现代分子生物学课件-第二章.ppt

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 染色体和,DNA,染色体概述,原核与真核生物的染色体结构,DNA,是主要的遗传物质,DNA,的结构和功能,DNA,的复制,DNA,的损伤、修复、重组与转座,染色体概述,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。,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，人,X,染色体有,1.28,亿个核苷酸对，而,Y,染色体只有,0.19,亿个核苷酸对。,第一节 原核与真核生物的染色体结构,原核生物染色体结构,原核生物基因组,真核生物染色体结构,真核生物,基因组,遗传信息流,原核,生物染色体结构,要点,：,大肠杆菌染色体,DNA,结构域,基因组超螺旋,DNA,结合蛋白,原核生物基因组,原核生物的基因组很小，大多只有一条染色体，且,DNA,含量少，如大肠杆菌,DNA,的相对分子质量仅为,4.6,10,6,bp,，,其完全伸展总长约为,1.3mm,，,含,4 000,多个基因。,原核生物基因主要是单拷贝基因，只有很少数基因,如,rRNA,基因,以多拷贝形式存在；,整个染色体,DNA,几乎全部由功能基因与调控序列所组成；,几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。,1,、结构简炼,原核,DNA,分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有很小一部分控制基因表达的序列不转录。,如在,X174,中不转录部分只占,4%,左右（,217/5386),T4 DNA,中占,5.1%,（,282/5577),。,2,、存在转录单元,原核生物,DNA,序列中功能相关的,RNA,和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成转录单元并转录产生含多个,mRNA,的分子，称为多顺反子,mRNA,。,3,、,一些细菌和动物病毒存在重叠基因，同一段,DNA,能携带两种不同蛋白质的信息。,Weiner,和,Weber,在研究一种大肠杆菌,RNA,病毒时发现，有两个基因从同一起点开始翻译，一个在,400bp,处结束，而在,3%,的情况下，翻译可一直进行下去直到,800bp,处碰到双重终止信号时才停止。,X174,感染寄主后共合成,9,个蛋白质，相对分子质量约,2.5,10,5,，相当于,6078,个核苷酸，而病毒,DNA,本身只有,5 375,个核苷酸。,Sanger,在弄清,X174 DNA,的全部核苷酸序列及各个基因的起迄位置和密码数目以后发现，,9,个基因中有些是重叠的。,真核,生物染色体结构,要点：,染色质、核小体、组蛋白、,非组蛋白、端粒、,常染色质和异染色质、,DAase,超敏性,真核细胞染色体的组成,作为遗传物质，染色体具有如下特征：,(1),分子结构相对稳定；,(2),能够自我复制，使亲子代之间保持,连续性；,(3),能够指导蛋白质的合成，从而控制,整个生命过程；,(4),能够产生可遗传的变异。,染色体,蛋白质,染色体蛋白主要分为组蛋白和非组蛋白两类。真核细胞的染色体中,DNA,与组蛋白的质量比约,1:1,。,DNA,、,组蛋白和非组蛋白及部分,RNA,（,尚未完成转录而仍与模板,DNA,相连接的那些,RNA,，,其含量不到,DNA,的,10%,）组成了染色体。,组蛋白是染色体的结构蛋白，分为,H,1,、,H,2,A,、,H,2,B,、,H,3,及,H,4,五种，与,DNA,共同组成核小体。通常用,2mol/L,NaCl,或,0.25mol/L,的,HCl/H,2,SO,4,处理染色质使组蛋白与,DNA,分开。组蛋白含有大量的赖氨酸和精氨酸，其中,H,3,、,H,4,富含精氨酸，,H,1,富含赖氨酸。,H,2,A,、,H,2,B,介于两者之间。,组蛋白具有如下特性：,1,、进化上的极端保守性。不同种生物组蛋白的氨基酸组成十分相似,。,牛、猪、大鼠的,H,4,氨基酸序列完全相同，与豌豆序列相比也只有两个氨基酸的差异。,2,、无组织特异性。只有鸟类、鱼类 及两栖类红细胞染色体不含,H1,而带有,H5,，精细胞染色体的组蛋白是鱼精蛋白。