基因的概念演示文稿

基因的概念演示文稿當(dāng)前第1頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)優(yōu)選基因的概念當(dāng)前第2頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.1.早期的基因概念當(dāng)前第3頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.1.1.融合遺傳理論（Blendinginheritane）母本體液

父本體液

子代具有父，母雙親的性狀

+公元前5世紀(jì)Hippocrates公元前4世紀(jì)Aristotle認(rèn)為殘疾人的后代不一定是殘疾者當(dāng)前第4頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

獲得的性狀是由環(huán)境影響(非遺傳物質(zhì)的改變)

新性狀一旦獲得,便能遺傳給后代2.1.2.獲得性遺傳理論(InheritanceofacquiredcharactersL.B.Lamarck.1809)

物種加強(qiáng)和完善對環(huán)境的適應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾路N當(dāng)前第5頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.1.3.泛生論假說（HypothesisofthePangenesis）

C.Darwin1866

Panger當(dāng)前第6頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.1.4.種質(zhì)論（TheoryofgermplasmA.Weismann1883.

）GermeplasmSomatoplasmRoot,Stem,Leaf……Somatoplasm→Germplasm→Germplasm當(dāng)前第7頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

經(jīng)典遺傳學(xué)理論1865-19262.1.5.當(dāng)前第8頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.1.5.遺傳因子假說

(HypothesisoftheinheritedfactorG.J.Mendel1865.)

生物性狀由遺傳因子控制

親代傳給子代的是遺傳因子(A,a….)

遺傳因子在體細(xì)胞內(nèi)成雙(AA,aa)

在生殖細(xì)胞內(nèi)為單（A,a）

雜合子后代體細(xì)胞內(nèi)具有成雙的遺傳因子(Aa)

等位的遺傳因子獨(dú)立分離非等位遺傳因子間自由組合地分配到配子中當(dāng)前第9頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)否定了HypothesisofthePangenesis奠定了Theoryofparticulateinheritance

提出了LawofsegregationLawofindependentassortment

缺乏細(xì)胞在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體行為的有力證據(jù)當(dāng)前第10頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Mendel臨終前說：GregorMendel1822-1884

等著瞧吧，我的時代總有一天會來臨當(dāng)前第11頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)同時發(fā)現(xiàn)并證實(shí)

Mendel的兩大規(guī)律

1900．Hugodevires1848-1935荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)ErichvonTchermark1871-1962德國土賓根大學(xué)CarlCorrens1864-1933奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學(xué)

LawofsegregationLawofindependentassortment當(dāng)前第12頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)1910Thelawoflinkage

T.H.MorganWalterS.Sutton“TheChromosomeinHeredity”(1903)

二倍體生物減數(shù)分裂后每個配子僅接受成對染色體中的一個假定基因是染色體的一部分

第一次將遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)科學(xué)地結(jié)合起來為Mendel遺傳規(guī)律的解釋提供了細(xì)胞學(xué)證據(jù)當(dāng)前第13頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.2.經(jīng)典的基因概念

當(dāng)前第14頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Theoryofthegene

基因是染色體上的實(shí)體

基因象鏈珠(bead)一樣，孤立地呈線狀地排列在染色體上

基因是(Threeinone)

；

功能(functionalunit)突變(mutationunit)

交換(cross-overunit)

“三位一體”的最小的不可分割的基本的遺傳單位(1926T.H.Morgan)當(dāng)前第15頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)1866.-1926.

經(jīng)典遺傳學(xué)理論當(dāng)前第16頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.3.

基因概念的演變與發(fā)展

當(dāng)前第17頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.3.1.基因的位置效應(yīng)

PositioneffectBareye

Positioneffect

Dosageeffect

DuplicationWildtype16A780個68個45個Ｘ－chromosomeSturtevant385個當(dāng)前第18頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)（W>wineuchromatin）（Wgenebesilencedinheterochromatin）WWww

WwRedeye

Wwwhiteeye

Positioneffect當(dāng)前第19頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.3.2.擬等位基因概念的提出

（pseudoalleles）

Multiplealleles

a1Aa2a3Aa1a2a1a1×a2a2

a1a2

(nowildtype)

