獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎課件

1、第三章 遺傳的物質基礎獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎1第三章 遺傳的物質基礎獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎1第一節(jié) 遺傳物質的本質一、DNA是遺傳物質（一）DNA是遺傳物質的證明1928年Griffith等進行的肺炎球菌轉化（transformation ）實驗.1944年Avery證明DNA是遺傳物質.獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎2第一節(jié) 遺傳物質的本質一、DNA是遺傳物質獸醫(yī)學畜牧學遺傳的獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎3獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎3（二）DNA攜帶兩類不同的遺傳信息1.負責基因結構的信息2.負責基因選擇性表達的信息獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎4（二）DNA攜帶兩類不同的遺傳信息獸醫(yī)學畜牧學

2、遺傳的物質基礎二、RNA也可作為遺傳物質（一）RNA病毒病毒顆粒（viron）：由病毒RNA基因組和包被在外的蛋白質外殼組成.病毒的生存方式：病毒編碼包裝基因組所需的蛋白，以及一些在感染循環(huán)中復制病毒所需的蛋白質。其他蛋白質由宿主提供。因此病毒不能獨立生存。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎5二、RNA也可作為遺傳物質獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎5（二）類病毒（viroid）類病毒: 是使高等植物產(chǎn)生疾病的有傳染性的因子，由很小的環(huán)狀RNA分子構成。與病毒不同，類病毒的RNA本身就是感染因子。類病毒只由RNA組成，其中廣泛存在不完全的堿基配對，形成一種特有的棒狀結構。類病毒的基因組不能編碼蛋白質。獸醫(yī)學

3、畜牧學遺傳的物質基礎6（二）類病毒（viroid）獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎6類病毒的復制：必須由宿主的酶來完成，其RNA作為模板。類病毒對宿主的影響：類病毒可通過復制占有宿主細胞中關鍵的酶，從而影響宿主細胞的正常功能；類病毒也能影響必需的RNA的產(chǎn)生而引發(fā)疾病；它們還可以作為一個不正常的調控分子，對個別基因的表達產(chǎn)生特殊的影響。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎7類病毒的復制：必須由宿主的酶來完成，其RNA作為模板。獸醫(yī)學三、是否存在核酸之外的遺傳物質？（一）朊病毒（prion）：是一個28KDa的疏水性糖蛋白，由細胞的核基因編碼，在正常動物的腦組織中有表達。（二）朊病毒的存在形式：朊病毒以感染性形

4、式（PrPSC)，和非感染性形式（PrPC）兩種形式存在。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎8三、是否存在核酸之外的遺傳物質？獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎8（三）兩種形式的朊病毒的異同： PrPC PrPSC功能 ： 不詳 導致退行性神經(jīng)疾病分 布： 正常腦 被感染腦抗蛋白酶性： 可被完全降解 只能被部分降解溶解性： 可溶 難溶 一級結構： 兩者相同二級結構： 40%-螺旋 20% -螺旋， 50%-折疊獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎9（三）兩種形式的朊病毒的異同： （四）朊病毒的感染方式PrPSC 作用需要PrPC 的參與PrPSC 蛋白的錯誤折疊形式可以催化天然PrPC分子從正常的可溶性的螺旋構象向不溶

5、性的-折疊構象轉化，最終導致了疾病和感染。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎10（四）朊病毒的感染方式獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎10（五）朊病毒的多株現(xiàn)象不同PrPSC株可使一種PrP結構轉化為不同的構型；而同一種PrPSC可以在具有不同PrP蛋白的多種生物中傳代，即使經(jīng)過多次傳代仍然保持自身的生物學特征。（六）朊病毒是遺傳物質嗎？多株現(xiàn)象難以解釋其感染方式能否被視為遺傳復制？獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎11（五）朊病毒的多株現(xiàn)象獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎11第二節(jié) DNA的一級結構一、DNA一級結構的組成 一級結構： 4種脫氧核苷酸的連接及其排列順序。(一）含氮堿基（nitrogenous bases

