分子生物学课件第二章课件.ppt

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1、n 生物亲代与子代之间，在形态、结构和生理功能上生物亲代与子代之间，在形态、结构和生理功能上常常相似，这就是常常相似，这就是遗传现象遗传现象。n 生物的遗传特性，使生物界的物种能够保持相对稳生物的遗传特性，使生物界的物种能够保持相对稳定。定。 根据现代细胞学和根据现代细胞学和遗传学的研究得知，控遗传学的研究得知，控制生物性状的主要遗传制生物性状的主要遗传物质是物质是脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DNA）。）。 生物的各项生命活动都有生物的各项生命活动都有它的物质基础。生物遗传的物它的物质基础。生物遗传的物质基础是什么呢？质基础是什么呢？金丝猴的后代仍然是金丝猴金丝猴的后代仍然是金丝猴牛的后代仍然是

2、牛牛的后代仍然是牛1.DNA是遗传物质是遗传物质2.RNA也可以作为遗传物质也可以作为遗传物质3.核酸之外的其他遗传物质？核酸之外的其他遗传物质？1.5 遗传物质必须具备以下基本条件遗传物质必须具备以下基本条件图图 肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验噬菌体侵染细菌的过程：噬菌体侵染细菌的过程：吸附吸附 侵入侵入 合成合成 组装组装 释放释放最后，这些噬菌体最后，这些噬菌体由于细菌的解体而由于细菌的解体而被释放出来，再去被释放出来，再去侵染其他的细菌。侵染其他的细菌。1.5 DNA是遗传物质的间接证据是遗传物质的间接证据 （1 1）一种生物不同组织的细胞，不论年龄）一种生物不同组织的细胞，

3、不论年龄大小，功能如何，它的大小，功能如何，它的DNADNA含量是恒定的，含量是恒定的，而生殖细胞精子的而生殖细胞精子的DNADNA含量则刚好是体细胞含量则刚好是体细胞的一半。多倍体生物细胞的的一半。多倍体生物细胞的DNADNA含量是按其含量是按其染色体倍数性的增加而递增的，但细胞核里染色体倍数性的增加而递增的，但细胞核里的蛋白质并没有相似的分布规律。的蛋白质并没有相似的分布规律。（2 2）DNADNA在代谢上较稳定。在代谢上较稳定。（3 3）DNADNA是所有生物的染色体所共有的，而某是所有生物的染色体所共有的，而某些生物的染色体上则没有蛋白质。些生物的染色体上则没有蛋白质。（4 4）DNA

4、DNA通常只存在于细胞核染色体上，但通常只存在于细胞核染色体上，但某些能自体复制的细胞器，如线粒体、某些能自体复制的细胞器，如线粒体、叶绿体有其自己的叶绿体有其自己的DNADNA。（5 5）在各类生物中能引起）在各类生物中能引起DNADNA结构改变的化结构改变的化学物质都可引起基因突变。学物质都可引起基因突变。1.6 遗传物质必须具备以下基本条件：遗传物质必须具备以下基本条件：1.DNA是遗传物质是遗传物质2.RNA也可以作为遗传物质也可以作为遗传物质3.核酸之外的其他遗传物质？核酸之外的其他遗传物质？（viroid）1.DNA是遗传物质是遗传物质2.RNA也可以作为遗传物质也可以作为遗传物质

5、3.核酸之外的其他遗传物质？核酸之外的其他遗传物质？牛海绵状脑炎牛海绵状脑炎不被不被核酸酶和辐射灭活，核酸酶和辐射灭活，嘧啶嘧啶Pyrimidines嘌呤嘌呤Purines1 含氮碱基、核苷、核苷酸含氮碱基、核苷、核苷酸 碱基碱基Nitrogenous basesHUracil (U)DNA: D-2-脱氧核糖脱氧核糖 A,G,C,TRNA: D-2-核糖核糖 A,G,C,UC、H、O、N、P（9-10%） 核酸核酸 核苷酸核苷酸 磷酸磷酸 核苷核苷 戊糖戊糖 碱基碱基DNADNA一级结构的两种缩写方式：一级结构的两种缩写方式：v 线条式：线条式： pTpGpCpApTpTpGpCpApT p

6、T pT-G-C-A-T-G-C-A-Tv 文字式：文字式：Watson和和 Crick。1953年沃森和克里克提出年沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型。分子双螺旋结构模型。Fig. 2-5 Watson and Cricks paper in Nature 1953.p大沟大沟(2. 2nm)p小沟小沟(1. 2nm)范范德华力德华力n范德华力：范德华力：存在于分子间的一种吸引力；存在于分子间的一种吸引力；范德华力范德华力 磷酸基团间的静电斥力磷酸基团间的静电斥力 带负电荷的磷酸基的带负电荷的磷酸基的静电斥力静电斥力，所以，所以DNA需要保存在含需要保存在含 Na+ 生理盐条件生理盐条

