分子生物学 山西师范分子生物学021第二章染色体与DNA.docx
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分子生物学山西师范分子生物学021第二章染色体与DNA
教学单元教案格式
2第二章染色体与DNA课程教案
授课题目:
第2章染色体与DNA第一节染色体
教学时数:
2
授课类型:
理论课□实践课
教学目的、要求:
理解:
减数分裂的意义
了解:
原核生物染色体的概念
教学重点:
重点阐明:
染色体的结构域组成
重点指出:
染色体的意义,一级结构的意义
教学难点:
绝对难点:
无相对难点:
无
教学方法和手段:
老师讲授为主:
讲授视频演示PPT演示讨论。
以电脑幻灯片边演示边讲述为主,(白板课件)辅以板书(黑板板书)
学生回答问题为辅:
(如时间等条件许可的情况下)
注:
以下内容按实际需要进行取舍
要求有多媒体,因为信息量大,许多结构图需要媒体放映,效果才好
教学内容与教学设计:
2.1遗传物质(之染色体与DNA)
(一)细胞周期简单回顾
•减数分裂的生物学意义
1.减数分裂是有性生殖生物产生性细胞所进行的细胞分裂方式;而两性性细胞受精结合(细胞融合)产生的合子是后代个体的起始点。
2.减数分裂不仅是生物有性繁殖必不可少的环节之一,也具有极为重要的遗传学意义。
3.保证了亲代与子代之间染色体数目的恒定性。
双亲性母细胞(2n)经过减数分裂产生性细胞(n),实现了染色体数目的减半;
雌雄性细胞融合产生的合子(及其所发育形成的后代个体)就具有该物种固有的染色体数目(2n),保持了物种的相对稳定。
子代的性状遗传和发育得以正常进行。
4.为生物的变异提供了重要的物质基础。
减数分裂中期I,二价体的两个成员的排列方向是随机的,所以后期I分别来自双亲的两条同源染色体随机分向两极,因而所产生的性细胞就可能会有2n种非同源染色体的组合形式(染色体重组,recombinationofchromosome)。
5.为生物的变异提供了重要的物质基础。
减数分裂中期I,二价体的两个成员的排列方向是随机的,所以后期I分别来自双亲的两条同源染色体随机分向两极,因而所产生的性细胞就可能会有2n种非同源染色体的组合形式(染色体重组,recombinationofchromosome)。
为什么染色体如此重要?
问题讨论:
染色体与基因与DNA之间的关系
图示法显示结果
2.2遗传信息传递的中心法则
2.3染色体与染色质
染色质(chromatin)是存在于真核生物间期细胞核内的一种易被碱性染料着色的无定形物质,是伸展开的DNA蛋白质纤维,每一条染色体是由一个线性的、完整的、双螺旋的DNA分子,加上围绕其中的组蛋白和非组蛋白所组成的,是细胞分裂间期遗传物质的存在形式。
它是由最基本的单位—核小体(nucleosome)成串排列而成的
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(chromatin)是存在于真核生物间期细胞核内的一种易被碱性染料着色的无定形物质,是伸展开的DNA蛋白质纤维,每一条染色体是由一个线性的、完整的、双螺旋的DNA分子,加上围绕其中的组蛋白和非组蛋白所组成的,是细胞分裂间期遗传物质的存在形式。
它是由最基本的单位—核小体(nucleosome)成串排列而成的
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
二者的关系:
•染色体(chromosome)则是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而成的具有固定形态的遗传物质存在形式,是高度螺旋化的DNA蛋白质纤维。
•特定时期的特殊形式
•染色体这一概念除指真核生物细胞分裂中期具有一定形态特征的染色质外,现在已扩大为包括原核生物及细胞器在内的基因载体的总称。
大部分原核生物的染色体形态比较简单,它只是一条裸露的或与少数蛋白质结合的DNA或RNA双链或单链分子
•染色体在复制之后.含有纵向并列的两条染色单体(chromatids),由着丝粒(centromere)联在一起(图)。
每一染色单体的骨架是一条连续的DNA分子,一般认为细胞分裂中期时看到的染色单体就是由一条DNA蛋白质纤丝重复折叠而成的。
2.4原核生物的染色体
原核生物(prokaryote)的染色体
类核体解开之后的结构:
紧密的脚手架结构,而不是松散的丝状结构
原核生物染色体(DNA)的主要特征
原核生物中一般只有一条染色体,且大都带有单拷贝基因,只有很少数基因(如rRNA基因)是以多拷贝形式存在的;
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。
不少原核生物具有质粒DNA(教材未提),而且通常起到重要的生理功能
2.5真核生物染色体的组成
问题:
真核生物染色体作为遗传物质的意义表现在哪里?
