分子遺傳學紙板

分子遺傳學紙板第一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)遺傳物質的本質1868年，瑞士的內科醫(yī)生FriedrichMiescher從外科醫(yī)院包扎傷口的繃帶上的膿細胞核中提取到一種富含磷元素的酸性化合物，將其稱為核質或核素(nuclein)；后來他又從鯖魚精子中分離出類似的物質，并指出它是由一種堿性蛋白質與一種酸性物質組成的，此酸性物質即是現(xiàn)在所知的核酸(nucleicacid)。FriedrichMiescher米歇爾（1844-1895）

一、遺傳物質的發(fā)現(xiàn)第二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1889年，奧爾特曼(R.Altmann)首次提出了核酸(nucleicacid)的名稱。1885-1901年，Kossel等證實核酸由A、G、C、U四種堿基。1911-1934年Levene等確定了核酸有兩種，一種是脫氧核糖核酸(DNA)，另一種是核糖核酸(RNA)。證實核酸由不同的堿基組成。其最簡單的單體結構是堿基-核糖-磷酸構成的核苷酸?？瀑悹枺?853-1927）

列文(1869-1940)

第三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五核酸是遺傳物質遺傳物質必須具備哪些特點？1)在體細胞中含量穩(wěn)定；2)在生殖細胞中含量減半；3)能攜帶遺傳信息；4)能精確地自我復制；5)能發(fā)生變異；核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。第四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五遺傳物質的主要載體-染色體。

（通過對細胞有絲分裂、減數(shù)分裂和受精過程的研究，人們了解到染色體在生物的傳宗接代過程中，能夠保持一定的穩(wěn)定性和連續(xù)性。因此，人們認為染色體在遺傳上起著主要作用。）2.DNA是主要的遺傳物質-除了少數(shù)的RNA病毒之外，DNA幾乎是所有生物遺傳信息的攜帶者。

(染色體的主要成分是DNA和組蛋白，雖然這兩種成分都在基因功能上起著重要的作用，但多數(shù)證據(jù)證明，基因的主要特性由DNA決定，或者說遺傳信息貯存在DNA中)。3.DNA是遺傳物質的證據(jù)。

如果DNA確是遺傳物質,那么能不能把DNA和蛋白質分開，單獨觀察DNA的作用呢？這些實驗已在微生物中做了,證明遺傳物質確是DNA（或RNA）。

證據(jù)：第五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五FrederickGriffith格里菲斯(1879-1941)

利用肺炎雙球菌感染小鼠的一系列生物學實驗，發(fā)現(xiàn)了一種可以在細菌之間轉移的遺傳分子，即轉化因子格里菲斯實驗

1928年FrederickGriffith

轉化實驗第六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

1944年Avery等人通過肺炎球菌轉化實驗證明DNA是攜帶遺傳信息的分子OswaldTheodoreAvery埃弗里（1877-1955）DNA分子中貯存著遺傳信息第七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五人們仍不相信DNA是遺傳物質,

這是由于：（1）因認為蛋白分子量大，結構復雜，二十種氨基酸的排列組合將是個天文數(shù)字，可作為一種遺傳信息。而DNA分子量小，只含4種不同的堿基，人們一度認為不同種的有機體的核酸只有微小的差異。（2）認為轉化實驗中DNA并未能提得很純，還附有其它物質。（3）即使轉化因子確實是DNA，但也可能DNA只是對莢膜形成起著直接的化學效應，而不是充當遺傳信息的載體。第八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1952年，Hershey和Chase

完成噬菌體感染實驗第九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五RNA也是遺傳物質1956年吉爾(A.Gierer)和施拉姆(G.Schraman)發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒（tobaccomosaicvirus,TMV）的遺傳物質是RNA1957年美國的弗倫克爾-康拉特(Fraenkel-Conrat)和B.Singre用病毒重建實驗證實了這一結論HeinzLudwigFraenkel-ConratAlfredGierer第十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

