chapter4-5nucleicacid,gene,nucleosome,chrosome,gen

分子生物学系列讲座之3:ZhangjieMobile:13673550700Email:[e-mail]主要内容4核酸与基因5DNA在细胞内的储存6基因组和基因组学2byannya1遗传物质的特征生物体中的遗传物质能够忠实地复制自我生物体中的遗传物质具备储存遗传信息的能力生物中的遗传信息能被细胞内存在的大分子实体解析生物体中的遗传物质必须体现可变性3byannya2基因在核酸分子上的定位RNaseand蛋白酶DNase4byannyaRNaseand蛋白酶DNase5EndviewofTMVLateralviewofTMV.Key:Coatprotein(blue)RNA(yellow)基因的功能是什么？基因又是由什么化学物质组成？61941Onegeneoneenzymes1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验使基因和酶的关系得以阐明，并提出了“一个基因一个酶”的假说7byannya基因是染色体上的一个片段一个基因一个酶1.基因是遗传的基本单位2.基因是遗传突变的基本单位3.基因是功能单位4.基因位于染色体上比德尔和塔特姆在1941年以“红色面包酶中生化反应的遗传控制”为题，发表了他们的实验结果，证明了基因的功能之一就是控制酶的生产脉孢菌Neurosporacrassa8byannya1951:跳跃基因Movablegenes,transposableelements,JumpinggenesTransposition转座Translocation易位一直到1983年，McClintock博士才得到她应享的荣耀----诺贝尔生物医学奖9byannya1955:顺反子（cistroms）本泽1857顺式测验反式测验突变位点在同一顺反子内AB+－AB突变位点在不同的顺反子内+AB+AB顺反测验结果的图解。当顺式有功能，而反式没有功能时，突变位点突变位点在同一顺反子内；当顺式有功能，而反式也有功能时，突变位点突变位点在不同顺反子内。10byannya1960:TheDiscoveryofthelacOperonBecauseofthepioneeringworkofJacobandMonod,thelacoperonistypicallyusedtoillustrategeneregulationinbacteria.Generegulationineukaryotesisquitedifferent.11byannya1977:真核生物的断裂基因1993年度诺贝尔奖金颁奖大会上，诺贝尔生理学奖授予给了RichardJ.RobertsandPhillipA.Sharp，因为他们的重大成就-----断裂基因的发现。12byannya1976-1977：重叠基因1977年F.桑格意外地发现基因D中包含着基因E。采莲人在绿杨津，在绿杨津一阙新；一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人。13byannya真核生物的基因1.活性域，activelytranscribeddomain2.不活性域，inactivedomain3.DNaseI敏感域，4.DNaseI不敏感域14第五章DNA在生物细胞内的存储byannyaIneukaryoticcellsagivenregionofDNAwithitsassociatedproteinsiscalledchromatin(染色质）Themajorityoftheassociatedproteinsaresmall,basicproteinscalledhistones.（组蛋白）Otherproteinsassociatedwiththechromosomearereferredtoasnon-histoneproteins,includingnumerousDNAbindingproteinsthatregulatethetranscription,replication,repairandrecombinationofDNA.Nucleosomes:regularassociationofDNAwithhistonestoformastructureeffectivelycompactingDNAbyannya17byannyaFIGURE29.4ThenucleosomemaybeacylinderwithDNAorganizedintotwoturnsaroundthesurface.FIGURE296SequencesontheDNAthatlieondifferentturnsaroundthenucleosomemaybeclosetogether.18byannya真核DNA的包装FIGURE29.7MicrococcalnucleasedigestschromatininnucleiintoamultimericseriesofDNAbandsthatcanbeseparatedbygelelectrophoresis,PhotocourtesyofMarkusNoll,UrniversitatZurich.19byannyaFIGURE299Micrococcalnucleasereducesthelengthofnucleosomemonomersindiscretesteps.PhotocourtesyofRogerKornberg,StanfordUniversitySchoolofMedicine.20byannyaFIGURE2910Micrococcalnucleaseinitiallycleavesbetweennucleosomes.Mononucleosomestypicallyhave-200bpDNA.EndtrimmingreducesthelengthofDNAfirstto-165bp,andthengeneratescoreparticleswith146bp.21byannyaFIGURE29.17Inasymmetricalmodelforthenucleosome,theH3z-H4ztetramerprovidesakernelfortheshape.OneH2A-H2Bdimercanbeseeninthetopview;theotherisunderneath.