第二章核酸的結構與性質

第二章核酸的結構和性質

（Structureandcharacterofnucleicacid）當前1頁，總共148頁。2023/3/82【主要內容】2.1遺傳物質的本質是什么？2.2DNA的結構類型2.3染色體的結構和組裝2.4核酸的變性、復性與分子雜交2.5RNA當前2頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作3【本章學習要求與目的】重點掌握：1.掌握DNA雙螺旋結構的要點2.DNA超螺旋結構的生物學意義3.掌握核酸理化性質。3.掌握影響變性和復性的因素4.掌握DNA分子雜交的概念5.RNA的種類主要及其主要功能6.掌握證明DNA是遺傳物質的實驗設計了解：1.了解真核細胞染色體是如何通過不同的結構層次包裝形成的？2.A,B,Z－DNA的結構各有何特點3.了解RNA與DNA在化學組成和性質上的主要區(qū)別4.RNA的種類主要及其主要功能5.了解染色體的化學組成成份主要有哪些當前3頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作42.1遺傳物質的本質是什么？在孟德爾的成果獲得承認后，生物界都知道是遺傳因子（即基因）決定了生物的遺傳。但是，基因究竟在細胞內的什么地方？摩爾根以果蠅為試驗對象回答了這一問題，基因在染色體上。

當前4頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作5摩爾根和他的學生利用果蠅作了大量的研究。1926年出版《基因論》，建立了著名的基因學說。

ThomasHuntMorgan

（1866～1945）當前5頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作6摩爾根在《基因論》中繪制了果蠅基因位置圖，首次完成了當時最新的基因概念的描述：基因是在染色體上呈線性排列的遺傳單位，它不僅是決定性狀的功能單位，也是一個突變單位和交換單位。至此，人們對基因概念的理解更加具體和豐富了。

當前6頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作7摩爾根果蠅遺傳實驗具有劃時代意義

◆人類第一次把基因與染色體聯系起來，認為基因是一種物質，是染色體上的一個特定的區(qū)段。◆確立并發(fā)展了染色體的遺傳理論。

當前7頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作8ThomanHuntMorgan（1866～1945）因發(fā)現染色體的遺傳機制，創(chuàng)立染色體遺傳理論而于1933年獲諾貝爾生理學醫(yī)學獎當前8頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作9基因是何物?基因的物質結構和化學組成怎樣?基因是如何決定遺傳性狀的?在摩爾根時代仍然有些問題是一個謎當前9頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作10急需解決兩個基本問題

摩爾根確定了染色體是基因的載體。基因研究發(fā)展到細胞學水平之后，首先急需解決兩個基本問題：

（1）基因的化學本性是什么？（2）基因是如何工作的？當前10頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作11細胞化學研究表明，染色體的主要成分是蛋白質和核酸。那么，基因究竟是蛋白質還是核酸？蛋白質作為生命物質的主要成分和生命活動的體現者，它不僅參與所有的生命過程，而且它的化學結構也有多樣性和可塑性。細胞化學在研究基因的化學本質上起了重要作用當前11頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作12◆所以在相當一段時間里，學術界認為基因是蛋白質，認為只有像蛋白質這樣復雜的大分子才能決定細胞的特征和遺傳。

細胞化學在研究基因的化學本質上起了重要作用當前12頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作13◆認識到基因的化學本質是核酸而不是蛋白質，經歷了一段漫長的歷史過程。◆發(fā)現DNA的遺傳功能，始于1928年格里菲斯（P．Griffith）所做的用肺炎雙球菌感染小鼠的實驗。

當前13頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作141928年，英國科學家格里菲思在肺炎球菌實驗中首次發(fā)現了基因是一類特殊生物分子的證據。

FredericGriffith1879—1941當前14頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作15S型菌體包有多糖類莢膜，菌落光滑（smooth），有毒性，可以使人患肺炎或使小鼠患敗血癥R型不具莢膜，菌落粗糙（rough），無毒性，不致病

肺炎雙球菌有兩種類型：當前15頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作16格里菲斯用肺炎球菌做實驗時發(fā)現了一個令人驚異的現象：加熱殺死的能致病的S型菌＋不能致病的R型菌→混合→注射到小鼠體內→小鼠病死→從死鼠體內分離出大量的S型肺炎球菌，難道S型致病菌復活了嗎？這就是著名的“格里菲斯之謎”。