6、）胞嘧啶（cytosine, C）、胸腺嘧啶（thymine, T）、腺嘌呤（adenine, A）、鳥嘌呤（guanine, G）獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎12第二節(jié) DNA的一級結構一、DNA一級結構的組成胞嘧啶（cDNA中的常見堿基有：胞嘧啶（cytosine, C）、胸腺嘧啶（thymine, T）、腺嘌呤（adenine, A）和鳥嘌呤（guanine, G）獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎13DNA中的常見堿基有：獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎13(二）戊糖：核糖和脫氧核糖獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎14(二）戊糖：核糖和脫氧核糖獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎14（三）脫氧核糖核苷（nucleos

7、ide）由堿基和戊糖（D-脫氧核糖）縮合而成。有4種脫氧核糖核苷：胞嘧啶脫氧核糖核苷、胸腺嘧啶脫氧核糖核苷、腺嘌呤脫氧核糖核苷和鳥嘌呤脫氧核糖核苷。+H2OH獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎15（三）脫氧核糖核苷（nucleoside）+H2OH獸醫(yī)學（四）脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷和磷酸縮合形成的磷酸酯獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎16（四）脫氧核糖核苷酸獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎16（五）脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 脫氧核糖核苷酸以3，5磷酸二酯鍵聚合成為脫氧核糖核酸（DNA）鏈。鏈的一端的核苷酸有自由的5磷酸基團，稱5端；另一端核苷酸具有自由的3羥基，稱3

8、端。一個脫氧核苷酸的3端與下一個的5端通過磷酸二酯鍵連接。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎17（五）脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic aciDNA鏈的方向就是從5端到3端。DNA分子通常以線性或環(huán)狀的形式存在。大多數(shù)DNA由兩條互補的單鏈構成。少數(shù)生物的DNA，如某些噬菌體或病毒是以單鏈形式存在的。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎18獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎18二、序列測定方法（一）小片段重疊法（二）凝膠直讀法 1.酶法（1）加減法（Sanger,1975）（2）末端終止法(雙脫氧法/間接拷貝法)（Sanger,1977）2.化學法（Maxam/Gilbert,1977）適用于DNA短片段

9、的測定獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎19二、序列測定方法獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎19末端終止法的應用循環(huán)測序（cycle sequecing)實驗及原理 a.測序反應的設定體系中包括：DNA模板，TaqDNA聚合酶，寡核苷酸引物，4種dNTP和熒光ddNTP（4種熒光）等b.反應包括：DNA變性，引物與模板配對，DNA聚合酶使引物延伸（在引物3末端接上dNTP或ddNTP）；c.反應的終止20-30個循環(huán)后，新合成所有可能的DNA片段，每個片段的3末端都被接上ddNTP，延伸終止；d.反應產(chǎn)物電泳分離及檢測在聚丙烯凝膠中，不同大小的DNA片段在高壓電場作用下遷移，小分子遷移速度快，先被位于凝膠底

10、部的裝置檢測到。e.結果的處理及輸出根據(jù)被檢測到的DNA片段的順序及顏色，繪出DNA片段的電泳圖譜。DNA序列中的每個核苷酸由一系列按順序排列的彩色峰型顯示出來獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎20末端終止法的應用循環(huán)測序（cycle sequecing雙脫氧核苷三磷酸獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎21雙脫氧核苷三磷酸獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎21酶、4種dNTPddATP5 TACGATCGTA3 5 TACGA3 5 TA3 ddGTP5 TACGATCGTATG3 5 TACGATCG3 5 TACG3 5 TACGATCGTAT3 5 TACGATCGT3 5 TACGAT3 5 T3 5 TAC

