第二章與染色體詳解演示文稿

第二章與染色體詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)優(yōu)選第二章與染色體當(dāng)前第2頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)一.核酸的分類及分布90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型。參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。當(dāng)前第3頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)二.核酸的功能

1.1944年艾弗里的肺炎球菌實(shí)驗(yàn)2.1952年赫爾希等人的噬菌體感染研究（一）.DNA是主要的遺傳物質(zhì)的證明當(dāng)前第4頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

（二).遺傳物質(zhì)的性質(zhì)

當(dāng)前第5頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

1、遺傳物質(zhì)必須具有的特性

a、貯存并表達(dá)遺傳信息b、能把信息傳遞給子代

c、物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定

d、具有遺傳變化的能力

各異的堿基序列儲(chǔ)存大量的遺傳信息

堿基互補(bǔ)是其復(fù)制、轉(zhuǎn)錄表達(dá)遺傳信息的基礎(chǔ)

生理狀態(tài)下物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定

有突變和修復(fù)能力，可穩(wěn)定遺傳是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)1kbDNA序列41000種遺傳信息當(dāng)前第6頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2.DNA攜帶兩種遺傳信息

a、編碼蛋白質(zhì)和RNA的信息(編碼tRNA、rRNA)

64個(gè)三聯(lián)體密碼子，三個(gè)終止密碼子編碼氨基酸的61個(gè)密碼子有簡(jiǎn)并性、通用性

b、編碼基因選擇性表達(dá)的信息

*原核生物的結(jié)構(gòu)基因占Genome的比例很大

Φx174phage，5386bp，結(jié)構(gòu)基因用去5169bp比例達(dá)96％*真核生物的結(jié)構(gòu)基因占Genome的比例很小

哺乳動(dòng)物中結(jié)構(gòu)基因只占10％～15％

當(dāng)前第7頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)其余80％以上的DNA起什么作用目前還無法精確解釋，但可以肯定其中大部分DNA序列是編碼基因選擇性表達(dá)的遺傳信息

表現(xiàn)在：細(xì)胞周期的不同時(shí)相中個(gè)體發(fā)育不同階段不同的器官和組織不同的外界環(huán)境下各種基因的表達(dá)與否以及量的差異

所以又稱－－調(diào)控序列當(dāng)前第8頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)3、RNA也可作為遺傳物質(zhì)

*RNA病毒傳染媒介是病毒顆粒（病毒基因組RNA、蛋白質(zhì)外殼）TobaccoMosaicVirus(TMV)

*類病毒（viroid）:使高等植物產(chǎn)生疾病的傳染性因子。只由RNA組成4、是否存在核酸以外的遺傳物質(zhì)

朊病毒－－蛋白質(zhì)樣的感染因子當(dāng)前第9頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

第二節(jié)核酸的化學(xué)組成

當(dāng)前第10頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

核酸（nucleicacid)核苷酸(nucleotide)

磷酸(phosphoricacid)核苷(nucleoside)

戊糖(pentose)堿基(base)當(dāng)前第11頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

兩類核酸的基本化學(xué)組成：RNA：D-核糖，A、G、C、U堿基DNA：D-2-脫氧核糖，A、G、C、T堿基元素組成：CHONP當(dāng)前第12頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

一.核苷酸

（一）.戊糖組成核酸的戊糖有兩種：脫氧核糖、核糖，都是β-D-型，DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。當(dāng)前第13頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（二）、堿基

P479結(jié)構(gòu)式

1.嘧啶堿：尿嘧啶(uraci)U胞嘧啶（cytosine）C

胸腺嘧啶（thymine）T2.嘌呤堿:腺嘌呤(Adenine)

A鳥嘌呤(guanine)G

嘌呤衍生物

當(dāng)前第14頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

1.嘌呤堿：嘌呤(purine)

腺嘌呤（6-氨基嘌呤）Adenine(A)

鳥嘌呤（2-氨基6-氧嘌呤）Guanine(G)當(dāng)前第15頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

2.嘧啶(pyrImidine)酮式烯醇式胞嘧啶（2-氧，4-氨基嘧啶）Cytosine(C)當(dāng)前第16頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)尿嘧啶（2，4-二氧嘧啶）Uracil(U)胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）Thymine(T)當(dāng)前第17頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

兩類核酸分子的組成比較：嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC，T脫氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸當(dāng)前第18頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

3.核酸中的修飾堿基：P479表13-2

§次黃嘌呤(I)

§二氫尿嘧啶(D)

§5-甲基胞嘧啶(m5C)

§1-甲基腺嘌呤(m1A)

§N6-甲基腺嘌呤(m6A)當(dāng)前第19頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第20頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第21頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

（三）、核苷（nucleoside）

核苷=戊糖+堿基

堿基和核糖通過C-N糖苷鍵連成核苷。

連接方式:嘌呤環(huán)上的N-9或嘧啶環(huán)上的N-1

與糖的C-1以糖苷鍵相連。當(dāng)前第22頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷鍵β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1糖苷鍵Glycosidicbond當(dāng)前第23頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)腺嘌呤核苷（腺苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）當(dāng)前第24頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

(四).核苷酸（nucleotide）

核苷酸=核苷+磷酸

=戊糖+堿基+磷酸

HHHHHHHHH當(dāng)前第25頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

1.構(gòu)成DNA、RNA的核苷酸

P481表13-14

DNA：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP

RNA：AMP、GMP、CMP、UMP

當(dāng)前第26頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)PPPPPPPP常見（脫氧）核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名鳥嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）當(dāng)前第27頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2.細(xì)胞內(nèi)的游離核苷酸及其衍生物

