第一講：遺傳物質(zhì)——DNA與RNA

1、DNA與RNAn 生物親代與子代之間，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上常常生物親代與子代之間，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上常常相似，這就是相似，這就是遺傳現(xiàn)象遺傳現(xiàn)象。n 生物的遺傳特性，使生物界的物種能夠保持相對穩(wěn)定。生物的遺傳特性，使生物界的物種能夠保持相對穩(wěn)定。 根據(jù)現(xiàn)代細胞學和遺根據(jù)現(xiàn)代細胞學和遺傳學的研究得知，控制生傳學的研究得知，控制生物性狀的主要遺傳物質(zhì)是物性狀的主要遺傳物質(zhì)是脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（DNA）。）。 生物的各項生命活動都有生物的各項生命活動都有它的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物遺傳的物它的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？金絲猴的后代仍然是金絲猴金絲猴的后代仍然是金絲

2、猴牛的后代仍然是牛牛的后代仍然是牛 （1）儲存并表達遺傳信息）儲存并表達遺傳信息: （2）能夠復(fù)制，把遺傳信息傳遞給子代：）能夠復(fù)制，把遺傳信息傳遞給子代： (3) 物理和化學穩(wěn)定性：物理和化學穩(wěn)定性： （4）有遺傳變化的能力：）有遺傳變化的能力：遺傳物質(zhì)必須具備以下基本條件：遺傳物質(zhì)必須具備以下基本條件：核酸（DNA、RNA）的化學組成知識點 1嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤1 含氮堿基、核苷、核苷酸含氮堿基、核苷、核苷酸 堿基堿基HUracil (U)DNA: D-2-脫氧核糖脫氧核糖 A,G,C,TRNA: D-2-核糖核糖 A,G,C,Un 核酸的元素組成C、H、O、N、P（9-10%） 核酸核酸

3、核苷酸核苷酸 磷酸磷酸 核苷核苷 戊糖戊糖 堿基堿基3 DNA的一級結(jié)構(gòu)：的一級結(jié)構(gòu)：即是指即是指四種核苷酸四種核苷酸(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的排列順序，通按照一定的排列順序，通過磷酸二酯鍵連接形成的過磷酸二酯鍵連接形成的多核苷酸也稱為堿基順序。多核苷酸也稱為堿基順序。DNADNA一級結(jié)構(gòu)的兩種縮寫方式：一級結(jié)構(gòu)的兩種縮寫方式：v 線條式：線條式： pTpGpCpApT pTpGpCpApT pT-G-C-A-T pT-G-C-A-Tv 文字式：文字式：1 DNA雙螺旋模型的提出2 維持DNA雙螺旋的力3 雙螺旋結(jié)構(gòu)的基本形式4 變性和復(fù)性知識點 2研究背景：研究背景

4、：p1950年，大量不同來源年，大量不同來源DNA樣品的分析發(fā)樣品的分析發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了DNA組成的組成的當量規(guī)律當量規(guī)律，即，即AT，GC，AGCT。 不同生物種屬的不同生物種屬的DNA堿基組成不同，堿基組成不同， 同一個體不同器官、不同組織的同一個體不同器官、不同組織的DNA具有具有相同的堿基組成。相同的堿基組成。1 DNA雙螺旋模型的提出雙螺旋模型的提出 理論化學家L. Pauling運用化學的簡單定律來推理，研究了蛋白質(zhì)-螺旋結(jié)構(gòu)，此方法啟發(fā)了Watson和和 Crick。 M. Wilkins、R. Franklin等在DNA的X射線晶體結(jié)構(gòu)方面作出了重大的貢獻。 R. Franklin的

5、X-射線衍射圖1953年沃森和克里克提出年沃森和克里克提出DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出：Fig. 2-5 Watson and Cricks paper in Nature 1953.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點：雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點： 脫氧核糖和磷酸通過脫氧核糖和磷酸通過3,5磷酸二酯鍵交磷酸二酯鍵交互連接，成為螺旋鏈的互連接，成為螺旋鏈的骨架。骨架。 兩條鏈方向以兩條鏈方向以反向平行反向平行的方式組成的方式組成右手右手雙螺旋雙螺旋。 堿基互補配對：堿基互補配對：只有A和T配對，G和C配對才能滿足正常螺旋（直徑20 ）的要求和chargaff的當量規(guī)