11、GATC3 5 TAC3 ddTTPddCTPAGTCGTATGCTAGCAT3 ATGCTAGCATAC5 5 3 模板引物獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎22酶、4種dNTPddATP5 TACGAT 三、一級結構的重要性 攜帶遺傳信息決定DNA的二級結構決定DNA的空間結構獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎23獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎23第三節(jié) DNA的二級結構 一、DNA螺旋的幾種構象及其動態(tài)平衡（一）Watson Crick右手雙螺旋結構 （B-DNA構象） 相對濕度為92%時，DNA鈉鹽纖維為B-DNA構象。 在天然情況下， 絕大多數(shù)DNA以B構象存在。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎24第三節(jié) D

12、NA的二級結構 一、DNA螺旋的幾種構象及其a.反平行雙鏈右手螺旋b.糖Pi在螺旋線上c.堿基伸向內部其平面垂直于軸d.A=T、G=Ce.直徑=2nm，一圈上升10對核苷酸，螺距為3.4nmf.大溝（major groove）、小溝（minor groove）WatsonCrick雙螺旋結構模型特點：獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎25a.反平行雙鏈右手螺旋WatsonCrick雙螺旋結構模型（二）A-DNA構象為相對濕度改變（75%以下）或由鈉鹽變?yōu)殁淃}、銫鹽，DNA的結構可成為A構象。它是B-DNA螺旋擰得更緊的狀態(tài)。DNA-RNA雜交分子、RNA-RNA雙鏈分子均采取A構象。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的

13、物質基礎26（二）A-DNA構象獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎26（三）Z-DNA構象在一定的條件下（如高鹽濃度），DNA可能出現(xiàn)Z構象。Z-DNA是左手雙螺旋，磷酸核糖骨架呈Z字性走向。不存在大溝，小溝窄而深，并具有更多的負電荷密度。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎27（三）Z-DNA構象獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎27 A-型 B-型 Z-型獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎28 A-型 A-DNA、B-DNA和Z-DNA的一些結構特征 A-DNAB-DNAZ-DNA螺旋方向每圈螺旋的堿基數(shù)每一堿基對的上升距離螺距堿基對的傾斜度每一堿基對旋轉的角度螺旋直徑 大溝 小溝 右手性110.255 nm2.8 nm2

14、033 2.3 nm窄而極深極寬而淺右手性10.40.34 nm3.4 nm6 36 2.0 nm寬而深窄而深左手性120.37 nm4.5 nm7 -60 1.8 nm平展極窄而深獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎29A-DNA、B-DNA和Z-DNA的一些結構特征 A-DNAB-DNA是活性最高的DNA構象，B-DNA變成A-DNA后，仍有活性，但若局部變構為Z-DNA后，活性明顯降低。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎30B-DNA是活性最高的DNA構象，B-DNA變成A-DNA后 二、決定雙螺旋結構狀態(tài)的因素（一）氫鍵 1.堿基的氫供體 氨基、羥基 2.堿基的氫受體 酮基、亞氨基 3.G-C對及A-T

15、對 之間的氫鍵:（在一定范圍內DNA的穩(wěn)定性與G-C百分含量成正比）獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎31 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎31 （二）堿基堆積力1，堿基堆積力同一條鏈中的相鄰堿基之間的非特異性作用力2，堿基堆積力的來源疏水作用力累積的Van der Waal的作用力3，堿基堆積作用的證據(jù)單鏈多核苷酸傾向于堿基平行排列的規(guī)則螺線結構破壞疏水作用和雙鏈的氫鍵可降低DNA的穩(wěn)定性獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎32 （二）堿基堆積力獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎32Pu-PyPy-Pu堿基堆積形成積壓Pu的雙環(huán)結構，其長度接近或超過螺旋軸心每對Bp又以propeller twist 形式存在相臨兩個Bp間

