DNA的重组

RecA蛋白的 RecA蛋白的 带状图， 带状图， MW： MW：38kD
RecA蛋白的丝状聚合 RecA蛋白的丝状聚合 每一圈螺旋由6 体，每一圈螺旋由6个RecA 蛋白单体构成， 蛋白单体构成，其中一个 单体由红色标出。 单体由红色标出。
RecBCD酶是产生参与重组的DNA单链主要途径。 RecBCD酶具有三种酶活性： ① 依赖于ATP的核酸外切酶活性 ② 可被ATP增强的核酸内切酶活性 ③ ATP依赖的解螺旋酶活性。 断裂时， 当DNA断裂时，它结合在其游离端，使其 断裂时 它结合在其游离端， 解旋并降解，直至酶移动到chi位点 位点： 解旋并降解，直至酶移动到 位点： GCTGGTGG，在其 ＇侧4-6核苷酸处将链切 ，在其3＇ 核苷酸处将链切 产生3＇游离单链，随后单链与RecA结合， 结合， 断，产生 ＇游离单链，随后单链与 结合 开始同源区重组 同源区重组。 开始同源区重组。
片段重组体 recombinant） (patch recombinant）拼接重组体 (slice recombinant)
Holliday模型存在的问题：很难设想两个分 子何以能在同一位置发生断裂。 Meselson M和Radding C对此提出了修正意 见，他们认为同源DNA分子中只有一个分子发 生单链。 现在认为，同源重组是减数分裂的原因， 而不是减数分裂的结果。DNA分子双链断裂才 能与同源分子发生链的交换，藉以将同源染色 体分配到子代细胞中去。因此，双链断裂启动 重组，也启动了减数分裂。
3.类型： 同源重组（homologous recombination） 位点专一性重组（site-specific recombination） 转座重组（transposition recombination）
二、同源重组
同源重组又称一般性重组。同源重组发 生在DNA的同源序列之间，通过配对、链的 断裂和再连接，而产生片断交换的过程。真 核生物非姊妹染色单体的交换，细菌及某些 低等真核生物的转化，细菌的转导、接合等 都属于这一类型。
细菌的结合作用
traS和traT基因编码表面排斥蛋白，阻止F+细胞之间的转移，F+细胞的性菌毛与F-细胞 基因编码表面排斥蛋白，阻止F 细胞之间的转移， 细胞的性菌毛与F
结合后收缩，使二者靠近，TraD蛋白构成转移的通道， TraI在TraY的帮助下结合到转 结合后收缩，使二者靠近，TraD蛋白构成转移的通道，在TraI在TraY的帮助下结合到转 蛋白构成转移的通道 移起点oriT oriT上 切开一条链，使其5 端进入受体细胞 并合成其互补链， 端进入受体细胞， 移起点oriT上，切开一条链，使其5΄端进入受体细胞，并合成其互补链，使F-细胞转化为 细胞，给体细胞中的单链也可以合成互补链。 F+细胞，给体细胞中的单链也可以合成互补链。
3.细菌的转导 转导(transduction)是通过噬菌体将细菌基因 从供体转移到受体细胞的过程。 转导有两种类型 普遍性转导(generalized transduction):是指宿 主基因组任意位置的DNA成为成熟噬菌体颗 DNA 粒DNA的一部分而被带入受体菌。 局限性转导(specialized transduction)：某些温 和噬菌体在装配病毒颗粒时将宿主染色体整合 部位的DNA切割下来取代病毒DNA。
(二) 细菌的基因转移与重组
细菌可以通过多种途径进行细胞间基因转 移，并通过基因重组以适应随时改变的环境。 这种遗传信息的流动不仅发生在种内，也发生 在种间，甚至与高等动植物细胞之间也存在横 向遗传传递(horizontal genetic transmission)。 细菌的基因转移主要有四种机制： 接合(conjugation) 转化(transformation) 转导(transduction) 细胞融合(cell fusion
