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现代分子生物学课件-第二章解析

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现代分子生物学-第二章_染色体与DNA课后思考题答案

现代分子生物学-第二章_染色体与DNA课后思考题答案

现代分子生物学第3版朱玉坚第二章染色体与DNA课后思考题与答案1 染色体具有哪些作为遗传物质的特征？1 分子结构相对稳定2 能够自我复制，使亲子代之间保持连续性3 能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程4 能够产生可遗传的变异2.什么是核小体？简述其形成过程。

由DNA和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。

核小体是由H2A,H2B,H3,H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bp的DNA组成的。

八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体外面。

每个核小体只有一个H1。

所以，核小体中组蛋白和DNA的比例是每200bpDNA有H2A,H2B,H3,H4各两个，H1一个。

用核酸酶水解核小体后产生只含146bp核心颗粒，包括组蛋白八聚体及与其结合的146bpDNA，该序列绕在核心外面形成1.75圈，每圈约80bp。

由许多核小体构成了连续的染色质DNA细丝。

核小体的形成是染色体中DNA压缩的第一阶段。

在核小体中DNA 盘绕组蛋白八聚体核心，从而使分子收缩至原尺寸的1/7。

200bpDNA 完全舒展时长约68nm,却被压缩在10nm的核小体中。

核小体只是DNA压缩的第一步。

核小体长链200bp→核酸酶初步处理→核小体单体200bp→核酸酶继续处理→核心颗粒146bp3简述真核生物染色体的组成及组装过程除了性细胞外全是二倍体是有DNA以及大量蛋白质及核膜构成核小体是染色体结构的最基本单位。

核小体的核心是由4种组蛋白（H2A、H2B、H3和H4）各两个分子构成的扁球状8聚体。

蛋白质包括组蛋白与非组蛋白。

组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNA组成核小体，含有大量赖氨酸核精氨酸。

非组蛋白包括酶类与细胞分裂有关的蛋白等，他们也有可能是染色体的结构成分由DNA和组蛋白组成的染色体纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构---- 1.由DNA与组蛋白包装成核小体，在组蛋白H1的介导下核小体彼此连接形成直径约10nm的核小体串珠结构，这是染色质包装的一级结构。

分子生物学：第二章 基因、染色体与DNA-1

分子生物学：第二章 基因、染色体与DNA-1
可以通过重组实验测定他们的距离与顺序
Recombination analysis （重组分析）
rII47 0
rII102 0
rII47 0
rII104 0
infect E. coli B infect E. coli K12
两种噬菌斑
一种WT噬菌斑
可以根据重组值计算两两之间的距离
RII 47 104 101 103 105
2.1.1 遗传因子假说
(Hypothesis of the inherited factor G. J. Mendel 1866. )
• 生物性状由遗传因子控制
• 亲代传给子代的是遗传因子(A,a….) • 遗传因子在体细胞内成双(AA, aa)
在生殖细胞内为单（A,a） • 杂合子体细胞内具有成双的遗传因子(Aa) • 等位的遗传因子分离 • 非等位遗传因子间自由组合地独立分配到配子中
➢科学（基因--酶）为技术（互补测验）的发明提供了理论依据 ➢（互补测验）技术为科学（顺反子）的发现提供了方法手段 ➢构建大量（核苷酸及表型）突变体 ➢开展大量（功能互补）实验
顺反子学说（Theory of cistron）
• Cistron 是基因的同义词
• 在一个顺反子内，有若干个突变单位, 突变子(muton) • 在一个顺反子内，有若干个交换单位, 交换子（recon） • 基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割的
最小的遗传功能单位 three in one one in one
• 基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换
• pseudo alleles 是基因内的不同突变体
• mut1 X mut2
WT 是基因内发生交换的结果
• cistron 概念的提出是对经典的基因概念的动摇