16、的Pu發(fā)生過份的擠壓導致Bp的抵牾DNA分子的精細結構發(fā)生改變，產(chǎn)生構象的不安定狀態(tài)Pu的抵牾發(fā)生在小溝一側Pu的抵牾發(fā)生在大溝一側2倍抵牾力TA不穩(wěn)定GC穩(wěn)定獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎33Pu-PyPy-Pu堿基堆積形成積壓Pu的雙環(huán)結構，（三）帶電荷的磷酸基的靜電斥力磷酸集團的負電對DNA雙鏈的穩(wěn)定性起負作用。陽離子可對之產(chǎn)生屏蔽。DNA溶液的離子濃度越低，DNA越不穩(wěn)定。（四）堿基分子內能堿基內能越高，氫鍵和堿基堆積力越容易被破壞，DNA雙鏈越不穩(wěn)定獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎34（三）帶電荷的磷酸基的靜電斥力獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎34第四節(jié) DNA的三級結構 形成超螺旋的原因和條件：

17、原因：因某種原因引入了額外的螺旋。條件：a, DNA雙螺旋閉合或被蛋白結合，末端不能自由轉動； b, DNA雙鏈上無斷裂。一、超螺旋結構 DNA的三級結構是指DNA雙螺旋的進一步扭曲盤繞所形成的構象，主要表現(xiàn)為超螺旋結構。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎35第四節(jié) DNA的三級結構 形成超螺旋的松弛態(tài)（relaxed state）: DNA中心軸與平面平行即不扭曲的狀態(tài)。超螺旋：雙螺旋結構的DNA再次扭曲形成的螺旋結構。 a .右旋超螺旋負超螺旋（Negative supercoil） b.左旋超螺旋正超螺旋（positive supercoil）a.b.獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎36松弛態(tài)（rel

18、axed state）: DNA中心軸與平面平 環(huán)狀DNA分子的拓撲學性質 L=T+W W=L-T L：連環(huán)數(shù)（ Linking number）指一個封閉環(huán)狀DNA雙螺旋分子中的兩條鏈彼此盤繞的次數(shù)； T：雙螺旋中轉數(shù)（Twisting number，也叫螺圈數(shù)）是雙螺旋本身所有的性質。其數(shù)量等于堿基對總數(shù)除以每一圈的堿基對數(shù)（如：520010.4=500）； W：超螺旋數(shù)（Writhing number）。 DNA的拓撲異構體： 松弛型：W=0，L=T； 負超螺旋：LT 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎37 環(huán)狀DNA分子的拓撲學性質獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎 例：動物病毒SV40的DNA（環(huán)狀，

19、含5200bp）， 在無超螺旋時， L=500， T=500，W=0； 但實際上從細胞中分離出的SV40DNA含有25個負超螺旋，所以它的L=475，因此， L對一個DNA分子來講是一個拓撲學特性，在不發(fā)生鏈的斷裂時它是一個常數(shù)。（475=500-25）L=T+W W=L-T獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎38 例：動物病毒SV40的DNA（環(huán)狀，含5200b比連環(huán)差（Specific linking difference)（以 表示）用來表示超螺旋的程度；當初級螺旋數(shù)不變時， 代表超螺旋密度。公式： =（L-L0）/ L0（L0：表示松弛環(huán)型DNA的連環(huán)數(shù)）如一超螺旋DNA的L =23，L0 =2

20、5，則 =-0.08，大多數(shù)天然存在的DNA分子超螺旋密度在-0.03-0.09之間。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎39比連環(huán)差（Specific linking differen超螺旋結構存在的意義密度大，體積小，在細胞中所占體積較為經(jīng)濟；超螺旋結構能影響雙螺旋的解鏈程度，因而影響DNA分子與其它分子，如酶、蛋白質等分子的相互作用，參與DNA復制、重組、轉錄等重要功能。 DNA的拓撲異構體可用凝膠電泳分開。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎40超螺旋結構存在的意義獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎40影響DNA高級結構的酶 L值的改變需要至少一條DNA鏈斷裂一次。斷裂造成的DNA自由末段的一斷可繞著另一端旋轉，

