第21章 基因的概念

第2章基因的概念ConceptoftheGene2.1.早期的基因概念2.2.經(jīng)典的基因概念2.3.基因概念的演變與發(fā)展2.4.

基因的分子結(jié)構(gòu)2.5.基因概念的多樣性2.1.早期的基因概念2.1.1.融合遺傳理論（Blendinginheritane）母本體液

父本體液

子代具有父，母雙親的性狀

+公元前5世紀(jì)Hippocrates公元前4世紀(jì)Aristotle認(rèn)為殘疾人的后代不一定是殘疾者

獲得的性狀是由環(huán)境影響(非遺傳物質(zhì)的改變)

新性狀一旦獲得,便能遺傳給后代2.1.2.獲得性遺傳理論(InheritanceofacquiredcharactersL.B.Lamarck.1809)

物種加強(qiáng)和完善對(duì)環(huán)境的適應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾路N2.1.3.泛生論假說（HypothesisofthePangenesis）

C.Darwin1866

Panger2.1.4.種質(zhì)論（TheoryofgermplasmA.Weismann1883.

）GermeplasmSomatoplasmRoot,Stem,Leaf……Somatoplasm→Germplasm→Germplasm

經(jīng)典遺傳學(xué)理論1865-192.1.5.遺傳因子假說

(HypothesisoftheinheritedfactorG.J.Mendel1865.)

生物性狀由遺傳因子控制

親代傳給子代的是遺傳因子(A,a….)

遺傳因子在體細(xì)胞內(nèi)成雙(AA,aa)

在生殖細(xì)胞內(nèi)為單（A,a）

雜合子后代體細(xì)胞內(nèi)具有成雙的遺傳因子(Aa)

等位的遺傳因子獨(dú)立分離非等位遺傳因子間自由組合地分配到配子中否定了HypothesisofthePangenesis奠定了Theoryofparticulateinheritance

提出了LawofsegregationLawofindependentassortment

缺乏細(xì)胞在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體行為的有力證據(jù)Mendel臨終前說：GregorMendel1822-1884

等著瞧吧，我的時(shí)代總有一天會(huì)來臨同時(shí)發(fā)現(xiàn)并證實(shí)

Mendel的兩大規(guī)律

1900．Hugodevires1848-1935荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)ErichvonTchermark1871-1962德國(guó)土賓根大學(xué)CarlCorrens1864-1933奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學(xué)

LawofsegregationLawofindependentassortment1910Thelawoflinkage

T.H.MorganWalterS.Sutton“TheChromosomeinHeredity”(1903)

二倍體生物減數(shù)分裂后每個(gè)配子僅接受成對(duì)染色體中的一個(gè)假定基因是染色體的一部分

第一次將遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)科學(xué)地結(jié)合起來為Mendel遺傳規(guī)律的解釋提供了細(xì)胞學(xué)證據(jù)2.2.經(jīng)典的基因概念

Theoryofthegene

基因是染色體上的實(shí)體

基因象鏈珠(bead)一樣，孤立地呈線狀地排列在染色體上

基因是(Threeinone)

；

功能(functionalunit)突變(mutationunit)

交換(cross-overunit)

“三位一體”的最小的不可分割的基本的遺傳單位(1926T.H.Morgan)1866.-1926.

經(jīng)典遺傳學(xué)理論2.3.

基因概念的演變與發(fā)展

2.3.1.基因的位置效應(yīng)

PositioneffectBareye

Positioneffect

Dosageeffect

DuplicationWildtype16A780個(gè)68個(gè)45個(gè)Ｘ－chromosomeSturtevant385個(gè)（W>wineuchromatin）（Wgenebesilencedinheterochromatin）WWww

WwRedeye

Wwwhiteeye

Positioneffect2.3.2.擬等位基因概念的提出

（pseudoalleles）

Multiplealleles

a1Aa2a3Aa1a2a1a1×a2a2

a1a2

(nowildtype)