當(dāng)前第20頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)But!W

w-

wa

redeye(w.t)w-wa×w-Y

Xw-

Y

Xw-

Xw-

Xw-

Xw-

Y

Xwa

Xw-

Xwa

XwaY

?1/1000W.Tredeyewhiteeye(mut)amygdaloideye(mut)

inDrosophila

當(dāng)前第21頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)緊密連鎖（交換率極低），功能相同（表型相似）

SingleSimplePropagationPopulationGeneticsdeveloping

PseudoAlleles

From1940’sMicrobeasgeneticresearchmaterialA1A2

a1a2

w.tMut.A1

a2

a1A2

當(dāng)前第22頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

順反子理論

Theoryofcistron

(S.Benzer1955)

對經(jīng)典的基因概念的

第一次重要修正與發(fā)展

當(dāng)前第23頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Diplococcumpneumonice

DNAasgeneticmaterial

1948.retired,TheNobelcommitteehasbeencriticizedfornotrecognizingAvery’sachievementbeforehisdeath(1877-1955)1941.Beadle&TatumNurasporacrassaOnegene----oneenzyme

1944OswaldAvery(Canada)BachelorJacob&Monod1960Escherichiacoli

Lactoseoperon1955.

S.BenzerE.coliT4phage

Cistron理論基礎(chǔ)當(dāng)前第24頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.3.3.Theoryofcistron(S.Benzer1955)

Mut.T4rII:rII107,rII105,rII51,rII47……(400)

PhageE.coliBE.colik12PlaqueW.tT4Mut.T4rII白,小,邊緣模糊白,小,邊緣模糊大,園,邊緣清晰當(dāng)前第25頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)rII47

0

0

rII102

E.coliB

planeE.coliB

BlottingintoplaneE.coliK12

Recombinationassay

0

0

rII47

rII104

當(dāng)前第26頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Threeinone!RIIregion

RII4710410110310510651102

Howmanygenes?！

當(dāng)前第27頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

0

0

rII47

rII106

0

0

rII106

rII51

Complementaryassay

planeE.coliK12

recombination?!functioncomplementaryrII47rII106rII106rII51difficultpropagationrecombinationWhy?How?當(dāng)前第28頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)相依為命！依據(jù)：Onegeneoneenzyme

Mutant

Wildtype

無能為力！當(dāng)前第29頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

雜合二倍體內(nèi)，野生型基因?qū)ν蛔冃偷任换?可以發(fā)生功能的補(bǔ)償,產(chǎn)生功能互補(bǔ)效應(yīng)帶有不同突變位點(diǎn)的噬菌體同時感染一個E.coli，構(gòu)成雙突變雜合二倍體，組成互補(bǔ)測驗(yàn)體系，以測定各突變位點(diǎn)所在基因的等位性

Ab1

Ab2

a1BAb2當(dāng)前第30頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)不同的非等位基因

同一等位基因

功能互補(bǔ)效應(yīng)的測驗(yàn)體系具有

不具有

突變位點(diǎn)處于a1BAb2Ab1

Ab2

當(dāng)前第31頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)rII4710410110310510651102

●●●●●●●●Agene

Bgene

rIIofT4phageincludingtwogenes當(dāng)前第32頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)順反子假說（Theoryofcistron）

Cistron

是基因的同義詞

在一個順反子內(nèi)，有若干個突變單位突變子(muton)

在一個順反子內(nèi)，有若干個交換單位交換子（recon）

基因是一個具有特定功能的，完整的，不可分割的最小的遺傳單位

基因內(nèi)可以較低頻率發(fā)生基因內(nèi)的重組，交換

pseudoalleles

是基因內(nèi)的突變體

mut1Xmut2

W.t

是基因內(nèi)發(fā)生交換的結(jié)果

cistron概念的提出是對經(jīng)典的基因概念的動搖是對pseudoalleles概念的修正threeinoneoneinone當(dāng)前第33頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

2.3.4.等位基因（Allele,Allomorph）概念的發(fā)展PseudoalleleDNA多型性檢測技術(shù)的發(fā)展(RFLP,RAPD)

Allele

同一座位存在的兩個以上不同狀態(tài)的基因,其總和稱之為復(fù)等位基因（multiplealleles）（A,a1,a2..）

全同等位基因

(homoallele)