21、隨后被重新連接，DNA拓撲異構酶通過催化此類反應將DNA從一種拓撲結構轉變成另一種。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎41影響DNA高級結構的酶獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎41l 拓撲異構酶 (topoisomerase I, II) 參與構型的改變功能比較拓撲酶功能比較Top I對負超螺旋處的單鏈DNA具有極強的親合力Top II消除負超螺旋 松弛B - DNA引入負超螺旋 緊縮B- DNA獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎42l 拓撲異構酶 功能比較拓撲酶功能比較Top ITop 1. I型DNA拓撲異構酶底物： DNA單鏈ATP： 不需 酶活性：DNA內切酶和連接酶活性代表： E.Coli的DNA拓撲異構

22、酶I： 可催化負超螺旋DNA轉化為 松弛環(huán)型。 鼠DNA拓撲異構酶I：對正、 負超螺旋有相同的松弛能力。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎431. I型DNA拓撲異構酶獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎43原理： E.coli拓撲異構酶識別部分解螺旋的DNA分子，與DNA單鏈部分結合后，切斷一條鏈，并以其酪氨酸殘基與DNA的5磷酸相連。磷酸二酯鍵從DNA轉移蛋白質上。酶將完整的DNA鏈拉過缺口后（ L =+1），重新連接原先單鏈上磷酸二酯鍵。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎44原理：獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎44上述過程除了改變DNA的超螺旋結構外，還可使單鏈環(huán)狀分子形成三葉結構，以及使兩個單鏈環(huán)狀分子成為環(huán)連體分

23、子。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎45上述過程除了改變DNA的超螺旋結構外，還可使單鏈環(huán)狀分子形成2. II型DNA拓撲異構酶底物 DNA雙鏈ATP 需要酶活性 DNA內切酶和連接酶活性代表 E.Coli旋轉酶（DNA拓撲異構酶II），可引入負超螺旋。無ATP時，此酶只能緩慢地松弛負超螺旋。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎462. II型DNA拓撲異構酶獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎46E.Coli的旋轉酶還具有形成和拆開雙鏈DNA環(huán)連體和成結分子的能力。 此類酶無堿基序列特異性。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎47E.Coli的旋轉酶還具有形成和拆開雙鏈DNA環(huán)連體和成結分3. DNA拓撲異構酶催化反應的實質：

24、其本質是先切斷DNA的磷酸二酯鍵，改變DNA的鏈環(huán)數(shù)后再連接，兼具DNA內切酶和DNA連接酶的功能。然而這些酶并不能連接事先已經(jīng)存在的斷裂DNA，即其斷裂及連接反應是相互偶聯(lián)的。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎483. DNA拓撲異構酶催化反應的實質：獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質二、生物體內的超螺旋1.環(huán)狀DNA的超螺旋 生物體如某些小病毒、細菌質粒、真核線粒體、葉綠體、噬菌體PM2、以及某些細菌的DNA為雙鏈環(huán)狀，在細胞內進一步扭曲形成超螺旋的三級結構。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎49二、生物體內的超螺旋1.環(huán)狀DNA的超螺旋 生物體如某些小2.染色體DNA的三級結構 為DNA雙螺旋盤繞在組蛋白上的超螺旋

25、結構。H1DNA繞聚合體1.75圈，左旋H2A、H2B、H3、H4各2分子組成聚合體H1結合在核小體間的DNA上組蛋白獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎502.染色體DNA的三級結構 為DNA雙螺旋盤繞在組三、三股螺旋DNA (Trible Helix DNA, T.S DNA) T.S DNA 的發(fā)現(xiàn)與證實 l 1953 年以前Pauling (Chemist) 提出 T.S DNA 存在的可能性 l 1953 年 Watson & Crick D.S DNA model 證明沿大溝存在多余的氫鍵給體與受體潛在的專一與DNA (蛋白質)結合的能力形成T.S DNA 可能性 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎

26、51三、三股螺旋DNA (Trible Helix DNA,l 1957年Davis , Felsenfeld , Rich 發(fā)現(xiàn) poly(U) + poly(U) + poly(A) T.S RNA T.S DNA的概念l 1966年Miller & Sobell 實現(xiàn) RNA + D.S DNA Trible polyNt as Repressor 關閉基因 但由于D.S DNA的提出而被忽視但因證明 LacI 產(chǎn)物為 Repressor 而被忽視獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎52l 1957年Davis , Felsenfeld 1975年 Perlgut 人工 合成T.S DNA并證明其

