分子生物学 第二章DNA结构ppt精选课件

.,第二章DNA的结构,.,第一节遗传物质的本质第二节核酸的化学组成第三节DNA的二级结构第四节DNA的物理化学性质第五节超螺旋和拓扑异构,.,第一节遗传物质的本质,.,1、遗传物质必须具有的特性,a、贮存并表达遗传信息,b、能把信息传递给子代,c、物理和化学性质稳定,d、具有遗传变化的能力,DNA的特征,各异的碱基序列储存大量的遗传信息,碱基互补是其复制、转录表达遗传信息的基础,生理状态下物理、化学性质稳定,有突变和修复能力，可稳定遗传是生物进化的基础,一、DNA携带两类不同的遗传信息,.,2、DNA携带两种遗传信息,a、编码蛋白质和RNA的信息(编码tRNA、rRNA),64个三联体密码子三个终止密码子编码氨基酸的61个密码子有简并性、通用性,b、编码基因选择性表达的信息,*原核生物的结构基因占Genome的比例很大,x174phage5386bp结构基因用去5169bp比例达96,*真核生物的结构基因占Genome的比例很小,哺乳动物中结构基因只占1015,.,二、RNA也可作为遗传物质,*RNA病毒传染媒介是病毒颗粒（病毒基因组RNA、蛋白质外壳）TobaccoMosaicVirus(TMV),*类病毒（viroid）:使高等植物产生疾病的传染性因子只由RNA组成,三、是否存在核酸以外的遗传物质,Prion(proteinaccousinfectionsparticle)引起的风波朊病毒蛋白质样的感染因子,.,羊搔痒病(scripie),人类库鲁（kuru）病,牛海绵状脑炎(疯牛病),均由传染性病原蛋白颗粒引起,统称Prion(朊病毒),.,4.DNA为遗传物质的证据,美国微生物学家Avery等，1944年用实验证明了DNA是遗传物质,.,1952年Hershey和Chase等，T2噬菌体，35S和32P标记,.,第二节核酸的化学组成,.,嘧啶Pyrimidines,嘌呤Purines,一、含氮碱基、核苷、核苷酸,碱基Nitrogenousbases,.,核苷（nucleoside）,嘧啶的1位N原子、嘌呤的9位N原子,核糖是戊糖RNA核糖核苷DNA脱氧核糖核苷,.,1,9,核苷酸（nucleotideacid）,核苷的磷酸酯脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸,其中和、和之间是高能磷酸键,dNTP,脱氧核糖核苷三磷酸缩写为dNTP核糖核苷三磷酸缩写为NTP,.,Ribonucleotides核苷酸Deoxynucleotides脱氧核苷酸,二、DNA分子的一级结构(DNAsequence),1、多聚核苷酸链主链是核糖和磷酸侧链为碱基,由3,5磷酸二酯键连接,2、链的方向：同一个磷酸基的3酯键到5酯键的方向(53),5-UCAGGCUA-3=UCAGGCUA默认书写顺序53,.,3、DNA一级结构的特点,a、脱氧核糖是其显著特点DNA极其稳定的根本原因,DNA在高pH值时磷酸酯键非常稳定只是碱基存在构像的变化变化,酮式,烯醇式,酮式,烯醇式,.,酮式烯醇式互变异构,.,胺式亚胺式互变异构,.,b、磷酸呈四面体构型，脱氧核糖呈折叠的五元环，碱基是平面的C、主链是亲水的，侧链（碱基）是疏水的主链的脱氧核糖的羟基能与水形成氢键，而磷酸基团在生理条件下离解为负离子这些特点保证了多核苷酸链可形成稳定的构象,4、一级结构的概念指DNA分子中的核苷酸排列顺序不同生物借此贮存遗传信息决定DNA的二级结构和高级结构,.,第二节DNA的二级结构,.,*提出1953.Watson,.,在控制反应条件相同的前提下,两种DNA分子的C0t(1/2)值,取决于基因组DNA的排列复杂性(复性动力学的复杂性,Kineticcomplexity,K.CX),K.C=基因组复杂性=单一序列+单位重复序列人工合成AAAAAAAAK.C.