①核苷5’-多磷酸化合物

ATP、GTP、CTP、ppppA、ppppG在能量代謝和物質(zhì)代謝及調(diào)控中起重要作用。當(dāng)前第28頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)AMPADPATP當(dāng)前第29頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)OPOOHOA(G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGMP)的結(jié)構(gòu)

Cyclicadenylie(Guanine)acid②環(huán)核苷酸3’,5’-cAMP，3’,5’-cGMP

當(dāng)前第30頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)③核苷5’多磷酸3’多磷酸化合物ppGpppppGppppApp當(dāng)前第31頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)④核苷酸衍生物

HSCoA、NAD+、NADP+、FAD等輔助因子。GDP-半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活性糖基供體。當(dāng)前第32頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第33頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第34頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（五）、核酸

3’,5’-磷酸二酯鍵具有方向性核酸鏈的簡(jiǎn)寫式

線條式字符式5＇pＡpＣpＴpＴpＧpＡpＡpＣpＧ3＇DNA5＇pＡpＣpＵpＵpＧpＡpＡpＣpＧ3＇RNA5‘pＡＣＴＴＧＡＡＣＧ3’5＇pＡＣＵＵＧＡＡＣＧ3＇OH牛脾磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶當(dāng)前第35頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)指脫氧核糖核酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，可以用堿基排列順序表示。DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲(chǔ)的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。

當(dāng)前第36頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（一）DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.連接鍵：3’，5’-磷酸二酯鍵2.磷酸與戊糖順序相連形成主鏈骨架3.堿基形成側(cè)鏈

4.多核苷酸鏈均有5’-末端和3’-末端當(dāng)前第37頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（二）DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素

a.DNA在高pH值時(shí)磷酸酯鍵非常穩(wěn)定只是堿基存在構(gòu)像的變化

酮式烯醇式酮式烯醇式當(dāng)前第38頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)RNA在高pH時(shí)則穩(wěn)定性很差OH自由的5’-OH

2’,3’-環(huán)式單核苷酸堿由于2’－OH導(dǎo)致的水解當(dāng)前第39頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

b、磷酸呈四面體構(gòu)型，脫氧核糖呈折疊的五元環(huán)，堿基是平面的。C.主鏈?zhǔn)怯H水的，側(cè)鏈（堿基）是疏水的。

主鏈的脫氧核糖的羥基能與水形成氫鍵。而堿基在無水狀態(tài)免遭小分子攻擊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。當(dāng)前第40頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（三）DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的不均一性（1）重復(fù)序列★反向重復(fù)（回文序列）(invertedrepeat,palindromesequence)

該片段的堿基順序在互補(bǔ)鏈之間正讀反讀都相同。

當(dāng)前第41頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)較短的回文序列可作為一種特別信號(hào)。如：限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)。

當(dāng)前第42頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第43頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第44頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)較長(zhǎng)的回文結(jié)構(gòu)，中間被一些不相關(guān)的序列隔開。都能形成十字架（交叉）和發(fā)卡結(jié)構(gòu)可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)(發(fā)夾結(jié)構(gòu))或十字形結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)錄的終止作用與回文結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)前第45頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第46頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第47頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

(2)富含AT的序列在很多有重要調(diào)節(jié)功能DNA區(qū)段都富含AT堿基對(duì)，特別是在復(fù)制起點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子區(qū)域，富含AT對(duì)。這對(duì)于復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的起始十分重要，因?yàn)镚C對(duì)有三個(gè)氫鍵，而AT對(duì)只有兩個(gè)氫鍵，此處雙鍵易解開。當(dāng)前第48頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

二.DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)：（一）.DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究史二十世紀(jì)二十年代，提出四核苷酸假說。二十世紀(jì)五十年代初，Chargaff規(guī)則：a.[A]=[T]；[C]=[G]，且A+G=C+T。b.DNA的堿基組成具有種的特異性。c.DNA堿基組成沒有組織、器官的特異性。d.年齡、營(yíng)養(yǎng)狀況、環(huán)境等因素不影響DNA的堿基組成。

當(dāng)前第49頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

1953年，Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。Wilkins通過對(duì)DNA分子的X-射線衍射研究證實(shí)了Watson和Crick的DNA模型。1962年，三人共享Nobel生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)前第50頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第51頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（二）、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)

當(dāng)前第52頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)1.兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏繞，形成右手雙股螺旋，一條5’→3’，另一條3’→5’當(dāng)前第53頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2.磷酸與脫氧核糖彼此通過3’，5’-磷酸二酯鍵相連，構(gòu)成DNA分子的骨架。3.磷酸與脫氧核糖在雙螺旋外側(cè)，嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。當(dāng)前第54頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)4.堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行5兩條核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鏈結(jié)合在一起。6.螺圈之間主要靠堿基平面間的堆積力維持當(dāng)前第55頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)A與T通過形成兩對(duì)氫鍵配對(duì)A==T當(dāng)前第56頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

G與C通過形成三對(duì)氫鍵配對(duì)G≡≡C當(dāng)前第57頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)A與T通過形成兩對(duì)氫鍵配對(duì),G與C通過形成三對(duì)氫鍵配對(duì)當(dāng)前第58頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)7.每圈螺旋含10個(gè)核苷酸，堿基堆積距離0.34nm，雙螺旋平均直徑2nm，8.大溝寬1.2nm，深0.85nm，小溝寬0.6nm，深0.75nm2.0nm小溝大溝當(dāng)前第59頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（三）穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的因素

