《分子生物学》课程教学课件（讲稿）第二章 染色体与DNA（基因组与C0t曲线）

2019/2/27C值(C-value)第三节基因组（genome）一种生物的单倍体基因组的DNA总素。基因组：生物有机体的单倍体细胞中的所有DNA.是每种生物的一个特征，不同生物之间差别很大包含核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组等。C值矛盾（C-value paradoxC-谬误）：大肠杆菌DNA为双链环状，含4.6x106bp，约有3000-4000个基因，1400个基因都已定位形态学的复杂程度与C-值的不一致的现象低等生物C-值与形态学复杂程度相关，高等真核生物中人基因组全长为约3X10对碱基、编码3-4万个蛋白分子变化很大阴影部分为一个门内C-值的范围持家基固（housckceping gcnc）：晶花格物Lowerng elants在所有的细胞类型中都表达的基因，即这些基因的功能为所品arnmals有细胞所必须（或称组成型基因constitutivcgenc）eptilesSEocians软骨鱼炎Bonrfish奢侈基（luxurygene）：naerdagnouahep仅在某种特定类型的细胞中表达的基因IstaceansInsectsMolusKSwormsMoldsAgae真园Funci华兰式阳性酒wambacterial苹兰氏阳性南SarnsBalena技原体MSA10°101010101051、大肠杆菌的遗传物质大肠杆菌的多级折叠模式染色体DNA成分占80%，其余为蛋白质和RNA■染色体在细胞内呈现超螺旋结构350m30大肠杆菌4.2x106bp的基因组长1.36mm，折叠后直RNA径为1-2um质粒DNA（plasmidDNA）存在于染色体之外：小分子的环状DNA：能自我复制质粒也携带许多基因，如：抗生素抗性基因FoldedCircular,chromosome1

2019/2/27 1 第三节 基因组（genome） 基因组：生物有机体的单倍体细胞中的所有DNA. 包含核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组等。 人基因组全长为约3 X 109对碱基、 编码 3-4万个 蛋白分子 大肠杆菌DNA为双链环状， 含4.6 x 106bp，约有3000- 4000个基因，1400个基因都已定位 • C值（C-value） 一种生物的单倍体基因组的DNA总量。 是每种生物的一个特征，不同生物之间差别很大 C值矛盾（C-value paradox C-谬误）： 形态学的复杂程度与C-值的不一致的现象 低等生物C-值与形态学复杂程度相关，高等真核生物中 变化很大. 阴影部分为一个门内C-值的范围 显花植物 哺乳类 爬行类 两栖类 硬骨鱼 软骨鱼类 棘皮类 甲壳类 昆虫 软体动物 蠕虫类 霉菌 藻类 真菌 革兰式阳性菌 革兰氏阴性菌 枝原体 持家基因（housekeeping gene）： 在所有的细胞类型中都表达的基因，即这些基因的功能为所 有细胞所必须（或称组成型基因 constitutive gene） 奢侈基因（luxury gene）: 仅在某种特定类型的细胞中表达的基因 染色体DNA成分占80％，其余为蛋白质和RNA 1、大肠杆菌的遗传物质 染色体在细胞内呈现超螺旋结构 质粒DNA（plasmid DNA） 存在于染色体之外，小分子的环状DNA，能自我复制 质粒也携带许多基因，如：抗生素抗性基因 大肠杆菌4.2x106bp的基因组长1.36mm，折叠后直 径为1-2um 2019/2/27

2019/2/27细图DNA匙一条相对分子量在109左右的共价，闭合双链分子还常也称为染色体能头处为环状质粒DNA大肠杆菌基因组DNA的电镜照片2.原核生物基因组的一般特点1）较小，基因组结构紧囊，非编码DNA比例较小2）由一条环形或线性DNA分子构成，只有一个复制起点3）形成多顺反子mRNA：功能相关的基因构成转录单元，X174受同一调控区调节共同转录。VirusOued4）有重叠基因：两个基因共用一段DNA序列OuerlappingProteinCodes3、真核生物基因组的特点第四节DNA的变性、复性与Cot曲线1.较大，DNA与蛋白质结合，非缩码序列的比例较高（>90%）2.一般有多条线性染色体DNA，每个DAN分子有多个复制起点4.有大量置复序列5.形成单顺反子mRNA，编码蛋白的基因一般为单拷贝6.形成基因家族7. 存在断裂基因