=1C0t(1/2)=210-6,Ct/C0,0,1,0,1,C0t(1/2)C0t(1/2),Fractionreassociated(1-Ct/Co),Cot曲线,.,因此*C0t曲线提供了一种测定DNA分子量的方法*同时也能解释单一来源的DNA所具有的不同复杂性部分,复杂性,.,P74图16,.,四、杂交（hybridization）,概念：不同来源的两个互补核酸序列通过相互退火形成双螺旋结构的反应,DNA与RNADNA与DNA,杂交分子,DNARNADNADNA,用途检测DNA的缺失、插入，考察不同生物种类在进化中的关系,其中不连续基因的发现就是通过mRNA与DNA杂交试验而发现的,.,五、富含AT序列和DNA双螺旋结构的呼吸作用,高等生物染色体的某一区段，AT含量变化很大,很多有重要调节功能的的DNA区段都富含AT（原核、真核复制起点、启动子、终止子等区域）,DNA双螺旋结构的呼吸作用：DNA双螺旋结构内部，配对碱基的氢键的迅速断裂和再生的过程,这已通过甲醛变性试验得到证实,.,*甲醛只能和自由氨基起反应,含4甲醛的DNA溶液的变性图（T为25）,*并且甲醛能使DNA发生不可逆变性,甲醛要与全部的氨基反应需要相当长的时间,DNA内富含AT区段呼吸作用尤为明显这对于某些特殊的蛋白质与DNA发生反应并阅读链内部的信息具有重要作用,.,第五节超螺旋和拓扑异构,.,一、超螺旋（superhelixORsupercoil）,最早在SV40和多瘤病毒中发现,超螺旋是所有线性或环形DNA的共有的重要特征,ThesupercoilsoftheSV40minichromosomecanberelaxedtogenerateacircularstructure,whoselossofhistonesthengeneratessupercoilsinthefreeDNA.,.,1、超螺旋结构的方向性,正超螺旋（positivesupercoiled）,导致左手超螺旋,以一根绳子做实验：原来的绳子的两股以右旋方向缠绕；在绳子的一端向紧缠方向捻转，再将绳子的两端连接起来，则产生一个左旋的超螺旋以解除外加捻转的协变,.,负超螺旋（NegativeSupercoiled）,导致右手超螺旋,在绳子的一端向松缠方向捻转，再将绳子的两端连接起来，则产生一个右旋的超螺旋以解除外加捻转的协变,.,超螺旋的形成总是要向着抵消初级螺旋改变的方向发展,所有生物的DNA几乎有5%为NegativeSuperhelix,二、超螺旋状态的描述,1、可用数学公式描述,Vinograd方程式,L=T+W(=+),.,L连接数（Linkingnumber）双链DNA的交叉数，不发生链断裂时，L为定值,T盘绕数（Twistingnumber）双链DNA的缠绕数，初级螺旋圈数,W超盘绕数（Writhingnumber）直观上为双螺旋在空间的转动数,W=负值（negativesuperhelix）W=正值(positivesuperhelix）,.,420bp,*B-DNA是力学上稳定的结构(10bp/helix),*螺旋数改变的结果之一是产生超螺旋或是在B_DNA中保留一单链区域，但须能量的功给,L=42T=42W=0,右手双螺旋放松6圈L=-6,L=36T=36W=0,L=36T=42W=-6,松弛型,超螺旋,无张力松弛状,.,DNA在水溶液中,构型偏B型状态,DNA以10.5bp/helix为最稳定构型,小于10.5bp/helix向正超螺旋发展(松弛态),大于10.5bp/helix向负超螺旋发展(紧缩态)天然的DNA都是负超螺旋但一些生命活动过程中存在正超螺旋,B-DNA的变化情况：,.,2、体外可产生正超螺旋溴化乙锭（EthidiumbromideEB）放线菌素D,a、EB的插入只改变盘绕数T使其降低但L值不变,WLTL值不变T值降低W正值产生正超螺旋,.,360o/helix360o-26o/helix/0neofEBinserted,EB对超螺旋结构的影响,.,.,三、拓扑异构酶,拓扑异构体：只在连接数上有差别的同种DAN分子称为这种DNA的拓扑异构体,拓扑异构酶（topoisomerase）：催化DNA由一种拓扑异构体转变成另一种拓扑异构体的酶类,拓扑异构酶的类别和特性,被切割的DNA链1122,对ATP的需求否否是是,依赖于DNA的ATP酶否是是是,产生负超螺旋否否是否,松弛负超螺旋是是否是,松弛正超螺旋否是是是,.,改变超螺旋的方式,结合到一条链上形成复合物,切断一条链形成酶和DNA的复合体,一条链穿越,重新连接,L=2,L=3,1、拓扑异构酶(topoisomeraseI),结果：连接数增加一个增加一个正超,.,2、拓扑异构酶TopII旋转酶(gyrase)Top亚类之一引入负超螺旋,作用于双链涉及双链的断裂和连接每次使DNA的连接数改变2,.,3、拓扑异构酶的生物学功能,b、防止细胞DNA的过度超螺旋多种拓扑异构酶的作用严格控制体内负超螺旋维持在5%水平,a、恢复由一些细胞过程产生的超螺旋如：复制叉前面正超的消除转录酶前正超的消除，后面负超的产生,.,本章内容结束，谢谢！,.,复习题