27、 Tm 值, 沉降系數(shù)(S) l 1987 年 Mirkin . S . M Nature 330 (495) 證明plasmid DNA 在 pH= 4.3的溶液中, 有T.S DNA的存在 1987年 Dervan . Moser Science 238 (645) 合成S.S DNA + D.S DNA T.S DNA 實現(xiàn)DNA的定點切割 研究X-ray photograph 核磁共振 結構功能 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎53 1975年 Perlgut l 1987 繼Davis（1957）后 30年 第一次證明T.S DNA 在生物體內的存在 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎54繼Dav

28、is（1957）后 30年獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎 T.S. DNA的類型 PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAA 1. D.S. DNA + D.S.DNA T.S. DNA + S.S. DNA獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎55 T.S. DNA的類型 PolyT/A TTTHomologous palindromic sequence in a D. S. DNANodule DNA or Hinged DNA三鏈螺旋雙鏈螺

29、旋Hinged DNAHinged DNA獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎56Homologous palindromic sequen l2. S. S. DNA + D. S. DNA T. S. DNA PU + PU/PY (偏堿性介質中穩(wěn)定) PY + PU/PY (偏酸性介質中穩(wěn)定) 常見類型 第三條鏈位于B-DNA的 Major groove中與D. S. DNA一起旋轉獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎57 l2. S. S. DNA + D. S. D T. S. DNA 的連接鍵 Watson bonding A T G C (D. S. DNA)H+Hoogsteen bondingG

30、 C+ (pH 小于7)第三鏈 質子化 第二鏈的pu 6,7與第三鏈的堿基形成 H 鍵 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎58 T. S. DNA 的連接鍵 Watson bondin三股螺旋DNA形成的條件及結構特點第三條單鏈DNA分子 位于B-DNA大溝內 與B-DNA以 Hoogsteen 鍵連接Trible helixMajor groove Py : Pu : Py3ed 在 Py / Pu : Py 結構中A T , G C+兩氫鍵配對C質子化鏡相結構必需條件獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎59三股螺旋DNA形成的條件及結構特點第三條單鏈DNA分子 與BT. S. DNA可能的功能 a) T.

31、S. DNA可阻止調節(jié)蛋白與 DNA結合, 關閉基因轉錄過程 b) T. S. DNA 與基因重組, 交換有關 加入第三條S. S. DNA 作為分子剪刀(molecular scissors), 定點切割DNA分子 d) 加入反義的第三條鏈(anti-sence polydNt) 終止基因的表達 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎60T. S. DNA可能的功能 a) T. S. DNA可阻四、四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA ) 發(fā)現(xiàn) 均有形成四股螺旋DNA的可能 5-TTAGGGTTAGGGTTAGGG-33-AATCCCAATCCC-5 染

32、色體端粒高度重復的 DNA序列 著絲點附近的高度重復序列 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎61四、四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Te結 構 特 點Linked by Hoogsteen Bonding7GGGG6767766獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎62結 構 特 點Linked by Hoogsteen Bon2 poly(T4G4) 2 poly(G4C4) 結 構 特 點獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎632 poly(T4G4) 53TTTGGGGGGGGGGGGGGGGGGTTTTTTGGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT真核生物染色體端粒DNA結構獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質

33、基礎6453TTTGGGGGGGGGGGGGGGGGGTTTTT可能的功能 A 穩(wěn)定真核生物染色體結構 B 保證DNA末端準確復制 C 與DNA分子的組裝有關 D 與染色體的meiosis & mitosis 有關 Hoogsteen Bonding 5-TTAGGGTTAGGGTTAGGGT 3-AATCCCAATCCC GGG TA獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎65可能的功能 A 穩(wěn)定真核生物染色體結構 B 保證DNA末 第五節(jié) DNA的變性、復性、雜交和Cot曲線 一、DNA的變性DNA變性（熔解）：DNA被加熱或某些試劑的作用下，配對堿基之間氫鍵和相鄰堿基之間的堆積力受到破壞，逐步變?yōu)榻?/p>

