遗传物质基础DNA.pptx

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1、第一章 遗传的物质基础DNA DNA is the genetic material第1页/共53页原核细胞和真核细胞原核真核细胞结构多为单细胞,多细胞,含多种细胞器,无细胞核,无核膜、有完整的核结构核仁遗传物质一条染色体，一般多条染色体,裸露核酸分子,核小体结构,经雌雄配子通过质粒介导进行进行遗传物质交流单向遗传物质交流其他功能无溶酶体,不能通过有吞噬和胞饮作用,吞噬和胞饮作用进行电子传递在线粒体膜异物的消化，电子传递在细胞膜第2页/共53页一、DNA所带的遗传信息作为遗传物质所应具备的条件多样性贮存并表达多种遗传信息连续性准确传递后代稳定性物理、化学性质稳定多变性有遗传变化的能力第3页/共

2、53页DNA是遗传物质的证明1928年Griffith的肺炎球菌对小鼠的转化第4页/共53页1944年Avery对肺炎球菌的转化第5页/共53页1952Hershey等利用噬菌体的捣碎试验第6页/共53页1952年病毒重组第7页/共53页真核细胞的基因转化第8页/共53页第9页/共53页第10页/共53页1953年Watson和Crick，DNA双螺旋模型第11页/共53页核酸之外的遗传物质克雅氏病1913库鲁病（kuru）1950羊搔痒病（scrapie）1959疯牛病1985共同特征：退行性神经疾病，影响大脑功能，大脑细胞死亡。过滤性因子，可感染，能被蛋白质酶灭活，但不能被核酸酶或UV灭活

3、，朊病毒（prion），即蛋白质样的感染粒子第12页/共53页遗传信息负责蛋白质氨基酸组成的信息结构基因基因选择性表达的信息调控基因高等生物的结构基因占基因组的10-15%，占基因组80%以上的DNA有什么作用？无准确的回答。与基因表达的调控有关。第13页/共53页二、DNA的一级结构DNA分子中的核苷酸排列顺序通过测序确定拟南芥，水稻，人类、家蚕一般写法：5pApCpApGpT3ACAGT第14页/共53页AGTC3-5磷酸二脂键第15页/共53页三、DNA的二级结构第16页/共53页Watson-Crick的DNA双螺旋的特征主链右手双螺旋，脱氧核糖和P为骨架，位于外侧，反向平行螺旋,直径

4、2nm碱基配对位于内侧，嘌呤和嘧啶（A-T,G-C）螺旋参数 任一条链绕轴一周的升降的距离。3.4nm，10对核苷酸，相邻碱基0.34nm。大沟和小沟骨架双链在螺旋轴上的间距不等，在DNA表面形成宽窄不等的大小沟。大沟宽2.2nm，是蛋白质识别DNA双螺旋结构上的特定信息位点。小沟宽1.2nm。第17页/共53页第18页/共53页决定双螺旋稳定的因素1、氢键 结构的稳定性与G+C的含量成正比，G-CA-T.2、碱基堆积力嘌呤和嘧啶具疏水性,产生疏水区而与介质分开,使碱基与水的接触为最小。3、其他 带负电荷的磷酸基与介质中的阳离子形成离子键,可有效地屏蔽磷酸基间的静电斥力。第19页/共53页四、

5、DNA物理结构的不均一性富含A+T的序列AT含量在染色体的不同区域不同，螃蟹卫星DNA的AT含量高达97%。AT区域对复制和转录的起点很重要。嘌呤和嘧啶的排列顺序碱基组成相同，但排列不同，双螺旋的稳定性有差别5GC5CG，和碱基堆积力有关，碱基堆聚力是嘌呤向嘧啶方向大于嘧啶向嘌呤方向。Tm值，DNA熔解温度双螺旋失去一半时的温度，GC含量与Tm成正比。Tm值低的双链容易解开，复制起点的核苷酸多为TA第20页/共53页反向重复序列回文序列（palindrome）形成发夹结构，十字形结构，是限制酶的酶切位点。第21页/共53页A-DNA相对湿度75以下，右手双螺旋，双链反向平行，每周螺旋10.9对

