第三十五章 DNA重组

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1、第三十五章DNA重组功能类型机制重组的生物学功能产生新的基因/等位基因的组合（在减数分裂交换期间）产生新的基因（如抗体基因的重排）特定的DNA元件的整合DNA修复重组原理的应用用于染色体上的基因作图（重组频率与基因之间的距离相关）培育转基因细胞和生物重组的类型同源重组——发生在近乎相同的序列之间（如在减数分裂）位点特异性重组——发生在具有一定相似性的序列之间，涉及特异性位点转座重组——DNA元件从一个位点转移到另一个位点，通常没有序列的特异性同源重组也称为一般性重组，它发生在含有同源序列的两个DNA分子之间，即在两个DNA分子的同源序列之间直接进行交换。进行交换的同源序列可能

2、是完全相同的，也可能是近乎相同的。细菌的接合、转导、转化和真核细胞的同源染色体之间的交换等都属于同源重组。细菌的转化细菌的接合同源重组需要满足的条件（1）在交叉区域含有相同或几乎相同的碱基序列；（2）双链DNA分子之间发生互补配对；（3）需要重组酶的催化；（4）形成异源双链；（5）发生联会同源重组的Holliday模型由RobinHolliday在1964年首先提出，后由DavidDressler和HuntingtonPotter在1976年提出修改，他们证明了Holliday中间物的存在。两个同源的DNA相互靠近两个DNA分子在相同的位置出现裂口链交换和连接中间物称为Hol

3、liday中间物或Holliday连接.1个分子相对于另外1个分子发生旋转结构的分离简单的Holliday模型更现实的修改模型分支迁移Fig.22.2patch修改后的单链断裂重组模型电镜下的Holliday结构双链断裂模型重组由双链断裂启动断裂双链是遗传信息的供体酶无序列特异性在2个同源DNA分子之间的第1个稳定的中间物是三链结构大肠杆菌主要的重组蛋白RecARecBCDRuvARuvBRuvCRecA蛋白RecA蛋白是一种多功能蛋白质，它参与大肠杆菌所有的同源重组途径，有单体和多聚体两种形式。多聚体由单体在单链DNA上从5′→3′方向组装而成。RecA的主要功能包括：（1

4、）促进2个DNA分子之间链的交换；（2）作为共蛋白酶促进LexA阻遏蛋白的自我水解RecA蛋白在同源重组的具体作用分为3个阶段：（1）RecA的第一个DNA结合位点（初级位点）与单链DNA结合，包被DNA，形成蛋白质-DNA丝状复合物；（2）RecA的第二个DNA结合位点（次级位点）与1个双链DNA分子结合，形成三链DNA中间体，随后单链DNA侵入双链DNA，寻找同源序列；（3）RecA催化链交换，由被RecA包被的单链DNA从5′→3′方向取代双链DNA分子之中的同源旧链，形成异源双链，并发生分叉迁移RecA蛋白促进2个双链DNA分子链之间的交换RecA蛋白促进单链DNA与

5、双链DNA进行链交换RecA蛋白单体的三维结构模型RecA介导的链交换RecBCD蛋白由RecB、RecC和RecD三个亚基组成。具有5种酶的活性——外切核酸酶V、解链酶、核酸内切酶、ATP酶和单链DNA外切酶。RecBCD蛋白参与细胞内的RecBCD同源重组途径——首先它与双链DNA分子自由末端结合，依靠其外切核酸酶V的活性同时降解DNA的2条链，然而，一旦遇到chi（χ）序列，RecD亚基就从复合物中释放出来，留下来的RecBC蛋白开始以解链酶的活性发挥作用，在水解ATP的同时，解开DNA双链，产生单链DNA，为RecA发挥作用铺平道路，最终起动了链交换和重组反应。Rec

6、BCD蛋白的作用模型RuvA和RuvBDNA解链酶催化分支迁移RuvA四聚体与Holliday连接结合（两个亚基之间结合一个DNA螺旋）RuvB是六聚体环，具有解链酶和ATP酶活性2个拷贝的RuvB与Holliday连接结合（结合到RuvA和2个DNA螺旋）分支迁移沿着RecA介导的链交换方向进行RuvA的三维结构RuvA和RuvB的作用模型RuvC的作用模型RuvC蛋白是一种特殊的核酸内切酶，催化Holliday结构的分离，因此被称为解离酶。以对称的二聚体形式发挥作用，在Holliday结构的中央部位切开4条链中的2条，而导致Holliday结构的拆分。RuvC的作用具有一

7、定的序列特异性，它作用的一致序列是5′-(A/T)TT↓(G/C)-3′，箭头为切点，因此，只有当分支迁移到该一致序列的时候，RuvC才有机会起作用。TheRuvABCProteins&MigrationofHollidayJunctions5.Migrationincreasesthelengthofheroduplexes,allowingforisomerizationofHollidayJunctions.6.RuvAbinds&stabilizesHollidayJunction7.RuvBt