第二章核酸的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第二章核酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

（Structureandcharacterofnucleicacid）現(xiàn)在是1頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/22【主要內(nèi)容】2.1遺傳物質(zhì)的本質(zhì)是什么？2.2DNA的結(jié)構(gòu)類型2.3染色體的結(jié)構(gòu)和組裝2.4核酸的變性、復性與分子雜交2.5RNA現(xiàn)在是2頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(jié)構(gòu)的要點2.DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的生物學意義3.掌握核酸理化性質(zhì)。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(zhì)的實驗設(shè)計了解：1.了解真核細胞染色體是如何通過不同的結(jié)構(gòu)層次包裝形成的？2.A,B,Z－DNA的結(jié)構(gòu)各有何特點3.了解RNA與DNA在化學組成和性質(zhì)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現(xiàn)在是3頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作42.1遺傳物質(zhì)的本質(zhì)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(nèi)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。

現(xiàn)在是4頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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?qū)W說。

ThomasHuntMorgan

（1866～1945）現(xiàn)在是5頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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。

現(xiàn)在是6頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(lián)系起來，認為基因是一種物質(zhì)，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。

現(xiàn)在是7頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作8ThomanHuntMorgan（1866～1945）因發(fā)現(xiàn)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)學獎現(xiàn)在是8頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作9基因是何物?基因的物質(zhì)結(jié)構(gòu)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現(xiàn)在是9頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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?；蜓芯堪l(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？現(xiàn)在是10頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)和核酸。那么，基因究竟是蛋白質(zhì)還是核酸？蛋白質(zhì)作為生命物質(zhì)的主要成分和生命活動的體現(xiàn)者，它不僅參與所有的生命過程，而且它的化學結(jié)構(gòu)也有多樣性和可塑性。細胞化學在研究基因的化學本質(zhì)上起了重要作用現(xiàn)在是11頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作12◆所以在相當一段時間里，學術(shù)界認為基因是蛋白質(zhì)，認為只有像蛋白質(zhì)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(zhì)上起了重要作用現(xiàn)在是12頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作13◆認識到基因的化學本質(zhì)是核酸而不是蛋白質(zhì)，經(jīng)歷了一段漫長的歷史過程?！舭l(fā)現(xiàn)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。

現(xiàn)在是13頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(xiàn)了基因是一類特殊生物分子的證據(jù)。

FredericGriffith1879—1941現(xiàn)在是14頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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：現(xiàn)在是15頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(xiàn)了一個令人驚異的現(xiàn)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(nèi)→小鼠病死→從死鼠體內(nèi)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

現(xiàn)在是16頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作17現(xiàn)在是17頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作18●這是一個令人困惑的結(jié)果R型活菌或S型死菌分別注入小鼠體內(nèi)，都不會致病，而兩者混合注入?yún)s致病了。●解釋：加熱殺死的S型菌中存在某種導致細菌類型發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)。這種物質(zhì)究竟是什么，人們尚不知道，暫時叫做“轉(zhuǎn)化因子”（transformingelement）。

R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為S型肺炎球菌的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)化（transformation）。

現(xiàn)在是18頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作19導致R型細菌發(fā)生轉(zhuǎn)化的因子，其化學本質(zhì)究竟是什么？這個問題，與遺傳學家提出的“基因的化學本質(zhì)是什么？”實質(zhì)上是同一個問題?，F(xiàn)在是19頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作20格里菲斯發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象為以后認識到DNA是遺傳物質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。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(chǔ)上繼續(xù)研究，取得了重大突破?，F(xiàn)在是20頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作21在格里菲斯發(fā)現(xiàn)肺炎球菌的遺傳轉(zhuǎn)化現(xiàn)象之后不過數(shù)年（30年代初），加拿大生物化學家艾弗里領(lǐng)導的一個研究小組便開始探尋轉(zhuǎn)化因子。他們在實驗中發(fā)現(xiàn)：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(zhuǎn)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）現(xiàn)在是21頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)、類脂、多糖、RNA和DNA）的轉(zhuǎn)化活性→只有DNA具有轉(zhuǎn)化因子活性