2019/2/27 2 • 大肠杆菌基因组DNA的电镜照片 7 2.原核生物基因组的一般特点 1）较小，基因组结构紧凑，非编码DNA比例较小 2）由一条环形或线性DNA分子构成，只有一个复制起点 3）形成多顺反子mRNA：功能相关的基因构成转录单元， 受同一调控区调节共同转录。 4）有重叠基因：两个基因共用一段DNA序列 3、真核生物基因组的特点 1.较大,DNA与蛋白质结合，非编码序列的比例较高（>90%） 2.一般有多条线性染色体DNA，每个DAN分子有多个复制起点 4.有大量重复序列 5.形成单顺反子mRNA，编码蛋白的基因一般为单拷贝 6.形成基因家族 7.存在断裂基因 第四节 DNA的变性、复性与Cot曲线

2019/2/27n1.变性（denaturationDNA'※熔液黏度降低或融解melting）：变性※沉降速度加大氢键断裂，变成单链1※浮力密度上升条件：※光吸收值升高（A260nm），即增色效应加热：有磷酸二酯键断裂，Diatilydon指在DNA变性的过程中，在260nm的吸收值先是缓慢得到的单链链长短不极端pH:pH>11.3上升，达到某一温度时及骤然上升有机溶剂尿素、酰胺Sroarmatatr天然DNA和变性DNA的吸收值相差可达34%低盐浓度：盐浓度低于0.01mol/LFDNAinadomi熔解曲线与Tm值2.DNA分子的复性（annealorrenaturation）Tm=OD增加值的中点温OD度（一般为85-95℃）1,37Denaturation或DNA双螺旋结构失去双链DNA单链DNA一半时的温度1.185VRenaturation一般PCR实验技术中把变性温度定为94℃良1.0复性过程依赖于单链分子间的随机碰撞影响DNA复性的因素：阳离子浓度0.18~0.2MNa可消除静电力想一想*复性反应的温度低于Tm值25℃左右(60-65℃)单链DNA的初始浓度C。比较高——快单链DNA的长度DNA复性与哪些因素有关?单链DNA愈长→分子扩敢愈慢→复性愈慢反应条件单链DNA愈短→分子扩散愈快→复性愈快底物DNA分子序列复杂性（碱基随机排列重复排列）单链DNA：初始浓度、长度、序列复杂性3

2019/2/27 3 1. 变 性 （ denaturation 或融解 melting）： 氢键断裂，变成单链 条件： 加热:有磷酸二酯键断裂， 得到的单链链长短不一 极端pH :pH>11.3 有机溶剂: 尿素、 酰胺 低盐浓度:盐浓度低于 0.01mol/L 变性 ※ 熔液黏度降低 ※ 沉降速度加大 ※ 浮力密度上升 ※ 光吸收值升高（A260nm），即增色效应 指在DNA变性的过程中，在260nm的吸收值先是缓慢 上升，达到某一温度时及骤然上升 天然DNA和变性DNA的吸收值相差可达34％ 1.185 1.0 1.37 OD ℃ 熔解曲线与Tm值 一般PCR实验技术中把变 性温度定为94 ℃ Tm= OD增加值的中点温 度(一般为85-95℃) 或DNA双螺旋结构失去 一半时的温度 双链 DNA 单链 DNA Denaturation ▲ ▼ Renaturation 复性过程依赖于单链分子间的随机碰撞 2. DNA分子的复性 （anneal or renaturation） 2019/2/27 DNA复性与哪些因素有关？ 反应条件 底物 单链DNA:初始浓度、长度、序列复杂性 想一想 影响DNA复性的因素 ：  阳离子浓度 0.18 ~ 0.2M Na+ 可消除静电斥力  复性反应的温度 低于Tm值 25℃左右 (60-65℃)  单链DNA 的长度  DNA 分子序列复杂性 (碱基随机排列, 重复排列) 单链DNA愈长 单链DNA愈短 → 分子扩散愈慢 → 复性愈慢 → 分子扩散愈快 → 复性愈快  单链DNA 的初始浓度 C0 比较高——快

2019/2/273.Cat曲线一一DNA复性动力学曲线C/C。=1/(1+KCt)迎·DNA复性过程遵循二级反应动力学当C/C。=1/2时的C.t值定义为Cot1/2完·DNA复性过程中单链消失的速度用么C /C,=1/2=1/ (1+KCota/2)-dC/dt=kC.21其中，C是反应时间为t时的单链DNA自C/Cg是Cgt的函数C/C,=1/(1+FC.tan=1/K按此公式作图得C,t曲线口不同DNA的C,t(1/z)值不同，与K值相关起始状态口DNA序列的复杂性影响K值：在控制反应条件（温度、离子强度、片段大小）相同的前提下，Cot曲线应用：1）测定DNA分子量的方法：2）判断单一来源的DNA所含的不同复杂性的组分。1.7×10°42×10b复杂性3500口DNA序列的复杂性（complexity）X：最长的没100的核苷酸对的数值。X=KCotinAAAAAAAAX=1X=4ATCGATCGATCG10510410F01010°100x103x1012×10-6Cot.4

