DNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制

1、DNADNA的結(jié)構(gòu)與復(fù)制的結(jié)構(gòu)與復(fù)制制作人：李靜制作人：李靜學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：2012110205作物栽培學(xué)與耕作學(xué)作物栽培學(xué)與耕作學(xué)DNADNA的復(fù)制的復(fù)制DNADNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)DNADNA的應(yīng)用的應(yīng)用DNADNA的作用的作用DNADNA的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)與復(fù)制的結(jié)構(gòu)與復(fù)制DNA的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)v核酸名詞的定義v核酸結(jié)構(gòu)的初形成 組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸的全部發(fā)現(xiàn)v假設(shè) 核蛋白起遺傳作用v高溫實(shí)驗(yàn)v轉(zhuǎn)化因子vDNA(1944年美國(guó)細(xì)菌學(xué)家艾佛里)v蛋白質(zhì)是由DNA的指令合成的v核酸結(jié)構(gòu)形成（1953年沃森、克里克建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型）的作用的作用高等動(dòng)物、植物到簡(jiǎn)單的病毒高等動(dòng)物、植物到簡(jiǎn)單的

2、病毒中都含有核酸中都含有核酸它是生物體的基本組成物質(zhì)，是遺傳它是生物體的基本組成物質(zhì)，是遺傳信息的攜帶者，在生物的個(gè)體生長(zhǎng)、信息的攜帶者，在生物的個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和變異等生命過(guò)程中起著發(fā)育、繁殖和變異等生命過(guò)程中起著極為重要的作用。極為重要的作用。Company Logo的應(yīng)用的應(yīng)用 DNADNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) DNADNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)一一級(jí)級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)在真核在真核 生物的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，常見(jiàn)到一些重復(fù)序列，按其復(fù)性快慢生物的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，常見(jiàn)到一些重復(fù)序列，按其復(fù)性快慢分為三類(lèi)分為三類(lèi)重復(fù)頻率高（幾萬(wàn)重復(fù)頻率高（幾萬(wàn)幾百萬(wàn)次）幾百萬(wàn)次）重復(fù)序列長(zhǎng)度（較短，

3、重復(fù)序列長(zhǎng)度（較短，5300bp，多數(shù)，多數(shù)515bp）高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列 DNADNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)其中有些是反向重復(fù)序列，也稱(chēng)其中有些是反向重復(fù)序列，也稱(chēng)回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu) （回文結(jié)構(gòu)：該片段的堿基序列在互補(bǔ)鏈之間正讀反讀都相同）（回文結(jié)構(gòu)：該片段的堿基序列在互補(bǔ)鏈之間正讀反讀都相同）還有些反向重復(fù)序列中間被一些不相關(guān)的序列隔開(kāi)。反向重復(fù)序列還有些反向重復(fù)序列中間被一些不相關(guān)的序列隔開(kāi)。反向重復(fù)序列能形成能形成十字架（交叉）十字架（交叉）和和發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)十字架結(jié)構(gòu)（具有回文結(jié)構(gòu)的DNA由于同一條鏈內(nèi)有互補(bǔ)順序，因而在單鏈DNA或RNA中能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，在雙鏈DNA內(nèi)能形成十字

4、架結(jié)構(gòu)） DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)在高度重復(fù)序列中還有一些簡(jiǎn)單的重復(fù)單位組成的重復(fù)序列在高度重復(fù)序列中還有一些簡(jiǎn)單的重復(fù)單位組成的重復(fù)序列衛(wèi)星衛(wèi)星DNA（210bp組成，成串排列；堿基組成可用等密度梯度離心法將其與主DNA分開(kāi)）重復(fù)頻率、重復(fù)序列長(zhǎng)度小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA小結(jié)：相似種屬的高度重復(fù)序列存在相似性，不同種屬具小結(jié)：相似種屬的高度重復(fù)序列存在相似性，不同種屬具有種屬特異性。高度重復(fù)序列可能參與有種屬特異性。高度重復(fù)序列可能參與DNA復(fù)制及基因復(fù)制及基因表達(dá)調(diào)控，小衛(wèi)星表達(dá)調(diào)控，小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星和微衛(wèi)星DNA常作為一種分子遺常作為一種分子遺傳標(biāo)記傳標(biāo)記 DNA

