分子遺傳學(xué)紙板詳解演示文稿

分子遺傳學(xué)紙板詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有79頁\編輯于星期五優(yōu)選分子遺傳學(xué)紙板現(xiàn)在是2頁\一共有79頁\編輯于星期五1889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(shí)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(shí)核酸由不同的堿基組成。其最簡(jiǎn)單的單體結(jié)構(gòu)是堿基-核糖-磷酸構(gòu)成的核苷酸?？瀑悹枺?853-1927）

列文(1869-1940)

現(xiàn)在是3頁\一共有79頁\編輯于星期五核酸是遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)必須具備哪些特點(diǎn)？1)在體細(xì)胞中含量穩(wěn)定；2)在生殖細(xì)胞中含量減半；3)能攜帶遺傳信息；4)能精確地自我復(fù)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?，F(xiàn)在是4頁\一共有79頁\編輯于星期五遺傳物質(zhì)的主要載體-染色體。

（通過對(duì)細(xì)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(rèn)為染色體在遺傳上起著主要作用。）2.DNA是主要的遺傳物質(zhì)-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(zhì)的證據(jù)。

如果DNA確是遺傳物質(zhì),那么能不能把DNA和蛋白質(zhì)分開，單獨(dú)觀察DNA的作用呢？這些實(shí)驗(yàn)已在微生物中做了,證明遺傳物質(zhì)確是DNA（或RNA）。

證據(jù)：現(xiàn)在是5頁\一共有79頁\編輯于星期五6FrederickGriffith格里菲斯(1879-1941)

利用肺炎雙球菌感染小鼠的一系列生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了一種可以在細(xì)菌之間轉(zhuǎn)移的遺傳分子，即轉(zhuǎn)化因子格里菲斯實(shí)驗(yàn)

1928年FrederickGriffith

轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在是6頁\一共有79頁\編輯于星期五7

1944年Avery等人通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)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現(xiàn)在是7頁\一共有79頁\編輯于星期五人們?nèi)圆幌嘈臘NA是遺傳物質(zhì),

這是由于：（1）因認(rèn)為蛋白分子量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，二十種氨基酸的排列組合將是個(gè)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(rèn)為不同種的有機(jī)體的核酸只有微小的差異。（2）認(rèn)為轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中DNA并未能提得很純，還附有其它物質(zhì)。（3）即使轉(zhuǎn)化因子確實(shí)是DNA，但也可能DNA只是對(duì)莢膜形成起著直接的化學(xué)效應(yīng)，而不是充當(dāng)遺傳信息的載體?，F(xiàn)在是8頁\一共有79頁\編輯于星期五1952年，Hershey和Chase

完成噬菌體感染實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在是9頁\一共有79頁\編輯于星期五10RNA也是遺傳物質(zhì)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(zhì)是RNA1957年美國(guó)的弗倫克爾-康拉特(Fraenkel-Conrat)和B.Singre用病毒重建實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一結(jié)論HeinzLudwigFraenkel-ConratAlfredGierer現(xiàn)在是10頁\一共有79頁\編輯于星期五11

煙草花葉病毒是一種RNA病毒，不含DNA，它有一個(gè)圓筒狀的蛋白質(zhì)外殼，由2130個(gè)相同的亞基組成，內(nèi)有一條RNA分子，沿著內(nèi)壁在蛋白質(zhì)亞基之間盤旋

現(xiàn)在是11頁\一共有79頁\編輯于星期五1889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(shí)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(shí)核酸由不同的堿基組成。其最簡(jiǎn)單的單體結(jié)構(gòu)是堿基-核糖-磷酸構(gòu)成的核苷酸?？瀑悹枺?853-1927）

列文(1869-1940)

二、DNA和RNA的化學(xué)組成現(xiàn)在是12頁\一共有79頁\編輯于星期五1929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(xué)者分別發(fā)現(xiàn)不同的生物體細(xì)胞中DNA的含量都是其配子中的兩倍。

1950[英]Chargaff對(duì)各種生物DNA的堿基組成進(jìn)行了定律測(cè)定，發(fā)現(xiàn)DNA的“當(dāng)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(bǔ)的可能性。