(page22四条特征)
1、组蛋白
组蛋白的一般特性:
■1进化上的保守性
保守程度:
H1 ■2无组织特异性 ■3肽链氨基酸分布的不对称性 ■4H5组蛋白的特殊性: 富含赖氨酸(24%) ■5组蛋白的可修饰性 ■6组蛋白的可修饰性 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。 2、非组蛋白 定义 非组蛋白是染色体上与特异DNA序列结合的蛋白质,又称序列特异性DNA结合蛋白(凝胶迟滞电泳实验)。 包括多种参与核酸代谢与修饰的酶类、核质蛋白、骨架蛋白、基因表达和染色体结构调节蛋白等。 非组蛋白的特性 •①含有较多的天门冬氨酸、谷氨酸,带负电荷,属酸性蛋白质; •②整个细胞周期都进行合成,不象组蛋白只在S期合成,并与DNA复制同步进行; •③能识别特异的DNA序列,识别信息存在于DNA本身,位点在大沟部分,识别与结合靠氢键和离子键; •④具有多样性和异质性; •⑤具有多种功能,如帮助DNA分子折叠,以形成不同的结构域,从而有利于DNA的复制和基因的转录,协助启动DNA复制,控制基因转录,调节基因表达。 2.6染色体DNA的序列可分为3种类型 •■单一序列(主要为基因编码序列,一个或几个拷贝,比例少于5%) •■中度重复序列(101-5),分为短散的重复序列(一般少于500bp)和长散的重复序列(一般多于1000bp),与基因选择性表达的调控有关; •■高度重复序列(>105),分为卫星DNA(satellite,重复单位长5-100bp)主要分布在着丝粒区域,小卫星DNA(minisatellteDNA,单位长12-100bp,拷贝数可变,常用于DNA指纹(DNAfinger-printing)技术),微卫星DNA(microsatellteDNA,单位1-5bp,常串联达50-100bp,具有高度多态性,遗传上保守,但个体差异较大),用于构建遗传图谱。 2.7染色体DNA特性 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(Hyperchromaticeffect) 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。 ■融解温度(MeltingtemperatureTm) 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 DNA溶解温度与DNA中的GC含量极其相关 ■复性(Renaturation) 热变性的DNA缓慢冷却,单链恢复成双链。 ■减色效应(Hypochromaticeffect) 随着DNA的复性,260nm紫外线吸收值降低的现象。 ■C值反常现象(C-valueparadox) 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值矛盾表现在哪两个方面? 产生C值矛盾的本质原因是什么? (图2-5) 同类生物不同种属之间DNA含量变化很大: 比如同样是两栖动物,能够相差100倍 •从生物由地等到高等的进化地位来看,其所需要的最少的编码DNA的含量,反应在C值上是逐步升高的。 •但真实的C值并非如此,某些低等生物的C值比高等生物还要高 2.8DNA的结构 1、DNA的一级结构 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 核苷酸 DNA结构的表示法 字母式 结构式 线条式方向(5'-3’) 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)。 思考题: “沟的”生物学意义何在 沿螺旋轴方向观察,双螺旋的表面形成两条凹槽,一条宽而深的叫作大沟,一条狭而浅的叫作小沟,大沟对于遗传上重要功能的蛋白质识别DNA双螺旋结构上的特定信息非常重要也即是说,大沟为这些蛋白质提供了识别(识别靠的是在沟里暴露出来的氢键和离子键)的场所。 