非全同等位基因

(heteroallele)

Allele

具有相對差異的DNA區(qū)域

TAAAGTAAT

TAAAGCAAT

當(dāng)前第34頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)site

Genelocus

Muta1Muta2×W.tAMuta1Muta2ATTCTGAGCTATTCGGAGCT

ATTCAGAGCT

ATTCGGAGCTATTCAGAGCT

(mut2)

ATTCAGAGCTATTCGGAGCT

(mut1)

全同等位基因在同一基因座位(locus)中，同一突變位點(diǎn)（site）向不同方向發(fā)生突變所形成的等位基因(homoallele)

當(dāng)前第35頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)非全同等位基因；在同一基因座位（locus）中，不同突變位點(diǎn)（site）發(fā)生突變所形成的等位基因。(heteroallele)

site

Genelocus

Muta1Muta2×siteW.tAMuta1Muta2ATTCGGAGCTATTCTGAGATATTCGGAGCTATTCGGAGAT

(mut)ATTCTGAGATATTCTGAGCT(W.t)

ATTCTGAGCT當(dāng)前第36頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)早期基因的概念經(jīng)典的基因概念基因概念的發(fā)展當(dāng)前第37頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Lac.OperonLactose2.3.5.操縱子理論

(Lactoseoperon1961.Jacob,Monod)

IPOZYA

zya

某一基因功能的表現(xiàn)是若干基因組成的信息表達(dá)的整體行為當(dāng)前第38頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)onegene→onefunction(Ribozyme,Abzyme,rDNA,tDNA..)

onegene→oneenzymeonegene→onepeptide當(dāng)前第39頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)★transcritable,translatablegene(Z,Y,A)Transcritablebutnon-translatablegene(tDNA,rDNA)Non-transcritable,non-translatablegene(promoter,operator)2.3.6基因的類型當(dāng)前第40頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)★cisactionfactorAffectstheactivityonlyofDNAsequencesonitsownmolecularofDNA,thispropertyusuallyimpliesthatthefactordoesnotcodeforprotein通過核苷酸自身的特異二級結(jié)構(gòu)控制與它緊密連鎖的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，一般不編碼蛋白質(zhì)(無基因產(chǎn)物的DNA功能區(qū))

當(dāng)前第41頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)★transactionfactorAffectstheactivityofanygenelocatedongenomebyitstranslatedproduct.通過擴(kuò)散自身表達(dá)產(chǎn)物（酶，調(diào)節(jié)蛋白）控制其他基因的表達(dá)可轉(zhuǎn)錄，可翻譯調(diào)節(jié)蛋白的DNA功能區(qū)可通過互補(bǔ)測驗(yàn)體系確定其功能區(qū)域當(dāng)前第42頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)當(dāng)前第43頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)當(dāng)前第44頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Cis(Latin=here)Incis=OnthesameDNAmolecularTrans(Latin=across)Intrans=OnthedifferentDNAmolecular

?!當(dāng)前第45頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)當(dāng)前第46頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

DNAisamaingeneticmaterial

Istheproteingeneticmaterial?復(fù)制?表面遺傳信息?

RNAisgeneticmaterialalsoTobaccoMosaicVirus(TMV)▲Hershey

lambdarphagecycle▲Watson&Crich

DNAdoublehelixRIIDNASIII▲1928Griffith1944AveryO.T2.3.7.DNA是主要的遺傳物質(zhì)當(dāng)前第47頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)是否存在核酸之外的其他遺傳物質(zhì)？當(dāng)前第48頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)羊癢疫(scripie)人類

kuru病牛海綿狀腦炎(瘋牛病)…高度純化的病體腦組織的感染性粒子可被蛋白酶K抑制不被核酸酶和輻射滅活不含大于100nt的核酸28kD的疏水性糖蛋白由核基因組基因

PrP（PrionProtein）編碼Prion(proteinaccousinfectionsparticle)

傳染性病原蛋白顆粒引起的風(fēng)波當(dāng)前第49頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Prion

復(fù)制?轉(zhuǎn)錄?翻譯?

