分子生物学第二章染色体与DNA

分子生物学第二章染色体与DNA，染色体指在细胞分期出现的一种能被减性染料强染色，并具有一定形态、结构特征的物体分单位，是造传物质的主要载体。

第二章 染色体与DNA

• 染色体与DNA的结构
  • 染色体的结构
    • 染色体概述
      • 指在细胞分裂期出现的一种能被碱性染料强烈染色，并具有一定形态、结构特征的物体分离单位，是遗传物质的主要载体。
    • 真核细胞染色体组成
      • 蛋白质
        • 组蛋白
        • 非组蛋白
          • H1、H2A、H2B、H3、H4
      • 真核生物基因组DNA
        • C值和C值反常现象
          • C值：一种生物单倍体基因组DNA的总量称为C值，又叫基因组大小
          • C值反常现象：C值和生物结构或组成的复杂性不一致的现象称为C值反常现象，又称为C值谬误
        • 真核细胞DNA序列分类
          • 不重复序列、中度重复序列、高度重复序列
        • 真核生物基因基因组大小与基因数量
      • 染色质和核小体
        • 染色质
          • 定义：细胞周期间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的复合结构，因其易被碱性染料染色而得名。
          • 分类：常染色质和异染色质，异染色质又可分为组成型异染色质和兼性异染色质
        • 核小体
          • 是构成染色质的基本单位
          • 结构组成：每个核小体含有约200bp的DNA，核心组蛋白H2A、H2B、H3、H4各2份拷贝，1份拷贝的H1组蛋白位于核小体外侧。
      • 真核生物基因组的包装
        • DNA-核小体链-纤丝-突环-玫瑰花结-螺旋圈-染色体
    • 原核生物基因组
      • 拟核：细菌遗传物质表现出相当致密的小块，占细胞体积的1/3，但没有出现真核生物细胞染色体形态特征，有约400个独立的负超螺旋结构域。
    • 病毒基因组
      • 病毒只含一类核酸，分DNA病毒和RNA病毒
  • DNA的结构
    • DNA的一级结构
      • DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序
    • DNA的二级结构
      • DNA常见的几种构象：A-DNA、B-DNA、Z-DNA
      • 双螺旋模型特点
        • 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设中心轴右旋相互盘绕形成；链间碱基按A-T，G-C配对；螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm，螺旋结构每隔10个碱基对重复一次，间隔为3.4nm。
      • DNA的光吸收峰值的波长为260nm
    • DNA的高级结构
      • 超螺旋可分为正超螺旋和负超螺旋，双螺旋DNA的松开导致负超螺旋，而拧紧则导致正螺旋
      • 质粒DNA的三种不同构象：闭合DNA、开环DNA、线状DNA
• DNA复制
  • DNA复制概述
    • 三种假说
      • 半保留复制（密度梯度超整离心）、全保留复制、散布式复制
    • 复制方向：双向复制（放射自显影实验确定复制的方向）
    • 冈崎片段与半不连续复制
      • DNA复制合成先导链时是连续的；而在合成后随链时形成小片段（冈崎片段），随后再将它们连接成大片段。因后随连不连续合成而先导链连续合成，所以称为半不连续复制。
  • 原核生物DNA复制特点
    • DNA复制相关的主要物质
      • 原料：四种脱氧核苷三磷酸（dNTP）
      • DNA聚合酶|||能促进新生链的合成
      • DNA连接酶：用于连接两个冈崎片段
    • 复制的引发
      • 前导链和后随链的合成方向都是从5-3，且都需要RNA引物
    • 复制的延伸
      • 在复制延伸过程中，前导链和后随链的合成同时进行，相互协调，合成方向都是从5-3.前导链持续合成，其合成方向与复制叉移动方向一致，而后随链合成方向相反
      • 后随链的合成需要：起始引发-延伸形成冈崎片段-RNA移除-缺口填补-切口连接
    • 原核生物DNA复制的调控
      • 复制起始不依赖于细胞分裂，而复制终止则能引发细胞分裂
      • 复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和RNA
      • 大肠杆菌的复制起点有oriC（首选）和oriH两种
  • 真核生物DNA复制特点
    • DNA复制时期：间期的S期
    • 真核生物DNA每个细胞周期只精确复制一次
    • 真核生物细胞DNA的复制调控
      • 真核细胞的生活周期可分为4个时期：G1、S、G2和M期。G1是复制预备期，S为复制期，G2为有丝分裂准备期，M为有丝分裂期。DNA复制只发生在S期
      • 3个水平的调控：细胞周期水平、染色体水平、复制子水平
• DNA的突变与损伤修复
  • DNA的突变
    • 基因突变：只在基因内的遗传物质发生可遗传的结构和数量的变化
    • 突变原因：复制错误、化学和物理因素、转座子转座等
    • 突变类型
      • 根据基因表达是否改变：同义突变错义突变、移码突变、无义突变
      • 根据突变DNA片段大小：点突变（单个核苷酸突变引起的转换和颠倒）、indel（一个或少数几个核苷酸的插入或缺失引起的突变等）
    • 突变后果：DNA序列永久性的不可逆改变
  • DNA损伤的修复
    • 错配修复：识别母链的依据来自Dam甲基化酶，它能使位于5‘-GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。根据“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基并修复
    • 切除修复
      • 碱基切除修复：碱基损伤时，修复要切除受损碱基形成无嘧啶或无嘌呤位点（AP位点），再修复
      • 核苷酸切除修复：DNA切割酶在已损伤的核苷酸5’和3‘位分别切开磷酸糖苷键，产生一个由12~13个核苷酸（原核生物）或27~29个核苷酸（人类或其他高等真核生物）小片段，移去小片段。DNA聚合酶I（原核）合成新片段。DNA连接酶连接切口完成修复。
    • 同源重组修复和非同源末端连接
      • 同源重组修复：当细胞核内有相应同源DNA片段时，HR利用细胞内同源染色体对应的DNA序列做修复模板进行DNA修复
      • 非同源末端连接：当细胞核内没有相应的同源DNA片段时，NHEJ通过断裂末端突出的单链之间错排配对，断裂的两个末端直接相互连接
    • DNA的直接修复：不需要切除碱基或核苷酸的机制，直接把损伤的碱基恢复到原来的状态
  • DNA损伤的非修复处理
    • 易错旁路：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（SOS修复的一种），如DNA聚合酶遇到嘧啶二聚体、UV引起的（6-4）光化产物、无碱基位点（AP）点等没有被修复的损伤而使复制停顿时，复制机器（DNA聚合酶V）可以越过损伤继续复制。该修复机制具有高度的易错性，容易引入突变
    • 重组修复：是一种最为重要的旁路修复机制，属于复制后修复。注：并非真正的修复