dna的结构与功能

1DNA的结构及功能 一、核酸的概念 二、 DNA的结构 1. DNA的一级结构 2. DNA的二级结构 3. DNA的三级结构 4. 真核生物 DNA的三级结构 三、 DNA的性质 四、 DNA的生物功能一、核酸的概念2 核酸的定义核酸（ nucleic acid）是以核苷酸为基本单位的生物大分子化合物，携带和传递遗传信息，是生命体最基本的物质之一。 核酸的分类与分布核 酸脱氧核糖核酸核糖核酸Deoxyribonucleic Acid（DNA）Ribonucleic Acid（ RNA）存在于细胞核和线粒体内储存、复制和传递遗传信息，决定细胞和个体的遗传型。存在于胞核、胞浆、和线粒体内参与和指导蛋白质的生物合成；传递储于 DNA分子中的遗传信息。核酸的化学组成核酸的化学组成3 元素组成C、 H、 O、 N、 P（恒定， 9-10%）DNA约为 9.9%， RNA约为 9.4% 。 化学组成 基本结构单位 核苷酸核苷酸核苷 /脱氧核苷磷酸核 酸戊糖碱基A、 G、 C、 T(DNA)A、 G、 C、 U(RNA)基本碱基结构和命名基本碱基结构和命名4常见（脱氧）核苷酸的结构常见（脱氧）核苷酸的结构5腺嘌呤脱氧核苷酸（ dAMP ）Deoxyadenosine monophosphate（ DNA）磷酸脱氧核糖碱基糖苷键腺嘌呤核苷酸（ AMP）Adenosine monophosphate（ RNA）核糖二、二、 DNA的结构的结构61. DNA的一级结构 DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（ 3 -5 磷酸二酯键）和排列顺序叫做 DNA的一级结构，简称为碱基序列。 一级结构的走向规定为 5 3 。53DNA一级结构的表示法一级结构的表示法753结构式53p p p p OH3A C T G1线条式5 ACTGCATAGCTCGA 3字母式DNA一级结构的测定一级结构的测定82. DNA的二级结构的二级结构9 1953沃森和克里克根据DNA纤维 X射线晶体衍射图，提出了 DNA分子结构的双螺旋模型。Francis Crick and James Watson (获 1962年诺贝尔生理学医学奖 )DNA双螺旋的基本特征双螺旋的基本特征10 两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋。 相临碱基对间距离为0.34nm,每周螺距为3.4nm (10bp), d为 2nm。 双螺旋有两种不同的沟（大沟和小沟）。大沟携带分子可识别信息，是蛋白质识别 DNA碱基序列产生相互作用的基础。11Maurice Hugh Frederick WilkinsRosalind Franklin依据：依据： X射线衍射图谱射线衍射图谱Chargaff规则规则12Chargaff 在 1950年总结出 DNA碱基组成的规律： 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=T 。 鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数也相等，即 G=C 。 嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即 A+G=T+C。 含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即A+C=G+T。DNA双螺旋结构稳定因素双螺旋结构稳定因素131. 碱基对间的氢键 2. 碱基堆积力 （ 1）相邻碱基对间的范德华力（ 2）碱基对间的疏水作用力3. 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和，降低静电张力DNA双螺旋类型双螺旋类型14A-DNA 20 0.26 2.6 11 右B-DNA 6 0.34 2.0 10 右Z-DNA 7 0.37 1.8 12 左双螺旋 碱基倾角 /（ 。 ） 碱基间距 /nm 螺旋直径 /nm 每轮碱基数 螺旋方向其它其它 DNA螺旋结构螺旋结构15 单核苷酸形成的二级结构十字形结构16DNA三股螺旋结构（ H-DNA）DNA三条链均为同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的碱基均为嘌呤或嘧啶，其中两条链为正常双螺旋，第三条链位于双螺旋的大沟中。第三股链的存在可能使一些调控蛋白或 RNA聚合酶等反式作用因子得以与该区段结合，因而阻遏了有关基因的表达。173. DNA三级结构三级结构18DNA在细胞内以双螺旋为基础进一步旋转折叠成超螺旋结构。超螺旋正超螺旋负超螺旋盘绕方向与 DNA双螺旋方向相同盘绕方向与 DNA双螺旋方向相反 DNA超螺旋结构19DNA超螺旋是由 DNA拓扑异构酶（拓扑异构酶 ）产生的。环状 DNA分子常以超螺旋结构存在，并以负超螺旋为主，有利于转录的起始。4. 真核生物真核生物 DNA的三级结构的三级结构20 真核生物 DNA与蛋白质形成非常致密的复合物存在于细胞核内，基本结构式核小体。核小体DNA组蛋白H2A、 H2B、 H3、H4:八聚体核心组蛋白H1：连接区核小体盘绕及染色体示意图21核小体链（ 11nm， 每个核小体 200bp）纤丝（ 30nm， 每圈 6个核小体）突环（ 150nm， 每个突环大约 75000bp）玫瑰花结（ 300nm ， 6个突环）螺旋圈（ 700nm， 每圈 30个玫瑰花）染色体（ 1400nm， 每个染色体含 10个玫瑰花 200bp） -人的染色体压缩 8000-10000DNA（ 2nm）三、三、 DNA的性质的性质23 一般理化性质 核酸是两性电解质（磷酸和氨基），可发生两性解离。又由于磷酸具有较强的酸性，所以核酸的等电点较低。 DNA的等电点为 44.5， RNA的为 22.5； DNA为白色纤维状固体，微溶于水，不溶于有机溶剂：用乙醇沉淀核酸； DNA是线性高分子，粘度极大； 在中性或偏碱性缓冲液中，核酸带负电荷，在电场中向阳极移动； 在引力场中可下沉：超速离心法提取和纯化核酸。24 强烈的紫外吸收由于核酸中碱基的共轭双键，所以对紫外有强烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，常作为核酸的定性，定量分析。220 240 260 2800.10.20.30.4波长（ nm）光吸收123 核苷酸总吸收值变性 DNA天然 DNA紫外吸收紫外吸收 OD260的应用的应用251. DNA或 RNA的定量若 OD260=1.0相当于：50 g/ml双链 DNA40 g/ml单链 DNA（或 RNA）20 g/ml寡核苷酸2. 判断核算样品的纯度DNA纯品： A260/A280=1.8 RNA纯品： A260/A280=2.0DNA的性质的性质26 DNA的变性 定义：某些理化因素会导致 DNA双链互补碱基之间的氢键发生断裂，使双链 DNA解离为单链。只改变 DNA的二级结构，不改变它的核苷酸序列。 变性因素：过量酸、碱，加热，离子强度改变等。 变性后理化性质的主要改变：粘度下降比旋光度下降OD260增色（增色效应）27DNA变性的本质是双链间氢键的断裂28 DNA的增色效应DNA变性时其溶液 OD260值增高29 解链曲线（ melting curve） 解链温度（溶解温度， Tm）在解链过程中， UV吸收值的变化达到最大变化值一半时对应的温度，此温度时，50%