第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
一、染色体（ Chromosome)
内容提要：
细胞周期
染色体与染色质
染色体的结构和组成（ 原核生物, 真核生物 ）
核小体
原核生物和真核生物基因组结构特点比较
（一）细胞周期
（二）染色体与染色质
染色体（ chromosome） 是细胞在有丝分裂时遗传物质
存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结
果。
真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是
以染色质 (chromatin)的形式存在的。
染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基
本的单位 — 核小体 (nucleosome)成串排列而成的。
（三）染色体的结构和组成
原核生物 (prokaryote)
{组蛋白, H1 H2A H2B H3 H4非组蛋白 }
核小体{DNA
蛋白质染色体
真核生物染色体的组成
组蛋白的一般特性：
■ 进化上的保守性
保守程度,H1 H2A,H2B H3, H4
1、组蛋白
上海生化所分子遗传学 1998年试题：
在真核生物核内。五种组蛋白（ H1 H2A H2B
H3 和 H4）在进化过程中,H4极为保守,H2A最
不保守（ ）
■ 无组织特异性
■ 肽链氨基酸分布的不对称性
■ H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（ 24%）
■ 组蛋白的可修饰性
简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修
饰的种类及其生物学意义
中国科学院 2003年硕士研究生入学, 生物化学与
分子生物学, 试题
在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化
和 ADP核糖基化等。 H3,H4修饰作用较普遍,H2B有乙
酰化作用,H1有磷酸化作用。
所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白
所携带的正电荷。 这些组蛋白修饰的 意义,一是改变染
色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生
改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间
接影响转录活性。
组蛋白的可修饰性
1) DNA的变性和复性
■ 变性（ Denaturation)
DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程
称为变性。
■ 增色效应 (Hyperchromatic effect)
在变性过程中,260nm紫外线吸收值先缓慢上升，
当达到某一温度时骤然上升，称为增色效应。
2,DNA
■ 融解温度（ Melting temperature Tm )
变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度。
生理条件下为 85-95℃
影响因素,G+C含量,pH值，离子强度，尿素，甲跣
胺等
■ 复性（ Renaturation)
热变性的 DNA缓慢冷却，单链恢复成双链。
■ 减色效应（ Hypochromatic effect)
随着 DNA的复性,260nm紫外线吸收值降低的
现象。
2) C值反常现象（ C-value paradox)
C值 是一种生物的单倍体基因组 DNA的总量。
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值矛盾
简述 DNA的 C值以及 C值矛盾（ C Value paradox）,
中科院上海生化所 98 年
上海第二军医大,C值矛盾
（四）核小体 (nucleosome)
Nucleosome,chromosome,genome
中科院 2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题
1、定义：用于包装染色质的结构单位，是由 DNA
链缠绕一个组蛋白核构成的。
2、核小体的结构
核心颗粒、连接区 DNA
中国科学院上海生化与细胞所 2002年招收硕士研究
生分子遗传学入学考试：
简述真核细胞内核小体与核小体核心颗粒的结构。
3、染色体的包装 —超螺旋结构
6.8:1
40:1
1000:
1
8000:1
DNA double helix
Nucleosome (10 nm fiber)
30 nm Fiber
Loops I
Loops II
chromosome
上海第二军医大硕士研究生入学考试试题：
基因组的特点（真核、原核比较 ）
（五） 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
● 基因组很小，大多只有一条染色体
● 结构简炼
● 存在转录单元 (trnascriptional operon)
多顺反子 (polycistron)
?X174 D-E-J-F-G-H mRNA 蛋白 J,F,G
H D E
E.coli 色氨酸操纵子 9个顺反子 9个酶 ( 第六章 )
1、原核生物基因组结构特点
● 有 重叠基因（ Sanger 发现）
基因内基因 部分重叠基因 一个碱基重叠
2、真核生物基因组结构特点
● 真核基因组结构庞大 3× 109bp、染色质、核膜
● 单顺反子
● 基因不连续性 断裂基因（ interrupted gene）、
内含子 (intron),外显子 (exon)
● 非编码区较多 多于编码序列 (9:1)
● 含有大量重复序列
■ 不重复序列 /单一序列：在基因组中有一个或几个
拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷
贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等
功能：主要是编码蛋白质。
■ 中度重复序列：在基因组中的拷贝数为 101~104。
如,rRNA,tRNA
一般是不编码蛋白质的序列，在调控基因表达中
起重要作用
根据 DNA复性动力学研究,DNA序列可以分成哪几
种类型？并加以举例说明。 (2001年上海生化所）
■ 高度重复序列：拷贝数达到几百个到几百万
个。
● 卫星 DNA,A ? T含量很高的简单高度重
复序列。
第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
二,DNA的结构
1） 概念
指 4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序，
DNA序列是这一概念的简称。碱基序列
1,DNA的一级结构
2）特征：
● 双链反向平行配对而成
● 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成 DNA骨架，碱
基排在内侧
● 内侧碱基通过氢键互补形成碱基对（ A,T,C：
G）。
3） DNA结构的表示法
2,DNA 的二级结构
1）定义,指 两 条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的
双螺旋结构 。
绕 DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称
为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基
对堆积和糖 -磷酸骨架扭转造成的。
DNA双螺旋模型是哪年由谁提出的?简述其基本
内容,为什么说该模型的提出是分子生物学发
展史上的里程碑,具有划时代的贡献?