2. 细菌的遗传转化 遗传转化(genetic transformation)是指细菌品系 由于吸收了外源DNA(转化因子)而发生遗传性 状的改变现象。
具有摄取周围环境中游离DNA分子能力的细 菌细胞称为感受态细胞(competent cell)。很多细 菌在自然条件下就有吸收外源DNA的能力。
二、特异位点重组
特异位点重组广泛存在于各类细胞中。起 着十分特殊的作用。 包括： 某些基因表达的调节 发育过程中程序性DNA重排 病毒和质粒DNA复制循环过程中发生的整合 与切除等。
此过程往往发生在一个特定的短的(20～ 此过程往往发生在一个特定的短的 ～200 bp) DNA序列内 序列内 (重组位点 ，并且有特异的酶 重组酶 和辅助因子对其识别和 重组位点)， 重组酶)和辅助因子对其识别和 重组位点 并且有特异的酶(重组酶 作用。 作用。
Holliday联结体
其中RecA蛋白参与重组是最关键步骤。
DNA单链的同化(assimilation）是指单链与同源 双链分子发生链的交换，从而使重组过程中DNA配 对、Holliday中间体的形成，分支移动等步骤得以 产生。
RecA蛋白的丝状 RecA蛋白的丝状 聚合体与DNA DNA的 聚合体与DNA的 相互作用
1. 细菌的接合作用 细菌的细胞相互接触时遗传信息可以由一 个细胞转移到另一个细胞，称为接合作用。 供体细胞被定义为雄性，受体细胞为雌性。 通过接合而转移DNA的能力是由接合质粒 (conjugative plasmid)提供的，与接合功能有关 的蛋白质均由接合质粒所编码。能够促使染 色体基因转移的接合质粒称为致育因子 (fertility factor)，简称为性因子或F因子。
λ噬菌体的位点专一性重组 噬菌体的位点专一性重组
2. 细菌的特异位点重组
3. 免疫球蛋白的基因重排
IgG的分子结构 的分子结构
Kappa链基因族（小鼠6号染色体。人2号染色体） 链基因族（小鼠 号染色体 号染色体。 号染色体） 链基因族 号染色体
小鼠： 小鼠：Vκ～250 Jκ4 人： Vκ 76 Jκ5 Lambda链基因族（小鼠16号染色体。人22号染色体） 链基因族（小鼠 号染色体 号染色体。 号染色体） 链基因族 号染色体
F质粒性质：
双链闭环的大质粒，总长约100 kb，复制起点 为oriV。 可以在细胞内游离存在，也可以整合到宿主染 色体内，因此属于附加体。 与转移有关的基因(tra)占据质粒的三分之一 (～33 kb)，称为转移区，包括编码F性菌毛(F pilus)、稳定接合配对、转移的起始和调节等， 总共约40个基因。
有些细菌在自然条件下不发生转化或转化 效率很低，但在实验室中可以人工促使转化。 例如大肠杆菌，用高浓度Ca2+处理，可诱导细 胞成为感受态，重组质粒得以高效转化。
转化过程涉及细菌染色体上10多个基因编码的功能。 转化过程涉及细菌染色体上10多个基因编码的功能。如：感受态因、 10多个基因编码的功能 感受态因、 与膜结合的DNA结合蛋白、自溶素、多种核酸酶等 DNA结合蛋白 与膜结合的DNA结合蛋白、自溶素、多种核酸酶等。感受态因子诱导与 感受态有关的蛋白质表达，自溶素使与膜结合的DNA结合蛋白、 DNA结合蛋白 感受态有关的蛋白质表达，自溶素使与膜结合的DNA结合蛋白、核酸酶 裸露，当游离DNA与膜结合的DNA结合蛋白结合后， DNA与膜结合的DNA结合蛋白结合后 裸露，当游离DNA与膜结合的DNA结合蛋白结合后，核酸酶使其中一条 链降解，另一条链被吸收，与染色体DNA重组。 DNA重组 链降解，另一条链被吸收，与染色体DNA重组。
在细菌基因转移 的不同时间将配对细 胞分开，可以确定基 因在染色体上的位置。 F质粒DNA可以通过重 组整合到受体的染色 体中，使受体菌成为 高频重组（Hrf)菌株， 若F质粒的DNA未能完 整地进入受体菌，则 受体菌不能转化为F+, F质粒的DNA可以被切 割出来，有时可携带 宿主菌的染色体DNA， 称作F΄因子， F΄因 子携带的基因可在受 体菌表达。