艾弗里等人的實驗證據(jù)：現(xiàn)在是22頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作23現(xiàn)在是23頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)、類脂、多糖和RNA↓

抽提物的剩余物質(zhì)↓

R型→轉(zhuǎn)化→S型

1944年，他們確認，“轉(zhuǎn)化因子”就是DNA。艾弗里等人的試驗和結(jié)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(nèi)無足輕重的傳統(tǒng)觀念。

進一步的實驗：

現(xiàn)在是24頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)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(zhì)，蛋白質(zhì)才是有活性的轉(zhuǎn)化因子。

現(xiàn)在是25頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作26針對學術(shù)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(jié)果:（1）可以破壞、消化蛋白質(zhì)的胰蛋白酶和糜蛋白酶不影響轉(zhuǎn)化活性；（2）分解、消化RNA（而不是消化分解DNA）的RNA酶對轉(zhuǎn)化活性無影響；（3）在加入分解、消化DNA的DNA酶后，轉(zhuǎn)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?，F(xiàn)在是26頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作27發(fā)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的化學本質(zhì)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(xiàn)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(zhuǎn)化機理更多地為人們所了解的時候再說”?？墒?，當爭議平息、諾貝爾獎評選委員會準備授獎之時，他已經(jīng)去世了。

現(xiàn)在是27頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhuǎn)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>

現(xiàn)在是28頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)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(shè)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）現(xiàn)在是29頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作30現(xiàn)在是30頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)外殼的噬菌體感染細菌細菌無放射性

32P標記DNA內(nèi)芯的噬菌體感染細菌細菌有放射性這一結(jié)果確鑿無疑地證明，進入寄主細胞內(nèi)的是噬菌體DNA，而不是蛋白質(zhì)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(zhì)所需要的全部信息。

現(xiàn)在是31頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作32現(xiàn)在是32頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作33

現(xiàn)在是33頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)的本質(zhì)是DNA現(xiàn)在是34頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作35人們徹底摒棄蛋白質(zhì)是基因的化學本質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模型，這一天是分子生物學的誕生日。

現(xiàn)在是35頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作36JamesDeweyWatson（1928～）

FrancisHarryComptonCrick

（1916～）

1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)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?，F(xiàn)在是36頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵

現(xiàn)在是37頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作38DNA雙螺旋模型現(xiàn)在是38頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作3934現(xiàn)在是39頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作40現(xiàn)在是40頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作41DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)，是生物學史上的一座里程碑：為DNA復制提供了構(gòu)型上的解釋，使人們對DNA作為基因的物質(zhì)基礎(chǔ)不再懷疑奠定了分子遺傳學的基礎(chǔ)。DNA雙螺旋模型在科學上的影響是深遠的現(xiàn)在是41頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(jīng)過無數(shù)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?nèi)??？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(xiàn)在他們的眼前，而這將引起一場新的生命科學革命?，F(xiàn)在是42頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作432.2DNA的結(jié)構(gòu)類型一、DNA的一級結(jié)構(gòu)二、DNA的二級結(jié)構(gòu)三、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是43頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作44一、DNA的一級結(jié)構(gòu)1.定義：

DNA的一級結(jié)構(gòu)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?，F(xiàn)在是44頁\一共有148頁\編輯于星期五

核酸的基本結(jié)構(gòu)單元核苷酸核酸是由許多核苷酸組成的長鏈Nucleotide現(xiàn)在是45頁\一共有148頁\編輯于星期五

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現(xiàn)在是46頁\一共有148頁\編輯于星期五

1、戊糖它們均以呋喃糖態(tài)存在RNA中

DNA中

核酸的化學組成現(xiàn)在是47頁\一共有148頁\編輯于星期五2種核糖現(xiàn)在是48頁\一共有148頁\編輯于星期五2、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現(xiàn)在是49頁\一共有148頁\編輯于星期五5種含氮堿基現(xiàn)在是50頁\一共有148頁\編輯于星期五堿基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現(xiàn)在是51頁\一共有148頁\編輯于星期五