5、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)重復(fù)頻率和重復(fù)序列長(zhǎng)度有很大范圍重復(fù)頻率和重復(fù)序列長(zhǎng)度有很大范圍（平均長(zhǎng)度（平均長(zhǎng)度6 105，平均重復(fù)，平均重復(fù)350次）次）成串地排列在成串地排列在DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的一個(gè)大的區(qū)域一級(jí)結(jié)構(gòu)的一個(gè)大的區(qū)域，有些與單拷貝序列間隔排列，有些可編碼蛋，有些與單拷貝序列間隔排列，有些可編碼蛋白質(zhì)白質(zhì)中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列小結(jié)：中度重復(fù)序列一般有種的特異性，可以作為探針，小結(jié)：中度重復(fù)序列一般有種的特異性，可以作為探針，區(qū)分不同種間細(xì)胞區(qū)分不同種間細(xì)胞 DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)又稱(chēng)單拷貝序列即序列不重復(fù)或只重復(fù)幾次、又稱(chēng)單拷貝序列即序列不重復(fù)或只重復(fù)幾次、十幾次十幾次重

6、復(fù)序列長(zhǎng)度大于重復(fù)序列長(zhǎng)度大于低度重復(fù)序列低度重復(fù)序列小結(jié)：此序列攜帶大量能編碼蛋白質(zhì)的遺傳信息，也有些小結(jié)：此序列攜帶大量能編碼蛋白質(zhì)的遺傳信息，也有些是基因間隔序列是基因間隔序列 DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)總結(jié)：總結(jié)：的一級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是分子內(nèi)堿基的排列順的一級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是分子內(nèi)堿基的排列順序。這些高度有序的堿基序列蘊(yùn)藏了豐富的遺傳信息。任何一種序。這些高度有序的堿基序列蘊(yùn)藏了豐富的遺傳信息。任何一種序列都可以反映出它的高度個(gè)體性或種族特異性。序列都可以反映出它的高度個(gè)體性或種族特異性。一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)決定決定、影響 DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)核酸中由部分或所

7、有核苷酸殘基所形成的任何有規(guī)律的穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)核酸中由部分或所有核苷酸殘基所形成的任何有規(guī)律的穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)小溝大溝B-B-模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏繞，形成右手雙螺旋繞，形成右手雙螺旋 磷酸與脫氧核糖在雙螺旋外側(cè)，彼此通過(guò)磷酸與脫氧核糖在雙螺旋外側(cè)，彼此通過(guò)3 3、5 5- -磷酸二酯鍵相連接，構(gòu)成磷酸二酯鍵相連接，構(gòu)成DNADNA分子的分子的骨架。骨架。堿基伸向內(nèi)部，其平面與螺旋軸垂直堿基伸向內(nèi)部，其平面與螺旋軸垂直兩條兩條脫氧脫氧核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鏈結(jié)核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鏈結(jié)合在一起，且總是與

8、，與配對(duì)。合在一起，且總是與，與配對(duì)。雙螺旋平均直徑雙螺旋平均直徑2 2nmnm，每個(gè)螺旋圈上升，每個(gè)螺旋圈上升1010對(duì)核對(duì)核苷酸，螺距苷酸，螺距0.340.34nmnm沿螺旋中心軸方向看去，雙螺旋結(jié)構(gòu)上有兩沿螺旋中心軸方向看去，雙螺旋結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)凹槽，一個(gè)較寬深，稱(chēng)大溝，另一個(gè)較淺小，個(gè)凹槽，一個(gè)較寬深，稱(chēng)大溝，另一個(gè)較淺小，稱(chēng)小溝稱(chēng)小溝大溝：寬大溝：寬1.21.2nm nm ，深深0.850.85nmnm 小溝小溝 ：寬：寬0.60.6nmnm，深深0.750.75nmnmDNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)1氫鍵作用氫鍵作用2堿基堆積力堿基堆積力3電荷間的排斥電荷間的排斥作用作用雙螺旋結(jié)構(gòu)