6、律。 螺旋參數(shù)螺旋參數(shù)螺旋直徑螺旋直徑nm。螺旋每旋轉(zhuǎn)一周螺旋每旋轉(zhuǎn)一周10對堿基，對堿基，每個堿基的旋轉(zhuǎn)角度為每個堿基的旋轉(zhuǎn)角度為36。螺距螺距3.4nm；堿基平面之間的距離為堿基平面之間的距離為0.34nm。 大溝小溝大溝小溝 對于遺傳上有重要功能的對于遺傳上有重要功能的蛋蛋白質(zhì)識別白質(zhì)識別DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)上雙螺旋結(jié)構(gòu)上的特定信息是非常重要的。的特定信息是非常重要的。p大溝大溝(2. 2nm)p小溝小溝(1. 2nm)2 維持DNA雙螺旋的力氫鍵氫鍵 GC之間有三條氫鍵，之間有三條氫鍵，AT之間有兩條氫鍵，這是之間有兩條氫鍵，這是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的重要雙螺旋結(jié)構(gòu)的重要特征之一，特征之一，D

7、NA的許多的許多物理性質(zhì)物理性質(zhì)如變性、復(fù)性以如變性、復(fù)性以及及Tm值值等都與此有關(guān)。等都與此有關(guān)。堿基堆集力堿基堆集力 DNA同一條鏈相鄰堿基同一條鏈相鄰堿基之間的非特異之間的非特異性作用力，包括性作用力，包括疏水作用力和疏水作用力和范德華力范德華力。 疏水作用力：疏水作用力：不溶于水或難溶于水的兩個分子在不溶于水或難溶于水的兩個分子在水中具有相互聯(lián)合，成串聯(lián)地結(jié)合在一起的趨勢。水中具有相互聯(lián)合，成串聯(lián)地結(jié)合在一起的趨勢。 嘌呤和嘧啶有一定程度的疏水性，雙螺旋結(jié)嘌呤和嘧啶有一定程度的疏水性，雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一個強大的疏水區(qū)，構(gòu)內(nèi)部形成一個強大的疏水區(qū)，使使DNA相鄰的堿相鄰的堿基有相互堆集

8、在一起的趨勢，這是形成堿基堆集基有相互堆集在一起的趨勢，這是形成堿基堆集力的重要因素之一。力的重要因素之一。 范德華力：范德華力：存在于分子間的一種吸引力；存在于分子間的一種吸引力； DNA雙鏈中嘌呤雙鏈中嘌呤環(huán)環(huán)和嘧啶和嘧啶范環(huán)德華的范環(huán)德華的半徑是半徑是1.7 左右左右 ，其累積的，其累積的范德華力范德華力是相是相當可觀的，這當可觀的，這樣范德華力加強了疏水作用，樣范德華力加強了疏水作用，這是形成堿基堆集力的另一個重要因素。這是形成堿基堆集力的另一個重要因素。 氫鍵與堿基堆集力的氫鍵與堿基堆集力的協(xié)同作用協(xié)同作用 已經(jīng)堆基的堿基更容易發(fā)生氫鍵的鍵合，已經(jīng)堆基的堿基更容易發(fā)生氫鍵的鍵合，相應(yīng)

9、地已經(jīng)被氫鍵定向的堿基更容易堆集。相應(yīng)地已經(jīng)被氫鍵定向的堿基更容易堆集。 兩種作用力相互協(xié)同，形成一種非常穩(wěn)定兩種作用力相互協(xié)同，形成一種非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。如果一種作用力被消除，另一種的結(jié)構(gòu)。如果一種作用力被消除，另一種作用力也大為減弱。作用力也大為減弱。 磷酸基團間的靜電斥力磷酸基團間的靜電斥力 帶負電荷的磷酸基的帶負電荷的磷酸基的靜電斥力靜電斥力，所以，所以DNA 堿基分子內(nèi)能堿基分子內(nèi)能 p 物體的內(nèi)能是物體內(nèi)全部分子的分子動能物體的內(nèi)能是物體內(nèi)全部分子的分子動能與分子勢能之和。與分子勢能之和。p 溫度升高，堿基分子內(nèi)能增加時，堿基的溫度升高，堿基分子內(nèi)能增加時，堿基的定向排列遭受破壞，消