煙草花葉病毒是一種RNA病毒，不含DNA，它有一個圓筒狀的蛋白質外殼，由2130個相同的亞基組成，內有一條RNA分子，沿著內壁在蛋白質亞基之間盤旋

第十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1889年，奧爾特曼(R.Altmann)首次提出了核酸(nucleicacid)的名稱。1885-1901年，Kossel等證實核酸由A、G、C、U四種堿基。1911-1934年Levene等確定了核酸有兩種，一種是脫氧核糖核酸(DNA)，另一種是核糖核酸(RNA)。證實核酸由不同的堿基組成。其最簡單的單體結構是堿基-核糖-磷酸構成的核苷酸?？瀑悹枺?853-1927）

列文(1869-1940)

二、DNA和RNA的化學組成第十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1929年Levene和London提出四核苷酸假說：“不同DNA的成分都是相同的”。1948年AlfredMirsky，HarsRis＄R.Vendrely，A.Boivin兩組學者分別發(fā)現(xiàn)不同的生物體細胞中DNA的含量都是其配子中的兩倍。

1950[英]Chargaff對各種生物DNA的堿基組成進行了定律測定，發(fā)現(xiàn)DNA的“當量規(guī)律”即：嘌呤的總含量和嘧啶的總含量相等；且不同生物DNA堿基組成有明顯差異。否定了四核苷酸假說，提示了A-T、G-C

互補的可能性。

第十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五核酸的分類及分布

存在于細胞核和線粒體內。存在于胞核、胞液和線粒體。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的遺傳型(genotype)。參與遺傳信息的復制與表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。第十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五核酸的基本組成單位是核苷酸(nucleotide)堿基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸。元素組成：C、H、O、N、PP元素的含量較多并且恒定，約占9～11%。第十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五嘌呤

嘧啶

堿基腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有每種核酸都含有四種堿基。（一）堿基第十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五嘧啶嘌呤第十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五除了上述五類基本的堿基外，核酸中還有一些含量甚少的堿基，稱為稀有堿基。稀有堿基種類極多，大多數(shù)都是甲基化堿基。tRNA中含有較多的稀有堿基。生物體內游離存在的嘌呤堿基稀有堿基第十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

五種堿基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亞氨基的互變異構。這兩種異構體的平衡關系受介質酸堿環(huán)境的影響。

第十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

一些合成的嘌呤和嘧啶具有臨床應用價值，它們可以取代某些酶活性部位中的天然嘧啶和嘌呤底物。例如5-氟尿嘧啶和6-巰基嘌呤就常用于治療某些類型的癌癥。5-氟尿嘧啶相應的核苷酸類似于胸苷酸，是一種潛在的胸苷酸合成酶的抑制劑，胸苷酸合成酶是DNA合成所必需的酶。次黃嘌呤第二十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五（二）戊糖（構成RNA）核糖(ribose)（構成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)'''''''''β-D-呋喃核糖β-D-2-脫氧呋喃核糖第二十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五堿基和核糖（或脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（或脫氧核苷）。（三）核苷（nucleoside）RNA腺苷、鳥苷尿苷、胞苷DNA脫氧腺苷、脫氧鳥苷脫氧胸苷、脫氧胞苷第二十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五（四）核苷酸（nucleotide）

核苷酸就是核苷的磷酸酯。是核苷中的戊糖上C5'相連的羥基被磷酸分子酯化所形成的。第二十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五一個核苷酸3的羥基與另一個核苷酸5的α-磷酸基團縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)

多個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構成了具有方向性的線性分子，稱為多聚核苷酸，即DNA鏈或RNA鏈（四）核苷酸之間通過3,5-磷酸二酯鍵連接第二十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五交替的磷酸基團和戊糖構成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5→3第二十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五脫氧核糖核酸和核糖核酸的比較分類核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）組成戊糖核糖脫氧核糖堿基A,G,CA,G,CUT磷酸Pi（磷酸二酯鍵）Pi（磷酸二酯鍵）結構單鏈，部分堿基互補，局部雙螺旋，三葉草形等雙鏈，堿基互補，雙螺旋形分布細胞核（核仁），細胞質（線粒體、核蛋白體、胞液）細胞核（染色質），細胞質（線粒體）生物功能主要參與遺傳信息的傳遞和表達過程，在蛋白質的生物合成中起重要作用是基因遺傳與表達的載體，是生物的主要遺傳物質第二十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五DNA的一級結構是指脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5’5’3’3’一、DNA的一級結構第二節(jié)DNA的結構和性質第二十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五化學式…PAPCPGPT…或…PA-C-G-T…