現(xiàn)在是13頁\一共有79頁\編輯于星期五14核酸的分類及分布

存在于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)。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(xì)胞和個(gè)體的遺傳型(genotype)。參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。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?，F(xiàn)在是14頁\一共有79頁\編輯于星期五15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%?，F(xiàn)在是15頁\一共有79頁\編輯于星期五16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）堿基現(xiàn)在是16頁\一共有79頁\編輯于星期五17嘧啶嘌呤現(xiàn)在是17頁\一共有79頁\編輯于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。18生物體內(nèi)游離存在的嘌呤堿基稀有堿基現(xiàn)在是18頁\一共有79頁\編輯于星期五

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

19現(xiàn)在是19頁\一共有79頁\編輯于星期五20

一些合成的嘌呤和嘧啶具有臨床應(yīng)用價(jià)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(yīng)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。次黃嘌呤現(xiàn)在是20頁\一共有79頁\編輯于星期五21（二）戊糖（構(gòu)成RNA）核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)'''''''''β-D-呋喃核糖β-D-2-脫氧呋喃核糖現(xiàn)在是21頁\一共有79頁\編輯于星期五22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、脫氧胞苷現(xiàn)在是22頁\一共有79頁\編輯于星期五23（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?，F(xiàn)在是23頁\一共有79頁\編輯于星期五24一個(gè)核苷酸3的羥基與另一個(gè)核苷酸5的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)

多個(gè)脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)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-磷酸二酯鍵連接現(xiàn)在是24頁\一共有79頁\編輯于星期五25交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5→3現(xiàn)在是25頁\一共有79頁\編輯于星期五26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(jié)構(gòu)單鏈，部分堿基互補(bǔ)，局部雙螺旋，三葉草形等雙鏈，堿基互補(bǔ)，雙螺旋形分布細(xì)胞核（核仁），細(xì)胞質(zhì)（線粒體、核蛋白體、胞液）細(xì)胞核（染色質(zhì)），細(xì)胞質(zhì)（線粒體）生物功能主要參與遺傳信息的傳遞和表達(dá)過程，在蛋白質(zhì)的生物合成中起重要作用是基因遺傳與表達(dá)的載體，是生物的主要遺傳物質(zhì)現(xiàn)在是26頁\一共有79頁\編輯于星期五27DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)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(jí)結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)現(xiàn)在是27頁\一共有79頁\編輯于星期五28化學(xué)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。核酸的表示方式現(xiàn)在是28頁\一共有79頁\編輯于星期五29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?nèi)f化的精確排列順序中?；虻倪z傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)就是4種堿基的精確排列順序?？梢酝ㄟ^測(cè)定DNA序列來研究DNA所載的信息及其功能。DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的意義：現(xiàn)在是29頁\一共有79頁\編輯于星期五30

根據(jù)堿基配對(duì)原則，當(dāng)一條多核苷酸鏈的序列被確定后，即可決定另一條互補(bǔ)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(duì)示意圖現(xiàn)在是30頁\一共有79頁\編輯于星期五（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(gè)方面的影響：（1）1938年W.T.Astbury&Bell用x衍射技術(shù)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(jié)構(gòu)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(zhǎng)軸垂直，間距為3.4nm。（2）1951年P(guān)auling和Corey運(yùn)用化學(xué)的定律來推理，而不做具體的實(shí)驗(yàn)，建立了蛋白質(zhì)的α-螺旋模型。（3）晶體學(xué)者[美]J.Donohue