10、弱了堿基的氫鍵結(jié)定向排列遭受破壞，消弱了堿基的氫鍵結(jié)合力和堿基的堆集力，會使合力和堿基的堆集力，會使DNA的雙螺旋的雙螺旋結(jié)構(gòu)受到破壞。結(jié)構(gòu)受到破壞。不穩(wěn)定因素不穩(wěn)定因素3 雙螺旋結(jié)構(gòu)的基本形式 三種不同形式的三種不同形式的DNA構(gòu)象構(gòu)象 A，B，Z型雙螺旋的特性雙螺雙螺旋類旋類型型直直徑徑(nm)螺螺距距(nm)每輪每輪堿基堿基數(shù)數(shù)堿基堿基間距間距(nm)堿基堿基傾角傾角 ()螺旋螺旋扭角扭角()存在的條件存在的條件溝型溝型相對相對濕度濕度鹽種類鹽種類大溝大溝小溝小溝A2.32.8110.26133375%Na+、K+、Cs+窄，深窄，深寬，深寬，深B2.03.410.40.3403692%

11、Na+低鹽低鹽寬，中寬，中等深等深窄，中窄，中等深等深Z1.84.6120.389-3043%Na+、Mg2+高鹽高鹽平淺平淺窄，深窄，深A(yù)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 A構(gòu)象構(gòu)象:在相對濕度在相對濕度75以下獲得的以下獲得的DNA纖維具有不同與纖維具有不同與B-DNA的結(jié)構(gòu)特點。的結(jié)構(gòu)特點。DNA-RNA雜交分子和雜交分子和RNA-RNA雙鏈結(jié)雙鏈結(jié)構(gòu)均采取構(gòu)均采取A構(gòu)象。構(gòu)象。 Z-DNA的形成是的形成是DNA單鏈上出現(xiàn)嘌呤和單鏈上出現(xiàn)嘌呤和嘧啶交替排列所造成的，比如嘧啶交替排列所造成的，比如CGCGCGC

12、G或或CACACACACA。Z-DNA有什么生物學意義呢有什么生物學意義呢? Z-DNA在熱力學上是不利的。帶負電荷的磷在熱力學上是不利的。帶負電荷的磷酸根距離太近，產(chǎn)生靜電排斥。酸根距離太近，產(chǎn)生靜電排斥。 DNA鏈的鏈的局部不穩(wěn)定區(qū)的存在就成為潛在的局部不穩(wěn)定區(qū)的存在就成為潛在的解鏈位點解鏈位點。 DNA解鏈是解鏈是DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄等過程中必要復(fù)制和轉(zhuǎn)錄等過程中必要的環(huán)節(jié)，因此的環(huán)節(jié)，因此Z-DNA的結(jié)構(gòu)與基因調(diào)節(jié)有的結(jié)構(gòu)與基因調(diào)節(jié)有關(guān)。關(guān)。 B-DNA是活性最高的是活性最高的 DNA構(gòu)象，構(gòu)象， B-DNA變構(gòu)成為變構(gòu)成為A-DNA后，仍有活性，后，仍有活性，但若局部變構(gòu)為但若局部變構(gòu)為

13、Z-DNA后則活性明顯降后則活性明顯降低。低。三種不同構(gòu)象的三種不同構(gòu)象的DNA活性活性變性和復(fù)性 變性 概念：概念：在某些理化因素作在某些理化因素作用下，用下，DNA分子互補堿基分子互補堿基對之間的氫鍵斷裂，對之間的氫鍵斷裂，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈的過程鏈的過程。常用的變性方法常用的變性方法 熱變性熱變性 堿變性堿變性應(yīng)用廣泛，特別是用于變性動力學研究應(yīng)用廣泛，特別是用于變性動力學研究 缺點：缺點：高溫引起磷酸二酯鍵的斷裂，得到長高溫引起磷酸二酯鍵的斷裂，得到長短不一的單鏈短不一的單鏈pH11.3時，全部氫鍵被淘汰時，全部氫鍵被淘汰無熱變性的缺點，為制備單鏈無熱