“死菌復活”之謎

當前16頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作17當前17頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作18●這是一個令人困惑的結果R型活菌或S型死菌分別注入小鼠體內，都不會致病，而兩者混合注入卻致病了?！窠忉專杭訜釟⑺赖腟型菌中存在某種導致細菌類型發(fā)生轉化的物質。這種物質究竟是什么，人們尚不知道，暫時叫做“轉化因子”（transformingelement）。

R型肺炎球菌轉化為S型肺炎球菌的現象，稱為轉化（transformation）。

當前18頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作19導致R型細菌發(fā)生轉化的因子，其化學本質究竟是什么？這個問題，與遺傳學家提出的“基因的化學本質是什么？”實質上是同一個問題。當前19頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作20格里菲斯發(fā)現的轉化現象為以后認識到DNA是遺傳物質奠定了基礎。在美國紐約洛克菲勒研究所工作的Avery立刻敏感地抓住了這一問題，并在此基礎上繼續(xù)研究，取得了重大突破。當前20頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作21在格里菲斯發(fā)現肺炎球菌的遺傳轉化現象之后不過數年（30年代初），加拿大生物化學家艾弗里領導的一個研究小組便開始探尋轉化因子。他們在實驗中發(fā)現：死去的S型菌并未復活，而是S型菌的DNA進入了R型菌，使其轉化為新的S型致病肺炎雙球菌。艾弗里等人的實驗不僅揭開了“格里菲斯之謎”，并且在世界上第一次證明基因就在DNA上。

OswaldTheodoreAvery

（1877～1955）當前21頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作22分離S型死菌的提取液→分別檢測各分離組分（蛋白質、類脂、多糖、RNA和DNA）的轉化活性→只有DNA具有轉化因子活性

艾弗里等人的實驗證據：當前22頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作23當前23頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作24

用化學法和酶法↓去除S型死菌抽提物中的蛋白質、類脂、多糖和RNA↓

抽提物的剩余物質↓

R型→轉化→S型

1944年，他們確認，“轉化因子”就是DNA。艾弗里等人的試驗和結論是對DNA認識史上的一次重大突破，徹底改變了DNA在生物體內無足輕重的傳統(tǒng)觀念。

進一步的實驗：

當前24頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作25

但當時的主流觀點并不接受艾弗里DNA是遺傳物質的觀念，認為提取的DNA無論如何純凈，仍然可能有殘余的蛋白質，蛋白質才是有活性的轉化因子。

當前25頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作26針對學術界的否定意見，艾弗里于1946年用蛋白酶、RNA酶和DNA酶分別處理肺炎球菌的細胞抽提物。結果:（1）可以破壞、消化蛋白質的胰蛋白酶和糜蛋白酶不影響轉化活性；（2）分解、消化RNA（而不是消化分解DNA）的RNA酶對轉化活性無影響；（3）在加入分解、消化DNA的DNA酶后，轉化活性喪失。這些實驗進一步證明了DNA作為遺傳信息載體的功能。當前26頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作27發(fā)現遺傳物質的化學本質是DNA，這是基因研究上一個重要的里程碑。但在當時，這項重要的發(fā)現并未引起足夠的重視。艾弗里雖曾被提名為諾貝爾獎的候選人，但當時評獎委員會認為“最好等到DNA的轉化機理更多地為人們所了解的時候再說”?？墒牵敔幾h平息、諾貝爾獎評選委員會準備授獎之時，他已經去世了。

當前27頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作281951年，赫里奧特（R·Herriott）提出一個十分富有魅力和啟發(fā)性的假說：

“病毒的作用可能像一個充滿著轉化因子的注射針。這樣的病毒本身不會進入細胞，但它不僅用尾部接觸寄生細胞，并可能通過酶的作用在細胞外膜上鉆一小孔，然后病毒頭部的DNA就鉆入細胞?！?/p>

當前28頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作29當人們?yōu)榘ダ锏膶嶒灦ち覡幷摃r，研究噬菌體的美國微生物學家赫爾希等人在考慮，能否將蛋白質和DNA完全分開，單獨觀察DNA的作用呢？他們受赫里奧特思路的啟發(fā)設計了一個精巧的噬菌體感染實驗。赫爾希與德爾布呂克和盧里亞一起，獲1969年的諾貝爾生理學醫(yī)學獎獎。

