2DNA結構-修正ppt課件

1、第二章第二章 核酸的結構與功能核酸的結構與功能n 第一節(jié)第一節(jié) 遺傳物質的本質遺傳物質的本質n 第二節(jié)第二節(jié) 核酸的化學組成核酸的化學組成n 第三節(jié)第三節(jié) DNA的二級結構的二級結構n 第四節(jié)第四節(jié) DNA分子的高級結構分子的高級結構 n 第五節(jié)第五節(jié) RNA的結構與功能的結構與功能n 第六節(jié)第六節(jié) 核酸的變性、復性與分子雜交核酸的變性、復性與分子雜交第一節(jié)第一節(jié) 遺傳物質的本質遺傳物質的本質 1 1、 遺傳物質必須具有的特性遺傳物質必須具有的特性 a a、貯存并表達遺傳信息、貯存并表達遺傳信息 b b、能把信息傳遞給子代、能把信息傳遞給子代 c c、物理和化學性質穩(wěn)定、物理和化學性質穩(wěn)定 d

2、 d、具有遺傳變化的能力、具有遺傳變化的能力 DNA DNA的特征的特征 各異的堿基序列儲存大量的遺各異的堿基序列儲存大量的遺 傳信息傳信息 堿基互補是其復制、轉堿基互補是其復制、轉 錄表達遺傳信息的基礎錄表達遺傳信息的基礎 生理狀態(tài)下物理、化學性質生理狀態(tài)下物理、化學性質 穩(wěn)定穩(wěn)定 有突變和修復能力，可穩(wěn)定遺有突變和修復能力，可穩(wěn)定遺 傳是生物進化的基礎傳是生物進化的基礎1kb DNA1kb DNA序列序列41000 41000 種遺傳信種遺傳信息息一、一、DNA攜帶兩類不同的遺傳信息攜帶兩類不同的遺傳信息2、 DNA攜帶兩種遺傳信息攜帶兩種遺傳信息 a a、編碼蛋白質和、編碼蛋白質和RNA

3、RNA的信息的信息( (編碼編碼tRNAtRNA、rRNA)rRNA) 64 64個三聯(lián)體密碼子個三聯(lián)體密碼子 三個終止密碼子三個終止密碼子 編碼氨基酸的編碼氨基酸的6161個密碼子由簡并性、通用性個密碼子由簡并性、通用性 b b、編碼基因選擇性表達的信息、編碼基因選擇性表達的信息 * * 原核生物的結構基因占原核生物的結構基因占GenomeGenome的比例很大的比例很大 x174phage 5386bp x174phage 5386bp 結構基因用去結構基因用去5169bp5169bp 比例達比例達9696* * 真核生物的結構基因占真核生物的結構基因占GenomeGenome的比例很小的

4、比例很小 哺乳動物中結構基因只占哺乳動物中結構基因只占10101515 其余其余8080以上的以上的DNADNA起什么作用目前還無法精確解釋，但可以起什么作用目前還無法精確解釋，但可以肯定其中大部分肯定其中大部分DNADNA序列是編碼基因選擇性表達的遺傳信息序列是編碼基因選擇性表達的遺傳信息 表現(xiàn)在：表現(xiàn)在： 細胞周期的不同時相中細胞周期的不同時相中 個體發(fā)育不同階段個體發(fā)育不同階段 不同的器官和組織不同的器官和組織 不同的外界環(huán)境下各種基因的表達與否以及量的差異不同的外界環(huán)境下各種基因的表達與否以及量的差異 所以又稱調控序列所以又稱調控序列二、二、 RNA也可作為遺傳物質也可作為遺傳物質 *

5、 RNA病毒病毒 傳染媒介是病毒顆粒病毒基因組傳染媒介是病毒顆粒病毒基因組RNA、蛋白質外殼）、蛋白質外殼） Tobacco Mosaic Virus (TMV) * 類病毒類病毒viroid）: 使高等植物產(chǎn)生疾病的傳染性因子使高等植物產(chǎn)生疾病的傳染性因子 只由只由RNA組成組成三、三、 是否存在核酸以外的遺傳物質是否存在核酸以外的遺傳物質 Prion (proteinaccous infections particle) Prion (proteinaccous infections particle) 引起的風波引起的風波朊病毒蛋白質樣的感染因子朊病毒蛋白質樣的感染因子羊搔癢病羊搔癢病