…ACGT…多聚核苷酸鏈具有方向性，若不特別注明，一般規(guī)定從5‘端書寫至3’端。線條式文字式雙鏈DNA的兩條鏈為反向平行，必須注明各條鏈的走向。核酸的表示方式第二十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五生物的遺傳信息貯存于DNA堿基序列中，生物界的多樣性即寓于DNA分子中的4種脫氧核苷酸千變萬化的精確排列順序中?；虻倪z傳信息的物質基礎就是4種堿基的精確排列順序。可以通過測定DNA序列來研究DNA所載的信息及其功能。DNA一級結構的意義：第二十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

根據(jù)堿基配對原則，當一條多核苷酸鏈的序列被確定后，即可決定另一條互補鏈的序列。這就表明，遺傳信息由堿基的序列所攜帶。DNA堿基配對示意圖第三十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五（一）DNA雙螺旋模型的誕生Watson&Crick建立雙螺旋模型主要是受到4個方面的影響：（1）1938年W.T.Astbury&Bell用x衍射技術研究DNA。1947年拍攝了第一張DNA的衍射照片，并推斷DNA分子的結構是：

①柱狀；②多核苷酸是一疊扁平的核苷酸；③核酸殘基取向和分子長軸垂直，間距為3.4nm。（2）1951年Pauling和Corey運用化學的定律來推理，而不做具體的實驗，建立了蛋白質的α-螺旋模型。（3）晶體學者[美]J.Donohue

&Chargaff

的指點糾正起初的同類堿基配對的錯誤構想，而提出互補配對的正確構型。（4）R.Franklin&Wilkins在1952年底拍得了DNA結晶X衍射照片。二、DNA的二級結構——雙螺旋結構第三十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五（二）雙螺旋模型(doublehelixmodel)雙螺旋模型有以下特點：（要求）(1)DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，形成右手雙螺旋。(2)兩條鏈反向平行其5′和3′方向相反。(3)雙螺旋直徑2nm；螺距3.4nm；上下相鄰堿基的垂直距離0.34nm，交角為36?；每個螺旋有10個堿基對。(4)糖一磷酸鏈是在雙螺旋的外側，堿基對與軸線垂直。(5)糖與附著在糖上的堿基近于垂直。(6)堿基配對時，必須一個是嘌呤，另一個是嘧啶。(7)DNA雙螺旋有大溝(majororwidegroove)和小溝(minorornarrowgroove)的存在。第三十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五模型中的堿基配對有何重要性？（要求）A-T,G-C配對可形成很好的線性氫鍵；A-T對和G-C對的幾何形狀一樣，使雙鏈中兩側脫氧核糖之間的距離相近，使雙螺旋保持均一；堿基對處在同一平面內垂直于對稱軸，沿對稱軸旋轉180o仍保持原對稱性，不論核苷酸的順序如何，都不影響雙螺旋的結構，其外形都是光滑均勻的圓柱體；模型中堿基對處于同一平面，但實際其存在一個小角度的扭轉，稱螺旋槳式扭轉，使相鄰堿基間的重疊面積大，增加了堿基間的堆集力，增強了雙螺旋的穩(wěn)定性；為DNA半保留復制奠定了基礎。第三十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五（三）DNA二級結構的穩(wěn)定因素（要求）DNA二級結構的穩(wěn)定因素(1)堿基對之間的氫鍵。(2)堿基的堆集力。它包括：①疏水作用；②范德華力；③磷酸基的負電荷斥力；

