染色体与DNA分子生物学.ppt
《染色体与DNA分子生物学.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《染色体与DNA分子生物学.ppt(92页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第二章,染色体与DNA,主要内容: 1、染色体,2、DNA的结构 3、DNA的复制,4、原核和真核生物DNA的复制特点 5、 DNA的修复 6、 DNA的转座,遗传物质的本质就是核酸, ,DNA是细菌的遗传物质 DNA是病毒的遗传物质 DNA是动物细胞的遗传物质 某些病毒的遗传物质是RNA,O,O,H,N (nitrogenous base),O,O,(N =A、G、C、U、T),H,H,(O)H,2,OH,H,5,3,-,O,核糖(pentose sugar ),P - 磷酸,(phosphate),无论DNA或RNA,都是由许许多多个核苷酸连 接而成的生物大分子,而每个核苷酸又由磷酸、 核
2、糖和碱基3部分组成。,碱基 糖苷键 1,O CH2 磷酸酯键 4,核苷酸共价连接在一起形成多聚核苷酸链,组成DNA和RNA分子的五种,含氮碱基的结构式,染色体遗传物质的主要载体,染色体在遗传上起 着主要作用,因为亲 代能够将自己的遗 传物质以染色体,(chromosome)的 形式传给子代,保 持了物种的稳定性 和连续性。,当细胞分裂时, 染色体可见,原核与真核细胞,染色质的比较,原核细胞中:,DNA存在于称为拟核(nucleoid)的 结构区。每个原核细胞一般只有 一个染色体,每个染色体含一个 双链环状DNA。,真核细胞中:,DNA主要集中在细胞核内,线粒 体和叶绿体中均有各自的DNA。,
3、Genome size: the length of DNA,associated with one haploid complement of chromosomes, Gene number: the number of genes,included in a genome, Gene density: the average number of,genes per Mb of genomic DNA,基因组与生物体的复杂性,基因组(Genome)是由生物体内所有的染色体组成的,各类生物的最小基因数随,其复杂度而增加,染色体的特征,作为遗传物质,染色体具有如下特征: 分子结构相对稳定;,能
4、够自我复制,使亲子代之间保持连,续性;,能够指导蛋白质的合成,从而控制整,个生命过程;,能够产生可遗传的变异。,染色体包括:,DNA和蛋白质两大部分。,同一物种内每条染色体所带DNA的量是 一定的,但不同染色体或不同物种之间 变化很大。,真核细胞染色体的组成,由核酸和蛋白质组成:, DNA, 蛋白质, RNA(尚未完成转录而仍与模板DNA 相连接的,其含量不到DNA的10%),蛋白质,染色体蛋白主要分为组蛋白和非组蛋 白两类。,Histones are conserved DNA-binding proteins of eukaryotes that form the nucleosome,
5、the basic subunit of chromatin.,H3,H2B,组蛋白 组蛋白是染色体的结构蛋白: 有H1、H2A、H2B、H3及H4五种, 与DNA共同组成核小体。 H2A H4,真核细胞染色体上的组蛋白成分分析,种类 H1 H2A H2B H3 H4,相对分 子质量 21 000 14 500 13 800 15 300 11 300,氨基酸 数 目 223 129 125 135 102,分离难 易 度 易 较难 较难 最难 最难,保守性 不保守 较保守 较保守 最保守 最保守,染色质 中比例 0.5 1 1 1 1,染色质 中位置 接头 核心 核心 核心 核心,组蛋白的特
6、性, 进化上的极端保守性 无组织特异性, 肽链上氨基酸分布的不对称性,碱性氨基酸分布在N端;疏水基团在C端, 存在较普遍的修饰作用,甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等,The core histones share a common,structural fold,组蛋白的修饰,(Histone modification), 核心组蛋白N-端尾部在核小体结构、DNA-蛋白质相互作,用中的活跃作用;, 某些氨基酸残基可被修饰,如乙酰化、甲基化、磷酸化、,泛素化,etc.,Histone Proteins,Histone Tails are chemically modified by many t
7、ypes of enzymes,(core) H2A,H2B, H3 & H4 Nucleosome DNA,DNA methylation,Zhang Y., Reinberg D. Genes Dev. 2001;15:2343-2360,Sites of modifications on the histone,N tails (mainly on K and R), 赖氨酸的乙酰化(形成50种 异构体);, 丝氨酸(H3,H4,H2B)的 磷酸化;, 赖氨酸和精氨酸(H3 和 H4) 的甲基化;,其它修饰:如泛素化和 ADP-核糖基化。,四种核心组蛋白尾部携带巨 大的表观遗传信息量。,
8、组蛋白的修饰改变 染色质的功能,组蛋白的甲基化修饰, 组蛋白的甲基化是由组蛋白甲基化转移酶 (histonemethyl transferase,HMT)完成的。 甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上: 赖氨酸残基能够发生单、双、三甲基化; 精氨酸残基 能够单、双甲基化,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。, 组蛋白的甲基化与基因激活和与基因沉默相关。 组蛋白的甲基化修饰方式是最稳定的。,Active and silent modification at promoter, HAT/HDAC催化H3,H4特定赖氨酸 残基的乙酰化去乙酰化修饰, 实现乙酰化水
9、平的动态平衡;,特定基因部位的组蛋白乙酰化和 去乙酰化是以一种非随机的、位 置特异的方式进行;, 乙酰化去乙酰化修饰影响染 色质结构和基因活化; 高乙酰化:转录活化; 低乙酰化:转录抑制。,Histone acetyltransferase (HAT) /,Histone deacetylase complexes (HDAC)组蛋,白乙酰基转移酶组蛋白去乙酰化酶,Histone deacetylation induced by recruitment of HDAC to gene promoters by different factors,Santiago Ropero, Manel E