6、(scripie)Prion 復制? 轉錄? 翻譯? 人類庫魯（人類庫魯（ kuru） 病病 牛海綿狀腦炎牛海綿狀腦炎(瘋牛病瘋牛病) 均由傳染性病原蛋白顆粒引起均由傳染性病原蛋白顆粒引起統(tǒng)稱統(tǒng)稱Prion (朊病毒朊病毒) 第二節(jié)第二節(jié) 核酸的化學組成核酸的化學組成核核 苷苷 酸酸 的的 結結 構構 左左 邊邊 是是 電電 腦腦 模模 型型 ， 右右 邊邊 是是 簡簡 化化 的的 表表 示示 法法酯鍵糖苷鍵嘧啶嘧啶Pyrimidines嘌呤嘌呤Purines 一、一、 含氮堿基、核苷、核苷酸含氮堿基、核苷、核苷酸 堿基堿基Nitrogenous basesNitrogenous basesU

7、racil (U) 核苷核苷nucleotidenucleotide）糖苷鍵糖苷鍵Glycosidic bond嘧啶的嘧啶的1 1位位NN原子、嘌呤的原子、嘌呤的9 9位位NN原子原子核糖是戊糖核糖是戊糖 RNA核糖核苷核糖核苷 DNA脫氧核糖核苷脫氧核糖核苷19 核苷酸核苷酸nucleotide acidnucleotide acid）核苷的磷酸酯核苷的磷酸酯 脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸 核糖核苷酸核糖核苷酸Deoxynucleotides 其中其中和和、和和之間是高之間是高能磷酸鍵能磷酸鍵dNTPRibonucleotides 核糖核苷三磷酸縮寫為核糖核苷三磷酸縮寫為NTPNTP 二、二

8、、DNA分子的一級結構分子的一級結構 (DNA sequence)1 1、 多聚核苷酸鏈多聚核苷酸鏈 主鏈是核糖和磷酸主鏈是核糖和磷酸 側鏈為堿基側鏈為堿基由由3 3,5,5磷酸二酯鍵連接磷酸二酯鍵連接2 2、 鏈的方向：同一個磷酸鏈的方向：同一個磷酸基基 的的3 3酯鍵到酯鍵到5 5酯鍵的方向酯鍵的方向 (5 (533) ) 5-UCAGGCUA-3 = UCAGGCUA 默認書寫順序默認書寫順序53353 3、 DNA DNA一級結構的特點一級結構的特點 a a、脫氧核糖是其顯著特點、脫氧核糖是其顯著特點 DNADNA極其穩(wěn)定的根本原因極其穩(wěn)定的根本原因DNADNA在高在高pHpH值時磷酸

9、酯鍵非常穩(wěn)定值時磷酸酯鍵非常穩(wěn)定只是堿基存在構像的變化變化只是堿基存在構像的變化變化酮式酮式烯醇式烯醇式酮式酮式烯醇式烯醇式RNA RNA 在高在高pHpH時則穩(wěn)定性很差時則穩(wěn)定性很差OH自由的自由的 5-OH 2, 3-環(huán)式單核苷酸環(huán)式單核苷酸堿由于由于2 2OHOH導致的水解導致的水解 b b、磷酸呈四面體構型，脫氧核糖呈折疊的五元環(huán)，堿基是平、磷酸呈四面體構型，脫氧核糖呈折疊的五元環(huán)，堿基是平 面的面的C C、主鏈是親水的，側鏈堿基是疏水的、主鏈是親水的，側鏈堿基是疏水的 主鏈的脫氧核糖的羥基能與水形成氫鍵，而磷酸基團在主鏈的脫氧核糖的羥基能與水形成氫鍵，而磷酸基團在 生理條件下離解為負

10、離子生理條件下離解為負離子 這些特點保證了多核苷酸鏈可形成穩(wěn)定的構象這些特點保證了多核苷酸鏈可形成穩(wěn)定的構象4 4、 一級結構的概念一級結構的概念 指指DNADNA分子中的核苷酸排列順序分子中的核苷酸排列順序 不同生物借此貯存遺傳信息不同生物借此貯存遺傳信息 決定決定DNADNA的二級結構和高級結構的二級結構和高級結構第三節(jié)第三節(jié) DNA的二級結構的二級結構 一、一、 DNA雙螺旋模型的提出雙螺旋模型的提出double helix model） * 根據(jù)根據(jù) a a、 1938. W. T. Astbury 1938. W. T. Astbury 首次用首次用X X射線分析射線分析DNADNA

