分子生物学遗传的物质基础-DNA.ppt

分 子 生 物 学MOLECULAR BIOLOGY曹诣斌手机短号：659330实验室：10幢304室课程主页：http:/参考书目：n现代分子生物学（第三版），朱玉贤，高等教育出版社nGene，Benjamin Lewin，科学出版社nMolecular Biology（第二版），Robert，科学出版社n分子遗传学，孙乃恩，南京大学出版社n生物化学（第三版），王境岩等，高等教育出版社 Molecular BiologyThe attempt to understand biological phenomena in molecular terms.The study of gene structure and function at the molecular level.Molecular biology Robert 遗传的物质基础-DNA第一章第一节 DNA是遗传信息的携带者1.DNA是遗传物质携带负责蛋白质、氨基酸合成的组成信息携带关于基因选择性表达的信息2.遗传物质的发现与证明:转化：nR型肺炎链球菌因为没有荚膜多糖而失去致病能力nS型细菌加热杀死后，与活的R型菌混合，能够使小鼠感染Griffith,F.Principle of transformation转化原理：nOswald Avery等用去垢剂裂解加热灭活的S型细菌，得到保留了转化能力的溶菌液n分别向溶菌液中加入SIII（除去荚膜多糖），蛋白酶和RNA酶，转化能力不受影响n向溶菌液中加入DNA酶，转化能力丧失n证明DNA是遗传物质。If we are right,and of course that is not yet proven,then it means that nucleic acids are not merely structurally important but functionally active substances in determining the biochemical activities and specific characteristics of cells This is something that has long been the dreams of geneticists.-Oswald T.Avery,1943 第二节 DNA的一级结构1结构单位:核苷酸1.碱基:n指嘌啉或嘧啶环。通过嘧啶的N1或嘌啉的N9位糖苷键与戊糖的1位相连；n每种核酸包含4种碱基。DNA包括A、G、C、T，而RNA包括A、G、C、Un稀有碱基2.核苷：n戊糖与碱基以N糖苷键连接组成核苷核苷。核苷中碱基与糖环平面互相垂直n戊糖包括核糖与脱氧核糖，均为呋喃型环状结构n糖环中碳原子的标号右上角加撇,碱基中原子的标号不加撇3.核苷酸：核苷的戊糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸2DNA的一级结构：n通常指核酸的核苷酸序列；n核酸中的核苷酸以3，5-磷酸二酯键连接而成。3DNA物理结构的不均一性1.反向重复序列nInverted Repeats:two different segments of the double helix read the same but in opposite directions“First Ladies rule the State and state the rule:ladies first”5 AGAACAnnnTGTTCT 33 TCTTGTnnnACAAGA 5发夹结构hairpinnPalindromes(回文):A palindrome is a sequence that reads the same forwards and backwards.Palindromes that occur on opposite strands of the same section of DNA helix.5 GGCC 33 CCGG 5 n富含A/T序列A/T对只有两条H键，此处双链容易解开。对于复制和转录的起始很重要。第三节 DNA的二级结构一、DNA右手双螺旋模型:1.Watson-Crick 模型的提出.A structure this pretty just had to exist.-James Watson in The Double Helix2.右手双螺旋模型要点:n主链:n两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链均为右手螺旋；n脱氧核糖与磷酸通过3，5磷酸二酯键交互连接，成为螺旋的骨架n碱基对:n嘌啉与嘧啶位于双螺旋的内侧，碱基平面与纵轴垂直；n碱基互补配对原则nnm,包含10个核苷酸;直径2nmn大沟和小沟:蛋白因子的识别和结合部位Watson和Crick在剑桥二、决定双螺旋结构状态的因素:nH键n碱基堆积力v疏水作用力v范德华力n磷酸基团的静电斥力n碱基分子内能三、DNA的变性、复性和杂交1.变性:Nature DNARandom coil加热或试剂n高温、酸、碱及某些变性剂如尿素、甲酰胺和甲酸等都可导致DNA变性Urea and formamide forms hydrogen bonds with the DNA bases,“saturating”H-bond sites and preventing the formation of inter-base bonds.n增色效应:变性DNA在260nm处光吸收的增加。n熔点（Tm）：是A260值升高达到极大值一半时的温度 熔解曲线2.复性:DNA双链变性后，互补单链再次聚合的过程。n影响复性效率的因素：n温度：最佳复性温度为低于Tm约25nDNA浓度n复性时间nDNA的复杂程度nC0t曲线：C0为变性DNA复性时的初始浓度，以核苷酸的摩尔浓度表示，t为时间，以秒表示。C0t1/2表示复性一半时的C0t值C0t is the product of the initial DNA concentration(C0)in moles of nucleotides per liter and time(t)in seconds molsL-1A linear relationship between DNA complexity and C0t1/2真核生物DNA由于具有重复序列，其C0t曲线往往具有多个拐点:At very low C0t,the highly repetitive DNA anneals,followed by the moderately repetitive DNA,and finally by the single-copy DNA.3.杂交:复性DNA中，如果两条链来源不同，就叫做杂交。nSouthern blotnNorthern blotnWestern blot四、DNA二级结构的多形性 A-DNAZ-DNAB-DNA螺旋方向右手左手右手Bp数/匝111210螺距2.84.53.4大沟细、深平伏宽和中等深小沟宽、浅很窄、很深窄和中等深碱基和糖环连接的糖苷键，上方为大沟，下方为小沟。A-DNS,B-DNA和Z-DNA双螺旋的中轴各不相同。第四节 DNA超螺旋和拓扑异构n正超螺旋 螺旋 n负超螺旋 螺旋n天然的DNA都呈负超螺旋双螺旋超螺旋相互缠绕 拧紧放松L=T+W nL为连接数（linking number），是指环形DNA分子两条链间交叉的次数。只要不发生链的断裂，L是个常量。nT为双螺旋的盘绕数（twisting number）,即初级螺旋的圈数。nW为超螺旋数（writhing number），它们是变量。无论是L数的增加或减少，即加旋或解旋，DNA分子具有维持B-DNA结构的倾向，即由10碱基构成一个螺旋，因此，DNA的长度确定后，“T”会保持不变，加旋和解旋的影响由三极结构的扭曲来抵消。所有的DNA超螺旋都由DNA拓扑异构酶(topoisomerase)产生的（）产生切口改变的连接数功能I型拓扑异构酶1个1转录II型拓扑异构酶2个2复制第五节 染色体的结构一、核小体(Nucleosomes)是DNA在真核细胞内的存在形式n一个核小体约缔合200bp的DNAn组蛋白分为5种:H1,H2a,H2b,H3,H4n(H2a,H2b,H3,H4)2组成组蛋白八聚体，约146bp的DNA以左手螺旋管的形式缠绕于八聚体上，其余DNA以接头DNA形式存在nH1在核小体的外面，位于DNA进入和离开核小体的位置n组蛋白特点:带正电荷，富含精氨酸和赖氨酸，是自然界最保守的蛋白质之一。二、DNA必须经过高度压缩:n10nm 低离子强度及无H1 n30nm离子强度较高且有H1存在,螺线管的每一螺旋包含6个核小体 n30nm纤丝和非组蛋白骨架组成直径为300nm的侧环n带有侧环的非组蛋白骨架进一步形成直径为700nm的螺旋，这就是染色单体 核小体螺线管超螺线管染色体 DNA的压缩