AlfredDayHershey（1908～1997）當前29頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作30當前30頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作31噬菌體感染實驗35S標記蛋白質外殼的噬菌體感染細菌細菌無放射性

32P標記DNA內芯的噬菌體感染細菌細菌有放射性這一結果確鑿無疑地證明，進入寄主細胞內的是噬菌體DNA，而不是蛋白質外殼。噬菌體的DNA不但包括噬菌體自我復制的信息，而且包括合成噬菌體蛋白質所需要的全部信息。

當前31頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作32當前32頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作33

當前33頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作34

1952年，赫爾希（A．D．Hershey）和蔡斯（M．Chase）證明了噬菌體DNA能攜帶遺傳信息到后代中去以后，科學界才終于接受了DNA是遺傳信息載體的理論。

定論：遺傳物質的本質是DNA當前34頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作35人們徹底摒棄蛋白質是基因的化學本質的概念，是在1953年沃森和克里克提出著名的DNA雙螺旋分子結構模型之后。1953年4月25日英國的《Nature》刊登了沃森和克立克的DNA的雙螺旋結構模型，這一天是分子生物學的誕生日。

當前35頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作36JamesDeweyWatson（1928～）

FrancisHarryComptonCrick

（1916～）

1953年，DNA雙螺旋結構模型被提出來了，兩位創(chuàng)立者是美國生物化學家沃森（JamesDeweyWatson，1928～）和英國生物物理學家克里克（FrancisHarryComptonCrick，1916～）。獲1962年的諾貝爾生理學醫(yī)學獎。當前36頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作37富蘭克林拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片，這張照片正是發(fā)現DNA結構的關鍵

當前37頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作38DNA雙螺旋模型當前38頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作3934當前39頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作40當前40頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作41DNA分子雙螺旋結構模型的發(fā)現，是生物學史上的一座里程碑：為DNA復制提供了構型上的解釋，使人們對DNA作為基因的物質基礎不再懷疑奠定了分子遺傳學的基礎。DNA雙螺旋模型在科學上的影響是深遠的當前41頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作42從1857年孟德爾進行豌豆雜交實驗算起，經過無數科學家近百年的探索，蒙在生命遺傳奧秘上的面紗正在一層層地剝去?？茖W探索的道路是螺旋式的，科學家們在階梯上不斷攀登，一個新的螺旋展現在他們的眼前，而這將引起一場新的生命科學革命。當前42頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作432.2DNA的結構類型一、DNA的一級結構二、DNA的二級結構三、DNA的超螺旋結構當前43頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作44一、DNA的一級結構1.定義：

DNA的一級結構是DNA分子中各種脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序。四種脫氧核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來的多核苷酸鏈的排列順序。當前44頁，總共148頁。

核酸的基本結構單元核苷酸核酸是由許多核苷酸組成的長鏈Nucleotide當前45頁，總共148頁。

核苷酸磷酸核苷戊糖堿基核糖脫氧核糖嘌呤嘧啶核酸的化學組成當前46頁，總共148頁。

1、戊糖它們均以呋喃糖態(tài)存在RNA中

DNA中

核酸的化學組成當前47頁，總共148頁。2種核糖當前48頁，總共148頁。2、堿基DNA中的4種堿基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶啶RNA中的4種堿基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶3、磷酸核酸的化學組成當前49頁，總共148頁。5種含氮堿基當前50頁，總共148頁。堿基5-甲基-2,4-二氧嘧啶Thy胸腺嘧啶2,4-二氧嘧啶Ura尿嘧啶2-氨基-6-氧嘌呤

Gue鳥嘌呤2-氧-4-氨基嘧啶Cyt胞嘧啶嘧啶6-氨基嘌呤Ade腺嘌呤嘌呤124NN3561357NNNNCH24689HNNNNCHNH2HNNNNCHOHH2NNNNH2OHNNOONNOOCH3當前51頁，總共148頁。