堿基堆積力氫鍵離子鍵疏水作用

當(dāng)前第60頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

①堿基配對(duì)的氫鍵GC含量越多，越穩(wěn)定。

弱鍵,加熱或在DNA溶液中加入可與堿基形成氫鍵的極性分子，如尿素與甲酰胺，能使DNA解鏈。②疏水的相互作用力，堿基有很強(qiáng)的疏水性，并且堿基處于雙螺旋內(nèi)部的疏水環(huán)境中，可免受水溶性活性小分子的攻擊。若在DNA溶液中加入甲醇，增加親水性，或加入三氟醋酸鈉，破壞DNA分子外表的水殼，都會(huì)降低疏水的作用。當(dāng)前第61頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)③堿基堆積力，疏水作用使堿基成簇，從而促成了堿基堆積力（主要因素）。線性DNA兩邊配對(duì)的堿基越多，堆積力越大。④磷酸基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽離子或組蛋白的正離子之間形成離子鍵，中和了磷酸基上的負(fù)電荷間的斥力，有助于DNA穩(wěn)定。強(qiáng)鍵,需酶促解鏈.

0.2mol/LNa+生理鹽條件，

消除DNA單鏈上磷酸基團(tuán)間的靜電斥力

當(dāng)前第62頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（四）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義

模型揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，確認(rèn)了堿基配對(duì)原則，這是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)。當(dāng)前第63頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（五）.DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的多態(tài)性1979年，AlexanderRich發(fā)現(xiàn)了左手螺旋，稱為Z-DNA，另外也有A-DNA的存在。

P489表13-6A-、B-、Z-DNA的比較相對(duì)濕度92%：B—DNA相對(duì)濕度75%：A—DNA。

當(dāng)前第64頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)隨著對(duì)DNA結(jié)構(gòu)研究的不斷深入，人們逐步認(rèn)識(shí)到在天然DNA分子中，以B型結(jié)構(gòu)為主，但同時(shí)可能存在有其他類型的結(jié)構(gòu)形式，即DNA分子的基本結(jié)構(gòu)是B型.

DNA結(jié)構(gòu)的多態(tài)性：幾種不同的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以及同一種雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)參數(shù)存在差異的現(xiàn)象.但在這個(gè)分子的某些區(qū)段會(huì)出現(xiàn)A、Z，甚至三鏈、四鏈，并且這些不同的結(jié)構(gòu)處于動(dòng)態(tài)變化中。當(dāng)前第65頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)實(shí)驗(yàn)證明，水合的B-DNA在脫水時(shí)，或由于加入乙醇或鹽而使水的的活度降低時(shí)即轉(zhuǎn)變?yōu)锳型。這是由于B-DNA中，2-脫氧核糖的構(gòu)象發(fā)生了變化，使得同股核苷酸鏈中相鄰磷酸基間的距離縮短了0.1nm，也使得每匝螺旋的堿基對(duì)數(shù)由10轉(zhuǎn)變?yōu)锳-DNA的11?；疃冉档蜁r(shí)即轉(zhuǎn)變?yōu)锳型。這是由于B-DNA中，2-脫氧核糖的構(gòu)象發(fā)生了變化，使得同股核苷酸鏈中相鄰磷酸基間的距離縮短了0.1nm，也使得每匝螺旋的堿基對(duì)數(shù)由當(dāng)前第66頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)A-DNA中堿基對(duì)也由B-DNA的集中于中心軸變化為向大溝方向移動(dòng)了約0.5nm，也就使A-DNA具有粗短，大溝更細(xì)更深的外形。另外還發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄過程中，在DNA單股上合成RNA時(shí)，DNA與RNA所形成的雜交雙螺旋，可能是A型。在B-DNA向Z-DNA轉(zhuǎn)變中，堿基平面相對(duì)于螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)了180o。當(dāng)前第67頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)這一翻轉(zhuǎn)對(duì)交替d（GC）序列中的兩種殘基的構(gòu)象產(chǎn)生了不同影響，胞嘧啶核苷殘基整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)了180o，仍保持反式構(gòu)象，而鳥嘌呤核苷殘基中的堿基則繞苷鍵轉(zhuǎn)動(dòng)了180o，結(jié)果導(dǎo)致多脫氧核苷酸主鏈的走向呈“Z”形。研究表明，在大多數(shù)細(xì)胞的陽離子條件下，交替的CG區(qū)段很可能處于B型，而在胞嘧啶被甲基化后，就轉(zhuǎn)向Z型。這樣甲基化所處環(huán)境就由B-DNA中的親水區(qū)轉(zhuǎn)而進(jìn)入Z型的疏水區(qū)，也就增加了穩(wěn)定性，進(jìn)而有利于DNA生物功能的發(fā)揮。當(dāng)前第68頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

DNA在發(fā)揮其生物功能過程中，會(huì)呈現(xiàn)與其功能相適應(yīng)的各種特異性結(jié)構(gòu)，如三鏈，四鏈DNA等。但需要指出的是，無論DNA結(jié)構(gòu)形式如何多樣，B-DNA仍然是DNA的最基本構(gòu)象。當(dāng)前第69頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)※.DNA結(jié)構(gòu)的多態(tài)性：幾種不同的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以及同一種雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)參數(shù)存在差異的現(xiàn)象.※.原因：多核苷酸鏈的骨架含有許多可轉(zhuǎn)動(dòng)的單鍵磷酸二酯鍵的兩個(gè)P-O鍵、糖苷鍵、戊糖環(huán)各個(gè)鍵.當(dāng)前第70頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（1）B—DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA右手雙螺旋,每圈螺旋10.4個(gè)堿基對(duì),螺距：3.32nm（2）A-DNA

