DNA與染色體總結課件

第二章DNA與染色體第二章DNA與染色體1第一節(jié)核酸概論

從高等動植物到簡單的病毒都含有核酸，核酸是生物體的基本組成物質，是以核苷酸為基本組成單位的遺傳信息的攜帶者，它在生物的個體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳和變異等生命過程中起著極為重要的作用。第一節(jié)核酸概論

從高等動植物到簡單的病毒都含有核酸2一.核酸的分類及分布90%以上分布于細胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型。參與細胞內DNA遺傳信息的表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。一.核酸的分類及分布90%以上分布于細胞核，其余分布于核3二.核酸的功能

1.1944年艾弗里的肺炎球菌實驗2.1952年赫爾希等人的噬菌體感染研究（一）.DNA是主要的遺傳物質的證明二.核酸的功能1.1944年艾弗里的肺炎球菌實驗4

（二).遺傳物質的性質

（二).遺傳物質的性質5

1、遺傳物質必須具有的特性

a、貯存并表達遺傳信息b、能把信息傳遞給子代

c、物理和化學性質穩(wěn)定

d、具有遺傳變化的能力

各異的堿基序列儲存大量的遺傳信息

堿基互補是其復制、轉錄表達遺傳信息的基礎

生理狀態(tài)下物理、化學性質穩(wěn)定

有突變和修復能力，可穩(wěn)定遺傳是生物進化的基礎1kbDNA序列41000種遺傳信息1、遺傳物質必須具有的特性a、貯存并表達遺傳信息b、能把62.DNA攜帶兩種遺傳信息

a、編碼蛋白質和RNA的信息(編碼tRNA、rRNA)

64個三聯體密碼子，三個終止密碼子編碼氨基酸的61個密碼子有簡并性、通用性

b、編碼基因選擇性表達的信息

*原核生物的結構基因占Genome的比例很大

Φx174phage，5386bp，結構基因用去5169bp比例達96％*真核生物的結構基因占Genome的比例很小

哺乳動物中結構基因只占10％～15％

2.DNA攜帶兩種遺傳信息7其余80％以上的DNA起什么作用目前還無法精確解釋，但可以肯定其中大部分DNA序列是編碼基因選擇性表達的遺傳信息

表現在：細胞周期的不同時相中個體發(fā)育不同階段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

所以又稱－－調控序列其余80％以上的DNA起什么作用目前還無法精確解釋，但可以肯83、RNA也可作為遺傳物質

*RNA病毒傳染媒介是病毒顆粒（病毒基因組RNA、蛋白質外殼）TobaccoMosaicVirus(TMV)

*類病毒（viroid）:使高等植物產生疾病的傳染性因子。只由RNA組成4、是否存在核酸以外的遺傳物質

朊病毒－－蛋白質樣的感染因子3、RNA也可作為遺傳物質9

第二節(jié)核酸的化學組成

第二節(jié)核酸的化學組成10

核酸（nucleicacid)核苷酸(nucleotide)

磷酸(phosphoricacid)核苷(nucleoside)

戊糖(pentose)堿基(base)核酸（nucleicacid)核苷酸(nucleotid11

兩類核酸的基本化學組成：RNA：D-核糖，A、G、C、U堿基DNA：D-2-脫氧核糖，A、G、C、T堿基元素組成：CHONP

12

一.核苷酸

（一）.戊糖組成核酸的戊糖有兩種：脫氧核糖、核糖，都是β-D-型，DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。一.核苷酸（一）.戊糖13（二）、堿基

P479結構式

1.嘧啶堿：尿嘧啶(uraci)U胞嘧啶（cytosine）C

胸腺嘧啶（thymine）T2.嘌呤堿:腺嘌呤(Adenine)

A鳥嘌呤(guanine)G

嘌呤衍生物

（二）、堿基P479結構式14

1.嘌呤堿：嘌呤(purine)

腺嘌呤（6-氨基嘌呤）Adenine(A)

鳥嘌呤（2-氨基6-氧嘌呤）Guanine(G)1.嘌呤堿：嘌呤(purine)腺嘌呤（615

2.嘧啶(pyrImidine)酮式烯醇式胞嘧啶（2-氧，4-氨基嘧啶）Cytosine(C)2.嘧啶酮式烯醇式胞嘧啶（2-氧，4-氨基嘧啶）16尿嘧啶（2，4-二氧嘧啶）Uracil(U)胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）Thymine(T)尿嘧啶（2，4-二氧嘧啶）胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）17

兩類核酸分子的組成比較：嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC，T脫氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸兩類核酸分子的組成比較：嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC18

3.核酸中的修飾堿基：P479表13-2

§次黃嘌呤(I)

§二氫尿嘧啶(D)

§5-甲基胞嘧啶(m5C)

§1-甲基腺嘌呤(m1A)

§N6-甲基腺嘌呤(m6A)3.核酸中的修飾堿基：P479表13-219第二章DNA與染色體總結課件20第二章DNA與染色體總結課件21

（三）、核苷（nucleoside）

核苷=戊糖+堿基

堿基和核糖通過C-N糖苷鍵連成核苷。

連接方式:嘌呤環(huán)上的N-9或嘧啶環(huán)上的N-1

與糖的C-1以糖苷鍵相連。（三）、核苷（nucleoside）22腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷鍵β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1糖苷鍵Glycosidicbond腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)23腺嘌呤核苷（腺苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）腺嘌呤核苷（腺苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）24

(四).核苷酸（nucleotide）

核苷酸=核苷+磷酸

=戊糖+堿基+磷酸

HHHHHHHHH(四).核苷酸（nucleotide）

25

1.構成DNA、RNA的核苷酸

P481表13-14

DNA：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP

RNA：AMP、GMP、CMP、UMP

1.構成DNA、RNA的核苷酸26PPPPPPPP常見（脫氧）核苷酸的結構和命名鳥嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）PPPPPPPP常見（脫氧）核苷酸的結構和命名鳥嘌呤核苷酸（272.細胞內的游離核苷酸及其衍生物

①核苷5’-多磷酸化合物

ATP、GTP、CTP、ppppA、ppppG在能量代謝和物質代謝及調控中起重要作用。2.細胞內的游離核苷酸及其衍生物28AMPADPATPAMPADPATP29OPOOHOA(G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGMP)的結構

Cyclicadenylie(Guanine)acid②環(huán)核苷酸3’,5’-cAMP，3’,5’-cGMP

OPOOHOA(G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGM30③核苷5’多磷酸3’多磷酸化合物ppGpppppGppppApp③核苷5’多磷酸3’多磷酸化合物31④核苷酸衍生物

HSCoA、NAD+、NADP+、FAD等輔助因子。GDP-半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活性糖基供體。④核苷酸衍生物32第二章DNA與染色體總結課件33第二章DNA與染色體總結課件34（五）、核酸