11、 b b、 1950 Chargaff A + G / T + C = 1 1950 Chargaff A + G / T + C = 1 A+T G + C A+T G + C c c、 1952 Alexander Todd 1952 Alexander Todd 發(fā)現(xiàn)了核苷酸和核苷酸之間由磷酸二酯鍵聯(lián)接發(fā)現(xiàn)了核苷酸和核苷酸之間由磷酸二酯鍵聯(lián)接 d d、 1952 M.H.F.Wilkins & Rosalind Franklin 1952 M.H.F.Wilkins & Rosalind Franklin 得到了高度定向的得到了高度定向的DNADNA纖維的纖維的X-X-射

12、線照片射線照片 發(fā)現(xiàn)原子長軸存在發(fā)現(xiàn)原子長軸存在0.340.34和和3.4nm3.4nm兩種周期性兩種周期性 此外，之前的密度測定表明螺旋由兩條多核苷酸鏈組此外，之前的密度測定表明螺旋由兩條多核苷酸鏈組成，且直徑恒定成，且直徑恒定2nm)2nm)。* 提出提出 1953. Watsosn & Crick 右手右手 B- DNA Double helix Model B- DNA Double helix Model 每一單鏈具有每一單鏈具有 5 5 3 3極性極性 兩條單鏈極性相兩條單鏈極性相反反, ,反向平行反向平行 兩條單鏈間以氫鍵兩條單鏈間以氫鍵 銜接銜接 以中心為軸，向以中心為

13、軸，向 右右 盤盤 旋旋 （直徑（直徑2nm2nm） 雙雙 螺螺 旋旋 中中 存存 在在大，小大，小 溝溝 * 雙螺旋的主鏈雙螺旋的主鏈PhosphodiesterBackboneC-GT-A 堿基互補堿基互補 直徑直徑2020 * 雙螺旋模型參數(shù)雙螺旋模型參數(shù) 螺距為螺距為3434任一條鏈任一條鏈 繞軸一周所升降的距繞軸一周所升降的距離）離） 每圈有每圈有1010個核苷酸個核苷酸 （堿基）（堿基） 有大溝和小溝有大溝和小溝 配對堿基并不充滿雙配對堿基并不充滿雙 螺旋空間，且堿基對螺旋空間，且堿基對 占據(jù)的空間不對稱占據(jù)的空間不對稱 兩個堿基之間的兩個堿基之間的垂直垂直 距離是距離是3.43.

14、4。螺。螺旋轉旋轉 角是角是3636度度Pitch 34 Rise3.4 Width 20 Major GrooveMinor Groove10.4 bp/turnTwist 36 大、小溝的差異大、小溝的差異 大溝中堿基差異容易識別大溝中堿基差異容易識別 ，往往是蛋，往往是蛋白質因子結合特異白質因子結合特異DANDAN序列的位點序列的位點 小溝相對體現(xiàn)的信息較少小溝相對體現(xiàn)的信息較少二、二、 影響雙螺旋結構穩(wěn)定性的因素影響雙螺旋結構穩(wěn)定性的因素 l 氫鍵 (Hydrogen bond 46 kc / mol) 消除消除DNA單鏈上磷酸基團間的靜電斥力單鏈上磷酸基團間的靜電斥力 弱鍵弱鍵, 可

15、加熱解鏈可加熱解鏈氫鍵堆積氫鍵堆積, 有序排列有序排列(線性線性, 方向方向) l 磷酸酯鍵 (phosphoester bond 8090 kc / mol)l 0.2 mol / L Na+ 生理鹽條件 強鍵強鍵, 需酶促解鏈需酶促解鏈 * 維持穩(wěn)定性的因素維持穩(wěn)定性的因素l 堿基堆積力 (非特異性結合力) ( 1 kc / mol 0.6kc / mol ) n 范德華力范德華力Van de waals force） (1.7A/ 嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán) 作用半徑作用半徑)(0.34 nm/堿基對間距)3.4A 疏水作用力疏水作用力 (Hydrophobic interaction