&Chargaff

的指點(diǎn)糾正起初的同類堿基配對(duì)的錯(cuò)誤構(gòu)想，而提出互補(bǔ)配對(duì)的正確構(gòu)型。（4）R.Franklin&Wilkins在1952年底拍得了DNA結(jié)晶X衍射照片。二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是31頁\一共有79頁\編輯于星期五（二）雙螺旋模型(doublehelixmodel)雙螺旋模型有以下特點(diǎn)：（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(gè)螺旋有10個(gè)堿基對(duì)。(4)糖一磷酸鏈?zhǔn)窃陔p螺旋的外側(cè)，堿基對(duì)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(duì)時(shí)，必須一個(gè)是嘌呤，另一個(gè)是嘧啶。(7)DNA雙螺旋有大溝(majororwidegroove)和小溝(minorornarrowgroove)的存在?，F(xiàn)在是32頁\一共有79頁\編輯于星期五模型中的堿基配對(duì)有何重要性？（要求）A-T,G-C配對(duì)可形成很好的線性氫鍵；A-T對(duì)和G-C對(duì)的幾何形狀一樣，使雙鏈中兩側(cè)脫氧核糖之間的距離相近，使雙螺旋保持均一；堿基對(duì)處在同一平面內(nèi)垂直于對(duì)稱軸，沿對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)180o仍保持原對(duì)稱性，不論核苷酸的順序如何，都不影響雙螺旋的結(jié)構(gòu)，其外形都是光滑均勻的圓柱體；模型中堿基對(duì)處于同一平面，但實(shí)際其存在一個(gè)小角度的扭轉(zhuǎn)，稱螺旋槳式扭轉(zhuǎn)，使相鄰堿基間的重疊面積大，增加了堿基間的堆集力，增強(qiáng)了雙螺旋的穩(wěn)定性；為DNA半保留復(fù)制奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在是33頁\一共有79頁\編輯于星期五34（三）DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素（要求）DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素(1)堿基對(duì)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(fù)電荷斥力；

(3)核苷酸的磷酸基團(tuán)上都帶有負(fù)電荷現(xiàn)在是34頁\一共有79頁\編輯于星期五1.兩條DNA鏈之間堿基對(duì)形成的氫鍵（hydrogenbond）：使四種堿基形成特異配對(duì)關(guān)系，G-C間可形成3對(duì)氫鍵，A-T之間有兩對(duì)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(jié)構(gòu)內(nèi)部堿基層層堆積，形成了一個(gè)強(qiáng)大的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水分子對(duì)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(zhì)中的陽離子（如Na+、K+和Mg2+）可與磷酸基團(tuán)上的負(fù)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?，F(xiàn)在是35頁\一共有79頁\編輯于星期五36DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素與Tm值(1)堿基對(duì)之間的氫鍵堿基對(duì)數(shù)越多雙鏈越穩(wěn)定（Tm越大），在設(shè)計(jì)PCR引物時(shí)，最少16nt，最好為20-24nt(2)堿基堆集力堿基間相互作用強(qiáng)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(tuán)上都帶有負(fù)電荷與介質(zhì)中鹽離子結(jié)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增加現(xiàn)在是36頁\一共有79頁\編輯于星期五

Watson和Crick所描述的雙螺旋結(jié)構(gòu)是B型DNA，是在生理?xiàng)l件下（低濃度鹽溶液中）的構(gòu)型，其僅僅是眾多DNA雙螺旋構(gòu)象中的一種。在外界條件的改變下，雙螺旋的構(gòu)象也會(huì)改變。三、雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)象變異現(xiàn)在是37頁\一共有79頁\編輯于星期五（一）DNA構(gòu)象的類型DNA的構(gòu)象現(xiàn)已知有：A，B，C，D，E，T，Z

7種。

引起DNA雙鏈構(gòu)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(duì)濕度?，F(xiàn)在是38頁\一共有79頁\編輯于星期五目前已知DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)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

現(xiàn)在是39頁\一共有79頁\編輯于星期五40A，B，Z型DNA構(gòu)象的比較B型結(jié)構(gòu)：右手雙股螺旋；堿基在內(nèi)，戊糖在外，堿基平面垂直于螺旋軸；螺旋軸穿過堿基對(duì)；雙螺旋每轉(zhuǎn)一周為10個(gè)堿基對(duì)；大溝寬而深，小溝窄而淺。A型結(jié)構(gòu)：右手雙股螺旋，每圈11個(gè)堿基對(duì)；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(jié)構(gòu)：左手螺旋，每圈12個(gè)堿基對(duì)；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?，F(xiàn)在是40頁\一共有79頁\編輯于星期五現(xiàn)在是41頁\一共有79頁\編輯于星期五421.右手螺旋B-DNA:相對(duì)濕度92%，鈉鹽—細(xì)胞內(nèi)主要的存在形式A-DNA:相對(duì)濕度75%，鈉鹽—轉(zhuǎn)錄時(shí)DNA-RNA