3’,5’-磷酸二酯鍵具有方向性核酸鏈的簡寫式

線條式字符式5＇pＡpＣpＴpＴpＧpＡpＡpＣpＧ3＇DNA5＇pＡpＣpＵpＵpＧpＡpＡpＣpＧ3＇RNA5‘pＡＣＴＴＧＡＡＣＧ3’5＇pＡＣＵＵＧＡＡＣＧ3＇OH牛脾磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（五）、核酸3’,5’-磷酸二酯鍵5＇pＡpＣpＴpＴpＧ35第三節(jié)DNA的結構一、DNA的一級結構指脫氧核糖核酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，可以用堿基排列順序表示。DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種核苷酸千變萬化的不同排列組合之中。

第三節(jié)DNA的結構一、DNA的一級結構36（一）DNA一級結構的特點

1.連接鍵：3’，5’-磷酸二酯鍵2.磷酸與戊糖順序相連形成主鏈骨架3.堿基形成側鏈

4.多核苷酸鏈均有5’-末端和3’-末端（一）DNA一級結構的特點1.連接鍵：3’，5’-磷酸二37（二）DNA一級結構穩(wěn)定的因素

a.DNA在高pH值時磷酸酯鍵非常穩(wěn)定只是堿基存在構像的變化

酮式烯醇式酮式烯醇式（二）DNA一級結構穩(wěn)定的因素a.DNA38RNA在高pH時則穩(wěn)定性很差OH自由的5’-OH

2’,3’-環(huán)式單核苷酸堿由于2’－OH導致的水解RNA在高pH時則穩(wěn)定性很差OH自由的5’-OH2’,39

b、磷酸呈四面體構型，脫氧核糖呈折疊的五元環(huán)，堿基是平面的。C.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。而堿基在無水狀態(tài)免遭小分子攻擊結構穩(wěn)定。b、磷酸呈四面體構型，脫氧核糖呈折C.主鏈是親水的，側40（三）DNA一級結構的不均一性（1）重復序列★反向重復（回文序列）(invertedrepeat,palindromesequence)

該片段的堿基順序在互補鏈之間正讀反讀都相同。

（三）DNA一級結構的不均一性41較短的回文序列可作為一種特別信號。如：限制性核酸內切酶的識別位點。

較短的回文序列可作為一種特別信號。42第二章DNA與染色體總結課件43第二章DNA與染色體總結課件44較長的回文結構，中間被一些不相關的序列隔開。都能形成十字架（交叉）和發(fā)卡結構可形成莖環(huán)結構(發(fā)夾結構)或十字形結構。

轉錄的終止作用與回文結構有關。較長的回文結構，中間被一些不相關的序列隔開。都能形成十字45第二章DNA與染色體總結課件46第二章DNA與染色體總結課件47

(2)富含AT的序列在很多有重要調節(jié)功能DNA區(qū)段都富含AT堿基對，特別是在復制起點和轉錄啟動子區(qū)域，富含AT對。這對于復制和轉錄的起始十分重要，因為GC對有三個氫鍵，而AT對只有兩個氫鍵，此處雙鍵易解開。

48

二.DNA的二級結構：（一）.DNA的二級結構的研究史二十世紀二十年代，提出四核苷酸假說。二十世紀五十年代初，Chargaff規(guī)則：a.[A]=[T]；[C]=[G]，且A+G=C+T。b.DNA的堿基組成具有種的特異性。c.DNA堿基組成沒有組織、器官的特異性。d.年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境等因素不影響DNA的堿基組成。

二.DNA的二級結構：（一）.DNA的二級結構的研究史49

1953年，Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋結構。Wilkins通過對DNA分子的X-射線衍射研究證實了Watson和Crick的DNA模型。1962年，三人共享Nobel生理醫(yī)學獎。

50第二章DNA與染色體總結課件51（二）、DNA雙螺旋結構的要點

（二）、DNA雙螺旋結構的要點

521.兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏繞，形成右手雙股螺旋，一條5’→3’，另一條3’→5’1.兩條反平行的多核苷酸鏈繞同532.磷酸與脫氧核糖彼此通過3’，5’-磷酸二酯鍵相連，構成DNA分子的骨架。3.磷酸與脫氧核糖在雙螺旋外側，嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋的內側。2.磷酸與脫氧核糖彼此通過3’，5’-磷酸二酯鍵相連，構成544.堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行5兩條核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鏈結合在一起。6.螺圈之間主要靠堿基平面間的堆積力維持4.堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行55A與T通過形成兩對氫鍵配對A==TA與T通過形成兩對氫鍵配對A==T56

G與C通過形成三對氫鍵配對G≡≡CG與C通過形成三對氫鍵配對G≡≡C57A與T通過形成兩對氫鍵配對,G與C通過形成三對氫鍵配對A與T通過形成兩對氫鍵配對,G與C通過形成三對氫鍵配對587.每圈螺旋含10個核苷酸，堿基堆積距離0.34nm，雙螺旋平均直徑2nm，8.大溝寬1.2nm，深0.85nm，小溝寬0.6nm，深0.75nm2.0nm小溝大溝7.每圈螺旋含10個核苷酸，堿基堆積距離0.34nm，雙螺旋59（三）穩(wěn)定雙螺旋結構的因素

堿基堆積力氫鍵離子鍵疏水作用

（三）穩(wěn)定雙螺旋結構的因素

60

①堿基配對的氫鍵GC含量越多，越穩(wěn)定。

弱鍵,加熱或在DNA溶液中加入可與堿基形成氫鍵的極性分子，如尿素與甲酰胺，能使DNA解鏈。②疏水的相互作用力，堿基有很強的疏水性，并且堿基處于雙螺旋內部的疏水環(huán)境中，可免受水溶性活性小分子的攻擊。若在DNA溶液中加入甲醇，增加親水性，或加入三氟醋酸鈉，破壞DNA分子外表的水殼，都會降低疏水的作用。

61③堿基堆積力，疏水作用使堿基成簇，從而促成了堿基堆積力（主要因素）。線性DNA兩邊配對的堿基越多，堆積力越大。④磷酸基上的負電荷與介質中的陽離子或組蛋白的正離子之間形成離子鍵，中和了磷酸基上的負電荷間的斥力，有助于DNA穩(wěn)定。強鍵,需酶促解鏈.

0.2mol/LNa+生理鹽條件，

消除DNA單鏈上磷酸基團間的靜電斥力

③堿基堆積力，疏水作用使堿基成簇，從而促成了堿基堆積力（主62（四）DNA的雙螺旋結構的意義

模型揭示了DNA作為遺傳物質的穩(wěn)定性特征，確認了堿基配對原則，這是DNA復制、轉錄和反轉錄的分子基礎，亦是遺傳信息傳遞和表達的分子基礎。（四）DNA的雙螺旋結構的意義

模型揭示了DNA作為遺傳物63（五）.DNA二級結構的多態(tài)性1979年，AlexanderRich發(fā)現了左手螺旋，稱為Z-DNA，另外也有A-DNA的存在。

P489表13-6A-、B-、Z-DNA的比較相對濕度92%：B—DNA相對濕度75%：A—DNA。

（五）.DNA二級結構的多態(tài)性64隨著對DNA結構研究的不斷深入，人們逐步認識到在天然DNA分子中，以B型結構為主，但同時可能存在有其他類型的結構形式，即DNA分子的基本結構是B型.