分子生物学第二章dna结构与功能

分子生物学第二章dna结构与功能

1、组蛋白(histone)
真核生物染色体的基本结构蛋白 富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸 碱性蛋白质 可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性 结合）；
组蛋白的一般特性：
i) 进化极端保守性:
不同种生物A、H2B变化相对大； ❖ H1变化更大。 ❖ H3、H4可能对稳定真核生物的染色体结构起重要作用。
c．半个核小体核心颗粒的示意模型，一圈DNA超螺旋（73bp）和4种核心组蛋 白分子，每种组蛋白由3 个α螺旋和一个伸展的N-端尾部组成。
N-端尾部有序排列，参与核小体之间的相互作用，以形成螺线管等高级结构。
（五）原核生物和真核生物基因组 结构特点比较
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 ）
❖
Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个
单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点
（AG↓CT）从而将其切成长130和170bp的两段，因
而定名为Alu序列（或Alu家族）。
❖ Alu序列分散在整个人体或其他哺乳动物基因组 中，在间隔DNA、内含子中都发现有Alu序列，平均 每5kb DNA就有一个Alu顺序。已建立的基因组中无 例外地含有Alu顺序。
❖ 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，使其它调控蛋白易
于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。
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
2.非组蛋白
❖ 占组蛋白总量的60％－70％，种类很多，20－ 100种，常见有15－20种；
❖ 在真核生物中C值一般是随生物进化而增 加的，高等生物的C值一般大于低等生物。

分子生物学 第二章 有机体、基因和染色体

分子生物学 第二章 有机体、基因和染色体

②蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。多拷贝 基因或多拷贝序列存在于染色体上常引起非均 等交换 , 结果导致了相同序列之间的基因的缺 失或倒位。 基因序列的倍增虽是经常发生的 (10-4), 可是绝大 多数的倍增并没有给细菌带来选择上的优势 , 因而很快又被淘汰。这样 , 使绝大多数的蛋白 质基因保持单拷贝形式。

类核的结构
E.coli: 4.2×106bp （ 1300 微米）， 闭合环状，约 编 码 3000~4000 个 基因。
生物在进化中选择了经济而又有效的结构形式：
①功能上相关的几个结构基因前后相连，再加上一 个共同的调节基因和一组共同的控制位点，即启 动子和操作子在基因转录时协同动作。细菌基因 表达调控的这样一个完整的单元，称为操纵元。 例：大肠杆菌中半乳糖代谢的 β- 半乳糖苷酶，半乳 糖苷透性酶，半乳糖苷乙酰化酶三个酶的基因z、 y 、 a 与控制位点 o 、 p 以及它们的调不需要转录后加工；而真 核生物基因转录后的绝大部分前提RNA必须经过剪接 过程才能形成成熟的RNA。 原核生物细胞内缺少分隔的功能区域，所有生理生化 反应都在同一细胞质中进行，因而原核生物的基因转 录和翻译是偶联的，边转录边翻译；真核生物细胞的 转录和翻译在时间和空间上都是分离的。
推理过程：


φ×174的DNA数量有限,其基因在排列上更加 体现了经济原则：
(1) φ×174 有11蛋白质基因,但是只转录成3个 mRNA,其中一个从A基因开始,一个从B基因开始, 另一个从D基因开始. (2) φ×174的DNA分子绝大部分用来编码蛋白质, 不翻译出来的部分只占4%(217/5386),其中包括 基因之间的间隔区和一些控制基因表达的序列. (3) φ×174 的基因排列上最显著的特点是有重叠 基因和基因内基因.

现代分子生物学-第二章 染色体与DNA

现代分子生物学-第二章 染色体与DNA
甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上： 赖氨酸残基能够发生单、双、三甲基化； 精氨酸残基能够单、双甲基化）；
这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表 达的复杂性。
组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记： 精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的 甲基化丢失与基因沉默相关。
组蛋白乙酰化结合其他组蛋白修饰（甲基化，磷酸 化、泛素化）形成组蛋白密码影响基因的转录。
组蛋白的可修饰性总结
2） 非组蛋白（non-Histone Protein,NHP）
染色体上还存在大量的非组蛋白。包括酶类，如RNA聚合酶 及与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋 自以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等，可 能是染色质的结构成分。
第二章 染色体与DNA
内容提要： 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 DNA的结构 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
第一节 染色体（Chromosome)
（一）染色体与染色质
染色体（chromosome）是细胞核中载有遗传信息（基因）的 物质，在显微镜下呈丝状或棒状，主要由脱氧核糖核酸和蛋白 质组成，在细胞发生有丝分裂时期容易被碱性染料（例如龙胆 紫和醋酸洋红）着色，因此而得名。
粒附近，由6-100个碱基组成，在DNA链上串联重复成千
上万次，不转录，可能与染色体的稳定性有关。（基因组占
比10-60%）
光 吸 收 （
A260cm ）
1.700（主体带） 1.692（Ⅰ）：卫星带Ⅰ
1.688（Ⅱ）：卫星带Ⅱ 1.671（Ⅲ）：卫星带Ⅲ
卫星带碱基序列
Ⅰ ACAAACT ACAAACT etc. Ⅱ ATAAACT ATAAACT etc. Ⅲ ACAAATT ACAAATT etc.

