分子遺傳學1

1、2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 1,分子遺傳學 (Molecular Genetics),授課課時: 60 學時考試方式: 筆試上課地點: 201任課教師: 譚 志 遠 教 授 博 導聯(lián)系電話: 85288311,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 2,課程要求,通過本課程的學習，掌握

2、分子遺傳學的基本概念、原理、技術(shù)和方法，為以后的工作和學習打下基礎(chǔ)。平時成績(考查遲到、早退，課堂提問、討論、遵守課堂紀律等方面)占30%，期末考試占70%。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 3,參考書,分子遺傳學，孫乃恩、孫東旭(xu)、朱德煦(xu)著，南京大學出版社。分子遺傳學，張玉靜主編，科學出版社。上Internet,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們

3、到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 4,緒 論,分子遺傳學: 是在分子水平上研究生物遺傳和變異機制的遺傳學分支學科。經(jīng)典遺傳學的研究課題主要是基因在親代和子代之間的傳遞問題；分子遺傳學則主要研究基因的本質(zhì)、基因的功能以及基因的變化等問題。分子遺傳學的早期研究都用微生物為材料，它的形成和發(fā)展與微生物遺傳學和生物化學有密切關(guān)系。 分子遺傳學是從微生物遺傳學發(fā)展起來的，由于微生物便于培養(yǎng)，所以遺傳學和重組

4、DNA技術(shù)中，微生物遺傳學的研究仍占有重要的位置。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 5,緒 論,分子遺傳學研究的方法，特別是重組DNA技術(shù)已經(jīng)成為許多遺傳學分支學科的重要研究方法。分子遺傳學也已經(jīng)滲入到許多生物學分支學科中，以分子遺傳學為基礎(chǔ)的遺傳工程則正在發(fā)展成為一個新興的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同

5、提高!!!,slide 6,分子遺傳學發(fā)展簡史,1944年，美國學者埃弗里(Avery)等首先在肺炎雙球菌中證實了轉(zhuǎn)化因子是脫氧核糖核酸(DNA)，從而闡明了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。1953年，美國分子遺傳學家沃森(Watson)和英國分子生物學家克里克(Crick)提出了DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，這一發(fā)現(xiàn)常被認為是分子遺傳學的真正開端。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 7,分子

6、遺傳學發(fā)展簡史,美國遺傳學家比德爾(Beadle)和美國生物化學家塔特姆(Tatum)根據(jù)對粗糙脈孢菌的營養(yǎng)缺陷型的研究，在40年代初提出了一個基因一種酶假設(shè)，它溝通了遺傳學中對基因的功能的研究和生物化學中對蛋白質(zhì)生物合成的研究。分子遺傳學的另一重要概念—基因調(diào)控在1960～1961年由法國遺傳學家莫諾(Monod)和雅各布(Jacob)提出。他們根據(jù)在大腸桿菌和噬菌體中的研究結(jié)果提出乳糖操縱子模型。,2024年3月20日4時36分,

7、歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 8,時期 年限 代表人物 材料 確立學說 啟蒙遺傳學 1866－ Mendel 豌豆 孟德爾定律 細胞遺傳學 1910－1940 T.H.Morgan * 果蠅 遺傳的染色體 微生遺傳學 1940－1960 G.W .Beadle* 鏈孢霉素

8、一種基因 E.L.Tatum 營養(yǎng)缺陷型突變 一種酶 1946－1947 J.lederbreg 大腸桿菌 基因重組 Tatum 1960－ Jacob * 大腸桿菌 操縱子

9、 Monod*分子遺傳學 1953－ Watson * DNA DNA的雙螺旋模型 Crick*,遺傳學發(fā)展的各個時期：,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 9,分子遺傳學的內(nèi)容,第一章 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)-DNA第二章 有機體、染色體和基因第三章 DNA的復制第四章 轉(zhuǎn)錄第五章

10、 翻譯(蛋白質(zhì)的生物合成)第六章 原核生物基因表達調(diào)控第七章 真核生物基因表達調(diào)控第八章 遺傳重組與基因工程第九章 突變第十章 遺傳與進化,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 10,第一章 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)-DNA,第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的本質(zhì)第二節(jié) DNA的一級結(jié)構(gòu)第三節(jié) DNA的二級結(jié)構(gòu)第四節(jié) DNA物理結(jié)構(gòu)的不均一性第五節(jié) DNA變性、復性