雜交C-DNA:相對(duì)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(diào)控區(qū)域，可能與基因的表達(dá)調(diào)控有關(guān)。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性現(xiàn)在是42頁\一共有79頁\編輯于星期五431972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(duì)d(CGCGCG)單晶作X衍射分析提出Z－DNA模型（二）Z型DNA構(gòu)象1.Z-DNA的發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)在是43頁\一共有79頁\編輯于星期五（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(gè)螺旋有12bp。2.Z-DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(要求)現(xiàn)在是44頁\一共有79頁\編輯于星期五3.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(rèn)為在適當(dāng)?shù)碾x子存在條件下，任何不少于6個(gè)bp的嘌呤-嘧啶交替排列序列都能形成Z-DNA(3)在活細(xì)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(chǎn)生Z型。(4)在體內(nèi)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(jié)合，減少負(fù)電荷的靜電排斥作用，使B-DNA轉(zhuǎn)變成Z-DNA。(5)某些蛋白質(zhì)如Z-DNA結(jié)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(xì)胞中形成Z-DNA的原因之一。(6)負(fù)超螺旋的存在現(xiàn)在是45頁\一共有79頁\編輯于星期五4.Z-DNA的生物學(xué)意義（要求）(1)可能提供某些調(diào)節(jié)蛋白的識(shí)別位點(diǎn)。嚙齒類動(dòng)物病毒的復(fù)制起始部位有d（GC）有交替順序的存在。(2)在SV40的增強(qiáng)子中有三段8bp的Z-DNA存在。(3)原生動(dòng)物纖毛蟲，它有大、小兩個(gè)核，大核有轉(zhuǎn)錄活性，小核和繁殖有關(guān)。Z-DNA抗體以螢光標(biāo)記后，顯示僅和大核DNA結(jié)合，而不和小核的DNA結(jié)合，說明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和轉(zhuǎn)錄有關(guān)?，F(xiàn)在是46頁\一共有79頁\編輯于星期五471957年G.Felsenfeld等發(fā)現(xiàn)在基因的調(diào)控區(qū)或染色質(zhì)的重組部位有DNA的三螺旋結(jié)構(gòu)（三）其它DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)1.三鏈DNA現(xiàn)在是47頁\一共有79頁\編輯于星期五48三鏈DNA（triple-strandedDNA）

是DNA的一種特殊結(jié)構(gòu)，由第三條寡核苷酸鏈通過Hoogsteen堿基配對(duì)和雙螺旋中的一條鏈以特殊的氫鍵相連，形成三螺旋結(jié)構(gòu)，又稱三鏈體DNA（triplexDNA）。Hoogsteen堿基配對(duì)：1963年K.Hoogsteen發(fā)現(xiàn)三鏈DNA中的堿基能以不同于Watson-Crick配對(duì)的構(gòu)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(duì)要求C的N-1是質(zhì)子化的，G的6-O和N-7分別與C的4-NH2和質(zhì)子化的N-1形成氫鍵。應(yīng)用：三螺旋DNA的形成可能伴隨于DNA轉(zhuǎn)錄、復(fù)制和重組等過程。如在E.coli重組酶RecA作用中產(chǎn)生三鏈中間體，又稱R-DNA?，F(xiàn)在是48頁\一共有79頁\編輯于星期五現(xiàn)在是49頁\一共有79頁\編輯于星期五50生物學(xué)功能：可能參與端粒DNA的復(fù)制（三）其它DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)2.四鏈體DNA

是富含G序列的四鏈DNA所形成的一種結(jié)構(gòu)。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(dòng)物端粒序列末端的一段150-200nt的單鏈富含G重復(fù)序列的晶體，發(fā)現(xiàn)其可形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)，特別是在具有Na+和K+存在的情況下?，F(xiàn)在是50頁\一共有79頁\編輯于星期五現(xiàn)在是51頁\一共有79頁\編輯于星期五

所謂DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)，是指在一二結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的多聚核苷酸鏈上的卷曲。在一定意義上，DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞則形成其三級(jí)結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)包括鏈的扭結(jié)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(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。

四、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)

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(shí)，意外發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)兩條帶，他認(rèn)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。