分子生物学第二章-染色体,染色质和核小体-chromosomes, chromatin, and t

分子生物学第二章-染色体,染色质和核小体-chromosomes, chromatin, and t

• 许多复杂性相近的生物体其基因组大小却 显著不同：小麦基因组是水稻基因组的40 倍
• 基因的数目而不是基因组的大小与生物体 的复杂性更密切相关
– Gene number（基因数目）: the number of genes included in a genome
➢Gene density（基因密度）: the average number of genes per Mb of genomic DNA
Each DNA and its associated proteins is called a chromosome（染色体）
The importance of packing of DNA into chromosomes
(DNA包装为染色体的重要功能）
➢ Chromosome is a compact form of the DNA that readily fits inside the cell （染色体是DNA的紧密结构，更适合存在于细胞中）
Proteins in chromosome (1)
Half of the molecular mass of eukaryotic chromosome is protein
➢In eukaryotic cells a given region of DNA with its associated proteins is called chromatin（染色质）
• 每个细胞中可以有多个完整拷贝的质粒存在
• 大多数真核生物细胞是二倍体（diploid), 一个染色体有两个拷贝
• 多倍体真核细胞（polyploid): 细胞中每 条染色体都超过两个拷贝
• 巨核细胞：特化的多倍体细胞，每条染 色体有128个拷贝，通过多倍体形式维持 高水平新陈代谢，以生产大量的血小板

现代分子生物学第二章PPT课件

II）： 引入负超螺旋； 与复制有关
（2）拓扑异构酶 I： 松弛负超螺旋； 与转录有关
第60页/共140页
第五节 真核生物的染色体及其组 装
一、染色体和染色质 1、染色质（chromatin）
指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋 白组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物 质存在的形式。
第61页/共140页
作用机制：切开环状一条链，连接数改变 ±1，不需ATP 2、 Ⅱ型拓扑异构酶 :
作用机制： 切开环状两条链，连接数改 变±2，需要ATP
第56页/共140页
第57页/共140页
第58页/共140页
Topoisomerase II
第59页/共140页
3、细菌的拓扑异构酶 （1）旋转酶（Gyrase--topoisomerase
团
▪ 3’-末端: 自由的羟基
第20页/共140页
（二）RNA的一级结构
▪无分支的多聚核糖核苷酸链 ▪4种核糖核苷酸：A、G、U、C ▪核苷酸中的戊糖为核糖
第21页/共140页
第三节 DNA的二级结构
一、DNA双螺旋模型的诞生
▪In 1951, Pauling: α-螺旋 ▪Chargaff : A = T, G = C ▪In 1952, Franklin and
色质
间期高度压缩，螺旋化程度高、深染的染
特点：
A、高度浓缩 第65页/共140页
第66页/共140页
（1）组成性异染色质（结构性异染色质）
在整个细胞周期内都处于凝聚状态的染色质 （主要为卫星DNA，构成染色体特殊区域，
如着丝粒）
（2）功能性异染色质（兼性异染色质）
指在某些特定的细胞中，或在一定的发育时期 和生理

现代分子生物学(课堂PPT)

基因表达与疾病的关系
基因表达的异常与多种疾病的发生和发展密切相关，如癌症、遗传病等。因此，研究基因 表达的调控机制对于理解疾病的发生和治疗具有重要意义。
PART 03
DNA复制与修复
REPORTING
DNA复制的过程与特点
DNA复制的过程
起始、延伸、终止三个阶段，涉及多种蛋白质和酶的参与，确保 DNA的准确复制。
维持内环境稳定
基因表达调控有助于维持生物 体内环境的稳定，如血糖、血 压和免疫系统等。
响应生物信号
基因表达调控可以响应来自生 物体内部的信号，如激素和神 经递质等，从而调节生物体的
生理活动。
PART 06
分子生物学技术与应用
REPORTING
DNA重组技术
重组DNA技术的基本步骤
获取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、 目的基因的检测与鉴定。
基因芯片技术及其应用
基因芯片技术的原理
将大量已知序列的基因片段固定在固相支持物上，与待测 样品进行杂交，通过检测杂交信号实现对基因表达的定量 分析。
常用的基因芯片技术
cDNA微阵列、寡核苷酸微阵列、蛋白质微阵列等。
基因芯片技术的应用
基因表达谱分析、基因突变检测、疾病诊断、药物筛选等 。
THANKS
表观遗传学调控
真核生物中还存在表观遗传学调控，如 DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA的 调控等。
基因表达调控的生物学意义
适应环境变化
基因表达调控使生物体能够适 应不同的环境条件，如温度、
光照、营养状况等。
细胞分化与发育
基因表达调控在细胞分化和发 育过程中起着关键作用，使不 同细胞具有不同的形态和功能 。
分子生物学发展

