第二章染色体与课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 染色体与,第二章 染色体与,1,提问,DNA,复制为何选择,RNA,作为引物？,大肠杆菌,DNA,复制起始过程如何，有哪些因子参与？,真核生物与原核生物复制的比较。,提问DNA复制为何选择RNA作为引物？,2,起始复制体,涉及主要酶系和蛋白质：,DnaA,、,DnaB,（解旋酶）、,DnaC,、,Hu,、,DNA,拓扑异构酶、,SSB,、,DnaG,引物酶、,DNApol,全酶,、,DNA pol I,、,DNA,连接酶等,。,回顾,起始复制体涉及主要酶系和蛋白质：回顾,3,（1）识别转座子的两端序列和受体DNA的靶序列,链的断裂、链交联（链内、链间）,复制后的修复，重新启动停滞的复制叉,DNA连接酶将切口补平,(3)产生染色体畸变,SOS反应是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。,MutS-MutL在DNA双链上移动，沿两个方向移动，形成DNA环，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链,（2）切割使转座子从供体DNA中释放出来,切除突变的碱基和核苷酸片段,插入序列和复合转座子Tn10及Tn5,有自主剪接和转座的能力。,MutS-MutL在DNA双链上移动，沿两个方向移动，形成DNA环，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链,（1）525kb;,有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这种DNA的损伤而能继续生存。,回顾,（1）识别转座子的两端序列和受体DNA的靶序列,4,回顾,回顾,5,1,）半保留复制方式,2,）,半不连续复制,3,）,DNA,螺旋酶,SSBP,4,）,RNA,引物,1,）,复制起点（单、多）,2,）复制子（大小、多少）,3,）复制叉移动的速度,4,）冈崎片段的大小,5,）端粒和端粒酶,6,）,DNA,聚合酶,7,）引物酶,相同点：,不同点：,原核生物和真核生物,DNA,复制的比较,1）半保留复制方式 1）复制起点（单、多）相同点：不同点：,6,第二章 染色体与,DNA,第一节 染色体,第二节,DNA,的结构,第三节,DNA,的复制概述,第四节 原核生物和真核生物,DNA,复制特点,第五节,DNA,的修复,第六节,DNA,的转座,第二章 染色体与DNA 第一节 染色体,7,复制后的修复，重新启动停滞的复制叉,复合型转座子是一类带有某些抗药性基因（或其它宿主基因）的转座子。,1）自身携带有转座酶基因,甲基化紧随在DNA复制之后（数分钟）进行,1 玉米中的控制因子,两种酶：转座酶和解离酶,错配碱基位于切口3下游端,2)Tn（复合转座子）,(3)产生染色体畸变,错误碱基（碱基的取代）,2 切除修复（碱基、核甘酸）,由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上的地位，DNA复制的准确性以及DNA日常保养中的损伤修复有着特别重要的意义。,IS序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子。,错配碱基位于切口3下游端,(1902-1992),第五节,DNA,的修复,由于染色体,DNA,在生命过程中占有至高无上的地位，,DNA,复制的准确性以及,DNA,日常保养中的损伤修复有着特别重要的意义。,复制后的修复，重新启动停滞的复制叉第五节 DNA的修复由于染,8,DNA,的损伤与,DNA,突变,?,自发性损伤：,DNA,复制中的错误，,碱基自发性化学变化：,物理因素：,紫外线、电离辐射：,化学因素：,烷化剂、碱基类似物,这些因素都可能使,DNA,的结构及功能发生改变。从而引起生物突变，甚至导致死亡。,DNA的损伤与DNA突变?,9,引起,DNA,损伤的类型,?,碱基脱落,碱基（或核苷）改变,错误碱基（碱基的取代）,碱基的插入或缺失,链的断裂、链交联（链内、链间）,嘧啶二聚体等。,引起DNA损伤的类型?,10,DNA,修复：,是细胞对,DNA,受损伤后的一种反应，这种反应可能使,DNA,结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；,有时并非能完全消除,DNA,的损伤，只是使细胞能够耐受这种,DNA,的损伤而能继续生存。