右手雙螺旋，外形粗短。RNA-RNA、RNA-DNA雜交分子具有這種結(jié)構(gòu)。（3）Z-DNA

左手螺旋，外形細(xì)長(zhǎng)。天然B-DNA的局部區(qū)域可以形成Z-DNA。Rich在研究CGCGCG寡聚體的結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這類DNA,由于磷酸基在多核苷酸骨架上的分布呈Z字形,（原因：左手螺旋的過程中，胞嘧啶核苷酸殘基整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，而嘌呤核苷酸中只有堿基轉(zhuǎn)動(dòng)180°。）因此稱為Z-DNA。

當(dāng)前第71頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)糖磷酸骨架呈“之”字形。左旋分子外形呈波形

在高鹽的條件下嘌呤-嘧啶相間排列在活細(xì)胞中如果胞嘧啶被甲基化的（m5C）Z-DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Z-DNA存在的條件當(dāng)前第72頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（二）Z-DNA存在的條件1）在高鹽的條件下：NaCl的濃度超過2mol/L，MgCl2的濃度要超過0.7mol/L。2）嘌呤-嘧啶相間排列：poly（GC/CG）n,在一定的條件下poly（AC/TG）n,甚至poly(AT/TA)n現(xiàn)在認(rèn)為在適當(dāng)?shù)碾x子存在條件下，任何不少于六個(gè)bp的嘌呤-嘧啶交替排列順序都能形成Z-DNA。

當(dāng)前第73頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)3）在活細(xì)胞中如果胞嘧啶被甲基化的（m5C）則無需嘌呤-嘧啶相間排列，在生理鹽水的濃度下就可產(chǎn)生Z型。如

1981年Behe發(fā)現(xiàn)此是由于甲基（m）伸向大溝含水的環(huán)境中，周圍局部形成憎水區(qū)，有利于Z-DNA的穩(wěn)定。當(dāng)前第74頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

(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，若將其中2個(gè)Z-DNA片段除去，再接到b-珠蛋白基因上表達(dá)，表明增強(qiáng)子失去活性。當(dāng)將野生型SV40的Z-DNA中“T”和“C”轉(zhuǎn)換成“C”、“T”時(shí)，不影響突變體的活性，但嘧啶轉(zhuǎn)換成嘌呤時(shí)，由于破壞了嘌呤-嘧啶的相間排列，而使Z-DNA難以形成，從而SV40也失活（圖9-16）。

當(dāng)前第75頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

調(diào)節(jié)蛋白的識(shí)別位點(diǎn)與轉(zhuǎn)錄有關(guān)

當(dāng)前第76頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)另一個(gè)例子是原生動(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)。大、小兩核的DNA序列相同。而以熒光標(biāo)記的Z-DNA抗體顯示僅和大核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)。當(dāng)前第77頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)DNABhelix0o10.5residues/turndiameter20Apitch34A

DNAZhelix

7o12residues/turndiameter18Apitch45ADNAAhelix

20o11residues/turndiameter23Apitch28A

當(dāng)前第78頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第79頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)三種DNA雙螺旋構(gòu)象比較ABZ外型粗短適中細(xì)長(zhǎng)螺旋方向右手右手左手螺旋直徑2.55nm2.37nm1.84nm堿基直升0.23nm0.34nm0.38nm堿基夾角32.7034.6060.00每圈堿基數(shù)1110.412軸心與堿基對(duì)關(guān)系2.46nm3.32nm4.56nm堿基傾角1901090糖苷鍵構(gòu)象反式反式C、T反式，G順式

大溝很窄很深很寬較深平坦小溝很寬、淺窄、深較窄很深當(dāng)前第80頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)三、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)P36

E.coli的DNA的總長(zhǎng)度是其細(xì)胞長(zhǎng)度的100倍，那么它的DNA怎樣包裝成類核的呢？原來其DNA存在著超螺旋。DNA雙螺旋的進(jìn)一步扭曲構(gòu)成三級(jí)結(jié)構(gòu)。原核生物：雙鏈環(huán)狀DNA,大部分原核生物的DNA是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋，這種雙螺旋還可以再次螺旋化形成超螺旋。結(jié)構(gòu)更緊密，在離心場(chǎng)中比線型和開環(huán)DNA沉降要快。

當(dāng)前第81頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)螺旋和超螺旋電話線螺旋超螺旋當(dāng)前第82頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（一）環(huán)狀DNA：

某些病毒DNA某些噬菌體DNA某些細(xì)菌染色體DNA細(xì)菌質(zhì)粒DNA真核細(xì)胞中的線粒體DNA、葉綠體DNA

當(dāng)前第83頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

1、環(huán)狀DNA的三種典型構(gòu)象（1）松弛環(huán)形DNA線形DNA直接環(huán)化（2）解鏈環(huán)形DNA線形DNA擰松后再環(huán)化（3）超螺旋DNA