浙江大学医学院 2003生物化学（硕士）
2）分类：
右手螺旋,A-DNA,B-DNA
左手螺旋,Z-DNA
A B
Z
A B Z
3,DNA的高级结构
1）定义：指 DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特
定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构
象。
2）主要形式：超螺旋结构（正超螺旋和负超螺旋）
线状 DNA形成的超螺旋
环状 DNA形成的超螺旋
拓扑异构酶
or溴化乙锭
拓扑异构酶
or溴化乙锭
DNA扭曲与双螺
旋相同（拧紧）
DNA扭曲与双螺
旋相反（松开）
负超螺旋 松弛 DNA 正超螺旋
第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
三,DNA的复制
D N A R N A 蛋 白 质复 制
转 录 翻 译
逆 转 录
R N A
复 制
内容提要：
● DNA的 半保留复制
● 与 DNA复制有关的物质
● DNA的 复制过程（大肠杆菌为例）
● DNA复制的其它方式
● 真核生物中 DNA的复制特点
1、定义,由亲代 DNA生成子代 DNA时，每个新形成的
子代 DNA中，一条链来自亲代 DNA，而另一条链则
是新合成的，这种复制方式称半保留复制。
（一） DNA的半保留复制（ semi-conservative
replication）
Semi-conservative Conservative Dispersive
中国科学院上海生化与细胞所 2002年招收硕士
研究生分子遗传学入学考试：
请设计一个实验来证明 DNA复制是以半保留方
式进行的（ 8分）。
2、实验证据 （ 1958 Meselson 和 Stahl ）：
Matthew Messelson Franklin Stahl
“Heavy” DNA,Hybrid” DNA,light” DNA,Hybrid” DNA
3,DNA半保留复制的生物学意义：
DNA的半保留复制表明 DNA在代谢上的稳定性，
保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。
（二）与 DNA复制有关的物质
1、原料,四种脱氧核苷三磷酸（ dATP,dGTP、
dCTP,dTTP)
2、模板,以 DNA的两条链为模板链，合成子代 DNA
3、引物,DNA的合成需要一段 RNA链作为引物
4、引物合成酶（引发酶）,此酶以 DNA为模板合成
一段 RNA,这段 RNA作为合成 DNA的引物（ Primer)。
实质是以 DNA为模板的 RNA聚合酶 。
5,DNA聚合酶,以 DNA为模板的 DNA合成酶
● 以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物
● 反应需要有模板的指导
● 反应需要有 3?-OH存在
● DNA链的合成方向为 5 ? ? 3 ?
性质 聚合酶 Ⅰ 聚合酶 Ⅱ 聚合酶 Ⅲ
3' 5 '外切活性 + + +
5' 3 '外切活性 + - -
5' 3 '聚合活性 + 中 + 很低 + 很高
新生链合成 - - +
主要是对 DNA损伤的
修复；以及在 DNA复
制时切除 RNA引物并
填补其留下的空隙。
修复紫外
光引起的
DNA损伤
DNA 复制的主要
聚合酶，还具有
3’ -5‘ 外切酶的
校对功能，提高
DNA复制的保真性
原核生物中的 DNA聚合酶 (大肠杆菌）
α β γ δ ε
定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核
3‘ -5’
外切 - - + + +
酶活性
功能 引物
合成
修复
作用
线粒体 DNA
的复制
核 DNA
的复制
？
真核生物中的 DNA聚合酶
6,DNA连接酶（ 1967年发现）,若双链 DNA中一
条链有切口，一端是 3’ -OH,另一端是 5‘ -磷酸
基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使
切口连接。
但是它不能将两条游离的 DNA单链连接起来
DNA连接酶 在 DNA复制、损伤修复、重组等过程
中起重要作用
3‘ 5‘
3‘5‘
OH P
7,DNA 拓扑异构酶 (DNA Topisomerase)：
拓扑异构酶 ?,使 DNA一条链发生断裂和再连接，
作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，
同转录有关。
例：大肠杆菌中的 ε蛋白
拓扑异构酶 Π, 该酶能暂时性地切断和重新连接
双链 DNA，作用是 将 负超螺旋引入 DNA分子 。同复
制有关。
例：大肠杆菌中的 DNA旋转酶
上海生化所 1998年分子遗传学试题：
拓扑异构酶
8,DNA 解螺旋酶 /解链酶（ DNA helicase)
通过水解 ATP获得能量来解开双链 DNA。
E.coli中的 rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺
旋酶 I,II,III。
rep蛋白沿 3 ’ ?5’ 移动，而解螺旋酶 I,II、
III沿 5 ’ ?3’ 移动。
9,单链结合蛋白 (SSBP-single-strand binding
protein),稳定已被解开的 DNA单链，阻止复
性和保护单链不被核酸酶降解。
（三） DNA的 复制过程（大肠杆菌为例）
? 双链的解开
? RNA引物的合成
? DNA链的延伸
? 切除 RNA引物，填补缺口，连接相邻的 DNA片段
1、双链的解开
DNA的复制有特定的起始位点，叫做 复制原点。
ori(或 o）,富含 A,T的区段。
基本概念：
上海生化所 1998年分子遗传学试题：
真核生物复制起始点的特征包括（ ）
A富含 GC区 B富含 AT区 C Z DNA D无明显特征
从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫 复制子
复制时，解链酶等先将 DNA的一段双链解开，形成复
制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为 复制叉
复制叉复制叉
复制方向和速度：
单 起点,双 向等速
多 起点,双 向等速
双链解开、复制起始
大约 20个 DnaA