16、) 不溶于水的非極性分子在水中相互聯(lián)合不溶于水的非極性分子在水中相互聯(lián)合, 成串結合的趨勢力成串結合的趨勢力. 即熵即熵 值值(Entrophy)S上升上升-熱力學上的穩(wěn)定態(tài)熱力學上的穩(wěn)定態(tài)成為堿基間的部分堆積力成為堿基間的部分堆積力 (磷酸骨架磷酸骨架, 氨基氨基, 酮基周圍水分子間的有序排列酮基周圍水分子間的有序排列 )l 磷酸基團間的靜電斥力l 堿基內能增加(溫度), 使氫鍵因堿基排列有序狀態(tài)的破壞l 而減弱 * 不穩(wěn)定因素不穩(wěn)定因素三、雙螺旋結構的基本形式三、雙螺旋結構的基本形式 B-DNA B-DNA 資料來自相對濕度為資料來自相對濕度為9292所得到的所得到的DNADNA鈉鹽纖維鈉

17、鹽纖維 此外人們還發(fā)現(xiàn)了此外人們還發(fā)現(xiàn)了A A、C C、D D、E E等右手雙螺旋和左手雙螺旋等右手雙螺旋和左手雙螺旋 Z Z構象等形式構象等形式DNADNA結構的多態(tài)性：幾種不同的結構的多態(tài)性：幾種不同的DNADNA雙螺旋結構以及同雙螺旋結構以及同 一種雙螺旋結構內參數(shù)存在差異的現(xiàn)象一種雙螺旋結構內參數(shù)存在差異的現(xiàn)象 緣由：多核苷酸鏈的骨架含有許多可轉動的單鍵磷酸二酯鍵緣由：多核苷酸鏈的骨架含有許多可轉動的單鍵磷酸二酯鍵 的兩個的兩個P-OP-O鍵、糖苷鍵、戊糖環(huán)各個鍵鍵、糖苷鍵、戊糖環(huán)各個鍵戊糖的構象戊糖的構象A DNAB DNAABZHandednessBase InclinationA

18、BZ大溝寬大溝寬小溝窄小溝窄小溝窄小溝窄大溝變深大溝變深小溝寬深小溝寬深大溝不存在大溝不存在小溝窄而深小溝窄而深1、反向重復序列與二級結構、反向重復序列與二級結構 反向重復序列反向重復序列inverted repeatitive sequence or inverted repeats IR又稱回文序列廻文）：指兩段同樣又稱回文序列廻文）：指兩段同樣的核苷酸序列同時存在于一個分子中，但具有相反的方向的核苷酸序列同時存在于一個分子中，但具有相反的方向. 有時也有不完全相同的情況有時也有不完全相同的情況, RNA和和DNA中都可能存在中都可能存在.此外還可有此外還可有directed repeat

19、itive sequence -正向重復序列正向重復序列第四節(jié)第四節(jié) DNA DNA序列的高級結構序列的高級結構C反向重復序列間間隔較短或無間隔反向重復序列間間隔較短或無間隔反向重復序列間間隔較長反向重復序列間間隔較長 * 較短的回文序列可能是作為一種信號較短的回文序列可能是作為一種信號 如：限制性內切酶的識別位點如：限制性內切酶的識別位點 一些調控蛋白的識別位點一些調控蛋白的識別位點 2、三螺旋、三螺旋DNA (Trible Helix DNA, T.S DNA) 例如限制性內切酶例如限制性內切酶 EcoR的識別位點的識別位點 5GAATTC3 3CTTAAG5 （1） 發(fā)現(xiàn)和證實發(fā)現(xiàn)和證實

20、 1953 年 Watson & Crick D.S DNA model 證明沿大溝存在多余的氫鍵給體與受體潛在的專一與潛在的專一與DNA (蛋白質蛋白質) 結合的能力結合的能力形成形成T.S DNA 可能性可能性 這些發(fā)現(xiàn)促進了三螺旋這些發(fā)現(xiàn)促進了三螺旋DNADNA的研究的研究 （2 2） 形成條件形成條件 第二股中間鏈必須是嘌呤鏈第二股中間鏈必須是嘌呤鏈 第三股鏈至少長于八個核苷酸第三股鏈至少長于八個核苷酸 1957 Felsenfeld 1957 Felsenfeld等等 發(fā)現(xiàn)一股為嘌呤，發(fā)現(xiàn)一股為嘌呤，另一股為嘧啶的核另一股為嘧啶的核 苷酸雙鏈能夠形成三鏈苷酸雙鏈能夠形成三鏈