14、變性的缺點，為制備單鏈DNADNA的首選方法的首選方法 核酸變性程度的鑒定核酸變性程度的鑒定紫外測定法：紫外測定法： 原理：原理：嘌呤堿、嘧啶堿存在共軛雙鍵，堿基、核嘌呤堿、嘧啶堿存在共軛雙鍵，堿基、核苷、核苷酸、核酸在苷、核苷酸、核酸在240-290nm處有強烈處有強烈的紫外吸收，最大吸收峰在的紫外吸收，最大吸收峰在260nm處。處。 紫外光吸收值：紫外光吸收值： 1 雙鏈雙鏈DNA A260=1.00 2 單鏈單鏈DNA A260=1.37 3 自由堿基自由堿基 A260=1.601.1851.01.37OD Tm = OD增加值的中點溫度增加值的中點溫度(一般為一般為85-95) 或或D

15、NA雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半時的溫度雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半時的溫度熔解曲線與熔解曲線與Tm值值 緩慢而均勻地增加緩慢而均勻地增加DNA溶液的溫度（現(xiàn)可做到溶液的溫度（現(xiàn)可做到 0.1 分分）可根據(jù)各點的可根據(jù)各點的A260值繪制成值繪制成DNA的熔解曲線。的熔解曲線。 這也是一般這也是一般PCRPCR實驗技術(shù)中把變性溫度定為實驗技術(shù)中把變性溫度定為9494的原因的原因 熔鏈溫度熔鏈溫度Tm影響DNA Tm值大小的因素： DNA的均一性：的均一性： G-C含量：含量： Tm值計算公式：值計算公式：Tm69.3+0.41 (G+C)% GC%=（Tm-69.3）2.44 介質(zhì)中的離子強度：介質(zhì)中的離子強度：

16、 DNA保存在高濃度的緩沖液中，如保存在高濃度的緩沖液中，如 1mol/LNaCl中。中。復(fù)性及雜交DNA復(fù)性復(fù)性 變性變性DNA在適當條件下，分開的兩條單鏈分在適當條件下，分開的兩條單鏈分子按照堿基互補原則重新恢復(fù)天然的雙螺旋子按照堿基互補原則重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象的現(xiàn)象，又稱為構(gòu)象的現(xiàn)象，又稱為退火退火。 DNA的復(fù)性的條件有兩個的復(fù)性的條件有兩個：（1）有）有足夠的鹽濃度足夠的鹽濃度以消除磷酸基的靜電斥以消除磷酸基的靜電斥力；力；（2）有）有足夠高的溫度足夠高的溫度以破壞無規(guī)則的鏈內(nèi)氫以破壞無規(guī)則的鏈內(nèi)氫鍵，但又不能太高，鍵，但又不能太高， 一般使用一般使用比比Tm值低值低2025 。

17、復(fù)性的機制復(fù)性的機制 一般認為需要一般認為需要1020個堿基對個堿基對，特別是富，特別是富含含GC的節(jié)段首先形成一個（或幾個）雙的節(jié)段首先形成一個（或幾個）雙螺旋核心，這一步叫螺旋核心，這一步叫成核作用成核作用。然后兩條。然后兩條單鏈的其余部分就會迅速形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。單鏈的其余部分就會迅速形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 絕大部分的復(fù)性絕大部分的復(fù)性DNA分子都不是原配的。分子都不是原配的。復(fù)性的影響因子： 溫度和時間溫度和時間：低于低于Tm值值 25左右左右 (60-65) DNA濃度濃度： DNA片段的大小片段的大?。?DNA順序的復(fù)雜性順序的復(fù)雜性； 反應(yīng)溶液中的離子強度反應(yīng)溶液中的離子強度。 多聚酶鏈

