DNA的發(fā)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1DNA的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)(fxin)與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)第一頁，共38頁。 赫爾歇（Hershcy）等（1952）在噬菌體感染實(shí)驗(yàn)中用放射性同位素35S標(biāo)記蛋白質(zhì)，32P標(biāo)記DNA，把宿主(szh)細(xì)菌培養(yǎng)在含有35S的培養(yǎng)基中或培養(yǎng)在含32P的培養(yǎng)基中。宿主(szh)細(xì)菌在生長過程中，就被35S或32P標(biāo)記上了。DNA是遺傳物質(zhì)的直接(zhji)證據(jù)之一第1頁/共38頁第二頁，共38頁。圖2-1第2頁/共38頁第三頁，共38頁。直接(zhji)證據(jù)之二-肺炎鏈球菌試驗(yàn) 肺炎鏈球菌有兩種不同的類型：一種是光滑型（S型），被一層多糖類的莢膜所保護(hù)，具有毒性，在培養(yǎng)基上形成光滑的菌落。另一種是粗糙(cc

2、o)型（R型），沒有莢膜和毒性，在培養(yǎng)基上形成粗糙(cco)的菌落。在R型和S型內(nèi)還可以按血清免疫反應(yīng)的不同，分為許多抗原型，常用RI 、RII和SI、 SII、SIII等加以區(qū)別。R型與S型的各種抗原型都比較穩(wěn)定，在一般惰況下不發(fā)生互變。第3頁/共38頁第四頁，共38頁。 DNA的一級結(jié)構(gòu)，就是指4種核昔酸的連接及其排列順序（圖2-3），表示了該DNA分子的化學(xué)構(gòu)成。核苷酸序列對DNA高級結(jié)構(gòu)的形成有很大影響，如BDNA中多聚（GC）區(qū)易出現(xiàn)左手螺旋DNA（ZDNA），而反向重復(fù)(chngf)的DNA片段易出現(xiàn)發(fā)卡式結(jié)構(gòu)等。DNA不僅具有嚴(yán)格的化學(xué)組成，還具有特殊的空間結(jié)構(gòu)（二級和高級結(jié)構(gòu)）

3、，它主要以有規(guī)則的雙螺旋形式存在。DNA的一級結(jié)構(gòu)(jigu)第4頁/共38頁第五頁，共38頁。圖 2-3第5頁/共38頁第六頁，共38頁。DNA的二級結(jié)構(gòu)(jigu) 1953年，Watson和Crick根據(jù)堿基互補(bǔ)配對的規(guī)律以及(yj)對DNA分子的互射線衍射研究的成果，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（圖2-4）。這個模型已為以后拍攝的電鏡直觀形象所證實(shí)。這個空間構(gòu)型滿足了分子遺傳學(xué)需要解答的許多問題，例如：DNA的復(fù)制、DNA對于遺傳信息的貯存及其改變和傳遞等，從而奠定了分子遺傳學(xué)與分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。第6頁/共38頁第七頁，共38頁。（1）兩條多核苷酸鏈以右手螺旋的形式(xngsh)彼

4、此以一定的空間距離，平行地環(huán)繞于同一軸上；（2）兩條多核苷酸鏈走向?yàn)榉聪蚱叫?，即一條鏈磷酸二脂鍵為53方向，而另一條為3一5方向，二者剛好相反；DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)主要(zhyo)內(nèi)容第7頁/共38頁第八頁，共38頁。（3）每條長鏈的內(nèi)側(cè)是扁平的盤狀堿基，堿基一方面與脫氧核糖相聯(lián)系，另一方面通過氫鍵與它互補(bǔ)(h b)的堿基相聯(lián)系?；パa(bǔ)(h b)堿基對A與T之間形成兩對氫鍵，而C與G之間形成三對氫鍵。上下堿基對之間的距離為0.34nm；（4）每個螺旋為3.4nm長，剛好含有10個堿基對，其直徑約為2nm； （5）在雙螺旋分子的表面大溝和小溝 交替出現(xiàn)。第8頁/共38頁第九頁，共38頁。第9頁/共38

5、頁第十頁，共38頁。第10頁/共38頁第十一頁，共38頁。維持(wich)雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力1 氫鍵2 疏水作用-堿基堆集力3 范德華力4 磷酸基的負(fù)電荷靜電斥力5 堿基分子(fnz)內(nèi)能第11頁/共38頁第十二頁，共38頁。氫 鍵 堿基配對是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的重要(zhngyo)特征之一。當(dāng)氫原子與一些電負(fù)性強(qiáng)的原子成鍵時，電子云偏于負(fù)電性強(qiáng)的原子，氫原子帶部分正電荷。這種氫部分正電性與另一堿基上電負(fù)性強(qiáng)的原子相互吸引而形成氫鍵。大小一般為1530kJ/mol。 現(xiàn)人們已經(jīng)證實(shí)，堿基A-T間有2個氫鍵，而C-G間則有3個氫鍵。第12頁/共38頁第十三頁，共38頁。疏 水 作 用 疏水作用是