,DNA修复：是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使,11,大肠杆菌,DNA,的修复系统,DNA,修复系统,功能,1,错配修复,恢复错配,2,切除修复（碱基、,核甘酸）,切除突变的碱基和核苷酸片段,3,重组修复,复制后的修复，重新启动停滞的复制叉,4 DNA,直接修复,5 SOS,系统,修复嘧啶二体或甲基化,DNA,DNA,的修复，导致变异,大肠杆菌DNA的修复系统DNA修复系统功能1 错配修复恢复,12,复制过程中出错，细胞通过自身的,错配修复,系统识别新生链的错误核苷酸并进行校正，从而保证,DNA,复制的忠实性。,1,错配修复,复制过程中出错，细胞通过自身的错配修复系统识别新生链的错误核,13,错配修复,甲基化,紧随在,DNA,复制之后,（数分钟）,进行,发现错配碱基时，将未甲基化链切除，以甲基化链为模板进行修复。,DNA,分子上平均每,2kb,左右有一,GATC,。,原核细胞内存在,Dam,甲基化酶，能使位于,5GATC,序列中,腺苷酸的,N6,位甲基化。,错配修复甲基化紧随在DNA复制之后（数分钟）进行DNA,14,保存母链 修正子链,发现错配碱基,在水解,ATP,的作用下，,MutS,、,MutL,与碱基错配点的,DNA,双链结合,MutS-MutL,在,DNA,双链上移动，,沿两个方向移动，形成,DNA,环，,发现甲基化,DNA,后由,MutH,切开非甲基化的子链,保存母链 修正子链发现错配碱基在水解ATP的作用下，,15,甲基化指导的错配修复示意图,错配碱基位于切口,5,上游端,错配碱基位于切口,3,下游端,甲基化指导的错配修复示意图错配碱基位于切口5上游端 错配,16,1,错配修复,2,切除修复（碱基、核甘酸）,3,重组修复,4 DNA,直接修复,5 SOS,系统,第五节,DNA,的修复,1 错配修复第五节 DNA的修复,17,2.1,碱基切除修复,脱酰胺,:,一些碱基在自发或诱变下会发生,脱酰胺,，然后改变配对性质，造成氨基转换突变。,2.1 碱基切除修复脱酰胺:,18,修复,-,碱基切除,糖苷水解酶,切除受损核苷酸上的,N-,糖苷键，形成去嘌呤或去嘧啶位点（,AP,位点,）。,AP,内切酶,切除受损片段,由,DNA,聚合酶,I,和,DNA,连接酶,共同完成修复。,修复-碱基切除糖苷水解酶 切除受损核苷酸上的N-糖苷键，形,19,Ds9缺失194bp Ds6缺失2.,错误碱基（碱基的取代）,3 转座作用的遗传学效应,（1）525kb;,甲基化紧随在DNA复制之后（数分钟）进行,第三节 DNA的复制概述,特点：比较小，0.,靶位点正向重复序列（4-15bp）,一类无IS序列、体积庞大的的转座子（5000bp以上）,复制后的修复，重新启动停滞的复制叉,(3)产生染色体畸变,TnA家族必须,这类转座子都编码一个与反转录病毒中的反转录酶高度同源的转座酶，左右两边都是与病毒边界序列LTR（long terminal repeat）同源的重复序列。,错配碱基位于切口3下游端,在胚发育时激活Ds，使其从C基因中转座出来,脱嘌呤,2.2,核苷酸切除修复,Ds9缺失194bp Ds6缺失2.脱嘌呤2.2 核苷酸,20,DNA,切割酶,切割并移去,DNA,小片段，,然后,DNA,聚合酶,合成新片段，,DNA,连接酶,完成修复中的最后步骤。,修复,-,核苷酸切除,DNA切割酶切割并移去DNA小片段，修复-核苷酸切除,21,识别损伤部位,损伤的两边切除几个核苷酸,DNA,聚合酶以母链为模板复制合成新子链,DNA,连接酶将切口补平,识别损伤部位损伤的两边切除几个核苷酸DNA 聚合酶以母链为模,22,1,错配修复,2,切除修复（碱基、核甘酸）,3,重组修复,4 DNA,直接修复,5 SOS,系统,第五节,DNA,的修复,1 错配修复第五节 DNA的修复,23,3,重组修复,（发生在复制后）：,复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除，但在后代逐渐稀释。,3 重组修复（发生在复制后）：,24,DNA,重组修复方式,模板上的伤疤始终留着，只能随 着重组修复次数，伤疤占的比例。,DNA重组修复方式模板上的伤疤始终留着，只能随 着重组修复,25,1,错配修复,2,切除修复（碱基、核甘酸）,3,重组修复,4 DNA,直接修复,5 SOS,系统,第五节,DNA,的修复,1 错配修复第五节 DNA的修复,26,4 DNA,直接修复,（,direct repair,）,生物体内存在多种,DNA,损伤以后而并不需要切除碱基或核苷酸，这种修复方式称为,DNA,的直接修复,。