But!W

w-

wa

redeye(w.t)w-wa×w-Y

Xw-

Y

Xw-

Xw-

Xw-

Xw-

Y

Xwa

Xw-

Xwa

XwaY

?1/1000W.Tredeyewhiteeye(mut)amygdaloideye(mut)

inDrosophila

緊密連鎖（交換率極低），功能相同（表型相似）

SingleSimplePropagationPopulationGeneticsdeveloping

PseudoAlleles

From1940’sMicrobeasgeneticresearchmaterialA1A2

a1a2

w.tMut.A1

a2

a1A2

順反子理論

Theoryofcistron

(S.Benzer1955)

對(duì)經(jīng)典的基因概念的

第一次重要修正與發(fā)展

Diplococcumpneumonice

DNAasgeneticmaterial

1948.retired,TheNobelcommitteehasbeencriticizedfornotrecognizingAvery’sachievementbeforehisdeath(1877-1955)1941.Beadle&TatumNurasporacrassaOnegene----oneenzyme

1944OswaldAvery(Canada)BachelorJacob&Monod1960Escherichiacoli

Lactoseoperon1955.

S.BenzerE.coliT4phage

Cistron理論基礎(chǔ)2.3.3.Theoryofcistron(S.Benzer1955)

Mut.T4rII:rII107,rII105,rII51,rII47……(400)

PhageE.coliBE.colik12PlaqueW.tT4Mut.T4rII白,小,邊緣模糊白,小,邊緣模糊大,園,邊緣清晰rII47

0

0

rII102

E.coliB

planeE.coliB

BlottingintoplaneE.coliK12

Recombinationassay

0

0

rII47

rII104

Threeinone!RIIregion

RII4710410110310510651102

Howmanygenes?！

0

0

rII47

rII106

0

0

rII106

rII51

Complementaryassay

planeE.coliK12

recombination?!functioncomplementaryrII47rII106rII106rII51difficultpropagationrecombinationWhy?How?相依為命！依據(jù)：Onegeneoneenzyme

Mutant

Wildtype

無能為力！

雜合二倍體內(nèi)，野生型基因?qū)ν蛔冃偷任换?可以發(fā)生功能的補(bǔ)償,產(chǎn)生功能互補(bǔ)效應(yīng)帶有不同突變位點(diǎn)的噬菌體同時(shí)感染一個(gè)E.coli，構(gòu)成雙突變雜合二倍體，組成互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)體系，以測(cè)定各突變位點(diǎn)所在基因的等位性

Ab1

Ab2

a1BAb2不同的非等位基因

同一等位基因

功能互補(bǔ)效應(yīng)的測(cè)驗(yàn)體系具有

不具有

突變位點(diǎn)處于a1BAb2Ab1

Ab2

rII4710410110310510651102

●●●●●●●●Agene

Bgene

rIIofT4phageincludingtwogenes順反子假說（Theoryofcistron）

Cistron

是基因的同義詞

在一個(gè)順反子內(nèi)，有若干個(gè)突變單位突變子(muton)

在一個(gè)順反子內(nèi)，有若干個(gè)交換單位交換子（recon）

基因是一個(gè)具有特定功能的，完整的，不可分割的最小的遺傳單位

基因內(nèi)可以較低頻率發(fā)生基因內(nèi)的重組，交換

pseudoalleles

是基因內(nèi)的突變體

mut1Xmut2

W.t

是基因內(nèi)發(fā)生交換的結(jié)果

cistron概念的提出是對(duì)經(jīng)典的基因概念的動(dòng)搖是對(duì)pseudoalleles概念的修正threeinoneoneinone

2.3.4.等位基因（Allele,Allomorph）概念的發(fā)展PseudoalleleDNA多型性檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展(RFLP,RAPD)

Allele

同一座位存在的兩個(gè)以上不同狀態(tài)的基因,其總和稱之為復(fù)等位基因（multiplealleles）（A,a1,a2..）

全同等位基因

(homoallele)

非全同等位基因

(heteroallele)

Allele

具有相對(duì)差異的DNA區(qū)域

TAAAGTAAT

TAAAGCAAT

site

Genelocus

Muta1Muta2×W.tAMuta1Muta2ATTCTGAGCTATTCGGAGCT

ATTCAGAGCT

ATTCGGAGCTATTCAGAGCT

(mut2)

ATTCAGAGCTATTCGGAGCT

(mut1)

全同等位基因在同一基因座位(locus)中，同一突變位點(diǎn)（site）向不同方向發(fā)生突變所形成的等位基因(homoallele)