核苷

戊糖第1位碳原子上的羥基與嘌呤的第9位氮原子或與嘧啶的第1位氮原子形成的N-C糖苷鍵。

腺苷

脫氧鳥苷核酸的化學組成當前52頁，總共148頁。兩種核苷當前53頁，總共148頁。

核苷酸

RNA中的核苷酸腺苷酸AMP鳥苷酸GMP胞苷酸CMP尿苷酸UMPDNA中的核苷酸脫氧腺苷酸dAMP脫氧鳥苷酸dGMP脫氧胞苷酸dCMP脫氧胸苷酸dTMP生物體內存在的核苷酸，多是5核苷酸。'核酸的化學組成當前54頁，總共148頁。核苷酸當前55頁，總共148頁。2.1DNA單鏈的延伸5’3’端2.DNA的一級結構的性質當前56頁，總共148頁。

無分枝的長鏈2.2多聚脫氧核苷酸鏈的結構特點由糖-磷酸相互間隔連接，構成主鏈；堿基連接在主鏈的核糖上，形成側鏈。

具有方向性。兩個末端分別為5'端和3'端。

在天然DNA中，5'端常為磷酸，3'端為游離羥基。DNA的一級結構當前57頁，總共148頁。3.3一級結構的表示方法1）線條法DNA的一級結構當前58頁，總共148頁。5'pGpCpTpTpAOH3'5'pGCTTAOH3'pGCTTAOHGCTTA2）文字式DNA的一級結構當前59頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作60當前60頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作61當前61頁，總共148頁。反向重復序列當前62頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作63當前63頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作64

二、DNA的二級結構二級結構的概念:DNA的二級結構是指DNA的雙螺旋結構。雙螺旋結構是DNA的兩條鏈圍著同一中心軸旋繞而成的一種空間結構。主要分為兩大類：一類是右手螺旋，如B-DNA和A－DNA;另一類是左手螺旋，即Z-DNA當前64頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作65DNA構型變異生理狀態(tài)：B-DNA（右手螺旋）高鹽狀態(tài)：A-DNA（右手螺旋脫水構型，每螺圈含有11個核苷酸對，A－DNA比較短和密，其平均直徑為23?。大溝深而窄，小溝寬而淺。）Z-DNA：

是B型DNA的另一種變構形式，活性明顯降低，富含G-C，嘌呤與嘧啶交替出現，左手螺旋，每個螺圈含有12個堿基對。分子直徑為18?，并只有一個深溝?，F在還不知道，Z－DNA在體內是否存在。當前65頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作66ABZMiMaMaMiMiMa

A-DNAB-DNAZ-DNAMaMi當前66頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作67

A-DNAB-DNAZ-DNA當前67頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作68B-DNA

B-DNA當前68頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作69DNA雙螺旋結構模型

（DNADoubleHelixModel)1953年Watson和Crick由X射線衍射結構分析提出了DNA分子雙螺旋結構模型。當前69頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作70雙螺旋結構要點①DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成的；②DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側，構成基本骨架，堿基排列在內側；③兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結合，形成堿基對，A=T,G≡C；當前70頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作71④兩條單鏈反向平行，極性相反，一條是5′3′，另一條是3′5′：⑤兩條鏈以中心為軸，向右盤旋：⑥雙螺旋中存在大溝（2.2nm)和小溝（1.2nm)；⑦每個雙螺旋含10個堿對，相鄰堿基對間的距離為0.34nm,螺旋的直徑為2.0nm。當前71頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作72當前72頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作73當前73頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作74當前74頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作75當前75頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作76當前76頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作77模型中的堿基配對有何重要性？①A-T,G-C配對可形成很好的線性氫鍵；②A-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；③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；④為DNA半保留復制奠定了基礎。當前77頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作78DNA雙螺旋的結構特點①堿基頂部基團裸露在DNA大溝內②蛋白質因子與DNA的特異結合依賴于氨基酸與DNA間的氫鍵形成③蛋白質因子沿大溝與DNA形成專一性結合的幾率與多樣性高于沿小溝的結合④大溝的空間更有利于與蛋白質的結合當前78頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作79當前79頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作80維持DNA雙螺旋結構穩(wěn)定的因素