當(dāng)前第84頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1152010523L=23,T=23,W=0解鏈環(huán)形15101520231510152025L=23,T=25,W=–2負(fù)超螺旋121482316131510152023右手旋轉(zhuǎn)擰松兩匝后的線形DNADNA超螺旋的形成當(dāng)前第85頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)MOV:PBC\A0267501\supercoilingofDNA當(dāng)前第86頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)正超螺旋：繩子的兩股以右旋方向纏繞，如果在一端使繩子向纏緊的方向旋轉(zhuǎn)，再將繩子兩端連接起來，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)左旋的超螺旋，以解除外加的旋轉(zhuǎn)造成的脅變。負(fù)超螺旋：如果在繩子一端向松纏方向旋轉(zhuǎn)，再將繩子兩端連接起來，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)右旋的超螺旋，以解除外加的旋轉(zhuǎn)所造成的脅變，這樣的超螺旋稱負(fù)超螺旋。大部分天然DNA呈負(fù)超螺旋。

當(dāng)前第87頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2、三種環(huán)形DNA的拓?fù)鋵W(xué)特性

①連環(huán)數(shù)

L

DNA雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)。②扭轉(zhuǎn)數(shù)

T

DNA分子中的watson-crik螺旋數(shù)目，以T表示。③超螺旋數(shù)

W正超螺旋為正，負(fù)超螺旋為負(fù)L=T+W當(dāng)前第88頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第89頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)超螺旋是可以定量描敘的。White在1969通過微分幾何的研究，建立了White方程（L=T+W）來說明環(huán)繞數(shù)和超螺旋的關(guān)系。L（linkingnnmber）：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：①L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。T（twistingnumber）：纏繞數(shù)，即雙螺旋的圈數(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)T為正值。W（writhingnumber）：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。無論是L數(shù)的增加或減少，即加旋或解旋，DNA分子具有維持B-DNA結(jié)構(gòu)的傾向，即由10堿基構(gòu)成一個(gè)螺旋，因此，DNA的長(zhǎng)度確定后，“T”會(huì)保持不變，加旋和解旋的影響由三極結(jié)構(gòu)的扭曲來抵消?，F(xiàn)舉例說明這三者之間的關(guān)系。如有松弛的B-DNA，共有420bp，一條鏈繞另一鏈42次，正好形成42圈螺旋，則L=T=42，所以W=0，無超螺旋。若固定一端，另一端按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)6圈，使雙螺旋解開6圈，再將雙鏈連接成閉合環(huán)，而DNA仍要保持B-DNA的結(jié)構(gòu)，每個(gè)螺旋由10個(gè)bp組成，T又變成最初的42，即有42個(gè)螺旋，則L=36，T=42，所以W=-6，即形成了6個(gè)負(fù)超螺旋（右旋），在此情況下，T值保持不變。

ΔT=0，ΔL=ΔW當(dāng)前第90頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)某B-DNA1350bp，每螺旋10bp，在松弛情況下L=T=1350/10=135,W=0，無超螺旋若DNA一端固定，另一端解螺旋5圈，在兩端封閉：L=135－5=130由于分子內(nèi)張力，出現(xiàn)兩中可能情況：※在分子內(nèi)保持一個(gè)單鏈區(qū)，T=130，W=0※DNA張力趨于保持B-DNA原狀，T=135，L=130，W=－5DNA分子超盤繞5次的負(fù)超螺旋。L=T＋W的計(jì)算當(dāng)前第91頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第92頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)連環(huán)數(shù)（L）纏繞數(shù)（T）扭曲數(shù)W松馳環(huán)25250解鏈環(huán)23230超螺旋2325-2負(fù)超螺旋DNA是由于兩條鏈的纏繞不足引起（L），分子所受張力會(huì)引起互補(bǔ)鏈分開導(dǎo)致局部變性，很易解鏈，易于參加DNA的復(fù)制、重組和轉(zhuǎn)錄等。當(dāng)前第93頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)嵌入劑溴化乙錠（ethidiumbromide，EB），通過嵌入到配對(duì)堿基之間的方式與DNA結(jié)合，導(dǎo)致DNA雙螺旋的局部解旋沉降系數(shù)EB濃度當(dāng)前第94頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)超螺旋的特點(diǎn)堿性pH條件下的沉降系數(shù)

I型DNA共價(jià)閉合環(huán)狀

II型DNA開環(huán)，松弛型

I°型閉環(huán)，松弛型Ⅲ型線狀pH11.3pH11.3pH11.3pH11.3當(dāng)前第95頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)DNA濃度管底管頂I型II型III型電泳當(dāng)前第96頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)超螺旋的意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過程具有關(guān)鍵作用。CsCl密度梯度（含EB）離心：超螺旋〉開環(huán)〉線性當(dāng)前第97頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

DNA分子形成超螺旋的生物學(xué)意義

一是超螺旋DNA具有更緊密的形狀，因此在DNA組裝中具有重要作用。

二是DNA的結(jié)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)性，這有利于其功能的發(fā)揮，而DNA超螺旋程度的改變介導(dǎo)了這種結(jié)構(gòu)的變化。B-DNA是一種熱力學(xué)上的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，超螺旋的引入就提高了它的能量水平。負(fù)超螺旋的存在會(huì)影響DNA結(jié)構(gòu)變化的平衡，具超螺旋的DNA能實(shí)現(xiàn)松弛態(tài)DNA所不能實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。當(dāng)前第98頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

3、原核生物拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase）

拓?fù)洚悩?gòu)體（topoisomerase）：除連環(huán)數(shù)（L）不同外其他性質(zhì)均相同的DNA分子。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶通過改變DNA的L值而影響其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

當(dāng)前第99頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)1)拓?fù)洚悩?gòu)酶酶I