,3,、肽链上氨基酸分布的不对称性。碱性氨基酸集中分布在,N,端的半条链上，而大部分疏水基团都分布在,C,端。碱性的半条链易与,DNA,的负电荷区结合，而另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合。,4,、存在较普遍的修饰作用，如甲基化、乙基化、磷酸化及,ADP,核糖基化等。修饰作用只发生在细胞周期的特定时间和组蛋白的特定位点上。,表,2-5,真核细胞染色体上的组蛋白成分分析,种类,相对分,子质量,氨基酸,数 目,分离难,易 度,保守性,染色质,中比例,染色质,中位置,H,1,21 000,223,易,不保守,0.5,接头,H,2,A,14 500,129,较难,较保守,1,核心,H,2,B,13 800,125,较难,较保守,1,核心,H,3,15 300,135,最难,最保守,1,核心,H,4,11 300,102,最难,最保守,1,核心,表,2-6,不同组蛋白分子中所含的碱性氨基酸比较（占氨基酸总数的,%,）,碱性氨基酸,H,1,H,2,A,H,2,B,H,3,H,4,赖氨酸,29.5,10.9,16.0,9.6,10.8,精氨酸,1.3,9.3,6.4,13.3,13.7,非组蛋白约为组蛋白总量的,60%,70%,，可能有,20,100,种,(,常见的有,15,20,种,),主要包括酶类、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、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等。,1,、,HMG,蛋白,(high mobility group protein),。,这是一类能用低盐（,0.35mol/L,NaCl,）,溶液抽提、能溶于,2%,的三氯乙酸、相对分子质量都在,3.0,10,4,以下的非组蛋白，可能与,DNA,超螺旋结构有关。,2,、,DNA,结合蛋白,用,2mol/L,NaCl,除去全部组蛋白和,70%,的非组蛋白后，还有一部分非组蛋白紧紧地与,DNA,结合在一起，只有用,2mol/L,NaCl,和,5mol/L,尿素才能把这些蛋白解离。可能是一些与,DNA,的复制或转录有关的酶或调节物质,真核生物基因,组,要点,：,非编码,DNA,、,复性动力学、不重复序列、,中度重复序列,(,分散重复,DNA,、,串联基因簇）、,高度重复序列（卫星,DNA,）、,遗传多态性。,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-value paradox,）”。,所谓,C,值，通常是指一种生物单倍体基因组,DNA,的总量。,真核细胞,DNA,序列可被分为,3,类：,1,、不重复序列,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,10%,80%,。不重复序列长约,750,2 000bp,，,相当于一个结构基因的长度。,蛋清蛋白、蚕的丝心蛋白、血红蛋白和珠蛋白等都是单拷贝基因。,2,、,中度重复序列,这类序列的重复次数在,10,1,10,4,之间，占总,DNA,的,10%,40%,，如小鼠中占,20%,，果蝇中占,15%,，各种,rRNA,、,tRNA,以及某些结构基因如组蛋白基因等都属于这一类。,非洲爪蟾的,rRNA,基因结构示意图,在动物卵细胞形成过程中，,rDNA,基因可进行几千次不同比例的复制，产生,210,6,个拷贝，使,rDNA,占卵细胞,DNA,的,75%,，从而使该细胞能积累,10,12,个核糖体。,3,、高度重复序列,卫星,DNA,只存在于真核生物中，占基因组的,10%60%,，由,6100,个碱基组成，在,DNA,链上串联重复高达数百万次。因为卫星,DNA,不转录，其功能不详。它们是异染色质的成份，可能与染色体的稳定性有关。,染色质和核小体,由,DNA,和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。,染色质,DNA,的,Tm,值比自由,DNA,高，说明在染色质中,DNA,极可能与蛋白质分子相互作用。,在染色质状态下，由,DNA,聚合酶和,RNA,聚合酶催化的,DNA,复制和转录活性大大低于在自由,DNA,中的反应。