非全同等位基因；在同一基因座位（locus）中，不同突變位點(diǎn)（site）發(fā)生突變所形成的等位基因。(heteroallele)

site

Genelocus

Muta1Muta2×siteW.tAMuta1Muta2ATTCGGAGCTATTCTGAGATATTCGGAGCTATTCGGAGAT

(mut)ATTCTGAGATATTCTGAGCT(W.t)

ATTCTGAGCT早期基因的概念經(jīng)典的基因概念基因概念的發(fā)展Lac.OperonLactose2.3.5.操縱子理論

(Lactoseoperon1961.Jacob,Monod)

IPOZYA

zya

某一基因功能的表現(xiàn)是若干基因組成的信息表達(dá)的整體行為onegene→onefunction(Ribozyme,Abzyme,rDNA,tDNA..)

onegene→oneenzymeonegene→onepeptide★transcritable,translatablegene(Z,Y,A)Transcritablebutnon-translatablegene(tDNA,rDNA)Non-transcritable,non-translatablegene(promoter,operator)2.3.6基因的類型★cisactionfactorAffectstheactivityonlyofDNAsequencesonitsownmolecularofDNA,thispropertyusuallyimpliesthatthefactordoesnotcodeforprotein通過核苷酸自身的特異二級(jí)結(jié)構(gòu)控制與它緊密連鎖的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，一般不編碼蛋白質(zhì)(無基因產(chǎn)物的DNA功能區(qū))

★transactionfactorAffectstheactivityofanygenelocatedongenomebyitstranslatedproduct.通過擴(kuò)散自身表達(dá)產(chǎn)物（酶，調(diào)節(jié)蛋白）控制其他基因的表達(dá)可轉(zhuǎn)錄，可翻譯調(diào)節(jié)蛋白的DNA功能區(qū)可通過互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)體系確定其功能區(qū)域Cis(Latin=here)Incis=OnthesameDNAmolecularTrans(Latin=across)Intrans=OnthedifferentDNAmolecular

?!

DNAisamaingeneticmaterial

Istheproteingeneticmaterial?復(fù)制?表面遺傳信息?

RNAisgeneticmaterialalsoTobaccoMosaicVirus(TMV)▲Hershey

lambdarphagecycle▲Watson&Crich

DNAdoublehelixRIIDNASIII▲1928Griffith1944AveryO.T2.3.7.DNA是主要的遺傳物質(zhì)是否存在核酸之外的其他遺傳物質(zhì)？羊癢疫(scripie)人類

kuru病牛海綿狀腦炎(瘋牛病)…高度純化的病體腦組織的感染性粒子可被蛋白酶K抑制不被核酸酶和輻射滅活不含大于100nt的核酸28kD的疏水性糖蛋白由核基因組基因

PrP（PrionProtein）編碼Prion(proteinaccousinfectionsparticle)

傳染性病原蛋白顆粒引起的風(fēng)波Prion

復(fù)制?轉(zhuǎn)錄?翻譯?

統(tǒng)稱Prion(元病毒)

傳染性病原蛋白顆粒Prion(proteinaccousinfectionsparticle)DNA作為遺傳物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)(自然選擇的優(yōu)勢(shì))★

儲(chǔ)存遺傳信息量大1kbDNA序列41000

種遺傳信息★核糖的2’–OH

脫氧在水溶液中的穩(wěn)定性高于RNA★可以突變方便修復(fù)以求不斷進(jìn)化以求穩(wěn)定遺傳★A/T,C/G互補(bǔ)雙螺旋結(jié)構(gòu)復(fù)制,轉(zhuǎn)錄遺傳穩(wěn)定大基因組生物

DNA中如有U

潛在的遺傳危險(xiǎn)

?Ung

CU

突變

T

★DNA中有T無UDNA擴(kuò)增進(jìn)化★DNA中有T無U是進(jìn)化的結(jié)果無法區(qū)分兩類UUU-G配對(duì),U-A配對(duì)CU突變2.4.基因的分子結(jié)構(gòu)

NucleicAcid(NA)