DNA結構的多態(tài)性：幾種不同的DNA雙螺旋結構以及同一種雙螺旋結構內參數存在差異的現象.但在這個分子的某些區(qū)段會出現A、Z，甚至三鏈、四鏈，并且這些不同的結構處于動態(tài)變化中。隨著對DNA結構研究的不斷深入，人們逐步認識到在天然DN65實驗證明，水合的B-DNA在脫水時，或由于加入乙醇或鹽而使水的的活度降低時即轉變?yōu)锳型。這是由于B-DNA中，2-脫氧核糖的構象發(fā)生了變化，使得同股核苷酸鏈中相鄰磷酸基間的距離縮短了0.1nm，也使得每匝螺旋的堿基對數由10轉變?yōu)锳-DNA的11。活度降低時即轉變?yōu)锳型。這是由于B-DNA中，2-脫氧核糖的構象發(fā)生了變化，使得同股核苷酸鏈中相鄰磷酸基間的距離縮短了0.1nm，也使得每匝螺旋的堿基對數由實驗證明，水合的B-DNA在脫水時，或由于加入乙醇或鹽而使66A-DNA中堿基對也由B-DNA的集中于中心軸變化為向大溝方向移動了約0.5nm，也就使A-DNA具有粗短，大溝更細更深的外形。另外還發(fā)現，轉錄過程中，在DNA單股上合成RNA時，DNA與RNA所形成的雜交雙螺旋，可能是A型。在B-DNA向Z-DNA轉變中，堿基平面相對于螺旋軸轉動了180o。A-DNA中堿基對也由B-DNA的集中于中心軸變化為向大溝方67這一翻轉對交替d（GC）序列中的兩種殘基的構象產生了不同影響，胞嘧啶核苷殘基整個轉動了180o，仍保持反式構象，而鳥嘌呤核苷殘基中的堿基則繞苷鍵轉動了180o，結果導致多脫氧核苷酸主鏈的走向呈“Z”形。研究表明，在大多數細胞的陽離子條件下，交替的CG區(qū)段很可能處于B型，而在胞嘧啶被甲基化后，就轉向Z型。這樣甲基化所處環(huán)境就由B-DNA中的親水區(qū)轉而進入Z型的疏水區(qū)，也就增加了穩(wěn)定性，進而有利于DNA生物功能的發(fā)揮。這一翻轉對交替d（GC）序列中的兩種殘基的構象產生了不同68

DNA在發(fā)揮其生物功能過程中，會呈現與其功能相適應的各種特異性結構，如三鏈，四鏈DNA等。但需要指出的是，無論DNA結構形式如何多樣，B-DNA仍然是DNA的最基本構象。DNA在發(fā)揮其生物功能過程中，會呈現與其功能相適應的各種69※.DNA結構的多態(tài)性：幾種不同的DNA雙螺旋結構以及同一種雙螺旋結構內參數存在差異的現象.※.原因：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P-O鍵、糖苷鍵、戊糖環(huán)各個鍵.※.DNA結構的多態(tài)性：幾種不同的DNA雙70（1）B—DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA右手雙螺旋,每圈螺旋10.4個堿基對,螺距：3.32nm（2）A-DNA

右手雙螺旋，外形粗短。RNA-RNA、RNA-DNA雜交分子具有這種結構。（3）Z-DNA

左手螺旋，外形細長。天然B-DNA的局部區(qū)域可以形成Z-DNA。Rich在研究CGCGCG寡聚體的結構時，發(fā)現了這類DNA,由于磷酸基在多核苷酸骨架上的分布呈Z字形,（原因：左手螺旋的過程中，胞嘧啶核苷酸殘基整個轉動180°，而嘌呤核苷酸中只有堿基轉動180°。）因此稱為Z-DNA。

（1）B—DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA71糖磷酸骨架呈“之”字形。左旋分子外形呈波形

在高鹽的條件下嘌呤-嘧啶相間排列在活細胞中如果胞嘧啶被甲基化的（m5C）Z-DNA的結構特點Z-DNA存在的條件糖磷酸骨架呈“之”字形。在高鹽的條件下Z-DNA的結構特點Z72（二）Z-DNA存在的條件1）在高鹽的條件下：NaCl的濃度超過2mol/L，MgCl2的濃度要超過0.7mol/L。2）嘌呤-嘧啶相間排列：poly（GC/CG）n,在一定的條件下poly（AC/TG）n,甚至poly(AT/TA)n現在認為在適當的離子存在條件下，任何不少于六個bp的嘌呤-嘧啶交替排列順序都能形成Z-DNA。

（二）Z-DNA存在的條件733）在活細胞中如果胞嘧啶被甲基化的（m5C）則無需嘌呤-嘧啶相間排列，在生理鹽水的濃度下就可產生Z型。如

1981年Behe發(fā)現此是由于甲基（m）伸向大溝含水的環(huán)境中，周圍局部形成憎水區(qū)，有利于Z-DNA的穩(wěn)定。3）在活細胞中如果胞嘧啶被甲基化的（m5C）74

(三)生物學意義

①可能提供某些調節(jié)蛋白的識別。嚙齒類動物病毒的復制起始部位有d（GC）有交替順序的存在；②在SV40的增強子中有三段8bp的Z-DNA存在，若將其中2個Z-DNA片段除去，再接到b-珠蛋白基因上表達，表明增強子失去活性。當將野生型SV40的Z-DNA中“T”和“C”轉換成“C”、“T”時，不影響突變體的活性，但嘧啶轉換成嘌呤時，由于破壞了嘌呤-嘧啶的相間排列，而使Z-DNA難以形成，從而SV40也失活（圖9-16）。

(三)生物學意義

75

調節(jié)蛋白的識別位點與轉錄有關

調節(jié)蛋白的識別位點76另一個例子是原生動物纖毛蟲，它有大、小兩個核，大核有轉錄活性，小核和繁殖有關。大、小兩核的DNA序列相同。而以熒光標記的Z-DNA抗體顯示僅和大核DNA結合，而不和小核的DNA結合，說明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和轉錄有關。另一個例子是原生動物纖毛蟲，它有大、小兩個核，大核有轉錄活性77DNABhelix0o10.5residues/turndiameter20Apitch34A

DNAZhelix

7o12residues/turndiameter18Apitch45ADNAAhelix

20o11residues/turndiameter23Apitch28A

DNABhelixDNAZhelixDNAA78第二章DNA與染色體總結課件79三種DNA雙螺旋構象比較ABZ外型粗短適中細長螺旋方向右手右手左手螺旋直徑2.55nm2.37nm1.84nm堿基直升0.23nm0.34nm0.38nm堿基夾角32.7034.6060.00每圈堿基數1110.412軸心與堿基對關系2.46nm3.32nm4.56nm堿基傾角1901090糖苷鍵構象反式反式C、T反式，G順式