10、steller. Molecular Oncology (2007) 19-25.,DNA methyl transferases (DNMT) methyl binding protein MeCP2,Estrogen雌激素 receptor (ER) transcription factors (E2F, Rb).,A model showing a possible effect of HDAC2 mutation in cancer development,Class I HDACs are involved in gene transcription-repression,media
11、ted by retinoblastoma (Rb,眼 癌) protein.,The lost of HDAC2 function could induce the hyperacetylation and Re-expression of genes regulated by retinoblastoma protein Rb (tumor-suppressor), and with crucial functions in cell cycle regulation.,Santiago Ropero, Manel Esteller. Molecular Oncology (2007) 1
12、9-25., 转录激活、转录延伸 DNA修复、拼接、复制 染色体的组装 基因沉默, 某些疾病的形成 细胞的信号转导, 基因组的整体乙酰化,组蛋白乙酰化去乙酰化参与的功能,组蛋白的其他修饰方式, 组蛋白还有其他不稳定的修饰方式,如磷酸化、,腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等。, 通过多种修饰方式的组合,更为灵活的影响染色质 的结构与功能。所以有人称这些能被专识别的修 饰信息为组蛋白密码。, 各种修饰间也存在着相互的关联。,Ubiquitin ligases and deubiquitinating enzymes responsible,for monoubiquitination of his
13、tones H2A and H2B,www.frontiersin.org, March2012|Volume2|Article26|,Histone ubiquitinationand deubiquitination in transcription, DNA damage response, and cancer.,组蛋白修饰的作用机制, 通过影响组蛋白与DNA双链的亲和性,从,而改变染色质的疏松或凝集状态,, 或通过影响转录因子与结构基因启动子的,亲和性来发挥基因调控作用。,核心组蛋白尾部的修饰,不仅仅影响DNA包装和染 色质结构,更重要的是这些修饰是表观遗传信息的 携带者。,这种信息
14、既决定了基因是怎样表达的,也决定了它 们的表达方式是怎样在一代细胞和下一代细胞之间 保持的。,在肿瘤、免疫、心血管等疾病的发生及其防治中具 有十分深远的意义 。,核心组蛋白尾部修饰的意义,组蛋白修饰是如何遗传给子染色体的,Epigenetic inheritance,非组蛋白约为组蛋白总量的60%70%,可 能有20100种(常见的有1520种), 主要包括酶类(RNA聚合酶)、与细胞分裂有 关的蛋白。, 也可能是染色质的结构部分。,非组蛋白,非组蛋白, HMG蛋白(High mobility group protein),能与DNA结合但不牢固,也能与H1作用;,可能与DNA的超螺旋结构有关
15、。, DNA结合蛋白,相对分子量较低,占非组蛋白的20,染色质,的8;,可能与DNA的复制、转录、修复和重组有关。,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。,DNA, C值( C-value ):,是指一种生物单倍体基因组DNA的总量,各种生物细胞内DNA总量的比较,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。,C值反常现象,(C-value paradox),C值往往与种系进化的复杂程度 不一致,某些低等生物却具有较 大的C值。,真核细胞DNA序列可被分为3类,碱基组成 重复次数 占DNA
16、总 量(%),基因类型,不重复,750,2000,1几个,10%80% 结构基因,序列 中度 重复序列,101104 10%40% rRNA, tRNA, 组蛋白基因,高度 重复序列,6100,数百万次 10%60% 卫星DNA,蛋白质编码区域只占人类基因组,非常小的部分,17%,0.5%,Drosophila,85%,2%,Proportion of functional elements within genomes 13%,E. coli,70%,28% 2%,Yeast S. cerevisiae,0.5% 1.5%,98%,Human,28% 0.5%,71%,Nematode C.
17、 elegans,0.5% 0.01%,Lunfish肺鱼,(dipnoi) Coding (protein) RNA Non-coding,82%,99.5%,Protein coding sequence,Human genome 2-3 % C. elegan genome 25 %,The majority of transcripts are non-coding RNAs,Transcriptional output/complexity,The major differences among different organisms,are ncRNAs,人和黑猩猩的基因差别为1,
18、来源于非编码RNA 。 人和鼠的蛋白质编码基因99%是共同的。,人个体间单倍体基因组的碱基差异300万个,其中1万个(0.3%)出现在 蛋白质编码基因中,且绝大多数存在于非编码RNA。, ,含有30亿对碱基的人类基因组仅含有2 3万个蛋白质基因,是果蝇的两倍,啤 酒酵母的4倍。显而易见,生 物 的 复 杂 性 不由编码蛋白质的数目决定。 人类基因组的蛋白质编码区占总基因组 长度为12,那么其他98的基因 组有什么功能?,在这98的非蛋白质编码基因组序列里, 约24为插入编码序列的内含子序列; 人类基因平均每个基因有7个内含子。这,么冗长的内含子序列有什么生物学功能?,人类基因组草图带给科学家们
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 染色体 DNA 分子生物学
链接地址:https://www.31doc.com/p-2251942.html