,4 DNA直接修复（direct repair）生,27,DNA,受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体,DNA受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体,28,DNA,的直接修复,DNA,光解酶,将环丁烷胸腺嘧啶二体和,6-4,光化物还原成为单体,DNA,紫外线损伤的光复合酶修复,DNA的直接修复DNA光解酶将环丁烷胸腺嘧啶二体和6-,29,1,错配修复,2,切除修复（碱基、核甘酸）,3,重组修复,4 DNA,直接修复,5 SOS,系统,第五节,DNA,的修复,1 错配修复第五节 DNA的修复,30,5 SOS,修复,指,DNA,受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种,DNA,修复方式，,修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复，细胞有较高的突变率。,5 SOS修复修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的,31,修复过程：,当,DNA,两条链的损伤邻近时，损伤不能被切除修复或重组修复，这时在核酸内切酶、外切酶的作用下造成损伤处的,DNA,链空缺，,再由损伤诱导产生的一整套的特殊,DNA,聚合酶和,SOS,修复酶类，催化空缺部位,DNA,的合成，,补上去的核苷酸几乎是随机的，但仍然保持了,DNA,双链的完整性，使细胞得以生存。,图,SOS,修复,修复过程：图 SOS修复,32,SOS,反应,是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。,对原核生物将会产生高变异，对高等动物则是致癌的。,SOS反应是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。,33,第二章 染色体与,DNA,第一节 染色体,第二节,DNA,的结构,第三节,DNA,的复制概述,第四节 原核生物和真核生物,DNA,复制特点,第五节,DNA,的修复,第六节,DNA,的转座,第二章 染色体与DNA 第一节 染色体,34,基本概念：,转座子,（,transponson,简称,Tn,）,又称易位子，是指存在于染色体,DNA,上可以自主复制和位移的一段,DNA,序列。,转座子可以在不同复制子之间转移，以非正常重组方式从一个位点插入到另外一个位点，对新位点基因的结构与表达产生多种遗传效应。,第六节,DNA,的转座,基本概念：第六节 DNA的转座,35,1951,年,McClintock-,麦克林托克,提出,转座,（,Transposition,）和,跳跃基因,(jumping gene),的新概念；,1967,年,Shapiro,才在,E.coli,中发现了,转座因子,（,transposable element,）。,Barbara McClintock,(1902-1992),Nobel Prize for Physiology or Medicine 1983,1951年McClintock-麦克林托克提出转座（Tra,36,第六节,DNA,的转座,1,转座子的类型,2,转座机制,3,转座的遗传学效应,4,真核生物的转座子,第六节 DNA的转座1 转座子的类型,37,基本结构特点：,1,）自身携带有转座酶基因,2,）末端有倒置重复序列（,Inverted Repeat,IR,）,3,）转座后两端有正向重复序列,（,DirectRepeat,DR,）,1,转座子的类型,基本结构特点：1 转座子的类型,38,1,转座子的类型,1.1,细菌转座子,1,）,IS,（插入因子）：,最简单的转座子,特点：,比较小，,0.75-1.5kb;,只有转座酶,基因,两端有倒置重复序列,15-25bp,;,靶位点正向重复序列（,4-15bp,）,IR,（,inverted repeat,）,转座酶,IR,1 转座子的类型1.1 细菌转座子IR（inverted,39,第二章染色体与课件,40,2)Tn,（复合转座子）,复合型转座子是一类带有某些抗药性基因（或其它宿主基因）的转座子。,标记基因,IS,IS,特征：,两翼是两个相同或高度同源的,IS,序列。,IS,序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子。