統(tǒng)稱Prion(元病毒)

傳染性病原蛋白顆粒Prion(proteinaccousinfectionsparticle)當(dāng)前第50頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)DNA作為遺傳物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)(自然選擇的優(yōu)勢)★

儲存遺傳信息量大1kbDNA序列41000

種遺傳信息★核糖的2’–OH

脫氧在水溶液中的穩(wěn)定性高于RNA★可以突變方便修復(fù)以求不斷進(jìn)化以求穩(wěn)定遺傳★A/T,C/G互補(bǔ)雙螺旋結(jié)構(gòu)復(fù)制,轉(zhuǎn)錄遺傳穩(wěn)定當(dāng)前第51頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)大基因組生物

DNA中如有U

潛在的遺傳危險

?Ung

CU

突變

T

★DNA中有T無UDNA擴(kuò)增進(jìn)化★DNA中有T無U是進(jìn)化的結(jié)果無法區(qū)分兩類UUU-G配對,U-A配對CU突變當(dāng)前第52頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.4.基因的分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前第53頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

NucleicAcid(NA)

Polynucleotidechain(polyNt)Nucleotide(Nt)basicunitMono-phosphate(Mp)Nucleoside(Ns)Deoxy-ribose(Ribose)BasePurin(pu)Pyrimidine(py)Aderine(A)Thymine(T)Guanine(G)Uracil(U)

Cytosine(C)

2.4.1.基因是DNA分子的片段

當(dāng)前第54頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)l

DNA

與RNA的區(qū)別RNA

2’

單磷酸核苷酸

3’

單磷酸核苷酸

2’,3’

環(huán)式單核苷酸

RNase

pH11.5

l

Ribosel

Basel

D.S.&S.S.l

Numbers&lengthl

Stability

當(dāng)前第55頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)pOHOOHOOHpOppOHOHRNA

RNase

pH11.5

O2’,3’

環(huán)式單核苷酸

Op3’

單磷酸核苷酸

pOOH2’

單磷酸核苷酸

pOOH當(dāng)前第56頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Nucleotide(Nt)basicunit當(dāng)前第57頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.4.2.DNA

雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

(DNADoubleHelixModel)

1938.W.T.Astbury1950.Chargaff

A+G/T+C=1A+T=G+C1952.

AlexanderTodd

Nt~~Nt~~Nt~~Nt~~Nt

X~rayphotographofDNA

RichATform&richGCform

3’,5’phosphodiesterbond

當(dāng)前第58頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

X~rayphotographofDNAwithhighquality

1952.King’sLab.UKM.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

當(dāng)前第59頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)1953.Watson&Crick

RighthandedB-formDNADoublehelixModel

當(dāng)前第60頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)G-Cpair,heldtogetherbythreehydrogenbondsA-Tpair,heldtogetherbytwohydrogenbonds當(dāng)前第61頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)l

堿基頂部基團(tuán)裸露在DNA

大溝內(nèi)

l

蛋白質(zhì)因子與DNA的特異結(jié)合依賴于

氨基酸與DNA間的氫鍵的形成l

蛋白質(zhì)因子沿大溝與DNA形成專一性結(jié)合的機(jī)率與多樣性高于沿小溝的結(jié)合l

大溝的空間更有利于與蛋白質(zhì)的結(jié)合

DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)當(dāng)前第62頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)RighthandedB-formDNADoublehelixModel

每一單鏈具有5‘3’極性兩條單鏈間以氫鍵連接兩條單鏈，極性相反，反向平行以中心為軸，向右盤旋(B-form)

雙螺旋中存在

大溝(2.2nm)

小溝(1.2nm)當(dāng)前第63頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.4.3.

