分子生物学 第二章
分子生物学：重组和转座
转座子的特点
转座子是不必借助同源序列就可以移动的片断,即转座作用与供体 和受体的序列无关;
原核生物和真核生物都有转座子; 转座序列可沿染色体移动,甚至在不同染色体间跳跃(跳跃基因) 转座子对基因组而言是一个不稳定因素，它可导致宿主序列删除、
倒位或易位，并且其在基因组中成为“可移动的同源区”。位于 不同位点的两个拷贝转座子之间可以发生交互重组，从而造成基 因组不同形式的重排。 有些转座子与基因组的关系犹如寄生，它们的功能只是为了自身 的扩增与繁衍，因此被称为是自私的DNA。
转座中涉及的机制依赖于DNA 链的切割和重接，因此 （branch migration）
Cro蛋白抑制C I基因的转录，它占优势噬菌体即进入繁殖周期，并导致宿主细胞裂解。
与重组过程联系起来。 二者含有共同的核心序列15bp（O区）。
DNA转座子上携带作为重组位点的DNA序列，以及参与重组的蛋白质的基因（转座酶基因）。 同源重组 (homologous recombination )或普遍性重组（generalized recombination ）
复制式转座 如 Tn3
非复制式转座 如 Tn10
类病毒反转录转座子/反转录病毒
带有反向终端重复序列.反向终端 重复序列嵌入在较长的正向排列的 重复序列(长末端重复序列, long terminal repeats LTR)中；
带有靶位点重复序列； 类病毒反转录转座子编码两种移位所需的蛋白：转座酶和反转录酶。 类病毒反转录转座子和反转录病毒的区别在于：反转录病毒的基因
径的歧化做好准备。
位点特异性重组与同源重组的区别
带有2个基因ORF1和ORF2；
同源重组 (homologous recombination )或普遍性重组（generalized recombination ）
分子生物学名词解释1
分子生物学名词解释第二章(主要的:核小体、半保留复制、复制子、单链结合蛋白、岗崎片段、错配修复、DNA的转座、C值矛盾、前导链与后随链。
)1. C值反常现象(C值矛盾C-value paradox):C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。
真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非功能DNA所隔开，这就是著名的“C值反常现象”。
C值一般随着生物进化而增加，高等生物的C值一般大于低等生物。
某些两栖动物的C值甚至比哺乳动物还大，而在两栖动物里面，C值变化也很大。
2.DNA的半保留复制:由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。
3.DNA聚合酶:●以DNA为模板的DNA合成酶●以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物●反应需要有模板的指导●反应需要有3 -OH存在●DNA链的合成方向为5 34.DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。
但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用5.DNA 拓扑异构酶(DNA Topisomerase)：拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再连接，作用是松解负超螺旋。
主要集中在活性转录区，同转录有关。
例：大肠杆菌中的ε蛋白拓扑异构酶Π：该酶能暂时性地切断和重新连接双链DNA，作用是将负超螺旋引入DNA分子。
同复制有关。
例：大肠杆菌中的DNA旋转酶6. DNA 解螺旋酶/解链酶（DNA helicase)通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。
E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。
rep蛋白沿3 ’ 5’移动，而解螺旋酶I、II、III沿5 ’ 3’移动。
7. 单链结合蛋白(SSBP-single-strand binding protein)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。
分子生物学：第二章 基因、染色体与DNA-1
Recombination analysis （重组分析）
rII47 0
rII102 0
rII47 0
rII104 0
infect E. coli B infect E. coli K12
两种噬菌斑
一种WT噬菌斑
可以根据重组值计算两两之间的距离
RII 47 104 101 103 105
2.1.1 遗传因子假说
(Hypothesis of the inherited factor G. J. Mendel 1866. )
• 生物性状由遗传因子控制
• 亲代传给子代的是遗传因子(A,a….) • 遗传因子在体细胞内成双(AA, aa)
在生殖细胞内为单（A,a） • 杂合子体细胞内具有成双的遗传因子(Aa) • 等位的遗传因子分离 • 非等位遗传因子间自由组合地独立分配到配子中
➢科学（基因--酶）为技术（互补测验）的发明提供了理论依据 ➢（互补测验）技术为科学（顺反子）的发现提供了方法手段 ➢构建大量（核苷酸及表型）突变体 ➢开展大量（功能互补）实验