7、件 。 碱基分子内能碱基分子内能 p 物体的内能是物体内全部分子的分子动能物体的内能是物体内全部分子的分子动能与分子势能之和。与分子势能之和。p 温度升高，碱基分子内能增加时，碱基的温度升高，碱基分子内能增加时，碱基的定向排列遭受破坏，消弱了碱基的氢键结定向排列遭受破坏，消弱了碱基的氢键结合力和碱基的堆集力，会使合力和碱基的堆集力，会使DNA的双螺旋的双螺旋结构受到破坏。结构受到破坏。2.3 2.3 不稳定因素不稳定因素ABZ大沟宽大沟宽小沟窄小沟窄小沟窄小沟窄大沟变深大沟变深小沟宽深小沟宽深大沟不存在大沟不存在小沟窄而深小沟窄而深 B-DNA是活性最高的是活性最高的 DNA构象，构象， B-

8、DNA变构成为变构成为A-DNA后，仍有活性，后，仍有活性，但若局部变构为但若局部变构为Z-DNA后则活性明显降后则活性明显降低。低。三种不同构象的三种不同构象的DNA活性活性4.1.1概念：概念：在某些理化因在某些理化因素作用下，素作用下，DNA分子互补分子互补碱基对之间的氢键断裂，碱基对之间的氢键断裂，DNA双螺旋结构松散，变双螺旋结构松散，变成单链的过程成单链的过程。4.1.2 常用的变性方法常用的变性方法 热变性热变性 碱变性碱变性应用广泛，特别是用于变性动力学研究应用广泛，特别是用于变性动力学研究 缺点：缺点：高温引起磷酸二酯键的断裂，得到长高温引起磷酸二酯键的断裂，得到长短不一的单

9、链短不一的单链pH11.3时，全部氢键被淘汰时，全部氢键被淘汰无热变性的缺点，为制备单链无热变性的缺点，为制备单链DNADNA的首选方法的首选方法 1.1851.01.37OD Tm = OD增加值的中点温度增加值的中点温度(一般为一般为85-95) 或或DNA双螺旋结构失去一半时的温度双螺旋结构失去一半时的温度4.1.4 熔解曲线与熔解曲线与Tm值值 缓慢而均匀地增加缓慢而均匀地增加DNA溶液的温度（现可做到溶液的温度（现可做到 0.1 分分）可根据各点的可根据各点的A260值绘制成值绘制成DNA的熔解曲线。的熔解曲线。 这也是一般这也是一般PCRPCR实验技术中把变性温度定为实验技术中把变

10、性温度定为9494的原因的原因 熔链温度熔链温度Tm图核酸杂交及其应用示意图图核酸杂交及其应用示意图1粗细线粗细线分别代分别代表不同表不同DNA。 杂化双链杂化双链B代表天然代表天然DNA；C是是B的缺失突变的缺失突变体；虚线框体；虚线框内是已缺失内是已缺失的部分的部分,D显显示从天然示从天然DNA链鼓出链鼓出小泡小泡.突变体的鉴别突变体的鉴别I 变性、复性和杂交变性、复性和杂交 .分子探针标记分子探针标记粗线表示分子探针粗线表示分子探针图核酸杂交及其应用示意图图核酸杂交及其应用示意图2Southern 印迹法（印迹法（Southern blotting）：）：DNA限制片段限制片段限制性内切

11、酶限制性内切酶带有带有DNA片段的凝胶片段的凝胶琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳碱液浸泡，并中和碱液浸泡，并中和凝胶上凝胶上DNA变性变性变性的单链变性的单链DNA转移转移至硝酸纤维素薄膜上至硝酸纤维素薄膜上放射性标记探针杂交放射性标记探针杂交杂交杂交DNA-DNA分子分子放射自显影放射自显影显示出杂交分子的位置显示出杂交分子的位置回顾回顾单链单链RNA形成发夹结构形成发夹结构 发夹结构由碱基配对的双螺旋区发夹结构由碱基配对的双螺旋区茎茎和末端不配对的和末端不配对的环环构成。构成。互补序列间间隔较短或无间隔互补序列间间隔较短或无间隔互补序列间间隔较长互补序列间间隔较长单链形成发夹结构单链形成发夹结