11、、雜交和Cot曲線第六節(jié) DNA超螺旋和拓撲異構(gòu)現(xiàn)象,,,,,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 11,第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的本質(zhì),1868年，瑞士的內(nèi)科醫(yī)生Friedrich Miescher從外科醫(yī)院包扎傷口的繃帶上的膿細胞核中提取到一種富含磷元素的酸性化合物，將其稱為核質(zhì)(nuclein)；后來他又從鯖魚精子中分離出類似的物質(zhì)，并指出它是由一種堿性蛋白質(zhì)與一種酸性物質(zhì)

12、組成的，此酸性物質(zhì)即是現(xiàn)在所知的核酸(nucleic acid)。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 12,第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的本質(zhì),遺傳物質(zhì)的主要載體-染色體。(通過對細胞有絲分裂、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，人們認為染色體在遺傳上起著主要作用)。DNA是主要的遺傳物質(zhì)-除了少數(shù)的RNA病毒之外，DN

13、A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)。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 13,,DNA的分布,（所以說，染色體是DNA的主要載體）,例：紫茉莉葉色的遺傳,,,,,,,,,,,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來,

14、 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 14,細胞質(zhì)遺傳　　簡稱質(zhì)遺傳，是生物遺傳的又一個方面，它揭示了分布在細胞質(zhì)里的遺傳物質(zhì)活動規(guī)律。細胞質(zhì)與細胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)共同控制生物的性狀。　　在細胞質(zhì)中的一些細胞器，如葉綠體、線粒體都含有遺傳物質(zhì)DNA，它對某些性狀有控制作用，與細胞核里染色體上的基因相比稱為“質(zhì)基因”。以紫茉莉枝條顏色的遺傳為例說明如下：,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高

15、!!!,slide 15,質(zhì)遺傳的特點是：（1）雜交后代都不出現(xiàn)一定的分離比例。（2）主要表現(xiàn)為母系遺傳。生物界中質(zhì)遺傳現(xiàn)象不如核遺傳那樣普遍。,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 16,細胞質(zhì)遺傳一般表現(xiàn)為母系遺傳的特征。20世紀80年代以來，隨著DNA分子生物學技術(shù)的發(fā)展，將DNA分子標記應(yīng)用于細胞質(zhì)遺傳研究，從DNA分子水平上研究細胞質(zhì)遺傳物質(zhì)的變異，使得人們對細胞質(zhì)

16、遺傳現(xiàn)象有了更進一步的認識。據(jù)研究表明，在所有高等真核生物中，線粒體DNA一般表現(xiàn)為母系遺傳的特征，包括人類、其他哺乳類動物、兩棲動物、魚類及高等植物等。但也發(fā)現(xiàn)，老鼠、衣藻、被子植物中的月見草、大麥和黑麥的屬間雜種、甘藍型油菜、北美紅杉等生物體中線粒體DNA是父系遺傳的。而對植物葉綠體DNA的研究發(fā)現(xiàn)，在被子植物中，大多數(shù)植物表現(xiàn)為母系遺傳特征，而其中20％的物種中存在著雙親遺傳的現(xiàn)象，紫花苜蓿、胡蘿卜等植物表現(xiàn)為典型的父系遺傳特征。

17、與被子植物相比，大多數(shù)裸子植物的質(zhì)體DNA則表現(xiàn)為父系遺傳特征。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 17,細胞質(zhì)遺傳表現(xiàn)為多種形式的復雜性，沒有一種簡單的機制去解釋這種現(xiàn)象。母系遺傳是細胞質(zhì)遺傳的主要特征，而不能代表細胞質(zhì)遺傳的全部內(nèi)容。隨著分子生物學技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為人們對細胞質(zhì)遺傳規(guī)律的研究和認識提供了強有力的手段，科學家們己揭示出了生物細胞質(zhì)DNA遺傳的新規(guī)律和新現(xiàn)象，

18、在細胞質(zhì)遺傳方面表現(xiàn)為單親的母系遺傳，父系遺傳及雙親遺傳多種形式，大大豐富和逐步完善了細胞質(zhì)遺傳研究的內(nèi)容。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 18,第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的本質(zhì),DNA具備作為遺傳物質(zhì)的條件。,2）能夠自我復制，使前后代保持一定的連續(xù)性,3）能夠指導蛋白質(zhì)的合成 ，從而控制新陳代謝過程和性狀,4）能夠產(chǎn)生可遺傳的變異,1）分子結(jié)構(gòu)具有相對的穩(wěn)定性,2024年3月2