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現(xiàn)在是52頁\一共有148頁\編輯于星期五兩種核苷現(xiàn)在是53頁\一共有148頁\編輯于星期五

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(nèi)存在的核苷酸，多是5核苷酸。'核酸的化學組成現(xiàn)在是54頁\一共有148頁\編輯于星期五核苷酸現(xiàn)在是55頁\一共有148頁\編輯于星期五2.1DNA單鏈的延伸5’3’端2.DNA的一級結(jié)構(gòu)的性質(zhì)現(xiàn)在是56頁\一共有148頁\編輯于星期五

無分枝的長鏈2.2多聚脫氧核苷酸鏈的結(jié)構(gòu)特點由糖-磷酸相互間隔連接，構(gòu)成主鏈；堿基連接在主鏈的核糖上，形成側(cè)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(jié)構(gòu)現(xiàn)在是57頁\一共有148頁\編輯于星期五3.3一級結(jié)構(gòu)的表示方法1）線條法DNA的一級結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是58頁\一共有148頁\編輯于星期五5'pGpCpTpTpAOH3'5'pGCTTAOH3'pGCTTAOHGCTTA2）文字式DNA的一級結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是59頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作60現(xiàn)在是60頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作61現(xiàn)在是61頁\一共有148頁\編輯于星期五反向重復序列現(xiàn)在是62頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作63現(xiàn)在是63頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作64

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)的概念:DNA的二級結(jié)構(gòu)是指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA的兩條鏈圍著同一中心軸旋繞而成的一種空間結(jié)構(gòu)。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現(xiàn)在是64頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作65DNA構(gòu)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(gòu)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(gòu)形式，活性明顯降低，富含G-C，嘌呤與嘧啶交替出現(xiàn)，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。現(xiàn)在還不知道，Z－DNA在體內(nèi)是否存在。現(xiàn)在是65頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作66ABZMiMaMaMiMiMa

A-DNAB-DNAZ-DNAMaMi現(xiàn)在是66頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作67

A-DNAB-DNAZ-DNA現(xiàn)在是67頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作68B-DNA

B-DNA現(xiàn)在是68頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作69DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

（DNADoubleHelixModel)1953年Watson和Crick由X射線衍射結(jié)構(gòu)分析提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。現(xiàn)在是69頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作70雙螺旋結(jié)構(gòu)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(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)；③兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結(jié)合，形成堿基對，A=T,G≡C；現(xiàn)在是70頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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。現(xiàn)在是71頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作72現(xiàn)在是72頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作73現(xiàn)在是73頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作74現(xiàn)在是74頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作75現(xiàn)在是75頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作76現(xiàn)在是76頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(nèi)。不論核苷酸的順序如何，都不影響雙螺旋的結(jié)構(gòu)；④為DNA半保留復制奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在是77頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作78DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點①堿基頂部基團裸露在DNA大溝內(nèi)②蛋白質(zhì)因子與DNA的特異結(jié)合依賴于氨基酸與DNA間的氫鍵形成③蛋白質(zhì)因子沿大溝與DNA形成專一性結(jié)合的幾率與多樣性高于沿小溝的結(jié)合④大溝的空間更有利于與蛋白質(zhì)的結(jié)合現(xiàn)在是78頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作79現(xiàn)在是79頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作80維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)能增加后兩者是不穩(wěn)定因素現(xiàn)在是80頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作81現(xiàn)在是81頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作82三、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是82頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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)現(xiàn)在是83頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作84DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋（supercoil）：雙螺旋DNA進一步扭曲盤繞則形成其三級結(jié)構(gòu)，超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)錄和復制都是必要的。現(xiàn)在是84頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作85●超螺旋結(jié)構(gòu)DNA

leadstoleft-handedsuperhelix

B-DNAOverwinding緊纏

(右旋)

positivesupercoiled現(xiàn)在是85頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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