而这些蛋白质往往就是参与DNA复制、转录、基因表达调控等的重要蛋白质,而且往往是参与这些过程的其实反应。 属于反式作用因子。 2、DNA的二级结构Page34 •多核苷酸的方向由核苷酸间的磷酸二酯键的走向决定,一条从5',另一条从3'-5’。 链间有螺旋型的凹槽,其中一条较浅,叫小沟;一条较深,叫大沟。 两条链上的碱基以氢键相连,G与C配对,A与T配对。 嘌吟和嘧啶碱基对层叠于双螺旋的内侧。 顺着螺旋轴心从上向下看,可见碱基平面与纵轴垂直,且螺旋的轴心穿过氢键的中点。 相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm,即顺中心轴方向,每隔0.34nm有一个核苷酸,以3.4nm为一个结构重复周期。 核苷酸的磷酸基团与脱氧核糖在外侧,通过磷酸二酯键相连接而构成DNA分子的骨架。 脱氧核糖环平面与纵轴大致平行。 双螺旋的直径为2.0nm • 3、DNA的高级结构 DNA双螺旋结构中,一般每转一圈有10个核苷酸对,双螺旋总处于能量最低状态。 若正常DNA双螺旋额外地多转或少转几圈,使每转一圈的核苷酸数目大于或小于10,就会出现双螺旋空间结构的改变,在DNA分子中产生额外的张力 作业布置: 1、选择: 一条染色体就是(A)条DNA分子 A1,B2,C3,D4 2、上海生化所分子遗传学1998年试题: 是非题 在真核生物核内。 五种组蛋白(H1H2AH2BH3和H4)在进化过程中,H4极为保守,H2A最不保守(错,应该是H1最不保守,H4最保守) 3、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 4、简述DNA的C值以及C值矛盾(CValueparadox). 中科院上海生化所98年 5、Insituhybridzationofchromosomesusingafluorescenttechnique(FISH)showswhat? •作业: •1、上网查5种组蛋白的氨基酸序列, •2、上网查5种组蛋白的基因的碱基序列 •3、上网查5种组蛋白的三维结构 •4、20种氨基酸的分类、特征、缩写 课后小结: 染色体发现、成分的分析以及DNA是遗传物质的研究是一个多人、多年、多种方法证明的科学史。 本着教学中科学史教育的重要性,本章开篇2-3个学时继续以分析史料为主,在史料分析过程中将有关DNA是遗传物质的特征、结构、复制特点介绍给学生。 其中分析有关史是从辨证唯物主义和历史唯物主义出发,对相关概念、原理的产生与发展作出的科学总结,是多个生物学家思维的结晶。 教学中有意选取这些内容,是因为生物学史能够将知识传授、能力培养和情意发展三方面教育融合起来,很好地体现了生物学科的特点和素质教育的要求。 使学生明白科学史超越了科学的这一局限,充分展现了科学、技术、社会三者间的互动关系。 同时使学生逐渐能够注重对于科学(尤其是方法)的局限性的理解,逐渐地养成对事物进行事实判断和价值判断的习惯。 通过学习科学史,以史为鉴,能够增强学生的社会责任感,培养正确的情感态度与价值观。 当他们参与社会时,能够有意识地规范科学技术在社会生活方面的应用,使科学技术切实地造福于人类。 故,从史料分析开始讲述本节。 设计思路 复习 回顾 温故而知新 总结 强调 设置问题 问题讨论: 提示课本上的表2-1 图示 强调区别 强调联系 提问 考查学生自学能力 关键问题i 需要总结 PCR引物设计退火温度
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- 分子生物学 山西师范分子生物学021第二章染色体与DNA 山西 师范 021 第二 染色体 DNA
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