《分子生物学》课件第二讲 染色体与核酸的结构

第二章

染色体与核酸的结构生物遗传的物质基础

核酸是生物体细胞内一类重要的生物大分子,包括DNA和RNA。核酸的主要生物学功能是遗传信息的载体。

DNA是主要的遗传物质

RNA也是遗传物质遗传物质的基本特性从生物性状的遗传现象来看，作为遗传的物质基础，它必须具有下列特性：自我复制的能力具有相对稳定的结构能决定生命产生、生长和发育的多样性能产生遗传的变异遗传的主要载体—染色体由于细胞内DNA主要在染色体上，所以说遗传物质的主要载体是染色体。在细胞分裂间期，基因组以染色质形式存在。染色质分为常染色质和异染色质两种。DNA在细胞内的存在形态—核小体核小体是由H2A、H2B、H3、H4

各两分子组成的八聚体和盘绕其上的大约200bpDNA构成，而H1则在核小体的外面。每个核小体只有一个H1。染色体的组装无论是DNA或RNA都是由许多个核苷酸连接而成的生物大分子。而每个核苷酸又由碱基、核糖和磷酸构成。核酸的化学组成DNARNADNA的一级结构

DNA的一级结构是指DNA分子中四种脱氧核苷酸的连接及排序顺序，即A、T、G、C四种脱氧核苷酸通过前一个脱氧核苷酸的3’羟基与后一个分子的5’磷酸缩合生成3’,5’-磷酸二酯键连接而形成的线型大分子。DNA的一级结构的书写字符式

5'pＡpＣpＴpＴpＧpＡpＡpＣpＧ3'DNA5'pＡpＣpＵpＵpＧpＡpＡpＣpＧ3'RNA可进一步简化为：

5'pＡＣＴＴＧＡＡＣＧ3'5'pＡＣＵＵＧＡＡＣＧ3'线条式DNA的一级结构与功能

DNA核苷酸序列排列反映生物界物种多样性

DNA一级结构决定了其高级结构

DNA携带着生物的不同遗传信息RNA的基本碱基碱基核苷核苷酸RNA腺嘌呤腺苷腺苷酸AMP鸟嘌呤鸟苷鸟苷酸GMP胞嘧啶胞苷胞苷酸CMP尿嘧啶尿苷尿苷酸UMPDNA双螺旋结构的依据不管每个碱基的实际数量如何，DNA中G与C的比例总是相同，A与T的比例也总是相同

X射线数据表明DNA具有规则的螺旋形式

DNA分子密度表明螺旋必须包含两条多聚核苷酸链

1953年，Watson和Crick以非凡的洞察力，得出了作为遗传载体的DNA分子的结构。他们提出DNA双螺旋结构的主要依据有三个方面：DNA的二级结构(双螺旋模型)

DNA分子是由两条相互反向平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成（一条从5’→3’,另一条从3’→5’），脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。主链组成碱基配对

DNA的两条链通过碱基互补配对原则以氢键相结合，即嘌呤与嘧啶配对（G-C、A-T）。螺旋参数

DNA结构为右手双螺旋，相邻碱基对平面间距离为0.34nm，以10个碱基平面为一个结构重复周期。双螺旋直径为2.0nm。大沟与小沟

双链间有螺旋形的凹槽，其中一个较浅，叫小沟，一个较深，叫大沟。维持DNA双螺旋的作用力氢键碱基堆积力其他作用因素不同螺旋形式DNA分子主要参数双螺旋碱基倾角(°)碱基间距(nm)螺旋直径(nm)每轮碱基数螺旋方向A-DNA200.262.611右B-DNA60.342.010右Z-DNA70.371.812左一般来说，A-T丰富的DNA片段常呈B-DNA，它是普遍存在的结构。若DNA双链中一条链被相应的RNA链所替换，则变构成A-DNA。Z-DNA并不常见，但某些特定情况可增加其存在的可能，如嘌呤-嘧啶交替序列、DNA超螺旋，或盐份与某些阳离子浓度高时。除此之外，还存在B’-DNA、C-DNA和D-DNA等不同形式。DNA结构的多态性

B-DNAA-DNAZ-DNADNA分子的高级结构

DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构，超螺旋结构是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋，而且它们某些情况下可以相互转变。核酸的变性与复性核酸的变性（denaturation)核酸的变性是指核酸在某些物理或化学因素的作用下，其空间结构发生改变，从而引起理化性质的改变及生物活性的降低或丧失。在外界因素的作用下，双螺旋DNA中配对碱基的氢键断裂，双股链完全分开并成为无规线团，使DNA的物理和化学性质发生一系列的变化。这一过程叫做DNA的变性。核酸的变性与复性

DNA的变性溶液粘度降低溶液旋光性发生变化增色效应或高色效应Tm值大小的影响因素(1)DNA的均一性(2)G-C对含量(3)介质中的离子强度核酸的变性与复性

DNA的复性热变性经冷却后即可复性，称为退火。两条彼此分开的变性DNA链在适当条件下重新缔合成为双螺旋结构的过程叫做DNA的复性。DNA复性后，双螺旋结构的各种性质可以得到恢复。核酸的分子杂交核酸的分子杂交核酸的分子杂交指亲缘关系相近的不同来源DNA单链或DNA单链与RNA单链之间通过碱基互补形成杂交分子的过程。核酸的分子杂交有多种类型，如溶液杂交、滤膜杂交等。核酸的滤膜杂交

Sourthern印迹法其基本原理是：具有一定同源性的两条核酸单链在一定的条件下，可按碱基互补的原则形成双链。一般利用电泳将经限制性内切酶消化的DNA片段进行分离，将胶上DNA变性原位转到固相支持物上固定，再与相对应的标记探针进行杂交，用放射自显影或酶反应显色检测特定DNA分子。主要应用：遗传病诊断、DNA图谱分析、PCR产物分析

1975年由英国人Sourthern创建，是进行基因组DNA特定序列定位的通用方法。核酸的滤膜杂交

Northern印迹杂交以利于在转印过程与硝酸纤维膜结合，但不用NaOH，因为它会水解RNA的2’-羟基基团。

Northern杂交是一种将RNA从凝胶中转移到硝酸纤维膜上的方法。其吸印方法与Southern印迹类似，只是在上样前用甲基氢氧化银、乙二醛或甲醛使RNA变性，核酸的滤膜杂交

Western杂交

Western杂交技术是将蛋白质电泳、印迹、免疫测定特异性抗体或核酸结合。目的蛋白与一抗结合后，再加入能与一抗专一性结合的带标记的二抗，最终通过二