現(xiàn)在是86頁\一共有148頁\編輯于星期五負超螺旋negativesuperhelix對于B-DNA來說，underwinding(松纏)以后，進行閉合，所產(chǎn)生的趨右旋的超螺旋，以解除外加的捻轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)

現(xiàn)在是87頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作88超螺旋形成示意現(xiàn)在是88頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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現(xiàn)在是89頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(jié)構(gòu)的影響現(xiàn)在是90頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作91l

DNA在水溶液中,構(gòu)型偏B型狀態(tài)l

DNA以10.5bp/helix為最穩(wěn)定構(gòu)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現(xiàn)在是91頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(chǎn)生缺口，DNA分子恢復到松弛狀態(tài)超螺旋結(jié)構(gòu)對DNA性質(zhì)的影響現(xiàn)在是92頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作93超螺旋結(jié)構(gòu)的生物學意義

1.超螺旋形式是DNA分子復制和轉(zhuǎn)錄的需要：生物體內(nèi)DNA結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上的變化對DNA分子復制和轉(zhuǎn)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(nèi)，使DNA分子體積縮小現(xiàn)在是93頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作942.3染色體的結(jié)構(gòu)和組裝主要動、植物種類的染色體數(shù)

擬南芥5小麥2n=6x=42

大豆2n=4x=40棉花2n=4x=52現(xiàn)在是94頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)，還有非組蛋白和RNA組蛋白（histones)是指染色體中的堿性蛋白質(zhì)，其特點是富含二種堿性氨基酸（賴氨酸和精氨酸），根據(jù)這兩種氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的相對比例（賴．精）又將組蛋白分為五種小類型。

現(xiàn)在是95頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作96組蛋白的類型現(xiàn)在是96頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三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(zhì)帶上大量電荷,成為組蛋白與DNA結(jié)合及蛋白質(zhì)之間的相互作用的主要化學力之一?，F(xiàn)在是97頁\一共有148頁\編輯于星期五富精氨酸組蛋白（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(jù)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(yù)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。組蛋白的特性現(xiàn)在是98頁\一共有148頁\編輯于星期五非組蛋白（non-histoneprotein,NHP)是指染色體中組蛋白以外的其它蛋白質(zhì)，它是一大類種類繁雜的各種蛋白質(zhì)的總稱。估計總數(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的維持有關(guān)。參與基因復制、轉(zhuǎn)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

非組蛋白的特性現(xiàn)在是99頁\一共有148頁\編輯于星期五核小體是染色體結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(jié)合著一個第5種組蛋白（H1）的分子。

現(xiàn)在是100頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作101現(xiàn)在是101頁\一共有148頁\編輯于星期五核小體（nucleosome）

真核生物染色質(zhì)包裝的基本結(jié)構(gòu)單位，由DNA和組蛋白(histone)構(gòu)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(gòu)成的核心結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是102頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作103現(xiàn)在是103頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作104染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)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：染色單體現(xiàn)在是104頁\一共有148頁\編輯于星期五

染色體的基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。核小體串聯(lián)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(jié)構(gòu)。螺線管進一步盤繞形成超螺線管，這是染色體的三級結(jié)構(gòu)。超螺線管再螺旋化形成一條染色單體，為染色體的四級結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是105頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作106現(xiàn)在是106頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作107現(xiàn)在是107頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作108現(xiàn)在是108頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作109現(xiàn)在是109頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作110現(xiàn)在是110頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作111現(xiàn)在是111頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作112現(xiàn)在是112頁\一共有148頁\編輯于星期五2023/4/2三峽大學李曉玲編寫與制作113從染色體的一級結(jié)構(gòu)到四級結(jié)構(gòu)，DNA分子一共被壓縮了