蛋白在 ATP的作
用下与 oriC处的
4个 9bp保守序
列相结合
在 HU蛋白和 ATP的共同
作用下,Dna复制起始复
合物使 3个 13bp直接 重
复序列变性,形成开链
解链酶六体分
别与单链 DNA
相结合 (需
DnaC帮助 ),进
一步解开 DNA
双链
2,RNA引物的合成
DnaB蛋白活化引物合成酶，引发 RNA引物的合成。
引物长度约为几个至 10个核苷酸，
基因组 DNA复制时，先导链的引物是 DNA，后随链
的引物是 RNA (-)
2002年上海生化与细胞所
DNA的半不连续复制（ semi-discontinuous replication)
DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一
条子链的合成是不连续的，故称 半不连续复制 。
在 DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并
连续合成的链为 前导链 ；合成方向与复制叉移动的
方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一
条完整的 DNA链为 滞后链 。
3,DNA链的延伸
在 DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞
后链只能是断续的合成 5??3 ?的多个短片段，
这些不连续的小片段称为 冈崎片段 。
华中科技大学 2004年生物化学与分子生物学
硕士研究生入学试题
名词解释, 冈崎片段（ 3分）
武汉大学 2003年硕士研究生入学分子生物学试题：
Replicon,semi-conservative replication
华中科技大学 2004年生物化学与分子生物学硕士
研究生入学试题
原核 DNA合成酶中（ ）的主要功能是合成前导
链和冈崎片段
A,DNA聚合酶 Ⅰ B, DNA聚合酶 Ⅱ C, DNA聚合
酶 Ⅲ D,引物酶
4、切除 RNA引物，填补缺口，连接相邻的 DNA片段
（复制终止）
在 DNA聚合酶 Ⅰ 催化下切除 RNA引物；留下的空
隙由 DNA聚合酶 Ⅰ 催化合成一段 DNA填补上；在
DNA连接酶 作用下，连接相邻的 DNA链
双链环状,θ 型复制、双向等速
（四） DNA复制的其它方式
滚环型：
单向复制的特殊方式
如,ΦΧ 174的双链环状 DNA复制型（ RF）
（ 1）模板链和新合成
的链分开 ;
（ 2）不需 RNA引物，
在正链 3?－ OH上延
伸
（ 3）只有一个复制叉 ;
D环复制
单向复制的特殊方式
如：动物线粒体 DNA
（五）真核生物中 DNA的复制特点
1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子
2、真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不
再重新开始 DNA复制；而在快速生长的原核生物中，
复制起点可以连续开始新的复制 (多复制叉 )。真核
生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。
3,真核生物有多种 DNA聚合酶。
第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
四,DNA的修复
DNA修复系统 功能
错配修复 恢复错配
碱基切除修复 切除突变的碱基
核甘酸切除修复 修复被破坏的 DNA
DNA直接修复 修复嘧啶二体或甲基化 DNA
扼要说明细胞中 DNA修复系统有哪几种（ 8分）
中国科学院 2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题
1、错配修复
● Dam甲基化酶使母链位于 5?GATC序列中腺甘酸甲
基化
● 甲基化 紧随在 DNA复制之后进行
● 根据复制叉上 DNA甲基化程度，切除尚未甲基化
的子链上的错配碱基
根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图
发现错配碱基
在水解 ATP的作用下，
MutS,MutL与碱基错
配点的 DNA双链结合
MutS-MutL在 DNA双链
上移动，发现甲基化
DNA后由 MutH切开非
甲基化的子链
甲基化指导的错配修复示意图
错配碱基位于
切口 3?下游端,
错配碱基位于切
口 5?上游端，
2、碱基切除修复
一些碱基在自发或悠变下会发生脱酰胺，然后改变
配对性质，造成氨基转换突变
? 腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对
? 鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对
? 胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对
胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶
如果复制发生就会产生一个突变
.糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从 N-
β -糖苷键处切下来，在 DNA链上形成去嘌呤
或去嘧啶位点，统称为 AP位点。
由 AP磷酸内切酶将受损核
甘酸的糖甘 -磷酸键切开
。
DNA连接酶连接
利用 DNA聚
合酶 I切除损
伤部位，补
上核苷酸
3、核苷酸切除修复
1） 通过特异的核酸内切酶识别损伤部位
2） 由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸
3） DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子链
4） DNA连接酶将切口补平
识别损
伤部位
损伤的两边切除几个核苷酸
DNA 聚合酶以母链为
模板复制合成新子链
DNA连接酶将切口补平
4, DNA的直接修复
在 DNA光解酶 的作
用下将环丁烷胸腺
嘧啶二体和 6-4光化
物还原成为单体
甲基转移酶 使 O6-
甲基鸟嘌呤脱甲基
生成鸟嘌呤，防止
G-T配对
上海生化所 1998年分子遗传学试题：
DNA修复系统的作用是保证 DNA序列不发生任何
变化（）
第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
