DNA的结构与功能实用教案

1 元素(yun s)组成C、H、O、N、P（恒定，9-10%）DNA约为9.9%，RNA约为9.4% 。 化学组成 基本结构单位核苷酸 核苷酸核苷/脱氧核苷磷酸核 酸戊糖碱基A、G、C、T(DNA)A、G、C、U(RNA)第1页/共37页第一页，共38页。2第2页/共37页第二页，共38页。3腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP ）Deoxyadenosine monophosphate（DNA）磷酸脱氧核糖碱基糖苷键腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosine monophosphate（RNA）核糖第3页/共37页第三页，共38页。41. DNA的一级结构(jigu) DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3 -5 磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构(jigu)，简称为碱基序列。 一级结构(jigu)的走向规定为5 3 。53第4页/共37页第四页，共38页。553结构式结构式53 p p p pOH3ACTG1线条式线条式5 ACTGCATAGCTCGA 3字母式字母式第5页/共37页第五页，共38页。6第6页/共37页第六页，共38页。7 1953沃森和克里克根据DNA纤维X射线晶体衍射(ynsh)图，提出了DNA分子结构的双螺旋模型。Francis Crick and James Watson (获1962年诺贝尔生理学医学奖)第7页/共37页第七页，共38页。8 两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋。 相临碱基对间距离为0.34nm,每周螺距为3.4nm (10bp), d为 2nm。 双螺旋有两种不同的沟（大沟和小沟）。大沟携带(xidi)分子可识别信息，是蛋白质识别DNA碱基序列产生相互作用的基础。第8页/共37页第八页，共38页。9Maurice Hugh Frederick WilkinsRosalind Franklin第9页/共37页第九页，共38页。10Chargaff 在1950年总结出DNA碱基组成的规律： 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A=T 。 鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数也相等，即G=C 。 嘌呤的总数等于(dngy)嘧啶的总数，即A+G=T+C。 含氨基的碱基总数等于(dngy)含酮基碱基总数，即A+C=G+T。第10页/共37页第十页，共38页。111. 碱基对间的氢键(qn jin) 2. 碱基堆积力 （1）相邻碱基对间的范德华力（2）碱基对间的疏水作用力3. 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和，降低静电张力第11页/共37页第十一页，共38页。12A-DNA 20 0.26 2.6 11 右B-DNA 6 0.34 2.0 10 右Z-DNA 7 0.37 1.8 12 左双螺旋 碱基倾角(qngjio)/（。） 碱基间距/nm 螺旋直径/nm 每轮碱基数 螺旋方向第12页/共37页第十二页，共38页。13 单核苷酸形成(xngchng)的二级结构十字形结构十字形结构第13页/共37页第十三页，共38页。14DNA三股螺旋(luxun)结构（H-DNA）DNA三条链均为同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的碱基均为嘌呤或嘧啶，其中两条链为正常双螺旋，第三条链位于双螺旋的大沟中。第三股链的存在可能(knng)使一些调控蛋白或RNA聚合酶等反式作用因子得以与该区段结合，因而阻遏了有关基因的表达。第14页/共37页第十四页，共38页。15第15页/共37页第十五页，共38页。16DNA在细胞(xbo)内以双螺旋为基础进一步旋转折叠成超螺旋结构。超螺旋正超螺旋负超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方向相同盘绕方向与DNA双螺旋方向相反 DNA超螺旋结构(jigu)第16页/共37页第十六页，共38页。17DNA超螺旋是由DNA拓扑异构酶（拓扑异构酶）产生(chnshng)的。环状DNA分子常以超螺旋结构存在，并以负超螺旋为主，有利于转录的起始。第17页/共37页第十七页，共38页。18 真核生物DNA与蛋白质形成非常(fichng)致密的复合物存在于细胞核内，基本结构式核小体。核小体DNA组蛋白H2A、H2B、H3、H4:八聚体核心组蛋白H1：连接区组组蛋蛋白白与与DNA的的结结合合第18页/共37页第十八页，共38页。核小体盘绕(pnro)及染色体示意图19第19页/共37页第十九页，共38页。真核生物染色体DNA组装不同(b tn)层次的结构核小体链（核小体链（ 11nm，每个核小体每个核小体200bp）纤丝（纤丝（ 30nm，每圈每圈6个核小体）个核小体）突环（突环（ 150nm，每个突环大约，每个突环大约(dyu)75000bp）玫瑰花结（玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）个突环）螺旋螺旋(luxun)圈（圈（ 700nm，每圈，每圈30个玫瑰花）个玫瑰花）染色体（染色体（ 1400nm，每个染色体含每个染色体含10个玫瑰花个玫瑰花200bp）-人的染色体压缩人的染色体压缩8000-10000DNA （2nm）第20页/共37页第二十页，共38页。