19、0日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 19,在細胞核里的染色體是由蛋白質(zhì)和 DNA組成的。但蛋白質(zhì)的含量和結(jié)構(gòu)都不夠穩(wěn)定，而且本身不能夠進行復制，因此不能夠充當遺傳物質(zhì) 。,再想一想，蛋白質(zhì)能否作為遺傳物質(zhì)？,第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的本質(zhì),2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 20,第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的本質(zhì),DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)。如果DNA

20、確是遺傳物質(zhì)那么能不能把DNA和蛋白質(zhì)分開，單獨觀察DNA的作用呢？這些實驗已在微生物中做了。下面我們就以微生物為例，證明遺傳物質(zhì)確是DNA（或RNA）。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 21,肺炎球菌能引起人的肺炎和小鼠的敗血癥。已知很多不同的菌株，但只有光滑（S）菌株能引起疾病。這類菌株在每一細胞外面有多糖類的膠狀莢保護它們，使它們可以不被宿主的正常的防護機構(gòu)所破壞；當生

21、長在合成培養(yǎng)基上是每一細菌長成一個明亮的光滑菌落，另外一些菌株沒有光滑莢膜，不引起病癥,長成糙型（R）菌落。GRIFFITH（1928）發(fā)現(xiàn)，用熱殺死的S型細菌和活的無毒的R型細菌注射到小鼠中，不僅很多小鼠因敗血癥而死亡，而且從它們的心臟血液中找到了活的S型細菌。,DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)1。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 22,而用活的R形細菌，或死的S型細菌分別注射時，都

22、不引起敗血癥，這說明用熱殺死的S型細菌把某些R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌，S型細菌有一種物質(zhì)或轉(zhuǎn)化因素能夠進入R型細菌。AVERY和他的同事經(jīng)過10年工作，在離體條體條件下完成了轉(zhuǎn)化過程，而不是在活體中，他們把DNA，蛋白質(zhì)和莢膜物質(zhì)從活的S型細菌中抽提出來，把每一成分跟少量R型細菌混和，懸浮在合成培養(yǎng)液中，他們發(fā)現(xiàn)，DNA組分，而且只有DNA組分，能夠把某一RG型的細菌轉(zhuǎn)變?yōu)镾型，而且DNA的純度越高，這種轉(zhuǎn)化過程愈加有效。,2024年3

23、月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 23,如果DNA用DNA酶（DNASE）處理，使DNA分解，就不出現(xiàn)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，其它的酶對抽提物的轉(zhuǎn)化能力沒有影響，所以從一種基因型的細胞來的DNA摻入到另一不同基因細胞中可引起穩(wěn)定的遺傳變異；DAN賦有特定的遺傳特性，是遺傳物質(zhì)。我們現(xiàn)在毫不遲疑地接受這種證據(jù)，認為DNA是遺傳物質(zhì)。但是在AVERY等的實驗剛發(fā)表的時候（1944），人們還是以懷疑的眼光看待

24、這個實驗的。雖然已證明，DNA酶破壞了轉(zhuǎn)化作用，但是仍有爭辯說，轉(zhuǎn)換是DNA中蛋白質(zhì)不純物的結(jié)果，蛋白質(zhì)才是有,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 24,作用的因素，隨后科學工作者繼續(xù)純化DNA，證明蛋白質(zhì)不可能是轉(zhuǎn)化因素，直到1949年，蛋白質(zhì)質(zhì)已降低到僅僅0.02%，得到高度的純化的DNA不僅仍可引起轉(zhuǎn)化,而且用DNA純度越高，轉(zhuǎn)換頻率也越高。,2024年3月20日4時36分

25、,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 25,第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的本質(zhì),噬菌體侵染細菌的實驗是一個有力的證據(jù)，證明了DNA是主要的遺傳物質(zhì)。噬菌體T2約有60%的蛋白質(zhì)和40%的DNA。,噬菌體是一種專門寄生在細菌體內(nèi)的病毒，它的頭、尾的外部都有由蛋白質(zhì)組成的外殼（頭膜和尾鞘），頭的內(nèi)部含有DNA。,DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)2。,一種噬菌體的模式圖,,,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來,