Polynucleotidechain(polyNt)Nucleotide(Nt)basicunitMono-phosphate(Mp)Nucleoside(Ns)Deoxy-ribose(Ribose)BasePurin(pu)Pyrimidine(py)Aderine(A)Thymine(T)Guanine(G)Uracil(U)

Cytosine(C)

2.4.1.基因是DNA分子的片段

l

DNA

與RNA的區(qū)別RNA

2’

單磷酸核苷酸

3’

單磷酸核苷酸

2’,3’

環(huán)式單核苷酸

RNase

pH11.5

l

Ribosel

Basel

D.S.&S.S.l

Numbers&lengthl

Stability

pOHOOHOOHpOppOHOHRNA

RNase

pH11.5

O2’,3’

環(huán)式單核苷酸

Op3’

單磷酸核苷酸

pOOH2’

單磷酸核苷酸

pOOHNucleotide(Nt)basicunit2.4.2.DNA

雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

(DNADoubleHelixModel)

1938.W.T.Astbury1950.Chargaff

A+G/T+C=1A+T=G+C1952.

AlexanderTodd

Nt~~Nt~~Nt~~Nt~~Nt

X~rayphotographofDNA

RichATform&richGCform

3’,5’phosphodiesterbond

X~rayphotographofDNAwithhighquality

1952.King’sLab.UKM.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

1953.Watson&Crick

RighthandedB-formDNADoublehelixModel

G-Cpair,heldtogetherbythreehydrogenbondsA-Tpair,heldtogetherbytwohydrogenbondsl

堿基頂部基團(tuán)裸露在DNA

大溝內(nèi)

l

蛋白質(zhì)因子與DNA的特異結(jié)合依賴于

氨基酸與DNA間的氫鍵的形成l

蛋白質(zhì)因子沿大溝與DNA形成專一性結(jié)合的機(jī)率與多樣性高于沿小溝的結(jié)合l

大溝的空間更有利于與蛋白質(zhì)的結(jié)合

DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RighthandedB-formDNADoublehelixModel

每一單鏈具有5‘3’極性兩條單鏈間以氫鍵連接兩條單鏈，極性相反，反向平行以中心為軸，向右盤旋(B-form)

雙螺旋中存在

大溝(2.2nm)

小溝(1.2nm)2.4.3.

影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

堿基堆積的棒狀實(shí)體

l

氫鍵(Hydrogenbond4~6kc/mol)

消除DNA單鏈上磷酸基團(tuán)間的靜電斥力

弱鍵,可加熱解鏈氫鍵堆積,有序排列(線性,方向)

l

磷酸酯鍵(phosphoesterbond80~90kc/mol)l

0.2mol/LNa+

生理鹽條件

強(qiáng)鍵,需酶促解鏈l

堿基堆積力(非特異性結(jié)合力)3.4A°

(1kc/mol—0.6kc/mol)×n

(熱運(yùn)動(dòng)消耗)

☆

磷酸骨架,氨基,酮基周圍水分子間的有序排列

☆

Vandewaalsforce

(1.7A°/嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)作用半徑)(0.34nm/堿基對(duì)間距)☆疏水作用力(Hydrophobicinteraction)

不溶于水的非極性分子在水中相互聯(lián)合,成串結(jié)合的趨勢(shì)力即為熵Entrophy（ΔS）成為堿基間的部分堆積力

l

磷酸基團(tuán)間的靜電斥力

l

堿基內(nèi)能增加,使氫鍵因堿基排列有序狀態(tài)的破壞而減弱

DNA分子中非極性的嘌呤、嘧啶環(huán)（-NH2等），使有序的以氫鍵連接的水分子層繞，熵值降低。DNA分子中非極性堿基的聚集，使有序的水分子層繞減低到最低的限度，減少熵值的降低。2.4.4.DNA分子變性(DNAdenaturation)

●

D.S.DNAS.S.DNA

(加溫,極端pH,尿素,酰胺)

變性過程的表現(xiàn)☆S.S.DNA粘度降低D.SDNAS.SDNA粘度降低？溶液粘度取決于分子流動(dòng)過程中的內(nèi)摩擦和阻力高分子溶液>

普通溶液線狀分子>

不規(guī)則線團(tuán)>

球形分子D.S.DNA鋼性較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)較為舒展的DoublehelixS.S.DNA沒有氫鍵的支撐由螺旋結(jié)構(gòu)向折疊和線團(tuán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變D.SDNAS.SDNA粘度降低變性過程的表現(xiàn)☆S.S.DNA