9、比較穩(wěn)定，維持其穩(wěn)定的作用力有雙螺旋結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，維持其穩(wěn)定的作用力有三個(gè)力共同作用維持其穩(wěn)定性三個(gè)力共同作用維持其穩(wěn)定性DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)目前認(rèn)為目前認(rèn)為DNA是遺傳信息的載體，核苷酸序列不僅編碼蛋白質(zhì)，而是遺傳信息的載體，核苷酸序列不僅編碼蛋白質(zhì)，而且也與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)，這主要是通過(guò)其與一些蛋白質(zhì)因子間且也與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)，這主要是通過(guò)其與一些蛋白質(zhì)因子間的相互識(shí)別和結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這一過(guò)程的部位主要是大溝，它較之的相互識(shí)別和結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這一過(guò)程的部位主要是大溝，它較之小溝能夠攜帶更多的形成氫鍵的信息。小溝能夠攜帶更多的形成氫鍵的信息。圓圈代表螺旋的截面，大于180度

10、的一側(cè)表示大溝，另一側(cè)為小溝DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)除除B-DNAB-DNA外，人們還發(fā)現(xiàn)到了其他的、結(jié)構(gòu)參數(shù)有一定差異的雙螺旋外，人們還發(fā)現(xiàn)到了其他的、結(jié)構(gòu)參數(shù)有一定差異的雙螺旋DNADNA，如，如A-DNAA-DNA、Z-Z-DNADNA等。這一現(xiàn)象稱(chēng)為等。這一現(xiàn)象稱(chēng)為DNADNA結(jié)構(gòu)的多態(tài)性。結(jié)構(gòu)的多態(tài)性。 當(dāng)當(dāng)DNADNA鈉鹽纖維在相對(duì)濕度為鈉鹽纖維在相對(duì)濕度為92%92%時(shí)，所處的狀態(tài)為時(shí)，所處的狀態(tài)為B-DNAB-DNA 當(dāng)當(dāng)DNADNA鈉鹽纖維在相對(duì)濕度為鈉鹽纖維在相對(duì)濕度為75%75%時(shí)，所處的狀態(tài)為時(shí)，所處的狀態(tài)為A-DNAA-DNA19791979年年RichRic

11、h等通過(guò)對(duì)人工合成的脫氧六核苷酸等通過(guò)對(duì)人工合成的脫氧六核苷酸dCGCGCGdCGCGCG的的X X射線晶體衍射分析中，發(fā)現(xiàn)兩射線晶體衍射分析中，發(fā)現(xiàn)兩分子的上述片段以左手雙螺旋結(jié)構(gòu)形成存在于晶體中，其中碳與磷原子相連成鋸齒形分子的上述片段以左手雙螺旋結(jié)構(gòu)形成存在于晶體中，其中碳與磷原子相連成鋸齒形（zig-zagzig-zag）, ,因此被命名為因此被命名為Z-DNAZ-DNA。DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)A-DNAZ-DNADNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)在正常的在正常的DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上還可形成三股螺旋。我們稱(chēng)為雙螺旋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上還可形成三股螺旋。我們稱(chēng)為三鏈三鏈DNADNA

12、。依據(jù)三螺旋的形成機(jī)理和生物學(xué)意義，可分為三類(lèi)：。依據(jù)三螺旋的形成機(jī)理和生物學(xué)意義，可分為三類(lèi)：1 1、分子間的三螺旋、分子間的三螺旋2 2、分子內(nèi)的三螺旋、分子內(nèi)的三螺旋3 3、平行的三螺旋、平行的三螺旋4 4、四鏈、四鏈DNADNADNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)R-DNA堿基配對(duì)方式是第三個(gè)堿基以A=T，G=C+配對(duì)，有時(shí)也有G=G,A=A配對(duì)，常見(jiàn)配對(duì)方式如下：DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)染色體的端粒DNA上常有T4和G4重復(fù)序列。體外研究表明，含有端粒重復(fù)序列的單鏈寡核苷酸可以形成四聯(lián)體螺旋結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)由鳥(niǎo)嘌呤之間的氫鍵維系，故又稱(chēng)為G四聯(lián)體螺旋，其結(jié)構(gòu)的基本單位是G四聯(lián)體D