26、我們互相學習, 共同提高!!!,slide 27,噬菌體轉(zhuǎn)染實驗,,,,噬菌體侵染細菌的過程：,細菌,噬菌體,,細菌染色體,,,,噬菌體侵染細菌的過程：,吸附,首先，噬菌體的尾端吸附在細菌的表面,,噬菌體侵染細菌的過程：,吸附,,然后， 噬菌體通過尾軸把DNA全部注進細菌體內(nèi)，而蛋白質(zhì)外殼則留在細菌體外,不起作用。,,噬菌體侵染細菌的過程：,吸附,,,噬菌體的 DNA 在細菌體內(nèi)，使細胞本身的 DNA 解體，同時利用細菌的化學成分合成噬

27、菌體自身的 DNA和蛋白質(zhì)，,,噬菌體侵染細菌的過程：,吸附,,,,這些新合成的 DNA 和蛋白質(zhì)外殼組裝出很多個與親代一模一樣的子代噬菌體。,,噬菌體侵染細菌的過程：,吸附,,,,,最后，這些噬菌體由于細菌的解體而被釋放出來，再去侵染其他的細菌。,,噬菌體侵染細菌的過程：,吸附,,,,,,,這些噬菌體在大小、形狀等方面，都保持原來噬菌體的特點。由此可見，噬菌體的各種性狀是通過DNA傳遞給后代的。這種情況足以證明DNA是遺傳物質(zhì)。,,2

28、024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 36,硫僅存在于T2蛋白質(zhì)組分中因為構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸中，甲硫氨酸和半胱氨酸是含中有硫的，而DNA中從未發(fā)現(xiàn)過；相反，磷主要存在于DNA組分中，至少占T2中磷含量的99%，所以Hershey和Chase(1952）用放射性同位素S的培養(yǎng)基中，或培養(yǎng)在含有P的培養(yǎng)基中。宿主細菌在生長過程中，就被S標記上了，或是被P標記上了。兩處放射性同位素不能放在

29、同一培養(yǎng)基中，因為兩種同位素同時存在時，不易把它們,實驗怎樣檢測?,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 37,區(qū)分開來。然后標記了的細菌且用T噬菌體去感染。噬菌體在細胞內(nèi)增殖，裂解后，釋放出很多子代噬菌體來。這些子代噬菌體被宿主菌的放射性同位標記上了，或被標上S或標上P。再感染未標記的宿主菌，離心去除未吸附的噬菌體，搗啐沉淀，使噬菌體和細菌分開。離心后細菌沉淀(20%放射性S)，

30、而噬菌體在上清液中(80%放射性S)。放射性磷的正好相反。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 38,DNA攜帶兩類不同的遺傳信息,負責蛋白質(zhì)氨基酸組成的信息。它是以三聯(lián)體密碼子的方式編碼氨基酸的。在64個(44)三聯(lián)體密碼子(Triplet Code)中除了三個終止密碼子 (UAA、UAG、UGA )外,其余61個密碼子代表了20不同的氨基酸，因而大多數(shù)氨基酸都有一種以上的密碼

31、子，這就是密碼子的簡并性。幾乎所有的生物都使用相同的密碼子，這就是密碼子的通用性。線粒體的密碼子與核基因的密碼子不同，這可能與線粒體的蛋白質(zhì)合成機器有關(guān)。此外人們還發(fā)現(xiàn)了決定tRNA本質(zhì)的副密碼子(paracodon) (p252,以后講)。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 39,線粒體中存在不同的密碼子的比較,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習,

32、 共同提高!!!,slide 40,DNA攜帶兩類不同的遺傳信息,DNA所攜帶的另一類遺傳信息是關(guān)于基因的選擇性表達。這種選擇性表達體現(xiàn)在細胞周期的不同時相中、個體發(fā)育的不同階段、不同器官和組織中。在不同的外界環(huán)境下，各種基因是關(guān)閉還是表達，表達量是多少都各不相同。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 41,遺傳物質(zhì)的種類: 大部分的遺傳物質(zhì)是DNA,而RNA病毒及類病毒

33、的遺傳物質(zhì)是RNA。元病毒蛋白(prion protein, PrP)? 。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 42,煙草花葉病毒的重建，對病毒的研究逐漸深入以后，發(fā)現(xiàn)好多的病含有RNA和蛋白質(zhì)，卻沒有DNA。應(yīng)用RNA病毒進行病毒重建實驗，證明在只有RNA，而不是具有DNA的病毒中，RNA是遺傳物質(zhì)。這實驗是用煙草花葉病毒進行的。TMV(Tobacco mosaic viru

