核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座

核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第1頁(yè)目錄第一節(jié)核酸通論第二節(jié)核酸基礎(chǔ)構(gòu)件單位—核苷酸第三節(jié)DNA分子結(jié)構(gòu)第四節(jié)RNA分子結(jié)構(gòu)第五節(jié)核酸一些理化性質(zhì)及核酸研究常見(jiàn)技術(shù)第六節(jié)基因和基因組第七節(jié)DNA超螺旋和染色體結(jié)構(gòu)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第2頁(yè)第一節(jié)核酸通論一、核酸種類(lèi)和分布二、核酸研究歷史和主要性三、DNA儲(chǔ)存遺傳信息證實(shí)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第3頁(yè)

核酸分類(lèi)和分布

脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）:遺傳信息貯存和攜帶者，生物主要遺傳物質(zhì)。在真核細(xì)胞中，DNA主要集中在細(xì)胞核內(nèi)，線(xiàn)粒體和葉綠體中都有各自DNA。原核細(xì)胞沒(méi)有顯著細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，DNA存在于稱(chēng)為類(lèi)核結(jié)構(gòu)區(qū)。每個(gè)原核細(xì)胞只有一個(gè)染色體，每個(gè)染色體含一個(gè)雙鏈環(huán)狀DNA。

核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）：主要參加遺傳信息傳遞和表示過(guò)程，細(xì)胞內(nèi)RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，少許存在于細(xì)胞核中，病毒中RNA本身就是遺傳信息儲(chǔ)存者。另外在植物中還發(fā)覺(jué)了一類(lèi)比病毒還小得多侵染性致病因子稱(chēng)為類(lèi)病毒，它是不含蛋白質(zhì)游離RNA分子，還發(fā)覺(jué)有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第4頁(yè)核酸研究歷史和主要性

1869

Miescher從膿細(xì)胞細(xì)胞核中分離出了一種含磷酸有機(jī)物，當(dāng)初稱(chēng)為核素（nuclein）,后稱(chēng)為核酸（nucleicacid）；今后幾十年內(nèi)，搞清了核酸組成及在細(xì)胞中分布。

1944Avery等成功進(jìn)行肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)；1952年Hershey等試驗(yàn)表明32P-DNA可進(jìn)入噬菌體內(nèi)，證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。

1953

Watson和Crick建立了DNA結(jié)構(gòu)雙螺旋模型，說(shuō)明了基因結(jié)構(gòu)、信息和功效三者間關(guān)系，推進(jìn)了分子生物學(xué)迅猛發(fā)展。

1958

Crick提出遺傳信息傳遞中心法則，

60年代RNA研究取得大發(fā)展（操縱子學(xué)說(shuō)，遺傳密碼，逆轉(zhuǎn)錄酶）。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第5頁(yè)核酸研究歷史和主要性（續(xù)）歷史

70年代建立DNA重組技術(shù)，改變了分子生物學(xué)面貌，并造成生物技術(shù)興起。

80年代

RNA研究出現(xiàn)第二次高潮：ribozyme、反義RNA、“RNA世界”假說(shuō)等等。

90年代以后

實(shí)施人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP）,開(kāi)辟了生命科學(xué)新紀(jì)元。生命科學(xué)進(jìn)入后基因時(shí)代：

功效基因組學(xué)（functionalgenomics）

蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）

結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（structuralgenomics）RNA組學(xué)（Rnomics）或核糖核酸組學(xué)（ribonomics）核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第6頁(yè)第二節(jié)核酸基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單位—核苷酸一、核苷酸化學(xué)組成與命名1、堿基、核苷、核苷酸概念和關(guān)系

2、常見(jiàn)堿基結(jié)構(gòu)與命名法3、常見(jiàn)（脫氧）核苷酸基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與命名4、稀有核苷酸二、核苷酸生物學(xué)功效三、磷酸二酯鍵和多核苷酸核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第7頁(yè)5′-磷酸核苷酸基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)OO（N=A、G、C、U、T）HH(O)H1′2′N(xiāo)OHCH2HH5′4′3′PO-OOO-核糖磷酸堿基核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第8頁(yè)堿基、核苷、核苷酸概念和關(guān)系