大溝很窄很深很寬較深平坦小溝很寬、淺窄、深較窄很深三種DNA雙螺旋構象比較A80三、DNA的三級結構P36

E.coli的DNA的總長度是其細胞長度的100倍，那么它的DNA怎樣包裝成類核的呢？原來其DNA存在著超螺旋。DNA雙螺旋的進一步扭曲構成三級結構。原核生物：雙鏈環(huán)狀DNA,大部分原核生物的DNA是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋，這種雙螺旋還可以再次螺旋化形成超螺旋。結構更緊密，在離心場中比線型和開環(huán)DNA沉降要快。

三、DNA的三級結構P36E.coli的DNA的總長度81螺旋和超螺旋電話線螺旋超螺旋螺旋和超螺旋電話線螺旋超螺旋82（一）環(huán)狀DNA：

某些病毒DNA某些噬菌體DNA某些細菌染色體DNA細菌質粒DNA真核細胞中的線粒體DNA、葉綠體DNA

（一）環(huán)狀DNA：83

1、環(huán)狀DNA的三種典型構象（1）松弛環(huán)形DNA線形DNA直接環(huán)化（2）解鏈環(huán)形DNA線形DNA擰松后再環(huán)化（3）超螺旋DNA

1、環(huán)狀DNA的三種典型構象84L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1152010523L=23,T=23,W=0解鏈環(huán)形15101520231510152025L=23,T=25,W=–2負超螺旋121482316131510152023右手旋轉擰松兩匝后的線形DNADNA超螺旋的形成L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1152010523L=285MOV:PBC\A0267501\supercoilingofDNAMOV:PBC\A0267501\supercoilin86正超螺旋：繩子的兩股以右旋方向纏繞，如果在一端使繩子向纏緊的方向旋轉，再將繩子兩端連接起來，會產生一個左旋的超螺旋，以解除外加的旋轉造成的脅變。負超螺旋：如果在繩子一端向松纏方向旋轉，再將繩子兩端連接起來，會產生一個右旋的超螺旋，以解除外加的旋轉所造成的脅變，這樣的超螺旋稱負超螺旋。大部分天然DNA呈負超螺旋。

正超螺旋：繩子的兩股以右旋方向纏繞，如果在一端使繩子向纏緊的872、三種環(huán)形DNA的拓撲學特性

①連環(huán)數

L

DNA雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數。②扭轉數

T

DNA分子中的watson-crik螺旋數目，以T表示。③超螺旋數

W正超螺旋為正，負超螺旋為負L=T+W2、三種環(huán)形DNA的拓撲學特性88第二章DNA與染色體總結課件89超螺旋是可以定量描敘的。White在1969通過微分幾何的研究，建立了White方程（L=T+W）來說明環(huán)繞數和超螺旋的關系。L（linkingnnmber）：鏈環(huán)數或稱拓撲環(huán)繞數，指cccDNA中一條鏈繞另一條鏈的總次數。其特點是：①L是整數；②在cccDNA中任何拓撲學狀態(tài)中其值保持不變；③右手螺旋對L取正值。T（twistingnumber）：纏繞數，即雙螺旋的圈數。其特點是：①可以是非整數；②是變量；③右手螺旋時T為正值。W（writhingnumber）：扭曲數，即超數旋數。其特點是：①可以是非整數；②是變量；③右手螺旋時，W取負值。無論是L數的增加或減少，即加旋或解旋，DNA分子具有維持B-DNA結構的傾向，即由10堿基構成一個螺旋，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構的扭曲來抵消?，F舉例說明這三者之間的關系。如有松弛的B-DNA，共有420bp，一條鏈繞另一鏈42次，正好形成42圈螺旋，則L=T=42，所以W=0，無超螺旋。若固定一端，另一端按順時針方向旋轉6圈，使雙螺旋解開6圈，再將雙鏈連接成閉合環(huán)，而DNA仍要保持B-DNA的結構，每個螺旋由10個bp組成，T又變成最初的42，即有42個螺旋，則L=36，T=42，所以W=-6，即形成了6個負超螺旋（右旋），在此情況下，T值保持不變。

ΔT=0，ΔL=ΔW超螺旋是可以定量描敘的。White在1969通過微分幾何的研90某B-DNA1350bp，每螺旋10bp，在松弛情況下L=T=1350/10=135,W=0，無超螺旋若DNA一端固定，另一端解螺旋5圈，在兩端封閉：L=135－5=130由于分子內張力，出現兩中可能情況：※在分子內保持一個單鏈區(qū)，T=130，W=0※DNA張力趨于保持B-DNA原狀，T=135，L=130，W=－5DNA分子超盤繞5次的負超螺旋。L=T＋W的計算某B-DNA1350bp，每螺旋10bp，在松弛情況下L91第二章DNA與染色體總結課件92連環(huán)數（L）纏繞數（T）扭曲數W松馳環(huán)25250解鏈環(huán)23230超螺旋2325-2負超螺旋DNA是由于兩條鏈的纏繞不足引起（L），分子所受張力會引起互補鏈分開導致局部變性，很易解鏈，易于參加DNA的復制、重組和轉錄等。連環(huán)數（L）纏繞數（T）扭曲數W松馳環(huán)25250解鏈環(huán)23293嵌入劑溴化乙錠（ethidiumbromide，EB），通過嵌入到配對堿基之間的方式與DNA結合，導致DNA雙螺旋的局部解旋沉降系數EB濃度嵌入劑沉降系數EB濃度94超螺旋的特點堿性pH條件下的沉降系數

I型DNA共價閉合環(huán)狀

II型DNA開環(huán)，松弛型

I°型閉環(huán)，松弛型Ⅲ型線狀pH11.3pH11.3pH11.3pH11.3超螺旋的特點堿性pH條件下的沉降系數I型DNAI95DNA濃度管底管頂I型II型III型電泳DNA管底管頂I型II型III型電泳96超螺旋的意義DNA超螺旋結構整體或局部的拓撲學變化及其調控對于DNA復制和RNA轉錄過程具有關鍵作用。CsCl密度梯度（含EB）離心：超螺旋〉開環(huán)〉線性超螺旋的意義CsCl密度梯度（含EB）離心：97

DNA分子形成超螺旋的生物學意義

一是超螺旋DNA具有更緊密的形狀，因此在DNA組裝中具有重要作用。

二是DNA的結構具有動態(tài)性，這有利于其功能的發(fā)揮，而DNA超螺旋程度的改變介導了這種結構的變化。B-DNA是一種熱力學上的穩(wěn)定結構，超螺旋的引入就提高了它的能量水平。負超螺旋的存在會影響DNA結構變化的平衡，具超螺旋的DNA能實現松弛態(tài)DNA所不能實現的結構轉化。DNA分子形成超螺旋的生物學意義98