五,DNA的转座
（一）基本概念：
DNA的转座：由可移位因子介导的遗传物质重
排现象。
转座子（ transposon）：存在与染色体 DNA上
可自主复制和位移的基本单位。
（二）转座子的类型和结构特征
原核生物转座子的类型：
1、插入序列 (insertional sequence,IS)
2、复合转座子 (composite transposon)
3,TnA家族
1、插入序列 (IS)
IS是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，
它们是细菌染色体或质粒 DNA的正常组成部分。
λ,,IS1
复合转座子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
2、复合转座子 (composite transposon)
(三）转座作用的机制
复制性转座子
非复制性转座子
上海生化所 1998年分子遗传学试题：
转座过程通常是指 DNA中的一段特殊序列（转座元）
在转座酶以及其它蛋白因子的作用下，从 DNA分子
中的一个位置被搬移到另一位置或另一 DNA分子中
（ ）
Tn10转座到一个新的 DNA靶点时，在靶点两
侧形成倒转重复序列。 (-)
2002年上海生化与细胞所
华中科技大学 2004年生物化学与分子生物学硕士研
究生入学试题
利用自己的位点专一重组酶把自己从寄主基因组中
的一个地方移到另一个地方的遗传元件叫（ ）
A、启动子 B、转座子 C,T-DNA D、顺反子
中国科学院遗传与发育生物学研究所 1996年硕
士研究生分子遗传学入学试题
转座子（ transposon）
反转录转座子（ retrotransposon）
反转录转座子（ retrotransposon）：指通过 RNA
为中介，反转录成 DNA后进行转座的可动元件。
反转录病毒
整合入宿主
DNA中的分
子机制，其
本质是转座
IS - 两端有 IR,只编码转座酶
类转座因子 - 结构同 IS,但不能独立存在，仅作为复合转座子的两端组件
复合转座子 - 两端由 IS 或类 IS 构成，可编码抗抗菌素物质
原
核
T n A 转座子家族 - 两端为 IR,可编码转座酶、解离酶和抗性物质
A C - D s - 植物 （玉米）中的激活 - 解离因子转
座
子
P 因子 - 果蝇中父本因子，在 M ♀× P ♂中导致杂种不育
反转录病毒,R N A → DNA →整合宿主靶 DNA
Ty
C o p i a病毒超家族
L I N S L 1
（ 1 ）有长末端重复序列
（ 2 ）编码反转录酶或整合酶
（ 3 ）可含内含子
S I N S B 1 / A l u
（ 1 ）无重复序列
（ 2 ）不编码转座子产物
（ 3 ）无内含子
转
座
因
子 真
核
反
转
录
转
座
子
非病毒超家族
假基因
复习题
1、证明 DNA是遗传物质的两个关键性实验是：肺炎
链球菌在老鼠体内的毒性和 T2噬菌体感染大肠杆
菌。这两个实验中主要的论点证据是：（ ）
(a)从被感染的生物体内重新分离得到 DNA，作为疾
病的致病剂
(b)DNA突变导致毒性丧失
(c)生物体吸收的外源 DNA（而并非蛋白质）改变了
其遗传潜能
(d)DNA是不能在生物体间转移的，因此它一定是一
种非常保守的分子
2,1953年 Watson和 Crick提出：（ ）
（ a）多核苷酸 DNA链通过氢键连接成一个双螺旋
（ b） DNA的复制是半保留的，常常形成亲本 —子
代双螺旋杂合链
（ c）三个连续的核苷酸代表一个遗传密码
（ d）遗传物质通常是 DNA 而非 RNA
3、下列哪一种蛋白不是组蛋白的成分（ ）
(a) H1 (b) H2A, H2B (c) H3,H4 (d) H5
4,DNA的变性：（ ）
（ a）包括双螺旋的解旋
（ b）可以由低温产生
（ c）是可逆的
（ d）是磷酸二酯键的断裂
（ e）包括氢键的断裂
5,DNA的二级结构指：（ ）；
（ a）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；
（ b）是指 DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的
特定空间结构；
（ c）是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成
的双螺旋结构。
6、在原核生物复制子中以下哪种酶除去 RNA引
发体并加入脱氧核糖核甘酸：
(A)DNA聚合酶 Ⅲ （ B） DNA聚合酶 Ⅱ （ C）
DNA聚合酶 Ⅰ (D)外切核酸酶 MFl
7,DNA复制时不需要以下哪种酶？（ ）。
（ A） DNA指导的 DNA聚合酶
（ B） RNA指导的 DNA聚合酶
（ C）拓扑异构酶
（ D）连接酶
8,DNA复制的特点（ ）。
A.半不连续复制
B.半保留复制
C.都是等点开始、两条链均连续复制
D.有 DNA指导的 DNA聚合酶参加
9,DNA复制时在前导链上 DNA沿 5?-3?方向合成，在
滞后链上则沿 3?-5?方向合成。（ ）
10,DNA的复制需要 DNA聚合酶和 RNA聚合酶（ ）
11、核小体是由 H2A,H2B,H3,H4各两个分子生
成的（ ）和由大约 200bp DNA组成的。八聚体
在中间,DNA分子盘绕在外，而（ ）则在核
小体的外面。
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
一、染色体（ Chromosome)
内容提要：
细胞周期
染色体与染色质
染色体的结构和组成（ 原核生物, 真核生物 ）
核小体
原核生物和真核生物基因组结构特点比较
（一）细胞周期
（二）染色体与染色质
染色体（ chromosome） 是细胞在有丝分裂时遗传物质
存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结
果。
真核生物的染色体在细胞生活周期的大部分时间里都是
以染色质 (chromatin)的形式存在的。
染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最基
本的单位 — 核小体 (nucleosome)成串排列而成的。
（三）染色体的结构和组成
原核生物 (prokaryote)
{组蛋白, H1 H2A H2B H3 H4非组蛋白 }