影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

堿基堆積的棒狀實(shí)體

l

氫鍵(Hydrogenbond4~6kc/mol)

消除DNA單鏈上磷酸基團(tuán)間的靜電斥力

弱鍵,可加熱解鏈氫鍵堆積,有序排列(線性,方向)

l

磷酸酯鍵(phosphoesterbond80~90kc/mol)l

0.2mol/LNa+

生理鹽條件

強(qiáng)鍵,需酶促解鏈當(dāng)前第64頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)l

堿基堆積力(非特異性結(jié)合力)3.4A°

(1kc/mol—0.6kc/mol)×n

(熱運(yùn)動消耗)

☆

磷酸骨架,氨基,酮基周圍水分子間的有序排列

☆

Vandewaalsforce

(1.7A°/嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)作用半徑)(0.34nm/堿基對間距)當(dāng)前第65頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)☆疏水作用力(Hydrophobicinteraction)

不溶于水的非極性分子在水中相互聯(lián)合,成串結(jié)合的趨勢力即為熵Entrophy（ΔS）成為堿基間的部分堆積力

l

磷酸基團(tuán)間的靜電斥力

l

堿基內(nèi)能增加,使氫鍵因堿基排列有序狀態(tài)的破壞而減弱

DNA分子中非極性的嘌呤、嘧啶環(huán)（-NH2等），使有序的以氫鍵連接的水分子層繞，熵值降低。DNA分子中非極性堿基的聚集，使有序的水分子層繞減低到最低的限度，減少熵值的降低。當(dāng)前第66頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.4.4.DNA分子變性(DNAdenaturation)

●

D.S.DNAS.S.DNA

(加溫,極端pH,尿素,酰胺)

當(dāng)前第67頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)變性過程的表現(xiàn)☆S.S.DNA粘度降低當(dāng)前第68頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)D.SDNAS.SDNA粘度降低？溶液粘度取決于分子流動過程中的內(nèi)摩擦和阻力高分子溶液>

普通溶液線狀分子>

不規(guī)則線團(tuán)>

球形分子D.S.DNA鋼性較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)較為舒展的DoublehelixS.S.DNA沒有氫鍵的支撐由螺旋結(jié)構(gòu)向折疊和線團(tuán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變D.SDNAS.SDNA粘度降低當(dāng)前第69頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)變性過程的表現(xiàn)

沉降速度加快☆

分子的A260nmUV

值上升

(Hyperchromicity)

當(dāng)前第70頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)1.1851.01.37OD℃Concentration50μg/mlOpeticalDensity

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

=OD增加值的中點(diǎn)溫度(一般為85-95℃)

Tm

(meltingtemperature)

=midpointofthetemperaturerangeoverwhichDNAisdenatured當(dāng)前第71頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

Marmur-Dotyformula

EvaluationGC%ofDNA

Tm=69.3+0.41×GC%

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

＜

Tm2℃1.01.1851.37ODwhatismeaning?當(dāng)前第72頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)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(kuò)展,表現(xiàn)增色效應(yīng)的跳躍現(xiàn)象,使變形過程加快.richAT

richAT

當(dāng)前第73頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)●影響Tm值的因素

☆在A,T,C,G隨機(jī)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）

當(dāng)前第74頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)☆大片段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(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

當(dāng)前第75頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)☆鹽濃度的影響

單鏈DNA主鏈的磷酸基團(tuán)負(fù)電荷的靜電斥力兩條單鏈DNA的分離Na+在磷酸基團(tuán)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當(dāng)前第76頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Tm↑當(dāng)Na+濃度低屏蔽作用小斥力加強(qiáng)Tm↓靜電斥力

熵值（△S）TmODA260

0.01M0.1M1.0MNa+當(dāng)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(dāng)前第77頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

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值降低當(dāng)前第78頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.4.5.DNA分子的復(fù)性

(annealorrenaturation)

D.SDNAS.SDNADenaturation▲▼Renaturation

復(fù)性過程依賴于單鏈分子間的隨機(jī)碰撞

(DependsonthecollisionofcomplementaryS.S.DNA)

當(dāng)前第79頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

影響DNA復(fù)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(fù)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分子的長度S.S.DNA愈長S.S.DNA愈短→分子擴(kuò)散愈慢→復(fù)性愈慢→分子擴(kuò)散愈快→復(fù)性愈快當(dāng)前第80頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

影響DNA復(fù)性過程的因素：

DNA分子中,dNt的排列狀況

(隨機(jī)排列,重復(fù)排列)

S.S,DNA的初始濃度C0當(dāng)前第81頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)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’當(dāng)前第82頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)復(fù)性動力學(xué)的研究方法