(3)核苷酸的磷酸基團上都帶有負電荷第三十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1.兩條DNA鏈之間堿基對形成的氫鍵（hydrogenbond）：使四種堿基形成特異配對關系，G-C間可形成3對氫鍵，A-T之間有兩對氫鍵。雖然氫鍵是一種弱鍵，但DNA中氫鍵數(shù)量多，所以氫鍵是比較重要的因素。2.堿基堆積力（basestackingforce）：雙螺旋結構內部堿基層層堆積，形成了一個強大的疏水區(qū)，消除了介質中水分子對堿基之間氫鍵的影響。這是維持DNA雙螺旋穩(wěn)定的主要因素。3.介質中的陽離子（如Na+、K+和Mg2+）可與磷酸基團上的負電荷形成離子鍵，降低了DNA鏈之間的排斥力、范德華引力等，有利于雙螺旋的穩(wěn)定。第三十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五DNA二級結構的穩(wěn)定因素與Tm值(1)堿基對之間的氫鍵堿基對數(shù)越多雙鏈越穩(wěn)定（Tm越大），在設計PCR引物時，最少16nt，最好為20-24nt(2)堿基堆集力堿基間相互作用強度與相鄰堿基之間的環(huán)面積成正比，即：嘌呤與嘌呤>嘌呤與嘧啶>嘧啶與嘧啶即DNA鏈中嘧啶越多Tm值越低，反之嘌呤越多Tm越高，鏈越穩(wěn)定。(3)核苷酸的磷酸基團上都帶有負電荷與介質中鹽離子結合屏蔽靜電排斥作用，使鏈穩(wěn)定鹽離子濃度降低，屏蔽減弱，Tm降低鹽離子濃度大于生理鹽水，隨濃度增加，Tm增加第三十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

Watson和Crick所描述的雙螺旋結構是B型DNA，是在生理條件下（低濃度鹽溶液中）的構型，其僅僅是眾多DNA雙螺旋構象中的一種。在外界條件的改變下，雙螺旋的構象也會改變。三、雙螺旋結構的構象變異第三十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五（一）DNA構象的類型DNA的構象現(xiàn)已知有：A，B，C，D，E，T，Z

7種。

引起DNA雙鏈構象改變有以下因素：（1）核苷酸順序；（2）堿基組成；（3）鹽的種類；（4）相對濕度。第三十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五目前已知DNA雙螺旋結構可分為A、B、C、D及Z型等數(shù)種，除Z型為左手雙螺旋外，其余均為右手雙螺旋。

Z-DNA B-DNA

第三十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五A，B，Z型DNA構象的比較B型結構：右手雙股螺旋；堿基在內，戊糖在外，堿基平面垂直于螺旋軸；螺旋軸穿過堿基對；雙螺旋每轉一周為10個堿基對；大溝寬而深，小溝窄而淺。A型結構：右手雙股螺旋，每圈11個堿基對；堿基平面傾斜20o，螺旋軸位于大溝，小溝寬而淺，大溝極深；螺旋變粗變短，螺距2～3nm。Z型結構：左手螺旋，每圈12個堿基對；堿基平面傾斜9o，螺旋軸位于小溝，沒有大溝，小溝窄而深。

在生理溶液中，B-DNA與Z-DNA可以互變。第四十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五第四十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1.右手螺旋B-DNA:相對濕度92%，鈉鹽—細胞內主要的存在形式A-DNA:相對濕度75%，鈉鹽—轉錄時DNA-RNA

雜交C-DNA:相對濕度66%，鋰鹽—染色體及某些病毒的DNA中2.左手螺旋Z-DNA：常存在于基因的調控區(qū)域，可能與基因的表達調控有關。

DNA雙螺旋結構的多樣性第四十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1972年Pohl

etal發(fā)現(xiàn)poly(dG-dC)在高鹽下旋光性發(fā)生改變；1979年WangA.H-J(王惠君),A.Rich對d(CGCGCG)單晶作X衍射分析提出Z－DNA模型（二）Z型DNA構象1.Z-DNA的發(fā)現(xiàn)：第四十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五（1）糖磷骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。（2）左旋。（3）G的糖苷鍵呈順式，使G殘基位于分子表面。（4）分子外形呈波形。（5）無大小溝區(qū)分，溝窄而深。（6）每個螺旋有12bp。2.Z-DNA的結構特點(要求)第四十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五3.Z－DNA存在的條件：