3、原核生物拓撲異構酶（topoisomerase）

拓撲異構體（topoisomerase）：除連環(huán)數（L）不同外其他性質均相同的DNA分子。DNA拓撲異構酶通過改變DNA的L值而影響其拓撲結構。

3、原核生物拓撲異構酶991)拓撲異構酶酶I

（解旋酶，擰緊）

①僅切斷雙鏈DNA的一條鏈，即催化瞬時的單鏈斷裂和連接，使雙鏈負超螺旋DNA轉變成松馳形環(huán)狀DNA，每次催化使L值增加1②不需要能量輔助因子如ATP和NAD等，因而不能催化需能的超螺旋化結構。

1)拓撲異構酶酶I（解旋酶，擰緊）100目前研究較為清楚的是大腸桿菌拓撲異構酶（過去叫做ω蛋白）。

作用機理:當酶與DNA結合時，可形成穩(wěn)定的復合物，這個復合物是切斷DNA鏈的5′-磷酸基與酶的酪氨酸羥基以酯鍵連接而成的，同時酶的另一端共價連接在3′-OH基上。在此發(fā)生的是磷酸二酯鍵的轉移反應，由DNA轉移到蛋白質。當DNA的一股鏈穿越切割點繞另一股旋轉一圈后，原來斷裂的DNA重新連接，酶被釋放。即磷酸二酯鍵又由蛋白質轉移到DNA。整個過程并不發(fā)生鍵的不可逆水解，沒有能量的丟失。因此不需要外界供給能量，結果由于L由n變?yōu)閚+1目前研究較為清楚的是大腸桿菌拓撲異構酶（過去叫做ω蛋白）。1012)拓撲異構酶酶II（促旋酶,擰松）

①使DNA的兩條鏈同時斷裂和再連接，不需要單鏈切口存在，能使松馳環(huán)狀DNA轉變成負超螺旋形DNA，因而每個反應后改變兩個鏈環(huán)數；②需要能量輔助因子。2)拓撲異構酶酶II（促旋酶,擰松）102

DNA雙鏈重新連接DNA雙鏈穿過DNA的釋放重復起始DNA雙鏈斷裂拓撲異構酶II的作用機制

DNADNADNA重復起始DNA拓撲異構酶II的作用機制103拓撲異構酶Ⅱ功能是將復制叉前的正超螺旋轉為負超螺旋，從而釋放由復制叉移動造成的張力。其每將一個正超螺旋轉為負超螺旋，就將DNA的連接數L的符號從+1變?yōu)?1，則L的變化為L=-2。拓撲異構酶Ⅱ功能是將復制叉前的正超螺旋轉為負超螺旋，從而104

大腸桿菌的拓撲異構酶Ⅱ又叫旋轉酶.作用機制:當反應開始時，DNA圍繞著酶卷起，然后將兩條鏈切斷，2個α亞基分別與5’-磷酸基、3’-OH結合，在酶構象改變的牽引下，另一雙鏈穿越酶蛋白提供的裂隙（切口），最后斷裂的2條鏈又重新連接。ATP水解產生的能量用來恢復酶的構象，從而可進行下一次循環(huán)。大腸桿菌的拓撲異構酶Ⅱ又叫旋轉酶.105在細胞中，拓撲異構酶Ⅰ和拓撲異構酶Ⅱ的量是相互抗衡，并受到精細地調節(jié)的，這能保證DNA的負超螺旋程度達到一個最佳狀態(tài)。圖2-22E.coliDNA旋轉酶導入負超螺旋的作用機理在細胞中，拓撲異構酶Ⅰ和拓撲異構酶Ⅱ的量是相互抗衡，并受到精106（二）三鏈DNA在正常的DNA雙螺旋結構基礎上還可形成三股螺旋。依據三螺旋的形成機理和生物學意義，可分為三類：（1）分子間的三螺旋DNA。在一定條件下，合成的脫氧核苷酸插入DNA雙螺旋特定區(qū)域的大溝內，通過氫鍵形成局部的分子間三螺旋結構。（2）分子內的三螺旋DNA。（具有鏡像結構）DNA雙螺旋特定區(qū)，通過氫鍵作用，發(fā)生自身折疊，形成局部的分子內三股螺旋結構，同時解離出一段DNA單鏈。如鏡像重復的一段雙螺旋可以形成三股螺旋，稱H-DNA.（二）三鏈DNA107（3）平行的三螺旋結構。是指三螺旋結構中的第三條鏈的序列與第一條鏈的序列相同，方向也相同，這種結構的DNA又叫R-DNA，是因其與基因的重組（recombination）有關而得名。上述形成三螺旋的三條鏈一般均由Hpu或Hpy組成。堿基配對方式是第三個堿基以A或T與A=T中的A配對，G或C與G=C中的G配對，但C必須質子化(C+)，并且只形成兩對氫鍵。

（3）平行的三螺旋結構。是指三螺旋結構中的第三條鏈的序列與第108

第四節(jié)DNA與染色體P19一.染色體概述19世紀中葉，發(fā)現染色體。當細胞分裂時，每一條染色體都復制生成一條與母鏈完全一樣的子鏈，形成同源染色體對。原核生物DNA一般位于類核體上。原核細胞一般情況下含有一條染色體，都是單倍的。第四節(jié)DNA與染色體P19一.染色體概109二.真核細胞染色體的組成真核細胞的染色體由DNA、組蛋白、非組蛋白及部分RNA組成。其蛋白質與相應DNA的質量比約為2:1。除了性細胞以外，真核細胞的染色體都是二倍體，而性細胞的染色體數目是體細胞的一半，稱為單倍體。二.真核細胞染色體的組成真核細胞的染色體由DNA、組蛋白、1101.染色體特征:1）分子結構相對穩(wěn)定;2）能夠自我復制;3）能夠指導蛋白質的合成，從而控制整個生命過程;4）能夠產生遺傳的變異。染色體被大量蛋白質及核膜包圍，DNA的轉錄和翻譯在不同的空間和時間上進行，其基因表達調控與DNA的序列和染色體的結構有關。1.染色體特征:1112.蛋白質染色體上的蛋白質主要包括組蛋白和非組蛋白。組蛋白是染色體的結構蛋白，它與DNA組成核小體。組蛋白分別為Hl、H2A、H2B、H3及H4。它們含有大量的賴氨酸和精氨酸。特性P24非組蛋白包括酶類，收縮蛋白、骨架蛋白、肌動蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等。2.蛋白質染色體上的蛋白質主要包括組蛋白和非組蛋白。組蛋白是1123.DNA真核細胞基因組含有大量的重復序列，功能DNA序列大多被非功能DNA所隔開。許多DNA序列不編碼蛋白質。真核細胞DNA序列可被分為3類:(1)低度或不重復序列占DNA總量的40％－80％，重復序列長度大于1000bp。一般只有一到幾個拷貝。此類序列攜帶大量能編碼各種功能不同蛋白質的遺傳信息（結構基因)，也有一些是基因間隔序列。3.DNA真核細胞基因組含有大量的重復序列，功能DNA序列113(2)中度重復序列：占總DNA的10％～40％，重復次數在10-104，各種rRNA、tRNA以及某些結構基因屬于這一類。中度重復序列往往分散在不重復序列之間。中度重復序列一般有種的特異性，可以作為探針，區(qū)分不同種間細胞DNA。(2)中度重復序列：占總DNA的10％～40％，重復次數114(3)高度重復序列――由6～100個堿基組成，在DNA鏈上串聯重復高達數百萬次（106）以上，因此復性速度很快。不轉錄。在高度重復序列中，還有一種簡單的重復單位組成的重復序列，重復單位一般由2～10bp組成，成串排列。這種重復序列的堿基組成富含AT，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開，因此把它叫做衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）。衛(wèi)星DNA占總DNA的10％～60％，（真核）第二章DNA與染色體總結課件115又根據重復頻率和重復序列長度不同，可分為小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA.相近種屬的高度重復序列存在相似性，不同種屬具有種屬特異性。高度重復序列可能參與DNA復制及基因表達的調控。又根據重復頻率和重復序列長度不同，可分為小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)1164.染色質與核小體(nucleosome)1974年，Kornberg發(fā)現核小體核小體是所有真核生物染色體的基本結構單位小球菌核酸酶處理后凝膠電泳電鏡觀察