13、NADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)條件不同，個(gè)不同機(jī)構(gòu)之間還會(huì)相互轉(zhuǎn)變?cè)斐上鄳?yīng)的功能發(fā)生變化，不條件不同，個(gè)不同機(jī)構(gòu)之間還會(huì)相互轉(zhuǎn)變?cè)斐上鄳?yīng)的功能發(fā)生變化，不同同DNA結(jié)構(gòu)形式相互轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象稱(chēng)結(jié)構(gòu)形式相互轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象稱(chēng)DNA動(dòng)態(tài)性動(dòng)態(tài)性 如實(shí)驗(yàn)證明，水合的如實(shí)驗(yàn)證明，水合的B-DNA在脫水時(shí)，或由于加入乙醇或鹽而使水的活在脫水時(shí)，或由于加入乙醇或鹽而使水的活性降低時(shí)即轉(zhuǎn)變?yōu)樾越档蜁r(shí)即轉(zhuǎn)變?yōu)锳型。型。 雙鏈雙鏈DNA中配對(duì)堿基的氫鍵不斷處于斷裂和再生狀態(tài)之中，特別是中配對(duì)堿基的氫鍵不斷處于斷裂和再生狀態(tài)之中，特別是A-T區(qū)區(qū)段，在微觀上，它們常常發(fā)生瞬間的單鏈泡狀結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為雙螺旋族的呼吸作段，在微觀上

14、，它們常常發(fā)生瞬間的單鏈泡狀結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為雙螺旋族的呼吸作用。這對(duì)于一些識(shí)別雙鏈用。這對(duì)于一些識(shí)別雙鏈DNA開(kāi)鏈成單鏈的蛋白質(zhì)結(jié)合到開(kāi)鏈成單鏈的蛋白質(zhì)結(jié)合到DNA上個(gè)具有重要作上個(gè)具有重要作用。這些蛋白質(zhì)需要處于呼吸狀態(tài)的雙鏈來(lái)閱讀額識(shí)別內(nèi)部所含用。這些蛋白質(zhì)需要處于呼吸狀態(tài)的雙鏈來(lái)閱讀額識(shí)別內(nèi)部所含信息。信息。世紀(jì)年代末，人們對(duì)化學(xué)合成的具有確定序列的片段晶世紀(jì)年代末，人們對(duì)化學(xué)合成的具有確定序列的片段晶體進(jìn)行射線衍射分析發(fā)現(xiàn)雙螺旋實(shí)際上不是完全均勻的，他的許多結(jié)體進(jìn)行射線衍射分析發(fā)現(xiàn)雙螺旋實(shí)際上不是完全均勻的，他的許多結(jié)構(gòu)參數(shù)在一定范圍內(nèi)是隨堿基序列的不同而有所變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為構(gòu)參數(shù)在一定范

15、圍內(nèi)是隨堿基序列的不同而有所變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為的局部構(gòu)想，這些變化就形成了的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這些精細(xì)結(jié)構(gòu)正是相應(yīng)的局部構(gòu)想，這些變化就形成了的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這些精細(xì)結(jié)構(gòu)正是相應(yīng)蛋白因子與靶位點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)一性識(shí)別和結(jié)合從而發(fā)揮功能的標(biāo)志。蛋白因子與靶位點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)一性識(shí)別和結(jié)合從而發(fā)揮功能的標(biāo)志。Company Logo的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)）定義：指）定義：指DNADNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤(pán)繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤(pán)繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。是一種比雙螺旋更高層次的空間構(gòu)象。是一種比雙螺旋更高層次的空間構(gòu)象。2 2）主要形式：超螺旋結(jié)構(gòu)（正超螺旋和負(fù)超螺旋）主要形式：超螺旋結(jié)構(gòu)（正超螺旋和負(fù)超螺旋）的