6、碱基，螺距0.26nm，碱基平面不与螺旋轴垂直，大沟极深五、DNA双螺旋结构的基本形式第22页/共53页BDNA天然状态DNA，相对湿度92。右手双螺旋，每周螺旋10对碱基(10.4)，螺距3.4nm，碱基平面与螺旋轴垂直，大沟宽而深。第23页/共53页ZDNA左手双螺旋，每圈螺旋12对碱基，螺距4.6nm，碱基平面与螺旋轴不垂直，无大沟，小沟深而窄第24页/共53页其他形式四链DNA第25页/共53页三链DNA一条DNA链为全嘌呤，另一条链为全嘧啶的区段产生，结果一条嘌呤链和两条嘧啶链构成，H-DNA.与DNA的复制可能有关。第26页/共53页一条嘌呤和两条嘧啶链构成，(YR*Y)CG*C，

7、TA*T星号左边的碱基正常配对，右边的碱基异常配对第27页/共53页或两条嘌呤和一条嘧啶链构成(YR*R)CG*G，TA*A，CG*A。GGGACAATC第28页/共53页六、DNA的变性和复性变性：热，试剂，氢键、碱基堆积力破坏，DNA由双链变成单链温度：80100变性剂：尿素，甲酰胺增色效应（hyperchromicity）正常双链（50g/ml）A260=1.00完全变性的单链DNAA260=1.37单核苷酸A260=1.60DNA双螺旋结构失去一半时，A260=1.185第29页/共53页Tm值的影响因素：DNA的均一性均一性高，Tm值的范围小G-C含量G-C含量高，Tm值高经验公式G

8、-C%=(Tm-69.3)2.44介质中的离子强度低离子强度易熔解变性 DNA保存在高浓度缓冲液中防变性（TE）第30页/共53页复性单链重新缔合为双螺旋的过程，一般比Tm低2025下进行复性过程：复性时溶液中单链DNA随机碰撞。GC先配对形成短的双链，然后配对区域延伸，象拉链一样复性产生的不一定是原有的互补链，非原配第31页/共53页影响DNA复性的因素：DNA复杂性简单序列复性快DNA浓度高浓度复性快DNA片断片断小复性快，移动碰撞机会多温度过低温度减少互补链的碰撞机会盐浓度过低盐浓度使复性后的DNA又变性第32页/共53页杂交：不同来源的单链核酸经碱基互补配对而形成的双螺旋，DNA-DN

9、A,DNA-RNADNA杂交可反映不同生物中DNA的共同序列和不同序列，研究生物的进化，核酸杂交是现代分子生物学的基础第33页/共53页液相杂交第34页/共53页滤膜杂交第35页/共53页Cot曲线DNA复性时的单链消失的速度1C/Co=1+KCotC：单链DNA浓度，Co：DNA总浓度，t：时间秒，k：=二级反应常数复性的分数C/Co是起始浓度和经过时间的乘积（Cot）的函数。第36页/共53页Cot曲线第37页/共53页定义C/Co=1/2时，Cot值定义为Cot1/2；即复性一半时DNA总浓度和时间乘积11/2=1+Kcot1/21+KCot1/2=2Cot1/2=1/k不同DNA的Co

10、t1/2 值不同，总DNA浓度相同时，片断越短，Cot1/2 值越小，DNA复杂性越高，复性越慢，基因组大复性慢.第38页/共53页第39页/共53页DNA复杂性（X）：最长的没有重复序列的DNA核苷酸对的数值：ATATAT-,X=2ATGC-,X=4X=KCot1/2第40页/共53页七、DNA超螺旋结构生物体中大多数DNA是以超螺旋的形成存在，而缺少超螺旋的DNA则为松弛型DNA原核生物DNA，共价封闭环，再经螺旋就成为超螺旋真核生物DNA为线性，DNA与蛋白质结合之间的DNA可形成一个小“环”，类似共价封闭环，从而螺旋成为超螺旋第41页/共53页第42页/共53页正超螺旋：和DNA内部双