顺反子学说（Theory of cistron）
• Cistron 是基因的同义词
• 在一个顺反子内，有若干个突变单位, 突变子(muton) • 在一个顺反子内，有若干个交换单位, 交换子（recon） • 基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割的
最小的遗传功能单位 three in one one in one
• 基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换
• pseudo alleles 是基因内的不同突变体
• mut1 X mut2
WT 是基因内发生交换的结果
• cistron 概念的提出是对经典的基因概念的动摇
分子生物学第二章dna结构与功能
1、组蛋白(histone)
真核生物染色体的基本结构蛋白 富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸 碱性蛋白质 可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性 结合）；
组蛋白的一般特性：
i) 进化极端保守性:
不同种生物A、H2B变化相对大； ❖ H1变化更大。 ❖ H3、H4可能对稳定真核生物的染色体结构起重要作用。
c．半个核小体核心颗粒的示意模型，一圈DNA超螺旋（73bp）和4种核心组蛋 白分子，每种组蛋白由3 个α螺旋和一个伸展的N-端尾部组成。
N-端尾部有序排列，参与核小体之间的相互作用，以形成螺线管等高级结构。
（五）原核生物和真核生物基因组 结构特点比较
上海第二军医大硕士研究生入学考试试题： 基因组的特点（真核、原核比较 ）
❖
Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个
单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点
（AG↓CT）从而将其切成长130和170bp的两段，因
而定名为Alu序列（或Alu家族）。
❖ Alu序列分散在整个人体或其他哺乳动物基因组 中，在间隔DNA、内含子中都发现有Alu序列，平均 每5kb DNA就有一个Alu顺序。已建立的基因组中无 例外地含有Alu顺序。
❖ 一是改变染色体的结构，直接影响转录活性； ❖ 二是核小体表面发生改变，使其它调控蛋白易
于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。
简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋 白修饰的种类及其生物学意义
中国科学院2003年硕士研究生入学《生物化学与 分子生物学》试题
2.非组蛋白
❖ 占组蛋白总量的60％－70％，种类很多，20－ 100种，常见有15－20种；
❖ 在真核生物中C值一般是随生物进化而增 加的，高等生物的C值一般大于低等生物。
分子生物学第二章DNA结构与功能
Alu家族： Alu家族是哺乳动物包括人基因组中含量最丰富的一种中度重复顺序家族，在单倍体人基因组中重复达30万-50万次，约占人基因组的3-6％。 Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点（AG↓CT）从而将其切成长130和170bp的两段，因而定名为Alu序列（或Alu家族）。
定义：
核心颗粒
核小体的结构
Histone octamer (组蛋白八聚体)
Top view Side view Nucleosome core
Nucleosome core
Chromatosome
146 bp, 1.8 superhelical turn
166 bp, 2 superhelical turn
原核生物(prokaryote)
（三）染色体的结构和组成
组蛋白： H1 H2A H2B H3 H4 非组蛋白 } DNA 蛋白质 真核生物染色体的组成
1、组蛋白(histone)
真核生物染色体的基本结构蛋白 富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸 碱性蛋白质 可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）；
28S、5.8S及18S rRNA基因： 非洲爪蛙的18S、5.8S及28S rRNA基因是连在一起的，它们中间隔着不转录的间隔区，这些18S、5.8S及28S rRNA基因及间隔区组成的单位在DNA链上串联重复许多次。 不转录的间隔区是由21-100个碱基对组成的类似卫星DNA的串联重复序列。 中度重复序列往往分散在不重复序列之间。
真核细胞DNA序列大致可被分为3类：
不重复序列/单一序列
1
中度重复序列
2
高度重复序列
3
不重复序列/单一序列 在单倍体基因组里，这些序列一般只有一个或几个拷贝，它占DNA总量的40％-80％，不重复序列长约750-2000bp，相当于一个结构基因的长度。 真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等 功能：编码蛋白质。
分子生物学 第二章 有机体、基因和染色体
②蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。多拷贝 基因或多拷贝序列存在于染色体上常引起非均 等交换 , 结果导致了相同序列之间的基因的缺 失或倒位。 基因序列的倍增虽是经常发生的 (10-4), 可是绝大 多数的倍增并没有给细菌带来选择上的优势 , 因而很快又被淘汰。这样 , 使绝大多数的蛋白 质基因保持单拷贝形式。
