第二章染色体与dna

分子生物学第二章，从染色体与DNA、DNA的结构、DNA的复制等方面进行了分析和概述，需要的可以收藏下哟。

第二章染色体与DNA

• 染色体与DNA
  • 染色体的组成与结构
    • 染色体：指细胞在有丝分裂或减数分裂中，由染色质聚缩而成棒斑状结构。
    • 原核生物与真核生物染色体区别
      • 原核生物：一般只有一条染色体；没有真正的细胞核，DNA一般位于类核体上；DNA是共价、闭合双链分子，通常也称为染色体；染色体外包裹着稀疏的蛋白质。
      • 真核生物：染色体位于真核细胞的核仁内；DNA与蛋白质完全融合在一起，其蛋白质和相应的DNA质量比约为2:1。
  • DNA的分布
    • 主要在染色体上；染色体是DNA的主要载体。
    • 细胞质内
  • 染色体的化学组成
    • DNA
    • 蛋白质：组蛋白；非组蛋白
    • 少量的RNA
  • 染色体DNA的包装
    • 双链DNA盘绕组蛋白八聚体核心构成核小体。
    • 核小体念珠结构管进一步旋成30nm的螺线管，每一螺旋由6个核小体组成；螺线管进一步压缩形成超螺旋，其为300nm粗的染色质丝状结构；
    • 染色质丝再高度超螺旋为700nm粗的染色单体。
  • 染色体与基因组DNA
    • 原核生物基因组DNA特征
      • 结构简单
      • 存在转录基因
      • 有重叠基因
    • 真核生物基因组DNA特征
      • 基因组庞大，一般远远大于原核生物的基因组；
      • 存在大量的重复序列
        • 不重复序列
        • 中度重复序列
        • 高度重复序列
      • 基因组中大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上（真核生物与原核生物、病毒之间的最主要区别）
      • 转录产物为单顺反子
      • 基因是断裂基因，有内含子结构
      • 基因组存在大量的顺作式作用元件
        • 指相对同一染色体或DNA分子而言为“顺式”
        • 对不同染色体或DNA分子而言为“反式”
      • 存在大量的DNA多态性
        • 单核苷酸多态性
        • 串联重复序列多态性
      • 具有微粒结构
        • 端粒DNA序列
        • 端粒酶
        • 意义
          • 维持染色单体的独立性和完整性
          • 保护线性DNA的完整复制
          • 控制细胞分裂次数的生命时钟
    • N值矛盾：生物体的复杂性与基因数之间并不总是正相关
    • K值矛盾：生物体的复杂性与染色体数之间并不总是正相关
• DNA的结构
  • DNA的一级结构
    • 定义：指四种核苷酸（dAMP、dCMP、dGMP、dTMP）按照一定的排列顺序，通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸
    • 核苷酸之间的连接方式：一个核苷酸的5‘-磷酸与下一位核苷酸3’-OH形成3’，5‘磷酸二酯键，构成不分支的线性大分子，其中磷酸基和戊糖基构成DNA链的骨架，可变部分是碱基排列序列
    • 脱氧核糖核苷酸与核糖核苷酸的区别：
    • 表示法：结构式、线条式、字母式
  • DNA的二级结构
    • 定义：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构
    • 分类
      • 右手螺旋
        • A-DNA
          • 大沟：很窄很深；小沟：很宽、浅
        • B-DNA
          • 大沟：很宽较深；小沟：窄、深（最常用）