,DNA,酶,I,（,DNaseI,）,对染色质,DNA,的消化远远慢于对纯,DNA,的作用。,用小球菌核酸酶处理染色质以后进行电泳，便可以得到一系列片段，这些被保留的,DNA,片段均为,200bp,基本单位的倍数。,核小体由,H,2,A,、,H,2,B,、,H,3,、,H,4,各两个分子生成的八聚体和由大约,200bp DNA,组成。八聚体在中间，,DNA,分子盘绕在外，而每个核小体只有一个,H,1,，,分布在核小体的外面,。,核心颗粒包括组蛋白八聚体及与其结合的,146bp DNA,，,该序列绕在八聚体外面,1.75,圈，每圈约,80bp,。,由许多核小体构成了连续的染色质,DNA,细丝。,在核小体中，,DNA,盘绕组蛋白八聚体核心，使分子收缩,1/7,。,人中期染色体中含,6.210,9,碱基对，其理论长度应是,200cm,，,这么长的,DNA,被包装在,46,个,5m,长的圆柱体（染色体）中，其压缩比约为,10,4,。分裂间期染色质比较松散，压缩比大约是,10,2,10,3,。,遗传信息流,要点,：,中心法则,原核基因表达,真核基因表达,第二节,DNA,的结构和功能,DNA,的一级结构,DNA,的二级结构,DNA,的高级结构,DNA,的结构,要点：,DNA/RNA,序列,、,DNA,双螺旋、,A,、,B,、,Z,型,螺旋、闭环,DNA,、,超螺旋、拓扑异构体、拓扑异构酶。,DNA,的一级结构,DNA,的一级结构是指,4,种核苷酸的连接及其排列顺序，表示了该,DNA,分子的化学构成。,DNA,的二级结构,DNA,不仅具有严格的化学组成，还具有特殊的高级结构，它主要以有规则的双螺旋形式存在。,DNA,二级结构的基本特点是：,1,、,DNA,是由两条互相平行的脱氧核苷 酸长链盘绕而成的。,2,、,DNA,分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。,3,、两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对。,DNA,的二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。通常情况下，,DNA,的二级结构分两大类：一类是右手螺旋，如,A-DNA,和,B-DNA,；,另一类是左手螺旋，即,Z-DNA,。,DNA,二级结构中左手螺旋,Z-DNA,的研究,B-DNA,是最常见的,DNA,构象，,A-DNA,和,Z-DNA,可能具有不同的生物活性。,DNA,的高级结构,DNA,的高级结构是指,DNA,双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超螺旋结构是,DNA,高级结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类，它们在特殊情况下可以相互转变，如：,拓扑异构酶 拓扑异构酶,溴乙锭 溴乙锭,负超螺旋 松驰,DNA,正超螺旋,研究细菌质粒,DNA,时发现，天然状态下该,DNA,以负超螺旋为主，稍被破坏即出现开环结构，两条链均断开则呈线性结构。,在电场作用下，相同分子质量的超螺旋,DNA,比线性,DNA,迁移率大，线性,DNA,又比开环的,DNA,迁移率大，以此可判断质粒结构是否被破坏。,第三节,DNA,的复制,DNA,的半保留复制,复制的起点、方向和速度,复制的几种主要方式,原核与真核生物,DNA,的复制特点,DNA,复制的调控,DNA,的复制,要点：,半保留复制、半不连续复制、复制子、,复制起点与终点,、,RNA,引导、复制叉、,SSB,、,DNA,解链酶、引发体与引发酶、,冈崎片段、原核生物,DNA,复制特点、,真核生物,DNA,复制特点。,DNA,的复制,生命的遗传实际上是染色体,DNA,自我复制的结果，而染色体,DNA,的自我复制主要是通过半保留复制来实现的，是一个以亲代,DNA,分子为模板合成子代,DNA,链的过程。,由于,DNA,是遗传信息的载体，因此亲代,DNA,必须以自身分子为模板来合成新的分子,准确地复制成两个拷贝，并分配到两个子代细胞中去，才能真正完成其遗传信息载体的使命。,DNA,的半保留复制机理,由于,DNA,分子由两条多核苷酸链组成，两条链上的碱基,G,只能与,C,相配对，,A,只能与,T,相配对，所以，两条链是互补的，一条链上的核苷酸排列顺序决定了另一条链上的核苷酸排列顺序。