类核的结构
E.coli: 4.2×106bp （ 1300 微米）， 闭合环状，约 编 码 3000~4000 个 基因。
生物在进化中选择了经济而又有效的结构形式：
①功能上相关的几个结构基因前后相连，再加上一 个共同的调节基因和一组共同的控制位点，即启 动子和操作子在基因转录时协同动作。细菌基因 表达调控的这样一个完整的单元，称为操纵元。 例：大肠杆菌中半乳糖代谢的 β- 半乳糖苷酶，半乳 糖苷透性酶，半乳糖苷乙酰化酶三个酶的基因z、 y 、 a 与控制位点 o 、 p 以及它们的调不需要转录后加工；而真 核生物基因转录后的绝大部分前提RNA必须经过剪接 过程才能形成成熟的RNA。 原核生物细胞内缺少分隔的功能区域，所有生理生化 反应都在同一细胞质中进行，因而原核生物的基因转 录和翻译是偶联的，边转录边翻译；真核生物细胞的 转录和翻译在时间和空间上都是分离的。
推理过程：
φ×174的DNA数量有限,其基因在排列上更加 体现了经济原则：
(1) φ×174 有11蛋白质基因,但是只转录成3个 mRNA,其中一个从A基因开始,一个从B基因开始, 另一个从D基因开始. (2) φ×174的DNA分子绝大部分用来编码蛋白质, 不翻译出来的部分只占4%(217/5386),其中包括 基因之间的间隔区和一些控制基因表达的序列. (3) φ×174 的基因排列上最显著的特点是有重叠 基因和基因内基因.
分子生物学第二章
增强子
TATA 盒 CAAT 盒 GC 盒
3’
内含子 外显子 转录终止子
• 真核生物启动子与基本转录因子及 RNA 聚合酶结合，起 始 hnRNA 的转录。
TATA 盒： 又称 Goldberg-Hogness 盒，转录因子 TFIID 的 结合位点，启动基因转录。
CAAT 盒：转录因子 CTF 的结合位点，决定启动子的转录 效率。
不同物种的基因组
人 (Homo sapiens) 小鼠 (M. musculus) 线虫 (C. elegans) 果蝇 (D. melanogaster) 酵母 (S. cerevisiae) 拟南芥(A. thaliana) 大肠杆菌 (E. coli) 艾滋病毒 (HIV)
基因组 (bp) 3 X 109 2.6 X 109 9.7 X 107
基因组 (Genome)
生物体或细胞中一套染色体的遗传物质的总和， 以全长 DNA 的碱基对 (bp) 数目表示。
病毒基因组的一般特点
包括 DNA 或 RNA 病毒或者动物、植物及细菌病毒。 1. 大小相差很大：如乙肝病毒 3.2 kb 编码 4 种蛋白，痘 状病毒可达 300 kb，编码几百种蛋白。
2. 基因组可以是 DNA，也可由 RNA 组成，但每种病毒 只含 1 种核酸分子，呈线形或环形，双链或单链。
3. DNA 病毒基因组由连续的 DNA 分子组成，有的RNA 病毒是不连续的：如流感病毒基因组由 8 条 RNA 单 链分 子构成。
4. 常见基因重叠现象。
基因 B
基因 C
基因 A
A 和 B 完全重叠，A 和 C 部分重叠 病毒基因组大多序列用来编码蛋白。
珠蛋白、免疫球蛋白基因
组蛋白基因家族 rRNA 基因家族
现代分子生物学-第二章 染色体与DNA
这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表 达的复杂性。
组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记： 精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的 甲基化丢失与基因沉默相关。
组蛋白乙酰化结合其他组蛋白修饰（甲基化，磷酸 化、泛素化）形成组蛋白密码影响基因的转录。
组蛋白的可修饰性总结
2） 非组蛋白（non-Histone Protein,NHP）
染色体上还存在大量的非组蛋白。包括酶类，如RNA聚合酶 及与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋 自以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等，可 能是染色质的结构成分。
第二章 染色体与DNA
内容提要： 染色体与染色质 染色体的结构和组成（原核生物 、 真核生物） 核小体 DNA的结构 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
第一节 染色体（Chromosome)
（一）染色体与染色质
染色体（chromosome）是细胞核中载有遗传信息（基因）的 物质，在显微镜下呈丝状或棒状，主要由脱氧核糖核酸和蛋白 质组成，在细胞发生有丝分裂时期容易被碱性染料（例如龙胆 紫和醋酸洋红）着色，因此而得名。
粒附近，由6-100个碱基组成，在DNA链上串联重复成千
上万次，不转录，可能与染色体的稳定性有关。（基因组占
比10-60%）
光 吸 收 （
A260cm ）
1.700（主体带） 1.692（Ⅰ）：卫星带Ⅰ
1.688（Ⅱ）：卫星带Ⅱ 1.671（Ⅲ）：卫星带Ⅲ
卫星带碱基序列
Ⅰ ACAAACT ACAAACT etc. Ⅱ ATAAACT ATAAACT etc. Ⅲ ACAAATT ACAAATT etc.