11、螺旋缠绕方向相同的方向缠绕形成的超螺旋，结构更加紧密。DNA每圈初级螺旋的碱基对小于10.5，则为正超螺旋。第43页/共53页负超螺旋：DNA绕其轴与右手双螺旋方向相反的方向缠绕所产生的超螺旋，结果减少每个碱基对的旋转，每圈初级螺旋的碱基对大于10.5，则为负超螺旋。超螺旋是耗能过程，超螺旋的产生可能为能量的储存形式第44页/共53页拓扑异构酶催化DNA链断裂和重新连接。每次只作用于一条单链，无需ATP，功能是松弛DNA，代表：E.coli拓扑异构酶，对单链DNA的亲和力比双链高，能识别负超螺旋区，使负超螺旋扩大化而成松弛状，该酶不能松弛正超螺旋真核生物拓扑异构酶可结合15-19核苷酸的双链区

12、域,其断裂点在此区域中间.该酶倾向于结合超螺旋而不是结合松弛DNA区域,对正负超螺旋都有松弛功能.第45页/共53页 拓扑异构酶 大肠杆菌拓扑异构酶又称DNA旋转酶(DNAgyrase)，能催化断裂和连接双链DNA，需能量ATP参与，无碱基序列特异性，DNA旋转酶结合到双链闭环分子中在ATP的作用下产生负超螺旋。无ATP时只能缓慢松弛负超螺旋而不能松弛正超螺旋。第46页/共53页大肠杆菌拓扑异构酶主要功能是引入负超螺旋以抵消复制叉移动所产生的正超螺旋，还具有形成或拆开双链DNA环连体的能力。该酶对DNA的结合顺序是正超螺旋松弛负超螺旋第47页/共53页 拓扑异构酶的生物学功能恢复细胞过程产生的

13、DNA超螺旋，如复制叉前的正超螺旋、转录时聚合酶前产生的正超螺旋。防止细胞DNA过度超螺旋，维持超螺旋的稳定水平。生物体内5负超螺旋，有利于基因的转录、基因组稳定、促进重组。去连环活性（大肠杆菌）、染色体凝缩（真核）、解开缠绕DNA双螺旋 第48页/共53页拓扑异构酶的催化反应本质是先切割DNA的磷酸二脂键，改变DNA链环数后再连接，兼具DNA内切酶和DNA连接酶的功能，但是它不能连接事先已经存在的断裂DNA，是DNA复制、重组和转录中必需的酶第49页/共53页八、常见DNA分子形式及相互关系沉降系数：Cscl密度梯度离心时的表示单位。Cscl本身有梯度，在离心时将不同分子大小的物质集中到它自

14、身的不同梯度中。在同一种密度梯度离心条件下，沉降系数大表示易沉淀，则具有较高的超螺旋。鉴定DNA超螺旋的手段。第50页/共53页型DNA具正、负超螺旋的双链环状DNAS1.41型DNA无超螺旋的双链环 状 DNA，是 松 弛 型 S=1.14型DNA一条链或两条链上有一个或几个切口的双链环状DNAS=1.14型DNA线形双链DNAS=1.00崩溃DNA型或型DNA变性时，氢键断裂但两条链无法分离而紧密缠绕的分子 S=3.0单链环状DNAS=1.14线状单链DNAS=1.30连环状DNA两个型DNA环连而成。S1.41第51页/共53页本章要点作为遗传物质的条件DNA作为遗传物质的证明DNA的一级、二级结构的特点与遗传物质条件间的关系Tm和Cot曲线对DNA研究的意义第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页