4.染色質與核小體(nucleosome)19117H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構成核心組蛋白。

雙螺旋DNA(146bp)以左手超螺旋的方式繞核心顆粒1.75圈，纏繞在核心組蛋白表面，構成核心顆粒。

兩端各有11bp與H1結合，形成完整的核小體連接區(qū)DNA（平均55bp）將相鄰的核小體連接。1）核小體的組裝H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構成核心118第二章DNA與染色體總結課件119第二章DNA與染色體總結課件120第二章DNA與染色體總結課件1212）30nm染色體螺旋管的模型2）30nm染色體螺旋管的模型12230nm染色體螺旋管的模型(引自Griffithsetal1999)30nm染色體螺旋管的模型(引自Griff123第二章DNA與染色體總結課件124（3）扭曲成突環(huán)（Loop）附著在非組蛋白組成的支架，約含75kbDNA

（3）扭曲成突環(huán)（Loop）附著在非組蛋白組成的支架，約含125第二章DNA與染色體總結課件126第二章DNA與染色體總結課件127DNA（2nm,200bp

）核小體鏈（11nm,每個核小體200bp）纖絲（30nm,每圈6個核小體）突環(huán)（150nm,每個突環(huán)大約75000bp）

玫瑰花結（300nm,6個突環(huán)）

螺旋圈（700nm,每圈30個玫瑰花）

染色體（1400nm每個染色體含10個玫瑰花）DNA（2nm,200bp）核小體鏈（11nm,每個128

DNA核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮7倍壓縮6倍壓縮40倍壓縮5倍共計壓縮8400倍DNA核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮7倍壓縮6倍壓縮41295.基因與基因組

基因的定義：

DNA分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質的最小功能單位。合成有功能的多肽鏈或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。故一個基因應包含不僅是編碼蛋白質肽鏈或RNA的核酸序列，還包括為保證轉錄所必需的調控序列、5′非翻譯序列、內含子以及3′非翻譯序列等所有的核酸序列（蛋白質基因和RNA基因）。5.基因與基因組

基因的定義：130基因分類編碼蛋白質的基因：具有轉錄和翻譯功能，包括編碼酶和結構蛋白的結構基因以及編碼阻遏蛋白的調節(jié)基因。只有轉錄功能而沒有翻譯功能的基因：包括tRNA基因和rRNA基因不轉錄的基因：它對基因表達起調節(jié)控制作用，包括啟動基因和操縱基因基因分類131基因組（genome）基因組：攜帶生物體全部遺傳信息的核酸量。可以指一個細胞、一個個體、一個種群.原核：就是它的整個染色體。真核：一個物種單倍體染色體數目不同生物體中具有不同的基因組大小基因組（genome）基因組：1321）原核生物基因組的結構特點基因組很小，且大小相差較大單倍體（逆轉錄病毒除外）基因重疊結構簡練轉錄單元（多順反子結構）基因多是連續(xù)的（真核細胞病毒除外）1）原核生物基因組的結構特點基因組很小，且大小相差較大133

A.基因組很小，相差較大

基因組大小編碼蛋白質

乙肝病毒3Kb4種痘病毒3000Kb幾百種大腸桿菌4600Kb3000－4000A.基因組很小，相差較大基134原核生物中一般只有一條染色體且大都帶有單拷貝基因，只有很少數基因〔如rRNA基因〕是以多拷貝形式存在原核生物中一般只有一條染色體且大都帶有單拷貝基因，只有很少數135B.結構簡練大部分可編碼蛋白質,只有非常小的一部份不編碼蛋白質(通常是基因表達的控制序列）ΦX174DNA中不翻譯的部份只占217/5375G4DNA中不翻譯的部份占282/5577乳頭瘤病毒基因組中不翻譯的部份占1.0/8.0KbB.結構簡練136C.基因重疊同一段DNA片段能夠編碼兩種甚至三種蛋白質分子

此現象在其它的生物中僅見于線粒體和質粒DNA較小的基因組能夠攜帶較多的遺傳信息ΦX174單鏈DNA病毒，宿主為大腸桿菌，因此，又是噬菌體。編碼11個蛋白質分子，總分子量為25萬左右，相當于6078個核苷酸所容納的信息量DNA本身只有5375個核苷酸，最多能編碼總分子量為20萬的蛋白質分子C.基因重疊ΦX174137

基因重疊的幾種情況：（1）完全重疊（2）部分重疊（3）兩個基因只有一個堿基重疊,有的重疊基因的重疊部分翻譯相同序列的肽段；有的翻譯不同的肽段，這是因為翻譯起點錯位引起的?；蛑丿B的幾種情況：138

D.轉錄單元基因組DNA序列中功能上相關的蛋白質的基因或rRNA的基因往往叢集在基因組的一個或幾個特定的部位，形成一個功能單位或轉錄單元，即形成多順反子結構（polycistronie）D.轉錄單元139多順反子mRNA可編碼兩條或兩條以上蛋白質分子的mRNA的分子，多順反子mRNA可編碼兩條或兩條以上蛋白質分子的mRNA的分140E.原核生物的基因多是連續(xù)的，真核細胞病毒的基因是不連續(xù)的.SV40E.原核生物的基因多是連續(xù)的，真核細胞病毒的基因是不連續(xù)的1412）真核生物基因組特點

基因組大，含有多種序列組分染色體雙倍體單順反子重復序列斷裂基因

2）真核生物基因組特點基因組大，含有多種序列組分142第二章DNA與染色體總結課件143序列組分快復性成分高度重復序列中復性成分中度重復序列慢復性成分不重復序列序列組分快復性成分144第二章DNA與染色體總結課件145第五節(jié)DNA的變性、復性與分子雜交

一、DNA的變性（denaturation）1.定義：在理化因素作用下，DNA雙螺旋的兩條互補鏈松散而分開成為單鏈，從而導致DNA的理化性質及生物學性質發(fā)生改變的現象.