（解旋酶，擰緊）

①僅切斷雙鏈DNA的一條鏈，即催化瞬時(shí)的單鏈斷裂和連接，使雙鏈負(fù)超螺旋DNA轉(zhuǎn)變成松馳形環(huán)狀DNA，每次催化使L值增加1②不需要能量輔助因子如ATP和NAD等，因而不能催化需能的超螺旋化結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前第100頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)目前研究較為清楚的是大腸桿菌拓?fù)洚悩?gòu)酶（過去叫做ω蛋白）。

作用機(jī)理:當(dāng)酶與DNA結(jié)合時(shí)，可形成穩(wěn)定的復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物是切斷DNA鏈的5′-磷酸基與酶的酪氨酸羥基以酯鍵連接而成的，同時(shí)酶的另一端共價(jià)連接在3′-OH基上。在此發(fā)生的是磷酸二酯鍵的轉(zhuǎn)移反應(yīng)，由DNA轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)。當(dāng)DNA的一股鏈穿越切割點(diǎn)繞另一股旋轉(zhuǎn)一圈后，原來斷裂的DNA重新連接，酶被釋放。即磷酸二酯鍵又由蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到DNA。整個(gè)過程并不發(fā)生鍵的不可逆水解，沒有能量的丟失。因此不需要外界供給能量，結(jié)果由于L由n變?yōu)閚+1當(dāng)前第101頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2)拓?fù)洚悩?gòu)酶酶II（促旋酶,擰松）

①使DNA的兩條鏈同時(shí)斷裂和再連接，不需要單鏈切口存在，能使松馳環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋形DNA，因而每個(gè)反應(yīng)后改變兩個(gè)鏈環(huán)數(shù)；②需要能量輔助因子。當(dāng)前第102頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

DNA雙鏈重新連接DNA雙鏈穿過DNA的釋放重復(fù)起始DNA雙鏈斷裂拓?fù)洚悩?gòu)酶II的作用機(jī)制

當(dāng)前第103頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ功能是將復(fù)制叉前的正超螺旋轉(zhuǎn)為負(fù)超螺旋，從而釋放由復(fù)制叉移動(dòng)造成的張力。其每將一個(gè)正超螺旋轉(zhuǎn)為負(fù)超螺旋，就將DNA的連接數(shù)L的符號(hào)從+1變?yōu)?1，則L的變化為L(zhǎng)=-2。當(dāng)前第104頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

大腸桿菌的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ又叫旋轉(zhuǎn)酶.作用機(jī)制:當(dāng)反應(yīng)開始時(shí)，DNA圍繞著酶卷起，然后將兩條鏈切斷，2個(gè)α亞基分別與5’-磷酸基、3’-OH結(jié)合，在酶構(gòu)象改變的牽引下，另一雙鏈穿越酶蛋白提供的裂隙（切口），最后斷裂的2條鏈又重新連接。ATP水解產(chǎn)生的能量用來恢復(fù)酶的構(gòu)象，從而可進(jìn)行下一次循環(huán)。當(dāng)前第105頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)在細(xì)胞中，拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ的量是相互抗衡，并受到精細(xì)地調(diào)節(jié)的，這能保證DNA的負(fù)超螺旋程度達(dá)到一個(gè)最佳狀態(tài)。圖2-22E.coliDNA旋轉(zhuǎn)酶導(dǎo)入負(fù)超螺旋的作用機(jī)理當(dāng)前第106頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（二）三鏈DNA在正常的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上還可形成三股螺旋。依據(jù)三螺旋的形成機(jī)理和生物學(xué)意義，可分為三類：（1）分子間的三螺旋DNA。在一定條件下，合成的脫氧核苷酸插入DNA雙螺旋特定區(qū)域的大溝內(nèi)，通過氫鍵形成局部的分子間三螺旋結(jié)構(gòu)。（2）分子內(nèi)的三螺旋DNA。（具有鏡像結(jié)構(gòu)）DNA雙螺旋特定區(qū)，通過氫鍵作用，發(fā)生自身折疊，形成局部的分子內(nèi)三股螺旋結(jié)構(gòu)，同時(shí)解離出一段DNA單鏈。如鏡像重復(fù)的一段雙螺旋可以形成三股螺旋，稱H-DNA.當(dāng)前第107頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（3）平行的三螺旋結(jié)構(gòu)。是指三螺旋結(jié)構(gòu)中的第三條鏈的序列與第一條鏈的序列相同，方向也相同，這種結(jié)構(gòu)的DNA又叫R-DNA，是因其與基因的重組（recombination）有關(guān)而得名。上述形成三螺旋的三條鏈一般均由Hpu或Hpy組成。堿基配對(duì)方式是第三個(gè)堿基以A或T與A=T中的A配對(duì)，G或C與G=C中的G配對(duì)，但C必須質(zhì)子化(C+)，并且只形成兩對(duì)氫鍵。