,DNA,在复制过程中，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个,DNA,分子与原来,DNA,分子的碱基顺序完全一样。因此，每个子代分子的一条链来自亲代,DNA,，,另一条链则是新合成的，这种复制方式被称为,DNA,的半保留复制（,semiconservative,replication,）。,复制的起点、方向和速度,复制时，双链,DNA,要解开成两股链分别进行，所以，复制起点呈叉子形式，被称为复制叉。,DNA,的复制是由固定的起始点开始的。一般把生物体的复制单位称为复制子（,replicon,），,一个复制子只含一个复制起点。,细菌、病毒和线粒体的,DNA,分子都是作为单个复制子完成复制的，而真核生物基因组可以同时在多个复制起点上进行双向复制，也就是说它们的基因组包含有多个复制子。,复制的几种主要方式,线性,DNA,双链的复制,复制叉生长方式有单一起点的单向（如腺病毒）及双向（如,T7,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。,环状,DNA,双链的复制,环状双链,DNA,的复制可分为,型、滚环型和,D-,环型几种类型。,1,、,型复制。大肠杆菌基因组的复制原点位于天冬酰胺合酶和,ATP,合酶操纵子之间，全长,245bp,，,称为,OriC,。,2,、,滚环型（,rolling circle,）,X174,的双链环状,DNA,就是以这种方式复制的。,DNA,的合成始于对正链原点的专一性切割，所形成的自由,5,端被从双链环中置换出来并为单链,DNA,结合蛋白所覆盖，使其,3OH,端在,DNA,聚合酶的作用下不断延伸。,3,、,D-,环型（,D-loop,）,这也是一种单向复制的特殊方式。这种方式首先在动物线粒体,DNA,的复制中被发现。双链环在固定点解开进行复制。但两条链的合成是高度不对称的，一条链上迅速合成出互补链，另一条链则成为游离的单链环（即,D-,环）。,实验结果表明，无论是原核生物还是真核生物，,DNA,的复制主要是从固定的起始点以双向等速复制方式进行的。复制叉以,DNA,分子上某一特定顺序为起点，向两个方向等速生长前进。,原核和真核生物,DNA,的复制特点,原核生物,DNA,的复制特点,大肠杆菌基因组以双链环状,DNA,分子的形式存在，其,DNA,复制的中间产物可形成一个,，,复制从定点开始双向等速进行，复制起始区位于其遗传图的,84min,附近。复制起始后，两个复制叉在距起始点,180,处会合。,复制叉的形成过程是个有多种蛋白质及酶参与的复杂过程。已经发现一些酶和蛋白质能使,DNA,双链变得易于解开，或者可以使超螺旋分子松弛。,(1),单链结合蛋白（,SSB,蛋白）,T4,噬菌体的,32,kDa,蛋白可以结合单链,DNA,，,它还能使双链,DNA,在远低于解链温度时分开。,大部分原核,SSB,蛋白与,DNA,结合时还表现出协同效应：如第一个,SSB,蛋白结合到,DNA,上去的能力为,1,，第二个,SSB,结合能力则可高达,10,3,。,SSB,蛋白的作用是稳定单链,DNA,。,(2)DNA,解链酶（,DNA,helicase,）,大部分,DNA,解链酶都沿滞后链模板的,53,方向并随着复制叉的前进而移动，只有,Rep,蛋白沿前导链模板的,35,方向移动。因此，,Rep,蛋白和其他,DNA,解链酶分别在,DNA,的两条母链上协同作用，解开双链,DNA,。,3,、,DNA,的解链过程：,首先，在拓扑异构酶,I,的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。解链过程中必需有,SSB,蛋白来稳定已解开的单链，以保证该局部结构不会恢复成双链。接着，由引发酶等组成的引发体迅速作用于两条单链,DNA,上。不论是前导链还是滞后链，都需要一段,RNA,引物以开始子链,DNA,的合成。,DNA,聚合酶的共同点：,1,、都以,dNTP,为底物。,2,、都需要,Mg,2+,激活。,3,、聚合时必须有模板链和具有,3OH,末端的引物链。,4,、链的延伸都方向为,53,。,DNA,聚合酶,I,不是复制大肠杆菌染色体的主要聚合酶，它有,5 3,核酸外切酶活性，保证了,DNA,复制的准确性。