对+ +pds +++
第三对+ pixp+ +”酝 ++ 4
第四对pdx ++ pcfep pd^ +pdx +、同源重组的Holliday模型
M
pdx—pdxp-Dtt 哆醇pH®感
+ +
pdx
E^-2 同
I觀中吴呈示4築卑包单休中的网豪摹体的双煤咏A分干*
DM乩舟沪的中貞第因区以G Y出m肩的4衰示弃■鮭记雜的)
1964年，R. Holliday 提岀了重组的杂合DNA模型(hybrid DNA mode)，并作修正。
图示.
过程:
Ji T
c T
■
A
T
G
1叫d
A
§I-?
JT~
c I
A •同源的非姊妹染色体的DNA配对。
B-C •同源非姊妹染色单体DNA中两个方向相同的单链在DNA内切酶的作用下，在相同位置上同时切开
D .切开单链交换重接，形成交联桥结构 (cross-bridged structure )。
E •交联桥的位置可以靠拉链式活动，沿着配对DNA分子“传播”一桥迁(Bridge
migrati on )，其中互补碱基间形成的氢键从一条链改变另一条链。
于是在两个亲本DNA分子间造成一段异源双链DNA。
这种结构又称为Holliday structure 。
F-H •绕交联桥旋转，形成Holliday结构的异构体。
I-J •通过两种方式切断DNA单链以消除交联桥，恢复两个线形DNA分子。
K •进行DNA修补合成。
I-K .如果是左右切断，岀现中间包含杂合双链的两旁基因是非重组( AB. ab)的双链DNA分子;如果上下切断，将岀现中间包含杂合双链并且两旁基因发生重组(Ab, aB)的双链DNA
不管Holliday 结构怎样产生，是否导致两侧遗传标记重组，它们都含有一个异源双链DNA区。
四、基因转变及其分子机制
1 •两个杂种分子都未校正，子囊抱子分离为 3 ：1 ：1 ：3
半染鱼单体转变
在3 : 1 ： 1 : 3的子囊中，减数分裂的 4个产物中，两个产物的一半岀现基因转换，所以是 半染色单体转换，分离一定发生在减数分裂后的有丝分裂中，所以叫做减数后分离
2 •一个杂种分子校正为 +，子囊抱子出现 5 : 3分离
在5 : 3的子囊中，减数分裂的 4个产物中，有一个产物的一半出现基因转换，所以是半染 色单体转换，分离一定发生在减数分裂后的有丝分裂中，所以叫做减数后分离。
3 •两个杂种分子都校正到 + （或-）子囊抱子出现 6 : 2分离，如果校正相反，子囊抱子分
离正常。
在6 : 2 （或2 : 6）子囊，减数分裂的 4个产物中，有一个产物发生基因转换，所以是染
色单体的转换。
半染鱼单体转变
厂
k J
IF
c T
染
色单体转蛮
两种校正方式：不配对的碱基对由核酸外切酶切除，新合成的互补短链在连接酶的作用下连接上去。
由于切除的不配对区段的不同，校正后或出现野生型或出现突变型。
五、环状DNA分子的重组
1•重组过程
图示.
图8-3环状DNA分手鉅过腥
首先两个环状DNA分子在任意两个同源区域之间配对、断裂、重接，形成8字形的中间物。
8字形结构的切断也有不同方式：如在2和4对应链切断就产生两个亲本环状DNA分子，每个含有
染
色
单
体
转
蛮
一段异源双链区；如在1和3对应链切断则形成一个由两个亲本DNA分子首尾共价连接而成大的单体环，单体环又可在任何同源区之间发生重组；如1和2或3和4切断，则产生滚环结构。
2 . Chi结构的岀现直接证明了细胞内重组过程中异源双链DNA和Holliday 结构及其异构
体的存在。
ffis--* chi结梅議式图
六、Meselson-Radding 模型
1、问题的提出
在Holliday 模型中，两个非姊妹染色单体中央的杂合双链是对称的。
如果我们考虑这两个杂
合双链中一个被校正而另一个则进行减数后分离的情况，由于两个杂种分子+/g中哪一个被校正
为+应该是随机的，所以三型子囊和四型于囊的数目应是相等的，即
同样，杂合双链+ /g校正为g的情况应该也是如此。
换言之，第2个分子校正为+还是第3个分子校正为+的机会应相同。
对于有8个子囊抱子的子囊来讲，5+: 3g的情况就是连续排
列的+ + + + + ggg ；而四型子囊则是不连续的+++g++gg排列。
事实上
2、M-R模型
word 文档可编辑
从步骤5及其以后的过程中，任何时间两个重叠单链断裂时，这个“过程”便会终止。
这 事件发生得愈早， 则会出现众多的三型子囊， 因为分支迁移将形成四型子囊。
也由于异构化难 于
实现，因此四型子囊必然少于三型
C
L
(1沟斷单琏 nicking
a
£L
B
A
B
b
(3痒莊侵入 single
strand invasion
(2)链員换 strand
displacement
(4)泡切除 loop cleawage
⑴隧同化和碎旌吸收 strand assimilation
两个末端连接
两个未端连接
A
B
异源収
异源收
⑹异构化
iscirtienzaiion
［分支辻移
ranch migralion
分支辻移
-.^branch migration
A
B
■
■ ■minmiBiir
1 ・
1
a
b
I'
1」、 ,
il
L K —
■ j_I
1 B。