NitrogenousbasePentosesugarHOCH2HOHDoxyribose(inDNA)HOCH2HOOHRibose(inRNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG戊糖核苷酸磷酸核苷堿基核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第9頁(yè)基礎(chǔ)堿基結(jié)構(gòu)和命名嘌呤嘧啶Adenine

(A)Guanine

(G)Cytosine(C)Uracil(U)Thymine(T)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第10頁(yè)核苷酸結(jié)構(gòu)和命名

腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosinemonophosphate

脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）Deoxyadenosinemonophosphate鳥(niǎo)嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脫氧鳥(niǎo)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）HOH核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第11頁(yè)P(yáng)PPPPPPP常見(jiàn)（脫氧）核苷酸結(jié)構(gòu)和命名鳥(niǎo)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(niǎo)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）核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第12頁(yè)幾個(gè)稀有核苷假尿苷（

）O2

-甲基腺嘌呤核苷N6-二甲基腺嘌呤核苷（m26A）二氫尿嘧啶（DHU）核苷HHHH5CH3CH3H3C核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第13頁(yè)二、核苷酸生物學(xué)功效

作為核酸單體

一些多磷酸核苷酸是細(xì)胞中攜能物質(zhì)（如ATP、GTP、CTP、GTP）

一些核苷酸是許多酶輔助因子結(jié)組成份

一些核苷酸細(xì)胞通訊通訊媒介（如cAMP、cGMP、ppGpp）核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第14頁(yè)

三磷酸核苷酸5′-NMP5′-NDP5′-NTPN=A、G、C、U脫氧三磷酸核苷酸5′-dNMP5′-dNDP5′-dNTPN=A、G、C、T(d)AMPAdenosinemonophosphate(d)ADPAdenosinediphosphate(d)ATPAdenosinetriphosphate(O)H腺苷酸及其多磷酸化合物高能化合物—（脫氧）三磷酸核苷酸核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第15頁(yè)OPOOHOA(G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGMP)結(jié)構(gòu)

Cyclicadenylie(Guanine)acid核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第16頁(yè)5533核酸分子中核苷酸之間共價(jià)鍵3

-5

磷酸二酯鍵核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第17頁(yè)

第三節(jié)DNA分子結(jié)構(gòu)

一、DNA是遺傳物質(zhì)證實(shí)二、DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)

三、DNA堿基組成特點(diǎn)和規(guī)律四、DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第18頁(yè)肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)圖解

R型細(xì)胞（無(wú)毒）破碎細(xì)胞R型細(xì)胞接收S型DNA大多數(shù)仍為R型少數(shù)R型細(xì)胞被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生S型莢膜SR+DNA證實(shí)DNA儲(chǔ)存遺傳信息試驗(yàn)之一DNAase降解后DNA后代只有R型RS型細(xì)胞（有毒）核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第19頁(yè)

Hershey-Chase試驗(yàn)放射性蛋白衣殼32P試驗(yàn)35S試驗(yàn)非放射性細(xì)胞放射性細(xì)胞非放射性蛋白衣殼放射性DNA注射DNA剪切攪拌使衣殼離開(kāi)細(xì)菌細(xì)胞離心作用使細(xì)胞與衣殼分離非放射性DNA細(xì)菌細(xì)胞蛋白衣殼DNA核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第20頁(yè)二、DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA分子中各脫氧核苷酸之間連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列次序叫做DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)為堿基序列。一級(jí)結(jié)構(gòu)走向要求為5′→3′。不一樣DNA分子含有不一樣核苷酸排列次序，所以攜帶有不一樣遺傳信息。

一級(jí)結(jié)構(gòu)表示法結(jié)構(gòu)式，線(xiàn)條式，字母式5′3′5′3′5′5′3′核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第21頁(yè)DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)表示法5′3′結(jié)構(gòu)式5′3′

p

p

p

pOH3′ACTG1′線(xiàn)條式5′ACTGCATAGCTCGA3′字母式5′3′核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第22頁(yè)三、DNA堿基組成特點(diǎn)和規(guī)律

不一樣物種間DNA堿基組成普通是不一樣；

一個(gè)給定物種DNA堿基組成不因個(gè)體年紀(jì)、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境改變而改變

