第二章 核酸的结构与功能(3).ppt

1、第二章 核酸的结构与功能Chapter 2 Structure and Function of nucleic acid,2.1 细胞的遗传物质,编码信息：负责氨基酸,RNA序列的编码。 调控信息：负责基因表达时序、组织特异性表 达及转录频率的调控。,核酸中包含的两类遗传信息：,2.2 DNA的双螺旋结构,2.2.1 双螺旋结构的特征 2.2.2 维持DNA双螺旋结构的作用力 2.2.3 双螺旋结构的多态性,2.2.1 DNA的双螺旋结构,特征： 两条脱氧核苷酸链以反向平行的方式 围绕同一中心轴向右盘绕 主链处于螺旋的外侧（核糖+磷酸）亲水 核糖平面与螺旋轴平行 碱基处于螺旋的内侧，与中轴垂直

2、 螺距：10bp3.4nm3600 =2nm 大沟与小沟： 蛋白质识别DNA的特定遗传信息的关键点 碱基互补配对,2.2.2 维持DNA双螺旋结构的作用力,（1）氢键： A=T；G C （2）碱基堆积力 （3）其它作用因素,A,B,Z,2.2.3 双螺旋结构的多态性,A B Z,1979. Alecxander Rich,人工合成6 bp (G/C) 6 核苷酸片段,(G/C)6 Left-handed double helix 任何 6 bp py-pu 交替排列序列的DNA片段均可形成 Z-DNA, 但难易程度不同,左旋双螺旋DNA Z-DNA ( Left-Handed Double H

3、elix ),2.3 DNA的高级结构,2.3.1 核酸形成的二级结构 2.3.2 三股螺旋的DNA (Triple Helix DNA, T.S DNA) 2.3.3 DNA的四链结构与端粒 2.3.4 DNA的超螺旋结构,2.3.1 核酸分子的二级结构,2.3.2 三股螺旋DNA,三链螺旋,双链螺旋,Hinged DNA,2.3.3 四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA ),发现,1958. Poly(I) X-ray photograph,碱基形成环状氢键连接结构,Tetrable Helix DNA,5-TTAGGGTTAGGGTTAG

4、GG-3 3-AATCCCAATCCC-5,Poly (G) 染色体端粒高度重复的 DNA序列,GGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT,真核生物染色体端粒DNA结构,2.3.4 DNA的超螺旋结构,线状DNA形成的超螺旋,环状DNA形成的超螺旋,DNA拓扑异构酶（DNA topoisomerase）,DNA拓扑异构酶，改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。 分类：拓扑酶和拓扑酶 作用特点：对DNA分子的作用是既能水解，又能连接磷酸二酯键。,作用方式,拓扑异构酶,切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。 反应不需ATP。,拓扑异构

5、酶,切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。 利用ATP供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。,上海生化所1998年分子遗传学试题：拓扑异构酶,2.4 RNA的结构与功能,2.4.1 mRNA的结构与功能 2.4.2 tRNA的结构与功能 2.4.3 rRNA的结构与功能 2.4.4 其它小分子RNA,2.4.1 mRNA的结构与功能,(1) 原核生物mRNA的结构特点：多顺反子结构 (2) 真核生物mRNA的结构特点： 单顺反子结构，只能编码一条多肽链 3-端具有polyA结构 不是由DNA编码的 防止mRNA被核酸酶水解 核质转运有关 mRNA的5端有一个“帽子”结构

6、m7G5pppN 防止核酸外切酶对mRNA的降解 识别起始点（核糖体识别mRNA ）,结构特点,2.4.2 tRNA的结构与功能,(1) 二级结构特征： 分子量25KD左右，沉降系数4s；多数为7090个核苷酸 三叶草形结构 3末端（接受末端）为CCAOH结构，接受活化的aa。 5端多为pG，也有pC结构的。 具有不等的稀有碱基及位置不变的恒定核苷酸,(2) 三级结构特征: 倒“L”,2.4.3 rRNA的结构与功能,原核生物的rRNA： 16S、 5S、23S 真核生物的rRNA： 18S、5S、5.8S、28S,16S rRNA,2.4.4 其它小分子RNA,真核细胞的小分子RNA： sn

7、RNA 原核细胞的小分子RNA： 反义RNA,2.5 核酸的理化性质及其应用,2.5 .1 核酸的一般理化性质 2.5 .2 DNA的变性与复性 2.5 .3 DNA复性动力学 2.5 .4 核酸的杂交及其应用,2.5.1 核酸的一般理化性质,物理性质： 酸性 稳定性 紫外吸收 溶解度 分子大小、形状和粘度 沉降特性,核酸的水解： 酸水解 碱水解,2.5.2 DNA的变性与复性, DNA的变性 定义：DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程称为变性。 增色效应(Hyperchromatic effect) 在变性过程中，260nm紫外线吸收值缓慢上升，称为增色效应。,DNA的熔解温度(me

8、lt temprature,Tm),定义：增色效应达到一半时的温度或DNA双螺旋结构失去一半时的温度称为。, DNA的复性 定义：变性DNA在适当的条件下又可使两条彼此分开的链重新缔合成双螺旋，这个过程叫。,DNA复性的影响因素： 温度和时间 DNA浓度 DNA序列的复杂性,序列复杂性(sequence complexity) 最长的没有重复序列的核苷酸对的数值。,例（AT）80 其总长为160bp，但不重复的碱基：AT 所以 序列复杂性 x= 2 (bp) 而（ATCG）40 序列复杂性 x=4(bp) 若一个DNA分子长度为106bp，完全不含重复顺序， 则 x=106(bp),2.5.3

9、 DNA复性动力学,复性过程：成核作用拉链作用 当两条单链DNA接触时，如果某个区段可以互补配对，就先形成一个双链核心区，然后扩展其互补配对区段而复性形成双链。,复性的必要条件：足够的盐浓度; 温度适中（低于Tm20-25）,这里，C是在t时单链DNA的浓度，k是二级反应常数。 上述公式可以重排为: -dC/C =kdt 对上式积分整理得: C/C0 = 1/(1+kC0t),C0t曲线：在一个特定的实验中，C0是已知的，C是可以测定的，如C/C0对C0t作图可以得到下图的曲线，称为C0t曲线。,2,当C/C0=0.5 即复性反应完成一半时的C0t 值定义为 C0t1/2 。此时, C0t1/

10、2 = 1/K 在非标准条件下，通常用大肠杆菌DNA作为标准测定未知DNA的复杂度: C0t (未知DNA) 复杂度(未知DNA) C0t (大肠杆菌DNA) 4.2 x106bp,复性动力学研究表明: 原核生物基因组的C0t曲线是单一的S形曲线; 真核生物基因组的C0t曲线是多S形曲线，由若干个（一般23个）S形加合成的曲线。,2.5.4 核酸的杂交及其应用,定义：在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂合双链(heteroduplex)。这种现象称为核酸分子杂交。,这种杂合双链可以在不同的DNA与DNA之间形成,也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成。,核酸分子杂交类型,Southern印迹法(Southern blotting) Northern印迹法(Northern bl