小鼠： J λ C λ3 小鼠：Vλ2 人： Vλ～ 300 J λ C λ6 λ 小鼠重链基因族（ 号染色体 号染色体） 小鼠重链基因族（12号染色体）
4.细菌的细胞融合 在有些细菌的种属中可发生由细胞 质膜融合导致的基因转移和重组。在实 验室中，用溶菌酶除去细菌细胞壁的肽 聚糖，使之成为原生质体，可人工促进 原生质体的融合，由此使两菌株的DNA发 生广泛的重组。
(三) 重组有关的酶
大肠杆菌重组有关的酶: RecA：诱发SOS反应， 促进DNA单链的同化 RecF、O、R：调节RecA纤丝的装配与拆卸 RecB、C、D：产生参与重组的DNA单链 RuvA、B、C：产生促进异源双链的形成和切开
DNA的重组 的重组
一、引 言
1.概念： DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组 合，称为遗传重组 (genetic recombination),或者 基因重排(gene rearrangement)。重组产物为重组 体DNA (recombinant DNA)。 2.意义： DNA重组对生物进化起着关键的作用 它为DNA损伤或复制障碍提供修复机制 某些生物的基因表达受DNA重组的调节
（一） Holliday模型
Robin Holliday于1964年提出 四个关键步骤有： ① 两个同源染色体DNA排列整齐； ② 一个DNA的一条链裂断并与另一个DNA对应的 链连接，形成的连接分子(joint molecule)，称 为Holliday中间体(intermediate); ③ 通过分支移动(branch migration)产生异源双 链(heteroduplex)DNA; ④ Holliday中间体切开并修复，形成两个双链 重组体DNA。
特异位点重组的结果依赖于重组位点的位置和方向重 组位点以白箭头表示。A：重组位点反方向位于同一DNA 分子，重组结果发生倒位。B：重组位点同方向位于同一 DNA分子，重组发生切除，位于不同分子，重组发生整合
1.λ噬菌体的整合与切除 λ噬菌体侵入大肠杆菌细胞后，面临着裂 解生长还是溶源生长两种生活型的选择，其 DNA在不同生活型之间的转换。包括两种状态： 进入溶源状态需要λDNA整合（integrate） 进宿主DNA，噬菌体DNA是细菌染色体的整合 部分 由溶源状态进入裂解状态需要λDNA从宿主 DNA上切除（excise）下来，λDNA在宿主细菌 中以环状分子独立存在。
在大肠杆菌中由RuvA,RuvB和RuvC蛋白参与的同源重组。 在大肠杆菌中由RuvA,RuvB和RuvC蛋白参与的同源重组。 RuvA,RuvB 蛋白参与的同源重组
（左）RuvA四聚体蛋白能够识别Holliday联结体(junction)的交叉点结合到 RuvA四聚体蛋白能够识别Holliday联结体(junction)的交叉点结合到 四聚体蛋白能够识别Holliday联结体 Holliday位点 位点； Holliday位点； RuvB六聚体结合到杂合双螺旋的两对面 DNA穿过其中心 六聚体结合到杂合双螺旋的两对面， 穿过其中心， RuvB是一种解螺 （中）RuvB六聚体结合到杂合双螺旋的两对面，DNA穿过其中心， RuvB是一种解螺 旋酶，通过水解ATP而推动分支移动。 ATP而推动分支移动 旋酶，通过水解ATP而推动分支移动。 RuvC是一种核酸内切酶 结合到Holliday位点，切断核酸链， 是一种核酸内切酶， Holliday位点 （右）RuvC是一种核酸内切酶，结合到Holliday位点，切断核酸链，它识别不对称 的四核苷酸ATTG 此序列因而成为切开Holliday联结体的热点， ATTG， Holliday联结体的热点 的四核苷酸ATTG，此序列因而成为切开Holliday联结体的热点，并决定结果 是片段重组还是拼接重组，即异源双链区两侧来自同一分子还是不同分子。 是片段重组还是拼接重组，即异源双链区两侧来自同一分子还是不同分子。