烟大生化35.ppt
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1、2019/6/22,1,Chapter35 DNA的重组,Genetic recombination,2019/6/22,2,DNA重组的几种类型及其主要特点 了解Holliday模型 细菌基因转移的几种方式 转座重组及其生物学意义,2019/6/22,3,DNA重组(基因重组、遗传重组 genetic recombination 基因重排 gene rearrangenment) DNA分子内或分子间遗传信息的重新组合,DNA片段在细胞内、细胞间,甚至在不同物种之间进行交换,交换后的片段仍然具有复制和表达的功能,意义:迅速增加群体遗传多样性、区分有利、不利突变、 通过优化组合积累有意义的遗传
2、信息 参与许多重要的生物学过程 (438页),自然界基因转移、重组:基因变异、物种进化的基础 繁殖、病毒感染、基因表达、癌基因激活等过程中起重要的作用,2019/6/22,4,一、DNA的重组的分类,同源重组(homologous recombination) 特异位点重组(site-specific ) 转座重组(transpositional ),2019/6/22,5,二、同源重组,两条同源区的DNA分子,通过配对、链的断裂和再连接 产生片段交换(crossing over)的过程,一般性重组(general recombination),两个染色体或DNA分子相互交换对等部分的过程,双
3、倍体真核生物:减数分裂,非姐妹染色单体交换相对应的区域,产生的单倍体配子包含父母本两方的遗传信息,2019/6/22,6,2019/6/22,7,2019/6/22,8,(一)Holliday模型 遗传重组的分子基础,1、Holliday 结构,4条单链形成Holliday结构,2、关键步骤,1)两个同源染色体DNA排列整齐 2)DNA的一条链切断并与另一个DNA对 应的链连接 3)通过分支移动产生异源双链DNA 4)Holliday中间体切开并修复,形成两 个双链重组体DNA,2019/6/22,9,2019/6/22,10,2019/6/22,11,2019/6/22,12,Meselso
4、n M Radding C修正,双链断裂启动重组 启动减数分裂,2019/6/22,13,3、功能:,1)维持种群的遗传多样性,2)有助于DNA的损伤修复,3)真核生物减数分裂中染色体正确分离到子细胞,2019/6/22,14,(二) 细菌的基因转移与重组,致育因子(F因子)通过结合作用由F+细胞向F-细胞转移,F质粒约1/3的基因与转移有关,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
5、胞转化为F+细胞,给体细胞中的单链也可以合成互补链。,2019/6/22,15,当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时,质粒DNA从一个细胞(细菌)转移至另一细胞(细菌)的DNA转移称为,2019/6/22,16,2019/6/22,17,2019/6/22,18,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。,2019
6、/6/22,19,大肠杆菌染色体的基因图,自然条件下感受态的形成需要10多种蛋白质参与,通过自动获取或人为地供给外源DNA,使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型的过程转化,2、转化 transformation,实验室:高浓度的Ca2+处理使细菌形成感受态,2019/6/22,20,2019/6/22,21,普遍性转导:宿主菌任意部位的基因取代噬菌体DNA的一 部分转入受体菌,3、转导作用 transduction,通过噬菌体将细菌基因从供体菌转移到受体菌,限制性转导:宿主整合部位的DNA取代噬菌体的部分 DNA 进入受体菌的基因与染色体重组,2019/6/22,22,噬菌体的基因重组,20