16、三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)線形形成超螺旋環(huán)狀形成超螺旋的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)拓?fù)洚悩?gòu)酶or溴化乙錠拓?fù)洚悩?gòu)酶or溴化乙錠DNA扭曲與雙螺旋相同（擰緊）DNA扭曲與雙螺旋相反（松開(kāi)）負(fù)超螺旋松弛DNA正超螺旋在細(xì)胞內(nèi)存在一類(lèi)能催化拓?fù)洚悩?gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶在細(xì)胞內(nèi)存在一類(lèi)能催化拓?fù)洚悩?gòu)體相互轉(zhuǎn)化的酶拓?fù)洚悩?gòu)酶，它們能拓?fù)洚悩?gòu)酶，它們能與形成共價(jià)鍵結(jié)合的蛋白質(zhì)與形成共價(jià)鍵結(jié)合的蛋白質(zhì)中間體，從而在其骨架的磷酸二酯鍵處造成中間體，從而在其骨架的磷酸二酯鍵處造成暫時(shí)性的裂口，是的多核苷酸得以穿越，改變分子的拓?fù)錉顟B(tài)。在這一過(guò)程中暫時(shí)性的裂口，是的多核苷酸得以穿越，改變分子的拓?fù)錉顟B(tài)。在這一過(guò)程中的連接數(shù)雖然改變了，

17、但其核苷酸序列并無(wú)任何變化。因而的考慮分子結(jié)構(gòu)的連接數(shù)雖然改變了，但其核苷酸序列并無(wú)任何變化。因而的考慮分子結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性時(shí)因?qū)⑵淇紤]在內(nèi)，以作進(jìn)一步研究。的動(dòng)態(tài)性時(shí)因?qū)⑵淇紤]在內(nèi)，以作進(jìn)一步研究。的復(fù)制的復(fù)制目前有關(guān)目前有關(guān)DNA復(fù)制的知識(shí)大多來(lái)自原核細(xì)胞的復(fù)制的知識(shí)大多來(lái)自原核細(xì)胞的DNA 原核細(xì)胞的染色體數(shù)目或染色體DNA都比真核細(xì)胞小，是研究DNA復(fù)制復(fù)制的良好實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并且DNA比原核細(xì)胞還小的噬菌體對(duì)原核細(xì)胞的感染又為DNA復(fù)制的研究工作提供了很好的研究途徑，但近來(lái)，較多地集中于真核細(xì)胞DNA復(fù)制的研究。關(guān)于關(guān)于DNADNA復(fù)制機(jī)理的假說(shuō)有以下三種：復(fù)制機(jī)理的假說(shuō)有以下三種： 1、半保留復(fù)制假說(shuō)（新老搭配，由1條母代DNA鏈和1條子代DNA鏈配對(duì)產(chǎn)生子代雙螺旋） 2、全保留復(fù)制假說(shuō)（兩條新合成的鏈和兩條原來(lái)的復(fù)制模板鏈，是分別相結(jié)合恢復(fù)原來(lái)的雙螺旋） 3、彌散式復(fù)制假說(shuō)（母代鏈被分成許多片段散布于子代中）的復(fù)制的復(fù)制保留復(fù)制全保留復(fù)制彌散復(fù)制的復(fù)制的復(fù)制究竟如何復(fù)制，帶著這樣的疑問(wèn)年設(shè)計(jì)了精巧的實(shí)驗(yàn)證實(shí)復(fù)制為半保留復(fù)制的復(fù)制的復(fù)制復(fù)制時(shí)，在親代雙鏈分子一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)打開(kāi)，隨之以?xún)晒涉湠槟０鍙?fù)制生成兩個(gè)子代雙鏈分子。開(kāi)始時(shí)，復(fù)制起點(diǎn)呈現(xiàn)一叉形或形稱(chēng)之為復(fù)制叉，復(fù)制進(jìn)行中，復(fù)制叉向前移動(dòng)。的復(fù)制的復(fù)制的半不連續(xù)復(fù)制雙