21、如：如： polyA/polyU polyA/polyU polydA/polydT polydA/polydT polyd polyd (AG)/polyd(CT) (AG)/polyd(CT) 1987 年 Mirkin . S . M 證明證明plasmid DNA 在在 pH= 4.3的溶液中的溶液中, 有有T.S DNA的存在的存在 三螺旋三螺旋DNADNA的概念提出的概念提出PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAa、

22、 D.S. DNA + D.S.DNA T.S. DNA + S.S. DNA （3 3） 組成形式組成形式三鏈螺旋三鏈螺旋雙鏈螺旋雙鏈螺旋 雙鏈DNA的同源回文序列形成的三鏈DNA鏡向重復）Mirkin (1987) pGG332 plasmid DNA b、 分子組成 PY/PU + PU (偏堿性介質中穩(wěn)定) GG 、 AA 、 GA PY/PU + PY (偏酸性介質中穩(wěn)定) 常見類型 GC ATl第三條鏈位于第三條鏈位于B-DNA的的 l Major groove中中 H-DNA H-DNA 兩種異構體兩種異構體 T. S. DNA 的連接鍵的連接鍵 Watson bonding A

23、 T G C (D. S. DNA)H+Hoogsteen 氫鍵氫鍵G C+(質子化質子化 )(第三鏈第三鏈 , pH 小于小于7)三股螺旋三股螺旋DNA結構特點總結結構特點總結第三條單鏈第三條單鏈DNA分子分子 位于位于B-DNA大溝內大溝內 與與B-DNA以以 Hoogsteen 鍵連接鍵連接 A T , G C兩氫兩氫鍵配對，鍵配對，C必需質子必需質子化化 poly(Py) : (Pu) : (Py)為常見類型為常見類型Trible helixMajor groove Py : Pu : Py3ed * * 可能功能可能功能 可能與基因調控可能與基因調控區(qū)域的功能和染色體區(qū)域的功能和染色

24、體重組有關重組有關3、 四股螺旋四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA ) 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 1958. Poly(G) X-ray photograph堿基形成環(huán)狀氫鍵連接結構堿基形成環(huán)狀氫鍵連接結構Tetrable Helix DNA 均有形成均有形成四股螺旋四股螺旋DNA的可能的可能 5-TTAGGGTTAGGGTTAGGG-33-AATCCCAATCCC-5 Poly (G), 4 (dG) 染色體端粒高度重復的染色體端粒高度重復的 DNA序列序列 著絲點附近的高度重復序列著絲點附近的高度重復序列 形成條件串聯(lián)重復的鳥苷酸形成條件串聯(lián)重復的鳥苷酸

25、 已有實驗結果表明真核細胞端粒中存在四鏈結構已有實驗結果表明真核細胞端粒中存在四鏈結構 結結 構構 特特 點點堿基之間靠堿基之間靠 Hoogsteen 鍵連接鍵連接GGGG基本結構單元鳥嘌呤四聯(lián)體基本結構單元鳥嘌呤四聯(lián)體可能的功能可能的功能 A、 穩(wěn)定真核生物染色體結構穩(wěn)定真核生物染色體結構 B、 保證保證DNA末端準確復制末端準確復制 C、 與與DNA分子的組裝有關分子的組裝有關 D、 與染色體的與染色體的 meiosis & mitosis 有關有關 Hoogsteen Bonding 5-TTAGGGTTAGGGTTAGGGT 3-AATCCCAATCCC GGG TA4、超螺旋

26、、超螺旋superhelix OR supercoil）最早在SV40和多瘤病毒 中發(fā)現(xiàn) 超螺旋是所有線性或環(huán) 形DNA的共有的重要特征The supercoils of the SV40 minichromosome can be relaxed to generate a circular structure, whose loss of histones then generates supercoils in the free DNA.（1）、）、 超螺旋結構的方向性超螺旋結構的方向性B-DNA緊纏緊纏overwinding (overwinding (右旋右旋) ) 正超螺旋正超螺旋