7、19/6/22,23,当病毒从被感染的细胞(供体)释放出来,再次感染另一细胞(受体)时,发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组,2019/6/22,24,2019/6/22,25,2019/6/22,26,4、细胞融合,细胞质膜融合导致基因转移、重组,实验室:溶菌酶除细菌细胞壁,人工促使原生质体融合,引 起广泛的重组。,2019/6/22,27,RecA蛋白:多功能蛋白,1.NTP酶活性:存在单链DNA时, RecA具水解ATP/dATP活性,促 进联会 2.单链DNA结合活性:RecA蛋白与单链DNA形成丝状复合物,使 其免受核酸酶攻击 3.DNA解旋活性:单链切口处解开双螺旋
8、4. DNA分子间联会:部分单链DNA区,(三) 重组有关的酶,2019/6/22,28,溶解酶(Resolvase)活性 断裂Holliday结构的交联桥,完成重组,RecBCD:,2019/6/22,29,依赖RecBCD起始的重组模型: RecBCD有依赖ATP的核酸外切酶、核酸内切酶和解螺旋酶活性,当DNA断裂时,它结合在其游离端,使其解旋并降解,直至酶移动到chi位点(GCTGGTGG),在其3侧4-6核苷酸处将链切断,产生3游离单链,随后单链与RecA结合,开始同源区重组。,2019/6/22,30,RecA蛋白的丝状聚合体与DNA的相互作用,RecA蛋白的带状图解,RecA蛋白的
9、丝状聚合体,每一圈螺旋由6个RecA蛋白单体构成,其中一个单体由红色标出。,2019/6/22,31,RecA蛋白引起DNA同源重组的模型,2019/6/22,32,在大肠杆菌中由RuvA,RuvB和RuvC蛋白参与的同源重组。 (a) RuvA四聚体的图解。四个亚基形成的结构像四个花瓣的花。 (b) RuvA/RuvB的作用: (左)RuvA四聚体结合到Holliday位点; (中)RuvB六聚体结合到杂合双螺旋的两对面,DNA穿过其中心, RuvB六聚体的作用像马达,促进超螺旋分叉点通过复合体移动。 (右)RuvC结合到Holliday位点,由其核酸酶活性切断核酸链,切割位点由剪切体辨认。
10、 (c) RuvA四聚体的电荷分布,蓝色表示正电荷,红色表示负电荷,注意正电荷位于四聚体的表面,有四个负电荷区域位于其中心。 (d) 假设的RuvA四聚体与Holliday位点结合的结构模型。,2019/6/22,33,三、特异位点重组,原核生物中,有时基因重组依赖于小范围的同源序列的联会,重组只限于该小范围内,只涉及特定位点的同源区,这类重组称作,由整合酶催化,在两个DNA序列的特异位点间发生的整合,2019/6/22,34,1、噬菌体DNA的整合与切除,噬菌体的整合酶识别噬菌体DNA和宿主染色体的特异靶位点,而后发生的选择性整合,2019/6/22,35,通过attP和attB间的相互重组
11、,环状的噬菌体DNA转换为整合的原噬菌体,原噬菌体通过attL和attR间的相互重组而切除,2019/6/22,36,2、细菌的特异位点重组,沙门氏菌两种鞭毛蛋白表达的调控,2019/6/22,37,3、免疫球蛋白基因的重组,IgG的分子结构,2019/6/22,38,(1),(2),(3),(4),(5),2019/6/22,39,重组位点有7和9nt的信号序列,中间间隔12或23bp。,2019/6/22,40,免疫球蛋白基因重组的模型,重组酶(RAC1/RAC2)复合体与重组信号序列结合,复合体使编码序列与重组信号序列之间的双连断裂,编码序列的末端形成发夹结构。,重组信号序列结合形成环状
12、结构。,编码序列连接前经过加工,连接位点不十分确定,增加了免疫球蛋白的多样性。,DNA依赖性蛋白激酶(DNA-PK)和DNA连接酶参与了加工和连接过程。,9碱基序列,7碱基序列,2019/6/22,41,在不同的核苷酸位点重组可以生成不同的蛋白质,2019/6/22,42,四、转座重组(transposition),McClintock的重要发现,2019/6/22,43,1950,麦克林托克,玉米籽粒颜色遗传,存在着一种转座因子(transposable elements)控制籽粒颜色,这些因子可在染色体上移动,控制着某些基因表达 70年代,夏皮罗(Shapiro),E. coli乳糖操纵子
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