它也可用来除去冈崎片段,5,端,RNA,引物，使冈崎片段间缺口消失，保证连接酶将片段连接起来。,DNA,聚合酶,II,的活性很低，所以也不是复制中主要的酶。目前认为,DNA,聚合酶,II,的生理功能主要是起修复,DNA,的作用。,DNA,聚合酶,III,包含有,7,种不同的亚单位和,9,个亚基，其生物活性形式为二聚体。它的聚合活性较强，为,DNA,聚合酶,I,的,20-50,倍，聚合酶,II,的,10-20,倍。它能在引物的,3OH,上以每分钟约,5,万个核苷酸的速率延长新生的,DNA,链，是大肠杆菌,DNA,复制中链延长反应的主导聚合酶。,复制的引发和终止,DNA,聚合酶只能延长已存在的,DNA,链，而不能从头合成,DNA,链，那么，新,DNA,的复制是怎样开始的呢？,研究发现，,DNA,复制时，往往先由,RNA,聚合酶在,DNA,模板上合成一段,RNA,引物，再由,DNA,聚合酶从,RNA,引物,3,端开始合成新的,DNA,链。,滞后链的引发过程比较复杂，需要多种蛋白质和酶的协同作用，还牵涉到冈崎片段的形成和连接。,引发体在滞后链分叉的方向上前进，并在模板上间断性引发生成滞后链引物,-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。,由,RNase,H,降解,RNA,引物并由,DNA,聚合酶,I,将缺口补齐，再由,DNA,连接酶将两个冈崎片段连在一起形成大分子,DNA,。,链的终止需要,Tus,蛋白参与。当复制叉前移，遇到,20bp,重复性终止子序列（,Ter,）,时，,Ter-Tus,复合物能阻挡复制叉的继续前移，等到相反方向的复制叉到达后在,DNA,拓扑异构酶,IV,的作用下使复制叉解体，释放子链,DNA,。,冈崎片段与半不连续复制,由于,DNA,双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的,DNA,链一条是,53,方向，另一条是,35,方向，两个模板极性不同。而所有已知,DNA,聚合酶的合成方向都是,53,，两条链无法同时进行复制。为了解释,DNA,的等速复制现象，日本学者冈崎（,Okazaki,）,等提出了,DNA,的半不连续复制（,semidiscontinuous,replication,）,模型。,1,、用,3,H,脱氧胸苷短时间标记后提取,DNA,，,得到不少平均长度为,2-3kb DNA,片段,。,2,、用,DNA,连接酶温度敏感突变株进行实验，在连接酶不起作用的温度下，有大量小片段累积，说明复制过程中至少有一条链首先合成较短的片段，然后再生成大分子,DNA,3,、,前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界是有普遍性的，因而称之为,DNA,的半不连续复制。,真核生物,DNA,的复制特点,1,、真核生物每条染色质上可以有多处复制起始点，而原核生物只有一个起始点。,2,、真核生物的染色体在全部完成复制之前，各个起始点上,DNA,的复制不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的,DNA,复制，表现为虽只有一个复制单元，但可有多个复制叉。,3,、真核生物,DNA,的复制子被称为,ARS,（,autonomously replicating sequences,），,长约,150bp,左右，包括数个复制起始必需的保守区。,4,、真核生物,DNA,复制叉的移动速度大约只有,50bp/,秒。因此，人类,DNA,中每隔,30,000-300,000bp,就有一个复制起始位点。,5,、,原核生物中只有三种,DNA,聚合酶，而真核细胞中有,5,种,DNA,聚合酶，分别称为,DNA,聚合酶,、,、,、,和,。,真核生物,DNA,聚合酶的特性比较,性质,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶,亚基数,4,1,2,2-3,1,在细胞内分布,核内,核内,线粒体,核内,核内,(?),功能,DNA,引物合成,损伤修复,线粒体,DNA,复制,主要,DNA,复制酶,DNA,复制,(?),35,外切,无,无,有,有,有,53,外切,无,无,无,无,无,DNA,聚合酶,主要参与引物合成。