Hydroxyapatitecolumn

羥基磷灰石柱LowCofPHighCofPabsorbD.S.DNAreleaseD.S.DNA當(dāng)前第83頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)復(fù)性發(fā)生的過程的討論遵循second–orderkineticsformula

（二級反應(yīng)動力學(xué)）dCt/dt=-KCt2

反應(yīng)初始t=0

兩條部分同源(小于20dNt)的S.S.DNA,在復(fù)性過程中形成的部分雙鏈區(qū)是不穩(wěn)定的

單鏈DNA的隨機(jī)碰撞過程（randomlycollision

）單鏈DNA濃度=C0反應(yīng)達(dá)t時單鏈DNA濃度=Ct當(dāng)前第84頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)dCt/dt=-KCt2積分Ct/C0=1/1+KC0t當(dāng)Ct/C0=1/2

時Ct/C0=1/2=1/1+KC0t(1/2)K=1/Cot(1/2)Cot(1/2)=1/K(mol.Sec/L)任一DNA分子達(dá)到Ct/C0=?的速率是定值當(dāng)前第85頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)在控制反應(yīng)條件相同的前提下,兩種DNA分子的C0t(1/2)值,

取決于dNt的排列復(fù)雜性

(復(fù)性動力學(xué)的復(fù)雜性,Kineticcomplexity,K.C)AAAAAAAAK.C.=1C0t(1/2)=2×10-6ATCGATCGATCGK.C.=4C0t(1/2)=8×10-6

K.C.=5×105C0t(1/2)=1Ct/C0

0101C0t(1/2)C0t(1/2)

Fractionreassociated當(dāng)前第86頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)當(dāng)前第87頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)當(dāng)前第88頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)當(dāng)前第89頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素DNA分子變性DNA分子的復(fù)性當(dāng)前第90頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.4.6.

核酸分子的空間結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)：

DNA分子的核苷酸組成與排列（sequence）1977F.Sangerφχ174的全序列分析二級結(jié)構(gòu)：

D.S.DNADoubleHelixmodelA,B,Z….,Linear,circle…T.S.DNA(TriplexStrands)Tet.SDNA(TetraplexStrands)superhelixDNA(Negative,Positive)三級結(jié)構(gòu)：（高級結(jié)構(gòu)）當(dāng)前第91頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)●二級結(jié)構(gòu)的形態(tài)LinearDNA.LOpenCircleDNA

OCrelexedformSupercoiledcircle(高級結(jié)構(gòu))CovalentClosedCircle

CCCD.S.L1.00D.S.OC1.14S.S.L1.30D.S.CCC1.41Collapsed3.00SvedbergUnit(S)polymerOCLCCC當(dāng)前第92頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)核酸分子的二級結(jié)構(gòu)(分別出現(xiàn)在DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄，重組等階段)InvertedrepeatReplicationReplication當(dāng)前第93頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)核酸分子的二級結(jié)構(gòu)分別出現(xiàn)在DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄，重組等階段(knot)當(dāng)前第94頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.4.7.左旋雙螺旋DNAZ-DNA

(Left-HandedDoubleHelix)

1953.

Watson,Crick&Wilkins●

技術(shù)條件本身的局限（分辨度）●研究的精確性（原子間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)?）●不能人工合成寡聚核苷酸片段（oligo-dntfragment)●僅獲得了DNAfibergraphicofX-ray

當(dāng)前第95頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

(G/C)6

1979.AlecxanderRich(MIT)l

人工合成6bp(G/C)6核苷酸片段l

獲得寡聚核苷酸的crystalgraphicofx-rayl

圖象的分辨度達(dá)到0.9埃(0.09nm)l

研究了原子間的BondangleDistanceRingpuckerLeft-handeddoublehelix任何>6bppy-pu交替排列序列的DNA片段均可形成Z-DNA,

但難易程度不同

當(dāng)前第96頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)DNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

Z-DNAZ-DNAA-DNAB-DNA當(dāng)前第97頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)DNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

FormBZAHelixDirectionRightLeftRightBp/circle101210.7Distance/bp~0.34nm~0.38nm~0.25nmDistance/helix