      • 左手螺旋
        • Z-DNA
          • 大沟：平坦；小沟：较窄很深
    • DNA构象变化
      • A-T丰富的DNA片段常呈B-DNA；当一条链被RNA所取代时，会变构成A-DNA
      • B-DNA双链都被RNA链取代时，得到的双螺旋结构也是A-DNA
  • DNA的三级结构（高级结构）
    • 定义
      • 超螺旋是DNA三级结构的主要形式
      • 超螺旋按方向分为正超螺旋和负超螺旋
      • 所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异构酶产生的
    • 超螺旋的种类：负超螺旋、环状螺旋、正超螺旋
    • 细菌质粒DNA（环状双链DNA）三种构型
      • 共价闭合环状DNA（cccDNA）
      • 开环DNA（ocDNA）
      • 线性DNA（IDNA）
      • 在电场作用下，相同分子质量的cccDNA比IDNA的迁移率大，IDNA又比ocDNA的迁移率大
• DNA的复制
  • 复制的基本概念：DNA是由两条互补的脱氧核苷酸链组成，所以一条DNA链上的核苷酸排列顺序是由双螺旋DNA的复制另一条决定的。
  • DNA复制的几种方式：半保留复制、全保留复制、分散复制等
  • DNA的半保留复制：第一代分子含有一条亲代的链（用红色表示），与另一条新合成的链（用白色表示）配对。在后面的复制过程中，原来的亲代的两条链仍保持完整，因此总有两个分子各具有一条原来亲代的链。
  • DNA复制的一般过程
    • 起始点
      • 原核生物的整个染色体上一般只有一个复制起始位点
      • 在大肠杆菌中的复制起始位点是Oric，由3个13bp重复序列和4个9bp的反向保守序列组成
      • 复制起始的主要步骤
        • DnaA蛋白在ATP的催化下与4个9bp的反向保守序列结合，使之卷曲；
        • HU在ATP的作用下使3个13bp重复序列形成开环结构；
        • DnaB蛋白在DnaC蛋白作用下与未解序列结合，每六个DnaB蛋白与母链结合，开始DNA的复制
        • 在DNA解链酶与DNA引物酶结合后，细胞中存在足够的SSB时，形成复制叉
        • 在DNA解链酶与DNA引物酶结合后，细胞中存在足够的SSB时，形成复制叉
        • 以3‘-5’方向的母链作为模板，复制合成出一条5‘-3’方向的前导链，复制方向与形成复制叉打开方向相同；以5‘-3’方向的母链作为模板，RNA引物酶作为引物，复制合成多条5‘-3’方向的短链，为后随链，只能以片段形式合成，叫冈崎片段，其方向与复制叉方向打开相反。
        • DNA双螺旋结构是由两条方向相反的单链组成；生物体内DNA聚合酶只能催化DNA5‘-3’的方向合成。
    • 延伸
      • 两个起始点开始，单一方向生长
      • 一个起始点，双链单一方向生长
      • 一个起始点，双链双向生长
    • 终止：当复制叉前移遇到20bp重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus复合物能阻挡复制叉的继续前移；当相反方向复制叉到达后在DNA拓扑异构酶作用下使复制叉解体，释放子链DNA。
  • DNA聚合酶特征
    • DNA聚合酶I的分子数最高，DNA聚合酶III的分子数最低
    • 在DNA复制中，最常用的是DNA聚合酶III进行连接
  • 原核DNA与真核DNA复制的特点
    • 复制是半保留的
    • 原核生物一般只有一个复制原点，真核生物有多个复制原点
    • 原核生物染色体是环状DNA，真核生物染色体是线性DNA
    • 原核生物DNA复制速度比真核生物DNA复制速度快