；

DNA堿基組成Chargaff定則：腺嘌呤和胸腺嘧啶摩爾數(shù)相等，即[A]=[T]；鳥(niǎo)嘌呤和胞腺嘧啶摩爾數(shù)也相等，即[G]=[C]；嘌呤總數(shù)等于嘧啶總數(shù)，即[A]+[G]=[C]+[T]。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第23頁(yè)DNA、RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)5′3′OHOHOH5′3′RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第24頁(yè)四、DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)

（1）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)(Watson-Crick模型)（2）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特征及意義（3）DNA雙螺旋多態(tài)性（4）與DNA堿基次序相關(guān)特殊結(jié)構(gòu)JamesWatsonFrancisCrick核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第25頁(yè)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)形成5′3′5′3′5′3′5′3′磷酸脫氧核糖堿基T-A堿基對(duì)C-G堿基對(duì)小溝大溝核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第26頁(yè)DNA雙螺旋模型特點(diǎn)

a.兩條反向平行多聚核苷酸鏈沿一個(gè)假設(shè)中心軸右旋相互盤(pán)繞而形成。b.磷酸和脫氧核糖單位作為不變骨架組成位于外側(cè)，作為可變成份堿基位于內(nèi)側(cè)，鏈間堿基按A—T，G—C配對(duì)（堿基配對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，Chargaff定律）

c.螺旋直徑2nm，相鄰堿基平面垂直距離0.34nm,螺旋結(jié)構(gòu)每隔10個(gè)堿基對(duì)(basepair,bp)重復(fù)一次，間隔為3.4nm核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第27頁(yè)

堿基之間氫鍵

堿基堆集力

磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和

堿基處于疏水環(huán)境中DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定原因

小溝大溝大溝小溝核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第28頁(yè)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型意義

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型主要特征受到許多化學(xué)和生物學(xué)證據(jù)支持，它揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)穩(wěn)定性特征（堿基配對(duì)、雙鏈互補(bǔ)、反向平行），這是是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表示分子基礎(chǔ)。該模型提出是本世紀(jì)生命科學(xué)重大突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)展基石。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第29頁(yè)DNA局部構(gòu)象

脫氧核糖五元環(huán)折疊核苷殘基順式和反式主鏈中單鍵旋轉(zhuǎn)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第30頁(yè)DNA雙螺旋不一樣構(gòu)象

A-DNAZ-DNAD-DNAC-DNAB-DNA核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第31頁(yè)三種DNA雙螺旋構(gòu)象比較A-DNAZ-DNAB-DNAABZ外型粗短適中細(xì)長(zhǎng)螺旋方向右手右手左手螺旋直徑2.55nm2.37nm1.84nm堿基直升0.28nm0.34nm0.37nm堿基夾角32.7034.6060.00每圈堿基數(shù)1110.512軸心與堿基對(duì)關(guān)系2.46nm3.32nm4.56nm堿基傾角2006010糖苷鍵構(gòu)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、深較窄很深核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第32頁(yè)DNA雙螺旋三種不一樣構(gòu)象A-DNAZ-DNAB-DNA核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第33頁(yè)DNA回文次序（palindrome）

-T-T-A-G-C-A-C-G-T-G-C-T-A-A--A-A-T-C-G-T-G-C-A-C-G-A-T-T-

-T-T-A-G-C-A-C-C-A-C-G-A-T-T--A-A-T-C-G-T-G-G-T-G-C-T-A-A-5

3

5

5

3

3

3

5

鏡像重復(fù)(mirrorrepeat)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)多樣性二重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第34頁(yè)DNA分子中十字形結(jié)構(gòu)形成富于A(yíng)T富于A(yíng)T

含有回文結(jié)構(gòu)多核苷酸鏈因?yàn)橥粭l鏈內(nèi)有互補(bǔ)序列，因而在單鏈DNA或RNA中能形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，在雙鏈DNA內(nèi)能形成十字型結(jié)構(gòu)。DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)多樣性核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第35頁(yè)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)多樣性Holliday結(jié)構(gòu)

核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第36頁(yè)DNA分子內(nèi)三鏈結(jié)構(gòu)

多聚嘌呤多聚嘧啶Hoogsteen堿基配對(duì)T-A-TC-G-C多聚嘌呤多聚嘧啶DNA分子間三鏈結(jié)構(gòu)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)多樣性核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第37頁(yè)第四節(jié)

RNA分子結(jié)構(gòu)