沉降速度加快☆

S.S.DNA分子的A260nmUV

值上升

(Hyperchromicity)

1.1851.01.37OD℃Concentration50μg/mlOpeticalDensity

D.SDNAA260=1S.SDNAA260=1.37dNTPsA260=1.60

=OD增加值的中點(diǎn)溫度(一般為85-95℃)

Tm

(meltingtemperature)

=midpointofthetemperaturerangeoverwhichDNAisdenatured

Marmur-Dotyformula

EvaluationGC%ofDNA

Tm=69.3+0.41×GC%

1xSSCGC%=30-70%(0.15MNacl+0.015MSodiumLimonate)Tm1

＜

Tm2℃1.01.1851.37ODwhatismeaning?l

增色效應(yīng)的跳躍現(xiàn)象(JumpofHyperchromicity)高分子量的DNA分子在熱變性過程中,富含AT區(qū)域首先發(fā)生變性,然后逐步擴(kuò)展,表現(xiàn)增色效應(yīng)的跳躍現(xiàn)象,使變形過程加快.richAT

richAT

●影響Tm值的因素

☆在A,T,C,G隨機(jī)分布的情況下☆GC%含量相同的情況下GC%愈高→Tm值愈大GC%愈低→Tm值愈小

AT形成變性核心，變性加快，Tm值小堿基排列對(duì)Tm值具有明顯影響（除變性核心外）（堿基堆積力的差異）

☆大片段D.S.DNA分子之間比較片段長(zhǎng)短對(duì)Tm值的影響較小,與組成和排列相關(guān)☆小于100bp的D.SDNA分子比較片段愈短，變性愈快，Tm值愈小☆變性液中含有尿素，酰胺等尿素，酰胺與堿基間形成氫鍵改變堿基對(duì)間的氫鍵

Tm值可降至40℃左右

☆鹽濃度的影響

單鏈DNA主鏈的磷酸基團(tuán)負(fù)電荷的靜電斥力兩條單鏈DNA的分離Na+在磷酸基團(tuán)周圍形成的電子云對(duì)靜電斥力產(chǎn)生屏蔽作用減弱靜電斥力Tm↑當(dāng)Na+濃度低屏蔽作用小斥力加強(qiáng)Tm↓靜電斥力

熵值（△S）TmODA260

0.01M0.1M1.0MNa+當(dāng)Na+濃度高

屏蔽作用大斥力減弱熵值(△S)上升堿基溶解性降低疏水作用力增加

pH~12

酮基→烯醇基pH~2-3NH2→NH2+(質(zhì)子化)

改變氫鍵的形成與結(jié)合力☆極端pH條件的影響一切減弱氫鍵，堿基堆積力的因素均將使Tm值降低2.4.5.DNA分子的復(fù)性

(annealorrenaturation)

D.SDNAS.SDNADenaturation▲▼Renaturation

復(fù)性過程依賴于單鏈分子間的隨機(jī)碰撞

(DependsonthecollisionofcomplementaryS.S.DNA)

影響DNA復(fù)性過程的因素：

陽離子濃度0.18~0.2MNa+

可消除polydNt間的靜電斥力

復(fù)性反應(yīng)的溫度Tm-25℃(60-65℃)

以消除S.S.DNA分子內(nèi)的部分二級(jí)結(jié)構(gòu)S.S.DNA分子的長(zhǎng)度S.S.DNA愈長(zhǎng)S.S.DNA愈短→分子擴(kuò)散愈慢→復(fù)性愈慢→分子擴(kuò)散愈快→復(fù)性愈快

影響DNA復(fù)性過程的因素：

DNA分子中,dNt的排列狀況

(隨機(jī)排列,重復(fù)排列)

S.S,DNA的初始濃度C03’-ATCTATGCTGTCAT-5’5‘-TAGATACGACAGTA-3’5‘-TAGATACGACAGTA-3’3’-ATCTATGCTGTCAT-5’3’-ATATATATATAT-5’5‘-TATATATATATA-3’3’-ATATATATATAT-5’5‘-TATATATATATA-3’5‘-TATATATATATA-3’3’-ATATATATATAT-5’3’-ATATATATATAT-5’5‘-TATATATATATA-3’復(fù)性動(dòng)力學(xué)的研究方法

