B遗传物质的结构和性质

1、B型DNA仅仅是众多DNA双螺旋构象中的一种。在外界条件的改变下，双螺旋的构象也会改变。1模型中的碱基配对有何重要性？A-T,G-C配对可形成很好的线性氢键；A-T对和G-C对的几何形状一样，使双链距离相近，使双螺旋保持均一；碱基对处在同一平面内。不论核苷酸的顺序如何，都不影响双螺旋的结构；为DNA半保留复制奠定了基础。 2螺旋桨效应3 第三节DNA的结构和性质 一DNA二级结构的稳定因素 (1)碱基对之间的氢键。 (2)碱基的堆集力。 它包括： 疏水作用； 范德华力； 磷酸基的负电荷斥力；4碱基配对及氢键形成5腺苷(AR) 脱氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷键 1,N1-糖苷键11N9N1C2

2、C46二. 双螺旋结构的构象变异DNA的构象现已知有A，B，C，D，E，T，Z 7种。 引起DNA双链构象改变有以下因素：（1）核苷酸顺序；（2）碱基组成；（3）盐的种类；（4）相对湿度。7Z-DNA的发现：1972年 Pohl et al 发现 poly(dG-dC)在高盐下旋光性发生改变；1979年 Wang A.H-J(王惠君), A.Rich对 d(CGCGCG)单晶作X衍射分析提出ZDNA模型8三 左旋DNA（一）Z-DNA的结构特点：（1）糖磷骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。（2）左旋。 (3) G的糖苷键呈顺式(Syn) ，使G残基位 于分子表面。（4）分子外形呈波形。 (

3、5) 大沟消失，小沟窄而深。 (6) 每个螺旋有12bp。9目前已知DNA双螺旋结构可分为A、B、C、D及Z型等数种，除Z型为左手双螺旋外，其余均为右手双螺旋。 Z-DNA B-DNA 10 生化专业术语委员会 建议用俯视图(N9C1)=090 时为顺式(syn)=18090 时为反式(anti)嘌呤核苷的扭转角为X(C4,N9，C1,0)；嘧啶核苷的扭转角为X(C2,N1，C1,0)。 习惯用法是：X= 60 0 120 为顺式； X=120 180 60 为反式；-60 -60 0 900120-9018090120180-90嘌呤 C4嘧啶C2顺式反式11核苷的顺反构象1213ZDNA存

4、在的条件： (1) 高盐：NaCl2Mol/L, MgCl20.7 Mol/L (2) Pu,Py相间排列：（3）在活细胞中如果m5C,则无需嘌呤-嘧啶相间排列，在生理盐水的浓度下可产生Z型。 (4) 在体内多胺化合物，如精胺和亚胺及亚精胺和阳离子一样，可和磷酸基因结合，使B-DNA转变成 Z-DNA。 (5)某些蛋白质如Z-DNA结合蛋白带有正电荷，可使DNA周围形成局部的高盐浓度和微环境。 (6)负超螺旋的存在14(三)生物学意义(1) 可能提供某些调节蛋白的识别。啮齿 类动物病毒的复制起始部位有d（GC）有交替顺序的存在；(2)在SV40的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。(3)原生

5、动物纤毛虫，它有大、小两个核，大核有转录活性，小核和繁殖有关。Z-DNA抗体以萤光标记后，显示仅和大核DNA结合，而不和小核的DNA结合，说明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和转录有关。15四、DNA的三级结构所谓DNA的三级结构，是指在一二结构基础上的多聚核苷酸链上的卷曲。在一定意义上，是指双螺旋基础上的卷曲三级结构包括链的扭结和超螺旋或者是单链形成的环或是环状DNA中的连环体16 超螺旋（Supercoied） 松驰型DNA （relax form）。超螺旋（Supercoied） DNA， 负超螺旋 正超螺旋 检测DNA三级结构的方法： 密度梯度离心 凝胶电泳 电镜观察17（一）DNA

6、的超螺旋结构18原核生物DNA的三级结构：绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋。如果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋三级结构。 19超螺旋的定量描叙White方程： L=T+WL（Linking nnmber）：链环数或称拓扑环绕数，指cccDNA中一条链绕另一条链的总次数。其特点是(1) L是整数；(2) 在 cccDNA中任何拓扑学状态中其值 保持不变；(3) 右手螺旋对L取正值。20W（Writhing number）：扭曲数，即超数旋数。其特点是：(1)可以是非整数；(2)是变量；(3)右手螺旋时，W取负值。21T（Twisting number）：缠绕数，即双螺旋的圈数。