一、RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)和類(lèi)別二、tRNA分子結(jié)構(gòu)三、rRNA分子結(jié)構(gòu)四、mRNA分子結(jié)構(gòu)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第38頁(yè)RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)

RNA分子中各核苷之間連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列次序叫做RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)OHOHOH5′3′

RNA與DNA差異

DNA

RNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU不含稀有堿基含稀有堿基核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第39頁(yè)2、其它RNA:

●有催化活性RNA(ribozyme，核酶)

●有調(diào)整功效RNA如：反義RNA(antisenseRNA)

非編碼RNA(noncodingRNA,ncRNA)，如微RNA(microRNA，miRNA)和小干擾RNA（smallinterferingRNA，siRNA）RNA類(lèi)別1、與遺傳信息傳遞和表示相關(guān)RNA

●信使RNA（messengerRNA，mRNA）：在蛋白質(zhì)合成中起模板作用；

●核糖體RNA（ribosoalRNA，rRNA）：與蛋白質(zhì)結(jié)合組成核糖體（ribosome）,核糖體是蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所；

●.轉(zhuǎn)移RNA（transforRNA，tRNA）：在蛋白質(zhì)合成時(shí)起著攜帶活化氨基酸作用。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第40頁(yè)tRNA結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)特征：?jiǎn)捂溔~草葉形四臂四環(huán)三級(jí)結(jié)構(gòu)特征：在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上深入折疊扭曲形成倒L型核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第41頁(yè)酵母tRNAAla二級(jí)結(jié)構(gòu)

DHU環(huán)IGC反密碼子反密碼環(huán)氨基酸臂可變環(huán)TψC環(huán)CCAAla3′5′核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第42頁(yè)tRNA三級(jí)結(jié)構(gòu)DHUloopTCloopAnticodonloopCCATerminus5

3

核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第43頁(yè)

rRNA分子結(jié)構(gòu)特征：

單鏈，螺旋化程度較tRNA低

與蛋白質(zhì)組成核糖體后方能發(fā)揮其功效5srRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第44頁(yè)

mRNA分子結(jié)構(gòu)原核生物mRNA特征：

先導(dǎo)區(qū)+翻譯區(qū)（多順?lè)醋樱?末端序列真核生物mRNA特征：

“帽子”（m7G-5′ppp5′-N-3′p）+單順?lè)醋?“尾巴”（PolyA）核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第45頁(yè)原核細(xì)胞mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5′3′順?lè)醋硬迦氪涡虿迦氪涡蛳葘?dǎo)區(qū)末端次序順?lè)醋樱╟istron）：核酸分子中為一條多肽鏈編碼區(qū)段，個(gè)順?lè)醋訉?shí)際上就是一個(gè)基因（gene）順?lè)醋禹樂(lè)醋佣囗樂(lè)醋觤RNA(polycistronicmRNA)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第46頁(yè)真核細(xì)胞mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)AAAAAAA-OH5′“帽子”P(pán)olyA

3′

單順?lè)醋觤RNA(monocistronicmRNA)m7G-5′ppp-N-3′p順?lè)醋雍怂峄瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第47頁(yè)第五節(jié)核酸一些理化性質(zhì)及

核酸研究常見(jiàn)技術(shù)

一、核酸兩性解離性質(zhì)及核酸電泳

二、核酸紫外吸收（λmax=260nm）三、核酸變性、復(fù)性和分子雜交四、核酸熔解溫度（Tm）核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第48頁(yè)核苷酸解離曲線(xiàn)pK1=0.9第一磷酸基pK3=6.2第二磷酸基pK2=3.7含氮環(huán)腺嘌呤核苷酸pK1=0.7第一磷酸基pK3=6.1第二磷酸基pK2=3.7含氮環(huán)烯醇式羥基鳥(niǎo)嘌呤核苷酸pK1=0.8第一磷酸基pK3=6.3第二磷酸基pK2=4.3含氮環(huán)胞嘧啶核苷酸pK1=1.0第一磷酸基pK3=6.4第二磷酸基烯醇式羥基尿嘧啶核苷酸pH離子化程度小牛胸線(xiàn)DNA滴定曲線(xiàn)pH核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第49頁(yè)核酸兩性解離性質(zhì)及核酸電泳

