B遺傳物質的結構和性質

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

2、C46二. 雙螺旋結構的構象變異DNA的構象現已知有A，B，C，D，E，T，Z 7種。 引起DNA雙鏈構象改變有以下因素：（1）核苷酸順序；（2）堿基組成；（3）鹽的種類；（4）相對濕度。7Z-DNA的發(fā)現：1972年 Pohl et al 發(fā)現 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 d(CGCGCG)單晶作X衍射分析提出ZDNA模型8三 左旋DNA（一）Z-DNA的結構特點：（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) 每個螺旋有12bp。9目前已知DNA雙螺旋結構可分為A、B、C、D及Z型等數種，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)術語委員會 建議用俯視圖(N9C1)=090 時為順式(syn)=18090 時為反式(anti)嘌呤核苷的扭轉角為X(C4,N9，C1,0)；嘧啶核苷的扭轉角為X(C2,N1，C1,0)。 習慣用法是：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生Z型。 (4) 在體內多胺化合物，如精胺和亞胺及亞精胺和陽離子一樣，可和磷酸基因結合，使B-DNA轉變成 Z-DNA。 (5)某些蛋白質如Z-DNA結合蛋白帶有正電荷，可使DNA周圍形成局部的高鹽濃度和微環(huán)境。 (6)負超螺旋的存在14(三)生物學意義(1) 可能提供某些調節(jié)蛋白的識別。嚙齒 類動物病毒的復制起始部位有d（GC）有交替順序的存在；(2)在SV40的增強子中有三段8bp的Z-DNA存在。(3)原生

5、動物纖毛蟲，它有大、小兩個核，大核有轉錄活性，小核和繁殖有關。Z-DNA抗體以螢光標記后，顯示僅和大核DNA結合，而不和小核的DNA結合，說明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和轉錄有關。15四、DNA的三級結構所謂DNA的三級結構，是指在一二結構基礎上的多聚核苷酸鏈上的卷曲。在一定意義上，是指雙螺旋基礎上的卷曲三級結構包括鏈的扭結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， 負超螺旋 正超螺旋 檢測DNA三級結構的方法： 密度梯度離心 凝膠電泳 電鏡觀察17（一）DNA

6、的超螺旋結構18原核生物DNA的三級結構：絕大多數原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋三級結構。 19超螺旋的定量描敘White方程： L=T+WL（Linking nnmber）：鏈環(huán)數或稱拓撲環(huán)繞數，指cccDNA中一條鏈繞另一條鏈的總次數。其特點是(1) L是整數；(2) 在 cccDNA中任何拓撲學狀態(tài)中其值 保持不變；(3) 右手螺旋對L取正值。20W（Writhing number）：扭曲數，即超數旋數。其特點是：(1)可以是非整數；(2)是變量；(3)右手螺旋時，W取負值。21T（Twisting number）：纏繞數，即雙螺旋的圈數。

7、其特點是： (1) 可以是非整數； (2) 是變量； (3) 右手螺旋時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分子的結構單元分別是三堿基體和四堿基體；這些堿基體通過Watson-Crick氫鍵配對和Hoogsteen氫鍵配對相互作用而結合成共平面聚合體：Watson-Crick HoogsteenWatson-Crickreversed HoogsteenReversed Watson-Crick HoogsteenReversed Watson-Crick reversed Hoogsteen23

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

9、降，而沉降速度增加；（2）提高了對紫外線的吸收能力，此稱為 增色效應（hyperchromic effect）。31雙鏈DNA的A260=1.00（濃度為50g/ml時，對波長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，Tm是A260的升高達到極大值一半時的溫度。即是變性溫度范圍的中點。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，單價陽離子增高10倍， T m增加16.632 內部條件 GC含量及分子類型 當GC的含量上升1%，則Tm上升0.

10、4 馬默多蒂（Marmur-Doty）關系式： Tm = 69.3+0.41(G +C)%， 或 GC%=（Tm-69.3）2.4433復性動力學公式 C 1 1 C0 2 1+KC0t1/2 根據復性動力學公式我們可以知到些什么？復性進行一半時 = = 34(1) 單鏈濃度隨著時間的增大而減??；(2）反應速率取決于初始的單鏈濃度Co；(3) 以反應濃度和COt1/2為座標可繪復性曲線；(4) 通過COt1/2值可測原核生物基因組的大小； 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 單一順序和重復順序 復性動力學曲線的區(qū)別真核生物的DNA有重復順序，而原核 生物多為單一順序。(1) 單一順序的復性曲線常只有一個拐點， 而重復順序常有多個拐點。(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 影響復性反應的因素(1) DNA片段的大?。?2) DNA的濃度；(3) DNA復雜性;(4) 溫度。 最佳復性溫度一般比Tm低25C。(5) 鹽的濃度： 復性時要求鹽的濃度達到足夠高;為什么？43在復性反應中如何知道單鏈已經結合成雙鏈了呢？可以通過哪些法來檢測？(1) 減色效應（hpochromic effcef） 測定光密度，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）共同特點是： (1)都是應用復性動力學原理； (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