分子生物学2第二章-DNA结构
第四节 DNA的物理、化学性质
DNA双股链的互补 是其结构和功能上的一个基本特征 也是DNA研究中一些实验技术的基础
一、DNA分子的变性
变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区 的
氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这 一双链分离的过程叫做变性 1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（ 尿素、 酰胺 )，低盐浓度等
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
b、 分子组成
☆ PY/PU + PU (偏碱性介质中稳定) G＊G 、 A＊A 、
G＊A＋
☆ PY/PU + PY (偏酸性介质中稳定) 常见类型
点的A260值绘制成DNA 1.185
的熔解曲线
1.0
℃
Tm = OD增加值的中点温度(一般为8595℃) 或DNA双螺旋结构失去一半时的温度
这也是一般PCR实验技术中把变性温度定为94 ℃的原因
1、 影响 Tm值的因素 （1） 在 A, T, C, G 随机分布的情况下 ，决定于GC含量 GC%愈高 → Tm值愈大 GC%愈低 → Tm 值愈小 （2）GC%含量相同的情况下 AT形成变性核心，变性加快，Tm 值小 碱基排列对Tm值具有明显影响
* 类病毒（viroid）: 使高等植物产生疾病的传染性因子 分子结构：含246~375 个核苷酸的单链环状RNA 分 子，没有蛋白质外壳。专性活细胞内寄生。
三、 是否存在核酸以外的遗传物质 Prion (proteinaccous infections particle) 朊病毒－－－蛋白质样的感染因子
分子生物学重点完整版
第一章绪论1953年，Watson和Crick提出双螺旋模型。
1983年，美国遗传学家McClintock由于在50年代提出并发现了可移动的遗传因子而获得诺贝尔生理学奖或医学奖。
第二章染色体与DNA染色体组成：（1）组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4。
（2）非组蛋白（3）DNA（4）RNA染色体包装：①核小体：200bp左右DNA分子盘绕在H2A、H2B、H3、H4各两分子生成的八聚体外，H1位于核小体外。
7②螺线管：染色细丝盘绕成而成，每一个螺旋包含6个核小体。
6③超螺旋：30个30nm螺线管缠绕而成。
40④染色体：超螺旋圆筒进一步压缩。
5真核生物基因组特点：①基因组庞大；②基因组存在大量重复序列；③大部分为非编码序列；④转录产物为单顺反子；⑤断裂基因，有内含子结构；⑥存在大量顺式作用元件；⑦存在大量的DNA多样性，包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性；⑧具有端粒结构。
C值：生物单倍体基因组DNA的总量。
原核生物基因组特点：①结构简练；②存在转录单元；③有重叠基因。
DNA的一级结构：4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示该DNA分子的化学构成。
DNA的二级结构：两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
①右手螺旋：A-DNA：与B-DNA比大沟变窄，小沟变宽。
每圈螺旋11个碱基对B-DNA：是大多数DNA的构象。
相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm，即顺中心轴方向，每个0.34nm有一个核苷酸，以3.4nm为一个结构重复周期，双螺旋的直径为2.0nm。
②左手螺旋：Z-DNA：每圈螺旋含12对碱基，大沟平坦，小沟深而窄，核苷酸构象順反相间，螺旋骨架成呈Z字形。
DNA的变性：DNA溶液温度接近沸点或者pH较高时，DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程。
复性是热变性的DNA经缓慢冷却，从单链恢复成双链的过程。