核酸分子中現(xiàn)有堿性基團(tuán)，又含有磷酸基團(tuán)，因磷酸酸性強(qiáng)，核酸在生理pH條件下表現(xiàn)為酸性。核酸在一定pH緩沖溶液中帶有電荷，所以能夠利用電泳方法對(duì)其進(jìn)行分離和并研究其特征。DNA相對(duì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)物電泳圖譜-+

DNA/HindⅢ產(chǎn)物(kp)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第50頁(yè)DNA紫外吸收光譜天然DNA變性DNA核苷酸總吸收值1232202402602800.10.20.30.4波長(zhǎng)（nm）光吸收123核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第51頁(yè)DNA變性過(guò)程加熱個(gè)別雙螺旋解開(kāi)無(wú)規(guī)則線(xiàn)團(tuán)鏈內(nèi)堿基配對(duì)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第52頁(yè)核酸變性、復(fù)性和雜交變性（加熱）探針(probe)雜交（遲緩冷卻）復(fù)性（遲緩冷卻）

變性：在物理、化學(xué)原因影響下，DNA堿基對(duì)間氫鍵斷裂，雙螺旋解開(kāi)，這是一個(gè)是躍變過(guò)程，伴有A260增加（增色效應(yīng)）,DNA功效喪失。

復(fù)性：在一定條件下，變性DNA單鏈間堿基重新配對(duì)恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，伴有A260減小（減色效應(yīng)）,DNA功效恢復(fù)。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第53頁(yè)DNA分子復(fù)雜度計(jì)算完全變性DNA復(fù)性反應(yīng)可表示為：dcdt=kc2cco=11+kcot上式積分得：cco=12=1211+kcot1/2當(dāng)反應(yīng)完成二分之一時(shí)，即時(shí)，1k=Kcot1/2=整理得：K—反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)c—以核苷酸摩爾表示單鏈DNA濃度—復(fù)性速度微分dcdt式中

此式表示DNA復(fù)性反應(yīng)初始濃度co與反應(yīng)完成二分之一所需時(shí)間乘積是個(gè)常數(shù)。cot1/2或K亦稱(chēng)DNA復(fù)雜度(complexity,C)，K值因DNA分子量增大而增大。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第54頁(yè)各種不一樣DNA分子復(fù)性動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)135001.7×1054.2×106基因組(bp)cot1/2=K,為DNA分子復(fù)雜度,是各物種DNA含量一個(gè)衡量100%C0T1/2復(fù)性個(gè)別核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第55頁(yè)分子雜交原理示意圖

不一樣起源DNA單鏈間或單鏈DNA與RNA之間只要有堿基配正確區(qū)域，在復(fù)性時(shí)可形成局部雙螺旋區(qū)，稱(chēng)核酸分子雜交(hybridization）制備特定探針（probe）經(jīng)過(guò)雜交技術(shù)可進(jìn)行基因檢測(cè)和定位研究。實(shí)例：southern印跡法核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第56頁(yè)Southern印跡法DNA分子限制片段限制性酶切割瓊脂糖電泳轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上與放射性標(biāo)識(shí)DNA探針雜交放射自顯影帶有DNA片段凝膠凝膠濾膜用緩沖液轉(zhuǎn)移DNA吸附有DNA片段膜核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第57頁(yè)Tm：熔解溫度（meltingtemperature）Polyd(A-T)DNAPolyd(G-C)

DNA變性發(fā)生在一個(gè)很窄溫度范圍內(nèi)，通常把熱變性過(guò)程中A260到達(dá)最大值二分之一時(shí)溫度稱(chēng)為該DNA熔解溫度，用Tm表示。

Tm大小與DNA分子中（G+C）百分含量成正相關(guān)，測(cè)定Tm值可推算核酸堿基組成及判斷DNA純度。一些DNATm值60801001.01.41.2100%A260t\0CTmTmTm123123核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第58頁(yè)第六節(jié)基因和基因組

染色體上為一條功效性多肽或一個(gè)RNA編碼，以及要求各種基因選擇性表示信息一個(gè)DNA片段稱(chēng)為基因(gene)，一個(gè)細(xì)胞中全部基因和基因間總和稱(chēng)為基因組(genome)?，F(xiàn)在亦把能獨(dú)立地傳遞遺傳信息病毒DAN、質(zhì)粒DNA或RNA分子稱(chēng)為病毒基因組和質(zhì)?；蚪M。