27、positive supercoiled positive supercoiled ）導致左手超螺旋導致左手超螺旋以一根繩子做實驗：以一根繩子做實驗：原來的繩子的兩股以原來的繩子的兩股以右旋方向纏繞；在繩右旋方向纏繞；在繩子的一端向緊纏方向子的一端向緊纏方向捻轉，再將繩子的兩捻轉，再將繩子的兩端連接起來，則產(chǎn)生端連接起來，則產(chǎn)生一個左旋的超螺旋以一個左旋的超螺旋以解除外加捻轉的協(xié)變解除外加捻轉的協(xié)變B-DNA松纏松纏unwinding (unwinding (左旋左旋) ) 負超螺旋負超螺旋Negative Supercoiled ）導致右手超螺旋導致右手超螺旋在繩子的一端向松纏在繩子的一端向

28、松纏方向捻轉，再將繩子方向捻轉，再將繩子的兩端連接起來，則的兩端連接起來，則產(chǎn)生一個右旋的超螺產(chǎn)生一個右旋的超螺旋以解除外加捻轉的旋以解除外加捻轉的協(xié)變協(xié)變 超螺旋的形成總是要向著抵消超螺旋的形成總是要向著抵消初級螺旋改變的方向發(fā)展初級螺旋改變的方向發(fā)展所有生物的所有生物的DNA幾乎幾乎 有有5%為為 Negative Superhelix （2）、超螺旋狀態(tài)的描述）、超螺旋狀態(tài)的描述可用數(shù)學公式描述可用數(shù)學公式描述Vinograd 方程式方程式L = T + W ( = + )？L 連接數(shù)連接數(shù)Linking number ） 雙鏈雙鏈DNA的交叉數(shù)，的交叉數(shù)， 不發(fā)生鏈斷裂時，不發(fā)生鏈斷裂

29、時，L為定值為定值T 盤繞數(shù)盤繞數(shù)Twisting number ） 雙鏈雙鏈DNA的纏繞數(shù)，初級螺旋圈數(shù)的纏繞數(shù)，初級螺旋圈數(shù)W 超盤繞數(shù)超盤繞數(shù)Writhing number） 直觀上為雙螺旋在空間的轉動數(shù)直觀上為雙螺旋在空間的轉動數(shù)W= 負值負值negative superhelix）W = 正值正值 ( positive superhelix） 420bp* B-DNA是是 力學上穩(wěn)定力學上穩(wěn)定 的結構的結構( 10 bp/ helix)* 螺旋數(shù)改 變的結果之 一是產(chǎn)生超 螺旋 或是在B_DNA中保留一單鏈區(qū)域，但須能量的功給 DNA在水溶液中, 構型偏B型狀態(tài) DNA以10.5 b

30、p/helix為最穩(wěn)定構型 小于10.5bp/helix 向正超螺旋發(fā)展(緊縮態(tài)) 大于大于10.5bp/helix 10.5bp/helix 向負超螺旋向負超螺旋發(fā)展發(fā)展(松弛態(tài)松弛態(tài)) ) 天然的天然的DNADNA都是負超螺旋都是負超螺旋 但一些生命活動過程中存在正超螺旋但一些生命活動過程中存在正超螺旋B-DNA的變化情況：的變化情況： base base3.4埃埃EB 7.0埃埃 base basebasebase（3 3）、體外可產(chǎn)生正超螺旋）、體外可產(chǎn)生正超螺旋 溴化乙錠溴化乙錠Ethidium bromide EBEthidium bromide EB） 放線菌素放線菌素D Da

31、a、EBEB的插入只改變盤繞數(shù)的插入只改變盤繞數(shù)T T使其降低使其降低 但但L L值不變值不變WWL LT TL L值不變值不變T T值降低值降低WW正值正值產(chǎn)生正超螺旋產(chǎn)生正超螺旋360o/helix 360o-26o/helix / 0ne of EB inserted負負 Superhelix OC, L, DNA 正正 Superhelix EB對超螺旋結構的影響對超螺旋結構的影響（4）、拓撲異構酶）、拓撲異構酶l 拓撲異構體：只在連接數(shù)上有差別的同種拓撲異構體：只在連接數(shù)上有差別的同種DAN分子稱為分子稱為l 這種這種DNA的拓撲異構體的拓撲異構體l 拓撲異構酶拓撲異構酶topois