34、s)是一種RNA病毒，它有一圓筒狀的蛋白質(zhì)外殼，由很多相同的蛋白質(zhì)亞基組成；內(nèi)有一單鏈RNA分子，沿著內(nèi)壁在蛋白質(zhì)亞基間盤旋著。約含有6%的RNA和94%的蛋白質(zhì)。,RNA是遺傳物質(zhì),2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 43,,TMV是一種RNA病毒，它是圓筒太的蛋白質(zhì)外殼由很多相同的亞基組成；內(nèi)有一單RNA分子。沿著內(nèi)壁在蛋白質(zhì)，那末在這種RNA病毒中遺傳信息在RNA上，還是在

35、蛋白質(zhì)呢？把TMV在水和苯酚中震蕩，把病毒的RNA和蛋白質(zhì)分開，分別去感染煙草，單是病毒的蛋白質(zhì)，不能使煙草感染；單是病毒的RNA，可以使煙草感染，病毒RNA進入葉子細胞，進行繁殖，產(chǎn)生正常的病素養(yǎng)后裔。單是RNA感染效率很差，可能因為RNA裸露，在感染過程中容易被酶所降解。用RNA酶處理RNA，就完全失去感染力。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 44,核酸是一切生物的遺傳物

36、質(zhì)，核酸包括脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），絕大多數(shù)生物都是以DNA作為遺傳物質(zhì)的，因此DNA是主要的遺傳物質(zhì)。 DNA主要存在于染色體上，因此，染色體是遺傳物質(zhì)的主要載體。,課堂小結(jié),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,吸附,侵入,合成,組裝,,釋放,返回,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,吸附,侵入,合成,組裝,釋放,,,,,,,,B,A,,二、判斷題：（若是錯誤的，指出錯處） 1

37、、由于染色體位于細胞核內(nèi)，所以生物的遺傳就是指細胞核遺傳。 2、 噬菌體侵染細菌的時候，整個進入細菌的體內(nèi)，其蛋白質(zhì)和DNA共同進行子代噬菌體的復制。 3、人的細胞中既有DNA也有RNA，因此DNA和RNA都是人的遺傳物質(zhì)。 4、DNA的載體只有染色體。,（?）,,（?）,,（??）,,（?）,,,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 51,第二

38、節(jié) DNA的一級結(jié)構(gòu),核酸的一級結(jié)構(gòu)：是指核酸中核苷酸的排列順序。又稱為核苷酸序列或堿基序列。 DNA分子中不同排列順序的DNA區(qū)段構(gòu)成特定的功能單位，即基因(gene)。基因的功能取決于DNA的一級結(jié)構(gòu)。一個DNA分子能攜帶多少基因呢?如果以1000～1500bp編碼一個基因計算，猿猴病毒SV40基因組DNA有5000堿基對(base pair,bp)，可編碼5種基因。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習

39、, 共同提高!!!,slide 52,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 53,,核酸的一級結(jié)構(gòu)： 是指核酸中核苷酸的排列順序。又稱為核苷酸序列或堿基序列。 核苷酸之間通過3?,5 ? -磷酸二酯鍵相連形成的線性大分子稱為核苷酸鏈。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 54,,

40、表示法：,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 55,DNA 與RNA的區(qū)別,DNA 與RNA的區(qū)別,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 56,寡核苷酸(oligonucleotide):,寡核苷酸(oligonucleotide): 是指二至十個甚至更多個核苷酸殘基以磷酸二酯鍵連接而成的線性多核苷酸片段。目前多由儀器自動合

41、成而用作DNA合成的引物(Primer)、基因探針(probe)等，在現(xiàn)代分子生物學研究中具有廣泛的用途。,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 57,第三節(jié) DNA的二級結(jié)構(gòu),(一) DNA的二級結(jié)構(gòu): 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(double helix model)。 1953年，Watson和Crick提出了著名的DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，揭示了遺傳信息是如何儲存D

42、NA分子中，以及遺傳性狀何以在世代間得以保持。這是生物學發(fā)展的重大里程碑。本世紀20年代，Levene研究了核酸的化學結(jié)構(gòu)并提出四核苷酸假說；40年代末，Avery,Hershey和Chase的實驗嚴密地證實了DNA就是遺傳物質(zhì)；50年代初，Chargaff應(yīng)用紫外分光光度法結(jié)合紙層析等簡單技術(shù)，對多種生物DNA作堿基定量分析，發(fā)現(xiàn)DNA堿基組成有如下規(guī)律。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!