Tm值：DNA在260nm处吸光度最大。
将吸光度相对温度变化绘制曲线，吸光度增大到最DNA的解链温度（熔点）。
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复第五节 DNA的损伤与修复
第五节 DNA的损伤与修复
图2-13 DNA分子上的胸腺嘧啶二聚体结构
第五节 DNA的损伤与修复
图2-11 甲基介导的错配修复模 型
第五节 DNA的损伤与修复
3．核苷酸切除修复 核苷酸切除修复系统几乎能够修复紫外线照射引起的 各种损伤。包括环丁烷二聚体、6–4损伤、碱基-糖基交联 等引起DNA双螺旋大扭曲(major distortion)，而不能修 复由于碱基错配、O6–甲基鸟嘌呤、O4–甲基胸腺嘧啶、8– oxoG或碱基类似物引力是非常重要的。
第五节 DNA的损伤与修复
二、DNA的修复 1．错配修复 E.coli避免突变的主要途径之一就是甲基指导的错配修复系统。 这个系统是非特异性的，它能修复引起DNA双螺旋轻微扭曲的任何扭 伤，包括错配、移码、碱基类似物的掺人和某些类型微小扭曲的烷基 化损伤。 2．碱基切除修复 是一种在细胞中存在较普遍的修复过程。在细胞中都有不同类型、 能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特意性切除受损核苷酸上的 N—β-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA 分子中一旦产生了AP位点，核酸内切酶就会把受损核酸的糖苷-磷酸 键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I 合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复 第四节原核生物和真核生物DNA的复制特点
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
二、真核生物DNA的复制特点 1．真核细胞的每条染色体含有多个复制起始点。复制子的大小 变化很大，约5-300kbp。复制可以在几个复制起始点上同时进行，复 制起始点不是一成不变的。在发育过程中，活化的细胞有更多的复制 起始点。例如，果蝇在胚胎发育早期，其最大染色体上有6000个复制 叉，大约每10 kbp就有一个。 2．真核生物染色体在全部复制完成之前，各个复制起始点不能 开始新一轮的复制。而原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的 复制事件，表现为一个复制子内套叠有多个复制叉。 3 ． 真 核 生 物 DNA 的 复 制 子 被 称 为 自 主 复 制 序 列 （ ARS）， 长 约 150bp左右，含有几个复制起始必须的保守区。并且其复制起始需起 点识别复合物（ORC）参与，并需ATP。真核生物复制叉的移动速度大 约 只 有 5 0 bp/s， 还 不 到 大 肠 杆 菌 的 1 / 2 0 。 因 此 ， 人 类 DNA 中 每隔 3x104~3x105就有一个复制起始位点。
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
4．真核生物有多种DNA聚合酶，分别为在真核细胞中主要有5种 DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶α、β、γ、δ和ε，真核细胞的 DNA聚合酶和细菌DNA聚合酶基本性质相同，均以dNTP为底物，需Mg2+ 激活，聚合时必须有模板链和具有3´–OH末端的引物链，链的延伸方 向为5´→3´。但真核细胞的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶活性， 推测一定有另外的酶在DNA复制中起校对作用。DNA聚合酶α的功能主 要是引物合成。DNA聚合酶β活性水平稳定，可能主要在DNA损伤的修 复中起作用。DNA聚合酶δ是主要负责DNA复制的酶，参与先导链和滞 后链的合成。而DNA聚合酶ε的主要功能可能是在去掉RNA引物后把缺 口补全。
分子生物学知识要..