21 一般理化性质 核酸是两性(lingxng)电解质（磷酸和氨基），可发生两性(lingxng)解离。又由于磷酸具有较强的酸性，所以核酸的等电点较低。DNA的等电点为44.5，RNA的为22.5； DNA为白色纤维状固体，微溶于水，不溶于有机溶剂：用乙醇沉淀核酸； DNA是线性高分子，粘度极大； 在中性或偏碱性缓冲液中，核酸带负电荷，在电场中向阳极移动； 在引力场中可下沉：超速离心法提取和纯化核酸。第21页/共37页第二十一页，共38页。22 强烈的紫外吸收由于核酸(h sun)中碱基的共轭双键，所以对紫外有强烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，常作为核酸(h sun)的定性，定量分析。2202402602800.10.20.30.4波长（波长（nmnm）光光吸吸收收123核苷酸总吸收值核苷酸总吸收值变性变性DNA天然天然DNA第22页/共37页第二十二页，共38页。23DNA或RNA的定量 若OD260=1.0相当于： 50 g/ml双链DNA 40 g/ml单链DNA（或RNA） 20 g/ml寡核苷酸2. 判断核算样品(yngpn)的纯度 DNA纯品：A260/A280=1.8 RNA纯品：A260/A280=2.0第23页/共37页第二十三页，共38页。24 DNA的变性 定义：某些理化因素会导致DNA双链互补碱基之间的氢键发生断裂，使双链DNA解离为单链。只改变DNA的二级结构，不改变它的核苷酸序列。 变性因素：过量酸、碱，加热，离子强度改变等。 变性后理化性质的主要改变： 粘度(zhn d)下降 比旋光度下降 OD260增色（增色效应）第24页/共37页第二十四页，共38页。25DNA变性(binxng)的本质是双链间氢键的断裂第25页/共37页第二十五页，共38页。26 DNA的增色(zn s)效应 DNA变性时其溶液OD260值增高第26页/共37页第二十六页，共38页。27 解链曲线(qxin)（melting curve） 解链温度（溶解温度，Tm）在解链过程中，UV吸收值的变化达到最大变化值一半时对应的温度，此温度时，50%DNA双链打开。 Tm值与DNA均一性和长短、碱基GC含量、溶液(rngy)离子强度、相关，GC含量越高，Tm值越高。第27页/共37页第二十七页，共38页。28 Tm值的计算及应用(yngyng) Tm=69.3+0.41 (G+C)/(G+C+A+T) 100% 小于20bp的寡核苷酸片段 Tm=4（G+C）+2（A+T)PCR退火(tu hu)温度比Tm值低46第28页/共37页第二十八页，共38页。29 DNA的复性 定义：DNA回复成双链结构，称为复性。 影响复性的因素(yn s)： 样品的性质、DNA片段的大小、DNA浓度、温度、离子强度等。 复性后理化性质的改变: 粘度增大；比旋光度变大； OD260下降（低色效应）第29页/共37页第二十九页，共38页。30热变性经冷却(lngqu)后即可复性，称为退火。高于Tm值5 复性 也称退火 缓缓慢慢冷冷却却迅迅速速冷冷却却第30页/共37页第三十页，共38页。31 DNA是主要的遗传物质，决定细胞和个体的遗传型。 DNA是遗传物质的证据(zhngj)：（1）间接证据(zhngj)（2）直接证据(zhngj)第31页/共37页第三十一页，共38页。321. DNA通常只在核中的染色体上找到。2. 同一种生物的DNA 含量基本上是相同的，而配子的含量正好是体细胞的一半。3 . 同一种生物的各种细胞中，DNA在量上恒定，在质上也恒定。4 . 各类生物中，能改变DNA结构(jigu)的化学物质都可引起突变。 DNA是遗传物质的间接(jin ji)证据第32页/共37页第三十二页，共38页。33第33页/共37页第三十三页，共38页。341. 1944年美国微生物学(wi shn w xu)Avery 等的肺炎球菌转化实验 DNA是遗传物质直接(zhji)证据第34页/共37页第三十四页，共38页。35噬菌体感染(gnrn)实验 1952 赫尔希和蔡斯（HERSHEY, CHASE）-噬菌体标记(bioj)实验 Alfred Hershey and Martha Chase第35页/共37页第三十五页，共38页。36谢谢谢谢(xi (xi xie)xie)第36页/共37页第三十六页，共38页。37感谢您的欣赏(xnshng)！第37页/共37页第三十七页，共38页。NoImage内容(nirng)总结核酸的化学组成。DNA约为9.9%，RNA约为9.4%。一级结构的走向规定为5 3。1953沃森和克里克根据DNA纤维X射线晶体衍射图，提出了DNA分子结构的双螺旋模型。第三股链的存在可能使一些调控蛋白或RNA聚合酶等反式作用因子得以与该区段结合，因而阻遏了有关基因(jyn)的表达。盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。核小体链（ 11nm，每个核小体200bp）。突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）第三十八页，共38页。