43、!,slide 58,表　不同生物來源的DNA四種堿基比例關(guān)系,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 59,(1)同一生物的不同組織的DNA堿基組成相同；(2)一種生物DNA堿基組成不隨生物體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)或者環(huán)境變化而改變；(3)幾乎所有的DNA，無論種屬來源如何，其腺嘌呤摩爾含量與胸腺嘧啶摩爾含量相同(A=T)，鳥嘌呤摩爾含量與胞嘧啶摩爾含量相同(G=C)，總的嘌呤摩爾含

44、量與總的嘧啶摩爾含量相同(A＋G=C＋T)。 (4)不同生物來源的DNA堿基組成不同，表現(xiàn)在A＋T/G＋C比值的不同；,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 60,Watson和Crick以立體化學原理為準則，對Wilkins和Franklin的DNA X射線衍射分析結(jié)果加以研究，提出了DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模式，其主要內(nèi)容如下：(1)在DNA分子中，兩股DNA鏈圍繞一假想的共同

45、軸心形成一右手螺旋結(jié)構(gòu)，雙螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2.0nm。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 61,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 62,(2)鏈的骨架(backbone)由交替出現(xiàn)的、親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成，位于雙螺旋的外側(cè)。(3)堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，兩股鏈中的嘌呤和嘧啶堿基以其疏水的、近于平面

46、的環(huán)形結(jié)構(gòu)彼此密切相近，平面與雙螺旋的長軸相垂直。一股鏈中的嘌呤堿基與另一股鏈中位于同一平面的嘧啶堿基之間以氫鏈相連，稱為堿基互補配對或堿基配對(base pairing)，堿基對層間的距離為0.34nm。堿基互補配對總是出現(xiàn)于腺嘌呤與胸腺嘧啶之間(A=T)，形成兩個氫鍵；或者出現(xiàn)于鳥嘌呤與胞嘧啶之間(G=C)，形成三個氫鍵。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 63,(4) D

47、NA雙螺旋中的兩股鏈走向是反平行的，一股鏈是5′→3′走向，另一股鏈是3′→5′走向。兩股鏈之間在空間上形成一條大溝(major groove, 寬2.2 nm)和一條小溝(minor groove, 1.2 nm)，大溝中緘基的差異很易被識別，對于蛋白質(zhì)識別DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)上的特異信息，與其發(fā)生相互作用特別重要。DNA雙螺旋的穩(wěn)定由互補堿基對之間的氫鍵和堿基對層間的堆積力(basestacking force)維系。,2024年3

48、月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 64,維持DNA雙螺旋的力:(1)氫鍵(Hydrogen bond),雙螺旋中互補堿基對之間存在氫鍵，G、C對有3個，A、T對有2個氫鍵。可通過加熱破壞. 雙螺旋結(jié)構(gòu)中存在的氫健,可以用DNA熔解溫度Tm與G+C%含量成正比得到說明. G+C% 在30-70%范圍內(nèi), 0.15 mol/L NaCl+ 0.015 mol/L 檸檬酸鈉溶液中, Tm與堿基

49、組成關(guān)系: Tm=69.3+0.41(%G+C)這就是所謂的Marmur-Doty關(guān)系式. 如果溶液中加入尿素或甲酰胺, Tm值顯著降低.,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 65,,因為這兩種試劑能與堿基形成氫健.(2)堿基對層間的堆積力(basestacking force)兩股鏈中的嘌呤和嘧啶堿基呈疏水性，位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。大量鄰近堿基對

50、的堆積，使雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一個強大的疏水區(qū)，與介質(zhì)的水分子隔開。這種疏水作用力,可通過加入某些能增加堿基溶解度的試劑如甲醇或破壞堿基周圍有序水殼層的試劑如三氟乙酸鈉得到證明.這些試劑對于磷酸-脫氧核糖骨架無明顯影響,而它們能顯著降低Tm值.Tm值降低與堿基溶解度增加成正比.這就解釋了為什么磷酸-脫氧核糖骨架在外面而堿基位于里面.,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 66,,每

