【医学ppt课件】去氧核糖核酸(dna)

生物化學 去氧核糖核酸 DNA 去氧核糖核酸 DNA 細胞核酸的結構 細胞中的核酸主要有兩種形式 即去氧核糖核酸 DNA 與核糖核酸 RNA DNA是細胞儲存遺傳訊息的物質 DNA發現的起源DNA的結構 DNA堆積成細胞核之染色體的方式 DNA發現的起源 theoriginofDNAdiscovery FriedrichMiescher 1868 從細胞核分離出含磷物質此含磷物質稱之為nuclein 而且發現含酸成分 但他不知道這就是DNA FredGriffith的實驗 Griffith在1928年發現肺炎球菌 Pneumococcus 在DNA之遺傳角色的上 扮演了一個重要的部分 肺炎球菌通常由一層黏膜包圍著一種多醣筴膜 有這層外膜的肺炎球菌 S型 有致病性 無這層外膜的肺炎球菌 R型 無致病性 FredGriffith的實驗 1944 OswaldAvery證實這種導致活的R型肺炎球菌變成有致病性的物質為DNA Avery MacLeod McCarty的實驗 從有致病性肺炎球菌 S型 發現無細胞抽取物為DNA 此DNA可使無致病性的肺炎球菌 R型 變成致病性肺炎球菌 S型 DNA一定帶有遺傳基因訊息但有人質疑是不是蛋白質也攜帶遺傳基因訊息 Hershey Chase的實驗 1952 噬菌體DNA用放射性同位素32P來標示 噬菌體蛋白質外鞘用放射性同位素35S來標示 T2噬菌體是由一個DNA核心 和一蛋白質外鞘所組成因為DNA不含S 而蛋白質外鞘缺乏P 噬菌體附著於大腸桿菌上 切斷病毒與細菌的連接 切斷病毒與細菌的連接 少於1 的35S由親代噬茵體被轉移到子代噬菌體 噬菌體蛋白質可能對細胞內部噬菌體的成長沒有功用 而DNA卻有某些功能 DNA的遺傳角色很快地成為普為接受的事實 30 的32P由親代噬茵體被轉移到子代噬菌體 DNA的結構 DNAstructure DNA是一個很長的線狀大分子 由大量的去氧核糖核苷酸 deoxyribonucleotide 所組成 DNA的嘌呤鹽基和嘧啶鹽基攜帶著遺傳訊息 而糖和磷酸鹽基則執行維持結構的角色 DNA的脊柱在整個分子是不變的 由磷酸二酯鍵結 Phosphodiesterlinkage 連接去氧核糖 deoxyriboses 組成 一個去氧核糖核苷酸的糖部份之3 羥基 3 hydroxyl 與鄰近糖份子的5 羥基連接 形成線形的去氧核糖磷酸鹽鏈 而嘌呤和嘧啶則與核糖次單元體之C 1位置連接 一個去氧核糖核苷酸的糖部份之3 羥基 3 hydroxyl 與鄰近糖份子的5 羥基連接 腺嘌呤必須和胸腺嘧啶成對 A T 腺嘌呤必須和胸腺嘧啶成對 且其間形成兩個氫鏈 腺嘌呤 胸腺嘧啶 腺嘌呤與胞嘧啶無法配對 A C 無法形成氫鏈 腺嘌呤 胞嘧啶 胞嘧啶必須和鳥糞嘌呤配對 G C 胞嘧啶必須和鳥糞嘌呤配對 而形成三個氫鏈 胞嘧啶 鳥糞嘌呤 DNA的雙股可形成互補 complementary 結構 DNA雙股間的氫鏈是維持DNA雙股螺旋結構的主要力量 但是氫鏈會受到環境中溫度及離子強度的影響 間接影響DNA結構之穩定度 互補 complementary 結構 DNA雙螺旋 doublehelix 根據DNA之X 射線繞射相片 由JamesWatson及FrancisCrick 1953 提出DNA的立體結構模型 DNA是由兩條螺旋的多核甘酸鏈依著相反方向圍著一共同的軸盤繞 而且鹽基之間會形成氫鏈而將兩條鏈拉在一起 DNA雙螺旋 doublehelix 最重要的觀念是鹽基成對的特性 及鹽基對之間形成氫鏈以穩定結構 三度空間的DNA 嘌呤和嘧啶鹽基在螺旋的內側 而磷酸鹽和去氧核糖單位是在外側 以右旋的方式纏繞成的螺旋結構 鹽基的平面垂直於螺旋軸 而糖的平面幾乎與鹽基的平面成直角 DNA是由兩股反方向排列的核苷酸鏈組成 雙股螺旋 doublehelix 結構之穩定力量除配對間之氫鍵外 還有來自上下鹼基配對間的疏水性 hydrophobic 作用力 階梯狀 為什麼DNA不是階梯狀而一定是雙螺旋狀 螺旋狀 凹槽 groove DNA雙股之核糖磷酸鹽骨架與螺旋軸中心有些微位移 DNA雙螺旋所形成的三度空間結構出現主要凹槽 majorgroove 及次要凹槽 minorgroove 主要凹槽開口較大 曝露出較多的核甘酸鹽基對 次要凹槽較狹窄 蛋白質鍵結至DNA主要是辨識主要凹槽上的序列 次要凹槽 minorgroove 