32、omerase ）：催化）：催化DNA由一種拓撲異由一種拓撲異l 構體轉變成另一種拓撲異構體的酶類構體轉變成另一種拓撲異構體的酶類拓撲異構酶的類別和特性拓撲異構酶的類別和特性被切割的被切割的DNADNA鏈鏈 1 1 2 2 1 1 2 2對對ATPATP的需求的需求 否否 否否 是是 是是依賴于依賴于DNADNA的的ATPATP酶酶 否否 否否 是是 是是產(chǎn)生負超螺旋產(chǎn)生負超螺旋 否否 否否 是是 否否松弛負超螺旋松弛負超螺旋 是是 是是 否否 是是松弛正超螺旋松弛正超螺旋 否否 是是 是是 是是性質性質型型型型原核生物原核生物原核生物原核生物真核生物真核生物真核生物真核生物改變超螺旋的方式改

33、變超螺旋的方式結合到結合到一條鏈一條鏈上形成上形成復合物復合物切斷一切斷一條鏈形條鏈形成酶和成酶和蛋白的蛋白的復合體復合體共價連接共價連接 Tyrosine-5P一條鏈一條鏈穿越穿越重新重新連接連接L=2L=3 、拓撲異構酶 (topoisomerase I) 結果：連接數(shù)增加一個結果：連接數(shù)增加一個增加一個負超增加一個負超 、拓撲異構酶、拓撲異構酶Top II 旋轉酶旋轉酶(gyrase) Top亞類之一亞類之一 引入負超螺旋引入負超螺旋作用于雙鏈作用于雙鏈涉及雙鏈的涉及雙鏈的 斷裂和連接斷裂和連接每次使每次使DNADNA的連接的連接數(shù)改變數(shù)改變2 2 、拓撲異構酶的生物學功能、拓撲異構酶的

34、生物學功能 b、防止細胞、防止細胞DNA的過度超螺旋的過度超螺旋 多種拓撲異構酶的作用嚴格控制體內負超螺旋多種拓撲異構酶的作用嚴格控制體內負超螺旋 維持在維持在5%程度程度 所以所以 一種拓撲異構酶的單向突變對細胞來說是致命的一種拓撲異構酶的單向突變對細胞來說是致命的 因而一般兩種拓撲異構酶的突變水平相當因而一般兩種拓撲異構酶的突變水平相當a、恢復由一些細胞過程產(chǎn)生的超螺旋、恢復由一些細胞過程產(chǎn)生的超螺旋 如：復制叉前面正超的消除如：復制叉前面正超的消除 轉錄酶前正超的消除，后面負超的產(chǎn)生轉錄酶前正超的消除，后面負超的產(chǎn)生第五節(jié)第五節(jié) RNA RNA的結構與功能的結構與功能Structure

35、and Function of RNARNA的種類、分布、功能的種類、分布、功能核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉運轉運RNA核內不均一核內不均一RNA核內小核內小RNA胞漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質合成模板蛋白質合成模板轉運氨基酸轉運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉運的剪接、轉運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質內質網(wǎng)定位合成蛋白質內質網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的

36、信號識別體的組分核仁小核仁小RNA核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉運轉運RNA核內不均一核內不均一RNA核內小核內小RNA胞漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質合成模板蛋白質合成模板轉運氨基酸轉運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉運的剪接、轉運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質內質網(wǎng)定位合成蛋白質內質網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA一一 、信使

37、、信使RNA的結構與功能的結構與功能hnRNA 內含子內含子(intron)(intron)mRNA * mRNA成熟過程成熟過程 外顯子(exon)* * mRNA mRNA結構特點結構特點1.帽：大多數(shù)真核帽：大多數(shù)真核mRNA的的5末端均在轉錄后加末端均在轉錄后加上一個上一個7-甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的C2也是甲基化，形成帽子結構：也是甲基化，形成帽子結構：m7GpppNm-。尾：大多數(shù)真核尾：大多數(shù)真核mRNA的的3末端有一個多聚末端有一個多聚腺苷酸腺苷酸(polyA)構造，稱為多聚構造，稱為多聚A尾。尾。編碼區(qū)：核苷酸殘基編碼區(qū)：核苷酸殘基帽子結構帽子