,DNA,聚合酶,活性水平稳定，主要在,DNA,损伤的修复中起作用。,DNA,聚合酶,是主要负责,DNA,复制的酶。,DNA,聚合酶,的主要功能可能是在去掉,RNA,引物后把缺口补全。,DNA,复制的调控,DNA,链延伸的速度在同种生物的不同细胞中几乎是恒定的，只是复制叉的数量不同。,迅速分裂的细胞具较多的复制叉，而分裂缓慢的细胞复制叉较少并出现复制的间隙。复制起始频率的直接调控因子是蛋白质和,RNA,。,大肠杆菌染色体,DNA,的复制调控,复制起始不依赖于细胞分裂，而复制的终止则能引发细胞分裂。,复制子中的起始物位点编码复制调节蛋白，复制起点则与调节蛋白相互作用并启动复制。,真核细胞,DNA,的复制调控,真核细胞的生活周期可分为,4,个时期：,G,1,、,S,、,G,2,和,M,期。,G,1,是复制预备期，,S,为复制期，,G,2,为有丝分裂准备期，,M,为有丝分裂期，,DNA,复制只发生在,S,期。,真核细胞中,DNA,复制的调控：,1,、细胞生活周期水平调控，也称为 限制 点调控，即决定细胞停留在,G,1,期还是进入,S,期。,2,、染色体水平调控，决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在,S,期起始复制，这种有序复制的机理还不清楚。,3,、复制子水平调控，决定复制的起始与否。,第四节,DNA,的损伤与修复、重组与,转座,DNA,损伤与修复,重组与转座,同源重组与位点特异性重组,转座作用,转座作用的分类和结构特征,转座作用机制,转座作用的遗传学效应,真核生物的转座子,要点,：,DNA,损伤,错配修复、碱基切除修复、,核苷酸切除修复、,DNA,直接修复、,光复活、,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就有着特别重要的意义。,大肠杆菌,中,DNA,的修复系统,DNA,修复系统,功能,错配修复,恢复错配,切除修复（碱基、核苷酸）,切除突变的碱基和核苷酸片段，修复被破坏的,DNA,DNA,直接修复,修复嘧啶二体或甲基化,DNA,SOS,系统,DNA,的修复，导致变异,错配修复（,mismatch repair,）,错配修复对,DNA,复制忠实性的贡献力达,10,2,-10,3,，,DNA,子链中的错配几乎完全能被修正。,该系统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,N,6,位甲基化。一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始,DNA,合成前的几秒种至几分钟内被甲基化。,只要两条,DNA,链上碱基配对出问题，错配修复系统就会根据“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基所在的,DNA,链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的,5,位置切开子链，再启动特定的修复途径，合成新的子链片段。,当错配碱基位于切口,3,下游端时，在,MutL-MutS,、,解链酶,II,、,DNA,外切酶,VII,或,RecJ,核酸酶的作用下从错配碱基,3,下游端开始切除单链,DNA,直到错配位点，并在,Pol,III,和,SSB,的作用下合成新的子链片段。,若错配碱基位于切口的,5,上游端，则在,DNA,外切酶,I,或,IX,的作用下切除单链,DNA,直到错配位点，再合成新的子链片段。,碱基切除修复（,Base-excision repair,）,所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的不同的糖苷水解酶，能特异性切除受损核苷酸上的,N-,糖苷键，形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为,AP,位点。,DNA,分子中一旦产生了,AP,位点，内切酶就会把受损核苷酸的糖苷,-,磷酸键切开，移去,AP,位点附近小片段,DNA,，,并由,DNA,聚合酶,I,和,DNA,连接酶共同完成修复,。