34、于無規(guī)則的線團構像的過程。（一）單、雙鏈DNA的紫外光吸收雙鏈DNA：A260=1.0時， 50g/ml 單鏈DNA：A260=1.0時， 33g/ml（單鏈RNA：A260=1.0時，40g/ml）獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎66 第五節(jié) DNA的變性、復性、雜交和Cot曲線 一、D D.S. DNAS.S. DNA ( 加溫, 極端pH, 尿素, 酰胺 ) 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎67 D.S. DNAS.S. DNA ( 加溫, （二）DNA的熔解曲線Tm值：緩慢而均勻地升高DNA溶液的溫度，當A260增加到最大增值的一半時的溫度，叫做DNA的熔解溫度（Melting temperatu

35、re）或熔點，用Tm表示。（一般在70-85）DNA變性不僅受外部各種因素的影響，而且取決于DNA分子本身的穩(wěn)定性，即Tm值直接與DNA的性質相關。溫度單鏈(%) 10050Tm溫度單鏈(%) 10050TmTmTmPoly A-T DNA poly G-C獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎68（二）DNA的熔解曲線溫度單鏈(%) 10050Tm溫度單1.1851.01.37OD= OD增加值的中點溫度(一般為85-95) Tm (melting temperature) = midpoint of the temperature range over which DNA is denatured 獸

36、醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎691.1851.01.37OD= OD增加值的中點溫度(一般不同DNA的Tm值對G-C含量作圖能得到一條直線，因此測定Tm值可以推算出DNA堿基分子組成。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎70不同DNA的Tm值對G-C含量作圖能得到一條直線，因此測定T（三） 影響 Tm值的因素 在 A, T, C, G 隨機分布的情況下 GC%含量相同的情況下GC%愈高 Tm值愈大 GC%愈低 Tm 值愈小 AT形成變性核心，變性加快，Tm 值小堿基排列對Tm值具有明顯影響（除變性核心外） （堿基堆積力的差異 ） 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎71（三） 影響 Tm值的因素 在 A, T, 大片

37、段D.S. DNA分子之間比較片段長短對Tm值的影響較小, 與組成和排列相關 小于100bp 的 D.S DNA分子比較片段愈短， 變性愈快，Tm值愈小 變性液中含有尿素，酰胺等尿素，酰胺與堿基間形成氫鍵 改變堿基對間的氫鍵 Tm 值 可降至40左右 獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎72 大片段D.S. DNA分子之間比較片段長短對Tm值的影響 鹽濃度的影響 單鏈DNA主鏈的磷酸基團負電荷的靜電斥力兩條單鏈DNA的分離 Na+在磷酸基團周圍形成的電子云對靜電斥力產(chǎn)生屏蔽作用減弱靜電斥力獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎73 鹽濃度的影響 單鏈DNA主鏈的磷酸基團負電荷的靜電Tm 當Na+濃度低屏蔽作用小斥力

38、加強Tm 靜電斥力 熵值（S）TmOD A260 0.01M0.1M1.0MNa+當Na+濃度高 屏蔽作用大斥力減弱熵值(S)上升堿基溶解性降低疏水作用力增加獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎74Tm 當Na+濃度低屏蔽作用小斥力加強Tm 靜電二、復性DNA復性：變性DNA在一定條件下恢復天然DNA結構的過程。（一）復性的條件1，消除磷酸基的靜電斥力；2，破壞連內氫鍵（二）復性的機制1，隨機碰撞取決于DNA濃度、溶液溫度、離子強度等2，成核作用（nucleation)3，拉拉鏈作用（zippering）獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎75二、復性獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎753-ATCTATGCTGTCAT