7、其特点是： (1) 可以是非整数； (2) 是变量； (3) 右手螺旋时T为正值。超螺旋的量度可以用超螺旋密度来表示： =（L-T）/T 在天然DNA中， 约为-0.0522（二）三链和四链DNA这些DNA分子的结构单元分别是三碱基体和四碱基体；这些碱基体通过Watson-Crick氢键配对和Hoogsteen氢键配对相互作用而结合成共平面聚合体：Watson-Crick HoogsteenWatson-Crickreversed HoogsteenReversed Watson-Crick HoogsteenReversed Watson-Crick reversed Hoogsteen23

8、三链DNA基本结构：Py-Pu-Py构象(如T-A.T, C-G.C+)Pu-Pu-Py构象(如A.A-T, G.G-C) 24H|DNA25262728鸟嘌呤四聚体29第四节 DNA的变性与复性变性（denaturation）或解链（melting复性（renaturation）或退火（annealing）成核作用（nucleation）拉拉链作用（Zippering）DNA的复性对片段有两个要求： (1) 互补顺序的碰撞和排列； (2) 碱基的正确配对和氢键的形成。30下列因素可导致DNA变性：高温、酸、碱、尿素、甲酰胺DNA变性后物理性质发生的变化：（1）流体力学的性质发生改变：粘度下

9、降，而沉降速度增加；（2）提高了对紫外线的吸收能力，此称为 增色效应（hyperchromic effect）。31双链DNA的A260=1.00（浓度为50g/ml时，对波长260nm紫外线的吸收能力）；单链DNA的A260=1.37；游离碱基或核苷酸的A260=1.60。解链温度（melting temperature, Tm）或熔点，Tm是A260的升高达到极大值一半时的温度。即是变性温度范围的中点。影响变性的因素： 外部条件如温度和正离子的浓度。 浓度低于0.4mol/L，单价阳离子增高10倍， T m增加16.632 内部条件 GC含量及分子类型 当GC的含量上升1%，则Tm上升0.

10、4 马默多蒂（Marmur-Doty）关系式： Tm = 69.3+0.41(G +C)%， 或 GC%=（Tm-69.3）2.4433复性动力学公式 C 1 1 C0 2 1+KC0t1/2 根据复性动力学公式我们可以知到些什么？复性进行一半时 = = 34(1) 单链浓度随着时间的增大而减小；(2）反应速率取决于初始的单链浓度Co；(3) 以反应浓度和COt1/2为座标可绘复性曲线；(4) 通过COt1/2值可测原核生物基因组的大小； 已知大肠杆菌的基因组为4.2x106bp, COt1/2 = 9M.Sec COt1/2 （任何基因组DNA）/9M.sec = 任何基因组大小/4.2X1

11、06bp(5)原核生物基因组大小不同，复性曲线也不同；(6) 可用以区分真核生物和原核生物基因组。35363738 单一顺序和重复顺序 复性动力学曲线的区别真核生物的DNA有重复顺序，而原核 生物多为单一顺序。(1) 单一顺序的复性曲线常只有一个拐点， 而重复顺序常有多个拐点。(2) COt 比值变化范围。 原核生物的COt比值为100, 真核生物的COt比值大于10039404142 影响复性反应的因素(1) DNA片段的大小；(2) DNA的浓度；(3) DNA复杂性;(4) 温度。 最佳复性温度一般比Tm低25C。(5) 盐的浓度： 复性时要求盐的浓度达到足够高;为什么？43在复性反应中如何知道单链已经结合成双链了呢？可以通过哪些法来检测？(1) 减色效应（hpochromic effcef） 测定光密度，即OD值（optical density），DNA从单链变成双链，OD260减少30%(2) 羟基磷灰石柱层析 羟基磷灰石对双链DNA吸附较牢，不易 吸附单链44 第五节 分子杂交 分子杂交（molecular hybridization）共同特点是： (1)都是应用复性动力学原理； (2)都必须有探针（probe）的存在。探针就是用同位素或非同位素如荧光染料，生物素等标记的短片段特异DNA或RNA顺序。45 常用的分子杂交方法一. 原位分子杂交（in si