現(xiàn)在是52頁\一共有79頁\編輯于星期五

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53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(jià)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(jié)構(gòu)(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?。?duì)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(zhì)相結(jié)合，兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)之間的DNA形成一個(gè)突環(huán)(loop)結(jié)構(gòu)，類似于CCC分子，同樣具有超螺旋形式?，F(xiàn)在是53頁\一共有79頁\編輯于星期五

原核生物DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)：絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進(jìn)一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋三級(jí)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在是54頁\一共有79頁\編輯于星期五

超螺旋結(jié)構(gòu)的類型松馳型DNA（relaxformDNA）超螺旋（Supercoiled

DNA）超螺旋結(jié)構(gòu)：正超螺旋—擰緊狀態(tài)負(fù)超螺旋—擰松狀態(tài)（天然DNA主要以負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)存在，以利于基因的表達(dá)）

負(fù)超螺旋（NegativeSupercoiled）：是指順時(shí)針右手螺旋的DNA雙螺旋以相反方向繞它的軸扭轉(zhuǎn)而成，通過這種方式，調(diào)節(jié)了DNA雙螺旋本身的結(jié)構(gòu)，松解了扭曲壓力，使每個(gè)堿基對(duì)的旋轉(zhuǎn)減少，甚至可打亂堿基配對(duì)?，F(xiàn)在是55頁\一共有79頁\編輯于星期五

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56松馳結(jié)構(gòu)正超螺旋負(fù)超螺旋現(xiàn)在是56頁\一共有79頁\編輯于星期五57

向左捻向右捻松弛型正超螺旋負(fù)超螺旋現(xiàn)在是57頁\一共有79頁\編輯于星期五

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58超螺旋概念的基本要點(diǎn)是：（１）初級(jí)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(diǎn)實(shí)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(fù)超螺旋，它與許多生命過程密切相關(guān)。在溶液中和細(xì)胞內(nèi)負(fù)超螺旋會(huì)部分地轉(zhuǎn)變?yōu)閱捂溑轄罱Y(jié)構(gòu)(下圖)，這種單鏈泡狀結(jié)構(gòu)也是解除松纏作用造成的脅變的一種途徑?，F(xiàn)在是58頁\一共有79頁\編輯于星期五

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59單鏈泡狀結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是59頁\一共有79頁\編輯于星期五

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60DNA超螺旋的產(chǎn)生機(jī)制

在原核生物中，負(fù)超螺旋主要由DNA旋轉(zhuǎn)酶(DNAgyrase)引入到已存在的雙鏈封閉環(huán)狀分子中，此酶沿拓?fù)洚悩?gòu)復(fù)制叉進(jìn)行移動(dòng)，靠解旋酶切斷配對(duì)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(shí)，DNA旋轉(zhuǎn)酶也可使負(fù)超螺旋松弛，但是這個(gè)作用與超螺旋化作用比較起來要低10倍以上。原核細(xì)胞中，這一過程是由拓?fù)洚悩?gòu)酶I和其他的拓?fù)洚悩?gòu)酶II來負(fù)責(zé)的?，F(xiàn)在是60頁\一共有79頁\編輯于星期五

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61在真核生物中，染色體DNA負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)被組蛋白所固定，細(xì)菌染色體DNA負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)被類組蛋白（HU，HD，NS1，NS2orDNAbindingproteinⅡ）固定；真核生物和細(xì)菌染色體未被蛋白結(jié)合的區(qū)域可分爲(wèi)鬆弛與不完全鬆弛狀態(tài)，嗜熱古菌染色體DNA大部份爲(wèi)鬆弛狀態(tài)，但它與DNA結(jié)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(jīng)找出多種分子量爲(wèi)7、8、10kDa的DNA結(jié)合蛋白。

DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)

:

拓?fù)洌菏侵肝矬w或圖像作彈性移位而又保 持物體不變的性質(zhì)。

拓?fù)洚悩?gòu)酶：是一類可改變DNA拓?fù)湫再|(zhì) 的酶。對(duì)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?，F(xiàn)在是61頁\一共有79頁\編輯于星期五

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62拓?fù)洚悩?gòu)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(zhuǎn)中不打結(jié)，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)再封閉切口，不需能量因子ATP或NAD。

拓?fù)洚悩?gòu)酶II（topoII）:

在原核生物又叫旋轉(zhuǎn)酶(gyrase)。能切斷DNA雙鏈，使螺旋松弛。在ATP參與下，松弛的DNA進(jìn)入負(fù)超螺旋，再連接雙鏈斷端?，F(xiàn)在是62頁\一共有79頁\編輯于星期五

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63現(xiàn)在是63頁\一共有79頁\編輯于星期五DNA超螺旋的產(chǎn)生機(jī)制在真核細(xì)胞中，DNA的負(fù)超螺旋則主要是染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)造成的。因?yàn)镈NA在組蛋白八聚體外面纏繞的方向有利于DNA向松纏方向轉(zhuǎn)變。在核小體組裝過程中，也肯定有DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶參加。在許多真核生物中部發(fā)現(xiàn)了拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ和拓?fù)洚悩?gòu)酶II?，F(xiàn)在是64頁\一共有79頁\編輯于星期五

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65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(duì)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(fù)超螺旋或正超螺旋的雙鏈封閉環(huán)狀分子。相對(duì)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(duì)沉降常數(shù)1.14。II形DNA：在一條鏈上或兩條鏈上有一個(gè)或幾個(gè)切刻的雙鏈環(huán)狀分子，又稱為切刻環(huán)(nickedcirle)，相對(duì)沉降常數(shù)1.14。Ⅲ形DNA：線形雙螺旋分子。相對(duì)沉降常數(shù)1.00?，F(xiàn)在是65頁\一共有79頁\編輯于星期五坍縮DNA(collapsedDNA)：當(dāng)I形成I0形DNA在堿變性或熱變性時(shí)，其氫鍵斷裂，而兩條鏈無法分離，結(jié)果生成兩條鏈緊密纏結(jié)的分子。坍縮DNA具有異常高的沉降常數(shù)，相對(duì)沉降常數(shù)約3.0。單鏈環(huán)狀DNA：相對(duì)沉降常數(shù)大約為1.14。線性單鏈DNA：相對(duì)沉降常數(shù)為1.30。環(huán)連DNA(catenatedDNAcatenane):這是在DNA復(fù)制過程中的產(chǎn)物或由DNA旋轉(zhuǎn)酶催化生成，由兩個(gè)以上T形DNA分子環(huán)連而成。以上八種DNA分子形式的轉(zhuǎn)變表示于下圖，其中前四種仍標(biāo)以I、I0、II、Ⅲ后四種則分別以(5)、(6)、(7)、(8)表示。

現(xiàn)在是66頁\一共有79頁\編輯于星期五

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67現(xiàn)在是67頁\一共有79頁\編輯于星期五現(xiàn)在是68頁\一共有79頁\編輯于星期五第三節(jié)DNA的變性與復(fù)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(chǎn)生單鏈DNA分子的過程。復(fù)性（renaturation）或退火（annealing）

核酸分子在變性后，分開的互補(bǔ)鏈緩慢冷卻，重新形成互補(bǔ)雙連的過程?，F(xiàn)在是69頁\一共有79頁\編輯于星期五1.下列因素可導(dǎo)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(zhì)發(fā)生的變化：（1）流體力學(xué)的性質(zhì)發(fā)生改變：粘度下降，而沉降速度增加；（2）提高了對(duì)紫外線的吸收能力，此稱為

增色效應(yīng)（hyperchromiceffect）。3.增色效應(yīng)(hyperchromicity)由于DNA變性而引起的光吸收的增加稱為增色效應(yīng)。雙鏈DNA的A260=1.00（濃度為50μg/ml時(shí)，對(duì)波長(zhǎng)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、變性現(xiàn)在是70頁\一共有79頁\編輯于星期五4.DNA的熔解曲線解鏈溫度（meltingtemperature,Tm）或熔點(diǎn)：

是A260的升高達(dá)到極大值一半時(shí)（一般約為1.185）的溫度。即是變性溫度范圍的中點(diǎn)。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(gè)溫度下的A260數(shù)據(jù)，即可繪制DNA熔解曲線。從中可測(cè)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(jià)陽離子增高10倍，Tm增加16.6°內(nèi)部條件：GC含量及分子類型。當(dāng)GC的含量上升1%，則Tm上升0.4℃。

馬默多蒂（Marmur-Doty）關(guān)系式：

Tm=69.3+0.41(G+C)%，或GC%=（