51、一個核苷酸磷酸基團帶一個負電荷, 如果這些負電荷沒被中和, 雙鏈之間具有強的靜電排斥作用促使兩條鏈分開, 加入Na+(NaCL)可以中和負電荷, 在磷酸基周圍形成“離子云”, 有效屏蔽了磷酸基之間的靜電引力. 這就是Debye-Huekel離子屏蔽理論. Na+濃度越高, Tm值越高.(見課本6頁圖).(3)范德華力( van der Waals force).,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提

52、高!!!,slide 67,DNA二級結(jié)構(gòu)的多形性(Polymorphism),,Watson和Crick的右手雙螺旋DNA模型基本上相當于B形(生理鹽水濃度的DNA抽成纖維，92%相對濕度X光衍射測定) ，除B構(gòu)象外，還有A構(gòu)象、C構(gòu)象、D構(gòu)象和E構(gòu)象(A-DNA、B-DNA、C-DNA、D-DNA、E-DNA)等右手雙螺旋構(gòu)象及左手雙螺旋的Z構(gòu)象。(Z-DNA) 。A-DNA: at low humidity (75%) (and

53、 high salt) the favoured form is A-DNA. DNA-RNA雜交分子和RNA-RNA雜交分子。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 68,DNA二級結(jié)構(gòu)的多形性(Polymorphs),B-DNA: At high humidity(90%) (and low salt) the dominant structure is called B-

54、DNA。生物體內(nèi)天然狀態(tài)的DNA幾乎都以B-DNA存在。C-DNA: 66% humidity, Li+ salt, no proof confirmed the C-DNA existence in organism.D-DNA and E-DNA,僅適用于缺少G-C對的DNA分子，但人工組建的poly(dA), poly(dT)仍屬B構(gòu)象。Z-DNA: 左手雙螺旋, 在d(CGCGCG)晶體上，磷酸核糖骨架Z字形走向(Zig-

55、Zag). 請自己看:Z, B-DNA之間的翻板假說(flipping over) p-17頁,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 69,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 70,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 71,為什么RNA-RNA雙鏈和RNA-

56、DNA雜交分子都只能采取A構(gòu)象而不能采取B構(gòu)象呢? 這是因為RNA的核糖2-OH的存在，使之不能適應(yīng)B構(gòu)象，否則它將與相鄰的磷酸，核糖和堿基上的若干原子靠得太近而造成不安定狀態(tài)（下圖）。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 72,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 73,DNA構(gòu)象家族(conformational fam

57、ily), 上述三種主要類型的DNA，即A-DNA，B-DNA，Z-DNA，都不是只代表單一的構(gòu)象，而是代表了一組相關(guān)的構(gòu)象。這樣一組相關(guān)的構(gòu)象可以稱為構(gòu)象家族(conformational family )。隨著DNA分析技術(shù)由DNA纖維的x光衍射發(fā)展到單晶DNA的x光衍射，人們能夠探知DNA構(gòu)象的局部變化。用DNA纖維進行x光衍射得出的數(shù)據(jù)只能代表一組構(gòu)象的平均值，用DNA單晶進行x光衍射．得出的構(gòu)象家族的平均值也差不多．,202

58、4年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 74,這并不使人驚訝。使人驚訝的是這些數(shù)值的變化范圍，例如每個堿基對的螺旋扭角對于B-DNA為28°-42°，對于A-DNA為16°-44°，為什么會發(fā)生這樣的變化范圍呢?　其根源在于一個堿基對中兩個堿基的螺旋槳扭轉(zhuǎn)效應(yīng)(Propeller twist)。在對DNA纖維進行X光衍射的研究中，基本上忽視了螺旋槳效

59、應(yīng)。所謂螺旋槳扭轉(zhuǎn)就是一個堿基對中的兩個堿基并不處于同一平面中，而是兩個堿基平面相對堿基的長軸各自向著相反的方向,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 75,扭轉(zhuǎn)。如果沿著堿基對的長軸看去，靠近的一個堿基總是順時針方向扭轉(zhuǎn)。這樣，螺旋槳扭角也總是定義為正值．A-DNA為l5°，B-DNA為 12°，個別情況下可以低至3°，高至25°.兩個

60、相鄰堿基對平面之間的夾角就稱為堿基轉(zhuǎn)角。如果這-夾角張開于小溝方向，堿基轉(zhuǎn)角定義為正值，如果這一夾角張開于大溝方向，則堿基轉(zhuǎn)角定義為負值。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 76,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 77,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的呼吸作用: DNA鏈中氫鍵的迅速斷裂和再生過程.(P9-10).在DNA雙螺