（DNA的實際存在狀況就是堿基堆積的棒狀實體）氫鍵磷酸酯鍵堿基堆積力（堿基非特異性結合力）①磷酸骨架、氨基、酮基及周圍水分子間的有序排列②疏水作用力③范德華力0.2mol/LNa+生理鹽條件磷酸基團間的靜電斥力堿基內能增加后兩者是不穩(wěn)定因素當前80頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作81當前81頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作82三、DNA的超螺旋結構當前82頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作83形成Loop的雙鏈DNA呈超螺旋狀態(tài)當前83頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作84DNA的超螺旋結構超螺旋（supercoil）：雙螺旋DNA進一步扭曲盤繞則形成其三級結構，超螺旋是DNA三級結構的主要形式,超螺旋有正超螺旋和負超螺旋兩種，負超螺旋的存在對于轉錄和復制都是必要的。當前84頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作85●超螺旋結構DNA

leadstoleft-handedsuperhelix

B-DNAOverwinding緊纏

(右旋)

positivesupercoiled當前85頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作86Leadstoright-handedsuperhelixB-DNAunwinding(左旋)

所有生物的DNA幾乎有5%為NegativeSuperhelix

NegativeSupercoiled

當前86頁，總共148頁。負超螺旋negativesuperhelix對于B-DNA來說，underwinding(松纏)以后，進行閉合，所產生的趨右旋的超螺旋，以解除外加的捻轉所造成的脅變，天然狀態(tài)下，一般觀察到的都是負超螺旋，易形成泡狀結構

當前87頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作88超螺旋形成示意當前88頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作89InvitroEBinsertedNeg.→Pos.Superhelixchangebasebase3.4埃EB

7.0埃basebasebasebase局部DNA的緊縮00.050.1EB/bp16s21sNeg.Pos.

00.050.1當前89頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作90360o/helix360o-26o/helix/0neofEBinsertedNeg.Superhelix

OC,L,DNA

Pos.Superhelix

EB對超螺旋結構的影響當前90頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作91l

DNA在水溶液中,構型偏B型狀態(tài)l

DNA以10.5bp/helix為最穩(wěn)定構型l

小于10.5bp/helix向正超螺旋發(fā)展(緊縮態(tài))

大于10.5bp/helix向負超螺旋發(fā)展(松弛態(tài))

conclusion當前91頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作92變性溫度/溶解溫度（Tm）較高粘度較低、浮力密度較大、沉降速度較快。在凝膠電泳中遷移率最大的是超螺旋DNA，其次是線性DNA，最慢的是開環(huán)DNA超螺旋DNA其中一股DNA鏈被切斷產生缺口，DNA分子恢復到松弛狀態(tài)超螺旋結構對DNA性質的影響當前92頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作93超螺旋結構的生物學意義

1.超螺旋形式是DNA分子復制和轉錄的需要：生物體內DNA結構是處于動態(tài)之中。超螺旋的引入就提高了DNA的能量水平，而超螺旋程度的改變介導了DNA結構的變化。即超螺旋多余的能量可能使DNA雙股鏈分開，或局部熔解。這種結構上的變化對DNA分子復制和轉錄等的啟動很重要。2.DNA分子以高度致密的狀態(tài)存在于核內，使DNA分子體積縮小當前93頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作942.3染色體的結構和組裝主要動、植物種類的染色體數

擬南芥5小麥2n=6x=42

大豆2n=4x=40棉花2n=4x=52當前94頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作95染色體的組成染色體的主要化學成份是脫氧核糖核酸（DNA）和5種稱為組蛋白的蛋白質，還有非組蛋白和RNA組蛋白（histones)是指染色體中的堿性蛋白質，其特點是富含二種堿性氨基酸（賴氨酸和精氨酸），根據這兩種氨基酸在蛋白質分子中的相對比例（賴．精）又將組蛋白分為五種小類型。

