遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)-DNA.ppt

分 子 生 物 學(xué),MOLECULAR BIOLOGY,曹詣斌 手機短號：659330 實驗室：10幢304室 課程主頁： /molbio/,參考書目：,現(xiàn)代分子生物學(xué)（第三版），朱玉賢，高等教育出版社 Gene ，Benjamin Lewin，科學(xué)出版社 Molecular Biology （第二版）， Robert F.Weaver，科學(xué)出版社 分子遺傳學(xué)，孫乃恩，南京大學(xué)出版社 生物化學(xué)（第三版），王境巖等，高等教育出版社,Molecular Biology,The attempt to understand biological phenomena in molecular terms. The study of gene structure and function at the molecular level. Molecular biology Robert F.Weaver,遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)-DNA,第一章,第一節(jié) DNA是遺傳信息的攜帶者,DNA是遺傳物質(zhì) 攜帶負責(zé)蛋白質(zhì)、氨基酸合成的組成信息 攜帶關(guān)于基因選擇性表達的信息,遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與證明: 轉(zhuǎn)化： R型肺炎鏈球菌因為沒有莢膜多糖而失去致病能力 S型細菌加熱殺死后，與活的R型菌混合，能夠使小鼠感染,Griffith,F.,Principle of transformation,轉(zhuǎn)化原理： Oswald Avery等用去垢劑裂解加熱滅活的S型細菌，得到保留了轉(zhuǎn)化能力的溶菌液 分別向溶菌液中加入SIII（除去莢膜多糖），蛋白酶和RNA酶，轉(zhuǎn)化能力不受影響 向溶菌液中加入DNA酶，轉(zhuǎn)化能力喪失 證明DNA是遺傳物質(zhì)。,“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,第二節(jié) DNA的一級結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)單位:核苷酸 堿基: 指嘌啉或嘧啶環(huán)。通過嘧啶的N1或嘌啉的N9位糖苷鍵與戊糖的1位相連； 每種核酸包含4種堿基。DNA包括A、G、C、T，而RNA包括A、G、C、U 稀有堿基,核苷： 戊糖與堿基以N糖苷鍵連接組成核苷。核苷中堿基與糖環(huán)平面互相垂直 戊糖包括核糖與脫氧核糖，均為呋喃型環(huán)狀結(jié)構(gòu) 糖環(huán)中碳原子的標號右上角加撇,堿基中原子的標號不加撇 核苷酸： 核苷的戊糖羥基被磷酸酯化，就形成核苷酸,DNA的一級結(jié)構(gòu)： 通常指核酸的核苷酸序列； 核酸中的核苷酸以3，5-磷酸二酯鍵連接而成。,DNA物理結(jié)構(gòu)的不均一性 反向重復(fù)序列 Inverted 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 3 3 TCTTGTnnnACAAGA 5,發(fā)夾結(jié)構(gòu) hairpin,Palindromes(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 3 3 CCGG 5 富含A/T序列 A/T對只有兩條H鍵，此處雙鏈容易解開。對于復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的起始很重要。,第三節(jié) DNA的二級結(jié)構(gòu),一、DNA右手雙螺旋模型: Watson-Crick 模型的提出,“.A structure this pretty just had to exist.“ - James Watson in The Double Helix,右手雙螺旋模型要點: 主鏈: 兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞，兩條鏈均為右手螺旋； 脫氧核糖與磷酸通過3，5磷酸二酯鍵交互連接，成為螺旋的骨架 堿基對: 嘌啉與嘧啶位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，堿基平面與縱軸垂直； 堿基互補配對原則 螺距為3.4nm,包含10個核苷酸;直徑2nm 大溝和小溝:蛋白因子的識別和結(jié)合部位,Watson和Crick在劍橋,二、決定雙螺旋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的因素:,H鍵 堿基堆積力 疏水作用力 范德華力 磷酸基團的靜電斥力 堿基分子內(nèi)能,三、 DNA的變性、復(fù)性和雜交,變性:,Nature DNA,Random coil,加熱或試劑,高溫、酸、堿及某些變性劑如尿素、甲酰胺和甲酸等都可導(dǎo)致DNA變性,Urea and formamide forms hydrogen bonds with the DNA bases, “saturating” H-bond sites and preventing the formation of inter-base bonds.,增色效應(yīng):變性DNA在260nm處光吸收的增加。 熔點（Tm ）：是A260值升高達到極大值一半時的溫度,熔解曲線,復(fù)性:DNA雙鏈變性后，互補單鏈再次聚合的過程。 影響復(fù)性效率的因素： 溫度：最佳復(fù)性溫度為低于Tm約25 DNA濃度 復(fù)性時間 DNA的復(fù)雜程度,C0t曲線： C0為變性DNA復(fù)性時的初始濃度，以核苷酸的摩爾濃度表示，t為時間，以秒表示。 C0t1/2表示復(fù)性一半時的C0t值 C0t is the product of the initial DNA concentration (C0) in moles of nucleotides per liter and time (t) in seconds molsL-1,A linear relationship between DNA complexity and C0t1/2,真核生物DNA由于具有重復(fù)序列，其C0t曲線往往具有多個拐點: At very low C0t, the highly repetitive DNA anneals, followed by the moderately repetitive DNA, and finally by the single-copy DNA.,雜交:復(fù)性DNA中，如果兩條鏈來源不同，就叫做雜交。 Southern blot Northern blot Western blot,四、 DNA二級結(jié)構(gòu)的多形性,堿基和糖環(huán)連接的糖苷鍵，上方為大溝，下方為小溝。A-DNS,B-DNA和Z-DNA雙螺旋的中軸各不相同。,第四節(jié) DNA超螺旋和拓撲異構(gòu),正超螺旋 螺旋 負超螺旋 螺旋 天然的DNA都呈負超螺旋,雙螺旋,超螺旋,相互纏繞,擰緊,放松,L=T+W,L為連接數(shù)（linking number），是指環(huán)形DNA分子兩條鏈間交叉的次數(shù)。只要不發(fā)生鏈的斷裂，L是個常量。 T為雙螺旋的盤繞數(shù)（twisting number）,即初級螺旋的圈數(shù)。 W為超螺旋數(shù)（writhing number），它們是變量。,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)成一個螺旋，因此，DNA的長度確定后，“T” 會保持不變，加旋和解旋的影響由三極結(jié)構(gòu)的扭曲來抵消。,所有的DNA超螺旋都由DNA拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase )產(chǎn)生的（E.coli）,第五節(jié) 染色體的結(jié)構(gòu),一、核小體(Nucleosomes )是DNA在真核細胞內(nèi)的存在形式 一個核小體約締合200bp的DNA 組蛋白分為5種: H1,H2a, H2b,H3,H4 (H2a,H2b,H3,H4) 2組成組蛋白八聚體，約146bp的DNA以左手螺旋管的形式纏繞于八聚體上，其余DNA以接頭DNA形式存在,H1在核小體的外面 ，位于DNA進入和離開核小體的位置