现代分子生物学ppt课件


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10
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染色体编号 长度（Mbp) 估计的基因数
12
134
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13
99
1032
14
87
1283
15
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1198
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75
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129
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102
分离难 易度
易
保守性 不保守
染色质 中比例
0.5
染色质 中位置
接头
较难 较保守 1
核心
较难 较保守 1
核心
最难 最保守 1
核心
最难 最保守 1
核心
27
表2-6 不同组蛋白分子中所含的碱性氨基酸比较 （占氨基酸总数的%）
碱性氨 H1
H2A
H2B
H3
H4
基酸
赖氨酸 29.5 10.9 16.0
24
组蛋白具有如下特性：
1、进化上的极端保守性。不同种生物组蛋白的氨基 酸组成十分相似。牛、猪、大鼠的H4氨基酸序列完全 相同，与豌豆序列相比也只有两个氨基酸的差异。 2、无组织特异性。只有鸟类、鱼类 及两栖类红细 胞染色体不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是 鱼精蛋白。
25
3、肽链上氨基酸分布的不对称性。碱性氨基酸集 中分布在N端的半条链上，而大部分疏水基团都分 布在C端。碱性的半条链易与DNA的负电荷区结合， 而另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合。

现代分子生物学课件-第二章解析

这是一类能用低盐（0.35mol/L NaCl）溶液抽提、能溶于2%的三氯乙酸 、相对分子质量都在3.0×104以下的非 组蛋白，可能与DNA超螺旋结构有关。
2、DNA结合蛋白
用2mol/L NaCl除去全部组蛋白和70% 的非组蛋白后，还有一部分非组蛋白紧紧 地与DNA结合在一起，只有用2mol/L NaCl 和5mol/L尿素才能把这些蛋白解离。可能 是一些与DNA的复制或转录有关的酶或调 节物质
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染色体编号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X Y 总长
长度（Mbp) 134 99 87 80 75 78 79 58 61 33 36 128 19 2907
由于DNA是遗传信息的载体，因此亲代DNA必 须以自身分子为模板来合成新的分子——准确地复 制成两个拷贝，并分配到两个子代细胞中去，才能 真正完成其遗传信息载体的使命。
DNA的半保留复制机理
由于DNA分子由两条多核苷酸链 组成，两条链上的碱基——G只能与C 相配对，A只能与T相配对，所以，两 条链是互补的，一条链上的核苷酸排 列顺序决定了另一条链上的核苷酸排 列顺序。
DNA的二级结构
DNA不仅具有严格的化学组成，还具有特 殊的高级结构，它主要以有规则的双螺旋形式 存在。
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2、存在转录单元
原核生物DNA序列中功能相关的 RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组 的一个或几个特定部位，形成转录单元 并转录产生含多个mRNA的分子，称为 多顺反子mRNA。
3、一些细菌和动物病毒存在重叠基因 ，同一段DNA能携带两种不同蛋白质 的信息。
Weiner和Weber在研究一种大肠杆菌 RNA病毒时发现，有两个基因从同一起点 开始翻译，一个在400bp处结束，而在3% 的情况下，翻译可一直进行下去直到800bp 处碰到双重终止信号时才停止。
9.6
10.8
精氨酸 1.3 9.3
6.4
13.3 13.7
非组蛋白约为组蛋白总量的60%～70% ，可能有20～100种(常见的有15～20 种),主要包括酶类、与细胞分裂有关 的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物 蛋白以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管 蛋白、原肌蛋白等。
1、HMG蛋白(high mobility group protein)。
4、存在较普遍的修饰作用，如甲基化、乙基化、 磷酸化及ADP核糖基化等。修饰作用只发生在细胞 周期的特定时间和组蛋白的特定位点上。
表2-5 真核细胞染色体上的组蛋白成分分析
种类
H1 H2A H2B H3 H4
相对分 子质量 21 000