38、結構mRNA核內向胞質的轉位核內向胞質的轉位mRNA的穩(wěn)定性維系的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調控翻譯起始的調控 帽子結構和多聚帽子結構和多聚A尾的功能尾的功能* mRNA的功能的功能 把把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質的氨基酸排列順序。成蛋白質的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白蛋白轉錄轉錄翻譯翻譯原核細胞原核細胞 細胞質細胞質細胞核細胞核DNA內含子內含子外顯子外顯子轉錄轉錄轉錄后剪接轉錄后剪接轉運轉運mRNAhnRNA翻譯翻譯蛋白蛋白真核細胞真核細胞 tRNA的一級結構特點

39、的一級結構特點分子量小，稀有堿基多分子量小，稀有堿基多 含含 1020% 稀有堿基，如稀有堿基，如 DHU 3末端為末端為 CCA-OH 5末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G 具有具有 TyyC 二、轉運二、轉運RNA的結構與功能的結構與功能NNHNHNNOCH3CH3NNNHNNHCH2CHCCH3CH3NHNHOOHHHHNHNHSON,N二甲基鳥嘌呤二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶巰尿嘧啶 稀有堿基稀有堿基 tRNA的二級結構的二級結構三葉草形三葉草形四臂三環(huán)四臂三環(huán): 氨基酸臂氨基酸臂 DHU(臂臂)環(huán)環(huán) 反密碼反密碼(臂臂)環(huán)環(huán) 額外環(huán)額外環(huán)(可變臂

40、可變臂) TC(臂臂)環(huán)環(huán)氨基酸臂氨基酸臂額外環(huán)額外環(huán)* tRNA的三級結構的三級結構 倒倒L形形* tRNA的功能的功能活化、搬運氨基酸到核活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質的翻糖體，參與蛋白質的翻譯。譯。* rRNA的含量多的含量多rRNA的結構的結構三、核蛋白體三、核蛋白體RNA的結構與功能的結構與功能* rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質生物合成的場所。* rRNA的種類根據(jù)沉降系數(shù)）的種類根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA核蛋白體的組成核蛋白體的組成原核

41、生物（以大腸桿菌為例）原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸個核苷酸18S1874個核苷酸個核苷酸蛋白質蛋白質21種種占總重量的占總重量的40%33種種占總重量的占總重量的50%大亞基大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸個核苷酸160個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸蛋白質蛋白質31種種占總重量的占總重量的30%49種種占總重量的占總重量的35% mRNA tRNA rRNA 呈三葉草形呈三葉草形四四 、其他小分子、其他

42、小分子RNA及及RNA組學組學除了上述三種除了上述三種RNA外，細胞的不同部位外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子存在的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 snmRNAssnmRNAs的種類的種類核內小核內小RNA核仁小核仁小RNA胞質小胞質小RNA催化性小催化性小RNA小片段干涉小片段干涉 RNA snmRNAs的功能的功能參與參與hnRNA和和rRNA的加工和轉運。的加工和轉運。RNARNA組學研究細胞中組學研究細胞中snmRNAssnmRNAs的種類、的種類、結構和功能。同一生物

43、體內不同種類的細胞、結構和功能。同一生物體內不同種類的細胞、同一細胞在不同時間、不同狀態(tài)下同一細胞在不同時間、不同狀態(tài)下snmRNAssnmRNAs的表達具有時間和空間特異性。的表達具有時間和空間特異性。 RNARNA組學組學核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 質質The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 六六 節(jié)節(jié)n兩性電離兩性電離n紫外吸收紫外吸收n變性變性n復性復性n分子雜交分子雜交+帶正電荷的核酸帶正電荷的核酸帶負電荷的核酸帶負電荷的核酸兼性離子兼性離子酸酸堿堿一兩性電離一兩性電離二紫外吸收二紫外吸收1. DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相當于相當于50g/ml雙鏈雙鏈DNA40g/ml單鏈單鏈DNA或或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度判斷核酸樣品的純度DNA純品純品: OD260/OD280 = 1.8RNA純品純品: OD260/OD280 = 2.0OD260的應用的應用目目 錄錄三、三、DNADNA的變性的變性(denaturatio