順?lè)醋?cistron)是遺傳學(xué)中定義遺傳單位，一個(gè)順?lè)醋泳褪菫橐粭l功效性多肽編碼基因。一、DNA堿基組成和序列特征二、DNA序列遺傳信息核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第59頁(yè)DNA堿基組成和序列組織堿基組成特點(diǎn):

a.A=T,G=C;（Chargaff規(guī)則）b.同一物種GC含量相同,種間差異顯著;c.含有修飾化堿基,主要是甲基化;d.原核生物堿基組成均勻，真核生物堿基組成顯示出極大不均勻性。真核序列組織特點(diǎn):

a.存在著四類(lèi)序列：高度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列、單一序列、反向重復(fù)序列b.大多數(shù)蛋白質(zhì)基因和基因是割（斷）裂基因，含有一些稱(chēng)為內(nèi)含子（intron）而且轉(zhuǎn)錄后被切除序列c.基因間存在著轉(zhuǎn)錄或不轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)；d.存在著假基因（pseudogene）,這些序列與真基因具高度同源性，但因?yàn)橥蛔兌荒鼙硎?。氯化銫中浮力密度光吸收DNA主帶1.700衛(wèi)星DNA1.692(ACAAACT)n1.688(AtAAACT)n1.671(ACAAAtT)n

果蠅衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第60頁(yè)DNA序列和遺傳信息

反式行為因子(trans-acting-factor):要求各種蛋白質(zhì)和RNA結(jié)構(gòu)信息順式行為元件(cis-acting-element):要求各種基因選擇性表示信息

DNA核苷酸序列經(jīng)過(guò)mRNA要求蛋白質(zhì)氨基酸序列，同時(shí)信息轉(zhuǎn)換還要經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)以外因子,如tRNA、核糖體等來(lái)完成

儲(chǔ)存在DNA精細(xì)結(jié)構(gòu)中，直接表現(xiàn)為特定空間結(jié)構(gòu)，即“密碼結(jié)構(gòu)域”，經(jīng)過(guò)DNA相關(guān)序列形成特異性結(jié)構(gòu)與相關(guān)蛋白質(zhì)因子結(jié)合來(lái)表達(dá)

思索：人類(lèi)基因組計(jì)劃(HGP)主要研究結(jié)果之一是人類(lèi)基因總數(shù)在3-3.5萬(wàn)個(gè)之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原來(lái)預(yù)計(jì)10萬(wàn)個(gè)，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于其它一些生物，而人又是地球上最復(fù)雜最有智慧生物，怎樣解釋這個(gè)事實(shí)？核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第61頁(yè)真核染色體端粒(telomere)AACCCCTTGGGGTTGGGGTTG3′5′

端粒是真核染色體末端序列，由一段十分簡(jiǎn)單串聯(lián)重復(fù)序列組成，如人端粒重復(fù)單位為T(mén)TAGGG,四膜蟲(chóng)為GGGGTT。端粒生物學(xué)功效是保持染色體穩(wěn)定，它決定著細(xì)胞壽命。染色體DNAG-四聯(lián)體富含G端粒序列形成不尋常結(jié)構(gòu)a.單鏈形式b.回折結(jié)構(gòu)c、d.四鏈結(jié)構(gòu)abcd核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第62頁(yè)第七節(jié)DNA超螺旋和染色體結(jié)構(gòu)一、DNA拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)

拓?fù)鋵W(xué)（topology）：數(shù)學(xué)一個(gè)分支，研究一個(gè)物體在不停變形情況下一些不變性質(zhì)。二、DNA在體內(nèi)包裝和染色體結(jié)構(gòu)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第63頁(yè)一、DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1．超螺旋DNA（supercoiledDNA）2．原核生物拓樸異構(gòu)酶（topoisomerase）

(1)

超螺旋DNA形成

(2)超螺旋狀態(tài)定量描述

(３)DNA超螺旋結(jié)構(gòu)形成主要意義

(1)拓樸異構(gòu)酶I(2)拓樸異構(gòu)酶II

DNA拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)指雙螺旋DNA分子經(jīng)過(guò)扭曲和折疊所形成特定構(gòu)象，包含不一樣二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間相互作用、單鏈和二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間相互作用以及DNA拓?fù)涮卣?。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第64頁(yè)螺旋和超螺旋電話(huà)線(xiàn)螺旋超螺旋核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第65頁(yè)L=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(fù)超螺旋121482316131510152023右手旋轉(zhuǎn)擰松兩匝后線(xiàn)形DNADNA超螺旋形成超螺旋拓?fù)鋵W(xué)公式：L=T+W或=+鏈分開(kāi)核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第66頁(yè)超螺旋狀態(tài)定量描述