核小体空间填充模型的晶体结构，H32-H42二聚体用白色表示，H2A-H2B二聚体用蓝色表示。DNA潜在的缠绕路径在上图用细管表示(显示一又四分之一周长)，下图用宽20.的一束线来表示。22byannyaFIGURE29.18Thecrystalstructureofthehistonecoreoctamerisrepresentedinaspace-fillingmodelwiththeH3rH42tetramershowninwhiteandtheH2A-H2Bdimersshowninblue.OnlyoneoftheH2A-H2Bdimersisvisibleinthetopview,becausetheotherishiddenunderneath.ThepotentialpathoftheDNAisshowninthetopviewasanarrowtube(onequarterthediameterofDNA),andinthesideviewisshownbytheparallellinesina20Awidebundle.PhotoscourtesyofE.N.Moudrianakis,JohnsHopkinsUniversity.23byannyaFIGURE2919HistonepositionsinatopviewshowH3H4andH2A-H2Bpairsinahalfnucleosome;thesymmetricalorganizationcanbeseeninthesuperimpositionofbothhalvesinthebottomview.24YourcompanysloganLOGObyannya核小体核心组蛋白尾巴结构域的化学修饰及组蛋白假说组蛋白分子的球形主体部分无疑是位于八聚体核心内，但是组蛋白分子携带着修饰位点的N端尾巴如何定位尚不清楚，其位置可能有较大变动。组蛋白N端乙酰化修饰27byannya乙酰化H4H3H3H4H3H4H3H4H2AH2BH2BH2AH2BH2AH2BH2A28核小体核心组蛋白的化学修饰乙酰基化去乙酰基化H2泛酸基化甲基化磷酸化组蛋白密码H3和H4组蛋白密码四膜虫(Tetrahymena)Gcn5和Rpd3组蛋白密码，histonecodeH3-lys9甲基化异染色质的标志H3-lys36、H3-lys79甲基化与常染色体和基因转录H4-lys20，H3尾部K4（H3-Lys）、K9（H3-lys9）与染色体活性抑制有关H3-lys9双甲基化修饰，H3-lys27三甲基化修饰与X染色体灭活有关1.与染色体活化和可触及性有关的化学修饰2.与染色体活性抑制的修饰YourcompanysloganLOGO表观遗传学中DNA的修饰1975，ArthurRiggs、RobinHolliday、JhnPugh提出甲基化修饰影响基因表达1980，PeterJones、ShirleyTaylor报道了真核生物的甲基化修饰基因抑制（5’叠氮胞嘧啶）1985，AdrianBird实验室CpG位点高度密集的区域，称为CpG岛，其长度常超过500bp，G+C的比例大于55％主要研究在没有DNA序列变化的基础上，基因表达的可遗传性的改变。Pyrosequcing系统染色体的形成FIGURE29.23The10nmfiberisacontinuousstringofnucleosomes.FIGURf29.25The30nmfiberisahelicalribbonconsistingoftwoparallelrowsofnucleosomescoiledintoasolenoid.FIGURE29.24The30nmfiberhasacoiledstructure.PhotocourtesyofBarbaraHamkalo,UniversityofCalifornia,Irvine.FIGURE29.47Su(Hw)/mod(mdg4)complexesarefoundatthenuclearperiphery.TheymayorganizeDNAintoloopsthatlimitenhancer-promoterinteractions染色体的包装方式一级二级三级四级39403常染色质和异染色质组成性异染色质constitutiveheterochromatin功能性异染色质facultativeheterochromatin异染色质通常在DNA复制的晚期进行复制异染色质DNA通常处于甲基化修饰状态与异染色质结合的组蛋白处于较低水平的乙酰化异染色质的H3组蛋白通常会在N端第九位赖氨酸残基发生甲基化异染色质不参与基因重组异染色质区通常在有丝分裂过程中趋向凝聚4染色体显带技术1968年，瑞典学者卡斯珀松(T.O.Caspersson，1910-)首次应用荧光染料氮芥喹叶因处理染色体标本，发现染色体因着色不同能够沿其纵轴显示出宽窄和亮度不同的荧光带人类G带核型，G带显示的是染色体上富含AT的区域人类Q带核型，Q带显示的带纹与G带相似人类C带核型，C带显示的是着丝粒异染色质5异染色质形成的分子机制位置效应（position-effectofvariegation，PEV）1930，英国爱丁堡大学黑腹果蝇的星眼、拟星眼拟等位基因的顺（下图）反（上图）位置效应组蛋白去乙酰基转移酶，组蛋白甲基转移酶基因沉默的蛋白质：Sir2,