61、旋結(jié)構(gòu)中，配對堿基之間的氫鍵處于連續(xù)不斷的斷裂和再生的動態(tài)平衡之中，這可以通過甲醛變性試驗得到證明。在DNA中各堿基上的氨基總是形成氫鍵的，而甲醛只能和自由氨基起反應(yīng)。實際上，甲醛確實能和DNA的氨基起反應(yīng)使DNA發(fā)生不可逆變性，就是因為當堿基之間氫鍵斷裂時，甲醛才有機會與氨基起反應(yīng)。,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的呼吸作用:,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 78,由于斷裂的氫鍵又可能立

62、即恢復，甲醛要與全部氨基起反應(yīng)需經(jīng)過相當長的時間． 配對堿基之間的氫鍵不但處于斷裂和再生的平衡狀態(tài)中，氫鍵上的氫原子還能和水發(fā)生交換，這很容易用重水(3H2O)作溶劑得到證明。這種現(xiàn)象進一步證明了氫鍵的迅速地斷裂和再生過程。這種過程通常稱為DNA鏈的呼吸作用。特別是在富含A．T的節(jié)段，呼吸作用更為明顯．經(jīng)常發(fā)生瞬間的單鏈泡狀結(jié)構(gòu)，這對于某些特殊的蛋白質(zhì)與DNA發(fā)生反應(yīng)并閱讀DNA鏈,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我

63、們互相學習, 共同提高!!!,slide 79,內(nèi)部儲藏的信息(包括氨基酸編碼)具有重要作用。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 80,在雙鏈DNA的兩端，有3個-7個堿基對經(jīng)常不同程度地處于單鏈狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做綻裂(fraying)。某些具有單鏈特異性的脫氧核糖核酸酶，如BAL31，同時又具有雙鏈核酸外切酶的活性，大概就是由雙鏈末端的綻裂作用造成的。,,2024年3月20日

64、4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 81,第四節(jié) DNA物理結(jié)構(gòu)的不均一性,1. 反向(轉(zhuǎn))重復（inverted repeated)：由反方向互補的兩個DNA片段組成，兩個反轉(zhuǎn)重復序列又叫回文序列(palindrome sequence)。形成十字結(jié)構(gòu)(page7)DNA序列中，以某一中心區(qū)域為對稱軸，其兩側(cè)的堿基對順序正讀和反讀都相同，即對稱軸一側(cè)的片段旋轉(zhuǎn)180°后，與另一側(cè)片段

65、對稱重復。較長的回文結(jié)構(gòu)，在某些因素作用下，可形成莖環(huán)式的十字結(jié)構(gòu)和發(fā)夾結(jié)構(gòu)。功能還不完全清楚，但轉(zhuǎn)錄的終止作用與回文結(jié)構(gòu)有關(guān)。較短的回文序列，可作為一種特別信號，如限制性核酸內(nèi)切酶的識別位點。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 82,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 83,,2. 鏡像重復(mirror re

66、peat)：由反方向完全相同的兩個序列組成。3. 直接重復(direct repeat)：由同一方向完全相同的兩個序列組成。正向重復序列、順向重復序列。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 84,4. 富含A T的序列,高等生物中，A+T與C+G的含量差不多相等，但在它們的染色體的某一區(qū)域，A T含量可能很高。在很多有重要調(diào)節(jié)功能（不是蛋白質(zhì)編碼區(qū)）的DNA區(qū)段都富含A T堿

67、基對。特別是在復制起點和啟動的Pribnow框的DNA區(qū)中，富含A T對。這對于復制和轉(zhuǎn)錄的起始十分重要，因為G C對有三個氫鍵，而A T對只有兩個氫鍵，此處雙鍵易解,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 85,5. DNA三股螺旋,在多聚嘧啶和多聚嘌呤組成的DNA螺旋區(qū)段，序列中有較長的鏡像重復時，可形成局部三股螺旋，稱H-DNA。鏡像重復：TAT配對CGC配對DNA的三

68、鏈結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在DNA復制、重組、轉(zhuǎn)錄的起始或調(diào)節(jié)位點，第三股鏈的存在可能使一些調(diào)控蛋白或RNA聚合酶等難以與該區(qū)段結(jié)合，從而阻遏有關(guān)遺傳信息的表達。,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 86,,,A/T rich region,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來, 我們互相學習, 共同提高!!!,slide 87,,,,2024年3月20日4時36分,歡迎同學們到來,