當前95頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作96組蛋白的類型當前96頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作97組蛋白的特性所有真核生物染色體中均含有這五種組蛋白。組蛋白的含量與DNA含量之比約為1:1。組蛋白中也含有較多的酸性氨基酸，但在這五種組蛋白中，其含量均低于堿性氨基酸，堿/酸比在之間。組蛋白的等電點(pI)在之間,這些強極性氨基酸使蛋白質帶上大量電荷,成為組蛋白與DNA結合及蛋白質之間的相互作用的主要化學力之一。當前97頁，總共148頁。富精氨酸組蛋白（H3和H4），稍富賴氨酸組蛋白（H2A和H2B）及極富賴氨酸組蛋白（H1）三種類型，是根據所含堿性氨基酸的相對比例劃分的。這五種組蛋白的氨基酸全順序均已確定。在各種物種，H3和H4的序列極少有差異，這種生物進行上的高度保守性預示著其功能的重要性。其它三種組蛋白在不同種屬之間存在著較大的差異。組蛋白對染色體中DNA的包裝有十分重要的作用。組蛋白的特性當前98頁，總共148頁。非組蛋白（non-histoneprotein,NHP)是指染色體中組蛋白以外的其它蛋白質，它是一大類種類繁雜的各種蛋白質的總稱。估計總數在300-600之間,分子量范圍為7000-80000D,等電點為。對于其中許多單個成分的結構和功能，目前還了解甚少。一些非組蛋白與基因表達及染色體高級結構的維持有關。參與基因復制、轉錄及核酸修飾的酶類（如各種DNA和RNA聚合酶等)就是一類重要的非組蛋白,它們在核酸代謝中的重要性是不言而喻

非組蛋白的特性當前99頁，總共148頁。核小體是染色體結構的最基本單位核小體的核心是由4種組蛋白（H2A、H2B、H3和H4）各兩個分子構成的扁球狀8聚體。一條染色體有一個DAN分子。一個DNA分子就像是一條長長的雙螺旋的飄帶。DNA雙螺旋依次在每個組蛋白8聚體分子的表面盤繞約1.75圈，其長度相當于146個堿基對。組蛋白8聚體與其表面上盤繞的DNA分子共同構成核小體在相鄰的兩個核小體之間，有長約50～60個堿基對的DNA連接線。在相鄰的連接線之間結合著一個第5種組蛋白（H1）的分子。

當前100頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作101當前101頁，總共148頁。核小體（nucleosome）

真核生物染色質包裝的基本結構單位，由DNA和組蛋白(histone)構成。由4種組蛋白

H2A、H2B、H3和H4各二個分子形成一個組蛋白八聚體，約200bp的DNA分子盤繞在組蛋白八聚體構成的核心結構外面，形成了一個核小體。由核小體形成的串珠狀纖維是染色體的一級結構。當前102頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作103當前103頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作104染色質的高級結構一級包裝：核小體二級包裝：螺線管三級包裝：螺線管環(huán)（超螺線管）四級包裝：染色單體當前104頁，總共148頁。

染色體的基本結構單位是核小體。由核小體形成的串珠狀纖維是染色體的一級結構。核小體串聯成的念珠狀纖維進行螺旋盤繞，形成一條較短粗的中空的螺線管，螺線管為染色體的二級結構。螺線管進一步盤繞形成超螺線管，這是染色體的三級結構。超螺線管再螺旋化形成一條染色單體，為染色體的四級結構。當前105頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作106當前106頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作107當前107頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作108當前108頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作109當前109頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作110當前110頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作111當前111頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作112當前112頁，總共148頁。2023/3/8三峽大學李曉玲編寫與制作113從染色體的一級結構到四級結構，DNA分子一共被壓縮了

7×6×40×5=8400倍。當前113頁，總共148頁。2.4核酸的變性、復性與分子雜交

2.4.1核酸的變性概念：DNA變性是指DNA分子在某些條件下（加熱、極端pH、有機溶劑、尿素及酰胺等）穩(wěn)定的雙螺旋結構受到破壞，雙鏈解開形成無規(guī)則線性結構的現象。當前114頁，總共148頁。DNA分子變性(DNAdenaturation)

●

D.S.DNAS.S.DNA

(加溫,極端pH,尿素,酰胺)

變性過程的表現☆S.S.DNA粘度降低

沉降速度加快☆

分子的A260nmUV

值上升

(hyperchromiceffect

)

當前115頁，總共148頁。當前116頁，總共148頁。A.增色效應hyperchromiceffect

概念：DNA變性后使260nm波長處紫外吸光度增加這種作用稱為DNA增色效應。為什么260nm處的OD值增加？

當前117頁，總共148頁。DNA分子其吸收峰值在260nm。DNA分子中堿基間電子的相互作用是紫外吸收的結構基礎,但雙螺旋結構有序堆積的堿基又“束縛”了這種作用。變性DNA的雙鏈解開,堿基中電子的相互作用更有利于紫外吸收,故而產生增色效應。當前118頁，總共148頁。1.1851.01.37OD℃Concentration50μg/ml