核小体{DNA
蛋白质染色体
真核生物染色体的组成
组蛋白的一般特性：
■ 进化上的保守性
保守程度,H1 H2A,H2B H3, H4
1、组蛋白
上海生化所分子遗传学 1998年试题：
在真核生物核内。五种组蛋白（ H1 H2A H2B
H3 和 H4）在进化过程中,H4极为保守,H2A最
不保守（ ）
■ 无组织特异性
■ 肽链氨基酸分布的不对称性
■ H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（ 24%）
■ 组蛋白的可修饰性
简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋白修
饰的种类及其生物学意义
中国科学院 2003年硕士研究生入学, 生物化学与
分子生物学, 试题
在细胞周期特定时间可发生甲基化、乙酰化、磷酸化
和 ADP核糖基化等。 H3,H4修饰作用较普遍,H2B有乙
酰化作用,H1有磷酸化作用。
所有这些修饰作用都有一个共同的特点，即降低组蛋白
所携带的正电荷。 这些组蛋白修饰的 意义,一是改变染
色体的结构，直接影响转录活性；二是核小体表面发生
改变，使其他调控蛋白易于和染色质相互接触，从而间
接影响转录活性。
组蛋白的可修饰性
1) DNA的变性和复性
■ 变性（ Denaturation)
DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程
称为变性。
■ 增色效应 (Hyperchromatic effect)
在变性过程中,260nm紫外线吸收值先缓慢上升，
当达到某一温度时骤然上升，称为增色效应。
2,DNA
■ 融解温度（ Melting temperature Tm )
变性过程紫外线吸收值增加的中点称为融解温度。
生理条件下为 85-95℃
影响因素,G+C含量,pH值，离子强度，尿素，甲跣
胺等
■ 复性（ Renaturation)
热变性的 DNA缓慢冷却，单链恢复成双链。
■ 减色效应（ Hypochromatic effect)
随着 DNA的复性,260nm紫外线吸收值降低的
现象。
2) C值反常现象（ C-value paradox)
C值 是一种生物的单倍体基因组 DNA的总量。
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值矛盾
简述 DNA的 C值以及 C值矛盾（ C Value paradox）,
中科院上海生化所 98 年
上海第二军医大,C值矛盾
（四）核小体 (nucleosome)
Nucleosome,chromosome,genome
中科院 2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题
1、定义：用于包装染色质的结构单位，是由 DNA
链缠绕一个组蛋白核构成的。
2、核小体的结构
核心颗粒、连接区 DNA
中国科学院上海生化与细胞所 2002年招收硕士研究
生分子遗传学入学考试：
简述真核细胞内核小体与核小体核心颗粒的结构。
3、染色体的包装 —超螺旋结构
6.8:1
40:1
1000:
1
8000:1
DNA double helix
Nucleosome (10 nm fiber)
30 nm Fiber
Loops I
Loops II
chromosome
上海第二军医大硕士研究生入学考试试题：
基因组的特点（真核、原核比较 ）
（五） 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
● 基因组很小，大多只有一条染色体
● 结构简炼
● 存在转录单元 (trnascriptional operon)
多顺反子 (polycistron)
?X174 D-E-J-F-G-H mRNA 蛋白 J,F,G
H D E
E.coli 色氨酸操纵子 9个顺反子 9个酶 ( 第六章 )
1、原核生物基因组结构特点
● 有 重叠基因（ Sanger 发现）
基因内基因 部分重叠基因 一个碱基重叠
2、真核生物基因组结构特点
● 真核基因组结构庞大 3× 109bp、染色质、核膜
● 单顺反子
● 基因不连续性 断裂基因（ interrupted gene）、
内含子 (intron),外显子 (exon)
● 非编码区较多 多于编码序列 (9:1)
● 含有大量重复序列
■ 不重复序列 /单一序列：在基因组中有一个或几个
拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷
贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等
功能：主要是编码蛋白质。
■ 中度重复序列：在基因组中的拷贝数为 101~104。
如,rRNA,tRNA
一般是不编码蛋白质的序列，在调控基因表达中
起重要作用
根据 DNA复性动力学研究,DNA序列可以分成哪几
种类型？并加以举例说明。 (2001年上海生化所）
■ 高度重复序列：拷贝数达到几百个到几百万
个。
● 卫星 DNA,A ? T含量很高的简单高度重
复序列。
第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
二,DNA的结构
1） 概念
指 4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序，
DNA序列是这一概念的简称。碱基序列
1,DNA的一级结构
2）特征：
● 双链反向平行配对而成
● 脱氧核糖和磷酸交替连接，构成 DNA骨架，碱
基排在内侧
● 内侧碱基通过氢键互补形成碱基对（ A,T,C：
G）。
3） DNA结构的表示法
2,DNA 的二级结构
1）定义,指 两 条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的
双螺旋结构 。
绕 DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称
为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基
对堆积和糖 -磷酸骨架扭转造成的。
DNA双螺旋模型是哪年由谁提出的?简述其基本
内容,为什么说该模型的提出是分子生物学发
展史上的里程碑,具有划时代的贡献?