18、式反應(yīng)（多聚酶鏈式反應(yīng)（ PCR） 是一種是一種DNA體外擴增技術(shù)體外擴增技術(shù)，其基本原理類，其基本原理類似于似于DNA的的天然復(fù)制過程天然復(fù)制過程。 在待擴增的在待擴增的DNA片段兩側(cè)和與其兩側(cè)互補片段兩側(cè)和與其兩側(cè)互補的兩個寡核苷酸的兩個寡核苷酸引物引物，經(jīng)，經(jīng)變性、退火和延變性、退火和延伸伸若干個循環(huán)后，若干個循環(huán)后，DNA擴增擴增2n倍。倍。 雜交 雜交：雜交：親緣關(guān)系很近親緣關(guān)系很近的不同來源的的不同來源的DNA單單鏈或鏈或RNA單鏈與單鏈與DNA單鏈之間通過堿基互單鏈之間通過堿基互補形成雜交分子的過補形成雜交分子的過程。程。圖核酸雜交及其應(yīng)用示意圖圖核酸雜交及其應(yīng)用示意圖1粗細線粗

19、細線分別代分別代表不同表不同DNA。 雜化雙鏈雜化雙鏈B代表天然代表天然DNA；C是是B的缺失突變的缺失突變體；虛線框體；虛線框內(nèi)是已缺失內(nèi)是已缺失的部分的部分,D顯顯示從天然示從天然DNA鏈鼓出鏈鼓出小泡小泡.突變體的鑒別突變體的鑒別I 變性、復(fù)性和雜交變性、復(fù)性和雜交 .分子探針標記 核酸分子探針：核酸分子探針： 用同位素、生物素或熒光染用同位素、生物素或熒光染料料標記一小段已知核苷酸序列標記一小段已知核苷酸序列作為探針，探作為探針，探針的序列如果與針的序列如果與DNA或或RNA序列互補，就可序列互補，就可以探知核酸分子。以探知核酸分子。粗線表示分子探針粗線表示分子探針圖核酸雜交及其應(yīng)用示

20、意圖圖核酸雜交及其應(yīng)用示意圖2雜交分類：雜交分類：1）液相雜交：）液相雜交：不同來源的不同來源的DNA在溶液中進行雜在溶液中進行雜交。交。2) 濾膜雜交：濾膜雜交：將將DNA或或RNA吸附到硝酸纖維素吸附到硝酸纖維素膜上再進行雜交。膜上再進行雜交。 Southern雜交：雜交：用于鑒別用于鑒別DNA的雜交的雜交 Northern雜交：雜交：用于鑒別用于鑒別RNA的雜交的雜交Southern 印跡法：印跡法：DNA限制片段限制片段限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶帶有帶有DNA片段的凝膠片段的凝膠瓊脂糖凝膠電泳瓊脂糖凝膠電泳堿液浸泡，并中和堿液浸泡，并中和凝膠上凝膠上DNA變性變性變性的單鏈變性的單鏈DN

21、A轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素薄膜上至硝酸纖維素薄膜上放射性標記探針雜交放射性標記探針雜交雜交雜交DNA-DNA分子分子放射自顯影放射自顯影顯示出雜交分子的位置顯示出雜交分子的位置1、二級結(jié)構(gòu)的其他形式二級結(jié)構(gòu)的其他形式2、真核生物染色體端粒真核生物染色體端粒DNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3 、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)的超螺旋結(jié)構(gòu)(三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu))知識點 3二級結(jié)構(gòu)的其他形式二級結(jié)構(gòu)的其他形式 1 單鏈核酸形成的二級結(jié)構(gòu)單鏈核酸形成的二級結(jié)構(gòu) 2 反向重復(fù)與二級結(jié)構(gòu)反向重復(fù)與二級結(jié)構(gòu) 3 三螺旋三螺旋DNA 4 DNA的四鏈結(jié)構(gòu)的四鏈結(jié)構(gòu)1 單鏈核酸形成的二級結(jié)構(gòu)單鏈核酸形成的二級結(jié)構(gòu) 單鏈核酸的某段堿基可以與另一獨立的

22、單鏈分子單鏈核酸的某段堿基可以與另一獨立的單鏈分子的堿基配對，形成雙螺旋，可以是的堿基配對，形成雙螺旋，可以是DNA-DNA、RNA-RNA，也有，也有DNA-RNA分子雜交。分子雜交。發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)： 同一個單鏈同一個單鏈RNA/DNA的一段堿基序列附近的一段堿基序列附近存在著和它互補的堿基序列時，這個單鏈存在著和它互補的堿基序列時，這個單鏈自身回折產(chǎn)生一個反平行的雙螺旋結(jié)構(gòu)。自身回折產(chǎn)生一個反平行的雙螺旋結(jié)構(gòu)。單鏈單鏈RNA形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu) 發(fā)夾結(jié)構(gòu)由堿基配對的雙螺旋區(qū)發(fā)夾結(jié)構(gòu)由堿基配對的雙螺旋區(qū)莖莖和末端不配對的和末端不配對的環(huán)環(huán)構(gòu)成。構(gòu)成?；パa序列間間隔較短或無間隔互補序列間