《分子生物学》知识要点第二章染色体与DNA一、名词解释1.DNA二级结构：指俩条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
2.半保留复制：DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的俩条链。
3.切除修复：在一系列酶的作用下,将DNA分子中受损伤部分切除,以互补链为模板,合成出空缺的部分,使DNA 恢复正常结构的过程。
4. SOS反应：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。
5.DNA转座：是有可移位因子介导的遗传物质重排现象。
二、知识要点1. DNA的复制过程（1）复制起始，DNA双螺旋结构解旋，形成复制叉，由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物;(2)DNA链的延伸，由聚合酶从RNA引物3’端开始合成新的DNA链，在模板上断断续续的引发生成滞后链的引物RNA短链，再由DNA聚合酶 III 作用合成DNA，直至遇到下一个引物或冈崎片段为止；（3）复制终止，由RNA酶H降解RNA引物并由DNA聚合酶 I 将缺口补齐，再由DNA连接酶将每两个冈崎片段连在一起形成大分子DNA.。
2. 总结DNA复制的基本规律DNA的复制，是以DNA分子本身为模板进行DNA生物合成的过程。
这种复制方式保证了遗传信息准确无误地传给后代。
DNA复制主要包括引发、延伸、终止三个阶段。
半保留复制、复制起始点、双向复制、半不连续复制3. DNA损伤的修复系统类型及修复机制（1）错配修复，能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；（2）切除修复，酸内切酶识别DNA损伤部位，并在5’端作一切口，再在外切酶的作用下从5’端到3’端方向切除损伤；然后在 DNA多聚酶的作用下以损伤处相对应的互补链为模板合成新的 DNA单链片断以填补切除后留下的空隙；最后再在连接酶的作用下将新合成的单链片断与原有的单链以磷酸二酯链相接而完成修复过程；（3）重组修复，从 DNA分子的半保留复制开始，在嘧啶二聚体相对应的位置上因复制不能正常进行而出现空缺,在大肠杆菌中已经证实这一DNA损伤诱导产生了重组蛋白,在重组蛋白的作用下母链和子链发生重组,重组后原来母链中的缺口可以通过DNA多聚酶的作用,以对侧子链为模板合成单链DNA片断来填补,最后也同样地在连接酶的作用下以磷酸二脂键连接新旧链而完成修复过程；（4）DNA的直接修复，把损伤的碱基回复到原来状态的一种修复；（5）SOS反应，是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存的一种应急措施。
第二章 DNA的复制-分子生物学
25
错配碱基
切除错配 核苷酸
正确 核苷酸
复制方向
3´ 5´ 3´ 3´ 5´
DNA聚合酶Ⅰ的校对功能(3’-5’ 外切酶活性)
26
5’－3‘外切酶活性： ♦ 从5’-P端依次切除，可 连续切除多个核苷酸； ♦ 只切配对的5’-P末端核 苷酸； ♦ 既可切除脱氧核苷酸 也可切除核苷酸； ♦ 对只有5’末端的切口也 有活性。
Pol C: polymerase
Dimerizing Units
Sliding Clamp the clamp loader
32
33
34
35
B 真核生物聚合酶
五种 • DNA聚合酶α • DNA聚合酶δ • DNA聚合酶γ
• DNA聚合酶β、ε
功能： • 参与随从链的合成 • 参与前导链的合成 • 参与线粒体DNA的合成 • 参与DNA的修复
21
4）DNA聚合酶（DNA Polymerase）： • 以dNTP为前体催化合成DNA • 需要模板和引物的存在 • 不能起始合成新的DNA链
• 催化dNTP加到生长中的DNA链的3’-OH末端
• 催化DNA合成的方向是5'→3'
22
A 原核生物聚合酶 • DNA聚合酶有5种
• 具有多种酶活性的多功能酶 • 参与DNA复制的主要是polⅢ和polⅠ。 DNA聚合酶Ⅰ（DNA PolymeraseⅠ， PolⅠ） • Kornberg酶（1956年）
连续的小片段的链称为随从链。
（复制方向与解链方向相反)
61
♦ 冈崎片段（Okazaki）： DNA复制时，一股以5’ 3’方向的母链作为模板， 指导新合成的链沿5’ 3’合成1000—2000个核苷酸不连
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复 第三节DNA的复制
第三节 DNA的复制
表2-2 部分生物复制子的比较
第三节 DNA的复制
图2-5 放射性实验证明DNA的复制是从固定的起始 点双向等速进行的
第三节 DNA的复制
三、DNA复制的几种主要方式
1．线性DNA双链的复制