公式1：Lk=Tw+Wr

Lk——連系數(shù)（linkingnumber），DNA雙螺旋中一條鏈以右手螺旋與另一條鏈纏繞次數(shù)（右手為“+”，左手為“-”）。

（含有不一樣連系數(shù)同一個(gè)DNA分子稱(chēng)為這種DNA分子拓?fù)洚悩?gòu)體）Tw——DNA雙鏈相互纏繞數(shù)（twistingnumber）Wr——超螺旋數(shù)或螺旋軸纏繞數(shù)（writhingnumber）公式2：

=（Lk-Lk0）/Lk0

—

超螺旋度（degreeofsupercoiling）Lk0—

松馳態(tài)DNA連環(huán)數(shù)Lk—

超螺旋態(tài)DNA連環(huán)數(shù)L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1152010523L=23,T=25,W=–2負(fù)超螺旋12148231613核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第67頁(yè)DNA超螺旋結(jié)構(gòu)形成意義

使DNA形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中；

推進(jìn)DNA結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化以滿(mǎn)足功效上需要。如負(fù)超螺旋分子所受張力會(huì)引發(fā)互補(bǔ)鏈分開(kāi)造成局部變性，利于復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第68頁(yè)原核生物兩類(lèi)拓?fù)洚悩?gòu)酶

除連環(huán)數(shù)（L）不一樣外其它性質(zhì)均相同DNA分子稱(chēng)為拓?fù)洚悩?gòu)體（topoisomerase）。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶經(jīng)過(guò)改變DNAL值而影響其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

拓?fù)洚悩?gòu)酶I經(jīng)過(guò)使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，能使超螺旋DNA轉(zhuǎn)變成松弛型環(huán)狀DNA，每催化一次可消除一個(gè)負(fù)超螺旋，即使L增加１，反應(yīng)無(wú)需供給能量。

拓?fù)洚悩?gòu)酶II則剛好相反，可使松弛型環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋DNA，每催化一次，L降低２，可引入負(fù)超螺旋。拓?fù)洚悩?gòu)酶II亦稱(chēng)促旋酶，它能夠使DNA兩條鏈同時(shí)斷裂和再連接，當(dāng)它引入超螺旋時(shí)需要ATP提供能量。

細(xì)胞內(nèi)兩類(lèi)拓?fù)洚悩?gòu)酶含量受?chē)?yán)格控制，使細(xì)胞內(nèi)DNA保持在一定超螺旋水平。核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第69頁(yè)原核拓?fù)洚悩?gòu)酶I作用機(jī)制

拓?fù)洚悩?gòu)酶I經(jīng)過(guò)使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，能使超螺旋DNA轉(zhuǎn)變成松弛型環(huán)狀DNA，每催化一次可消除一個(gè)負(fù)超螺旋，即使L增加１，反應(yīng)無(wú)需供給能量。切割穿越斷口L=n+1L=n兩端連接核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第70頁(yè)原核拓?fù)洚悩?gòu)酶II作用機(jī)制

拓?fù)洚悩?gòu)酶II可使松弛型環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋DNA,每催化一次，L降低２，可引入負(fù)超螺旋。拓?fù)洚悩?gòu)酶II亦稱(chēng)促旋酶，它能夠使DNA兩條鏈同時(shí)斷裂和再連接，當(dāng)它引入超螺旋時(shí)需要ATP提供能量。DNA雙鏈斷裂DNA雙鏈穿過(guò)重復(fù)起始DNA釋放DNA雙鏈重新連接

核酸化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座第71頁(yè)二、DNA在體內(nèi)包裝和染色體結(jié)構(gòu)

染色體（chromosome）本質(zhì)是病毒、細(xì)菌、真核細(xì)胞或細(xì)胞器中儲(chǔ)存遺傳信息核酸分子。染色體中含有幾乎等量DNA和蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)主要成份是組蛋白和少許作為調(diào)整因子非組蛋白。真核生物DNA和組蛋白形成核小體，再組