當(dāng)前第108頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

第四節(jié)DNA與染色體P19一.染色體概述19世紀(jì)中葉，發(fā)現(xiàn)染色體。當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，每一條染色體都復(fù)制生成一條與母鏈完全一樣的子鏈，形成同源染色體對(duì)。原核生物DNA一般位于類核體上。原核細(xì)胞一般情況下含有一條染色體，都是單倍的。當(dāng)前第109頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)二.真核細(xì)胞染色體的組成真核細(xì)胞的染色體由DNA、組蛋白、非組蛋白及部分RNA組成。其蛋白質(zhì)與相應(yīng)DNA的質(zhì)量比約為2:1。除了性細(xì)胞以外，真核細(xì)胞的染色體都是二倍體，而性細(xì)胞的染色體數(shù)目是體細(xì)胞的一半，稱為單倍體。當(dāng)前第110頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)1.染色體特征:1）分子結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定;2）能夠自我復(fù)制;3）能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，從而控制整個(gè)生命過程;4）能夠產(chǎn)生遺傳的變異。染色體被大量蛋白質(zhì)及核膜包圍，DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯在不同的空間和時(shí)間上進(jìn)行，其基因表達(dá)調(diào)控與DNA的序列和染色體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)前第111頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2.蛋白質(zhì)染色體上的蛋白質(zhì)主要包括組蛋白和非組蛋白。組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白，它與DNA組成核小體。組蛋白分別為Hl、H2A、H2B、H3及H4。它們含有大量的賴氨酸和精氨酸。特性P24非組蛋白包括酶類，收縮蛋白、骨架蛋白、肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等。當(dāng)前第112頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)3.DNA真核細(xì)胞基因組含有大量的重復(fù)序列，功能DNA序列大多被非功能DNA所隔開。許多DNA序列不編碼蛋白質(zhì)。真核細(xì)胞DNA序列可被分為3類:(1)低度或不重復(fù)序列占DNA總量的40％－80％，重復(fù)序列長(zhǎng)度大于1000bp。一般只有一到幾個(gè)拷貝。此類序列攜帶大量能編碼各種功能不同蛋白質(zhì)的遺傳信息（結(jié)構(gòu)基因)，也有一些是基因間隔序列。當(dāng)前第113頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)(2)中度重復(fù)序列：占總DNA的10％～40％，重復(fù)次數(shù)在10-104，各種rRNA、tRNA以及某些結(jié)構(gòu)基因?qū)儆谶@一類。中度重復(fù)序列往往分散在不重復(fù)序列之間。中度重復(fù)序列一般有種的特異性，可以作為探針，區(qū)分不同種間細(xì)胞DNA。當(dāng)前第114頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)(3)高度重復(fù)序列――由6～100個(gè)堿基組成，在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)高達(dá)數(shù)百萬次（106）以上，因此復(fù)性速度很快。不轉(zhuǎn)錄。在高度重復(fù)序列中，還有一種簡(jiǎn)單的重復(fù)單位組成的重復(fù)序列，重復(fù)單位一般由2～10bp組成，成串排列。這種重復(fù)序列的堿基組成富含AT，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開，因此把它叫做衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）。衛(wèi)星DNA占總DNA的10％～60％，（真核）當(dāng)前第115頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)又根據(jù)重復(fù)頻率和重復(fù)序列長(zhǎng)度不同，可分為小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA.相近種屬的高度重復(fù)序列存在相似性，不同種屬具有種屬特異性。高度重復(fù)序列可能參與DNA復(fù)制及基因表達(dá)的調(diào)控。當(dāng)前第116頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)4.染色質(zhì)與核小體(nucleosome)1974年，Kornberg發(fā)現(xiàn)核小體核小體是所有真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)單位小球菌核酸酶處理后凝膠電泳電鏡觀察

當(dāng)前第117頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構(gòu)成核心組蛋白。

雙螺旋DNA(146bp)以左手超螺旋的方式繞核心顆粒1.75圈，纏繞在核心組蛋白表面，構(gòu)成核心顆粒。

兩端各有11bp與H1結(jié)合，形成完整的核小體連接區(qū)DNA（平均55bp）將相鄰的核小體連接。1）核小體的組裝當(dāng)前第118頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第119頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第120頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第121頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2）30nm染色體螺旋管的模型當(dāng)前第122頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)30nm染色體螺旋管的模型(引自Griffithsetal1999)當(dāng)前第123頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第124頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)（3）扭曲成突環(huán)（Loop）附著在非組蛋白組成的支架，約含75kbDNA

當(dāng)前第125頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第126頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第127頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)DNA（2nm,200bp

）核小體鏈（11nm,每個(gè)核小體200bp）纖絲（30nm,每圈6個(gè)核小體）突環(huán)（150nm,每個(gè)突環(huán)大約75000bp）

玫瑰花結(jié)（300nm,6個(gè)突環(huán)）

螺旋圈（700nm,每圈30個(gè)玫瑰花）

染色體（1400nm每個(gè)染色體含10個(gè)玫瑰花）當(dāng)前第128頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

DNA核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍共計(jì)壓縮8400倍當(dāng)前第129頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)5.基因與基因組

基因的定義：

DNA分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。合成有功能的多肽鏈或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。故一個(gè)基因應(yīng)包含不僅是編碼蛋白質(zhì)肽鏈或RNA的核酸序列，還包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列、5′非翻譯序列、內(nèi)含子以及3′非翻譯序列等所有的核酸序列（蛋白質(zhì)基因和RNA基因）。當(dāng)前第130頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)基因分類編碼蛋白質(zhì)的基因：具有轉(zhuǎn)錄和翻譯功能，包括編碼酶和結(jié)構(gòu)蛋白的結(jié)構(gòu)基因以及編碼阻遏蛋白的調(diào)節(jié)基因。只有轉(zhuǎn)錄功能而沒有翻譯功能的基因：包括tRNA基因和rRNA基因不轉(zhuǎn)錄的基因：它對(duì)基因表達(dá)起調(diào)節(jié)控制作用，包括啟動(dòng)基因和操縱基因當(dāng)前第131頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)基因組（genome）基因組：攜帶生物體全部遺傳信息的核酸量?？梢灾敢粋€(gè)細(xì)胞、一個(gè)個(gè)體、一個(gè)種群.原核：就是它的整個(gè)染色體。真核：一個(gè)物種單倍體染色體數(shù)目不同生物體中具有不同的基因組大小當(dāng)前第132頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)1）原核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基因組很小，且大小相差較大單倍體（逆轉(zhuǎn)錄病毒除外）基因重疊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練轉(zhuǎn)錄單元（多順反子結(jié)構(gòu)）基因多是連續(xù)的（真核細(xì)胞病毒除外）當(dāng)前第133頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