复制叉生长方向有单一起点的单向(如腺病毒)及双向(如噬菌体)， 和多个起始点的双向几种，DNA双向复制时复制叉处呈“眼”型。线 性DNA复制中RNA引物被切除后，留下5′端部分单链DNA，不能为DNA 聚合酶所作用，使子链短于母链。T4和T7噬菌体DNA通过其末端的简 并性, 使不同链的3′端因互补而结合，其缺口被聚合酶作用填满， 再经DNA连接酶作用生成二联体。这个过程可重复进行直到生成原长 20多倍的多联体，并由噬菌体DNA编码的核酸酶特异切割形成单位长
度的DNA分子。制时，5′端首先与末端蛋白共价结合，开始互补链的合成。当另 一条链完全被置换后，两端通过发卡结构相连，形成一个大部分序列 互补的单链环形DNA分子，复制从其内部的起始位点开始按前导链方 式双向进行，经过环形结构到达分子的另一部分，经双链结构交错切 割后生成完整的子链病毒。除了环形部分发生重排之外，所生成的新 DNA分子带有母链的全部遗传信息。
分子生物学基础
第二章 DNA的结构、复制和修复
第三节 DNA的复制
一、DNA的半保留复制机理 二、DNA复制的起点、方向和速度 DNA在复制时，首先在一定位置解开双链，这个复制起点呈现叉 子的形式，称为复制叉。一般把生物体能独立进行复制的单位称为复 制子。实验证明，复制在起始阶段进行控制，一旦复制开始，就连续 进行下去，直到整个复制子完成复制。每个复制子由一个复制起点控 制。 原核生物的复制起始点通常在它染色体的一个特定位点，并且只 有一个起始点，因此，原核生物的染色体只有一个复制子。真核生物 染色体的多个位点可以起始复制，有多个复制起始点，因此是多复制 子（表2-2）。且多个复制子不是同时起作用，而是在特定时间，只 有一部分复制子（不超过15%）在进行复制过程。 关于DNA复制的方向和速度，最为普遍的就是双向等速进行（图 2-5）。某些环状DNA偶尔从一个复制起始点形成一个复制叉，单向复 制。而腺病毒则从两个起始点相向进行复制。
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一、名词解释。
1、复制子（replicon）（英文）生物体内能独立进行复制的单位称为复制子。
2、复制叉（replication fork）复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行而导致这个复制起始点呈现叉子的形式，称为复制叉。
3、DNA的半不连续复制（semidiscontinuous replication）DNA复制时合成的两条链分别为前导链和后随链，前导链DNA的合成方向为5‘→3‘，随着双链DNA的解开而连续复制，后随链合成时，一段亲本DNA单链首先暴露，以与复制叉移动相反方向按照5‘→3‘方向合成一系列冈崎片段，再把它们连接成完整的后随链。
这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制称为双螺旋DNA的半不连续复制。
1.组蛋白：组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体。
2.非组蛋白：非组蛋白是染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质，又称序列特异性DNA结合蛋白。
3.C值：我们把一种生物单倍体基因组DNA的总量成为C值。
4.C值谬误：某些两栖类的C值甚至比哺乳动物还大，而在两栖类中的C值得变化也很大，可相差100倍，这就是著名的C值反常现象，也称C值谬误。
5.核小体（nucleosome):用于包装染色质的结构单位，是由DNA链缠绕一个组蛋白核构成的。
6.复性(Renaturation):热变性的DNA 缓慢冷却，单链恢复成双链。
7.变性（Denaturation):DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程称为变性。
8.增色效应（Hyperchromatic effect):在变性过程中，260nm紫外线吸收值先缓慢上升，当达到某一温度是骤然上升，称为增色效应。
9.减色效应(Hypochromatic effect):随着DNA的复性，260nm紫外线吸收值降低的现象。
10、自主复制序列（ARS）：P54
11、：AP位点：细胞中带有不同类型、能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特异性切除受损核苷酸上的N-β糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP位点
12、SOS应答（SOS response）P61
13、引发酶：引发酶是dnaG基因的产物，是在特定环境下发挥作用的RNA聚合酶，仅用于合成DNA复制所需的一小段RNA
二、填空题
1.染色体上的蛋白质包括（组蛋白）和（非组蛋白）。
2.根据其凝胶电泳性质可以把组蛋白分为（H1）、（H2A）、（H2B)、（H3）及（H4）。
其中（H3)及(H4)在氨基酸组成上的极端保守性表明他们可能对稳定真核生物的染色体结构起重要作用。