浙江大学医学院 2003生物化学（硕士）
2）分类：
右手螺旋,A-DNA,B-DNA
左手螺旋,Z-DNA
A B
Z
A B Z
3,DNA的高级结构
1）定义：指 DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特
定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构
象。
2）主要形式：超螺旋结构（正超螺旋和负超螺旋）
线状 DNA形成的超螺旋
环状 DNA形成的超螺旋
拓扑异构酶
or溴化乙锭
拓扑异构酶
or溴化乙锭
DNA扭曲与双螺
旋相同（拧紧）
DNA扭曲与双螺
旋相反（松开）
负超螺旋 松弛 DNA 正超螺旋
第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
三,DNA的复制
D N A R N A 蛋 白 质复 制
转 录 翻 译
逆 转 录
R N A
复 制
内容提要：
● DNA的 半保留复制
● 与 DNA复制有关的物质
● DNA的 复制过程（大肠杆菌为例）
● DNA复制的其它方式
● 真核生物中 DNA的复制特点
1、定义,由亲代 DNA生成子代 DNA时，每个新形成的
子代 DNA中，一条链来自亲代 DNA，而另一条链则
是新合成的，这种复制方式称半保留复制。
（一） DNA的半保留复制（ semi-conservative
replication）
Semi-conservative Conservative Dispersive
中国科学院上海生化与细胞所 2002年招收硕士
研究生分子遗传学入学考试：
请设计一个实验来证明 DNA复制是以半保留方
式进行的（ 8分）。
2、实验证据 （ 1958 Meselson 和 Stahl ）：
Matthew Messelson Franklin Stahl
“Heavy” DNA,Hybrid” DNA,light” DNA,Hybrid” DNA
3,DNA半保留复制的生物学意义：
DNA的半保留复制表明 DNA在代谢上的稳定性，
保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。
（二）与 DNA复制有关的物质
1、原料,四种脱氧核苷三磷酸（ dATP,dGTP、
dCTP,dTTP)
2、模板,以 DNA的两条链为模板链，合成子代 DNA
3、引物,DNA的合成需要一段 RNA链作为引物
4、引物合成酶（引发酶）,此酶以 DNA为模板合成
一段 RNA,这段 RNA作为合成 DNA的引物（ Primer)。
实质是以 DNA为模板的 RNA聚合酶 。
5,DNA聚合酶,以 DNA为模板的 DNA合成酶
● 以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物
● 反应需要有模板的指导
● 反应需要有 3?-OH存在
● DNA链的合成方向为 5 ? ? 3 ?
性质 聚合酶 Ⅰ 聚合酶 Ⅱ 聚合酶 Ⅲ
3' 5 '外切活性 + + +
5' 3 '外切活性 + - -
5' 3 '聚合活性 + 中 + 很低 + 很高
新生链合成 - - +
主要是对 DNA损伤的
修复；以及在 DNA复
制时切除 RNA引物并
填补其留下的空隙。
修复紫外
光引起的
DNA损伤
DNA 复制的主要
聚合酶，还具有
3’ -5‘ 外切酶的
校对功能，提高
DNA复制的保真性
原核生物中的 DNA聚合酶 (大肠杆菌）
α β γ δ ε
定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核
3‘ -5’
外切 - - + + +
酶活性
功能 引物
合成
修复
作用
线粒体 DNA
的复制
核 DNA
的复制
？
真核生物中的 DNA聚合酶
6,DNA连接酶（ 1967年发现）,若双链 DNA中一
条链有切口，一端是 3’ -OH,另一端是 5‘ -磷酸
基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使
切口连接。
但是它不能将两条游离的 DNA单链连接起来
DNA连接酶 在 DNA复制、损伤修复、重组等过程
中起重要作用
3‘ 5‘
3‘5‘
OH P
7,DNA 拓扑异构酶 (DNA Topisomerase)：
拓扑异构酶 ?,使 DNA一条链发生断裂和再连接，
作用是松解负超螺旋。主要集中在活性转录区，
同转录有关。
例：大肠杆菌中的 ε蛋白
拓扑异构酶 Π, 该酶能暂时性地切断和重新连接
双链 DNA，作用是 将 负超螺旋引入 DNA分子 。同复
制有关。
例：大肠杆菌中的 DNA旋转酶
上海生化所 1998年分子遗传学试题：
拓扑异构酶
8,DNA 解螺旋酶 /解链酶（ DNA helicase)
通过水解 ATP获得能量来解开双链 DNA。
E.coli中的 rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺
旋酶 I,II,III。
rep蛋白沿 3 ’ ?5’ 移动，而解螺旋酶 I,II、
III沿 5 ’ ?3’ 移动。
9,单链结合蛋白 (SSBP-single-strand binding
protein),稳定已被解开的 DNA单链，阻止复
性和保护单链不被核酸酶降解。
（三） DNA的 复制过程（大肠杆菌为例）
? 双链的解开
? RNA引物的合成
? DNA链的延伸
? 切除 RNA引物，填补缺口，连接相邻的 DNA片段
1、双链的解开
DNA的复制有特定的起始位点，叫做 复制原点。
ori(或 o）,富含 A,T的区段。
基本概念：
上海生化所 1998年分子遗传学试题：
真核生物复制起始点的特征包括（ ）
A富含 GC区 B富含 AT区 C Z DNA D无明显特征