,复合型转座子的转座能力由,IS,序列决定和调节。,2)Tn（复合转座子）标记基因ISIS特征：,41,表 复合转座子的结构和功能,转座因子,长度,(bp),遗传标记,末端组件,方向,二组件的关系,组件的功能,Tn903,3100,Kan,R,IS903,反向,相同,二者皆有功能,Tn9,2500,Cam,R,IS 1,正向,推测相同,预计有功能,Tn10,9300,Tet,R,IS 10R,有功能,IS 10L,反向,有,2.5%,的差异,无功能,Tn5,5700,Kan,R,IS 50R,有功能,IS 50L,反向,1 bp,的改变,无功能,表 复合转座子的结构和功能转座因子 长度(bp)遗传标,42,3,）,TnA,（,TnA family,）,一,类无,IS,序列、体积庞大的的转座子（,5000bp,以上）,特点：,（,1,）,525kb;,（,2,）两端,IR,（,38bp,）相似或相同；,两端无,IS,组件,;,（,3,）转座酶基因,/解离酶基因/,抗生素基因,转座酶,解离酶,Amp,r,IR,IR,-,内酰胺酶,3）TnA（TnA family）转座酶解离酶AmprIR,43,1.2,真核生物转座子,1,）特点：,（,1,）两端有,IR,，,（,2,）内部有转座酶等基因；,2,）举例：,玉米转座子,Ac/Ds,，,Spm/dSpm,；,反转录转座子。,1.2 真核生物转座子 1）特点：,44,第六节,DNA,的转座,1,转座子的类型,2,转座机制,3,转座的遗传学效应,4,真核生物的转座子,第六节 DNA的转座1 转座子的类型,45,2.1,转座相关的酶,1,）转座酶,:,（,1,）,识别,转座子的两端,序列和,受体,DNA,的靶序列,（,2,）,切割,使,转座子从供体,DNA,中释放出来,（,3,）靶位点上,交错切割,(,类似限制酶,),2,）解离酶,:,TnA,家族必须,2,转座机制,2.1 转座相关的酶2 转座机制,46,ATGCA,TACGT,插入,ATGCA,TACGT,ATGCA,TACGT,补齐,ATGCA,TACGT,切割,受体靶序列的,DNA,被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。,转座酶切割,DNA,聚合酶和连接酶填补,2.2,转座过程：,识别,ATGCA 插入ATGCA ATGCA 补齐A,47,2.3,转座,方式,1,）,复制型转座,转座是伴随着新拷贝的复制,两种酶：转座酶和解离酶,TnA,转座子,2,）,非复制型转座,一个位点移到另一位点,一种酶：转座酶,供体中无转座子,插入序列和复合转座子,Tn10,及,Tn5,2.3 转座方式1）复制型转座,48,第六节,DNA,的转座,1,转座子的类型,2,转座机制,3,转座的遗传学效应,4,真核生物的转座子,第六节 DNA的转座1 转座子的类型,49,3,转座作用的遗传学效应,(1),引起插入突变,(2),产生新的基因,如果转座子上带有抗药性基因，它一方面造成靶,DNA,序列上的插入突变，同时也使这个位点产生抗药性。,转座子,F,E,A,B,C,D,复制,插入,转座子新拷贝,F,E,A,B,C,D,基因,F,被隔断而失去功能,3 转座作用的遗传学效应(1)引起插入突变 转座子 F,50,DNA连接酶将切口补平,(1902-1992),复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除，但在后代逐渐稀释。,插入序列和复合转座子Tn10及Tn5,IS序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子。,错误碱基（碱基的取代）,两翼是两个相同或高度同源的IS序列。,反转录病毒整合入宿主DNA中的分子机制-,IS序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子。,反转录转座子。,逆转录病毒/反转录病毒,DNA聚合酶和连接酶填补,Ac：激活因子（activator）,2 切除修复（碱基、核甘酸）,基因F被隔断而失去功能,(3),产生染色体畸变,当转座子拷贝的插入位点离原位点比较接近时，往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组，引起,DNA,缺失或倒位。,DNA连接酶将切口补平(3)产生染色体畸变,51,（,4,）引起生物进化,由于转座作用，使一些原来在染色体上相距甚远的基因组合到一起，构建成一个操纵子或表达单元，可能产生一些具育新的生物学功能的基因和新的蛋白质分子。