39、-55-TAGATACGACAGTA-35-TAGATACGACAGTA-33-ATCTATGCTGTCAT-53-ATATATATATAT-55-TATATATATATA-33-ATATATATATAT-55-TATATATATATA-35-TATATATATATA-33-ATATATATATAT-53-ATATATATATAT-55-TATATATATATA-3獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎763-ATCTATGCTGTCAT-55-TAGATAC 影響DNA復性過程的因素 ： 陽離子濃度 0.18 0.2M Na+ 可消除polydNt 間的靜電斥力 復性反應的溫度 Tm - 25 (60-

40、65) 以消除S.S. DNA 分子內的部分二級結構 S.S. DNA分子的長度S.S. DNA愈長S.S. DNA愈短 分子擴散愈慢 復性愈慢 分子擴散愈快 復性愈快獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎77 影響DNA復性過程的因素 ： 影響DNA復性過程的因素 ： DNA 分子中, dNt 的排列狀況 (隨機排列, 重復排列) S.S, DNA 的初始濃度 C0獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎78 影響DNA復性過程的因素 ： 三、Cot曲線 在一定條件，復性速度變化可用Cot值衡量。Co表示變性DNA的最初濃度（bp，mol/L）， T為復性時間（s），即Cot值為變性DNA的 最初濃度與復性時間的乘積

41、（mols/L）。 病毒和原核生物基因組的Cot曲線是單一的s形曲線，真核生物基因組的Cot曲線是多s形Cot曲線，重復頻率高的序列復性速度快， 重復頻率低的則慢。獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎79三、Cot曲線獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎791 3500 1.7105 4.2106 bp K.C. 210-6 810-2 310-1 9 Cot 1/2 不同物種核酸的Cot曲線獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎801 原核生物DNA的復性動力學原核生物Cot曲線形狀：不同生物曲線形狀相似，都是單一的S形；原核生物Cot曲線：跨度一般只有兩個數(shù)量級；原核生物Cot曲線位置：基因組越大越靠右。Cot（mols

42、/L）獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎81原核生物DNA的復性動力學原核生物Cot曲線形狀：Cot（m真核生物Cot曲線特點： 階梯狀，跨度7-8個數(shù)量級。真核生物Cot曲線的組成： 快復性組分/中間復性組分/慢復性組分。真核生物DNA復性動力學獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎82真核生物Cot曲線真核生物DNA復性動力學獸醫(yī)學畜牧學遺傳的 E.Coli DNA Ct/C0 C0 t 0.036300040%60%Calf thymus DNA 10獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎83 E.Coli DNA Ct/C0 C0 t 0.03630四、雜交重要的雜交技術：Southern BlottingNorth

43、ern Blotting獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎84四、雜交獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎84獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎85獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎85 一、RNA的結構特征RNA的堿基組成與一級結構（1）堿基組成：A、G、C、U（2）一級結構：基本組成單位核苷酸（AMP、GMP、CMP、UMP）核苷酸間的連接鍵35 磷酸二酯鍵存在狀態(tài) 單鏈、只有少數(shù)為雙鏈（暗色蛾 CPVRNA 5150 bp ） 第六節(jié) RNA的結構獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎86 一、RNA的結構特征第六節(jié) RNA的結雙螺旋、內部環(huán)、單堿基、突起和突環(huán)、發(fā)夾環(huán)、多分支環(huán)或結合環(huán)、假結、單鏈區(qū)二、RNA二級結構元件：多分支環(huán)突環(huán)單堿基突起發(fā)夾結構（莖環(huán)結構）內部環(huán)雙螺旋假結單鏈區(qū)獸醫(yī)學畜牧學遺傳的物質基礎87二、RNA二級結構元件：多分支環(huán)突環(huán)單堿基突起發(fā)夾結構內部環(huán)三、mRNA結構1. 原核生物mRNA 為多順反子mRNA（polycistron），即一條mRNA可編碼幾條肽鏈。無帽子結構和尾巴，不含稀有堿基，半壽期為13min，二級結構有豐富的自身回折產(chǎn)生的雙鏈區(qū). 2. 真