(1)高鹽：NaCl>2Mol/L,MgCl2>0.7Mol/L(2)嘌呤-嘧啶相間排列：現(xiàn)認為在適當?shù)碾x子存在條件下，任何不少于6個bp的嘌呤-嘧啶交替排列序列都能形成Z-DNA(3)在活細胞中如果m5C（甲基化胞嘧啶）存在，則無需嘌呤-嘧啶相間排列，在生理鹽水的濃度下即可產生Z型。(4)在體內多胺化合物，如和亞胺及亞精胺和陽離子一樣，可和磷酸基因結合，減少負電荷的靜電排斥作用，使B-DNA轉變成Z-DNA。(5)某些蛋白質如Z-DNA結合蛋白帶有正電荷，可使DNA周圍形成局部的高鹽濃度和微環(huán)境，也是活細胞中形成Z-DNA的原因之一。(6)負超螺旋的存在第四十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五4.Z-DNA的生物學意義（要求）(1)可能提供某些調節(jié)蛋白的識別位點。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。(3)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。Z-DNA抗體以螢光標記后，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。第四十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1957年G.Felsenfeld等發(fā)現(xiàn)在基因的調控區(qū)或染色質的重組部位有DNA的三螺旋結構（三）其它DNA二級結構1.三鏈DNA第四十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五三鏈DNA（triple-strandedDNA）

是DNA的一種特殊結構，由第三條寡核苷酸鏈通過Hoogsteen堿基配對和雙螺旋中的一條鏈以特殊的氫鍵相連，形成三螺旋結構，又稱三鏈體DNA（triplexDNA）。Hoogsteen堿基配對：1963年K.Hoogsteen發(fā)現(xiàn)三鏈DNA中的堿基能以不同于Watson-Crick配對的構象連接，即A的6-NH2和N-7分別與T的4-O和H-1形成氫鍵，G與C的配對要求C的N-1是質子化的，G的6-O和N-7分別與C的4-NH2和質子化的N-1形成氫鍵。應用：三螺旋DNA的形成可能伴隨于DNA轉錄、復制和重組等過程。如在E.coli重組酶RecA作用中產生三鏈中間體，又稱R-DNA。第四十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五第四十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五生物學功能：可能參與端粒DNA的復制（三）其它DNA二級結構2.四鏈體DNA

是富含G序列的四鏈DNA所形成的一種結構。端粒的單鏈富含G的3突出端即能形成鳥嘌呤四連體。發(fā)現(xiàn)：1989年J.R.Williamson等用X射線在體外分析了哺乳動物端粒序列末端的一段150-200nt的單鏈富含G重復序列的晶體，發(fā)現(xiàn)其可形成特殊的四鏈結構，特別是在具有Na+和K+存在的情況下。第五十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五第五十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

所謂DNA的三級結構，是指在一二結構基礎上的多聚核苷酸鏈上的卷曲。在一定意義上，DNA雙螺旋進一步扭曲盤繞則形成其三級結構。三級結構包括鏈的扭結和超螺旋或者是單鏈形成的環(huán)或是環(huán)狀DNA中的連環(huán)體。超螺旋是DNA三級結構的主要形式。

四、DNA的三級結構

超螺旋的發(fā)現(xiàn)：1965年J.Vinograd等人在離心分離多瘤病毒的環(huán)形DNA時，意外發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)兩條帶，他認為一條是松弛性DNA，另一條可能是超螺旋DNA，從而發(fā)現(xiàn)了DNA的超螺旋。

第五十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五各種生物DNA的超螺旋現(xiàn)已知道絕大多數(shù)原核生物都是共價封閉環(huán)狀(covalentlyclosedcircle,CCC)DNA分子，這種雙螺旋環(huán)狀分子再度螺旋化成為超螺旋結構(superhelix或supercoil)。有些單鏈環(huán)形DNA(如φ×174)或雙鏈線形DNA(如噬菌體λ)，在其生活周期的某一階段，也必將其變?yōu)槌菪问?。對于真核生物來說，雖然其染色體多為線形分子但其DNA均與蛋白質相結合，兩個結合點之間的DNA形成一個突環(huán)(loop)結構，類似于CCC分子，同樣具有超螺旋形式。第五十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五原核生物DNA的三級結構：絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋三級結構。