,核苷酸切除修复（,nucleotide-excision repair,）,当,DNA,链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，则由核苷酸切除修复系统负责修复。,大肠杆菌（左）和人类细胞中的核苷酸切除修复过程示意图。在原核生物中受核苷酸,3,端的第,5,位，,5,端的第,8,位磷酸糖苷分别被,DNA,切割酶切开。在人类细胞中，受损伤核苷酸,3,端第,6,位，,5,端的第,23,位磷酸糖苷键分别被,DNA,切割酶切开。,DNA,的直接修复（,direct repair,）,生物体内还存在,DNA,损伤直接修复而并不需要切除碱基或核苷酸的机制。,DNA,光解酶（,photolyase,）,能把在光下或经紫外光照射形成的环丁烷胸腺嘧啶二体及,6-4,光化物（,6-4-photoproduct,）,还原成为单体。,SOS,反应,(,SOS response,),是细胞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。,SOS,反应包括诱导,DNA,损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等，细胞癌变也与,SOS,反应有关。,要点,：,同源重组、位点特异性重组,转座作用、转座子,(,Tn,),、,插入序列,(IS),、,复合式转座子、转座作用机制,DNA,的转座,DNA,的转座，或称移位（,transposition,），,是由可移位因子（,transposable element,）,介导的遗传物质重排现象。已经发现“转座”这一命名并不十分准确，因为转座有别于同源重组，它依赖于,DNA,的复制。,转座子的分类和结构特征,转座子（,transposon,，,Tn,）,是存在于染色体,DNA,上可自主复制和位移的基本单位。,最简单的转座子不含有任何宿主基因而常被称为插入序列（,insertional,sequence,，,IS,），,它们是细菌染色体或质粒,DNA,的正常组成部分。一个细菌细胞常带有少于,10,个,IS,序列。,常见的,IS,序列都是很小的,DNA,片段（约,1kb,），,末端具有倒置重复序列，转座时常复制宿主靶位点,4,15bp,的,DNA,形成正向重复区。,大部分,IS,序列只有一个开放读码框，翻译起点紧挨着第一个倒置重复区，终止点位于第二个倒置重复区或附近。,IS1,含有两个分开的读码框，只有移码通读才能产生功能型转座酶。,复合式转座子（,composite,transposon,）,是一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子，其两翼往往是两个相同或高度同源的,IS,序列。,一旦形成复合转座子，,IS,序列就不能再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为复合体移动。,除了末端带有,IS,序列的复合转座子以外，还存在一些没有,IS,序列的、体积庞大的转座子（,5 000bp,以上）,TnA,家族。常带有,3,个基因，一个编码,-,内酰胺酶（,AmpR,），,另两个则是转座作用所必须的。所有,TnA,类转座子两翼都带有,38bp,的倒置重复序列。,转座作用的机制,转座发生时，受体分子中有一段很短的（,3,12bp,）、,被称为靶序列的,DNA,会被复制，使插入的转座子位于两个重复的靶序列之间。,不同转座子的靶序列长度不同，但特定转座子所复制的靶序列长度是一样的。,IS1,两翼总有,9,个碱基对的靶序列，而,Tn3,两端总有,5bp,的靶序列。,在复制性转座中，整个转座子被复制，所移动的仅仅是原转座子的拷贝。转座酶（,transposase,）,和解离酶（,resolvase,）,分别作用于原始及复制转座子。,TnA,类主要是这种形式。,在非复制性转座中，原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位，,IS,序列、,Mu,及,Tn5,等都以这种方式进行转座。,转座作用的遗传学效应,(1),转座引起插入突变，导致结构基因失活。,(2),转座产生新的基因。,(3),转座产生的染色体畸变。,(4),转座引起生物进化。由于转座作用，使某些原来在染色体上相距 甚远的基因组合到一起，构建成新的表达单元，产生新的基因和蛋白质分子。,