14 500
13 800
15 300
11 300
氨基 酸 2数23 目
估计的基因数 1861 1032 1283 1198 1421 1545 826 1675 986 449 835 1465 210
39114
第一节 原核与真核生物的染色体结构
原核生物染色体结构 原核生物基因组 真核生物染色体结构 真核生物基因组 遗传信息流
原核生物染色体结构
要点：
这是一类能用低盐（0.35mol/L NaCl）溶液抽提、能溶于2%的三氯乙酸 、相对分子质量都在3.0×104以下的非 组蛋白，可能与DNA超螺旋结构有关。
第二章 染色体和DNA
染色体概述 原核与真核生物的染色体结构 DNA是主要的遗传物质 DNA的结构和功能 DNA的复制 DNA的损伤、修复、重组与转座
染色体概述
染色体在遗传上起着主要作用, 因为亲代能够将自己的遗传物质以 染色体（chromosome）的形式传给 子代，保持了物种的稳定性和连续 性。
染色体包括DNA和蛋白质两大 部分。同一物种内每条染色体所带 DNA的量是一定的，但不同染色体或 不同物种之间变化很大，人X染色体 有1.28亿个核苷酸对，而Y染色体只 有0.19亿个核苷酸对。
表2-1 人类基因组各条染色体中碱基对数量和推 导的功能基因数量对照
染色体编号 长度（Mbp) 估计的基因数
大肠杆菌染色体 DNA结构域 基因组超螺旋 DNA结合蛋白
原核生物基因组
原核生物的基因组很小，大多只 有一条染色体，且DNA含量少，如大 肠杆菌DNA的相对分子质量仅为 4.6×106bp，其完全伸展总长约为 1.3mm，含4 000多个基因。
原核生物基因主要是单拷贝基因， 只有很少数基因〔如rRNA基因〕以多拷 贝形式存在；
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11
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染色体编号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X Y 总长
长度（Mbp) 134 99 87 80 75 78 79 58 61 33 36 128 19 2907
ΦX174感染寄主后共合成9个蛋白质， 相对分子质量约2.5×105，相当于6078个 核苷酸，而病毒DNA本身只有5 375个核苷 酸。Sanger在弄清ΦX174 DNA的全部核苷 酸序列及各个基因的起迄位置和密码数目
以后发现，9个基因中有些是重叠的。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
真核生物染色体结构
要点： 染色质、核小体、组蛋白、 非组蛋白、 端粒、 常染色质和异染色质、 DAase超敏性
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125
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分离难 易度
易
保守性 不保守
染色质 中比例
0.5
染色质 中位置
接头
较难 较保守 1
核心
较难 较保守 1
核心
最难 最保守 1
核心
最难 最保守 1
核心
表2-6 不同组蛋白分子中所含的碱性氨基酸比较 （占氨基酸总数的%）
碱性氨 H1
H2A
H2B
H3
H4
基酸
赖氨酸 29.5 10.9 16.0
真核细胞染色体的组成
作为遗传物质，染色体具有如下特征： (1)分子结构相对稳定； (2)能够自我复制，使亲子代之间保持
连续性； (3)能够指导蛋白质的合成，从而控制
整个生命过程； (4)能够产生可遗传的变异。
染色体蛋白质
染色体蛋白主要分为组蛋白和非组 蛋白两类。真核细胞的染色体中DNA与组 蛋白的质量比约1:1。
DNA、组蛋白和非组蛋白及部分RNA（ 尚未完成转录而仍与模板DNA相连接的那 些RNA，其含量不到DNA的10%）组成了染 色体。
组蛋白是染色体的结构蛋白，分为
H1、H2A、H2B、H3及H4五种，与DNA共同 组成核小体。通常用2mol/L NaCl或 0.25mol/L的HCl/H2SO4处理染色质使组 蛋白与DNA分开。组蛋白含有大量的赖氨 酸和精氨酸，其中H3、H4富含精氨酸，H1 富含赖氨酸。H2A、H2B介于两者之间。
组蛋白具有如下特性：
1、进化上的极端保守性。不同种生物组蛋白的氨基 酸组成十分相似。牛、猪、大鼠的H4氨基酸序列完全 相同，与豌豆序列相比也只有两个氨基酸的差异。
2、无组织特异性。只有鸟类、鱼类 及两栖类红细 胞染色体不含H1而带有H5，精细胞染色体的组蛋白是 鱼精蛋白。
3、肽链上氨基酸分布的不对称性。碱性氨基酸集 中分布在N端的半条链上，而大部分疏水基团都分 布在C端。碱性的半条链易与DNA的负电荷区结合， 而另外半条链与其他组蛋白、非组蛋白结合。
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。
1、结构简炼
原核DNA分子的绝大部分是用来编码 蛋白质的，只有很小一部分控制基因表达 的序列不转录。
如在ΦX174中不转录部分只占4% 左右（217/5386),T4 DNA中占5.1% （282/5577)。