第五十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

超螺旋結構的類型松馳型DNA（relaxformDNA）超螺旋（Supercoiled

DNA）超螺旋結構：正超螺旋—擰緊狀態(tài)負超螺旋—擰松狀態(tài)（天然DNA主要以負超螺旋結構存在，以利于基因的表達）

負超螺旋（NegativeSupercoiled）：是指順時針右手螺旋的DNA雙螺旋以相反方向繞它的軸扭轉而成，通過這種方式，調節(jié)了DNA雙螺旋本身的結構，松解了扭曲壓力，使每個堿基對的旋轉減少，甚至可打亂堿基配對。第五十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五松馳結構正超螺旋負超螺旋第五十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五

向左捻向右捻松弛型正超螺旋負超螺旋第五十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五超螺旋概念的基本要點是：（１）初級螺旋處于松纏或緊纏狀態(tài)；（２）與松弛形式相比具有額外的自由能。

這兩點實際上是一種物理狀態(tài)的兩種表現(xiàn)。所有的生物的DNA都具有負超螺旋，它與許多生命過程密切相關。在溶液中和細胞內負超螺旋會部分地轉變?yōu)閱捂溑轄罱Y構(下圖)，這種單鏈泡狀結構也是解除松纏作用造成的脅變的一種途徑。第五十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五單鏈泡狀結構第五十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五DNA超螺旋的產生機制

在原核生物中，負超螺旋主要由DNA旋轉酶(DNAgyrase)引入到已存在的雙鏈封閉環(huán)狀分子中，此酶沿拓撲異構復制叉進行移動，靠解旋酶切斷配對堿基，逐步解開DNA聚合酶前面的雙螺旋。這一過程需要水解ATP以提供能量。在缺乏ATP時，DNA旋轉酶也可使負超螺旋松弛，但是這個作用與超螺旋化作用比較起來要低10倍以上。原核細胞中，這一過程是由拓撲異構酶I和其他的拓撲異構酶II來負責的。第六十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五在真核生物中，染色體DNA負超螺旋結構被組蛋白所固定，細菌染色體DNA負超螺旋結構被類組蛋白（HU，HD，NS1，NS2orDNAbindingproteinⅡ）固定；真核生物和細菌染色體未被蛋白結合的區(qū)域可分爲鬆弛與不完全鬆弛狀態(tài)，嗜熱古菌染色體DNA大部份爲鬆弛狀態(tài)，但它與DNA結合蛋白作用卻可使DNA裸露區(qū)呈超螺旋狀態(tài)。極端嗜熱古菌已經找出多種分子量爲7、8、10kDa的DNA結合蛋白。

DNA拓撲異構酶(topoisomerase)

:

拓撲：是指物體或圖像作彈性移位而又保 持物體不變的性質。

拓撲異構酶：是一類可改變DNA拓撲性質 的酶。對DNA分子的作用是既能水解、又 能連接磷酸二酯鍵?？伤沙贒NA超螺旋， 有利于DNA解鏈。第六十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五拓撲異構酶I（topoI）:又稱切刻-封閉酶

(enicking-closingnzyme)。

在原核生物曾被稱為－蛋白。主要作用是切開DNA雙鏈中的單鏈(每次只作用一條鏈)，使DNA解鏈旋轉中不打結，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)再封閉切口，不需能量因子ATP或NAD。

拓撲異構酶II（topoII）:

在原核生物又叫旋轉酶(gyrase)。能切斷DNA雙鏈，使螺旋松弛。在ATP參與下，松弛的DNA進入負超螺旋，再連接雙鏈斷端。第六十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五第六十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五DNA超螺旋的產生機制在真核細胞中，DNA的負超螺旋則主要是染色質的結構造成的。因為DNA在組蛋白八聚體外面纏繞的方向有利于DNA向松纏方向轉變。在核小體組裝過程中，也肯定有DNA拓撲異構酶參加。在許多真核生物中部發(fā)現(xiàn)了拓撲異構酶Ⅰ和拓撲異構酶II。第六十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五常見的DNA分子形式一般以相同核苷酸的線形雙螺旋DNA分子的沉降常數(shù)作為1，其他各種分子取相對值。沉降常數(shù)與電泳遷移率之間并不完全一致。I形DNA：具有負超螺旋或正超螺旋的雙鏈封閉環(huán)狀分子。相對沉降常數(shù)1.4l。I0形DNA：沒有超螺旋的雙鏈封閉環(huán)狀分子，也就是松弛形式(relaxedform)，相對沉降常數(shù)1.14。II形DNA：在一條鏈上或兩條鏈上有一個或幾個切刻的雙鏈環(huán)狀分子，又稱為切刻環(huán)(nickedcirle)，相對沉降常數(shù)1.14。Ⅲ形DNA：線形雙螺旋分子。相對沉降常數(shù)1.00。第六十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五坍縮DNA(collapsedDNA)：當I形成I0形DNA在堿變性或熱變性時，其氫鍵斷裂，而兩條鏈無法分離，結果生成兩條鏈緊密纏結的分子。坍縮DNA具有異常高的沉降常數(shù)，相對沉降常數(shù)約3.0。單鏈環(huán)狀DNA：相對沉降常數(shù)大約為1.14。線性單鏈DNA：相對沉降常數(shù)為1.30。環(huán)連DNA(catenatedDNAcatenane):這是在DNA復制過程中的產物或由DNA旋轉酶催化生成，由兩個以上T形DNA分子環(huán)連而成。以上八種DNA分子形式的轉變表示于下圖，其中前四種仍標以I、I0、II、Ⅲ后四種則分別以(5)、(6)、(7)、(8)表示。

第六十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五第六十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五第六十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)DNA的變性與復性變性（denaturation）或解鏈（melting）

將雙鏈DNA緩慢地加溫，使其氫鍵斷裂，雙鏈解開，產生單鏈DNA分子的過程。復性（renaturation）或退火（annealing）

核酸分子在變性后，分開的互補鏈緩慢冷卻，重新形成互補雙連的過程。第六十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五1.下列因素可導致DNA變性：高溫、酸、堿、尿素、甲酰胺

常用的方法是熱變性法和堿變性法。2.DNA變性后物理性質發(fā)生的變化：（1）流體力學的性質發(fā)生改變：粘度下降，而沉降速度增加；（2）提高了對紫外線的吸收能力，此稱為

增色效應（hyperchromiceffect）。3.增色效應(hyperchromicity)由于DNA變性而引起的光吸收的增加稱為增色效應。雙鏈DNA的A260=1.00（濃度為50μg/ml時，對波長260nm紫外線的吸收能力）；單鏈DNA的A260=1.37；游離堿基或核苷酸的A260=1.60。一、變性第七十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五4.DNA的熔解曲線解鏈溫度（meltingtemperature,Tm）或熔點：

是A260的升高達到極大值一半時（一般約為1.185）的溫度。即是變性溫度范圍的中點。是鑒定DNA的參量。DNA的熔解曲線：緩慢而均勻地增加DNA溶液的溫度（一般0.1℃/min），記錄各個溫度下的A260數(shù)據(jù)，即可繪制DNA熔解曲線。從中可測出Tm影響變性的因素：外部條件：如溫度和正離子的濃度。濃度低于0.4mol/L，單價陽離子增高10倍，Tm增加16.6°內部條件：GC含量及分子類型。當GC的含量上升1%，則Tm上升0.4℃。

馬默多蒂（Marmur-Doty）關系式：

Tm=69.3+0.41(G+C)%，或GC%=（Tm-69.3）×2.44第七十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五二、復性1.復性的條件：

(1)有足夠的鹽濃度以消除磷酸基的靜電斥力；NaCl：0.15-0.5mol/L(2)有足夠高的溫度以破壞無規(guī)則的鏈內氫鍵。

一般比Tm低20-25℃2.復性的過程：

DNA的復性對片段有兩個要求：(1)互補順序的碰撞和排列；(2)堿基的正確配對和氫鍵的形成。具體過程分為：(1)成核作用：一般需10-20bp產生一個或幾個雙螺旋核心。(2)拉拉鏈作用。第七十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期五3.復性動力學

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