第二章染色体与DNA

• DNA的结构
  • DNA的一级结构
    • 定义：指四种核苷酸（dAMP、dCMP、dGMP、dTMP）按照一定的排列顺序，通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸
    • 核苷酸之间的连接方式：一个核苷酸的5‘-磷酸与下一位核苷酸3’-OH形成3’，5‘磷酸二酯键，构成不分支的线性大分子，其中磷酸基和戊糖基构成DNA链的骨架，可变部分是碱基排列序列
    • 脱氧核糖核苷酸与核糖核苷酸的区别：
    • 表示法：结构式、线条式、字母式
  • DNA的二级结构
    • 定义：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构
    • 分类
      • 右手螺旋
        • A-DNA
          • 大沟：很窄很深；小沟：很宽、浅
        • B-DNA
          • 大沟：很宽较深；小沟：窄、深（最常用）
      • 左手螺旋
        • Z-DNA
          • 大沟：平坦；小沟：较窄很深
          • 邻近调控系统：调节区的构象是Z-DNA，则转录被抑制；Z-DNA转变为B-DNA后，转录才能活化
          • 远距离调控系统：Z-DNA通过改变负超螺旋水平，决定聚合酶能否与模板链结合而调节转录起始活性
    • DNA构象变化
      • A-T丰富的DNA片段常呈B-DNA；当一条链被RNA所取代时，会变构成A-DNA
      • B-DNA双链都被RNA链取代时，得到的双螺旋结构也是A-DNA
  • DNA的三级结构（高级结构）
    • 定义
      • 超螺旋是DNA三级结构的主要形式
      • 超螺旋按方向分为正超螺旋和负超螺旋
      • 所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异构酶产生的
    • 超螺旋的种类：负超螺旋、环状螺旋、正超螺旋
    • 细菌质粒DNA（环状双链DNA）三种构型
      • 共价闭合环状DNA（cccDNA）：完整的质粒DNA为环形结构，且呈负超螺旋
      • 开环DNA（ocDNA）：一条链保持完整环形，另一条链有一个或多个缺口
      • 线性DNA（IDNA）：质粒DNA经过适当的内切酶切割后，发生双链均断裂形成
      • 在电场作用下，相同分子质量的cccDNA比IDNA的迁移率大，IDNA又比ocDNA的迁移率大
• DNA的复制
  • 复制的基本概念：DNA是由两条互补的脱氧核苷酸链组成，所以一条DNA链上的核苷酸排列顺序是由双螺旋DNA的复制另一条决定的。
  • DNA复制的几种方式：半保留复制、全保留复制、分散复制等
  • DNA的半保留复制：第一代分子含有一条亲代的链（用红色表示），与另一条新合成的链（用白色表示）配对。在后面的复制过程中，原来的亲代的两条链仍保持完整，因此总有两个分子各具有一条原来亲代的链。
  • DNA复制的一般过程
    • 起始点
      • 原核生物的整个染色体上一般只有一个复制起始位点
      • 在大肠杆菌中的复制起始位点是Oric，由3个13bp重复序列和4个9bp的反向保守序列组成
      • 复制起始的主要步骤
        • DnaA蛋白在ATP的催化下与4个9bp的反向保守序列结合，使之卷曲；
        • HU在ATP的作用下使3个13bp重复序列形成开环结构；
        • DnaB蛋白在DnaC蛋白作用下与未解序列结合，每六个DnaB蛋白与母链结合，开始DNA的复制
        • 在DNA解链酶与DNA引物酶结合后，细胞中存在足够的SSB时，形成复制叉
        • 在DNA解链酶与DNA引物酶结合后，细胞中存在足够的SSB时，形成复制叉
        • 以3‘-5’方向的母链作为模板，复制合成出一条5‘-3’方向的前导链，复制方向与形成复制叉打开方向相同；以5‘-3’方向的母链作为模板，RNA引物酶作为引物，复制合成多条5‘-3’方向的短链，为后随链，只能以片段形式合成，叫冈崎片段，其方向与复制叉方向打开相反。
        • DNA双螺旋结构是由两条方向相反的单链组成；生物体内DNA聚合酶只能催化DNA5‘-3’的方向合成。
    • 延伸
      • 两个起始点开始，单一方向生长
      • 一个起始点，双链单一方向生长
      • 一个起始点，双链双向生长
    • 终止：当复制叉前移遇到20bp重复性终止子序列（Ter）时，Ter-Tus复合物能阻挡复制叉的继续前移；当相反方向复制叉到达后在DNA拓扑异构酶作用下使复制叉解体，释放子链DNA。
  • DNA聚合酶特征
    • DNA聚合酶I的分子数最高，DNA聚合酶III的分子数最低
    • 在DNA复制中，最常用的是DNA聚合酶III进行连接
  • 原核DNA与真核DNA复制的特点
    • 复制是半保留的
    • 原核生物一般只有一个复制原点，真核生物有多个复制原点
    • 原核生物染色体是环状DNA，真核生物染色体是线性DNA
    • 原核生物DNA复制速度比真核生物DNA复制速度快
• DNA损伤、修复
  • 引起损伤的因素
    • 自发性损伤（自发脱碱基、复制中的损伤）
    • 物理因素引起的损伤（电离辐射、紫外线）
    • 化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）
  • 引起损伤的类型
    • 嘧啶二聚体、错误碱基、碱基脱落等等
  • DNA的修复系统
    • 错配修复
      • DNA腺嘌呤甲基化酶
        • 扫描在新生链中非m6A的GATC序列
        • 扫描新生链中错误碱基
        • 酶切含错配碱基的新生DNA区域
        • 复制后产生
    • 切除修复
      • 尿嘧啶-N-糖苷酶系统：尿嘧啶渗入，AP内切酶把DNA链中含有尿嘧啶碱基切除，再用连接酶、聚合酶将正确的碱基连接上。
      • 碱基切除修复
      • 复制后产生
    • DNA直接修复（复制前产生）
      • 嘧啶二聚体（TT二聚体、CC二聚体、CT二聚体）：紫外线照射形成二聚体
        • 光复活：可见光激活
    • 重组修复
      • 复制过程中越过二聚体在相应新链上留下缺口
      • 二聚体浓度被稀释
      • 可由其它机制进一步修复
      • 复制后产生
    • SOS修复系统（复制过程中）：是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施
• 聚合酶
• 连接酶
• 与子链正常连接
• 将嘧啶二聚体打开
• 光敏裂合酶