7×6×40×5=8400倍?，F(xiàn)在是113頁\一共有148頁\編輯于星期五2.4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(jié)構(gòu)受到破壞，雙鏈解開形成無規(guī)則線性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象?，F(xiàn)在是114頁\一共有148頁\編輯于星期五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(xiàn)☆S.S.DNA粘度降低

沉降速度加快☆

分子的A260nmUV

值上升

(hyperchromiceffect

)

現(xiàn)在是115頁\一共有148頁\編輯于星期五現(xiàn)在是116頁\一共有148頁\編輯于星期五A.增色效應(yīng)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(yīng)。為什么260nm處的OD值增加？

現(xiàn)在是117頁\一共有148頁\編輯于星期五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(jié)構(gòu)基礎(chǔ),但雙螺旋結(jié)構(gòu)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(chǎn)生增色效應(yīng)?，F(xiàn)在是118頁\一共有148頁\編輯于星期五1.1851.01.37OD℃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℃)

現(xiàn)在是119頁\一共有148頁\編輯于星期五l

增色效應(yīng)的跳躍現(xiàn)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(xiàn)增色效應(yīng)的跳躍現(xiàn)象,使變形過程加快.

richAT

richAT

現(xiàn)在是120頁\一共有148頁\編輯于星期五B.解鏈溫度（Tm）

通常將加熱變性使DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)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(nèi)50%的雙鏈結(jié)構(gòu)被打開，即增色效應(yīng)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(yīng)的橫坐標。

現(xiàn)在是121頁\一共有148頁\編輯于星期五現(xiàn)在是122頁\一共有148頁\編輯于星期五DNA的解鏈溫度（Tm）是引物的一個重要參數(shù)，它是當50％的引物和互補序列表現(xiàn)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(guān)，G＋C比例越高，Tm值越高。Tm值為PCR反應(yīng)退火溫度的重要參考依據(jù)。Tm值為PCR反應(yīng)退火溫度的重要參考依據(jù)。現(xiàn)在是123頁\一共有148頁\編輯于星期五

Marmur-Dotyformula

EvaluationGC%ofDNA

Tm=69.3+0.41×GC%

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

＜

Tm2℃1.01.1851.37ODwhatismeaning?現(xiàn)在是124頁\一共有148頁\編輯于星期五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）

現(xiàn)在是125頁\一共有148頁\編輯于星期五5`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(nèi)D.SDNA分子中富含AT的變性核心區(qū)（promoter,terminatorregion

）常表現(xiàn)氫鍵的斷裂與形成的“DNA呼吸現(xiàn)象”37.6℃57℃

Tm＞＞＜＜☆堿基排列對Tm值具有明顯影響現(xiàn)在是126頁\一共有148頁\編輯于星期五☆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(guān)☆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

現(xiàn)在是127頁\一共有148頁\編輯于星期五☆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現(xiàn)在是128頁\一共有148頁\編輯于星期五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現(xiàn)在是129頁\一共有148頁\編輯于星期五

pH~12酮基→烯醇基pH~2-3NH2→NH2+(質(zhì)子化)

改變氫鍵的形成與結(jié)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值降低現(xiàn)在是130頁\一共有148頁\編輯于星期五

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)

現(xiàn)在是131頁\一共有148頁\編輯于星期五DNA的復性(renaturation)復性指變性DNA在適當?shù)臈l件下，兩條互補鏈全部或部分恢復到天然雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。退火（annealing）：熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻的復性過程?，F(xiàn)在是132頁\一共有148頁\編輯于星期五

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(yīng)的溫度Tm-25℃(60-65℃)

以消除S.S.DNA分子內(nèi)的部分二級結(jié)構(gòu)●

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→復性愈快現(xiàn)在是133頁\一共有148頁\編輯于星期五3’-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.復性越快現(xiàn)在是134