,（4）引起生物进化,52,第六节,DNA,的转座,1,转座子的类型,2,转座机制,3,转座的遗传学效应,4,真核生物的转座子,4.1,玉米中的控制因子,4.2,反转录转座子,第六节 DNA的转座1 转座子的类型,53,表,一些有代表性的真核转座子的属性,物种,转座因子家族,IR,DR,果蝇,P,Hobo,Mariner,FB,31,12,28,大,8,8,2,9,线虫,Tc1,54,2,玉米,Ac/Ds,Spm/d,Spm,Mu/mn,11,13,200,8,3,9,金鱼草,Tam1,Tam3,13/14,12,3,8/5,一些真核生物,TU/puppy,大,8,表 一些有代表性的真核转座子的属性物种转座因子家族IRDR,54,4.1,玉米中的控制因子,麦克林托克的伟大发现,Ac-Ds,系统的发现：,Ac,：激活因子（,activator,）,Ds,：解离因子（,dissociator,）,4.1 玉米中的控制因子 麦克林托克的伟大发现,55,紫色胚乳,无色胚乳,紫色斑点胚乳,激活,Ds,转座,Ds,可转座到,C,基因,正常的,C,基因表达,产生紫色色素,被插入失活的,C,基因,在胚发育时激活,Ds,，使其从,C,基因中转座出来,突变的,c,基因,正常的,C,基因,突变的,c,基因回复,成为正常的,C,基因,）,紫色胚乳无色胚乳紫色斑点胚乳激活Ds转座Ds可转座到C基因正,56,玉米中控制因子家族,1),自主性元件：,Ac,有自主剪接和转座的能力。,Ac,长,4 563bp,，其产物为转座酶。,两翼有,11bp,的,反向重复序列,，其靶,DNA,位点复制形成,8bp,正向重复。,玉米中控制因子家族1)自主性元件：Ac,57,2),非自主性元件：,Ds,单独存在时稳定；不能自发地转座，,当基因组中,存在同源的自主性元件时，它才具备转座功能,，不论这自主元件位于何处。,Ac,Ds,缺失,194bp,2)非自主性元件：DsAc 缺失194bp,58,Ac-Ds,系统,各种,Ds,都是,Ac,的缺失突变体,Ds,9,缺失,194bp,Ds,6,缺失,2.5Kb,非自主性转座子的两端特征序列是完整的，只要细胞内有相应的转座酶活性，它就能恢复转座性能,。,Ac-Ds系统各种Ds都是Ac的缺失突变体Ds9缺失194b,59,4.2,反转录转座子,逆转录病毒,/,反转录病毒,4.2 反转录转座子逆转录病毒/反转录病毒,60,甲基化紧随在DNA复制之后（数分钟）进行,修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复，细胞有较高的突变率。,甲基化紧随在DNA复制之后（数分钟）进行,IS序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子。,两翼有11bp的反向重复序列，其靶DNA位点复制形成8bp正向重复。,Ac-Ds系统的发现：,（1）525kb;,MutS-MutL在DNA双链上移动，沿两个方向移动，形成DNA环，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链,错配碱基位于切口3下游端,错误碱基（碱基的取代）,2)非自主性元件：Ds,DNA复制为何选择RNA作为引物？,有自主剪接和转座的能力。,第四节 原核生物和真核生物DNA复制特点,DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子链,反转录病毒整合入宿主,DNA,中的分子机制,-,IR,IR,DR,DR,其本质是转座,甲基化紧随在DNA复制之后（数分钟）进行反转录病毒整合入宿,61,4.2,反转录转座子（,retrotransposon,）,指通过,RNA,为中介，反（逆）转录成,DNA,后进行转座的可动元件。,4.2 反转录转座子（retrotransposon）,62,真核生物细胞内存在不少结构上类似于反转录病毒的反转录转座子。,这类转座子都编码一个与反转录病毒中的反转录酶高度同源的转座酶，左右两边都是与病毒边界序列,LTR,（,long terminal repeat,）同源的重复序列。,真核生物细胞内存在不少结构上类似于反转录病毒的反转录转座子。,63,第六节,DNA,的转座,1,转座子的类型,2,转座机制,3,转座的遗传学效应,4,真核生物的转座子,第六节 DNA的转座1 转座子的类型,64,65,问答题,什么是转座子？,转座子有哪几种类型？,什么叫做,Ds-Ac,因子？,错配修复和切除修复的机制。,问答题,66,