B遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

1、B型DNA僅僅是眾多DNA雙螺旋構(gòu)象中的一種。在外界條件的改變下，雙螺旋的構(gòu)象也會(huì)改變。1模型中的堿基配對(duì)有何重要性？A-T,G-C配對(duì)可形成很好的線性氫鍵；A-T對(duì)和G-C對(duì)的幾何形狀一樣，使雙鏈距離相近，使雙螺旋保持均一；堿基對(duì)處在同一平面內(nèi)。不論核苷酸的順序如何，都不影響雙螺旋的結(jié)構(gòu)；為DNA半保留復(fù)制奠定了基礎(chǔ)。 2螺旋槳效應(yīng)3 第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 一DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素 (1)堿基對(duì)之間的氫鍵。 (2)堿基的堆集力。 它包括： 疏水作用； 范德華力； 磷酸基的負(fù)電荷斥力；4堿基配對(duì)及氫鍵形成5腺苷(AR) 脫氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷鍵 1,N1-糖苷鍵11N9N1C2

2、C46二. 雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)象變異DNA的構(gòu)象現(xiàn)已知有A，B，C，D，E，T，Z 7種。 引起DNA雙鏈構(gòu)象改變有以下因素：（1）核苷酸順序；（2）堿基組成；（3）鹽的種類；（4）相對(duì)濕度。7Z-DNA的發(fā)現(xiàn)：1972年 Pohl et al 發(fā)現(xiàn) poly(dG-dC)在高鹽下旋光性發(fā)生改變；1979年 Wang A.H-J(王惠君), A.Rich對(duì) d(CGCGCG)單晶作X衍射分析提出ZDNA模型8三 左旋DNA（一）Z-DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）糖磷骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。（2）左旋。 (3) G的糖苷鍵呈順式(Syn) ，使G殘基位 于分子表面。（4）分子外形呈波形。 (

3、5) 大溝消失，小溝窄而深。 (6) 每個(gè)螺旋有12bp。9目前已知DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)可分為A、B、C、D及Z型等數(shù)種，除Z型為左手雙螺旋外，其余均為右手雙螺旋。 Z-DNA B-DNA 10 生化專業(yè)術(shù)語(yǔ)委員會(huì) 建議用俯視圖(N9C1)=090 時(shí)為順式(syn)=18090 時(shí)為反式(anti)嘌呤核苷的扭轉(zhuǎn)角為X(C4,N9，C1,0)；嘧啶核苷的扭轉(zhuǎn)角為X(C2,N1，C1,0)。 習(xí)慣用法是：X= 60 0 120 為順式； X=120 180 60 為反式；-60 -60 0 900120-9018090120180-90嘌呤 C4嘧啶C2順式反式11核苷的順反構(gòu)象1213ZDNA存

4、在的條件： (1) 高鹽：NaCl2Mol/L, MgCl20.7 Mol/L (2) Pu,Py相間排列：（3）在活細(xì)胞中如果m5C,則無需嘌呤-嘧啶相間排列，在生理鹽水的濃度下可產(chǎn)生Z型。 (4) 在體內(nèi)多胺化合物，如精胺和亞胺及亞精胺和陽(yáng)離子一樣，可和磷酸基因結(jié)合，使B-DNA轉(zhuǎn)變成 Z-DNA。 (5)某些蛋白質(zhì)如Z-DNA結(jié)合蛋白帶有正電荷，可使DNA周圍形成局部的高鹽濃度和微環(huán)境。 (6)負(fù)超螺旋的存在14(三)生物學(xué)意義(1) 可能提供某些調(diào)節(jié)蛋白的識(shí)別。嚙齒 類動(dòng)物病毒的復(fù)制起始部位有d（GC）有交替順序的存在；(2)在SV40的增強(qiáng)子中有三段8bp的Z-DNA存在。(3)原生

5、動(dòng)物纖毛蟲，它有大、小兩個(gè)核，大核有轉(zhuǎn)錄活性，小核和繁殖有關(guān)。Z-DNA抗體以螢光標(biāo)記后，顯示僅和大核DNA結(jié)合，而不和小核的DNA結(jié)合，說明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和轉(zhuǎn)錄有關(guān)。15四、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)所謂DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)，是指在一二結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的多聚核苷酸鏈上的卷曲。在一定意義上，是指雙螺旋基礎(chǔ)上的卷曲三級(jí)結(jié)構(gòu)包括鏈的扭結(jié)和超螺旋或者是單鏈形成的環(huán)或是環(huán)狀DNA中的連環(huán)體16 超螺旋（Supercoied） 松馳型DNA （relax form）。超螺旋（Supercoied） DNA， 負(fù)超螺旋 正超螺旋 檢測(cè)DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的方法： 密度梯度離心 凝膠電泳 電鏡觀察17（一）DNA

6、的超螺旋結(jié)構(gòu)18原核生物DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)：絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進(jìn)一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋三級(jí)結(jié)構(gòu)。 19超螺旋的定量描敘White方程： L=T+WL（Linking nnmber）：鏈環(huán)數(shù)或稱拓?fù)洵h(huán)繞數(shù)，指cccDNA中一條鏈繞另一條鏈的總次數(shù)。其特點(diǎn)是(1) L是整數(shù)；(2) 在 cccDNA中任何拓?fù)鋵W(xué)狀態(tài)中其值 保持不變；(3) 右手螺旋對(duì)L取正值。20W（Writhing number）：扭曲數(shù)，即超數(shù)旋數(shù)。其特點(diǎn)是：(1)可以是非整數(shù)；(2)是變量；(3)右手螺旋時(shí)，W取負(fù)值。21T（Twisting number）：纏繞數(shù)，即雙螺旋的圈數(shù)。