變性不涉及共價鍵的斷裂，磷酸二酯鍵的斷裂是降解。核酸的變性可發(fā)生在整個DNA分子中，也可發(fā)生在局部的雙螺旋節(jié)段上（局部變性）.第五節(jié)DNA的變性、復性與分子雜交一、DNA的變性（d146第二章DNA與染色體總結課件147第二章DNA與染色體總結課件1482.變性表征：

生物活性部分喪失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效應）、沉降速度加快。

2.變性表征：149

3.變性因素：酸堿變性（

pH>11.3或<5.0）變性劑（脲、甲酰胺、甲醛）低離子強度熱變性3.變性因素：150

4.DNA的增色效應:

加熱時，DNA雙鏈解鏈過程中，內部的堿基暴露，對260nm波長紫外光吸收增加，DNA的A260增加，并與解鏈程度有一定的比例關系。這種關系稱為DNA的增色效應.

4.DNA的增色效應:1515.熱變性和Tm1）熱變性：由加熱引起的變性，當將DNA稀鹽溶液加熱到80℃左右，雙螺旋結構受到破壞，氫鍵斷裂，兩條鏈彼此分開形成無規(guī)則線團。DNA的變性過程是突發(fā)性的，在較窄的溫度范圍內發(fā)生。濃度50ug/mL時，雙鏈DNAA260=1.00，完全變性（單鏈）A260=1.37,5.熱變性和Tm152如果以溫度對紫外吸收作圖，可得一S形曲線，稱為熔解曲線熔解曲線的中點，即一半的DNA雙螺旋解為單鏈所對應的溫度稱為熔解溫度或解鏈溫度（meltingtemperature,transitiontemperature，Tm）。2）Tm（熔解溫度）：當A260增加到最大增大值一半時，對應的溫度即為熔解溫度。每一種DNA都有一個解鏈溫度，通常Tm值在85--95℃之間。事實上Tm值并不是一個固定常數，它受以下因素的影響：如果以溫度對紫外吸收作圖，可得一S形曲線，稱為熔解曲線熔解曲1533）影響DNA的Tm大小的因素:

3）影響DNA的Tm大小的因素:154①①155

①DNA的均一性：均一性越高，其溶解溫度范圍越窄。

②G-C含量：G-C的含量高，Tm值高，二者成正比。（G+C)%=(Tm-69.3)×2.44，

①DNA的均一性：均一性越高，其溶156第二章DNA與染色體總結課件157第二章DNA與染色體總結課件158

③介質中的離子強度：

其它條件不變，離子強度高，Tm高。保存在較高濃度的鹽溶液中。（1mol/LNaCl)

離子強度低，Tm值低，變性溫度范圍較寬離子強度高，Tm值高，變性溫度范圍較窄

③介質中的離子強度：離子強度低，Tm值低，變性溫度范圍1591.01.5A260024時間/hDNA在4%的甲醛溶液中，光吸收增加④變性劑如甲酰胺,,甲醛、尿素等可降低Tm值變性劑與堿基間形成氫鍵改變堿基對間的氫鍵妨礙堿基堆積,1.01.5A260024時間/hDNA在4%的甲醛溶液中，160⑤極端pH條件的影響

pH-12：

酮基→烯醇基

改變氫鍵的形成與結合力pH-2~3：

NH2→NH3+(質子化)一切減弱氫鍵，堿基堆積力的因素均將使Tm值降低第二章DNA與染色體總結課件1614）常用的變性方法☆熱變性

☆堿變性應用廣泛，特別是用于變性動力學研究

缺點：高溫引起磷酸二酯鍵的斷裂，得到長短不一的單鏈pH11.3時，全部氫鍵被淘汰無熱變性的缺點，為制備單鏈DNA的首選方法

◎保存單鏈DNA的條件：保持pH大于11.3鹽濃度低于0.01mol/L4）常用的變性方法☆熱變性☆堿變性應用廣泛162二.DNA的復性

1.概念：變性核酸的互補鏈在適當的條件下，重新締合成為雙螺旋結構的過程稱為復性。熱變性的DNA驟然冷卻至低溫時，DNA不可能復性。變性的DNA緩慢冷卻時可復性，因此又稱為“退火（annealing）。

★復性后，生物活性一般只能得到部分的恢復，具有減色效應（hypochromiceffect）。

二.DNA的復性163第二章DNA與染色體總結課件1642.復性機制：10-20bp成拉鏈復性過程并不是變性反應的簡單逆過程，變性過程可以在一個很短時間內完成，而復性則需要相對較長時間才能完成。復性可分為兩個階段，首先是成核，其次是拉鏈（zippering）。2.復性機制：10-20bp成拉鏈165復性開始時，兩條DNA單鏈隨機碰撞形成局部雙鏈，若在此時局部雙鏈周圍的堿基不能配對則會重新解離，繼續(xù)隨機碰撞，一旦找到了正確的互補區(qū)形成一定長度的堿基對即成核。在此基礎上兩條單鏈的其余部分就像“拉鏈”那樣完成整個復性過程。一個穩(wěn)定的成核區(qū)有10--20個堿基對。復性開始時，兩條DNA單鏈隨機碰撞形成局部雙鏈，若在此時局166在一定條件下，復性速度的變化可用Co?t值來衡量。Co表示變性DNA的最初濃度(bp，mol/L)，t為復性時間（秒），即變性DNA的最初濃度與復性時間的乘積（mol?s/L）。

在一定條件下，復性速度的變化可用Co?t值來衡量。Co表示1673.DNA復性反應方程（C0t曲線）

C/C0=1/(1+K’?C0t)C0：變性的單鏈的DNA的初始濃度t：時間，秒C：t時間的單鏈的DNA的濃度t=0，C＝C0

當C/Co=1/2(即復性至一半)Cot1/2=1/k’（1/k’可表示基因的復雜性）3.DNA復性反應方程（C0t曲線）C/C168Cot1/2=1K=1Cot1/2=1169第二章DNA與染色體總結課件170DNA所含信息量越少復性越容易，Co?t值越小。反之，亦然。即Co?t值與復性速度成反比。例如，大腸桿菌的分子大小是T4DNA的30倍，實驗結果表明，大腸桿菌DNA的Co?t是9mol?s/L，而T4的Co?t是0.3mol?s/L，說明大腸桿菌DNA分子結構和信息含量要比T4DNA復雜得多；也說明在相同條件下，大腸桿菌DNA互補單鏈數量比T4DNA單鏈數量少得多，分子碰撞機會也少，故復性的速度也慢得多。DNA所含信息量越少復性越容易，Co?t值越小。反之，亦171DNA復性反應的初始濃度Co與反應完成一半所需時間的乘積用Co?t1/2表示，它是個常數，亦稱DNA分子的復雜度（complexity,C）。下圖表示各種不同的DNA的復性動力學曲線。從圖中可以看出，一種DNA分子的分子量越大，其完成復性所需的時間越長，則Co?t1/2越大。DNA復性反應的初始濃度Co與反應完成一半所需時間的乘積用1721.在不存在重復序列情況下，Cotl/2與基因組大小呈正比1.在不存在重復序列情況下，Cotl/2與基因組大小呈正比1732.有重復序列的復性反應中，C0t1/2與DNA序列的重復頻率成反比2.有重復序列的復性反應中，C0t1/2與DNA序列的重復頻174