6、指兩個不溶于水的分子或基團(tuán)之間的相互作用，也稱疏水鍵。雖然DNA的主鏈部分是親水的，但嘌呤和嘧啶環(huán)本身卻帶有一定程度的疏水性，這些不溶于水的有機(jī)基團(tuán)在水溶液中具有相互聚集締合的趨勢，使有序的水分子殼層減少到最低的限度。 從熱力學(xué)角度來看，DNA傾向于形成的三維結(jié)構(gòu)是使高溶解性的磷酸基團(tuán)與水的接觸(jich)增加到最大限度，而使堿基與水接觸(jich)減少到最低限度。第13頁/共38頁第十四頁，共38頁。磷酸基的負(fù)電荷靜電(jngdin)斥力 核苷酸上的磷酸基團(tuán)都帶有一個負(fù)電荷，雙鏈之間這種強(qiáng)有力的靜電(jngdin)斥力使兩條鏈分開。第14頁/共38頁第十五頁，共38頁。堿基分子(fnz)內(nèi)能

7、 當(dāng)溫度等因素使堿基分子內(nèi)能增加時，堿基的定向排列遭到破壞，從而削弱(xuru)堿基的氫鍵結(jié)合力和堿基堆集力，會使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)受到破壞。第15頁/共38頁第十六頁，共38頁。DNA二級結(jié)構(gòu)(jigu)的多態(tài)性第16頁/共38頁第十七頁，共38頁。 Z-DNA結(jié)構(gòu)是1979年由Rich提出的。Rich對d（CGCGCG）結(jié)晶進(jìn)行X射線衍射結(jié)構(gòu)分析，提出了Z-DNA結(jié)構(gòu)模型（圖2-6）。該模型的提出曾一度動搖過右手螺旋學(xué)說?，F(xiàn)已證明，左手螺旋Z-DNA只是(zhsh)右手螺旋結(jié)構(gòu)模型的一個補(bǔ)充和發(fā)展。DNA二級結(jié)構(gòu)中左螺旋(luxun)的研究第17頁/共38頁第十八頁，共38頁。第18頁/共3

8、8頁第十九頁，共38頁。（1）Z-DNA是左手螺旋，每個螺旋含12個堿基對，比A-DNA擰得更緊；（2）雙螺旋中不存在深溝，只有淺溝；（3）雙螺旋的軸心也在堿基對之外，即軸心不再穿過(chun u)堿基對之間的氫鍵，而位于氫鍵之外靠近胞嘧啶堿基一側(cè)。Z-DNA軸心所處的方向正好與A-DNA相反；Z-DNA的結(jié)構(gòu)(jigu)特點(diǎn)第19頁/共38頁第二十頁，共38頁。第20頁/共38頁第二十一頁，共38頁。DNA的高級(goj)結(jié)構(gòu) DNA的高級結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA高級結(jié)構(gòu)的主要形式，可分為正超螺旋與負(fù)超螺旋兩大類，他們在特殊情況下可以相互轉(zhuǎn)變

9、，如：第21頁/共38頁第二十二頁，共38頁。DNA變性(binxng)的基本概念就是DNA從雙鏈變成單鏈的過程。第22頁/共38頁第二十三頁，共38頁。DNA變性(binxng)的重要性質(zhì)增色效應(yīng)：是指在DNA的變性(binxng)過程中，它在 260 nm的吸收值先是緩慢上升，到達(dá)某一溫度后即驟然上升的效應(yīng)（圖2-7）。第23頁/共38頁第二十四頁，共38頁。DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)(jigu)（1）DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)；（2） DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的形成；（3） DNA超螺旋的生物學(xué)意義；（4）拓?fù)?tu p)異構(gòu)酶的分類與作用第24頁/共38頁第二十五頁，共38頁。 在活體中，DNA的結(jié)構(gòu)不是

10、一成不變的。DNA的各種構(gòu)象(u xin)是互變的，是動態(tài)的。DNA的這種結(jié)構(gòu)變化對它的功能具有重要意義。而DNA超螺旋程度的改變介導(dǎo)了這種結(jié)構(gòu)變化。B-DNA是一種能熱力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，超螺旋的引入就提高了它的能量水平。負(fù)超螺旋的存在會影響DNA結(jié)構(gòu)變化的平衡，具超螺旋的DNA能實(shí)現(xiàn)松弛態(tài)DNA所不能實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。超螺旋的生物學(xué)意義(yy)第25頁/共38頁第二十六頁，共38頁。 含（TC）n和（AG）n這樣的同型嘧啶和同型嘌呤，并形成鏡像重復(fù)的序列（圖2-24）。在低pH條件下能形成分子內(nèi)的三鏈DNA，它是由雙鏈DNA拆開后產(chǎn)生的多聚嘧啶鏈回折并嵌入(qin r)剩下的雙鏈DN A的大溝中形成的（圖2-25）。三鏈DNA結(jié)構(gòu)(jigu)的形成第26頁/共38頁第二十七頁，共38頁。圖 2-25第27頁/共38頁第二十八頁，共38頁。第28頁/共38頁第二十九頁，共38頁。第29頁/共38頁第三十頁，共38頁。滲透(shntu)為負(fù)，壓力為正第30頁/共38頁第三十一頁，共38頁