A.基因組很小，相差較大

基因組大小編碼蛋白質(zhì)

乙肝病毒3Kb4種痘病毒3000Kb幾百種大腸桿菌4600Kb3000－4000當(dāng)前第134頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)原核生物中一般只有一條染色體且大都帶有單拷貝基因，只有很少數(shù)基因〔如rRNA基因〕是以多拷貝形式存在當(dāng)前第135頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)B.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練大部分可編碼蛋白質(zhì),只有非常小的一部份不編碼蛋白質(zhì)(通常是基因表達(dá)的控制序列）ΦX174DNA中不翻譯的部份只占217/5375G4DNA中不翻譯的部份占282/5577乳頭瘤病毒基因組中不翻譯的部份占1.0/8.0Kb當(dāng)前第136頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)C.基因重疊同一段DNA片段能夠編碼兩種甚至三種蛋白質(zhì)分子

此現(xiàn)象在其它的生物中僅見于線粒體和質(zhì)粒DNA較小的基因組能夠攜帶較多的遺傳信息ΦX174單鏈DNA病毒，宿主為大腸桿菌，因此，又是噬菌體。編碼11個(gè)蛋白質(zhì)分子，總分子量為25萬左右，相當(dāng)于6078個(gè)核苷酸所容納的信息量DNA本身只有5375個(gè)核苷酸，最多能編碼總分子量為20萬的蛋白質(zhì)分子當(dāng)前第137頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

基因重疊的幾種情況：（1）完全重疊（2）部分重疊（3）兩個(gè)基因只有一個(gè)堿基重疊,有的重疊基因的重疊部分翻譯相同序列的肽段；有的翻譯不同的肽段，這是因?yàn)榉g起點(diǎn)錯(cuò)位引起的。當(dāng)前第138頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

D.轉(zhuǎn)錄單元基因組DNA序列中功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的基因或rRNA的基因往往叢集在基因組的一個(gè)或幾個(gè)特定的部位，形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，即形成多順反子結(jié)構(gòu)（polycistronie）當(dāng)前第139頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)多順反子mRNA可編碼兩條或兩條以上蛋白質(zhì)分子的mRNA的分子，當(dāng)前第140頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)E.原核生物的基因多是連續(xù)的，真核細(xì)胞病毒的基因是不連續(xù)的.SV40當(dāng)前第141頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2）真核生物基因組特點(diǎn)

基因組大，含有多種序列組分染色體雙倍體單順反子重復(fù)序列斷裂基因

當(dāng)前第142頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第143頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)序列組分快復(fù)性成分高度重復(fù)序列中復(fù)性成分中度重復(fù)序列慢復(fù)性成分不重復(fù)序列當(dāng)前第144頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第145頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)第五節(jié)DNA的變性、復(fù)性與分子雜交

一、DNA的變性（denaturation）1.定義：在理化因素作用下，DNA雙螺旋的兩條互補(bǔ)鏈松散而分開成為單鏈，從而導(dǎo)致DNA的理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變的現(xiàn)象.

變性不涉及共價(jià)鍵的斷裂，磷酸二酯鍵的斷裂是降解。核酸的變性可發(fā)生在整個(gè)DNA分子中，也可發(fā)生在局部的雙螺旋節(jié)段上（局部變性）.當(dāng)前第146頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第147頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第148頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)2.變性表征：

生物活性部分喪失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效應(yīng)）、沉降速度加快。

當(dāng)前第149頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

3.變性因素：酸堿變性（

pH>11.3或<5.0）變性劑（脲、甲酰胺、甲醛）低離子強(qiáng)度熱變性當(dāng)前第150頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)

4.DNA的增色效應(yīng):

加熱時(shí)，DNA雙鏈解鏈過程中，內(nèi)部的堿基暴露，對(duì)260nm波長(zhǎng)紫外光吸收增加，DNA的A260增加，并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系。這種關(guān)系稱為DNA的增色效應(yīng).

當(dāng)前第151頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)5.熱變性和Tm1）熱變性：由加熱引起的變性，當(dāng)將DNA稀鹽溶液加熱到80℃左右，雙螺旋結(jié)構(gòu)受到破壞，氫鍵斷裂，兩條鏈彼此分開形成無規(guī)則線團(tuán)。DNA的變性過程是突發(fā)性的，在較窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生。濃度50ug/mL時(shí)，雙鏈DNAA260=1.00，完全變性（單鏈）A260=1.37,當(dāng)前第152頁\共有171頁\編于星期三\9點(diǎn)如果以溫度對(duì)紫外吸收作圖，可得一S形曲線，稱為熔解曲線熔解曲線的中點(diǎn)，即一半的DNA雙螺旋解為單鏈所對(duì)應(yīng)的溫度稱為熔解溫度或解鏈溫度（mel