从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫 复制子
复制时，解链酶等先将 DNA的一段双链解开，形成复
制点，这个复制点的形状象一个叉子，故称为 复制叉
复制叉复制叉
复制方向和速度：
单 起点,双 向等速
多 起点,双 向等速
双链解开、复制起始
大约 20个 DnaA
蛋白在 ATP的作
用下与 oriC处的
4个 9bp保守序
列相结合
在 HU蛋白和 ATP的共同
作用下,Dna复制起始复
合物使 3个 13bp直接 重
复序列变性,形成开链
解链酶六体分
别与单链 DNA
相结合 (需
DnaC帮助 ),进
一步解开 DNA
双链
2,RNA引物的合成
DnaB蛋白活化引物合成酶，引发 RNA引物的合成。
引物长度约为几个至 10个核苷酸，
基因组 DNA复制时，先导链的引物是 DNA，后随链
的引物是 RNA (-)
2002年上海生化与细胞所
DNA的半不连续复制（ semi-discontinuous replication)
DNA复制时其中一条子链的合成是连续的，而另一
条子链的合成是不连续的，故称 半不连续复制 。
在 DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并
连续合成的链为 前导链 ；合成方向与复制叉移动的
方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一
条完整的 DNA链为 滞后链 。
3,DNA链的延伸
在 DNA复制过程中，前导链能连续合成，而滞
后链只能是断续的合成 5??3 ?的多个短片段，
这些不连续的小片段称为 冈崎片段 。
华中科技大学 2004年生物化学与分子生物学
硕士研究生入学试题
名词解释, 冈崎片段（ 3分）
武汉大学 2003年硕士研究生入学分子生物学试题：
Replicon,semi-conservative replication
华中科技大学 2004年生物化学与分子生物学硕士
研究生入学试题
原核 DNA合成酶中（ ）的主要功能是合成前导
链和冈崎片段
A,DNA聚合酶 Ⅰ B, DNA聚合酶 Ⅱ C, DNA聚合
酶 Ⅲ D,引物酶
4、切除 RNA引物，填补缺口，连接相邻的 DNA片段
（复制终止）
在 DNA聚合酶 Ⅰ 催化下切除 RNA引物；留下的空
隙由 DNA聚合酶 Ⅰ 催化合成一段 DNA填补上；在
DNA连接酶 作用下，连接相邻的 DNA链
双链环状,θ 型复制、双向等速
（四） DNA复制的其它方式
滚环型：
单向复制的特殊方式
如,ΦΧ 174的双链环状 DNA复制型（ RF）
（ 1）模板链和新合成
的链分开 ;
（ 2）不需 RNA引物，
在正链 3?－ OH上延
伸
（ 3）只有一个复制叉 ;
D环复制
单向复制的特殊方式
如：动物线粒体 DNA
（五）真核生物中 DNA的复制特点
1、真核生物每条染色体上有多个复制起点，多复制子
2、真核生物染色体在全部复制完之前,各个起始点不
再重新开始 DNA复制；而在快速生长的原核生物中，
复制起点可以连续开始新的复制 (多复制叉 )。真核
生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。
3,真核生物有多种 DNA聚合酶。
第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
四,DNA的修复
DNA修复系统 功能
错配修复 恢复错配
碱基切除修复 切除突变的碱基
核甘酸切除修复 修复被破坏的 DNA
DNA直接修复 修复嘧啶二体或甲基化 DNA
扼要说明细胞中 DNA修复系统有哪几种（ 8分）
中国科学院 2002年硕士学位研究生入学分子遗传学试题
1、错配修复
● Dam甲基化酶使母链位于 5?GATC序列中腺甘酸甲
基化
● 甲基化 紧随在 DNA复制之后进行
● 根据复制叉上 DNA甲基化程度，切除尚未甲基化
的子链上的错配碱基
根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图
发现错配碱基
在水解 ATP的作用下，
MutS,MutL与碱基错
配点的 DNA双链结合
MutS-MutL在 DNA双链
上移动，发现甲基化
DNA后由 MutH切开非
甲基化的子链
甲基化指导的错配修复示意图
错配碱基位于
切口 3?下游端,
错配碱基位于切
口 5?上游端，
2、碱基切除修复
一些碱基在自发或悠变下会发生脱酰胺，然后改变
配对性质，造成氨基转换突变
? 腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对
? 鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对
? 胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对
胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶
如果复制发生就会产生一个突变
.糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从 N-
β -糖苷键处切下来，在 DNA链上形成去嘌呤
或去嘧啶位点，统称为 AP位点。
由 AP磷酸内切酶将受损核
甘酸的糖甘 -磷酸键切开
。
DNA连接酶连接
利用 DNA聚
合酶 I切除损
伤部位，补
上核苷酸
3、核苷酸切除修复
1） 通过特异的核酸内切酶识别损伤部位
2） 由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸
3） DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子链