主要凹槽 majorgroove DNA可分為A 型態 A form 當B 型態DNA的含水量低於75 時 B 型態DNA會可逆地轉變成A 型態 富含嘌呤的DNA通常傾向A 型態DNA的排列方式 B 型態 B form 富含嘧啶的DNA通常傾向B 型態的排列Z 型態 Z form DNA處於高鹽濃度或是含有連續的嘌呤 嘧啶序列 DNA的甲基化 DNA的型態 FormsofDNA B DNA A DNA A 型態DNA的雙螺旋DNA每一轉約含11個鹽基 比B 型態的每一轉約含10個鹽基排列更緊密 B 型態DNA的右旋性鹽基對之平面與螺旋軸是垂直 而A 型態雖也是右旋性螺旋 但其鹽基對平面並非垂直於螺旋軸之平面 而是傾斜20度 導致A 型態DNA的螺旋寬度比B 型態DNA大 主要凹槽 主要凹槽 次要凹槽 次要凹槽 當DNA處於高鹽濃度或是含有連續的嘌呤 嘧啶序列 DNA的甲基化 容易形成Z 型態 Z form 之DNA 因其核糖磷酸鹽骨架形成鋸齒形 zig zag 而命名為Z 型態DNA 是一種左旋性雙螺旋nNA 每一轉約含有12個殘基 在三種DNA型態中排列最緊密 甲基化可改變在整個基因組中的DNA因而型態 進而改變其基因表現之速率 也是基因調控的方法之一 主要凹槽 majorgroove 次要凹槽 minorgroove 線狀DNA與圓形DNA 不同來源的完整DNA分子會形成圓形環狀 DNA分子是頭尾相接但並非所有的DNA分子都是圓形的 如T7嗜菌體的DNA便為直線狀 有些病毒 如l嗜菌體 其DNA可在線狀和圓形間彼此轉換 當在病毒微粒內時 DNA為線狀 一旦進入寄主細胞內 便形成環狀 許多DNA分子為圓形並形成超螺旋 supercoiled 結構 當線狀DNA轉為封閉之環狀DNA時會生成新的特性 DNA雙螺旋的長軸會自行扭曲纏繞而形成超螺旋結構 缺乏超螺旋結構之環狀DNA稱為疏鬆 relaxed DNA分子 在生物中具有相當的重要性 第一 形成超螺旋結構的DNA分子較其為疏鬆結構時來得緻密 超螺旋結構的形成對將DNA包裹入細胞中有決定性的影響 第二 超螺旋結構會影響DNA雙螺旋解開的能力 進而影響其與其它分子間的交互作用 relaxed supercoiled topoisomers areDNAmoleculesthatdifferonlyintheirtopology DNA雙螺旋結構可進行可逆的熔解與結合 當連結相配對之鹼基間的氫鍵被破壞時 DNA雙螺旋的兩股便會分離 由於DNA雙螺旋結構的解開是在某特定溫度突然發生的 因此常將此現象稱為熔解 melting 熔解溫度 meltingtemperature Tm 則定義為DNA雙螺旋結構有一半被破壞時的溫度當溫度降到Tm以下時 分離而互補的DNA兩股會自發性地結合而生成DNA雙螺旋結構 四種因素影響熔解溫度 GC AT 含量 因G C間是以三個氫鍵相結合而A T間只有兩個 故前者較後者安定許多鹽濃度DNA長度雙股螺旋之間隙 GC多 GC多 AT多 溫度 溫度 吸光值可看出DNA熔解 DNA的熔解可藉由測量其260nm吸光值之變化而偵測 末彼此形成堆疊的basepairs會造成稱為著色過多之吸光值上升現象 OpticalDensity WaveLength 260 單股 雙股 DNA被壓縮形成染色體 DNA緊密地排列成弧狀片段 稱之為染色體 chromosomes 每條染色體的長度約為1 6 8 2公分 這個長度甚至比一個細胞還長 因此 數公分長的DNA必須更緊密排列才能存在細胞核中 DNA與RNA及蛋白質形成DNA RNA 蛋白質複合體 為染色質 Chromatin 染色質 Chromatin Chromatin 電子顯微鏡觀察下 這些核體 DNA的複合物視如珠子串在線上 捲曲的DNA圍繞於核體核心 核體 Nucleosomes 核體 Nucleosomes 是染色質的重覆單位每個核體包含700個鹽基對的DNA 四種組織蛋白 histone H2A H2B H3和H4各兩分子組成的核心 及一分子H1組織蛋白 大部份的DNA捲纏在組織蛋白核心的外圍 形成兩圈左旋的超螺旋 HI蛋白質則與核體核心的外圍連結 以穩定核體的結構 在電子顯微鏡觀察下 這些核體 DNA的複合物視如珠子串在線上 捲曲的DNA圍繞於核體核心是為了減少DNA線性程度而緊密排列 組織蛋白核心 連接DNA鏈 HI蛋白質 染色質 核體粒子組成之鏈形物進一