Hydroxyapatitecolumn

羥基磷灰石柱LowCofPHighCofPabsorbD.S.DNAreleaseD.S.DNA復(fù)性發(fā)生的過程的討論遵循second–orderkineticsformula

（二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）dCt/dt=-KCt2

反應(yīng)初始t=0

兩條部分同源(小于20dNt)的S.S.DNA,在復(fù)性過程中形成的部分雙鏈區(qū)是不穩(wěn)定的

單鏈DNA的隨機(jī)碰撞過程（randomlycollision

）單鏈DNA濃度=C0反應(yīng)達(dá)t時(shí)單鏈DNA濃度=CtdCt/dt=-KCt2積分Ct/C0=1/1+KC0t當(dāng)Ct/C0=1/2

時(shí)Ct/C0=1/2=1/1+KC0t(1/2)K=1/Cot(1/2)Cot(1/2)=1/K(mol.Sec/L)任一DNA分子達(dá)到Ct/C0=?的速率是定值在控制反應(yīng)條件相同的前提下,兩種DNA分子的C0t(1/2)值,

取決于dNt的排列復(fù)雜性

(復(fù)性動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性,Kineticcomplexity,K.C)AAAAAAAAK.C.=1C0t(1/2)=2×10-6ATCGATCGATCGK.C.=4C0t(1/2)=8×10-6

K.C.=5×105C0t(1/2)=1Ct/C0

0101C0t(1/2)C0t(1/2)

FractionreassociatedDNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素DNA分子變性DNA分子的復(fù)性2.4.6.

核酸分子的空間結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)：

DNA分子的核苷酸組成與排列（sequence）1977F.Sangerφχ174的全序列分析二級(jí)結(jié)構(gòu)：

D.S.DNADoubleHelixmodelA,B,Z….,Linear,circle…T.S.DNA(TriplexStrands)Tet.SDNA(TetraplexStrands)superhelixDNA(Negative,Positive)三級(jí)結(jié)構(gòu)：（高級(jí)結(jié)構(gòu)）●二級(jí)結(jié)構(gòu)的形態(tài)LinearDNA.LOpenCircleDNA

OCrelexedformSupercoiledcircle(高級(jí)結(jié)構(gòu))CovalentClosedCircle

CCCD.S.L1.00D.S.OC1.14S.S.L1.30D.S.CCC1.41Collapsed3.00SvedbergUnit(S)polymerOCLCCC核酸分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)(分別出現(xiàn)在DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄，重組等階段)InvertedrepeatReplicationReplication核酸分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)分別出現(xiàn)在DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄，重組等階段(knot)2.4.7.左旋雙螺旋DNAZ-DNA

(Left-HandedDoubleHelix)

1953.

Watson,Crick&Wilkins●

技術(shù)條件本身的局限（分辨度）●研究的精確性（原子間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)?）●不能人工合成寡聚核苷酸片段（oligo-dntfragment)●僅獲得了DNAfibergraphicofX-ray

(G/C)6

1979.AlecxanderRich(MIT)l

人工合成6bp(G/C)6核苷酸片段l

獲得寡聚核苷酸的crystalgraphicofx-rayl

圖象的分辨度達(dá)到0.9埃(0.09nm)l

研究了原子間的BondangleDistanceRingpuckerLeft-handeddoublehelix任何>6bppy-pu交替排列序列的DNA片段均可形成Z-DNA,

但難易程度不同

DNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

Z-DNAZ-DNAA-DNAB-DNADNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

FormBZAHelixDirectionRightLeftRightBp/circle101210.7Distance/bp~0.34nm~0.38nm~0.25nmDistance/helix

3.4nm4.46nm2.8nmDiameter/helix2.0nm1.8nm1.9nmSequence

AnyPolyG-CAnyPolyC-APolyT-GPolyT-A

Condition

Normal4MNa+

DNA-NaCryticD.SRNADNA/RNA

C2,C3/PuC2-endoC3-endo

Groove

MinorN7,C8outerMinorMajorMajorMinordeeper

deeperConformation

A,G-antiA,G-synA,G-anti(dGMP,dAMP)C,T-antiT,C-antiT,C-anti

Form

BZAAntigen

NoYesYes(checkRNAvirus)