2019/2/27 4 3.C0t曲线－－DNA复性动力学曲线 C/C0是C0 t的函数 按此公式作图得C0 t曲线 C0 t曲线应用： 1)测定DNA分子量的方法; 2) 判断单一来源的DNA所含的不同复杂性的组分。 复杂性

2019/2/27rachionreaotcceed(f-CiC)真核生物DNA4、真核生物基因组DNA的重复序列复性曲线的模式图根据复性动力学研究将真核生物DNA序列归类：基因组为1)单一序列（不重复序列）：1-几个拷贝7x108多为结构基因（蛋白质基因）2)中度重复序列:10-104拷贝复性反应分为3)高度重复序列：>106拷贝，卫星DNA三相，每相代FastIntermedietecomponenYmoonan所占比例2530Cota/20.00131.96.0×10h复杂性X340真核生物的Alufamily中度重复序列0.1-几个Kb/copyCot(u/2)~ 0.001-0.13oebp30ebps00bAa、不编码序列Alu家族：在长约300bp的片段中，大多数片段含有一个限Y6000bp6000bp6000bp6000bp制性内切酶AluI的酶切位点AGCT）300,000copies广泛分布于非复序列间均匀分散在整个基因组中的非重复序列间在人类基因组中占1%~3%功能：可能参与hnRNA的加工与成熟。b、编码序列rDNAtDNA组蛋白基因与遗传重组及染色体不稳定性有关。有形成Z-DNA的能力。可能具有转录调节作用。S-ACAAACT-3INA主学IIDNA高度重复序列11t13-TGTTTGA-5'-692(ACAAACTI卫星I卫星DNA（SatelliteDNA）：将DNA切成数百个碱基对的片段进行超速离心时，由于5'-ATAAACT-3'富含AT的简单高度重复序列区段浮力密度较小，因而很容易GBR(ATAAACTLLLL和总体DNA分开，即常会在主要的DNA带的上面有一个次要的3"-TATTTGA-5'.671CACAAAT带相伴随卫星1a、分布于着丝点，端粒区（原位杂交），结构基因两侧S-ACAAATT-3b、往往不表达9-TGTTTAA-5'一然化绝中的祥力研室卫星图12-15第端DNA在十性CsC中商心室平街时的配降图语5l Oall,J:G. Cohce-E, H, snd Atherton.D. D5

2019/2/27 5 根据复性动力学研究将真核生物DNA序列归类： 1)单一序列(不重复序列）：1-几个拷贝 多为结构基因 (蛋白质基因) 2)中度重复序列:10-104拷贝 3)高度重复序列： >106 拷贝，卫星DNA 4、真核生物基因组DNA的重复序列 中度重复序列 0.1-几个 Kb / copy C0t (1/2) ~ 0.001 - 0.1 a、不编码序列 Alu 家族：在长约300bp的片段中，大多数片段含有一个限 制性内切酶AluⅠ的酶切位点AGCT） 均匀分散在整个基因组中的非重复序列间 在人类基因组中占1％ ～ 3％ b、 编码序列 rDNA tDNA 组蛋白基因 真核生物的 Alu family 300,000 copies 广泛分布于非重复序列间 300bp 300bp 300bp 6000bp 6000bp 6000bp 6000bp 功能： 可能参与hnRNA的加工与成熟。 与遗传重组及染色体不稳定性有关。 有形成Z-DNA的能力。 可能具有转录调节作用。 a、分布于着丝点, 端粒区（原位杂交）, 结构基因两侧 b、往往不表达 高度重复序列 卫星DNA（Satellite DNA）： 将DNA切成数百个碱基对的片段进行超速离心时，由于 富含AT的简单高度重复序列区段浮力密度较小，因而很容易 和总体DNA分开，即常会在主要的DNA带的上面有一个次要的 带相伴随

2019/2/27不同生物中重复序列占基因组的比例差别很大课后阅读指导原核生物无重复序列1.原核与真核基因组的特点？低等真核生物10-20%repetitive sequence2.Cot1/z如何绘制出来的？复性动力学曲线有什高等植物80%么应用？高等动物50%6

2019/2/27 6 不同生物中重复序列占基因组的比例差别很大 原核生物无重复序列 低等真核生物 10-20% repetitive sequence 高等植物 80% 高等动物 50% 1.原核与真核基因组的特点？ 2.C0 t1/2如何绘制出来的？复性动力学曲线有什 么应用？