4） DNA连接酶将切口补平
识别损
伤部位
损伤的两边切除几个核苷酸
DNA 聚合酶以母链为
模板复制合成新子链
DNA连接酶将切口补平
4, DNA的直接修复
在 DNA光解酶 的作
用下将环丁烷胸腺
嘧啶二体和 6-4光化
物还原成为单体
甲基转移酶 使 O6-
甲基鸟嘌呤脱甲基
生成鸟嘌呤，防止
G-T配对
上海生化所 1998年分子遗传学试题：
DNA修复系统的作用是保证 DNA序列不发生任何
变化（）
第二章 染色体与 DNA
? 染色体
? DNA的结构
? DNA的复制
? DNA的修复
? DNA的转座
五,DNA的转座
（一）基本概念：
DNA的转座：由可移位因子介导的遗传物质重
排现象。
转座子（ transposon）：存在与染色体 DNA上
可自主复制和位移的基本单位。
（二）转座子的类型和结构特征
原核生物转座子的类型：
1、插入序列 (insertional sequence,IS)
2、复合转座子 (composite transposon)
3,TnA家族
1、插入序列 (IS)
IS是最简单的转座子，不含有任何宿主基因，
它们是细菌染色体或质粒 DNA的正常组成部分。
λ,,IS1
复合转座子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
2、复合转座子 (composite transposon)
(三）转座作用的机制
复制性转座子
非复制性转座子
上海生化所 1998年分子遗传学试题：
转座过程通常是指 DNA中的一段特殊序列（转座元）
在转座酶以及其它蛋白因子的作用下，从 DNA分子
中的一个位置被搬移到另一位置或另一 DNA分子中
（ ）
Tn10转座到一个新的 DNA靶点时，在靶点两
侧形成倒转重复序列。 (-)
2002年上海生化与细胞所
华中科技大学 2004年生物化学与分子生物学硕士研
究生入学试题
利用自己的位点专一重组酶把自己从寄主基因组中
的一个地方移到另一个地方的遗传元件叫（ ）
A、启动子 B、转座子 C,T-DNA D、顺反子
中国科学院遗传与发育生物学研究所 1996年硕
士研究生分子遗传学入学试题
转座子（ transposon）
反转录转座子（ retrotransposon）
反转录转座子（ retrotransposon）：指通过 RNA
为中介，反转录成 DNA后进行转座的可动元件。
反转录病毒
整合入宿主
DNA中的分
子机制，其
本质是转座
IS - 两端有 IR,只编码转座酶
类转座因子 - 结构同 IS,但不能独立存在，仅作为复合转座子的两端组件
复合转座子 - 两端由 IS 或类 IS 构成，可编码抗抗菌素物质
原
核
T n A 转座子家族 - 两端为 IR,可编码转座酶、解离酶和抗性物质
A C - D s - 植物 （玉米）中的激活 - 解离因子转
座
子
P 因子 - 果蝇中父本因子，在 M ♀× P ♂中导致杂种不育
反转录病毒,R N A → DNA →整合宿主靶 DNA
Ty
C o p i a病毒超家族
L I N S L 1
（ 1 ）有长末端重复序列
（ 2 ）编码反转录酶或整合酶
（ 3 ）可含内含子
S I N S B 1 / A l u
（ 1 ）无重复序列
（ 2 ）不编码转座子产物
（ 3 ）无内含子
转
座
因
子 真
核
反
转
录
转
座
子
非病毒超家族
假基因
复习题
1、证明 DNA是遗传物质的两个关键性实验是：肺炎
链球菌在老鼠体内的毒性和 T2噬菌体感染大肠杆
菌。这两个实验中主要的论点证据是：（ ）
(a)从被感染的生物体内重新分离得到 DNA，作为疾
病的致病剂
(b)DNA突变导致毒性丧失
(c)生物体吸收的外源 DNA（而并非蛋白质）改变了
其遗传潜能
(d)DNA是不能在生物体间转移的，因此它一定是一
种非常保守的分子
2,1953年 Watson和 Crick提出：（ ）
（ a）多核苷酸 DNA链通过氢键连接成一个双螺旋
（ b） DNA的复制是半保留的，常常形成亲本 —子
代双螺旋杂合链
（ c）三个连续的核苷酸代表一个遗传密码
（ d）遗传物质通常是 DNA 而非 RNA
3、下列哪一种蛋白不是组蛋白的成分（ ）
(a) H1 (b) H2A, H2B (c) H3,H4 (d) H5
4,DNA的变性：（ ）
（ a）包括双螺旋的解旋
（ b）可以由低温产生
（ c）是可逆的
（ d）是磷酸二酯键的断裂
（ e）包括氢键的断裂
5,DNA的二级结构指：（ ）；
（ a）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；
（ b）是指 DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的
特定空间结构；
（ c）是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成
的双螺旋结构。
6、在原核生物复制子中以下哪种酶除去 RNA引
发体并加入脱氧核糖核甘酸：
(A)DNA聚合酶 Ⅲ （ B） DNA聚合酶 Ⅱ （ C）
DNA聚合酶 Ⅰ (D)外切核酸酶 MFl
7,DNA复制时不需要以下哪种酶？（ ）。
（ A） DNA指导的 DNA聚合酶
（ B） RNA指导的 DNA聚合酶
（ C）拓扑异构酶
（ D）连接酶
8,DNA复制的特点（ ）。
A.半不连续复制
B.半保留复制
C.都是等点开始、两条链均连续复制
D.有 DNA指导的 DNA聚合酶参加
9,DNA复制时在前导链上 DNA沿 5?-3?方向合成，在
滞后链上则沿 3?-5?方向合成。（ ）
10,DNA的复制需要 DNA聚合酶和 RNA聚合酶（ ）
11、核小体是由 H2A,H2B,H3,H4各两个分子生
成的（ ）和由大约 200bp DNA组成的。八聚体
在中间,DNA分子盘绕在外，而（ ）则在核
小体的外面。