4.復性影響因素（1）DNA復性速度受溫度的影響。溫度緩慢降低比Tm低25℃為DNA復性的最佳條件。（2）單鏈DNA片斷濃度DNA片斷濃度越大，復性越快。（3）單鏈DNA片段大小單鏈DNA片段越大，復性越慢。(4)單鏈DNA片段重復序列重復序列多，復性越快。

4.復性影響因素175（5）離子強度

溶液維持一定的離子強度，加快復性。不同DNA的復性動力學曲線。（5）離子強度不同DNA的復性動力學曲線。176第二章DNA與染色體第二章DNA與染色體177第一節(jié)核酸概論

從高等動植物到簡單的病毒都含有核酸，核酸是生物體的基本組成物質，是以核苷酸為基本組成單位的遺傳信息的攜帶者，它在生物的個體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳和變異等生命過程中起著極為重要的作用。第一節(jié)核酸概論

從高等動植物到簡單的病毒都含有核酸178一.核酸的分類及分布90%以上分布于細胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型。參與細胞內DNA遺傳信息的表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。一.核酸的分類及分布90%以上分布于細胞核，其余分布于核179二.核酸的功能

1.1944年艾弗里的肺炎球菌實驗2.1952年赫爾希等人的噬菌體感染研究（一）.DNA是主要的遺傳物質的證明二.核酸的功能1.1944年艾弗里的肺炎球菌實驗180

（二).遺傳物質的性質

（二).遺傳物質的性質181

1、遺傳物質必須具有的特性

a、貯存并表達遺傳信息b、能把信息傳遞給子代

c、物理和化學性質穩(wěn)定

d、具有遺傳變化的能力

各異的堿基序列儲存大量的遺傳信息

堿基互補是其復制、轉錄表達遺傳信息的基礎

生理狀態(tài)下物理、化學性質穩(wěn)定

有突變和修復能力，可穩(wěn)定遺傳是生物進化的基礎1kbDNA序列41000種遺傳信息1、遺傳物質必須具有的特性a、貯存并表達遺傳信息b、能把1822.DNA攜帶兩種遺傳信息

a、編碼蛋白質和RNA的信息(編碼tRNA、rRNA)

64個三聯體密碼子，三個終止密碼子編碼氨基酸的61個密碼子有簡并性、通用性

b、編碼基因選擇性表達的信息

*原核生物的結構基因占Genome的比例很大

Φx174phage，5386bp，結構基因用去5169bp比例達96％*真核生物的結構基因占Genome的比例很小

哺乳動物中結構基因只占10％～15％

2.DNA攜帶兩種遺傳信息183其余80％以上的DNA起什么作用目前還無法精確解釋，但可以肯定其中大部分DNA序列是編碼基因選擇性表達的遺傳信息

表現在：細胞周期的不同時相中個體發(fā)育不同階段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

所以又稱－－調控序列其余80％以上的DNA起什么作用目前還無法精確解釋，但可以肯1843、RNA也可作為遺傳物質

*RNA病毒傳染媒介是病毒顆粒（病毒基因組RNA、蛋白質外殼）TobaccoMosaicVirus(TMV)

*類病毒（viroid）:使高等植物產生疾病的傳染性因子。只由RNA組成4、是否存在核酸以外的遺傳物質

朊病毒－－蛋白質樣的感染因子3、RNA也可作為遺傳物質185

第二節(jié)核酸的化學組成

第二節(jié)核酸的化學組成186

核酸（nucleicacid)核苷酸(nucleotide)

磷酸(phosphoricacid)核苷(nucleoside)

戊糖(pentose)堿基(base)核酸（nucleicacid)核苷酸(nucleotid187

兩類核酸的基本化學組成：RNA：D-核糖，A、G、C、U堿基DNA：D-2-脫氧核糖，A、G、C、T堿基元素組成：CHONP

188

一.核苷酸

（一）.戊糖組成核酸的戊糖有兩種：脫氧核糖、核糖，都是β-D-型，DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。一.核苷酸（一）.戊糖189（二）、堿基

P479結構式

1.嘧啶堿：尿嘧啶(uraci)U胞嘧啶（cytosine）C

胸腺嘧啶（thymine）T2.嘌呤堿:腺嘌呤(Adenine)

A鳥嘌呤(guanine)G

嘌呤衍生物

（二）、堿基P479結構式190

1.嘌呤堿：嘌呤(purine)

腺嘌呤（6-氨基嘌呤）Adenine(A)

鳥嘌呤（2-氨基6-氧嘌呤）Guanine(G)1.嘌呤堿：嘌呤(purine)腺嘌呤（6191

2.嘧啶(pyrImidine)酮式烯醇式胞嘧啶（2-氧，4-氨基嘧啶）Cytosine(C)2.嘧啶酮式烯醇式胞嘧啶（2-氧，4-氨基嘧啶）192尿嘧啶（2，4-二氧嘧啶）Uracil(U)胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）Thymine(T)尿嘧啶（2，4-二氧嘧啶）胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）193

兩類核酸分子的組成比較：嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC，T脫氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸兩類核酸分子的組成比較：嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC194

3.核酸中的修飾堿基：P479表13-2

§次黃嘌呤(I)

§二氫尿嘧啶(D)

§5-甲基胞嘧啶(m5C)

§1-甲基腺嘌呤(m1A)

§N6-甲基腺嘌呤(m6A)3.核酸中的修飾堿基：P479表13-2195第二章DNA與染色體總結課件196第二章DNA與染色體總結課件197

（三）、核苷（nucleoside）

核苷=戊糖+堿基

堿基和核糖通過C-N糖苷鍵連成核苷。

連接方式:嘌呤環(huán)上的N-9或嘧啶環(huán)上的N-1

與糖的C-1以糖苷鍵相連。（三）、核苷（nucleoside）198腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷鍵β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1糖苷鍵Glycosidicbond腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)199腺嘌呤核苷（腺苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）腺嘌呤核苷（腺苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）200

(四).核苷酸（nucleotide）

核苷酸=核苷+磷酸

=戊糖+堿基+磷酸

HHHHHHHHH(四).核苷酸（nucleotide）

201

1.構成DNA、RNA的核苷酸

P481表13-14

DNA：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP

RNA：AMP、GMP、CMP、UMP

1.構成DNA、RNA的核苷酸202PPPPPPPP常見（脫氧）核苷酸的結構和命名鳥嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）PPPPPPPP常見（脫氧）核苷酸的結構和命名鳥嘌呤核苷酸（2032.細胞內的游離核苷酸及其衍生物

①核苷5’-多磷酸化合物

ATP、GTP、CTP、ppppA、p