3.组蛋白的修饰作用包括：（甲基化）、（乙酰化）、（磷酸化）、（泛素化）及（ADP核糖基化）等。
4.核小体是由(H2A)、（H2B）、（H3）、（H4）个两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的。
（八聚体）在中间，（DNA）分子缠绕在外，而（H1）则在核小体的外面。
每个核小体只有（1）个H1。
5.核小体是由（9）个（5）种组蛋白分子组成。
6.对H1、H2A、H2B、H3及H4的保守程度进行排序：（H1<H2A、H2B<H3、H4）
7、真核细胞DNA的复制调控水平分别有、、。
（细胞生活周期水平调控、染色体水平调控、复制子水平调控）
8、DNA直接复制的功能是修复嘧啶二聚体或甲基化DNA
9、大肠杆菌的DNA修复系统有错配修复、切除修复、直接修复、重组修复、 SOS反应五种类型。
10、环状DNA双链的复制可分为(θ型)、(滚环形)、(D环型)几种类型。
11、拓扑异构酶能够消除解链造成的(正超螺旋）的堆积,消除阻碍解链继续进行
三、单选题
DNA损伤修复的SOS系统( B )
A是一种保真性很高的复制过程
B LexA蛋白是一系列操纵子的阻遏物
C RecA蛋白是一系列操纵子的阻遏物
D它只能修复嘧啶二聚体
四、判断题DNA修复系统的作用是保证DNA序列不发生任何变化.( )
五、简答题
1、DNA半保留复制的生物学意义
保证了DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地遗传给后代，这种稳定性与DNA的遗传功能相符。
1、作为遗传物质，染色体应有什么特征（染色体为什么这么重要）：
①分子结构相对稳定。
②能够自我复制，使亲代之间保持连续性。
③能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命的过程。
④能够产生可遗传的变异。
2、组蛋白的一般特征：
①进化上的极端保守性；
②无组织特异性；
③肽链上氨基酸分布的不对称性；
④组蛋白的修饰作用；
⑤富含赖氨酸的组蛋白H5；
3、非组蛋白的特性：
①含有较多的天门冬氨酸、谷氨酸、带负电荷、属酸性蛋白质
②整个细胞周期都进行合成，不像组蛋白只在S期合成，并与DNA 复制同步进行。
能识别特异的DNA序列，识别信息存在于DNA本身，位点在大沟部分，识别与结合靠氢键和离子键。
④具有多样性和异质性
⑤具有多种功能，如帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域，从而有利于DNA的复制和基因的转录，协助启动DNA复制控制，基因转录，调节基因表达。
⑤分子量小，高泳动率。
5请列举非组蛋白的常见种类（也可出成选择题）：
酶类（如RNA聚合酶），与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋白以及肌动蛋白、微管蛋白、原肌动蛋白。
6、简述真核生物DNA 的复杂性：
（书28页最下方到30页）
7、简述染色体DNA是怎样包装的？
·10nm双链DNA
·通过组蛋白构成8聚体核小体，串联成11nm念珠状结构
·核小体念珠结构进一步螺旋成30nm粗的莲座结构，每一莲座结构有6个核小体结构组成，莲座结构形成螺线管
·进一步超螺旋为300nm粗的染色质丝结构
·染色质丝高度超螺旋为700nm粗的染色单体
·两条染色单体粗度为1400nm
8原核生DNA聚合酶和真核生物DNA聚合酶的性质对比
9、真核生物DNA复制与原核生物DNA复制的不同点
P54第一段
10、简述大沟的生物学意义.(大沟为参与基因表达调控的重要蛋白质提供了识别暴露出来的氢键和离子键的场所.)
11、DNA复制的机制?
（1）线性DNA双链的复制——复制叉式复制
DNA复制子末端复制机制
①将线性复制子转变为环状或多聚分子。
如:T4和T7噬菌体
②在DNA末端形成发夹结构。
如:草履虫的线性线粒体DNA
(2)环状DNA双链的复制
①θ型
a、多数环状DNA采用
b、复制叉式复制，两个复制叉双向等速或不等速复制
c、有先导链和后随链
②滚环
a、单向复制的一种特殊方式
b、这里的新生链是共价结合在模版链的互补链上的
c、不需要引物
③D环型
a、单向复制的一种特殊方式
b、没有先导链和后随链之分,
12、DNA聚合酶Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ的活性,功能,?
DNA聚合酶Ⅰ:DNA聚合酶活性和3'→5'核酸外切酶活性(C端) 5'→3'核酸外切酶活性(N端)
功能:损伤修复时的复制；切除RNA引物,并填补留下的空
DNA聚合酶Ⅱ:5'→3'方向聚合酶活性；3'→5'核酸外切酶活性
功能:主要起修复DNA的功能
DNA聚合酶Ⅲ:5'→3'方向聚合酶活性3'→5'核酸外切酶活性
功能:原核生物DNA复制的主要聚合酶
13、与DNA复制有关的九大物质?
①四种底物②模版③引物(RNA链)④引发酶⑤DNA聚合酶⑥DNA 连接酶⑦DNA拓扑异构酶⑧DNA解旋酶⑨单链结合蛋白。