23、間隔較短或無間隔互補序列間間隔較長互補序列間間隔較長2 反向重復(fù)與二級結(jié)構(gòu)反向重復(fù)與二級結(jié)構(gòu) 反向重復(fù)反向重復(fù) ：雙鏈：雙鏈DNA中的一段序列按中的一段序列按確定確定的方向，的方向，讀雙鏈中的每條鏈的讀雙鏈中的每條鏈的序列都相同序列都相同， 反向重復(fù)中的序列又稱回文序列。反向重復(fù)中的序列又稱回文序列。單鏈形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)單鏈形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)v形成十字結(jié)構(gòu)要更耗能，所以在體外反向形成十字結(jié)構(gòu)要更耗能，所以在體外反向重復(fù)結(jié)構(gòu)存在多，而體內(nèi)無該結(jié)構(gòu)。重復(fù)結(jié)構(gòu)存在多，而體內(nèi)無該結(jié)構(gòu)。反反向向重重復(fù)復(fù)與與十十字字結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 作用：作用： 1）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：

24、限制性內(nèi)切酶的識別位點如：限制性內(nèi)切酶的識別位點 一些調(diào)控蛋白的識別位點一些調(diào)控蛋白的識別位點 例如限制性內(nèi)切酶例如限制性內(nèi)切酶 EcoR的識別位點的識別位點 5GAATTC3 3CTTAAG52）轉(zhuǎn)錄作用的終止與回文結(jié)構(gòu)也有關(guān)系。 v 1953 年年 Watson & Crick 雙螺旋雙螺旋 DNA構(gòu)型構(gòu)型 證明沿大溝存在多余的氫鍵作為給體與受體證明沿大溝存在多余的氫鍵作為給體與受體潛在的專一與潛在的專一與DNA (蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)) 結(jié)合的能力結(jié)合的能力形成三鏈形成三鏈 DNA 可能性可能性 3 三螺旋DNA 1957年年 Felsenfield 發(fā)現(xiàn)：當雙螺旋發(fā)現(xiàn)：當雙螺旋DNA中

25、中的一條鏈為全嘌呤鏈，另外一條鏈為全嘧啶的一條鏈為全嘌呤鏈，另外一條鏈為全嘧啶鏈時，會出現(xiàn)核酸三鏈結(jié)構(gòu)。鏈時，會出現(xiàn)核酸三鏈結(jié)構(gòu)。 poly(U) + poly(U) + poly(A) 三螺旋三螺旋RNA 雙螺旋雙螺旋 DNA的概念的概念 三鏈三鏈DNA是由三條核苷酸鏈按一定的規(guī)律是由三條核苷酸鏈按一定的規(guī)律繞成的螺旋狀結(jié)構(gòu)。繞成的螺旋狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)單元：三堿基體，結(jié)構(gòu)單元：三堿基體，結(jié)合方式：堿基間形成氫鍵；結(jié)合方式：堿基間形成氫鍵；三螺旋三螺旋雙螺旋基本類型：基本類型： 嘧啶嘧啶-嘌呤嘌呤-嘧啶型（嘧啶型（YR*Y）：）：第三條嘧啶鏈以平第三條嘧啶鏈以平行于雙螺旋中嘌呤鏈的方向，纏繞到雙螺