DNA的分子構(gòu)型(B,Z)比較

dGMPinB-DNAdGMPinZ-DNAAntisynN7C8N7C8axisgrooveooDNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

SynAntiB-DNAB-DNAB-DNAZ-DNAZ-DNAB-DNAB-DNAB-DNAB-DNAZ-DNACpGGpCDNA分子構(gòu)型的比較synantisynanti堿基堆積狀況改變0.2MNaclBr.poly(dG-dC)

1.5MNacl

Br.poly(dG-dC)

4.0MNacl

Br.poly(dG-dC)

poly(dG-dm5C)Antibody(nM)

%BoundZ-DNA的檢測(cè)poly(dG-dm5C)poly(dG-dC)0.2MNaclZ-DNA(Br8G)趨于穩(wěn)定

rabbit

AntibodyofZ-DNA

B-DNA

Z-DNA

Z-DNA(Br8G)

4MNacl

Br+

Z-DNA的檢測(cè)羊抗兔二級(jí)抗體goatAntibodyofZ-DNA

偶聯(lián)熒光標(biāo)記

免疫反應(yīng)

果蠅唾液腺染色體

細(xì)胞學(xué)制片

Z-DNAinDrosophilachromosomeprovedbyanti-Zantibody

ImmunologicalslidCytologicalslid影響Z-DNA穩(wěn)定的因素(invivo)

1,m5C(G--C)n排列不是Z-DNA形成的必要條件2,Z-DNA中G的C2-NH2在大溝內(nèi)與H2O--H2O形成氫鍵連接

3,Z-DNA中G的N7,C8外露,易與特異蛋白(或Br)結(jié)合HistonH1穩(wěn)定B-DNAH2A,H2B,H3,H4穩(wěn)定Z-DNA4,B-DNA負(fù)向超螺旋應(yīng)力Z-DNAm5C---GATm5C---G

Gm5CTA---Gm5C

可能的功能

基因表達(dá)調(diào)控

Z-DNA

(小溝,信息少)

基因關(guān)閉

B-DNA

(大溝,信息多)

基因表達(dá)

2.4.8.三股螺旋DNA

(TribleHelixDNA,T.SDNA)

※T.SDNA的發(fā)現(xiàn)與證實(shí)

l

1953年以前Pauling(Chemist)

提出T.SDNA存在的可能性

l

1953年Watson&CrickD.SDNAmodel

證明沿大溝存在多余的氫鍵給體與受體潛在的專一與DNA(蛋白質(zhì))

結(jié)合的能力形成T.SDNA可能性

l

1957年Davis,Felsenfeld,Rich

發(fā)現(xiàn)poly(U)+poly(U)+poly(A)T.SRNA

T.SDNA的概念l

1966年Miller&Sobell

實(shí)現(xiàn)RNA+D.SDNATriblepolyNt

asRepressor

關(guān)閉基因

但由于D.SDNA的提出而被忽視但因證明LacI產(chǎn)物為Repressor而被忽視

●

1975年P(guān)erlgut

人工合成T.SDNA并證明其

Tm值,沉降系數(shù)(S)

l

1987年Mirkin.S.M

Nature330(495)

證明plasmidDNA在pH=4.3的溶液中,

有T.SDNA的存在

●1987年Dervan.Moser

Science238(645)

合成S.SDNA+D.SDNA→T.SDNA

實(shí)現(xiàn)DNA的定點(diǎn)切割研究X-rayphotograph

核磁共振→結(jié)構(gòu)功能

繼Davis（1957）后30年第一次證明T.SDNA在生物體內(nèi)的存在

※T.S.DNA的類型

PolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAA●D.S.DNA+D.S.DNAT.S.DNA+S.S.DNA

●

HomologouspalindromicsequenceinaD.S.DNA(mirrorimagestructure)-------TTCCCTCTTTCCC------CCCTTTCTCCCTT-------------AAGGGAGAAAGGG---GGGAAAGAGGGAA----