12、构v形成十字结构要更耗能，所以在体外反向形成十字结构要更耗能，所以在体外反向重复结构存在多，而体内无该结构。重复结构存在多，而体内无该结构。反反向向重重复复与与十十字字结结构构 作用：作用： 1）较短的回文序列可能是作为一种信号）较短的回文序列可能是作为一种信号 如：限制性内切酶的识别位点如：限制性内切酶的识别位点 一些调控蛋白的识别位点一些调控蛋白的识别位点 例如限制性内切酶例如限制性内切酶 EcoR的识别位点的识别位点 5GAATTC3 3CTTAAG5 v 1953 年年 Watson & Crick 双螺旋双螺旋 DNA构型构型 证明沿大沟存在多余的氢键作为给体与受体证明沿大沟存在多余

13、的氢键作为给体与受体潜在的专一与潜在的专一与DNA (蛋白质蛋白质) 结合的能力结合的能力形成三链形成三链 DNA 可能性可能性 poly(U) + poly(U) + poly(A) 三螺旋三螺旋RNA 双螺旋双螺旋 DNA的概念的概念结构单元：三碱基体，结构单元：三碱基体，结合方式：碱基间形成氢键；结合方式：碱基间形成氢键；三螺旋三螺旋双螺旋三链三链 DNA可能的功能可能的功能 a) 可阻止调节蛋白与可阻止调节蛋白与 DNA结合结合, 关闭基因转录过程关闭基因转录过程 b) 与基因重组与基因重组, 交换有关交换有关 c) 加入第三条加入第三条DNA 作为分子剪刀作为分子剪刀, 定点切割定点

14、切割DNA分子分子 d) 加入反义的第三条链终止基因的表达加入反义的第三条链终止基因的表达 (Tetrable Helix DNA ) DNA3-末端较长的末端较长的富含富含G序列序列能够形成回能够形成回折结构（下图折结构（下图a和和b），通过碱基间的非标准配），通过碱基间的非标准配对形成对形成G的四链的四链DNA（下图（下图c和和d）。）。在这样的结构中，在这样的结构中，G形成一种四联体，相互间形成一种四联体，相互间通过通过方式结合。方式结合。GGGG四联体四联体p 结构单元：结构单元：鸟嘌呤四联体鸟嘌呤四联体GGGG53TTTGGGGGGGGGGGGGGGGGGTTTTTTGGGGTTTG

15、GGGTTTGGGGTTT真核生物染色体端粒真核生物染色体端粒DNA结构结构可能的功能可能的功能 A 稳定真核生物染色体结构，稳定真核生物染色体结构，抑制端粒酶的活抑制端粒酶的活性；性；B 保证保证DNA末端准确复制末端准确复制 C 与与DNA分子的组装有关分子的组装有关 D 与染色体的减数分裂和有丝分裂有关与染色体的减数分裂和有丝分裂有关 1 超螺旋（超螺旋（superhelix OR supercoil）因此因此n超螺旋结构是超螺旋结构是DNA三级结构的主要形式。三级结构的主要形式。n超螺旋是有方向的，有正超螺旋和负超螺超螺旋是有方向的，有正超螺旋和负超螺旋两种。旋两种。真核生物染色体真核

16、生物染色体 线形分子线形分子DNA 组蛋白组蛋白多级螺旋多级螺旋多个类似环型的多个类似环型的 结构结构 松驰结构松驰结构 负超螺旋负超螺旋 解链结构解链结构天然的天然的DNA都呈负超螺旋都呈负超螺旋，但在体，但在体外一些外一些可得正超螺可得正超螺旋。旋。2 超螺旋影响双螺旋的结构超螺旋影响双螺旋的结构拓扑异构酶的生物学功能拓扑异构酶的生物学功能 b、防止细胞、防止细胞DNA的过度超螺旋的过度超螺旋 多种拓扑异构酶的作用严格控制体内负超多种拓扑异构酶的作用严格控制体内负超螺旋维持在螺旋维持在5%水平。水平。 a、恢复由一些细胞过程产生的超螺旋、恢复由一些细胞过程产生的超螺旋 如：复制叉前面正超的消除如：复制叉前面正超的消除 转录酶前正超的消除，后面负超的产生。转录酶前正超的消除，后面负超的产生。拓扑异构酶I 的作用拓扑异构酶拓扑异构酶II的作用的作用 真核生物拓扑异构酶真核生物拓扑异构酶I 真核生物拓扑异构酶真核生物拓扑异构酶II型型真核生物拓扑异构酶真核生物拓扑异构酶练习题练习题1、名词解释、名词解释DNA变性、变性、DNA的的、DNA复性、复性、 反向重复序列反向重复序列2、简答题、简答题1) DNA是否唯一的遗传物质？是否唯一的遗传物质？