D.SDNAA260=1S.SDNAA260=1.37dNTPsA260=1.60

Tm

=

℃ofCt=C0/2

=OD增加值的中點溫度(一般為85-95℃)

當前119頁，總共148頁。l

增色效應的跳躍現象(JumpofHyperchromicity)高分子量的DNA分子在熱變性過程中,富含AT區(qū)域首先發(fā)生變性,然后逐步擴展,表現增色效應的跳躍現象,使變形過程加快.

richAT

richAT

當前120頁，總共148頁。B.解鏈溫度（Tm）

通常將加熱變性使DNA的雙螺旋結構失去一半時的溫度稱為該DNA的熔點或溶解溫度（meltingtemperature），用Tm表示。當達到Tm時，DNA分子內50%的雙鏈結構被打開，即增色效應達到一半時的溫度，它在S型曲線上相當于吸光率增加的中點處所對應的橫坐標。

當前121頁，總共148頁。當前122頁，總共148頁。DNA的解鏈溫度（Tm）是引物的一個重要參數，它是當50％的引物和互補序列表現為雙鏈DNA分子時的溫度，一種DNA分子的Tm值大小與其所含堿基中的G＋C比例相關，G＋C比例越高，Tm值越高。Tm值為PCR反應退火溫度的重要參考依據。Tm值為PCR反應退火溫度的重要參考依據。當前123頁，總共148頁。

Marmur-Dotyformula

EvaluationGC%ofDNA

Tm=69.3+0.41×GC%

1xSSCGC%=30-70%(0.15MNacl+0.015MSodiumLimonate)Tm1

＜

Tm2℃1.01.1851.37ODwhatismeaning?當前124頁，總共148頁。C.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）

當前125頁，總共148頁。5`CG3`GCn5`GC3`CGn5`TA3`ATn5`AT3`TAn堿基堆積面和堿基積壓程度的差異

例：常溫下，活體內D.SDNA分子中富含AT的變性核心區(qū)（promoter,terminatorregion

）常表現氫鍵的斷裂與形成的“DNA呼吸現象”37.6℃57℃

Tm＞＞＜＜☆堿基排列對Tm值具有明顯影響當前126頁，總共148頁。☆大片段D.SDNA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.SDNA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

當前127頁，總共148頁?！铥}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生屏蔽作用減弱靜電斥力當前128頁，總共148頁。Tm↑當Na+濃度低屏蔽作用小斥力加強Tm↓

TmODA260

靜電斥力

熵值（△S）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當前129頁，總共148頁。

pH~12酮基→烯醇基pH~2-3NH2→NH2+(質子化)

改變氫鍵的形成與結合力☆極端pH條件的影響一切減弱氫鍵，堿基堆積力的因素均將使Tm值降低當前130頁，總共148頁。

DNA分子的復性(annealorrenaturation)

D.SDNAS.SDNADenaturation▲▼Renaturation

復性過程依賴于單鏈分子間的隨機碰撞

(DependsonthecollisionofcomplementaryS.S.DNA)

當前131頁，總共148頁。DNA的復性(renaturation)復性指變性DNA在適當的條件下，兩條互補鏈全部或部分恢復到天然雙螺旋結構的過程。退火（annealing）：熱變性的DNA經緩慢冷卻的復性過程。當前132頁，總共148頁。

影響DNA復性過程的因素：

●

陽離子濃度0.18~0.2MNa+

可消除polydNt間的靜電斥力●

復性反應的溫度Tm-25℃(60-65℃)

以消除S.S.DNA分子內的部分二級結構●

S.S.DNA的初始濃度C0

單鏈DNA的濃度（C0）C0高則碰撞機會大，復性快●DNA分子中,dNt的排列狀況(隨機排列,重復排列)

●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→復性愈快當前133頁，總共148頁。3’-ATCTATGCTGTCAT-5’5‘-TAGATACGACAGTA-3’5‘-TAGATACGACAGTA-3’3’-ATCTATGCTGTCAT-5’3’-ATATATATATAT-5’5‘-TATATATATATA-3’3’-ATATATATATAT-5’5‘-TATATATATATA-3’5‘-TATATATATATA-3’3’-ATATATATATAT-5’3’-ATATATATATAT-5’5‘-TATATATATATA-3’DNA分子中的核苷酸的排列重復程度.重復程度越高.復性越快當前134