3.4nm4.46nm2.8nmDiameter/helix2.0nm1.8nm1.9nmSequence

AnyPolyG-CAnyPolyC-APolyT-GPolyT-A

當(dāng)前第98頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Condition

Normal4MNa+DNA-NaCryticD.SRNADNA/RNA

C2,C3/PuC2-endoC3-endo

Groove

MinorN7,C8outerMinorMajorMajorMinordeeper

deeperConformation

A,G-antiA,G-synA,G-anti(dGMP,dAMP)C,T-antiT,C-antiT,C-anti

Form

BZAAntigen

NoYesYes(checkRNAvirus)

當(dāng)前第99頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)DNA的分子構(gòu)型(B,Z)比較

dGMPinB-DNAdGMPinZ-DNAAntisynN7C8N7C8當(dāng)前第100頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)axisgrooveooDNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

SynAnti當(dāng)前第101頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)B-DNAB-DNAB-DNAZ-DNAZ-DNAB-DNAB-DNAB-DNAB-DNAZ-DNACpGGpCDNA分子構(gòu)型的比較synantisynanti堿基堆積狀況改變當(dāng)前第102頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)0.2MNaclBr.poly(dG-dC)

1.5MNacl

Br.poly(dG-dC)

4.0MNacl

Br.poly(dG-dC)

poly(dG-dm5C)Antibody(nM)

%BoundZ-DNA的檢測poly(dG-dm5C)poly(dG-dC)當(dāng)前第103頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)0.2MNaclZ-DNA(Br8G)趨于穩(wěn)定

rabbit

AntibodyofZ-DNA

B-DNA

Z-DNA

Z-DNA(Br8G)

4MNacl

Br+

Z-DNA的檢測當(dāng)前第104頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)羊抗兔二級抗體goatAntibodyofZ-DNA

偶聯(lián)熒光標(biāo)記

免疫反應(yīng)

果蠅唾液腺染色體

細(xì)胞學(xué)制片

當(dāng)前第105頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)Z-DNAinDrosophilachromosomeprovedbyanti-Zantibody

ImmunologicalslidCytologicalslid當(dāng)前第106頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)影響Z-DNA穩(wěn)定的因素(invivo)

1,m5C(G--C)n排列不是Z-DNA形成的必要條件2,Z-DNA中G的C2-NH2在大溝內(nèi)與H2O--H2O形成氫鍵連接

3,Z-DNA中G的N7,C8外露,易與特異蛋白(或Br)結(jié)合HistonH1穩(wěn)定B-DNAH2A,H2B,H3,H4穩(wěn)定Z-DNA4,B-DNA負(fù)向超螺旋應(yīng)力Z-DNAm5C---GATm5C---G

Gm5CTA---Gm5C

當(dāng)前第107頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)可能的功能

基因表達(dá)調(diào)控

Z-DNA

(小溝,信息少)

基因關(guān)閉

B-DNA

(大溝,信息多)

基因表達(dá)

當(dāng)前第108頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)2.4.8.三股螺旋DNA

(TribleHelixDNA,T.SDNA)

※T.SDNA的發(fā)現(xiàn)與證實(shí)

l

1953年以前Pauling(Chemist)

提出T.SDNA存在的可能性

l

1953年Watson&CrickD.SDNAmodel

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(zhì))

結(jié)合的能力形成T.SDNA可能性

當(dāng)前第109頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)l

1957年Davis,Felsenfeld,Rich

發(fā)現(xiàn)poly(U)+poly(U)+poly(A)T.SRNA

T.SDNA的概念l

1966年Miller&Sobell

實(shí)現(xiàn)RNA+D.SDNATriblepolyNt

asRepressor

關(guān)閉基因

但由于D.SDNA的提出而被忽視但因證明LacI產(chǎn)物為Repressor而被忽視當(dāng)前第110頁\共有121頁\編于星期日\21點(diǎn)

●

1975年P(guān)erlgut

人工合成T.SDNA并證明其

Tm值,沉降系數(shù)(S)

l

1987年Mirkin.S.M

Nature330(495)

證明plasmidDNA在pH=4.3的溶液中,

有T.SDNA的存在

●1987年Dervan.Moser

Science238(645)

合成S.SDNA+D.SDNA→T.SDNA

實(shí)現(xiàn)DNA的定點(diǎn)切割研