遗传的物质基础-DNA.ppt

分 子 生 物 学,MOLECULAR BIOLOGY,曹诣斌 手机短号：659330 实验室：10幢304室 课程主页： /molbio/,参考书目：,现代分子生物学（第三版），朱玉贤，高等教育出版社 Gene ，Benjamin Lewin，科学出版社 Molecular Biology （第二版）， Robert F.Weaver，科学出版社 分子遗传学，孙乃恩，南京大学出版社 生物化学（第三版），王境岩等，高等教育出版社,Molecular Biology,The attempt to understand biological phenomena in molecular terms. The study of gene structure and function at the molecular level. Molecular biology Robert F.Weaver,遗传的物质基础-DNA,第一章,第一节 DNA是遗传信息的携带者,DNA是遗传物质 携带负责蛋白质、氨基酸合成的组成信息 携带关于基因选择性表达的信息,遗传物质的发现与证明: 转化： R型肺炎链球菌因为没有荚膜多糖而失去致病能力 S型细菌加热杀死后，与活的R型菌混合，能够使小鼠感染,Griffith,F.,Principle of transformation,转化原理： Oswald Avery等用去垢剂裂解加热灭活的S型细菌，得到保留了转化能力的溶菌液 分别向溶菌液中加入SIII（除去荚膜多糖），蛋白酶和RNA酶，转化能力不受影响 向溶菌液中加入DNA酶，转化能力丧失 证明DNA是遗传物质。,“If we are right, and of course that is not yet proven, then it means that nucleic acids are not merely structurally important but functionally active substances in determining the biochemical activities and specific characteristics of cells This is something that has long been the dreams of geneticists.“ -Oswald T. Avery, 1943,第二节 DNA的一级结构,结构单位:核苷酸 碱基: 指嘌啉或嘧啶环。通过嘧啶的N1或嘌啉的N9位糖苷键与戊糖的1位相连； 每种核酸包含4种碱基。DNA包括A、G、C、T，而RNA包括A、G、C、U 稀有碱基,核苷： 戊糖与碱基以N糖苷键连接组成核苷。核苷中碱基与糖环平面互相垂直 戊糖包括核糖与脱氧核糖，均为呋喃型环状结构 糖环中碳原子的标号右上角加撇,碱基中原子的标号不加撇 核苷酸： 核苷的戊糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸,DNA的一级结构： 通常指核酸的核苷酸序列； 核酸中的核苷酸以3，5-磷酸二酯键连接而成。,DNA物理结构的不均一性 反向重复序列 Inverted Repeats :two different segments of the double helix read the same but in opposite directions “First Ladies rule the State and state the rule: ladies first” 5 AGAACAnnnTGTTCT 3 3 TCTTGTnnnACAAGA 5,发夹结构 hairpin,Palindromes(回文) :A palindrome is a sequence that reads the same forwards and backwards. Palindromes that occur on opposite strands of the same section of DNA helix. 5 GGCC 3 3 CCGG 5 富含A/T序列 A/T对只有两条H键，此处双链容易解开。对于复制和转录的起始很重要。,第三节 DNA的二级结构,一、DNA右手双螺旋模型: Watson-Crick 模型的提出,“.A structure this pretty just had to exist.“ - James Watson in The Double Helix,右手双螺旋模型要点: 主链: 两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链均为右手螺旋； 脱氧核糖与磷酸通过3，5磷酸二酯键交互连接，成为螺旋的骨架 碱基对: 嘌啉与嘧啶位于双螺旋的内侧，碱基平面与纵轴垂直； 碱基互补配对原则 螺距为3.4nm,包含10个核苷酸;直径2nm 大沟和小沟:蛋白因子的识别和结合部位,Watson和Crick在剑桥,二、决定双螺旋结构状态的因素:,H键 碱基堆积力 疏水作用力 范德华力 磷酸基团的静电斥力 碱基分子内能,三、 DNA的变性、复性和杂交,变性:,Nature DNA,Random coil,加热或试剂,高温、酸、碱及某些变性剂如尿素、甲酰胺和甲酸等都可导致DNA变性,Urea and formamide forms hydrogen bonds with the DNA bases, “saturating” H-bond sites and preventing the formation of inter-base bonds.,增色效应:变性DNA在260nm处光吸收的增加。 熔点（Tm ）：是A260值升高达到极大值一半时的温度,熔解曲线,复性:DNA双链变性后，互补单链再次聚合的过程。 影响复性效率的因素： 温度：最佳复性温度为低于Tm约25 DNA浓度 复性时间 DNA的复杂程度,C0t曲线： C0为变性DNA复性时的初始浓度，以核苷酸的摩尔浓度表示，t为时间，以秒表示。 C0t1/2表示复性一半时的C0t值 C0t is the product of the initial DNA concentration (C0) in moles of nucleotides per liter and time (t) in seconds molsL-1,A linear relationship between DNA complexity and C0t1/2,真核生物DNA由于具有重复序列，其C0t曲线往往具有多个拐点: At very low C0t, the highly repetitive DNA anneals, followed by the moderately repetitive DNA, and finally by the single-copy DNA.,杂交:复性DNA中，如果两条链来源不同，就叫做杂交。 Southern blot Northern blot Western blot,四、 DNA二级结构的多形性,碱基和糖环连接的糖苷键，上方为大沟，下方为小沟。A-DNS,B-DNA和Z-DNA双螺旋的中轴各不相同。,第四节 DNA超螺旋和拓扑异构,正超螺旋 螺旋 负超螺旋 螺旋 天然的DNA都呈负超螺旋,双螺旋,超螺旋,相互缠绕,拧紧,放松,L=T+W,L为连接数（linking number），是指环形DNA分子两条链间交叉的次数。只要不发生链的断裂，L是个常量。 T为双螺旋的盘绕数（twisting number）,即初级螺旋的圈数。 W为超螺旋数（writhing number），它们是变量。,无论是L数的增加或减少，即加旋或解旋，DNA分子具有维持B-DNA结构的倾向，即由10碱基构成一个螺旋，因此，DNA的长度确定后，“T” 会保持不变，加旋和解旋的影响由三极结构的扭曲来抵消。,所有的DNA超螺旋都由DNA拓扑异构酶(topoisomerase )产生的（E.coli）,第五节 染色体的结构,一、核小体(Nucleosomes )是DNA在真核细胞内的存在形式 一个核小体约缔合200bp的DNA 组蛋白分为5种: H1,H2a, H2b,H3,H4 (H2a,H2b,H3,H4) 2组成组蛋白八聚体，约146bp的DNA以左手螺旋管的形式缠绕于八聚体上，其余DNA以接头DNA形式存在,H1在核小体的外面 ，位于DNA进入和离开核小体的位置