7、其特點(diǎn)是： (1) 可以是非整數(shù)； (2) 是變量； (3) 右手螺旋時(shí)T為正值。超螺旋的量度可以用超螺旋密度來表示： =（L-T）/T 在天然DNA中， 約為-0.0522（二）三鏈和四鏈DNA這些DNA分子的結(jié)構(gòu)單元分別是三堿基體和四堿基體；這些堿基體通過Watson-Crick氫鍵配對(duì)和Hoogsteen氫鍵配對(duì)相互作用而結(jié)合成共平面聚合體：Watson-Crick HoogsteenWatson-Crickreversed HoogsteenReversed Watson-Crick HoogsteenReversed Watson-Crick reversed Hoogsteen23

8、三鏈DNA基本結(jié)構(gòu)：Py-Pu-Py構(gòu)象(如T-A.T, C-G.C+)Pu-Pu-Py構(gòu)象(如A.A-T, G.G-C) 24H|DNA25262728鳥嘌呤四聚體29第四節(jié) DNA的變性與復(fù)性變性（denaturation）或解鏈（melting復(fù)性（renaturation）或退火（annealing）成核作用（nucleation）拉拉鏈作用（Zippering）DNA的復(fù)性對(duì)片段有兩個(gè)要求： (1) 互補(bǔ)順序的碰撞和排列； (2) 堿基的正確配對(duì)和氫鍵的形成。30下列因素可導(dǎo)致DNA變性：高溫、酸、堿、尿素、甲酰胺DNA變性后物理性質(zhì)發(fā)生的變化：（1）流體力學(xué)的性質(zhì)發(fā)生改變：粘度下

9、降，而沉降速度增加；（2）提高了對(duì)紫外線的吸收能力，此稱為 增色效應(yīng)（hyperchromic effect）。31雙鏈DNA的A260=1.00（濃度為50g/ml時(shí)，對(duì)波長(zhǎng)260nm紫外線的吸收能力）；單鏈DNA的A260=1.37；游離堿基或核苷酸的A260=1.60。解鏈溫度（melting temperature, Tm）或熔點(diǎn)，Tm是A260的升高達(dá)到極大值一半時(shí)的溫度。即是變性溫度范圍的中點(diǎn)。影響變性的因素： 外部條件如溫度和正離子的濃度。 濃度低于0.4mol/L，單價(jià)陽(yáng)離子增高10倍， T m增加16.632 內(nèi)部條件 GC含量及分子類型 當(dāng)GC的含量上升1%，則Tm上升0.

10、4 馬默多蒂（Marmur-Doty）關(guān)系式： Tm = 69.3+0.41(G +C)%， 或 GC%=（Tm-69.3）2.4433復(fù)性動(dòng)力學(xué)公式 C 1 1 C0 2 1+KC0t1/2 根據(jù)復(fù)性動(dòng)力學(xué)公式我們可以知到些什么？復(fù)性進(jìn)行一半時(shí) = = 34(1) 單鏈濃度隨著時(shí)間的增大而減??；(2）反應(yīng)速率取決于初始的單鏈濃度Co；(3) 以反應(yīng)濃度和COt1/2為座標(biāo)可繪復(fù)性曲線；(4) 通過COt1/2值可測(cè)原核生物基因組的大?。?已知大腸桿菌的基因組為4.2x106bp, COt1/2 = 9M.Sec COt1/2 （任何基因組DNA）/9M.sec = 任何基因組大小/4.2X1

11、06bp(5)原核生物基因組大小不同，復(fù)性曲線也不同；(6) 可用以區(qū)分真核生物和原核生物基因組。35363738 單一順序和重復(fù)順序 復(fù)性動(dòng)力學(xué)曲線的區(qū)別真核生物的DNA有重復(fù)順序，而原核 生物多為單一順序。(1) 單一順序的復(fù)性曲線常只有一個(gè)拐點(diǎn)， 而重復(fù)順序常有多個(gè)拐點(diǎn)。(2) COt 比值變化范圍。 原核生物的COt比值為100, 真核生物的COt比值大于10039404142 影響復(fù)性反應(yīng)的因素(1) DNA片段的大??；(2) DNA的濃度；(3) DNA復(fù)雜性;(4) 溫度。 最佳復(fù)性溫度一般比Tm低25C。(5) 鹽的濃度： 復(fù)性時(shí)要求鹽的濃度達(dá)到足夠高;為什么？43在復(fù)性反應(yīng)中如何知道單鏈已經(jīng)結(jié)合成雙鏈了呢？可以通過哪些法來檢測(cè)？(1) 減色效應(yīng)（hpochromic effcef） 測(cè)定光密度，即OD值（optical density），DNA從單鏈變成雙鏈，OD260減少30%(2) 羥基磷灰石柱層析 羥基磷灰石對(duì)雙鏈DNA吸附較牢，不易 吸附單鏈44 第五節(jié) 分子雜交 分子雜交（molecular hybridization）共同特點(diǎn)是： (1)都是應(yīng)用復(fù)性動(dòng)力學(xué)原理； (2)都必須有探針（probe）的存在。探針就是用同位素或非同位素如熒光染料，生物素等標(biāo)記的短片段特異DNA或RNA順序。45 常用的分子雜交方法一. 原位分子雜交（in si