分子生物学遗传的物质基础-dna

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：n 现代分子生物学 （第三版），朱玉贤，高等教育出版社n Gene ， Benjamin Lewin，科学出版社n Molecular Biology （第二版）， Robert F.Weaver，科学出版社n 分子遗传学 ，孙乃恩，南京大学出版社n 生物化学 （第三版），王境岩等，高等教育出版社Molecular BiologyThe attempt to understand biological phenomena in molecular terms.The study of gene structure and function at the molecular level. Molecular biologyRobert 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n 遗传物质的发现与证明 :n转化：n R型肺炎链球菌因为没有荚膜多糖而失去致病能力n 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 transformationn转化原理：n 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n 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n 向溶菌液中加入 DNA酶，转化能力丧失n 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n 结构单位 :核苷酸n碱基 :n 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；n 每种核酸包含 4种碱基。 DNA包括 A、 G、 C、 T，而 RNA包括 A、G、 C、 Un 稀有碱基n核苷：n 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n 戊糖包括核糖与脱氧核糖，均为呋喃型环状结构n 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n核苷酸：核苷的戊糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸nDNA的一级结构：n 通常指核酸的核苷酸序列；n 核酸中的核苷酸以 3， 5-磷酸二酯键连接而成。nDNA物理结构的不均一性n反向重复序列nInverted 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 33 TCTTGTnnnACAAGA 5发夹结构hairpinnPalindromes(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 33 CCGG 5 n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 :nWatson-Crick 模型 的提出“.A structure this pretty just had to exist.“- James Watson in The Double Helixn右手双螺旋模型要点 :n 主链 :n 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；n 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n 碱基对 :n 嘌啉与嘧啶位于双螺旋的内侧，碱基平面与纵轴垂直；n 碱基互补配对原则n 螺距为 3.4nm,包含 10个核苷酸 ;直径 2nmn 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 :nH键n 碱基堆积力v疏水作用力v范德华力n 磷酸基团的静电斥力n 碱基分子内能三、 DNA的变性、复性和杂交n变性 :Nature DNA Random coil加热或试剂n 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. n 增色效应 :变性 DNA在 260nm处光吸收的增加。n 熔点（ Tm ）：是 A260值升高达到极大值一半时的温度 熔解曲线n复性 :DNA双链变性后，互补单链再次聚合的过程。n 影响复性效率的因素：n 温度：最佳复性温度为低于 Tm约 25n DNA浓度n 复性时间n DNA的复杂程度n 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-1A 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.n杂交 :复性 DNA中，如果两条链来源不同，就叫做杂交。nSouthern blotnNorthern blotnWestern blot四、 DNA二级结构的多形性A-DNA Z-DNA B-DNA螺旋方向 右手 左手 右手Bp数 /匝 11 12 10螺距 2.8 4.5 3.4大沟 细 、深 平伏 宽 和中等深小沟 宽 、浅 很窄、很深 窄和中等深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n 正超螺旋 螺旋 n 负超螺旋 螺旋n 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 nL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。nT为双螺旋的盘绕数（ twisting number） ,即初级螺旋的圈数。nW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， DN