26、旋的大行于雙螺旋中嘌呤鏈的方向，纏繞到雙螺旋的大溝上，與嘌呤鏈結(jié)合。溝上，與嘌呤鏈結(jié)合。 如如TA*T和和CG*C； 其中其中C必須質(zhì)子化才能穩(wěn)定三螺旋的結(jié)構(gòu)，其堿基必須質(zhì)子化才能穩(wěn)定三螺旋的結(jié)構(gòu)，其堿基氫鍵構(gòu)造是霍氏（氫鍵構(gòu)造是霍氏（K.Hoogsteen）首先提出，稱）首先提出，稱為為Hoogsteen霍氏氫鍵霍氏氫鍵。 嘌呤嘌呤-嘌呤嘌呤-嘧啶（嘧啶（ YR*R）：）：第三條嘌呤鏈反平行第三條嘌呤鏈反平行于雙螺旋嘌呤鏈的方向纏繞到雙螺旋的大溝上，于雙螺旋嘌呤鏈的方向纏繞到雙螺旋的大溝上，與嘌呤鏈結(jié)合；與嘌呤鏈結(jié)合； 如如CG*G、TA*A、TA*T、CG*A四種。四種。三鏈三鏈 DNA可

27、能的功能可能的功能 可阻止調(diào)節(jié)蛋白與可阻止調(diào)節(jié)蛋白與 DNA結(jié)合結(jié)合, 關(guān)閉基因轉(zhuǎn)錄過程關(guān)閉基因轉(zhuǎn)錄過程 b) 與基因重組與基因重組, 交換有關(guān)交換有關(guān) 加入第三條加入第三條DNA 作為分子剪刀作為分子剪刀, 定點切割定點切割DNA分子分子 d) 加入反義的第三條鏈終止基因的表達加入反義的第三條鏈終止基因的表達 DNA3-末端較長的末端較長的富含富含G序列序列能夠形成回能夠形成回折結(jié)構(gòu)（下圖折結(jié)構(gòu)（下圖a和和b），通過堿基間的非標準配），通過堿基間的非標準配對形成對形成G的四鏈的四鏈DNA（下圖（下圖c和和d）。）。在這樣的結(jié)構(gòu)中，在這樣的結(jié)構(gòu)中，G形成一種四聯(lián)體，相互間形成一種四聯(lián)體，相互間

28、通過通過方式結(jié)合。方式結(jié)合。GGGG四聯(lián)體四聯(lián)體p 結(jié)構(gòu)單元：結(jié)構(gòu)單元：鳥嘌呤四聯(lián)體鳥嘌呤四聯(lián)體GGGG類型類型:53TTTGGGGGGGGGGGGGGGGGGTTTTTTGGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT真核生物染色體端粒真核生物染色體端粒DNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)可能的功能可能的功能 A 穩(wěn)定真核生物染色體結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定真核生物染色體結(jié)構(gòu)，抑制端粒酶的活抑制端粒酶的活性；性；B 保證保證DNA末端準確復(fù)制末端準確復(fù)制 C 與與DNA分子的組裝有關(guān)分子的組裝有關(guān) D 與染色體的減數(shù)分裂和有絲分裂有關(guān)與染色體的減數(shù)分裂和有絲分裂有關(guān)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)的超螺旋結(jié)構(gòu)(三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)) 1 超螺旋超螺旋因

29、此因此 超螺旋結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA三級結(jié)構(gòu)的主要形式。三級結(jié)構(gòu)的主要形式。 超螺旋是有方向的，有正超螺旋和負超螺超螺旋是有方向的，有正超螺旋和負超螺旋兩種。旋兩種。真核生物染色體真核生物染色體 線形分子線形分子DNA 組蛋白組蛋白多級螺旋多級螺旋多個類似環(huán)型的多個類似環(huán)型的 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)超螺旋的成因共價封閉環(huán)狀共價封閉環(huán)狀DNA或者與蛋白質(zhì)結(jié)合的或者與蛋白質(zhì)結(jié)合的DNA中，雙鏈不能自由轉(zhuǎn)動，額外的張力中，雙鏈不能自由轉(zhuǎn)動，額外的張力不能釋放，導(dǎo)致不能釋放，導(dǎo)致DNA扭曲來緩解張力，最扭曲來緩解張力，最終形成終形成超螺旋超螺旋。 超螺旋結(jié)構(gòu)的方向性超螺旋結(jié)構(gòu)的方向性DNA分子無論是閉合還是開放結(jié)構(gòu)，只要分子無論是閉合還是開放結(jié)構(gòu)，只要缺乏超螺旋結(jié)構(gòu)，稱為缺乏超螺旋結(jié)構(gòu)，稱為松旋結(jié)構(gòu)松旋結(jié)構(gòu)。負超螺旋負超螺旋：形