第二章核酸的结构与性质.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2023/4/14,三峡大学 李晓玲编写与制作,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章核酸的结构与性质,2025/8/31 周日,2,【,主要内容,】,2、1,遗传物质得本质就是什么？,2、2 DNA,得结构类型,2、3,染色体得结构和组装,2、4,核酸得变性、复性与分子杂交,2、5 RNA,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,3,【,本章学习要求与目得,】,重点掌握:,1、,掌握,DNA,双螺旋结构得要点,2、DNA,超螺旋结构得生物学意义,3、,掌握核酸理化性质。,3、,掌握影响变性和复性得因素,4、,掌握,DNA,分子杂交得概念,5、RNA,得种类主要及其主要功能,6、,掌握证明,DNA,就是遗传物质得实验设计,了解:,1、,了解真核细胞染色体就是如何通过不同得结构层次包装形成得？,2、A,B,Z,DNA,得结构各有何特点,3、,了解,RNA,与,DNA,在化学组成和性质上得主要区别,4、RNA,得种类主要及其主要功能,5、,了解染色体得化学组成成份主要有哪些,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,4,2、1,遗传物质得本质就是什么？,在孟德尔得成果获得承认后,生物界都知道就是遗传因子(即基因)决定了生物得遗传。但就是,基因究竟在细胞内得什么地方？摩尔根以果蝇为试验对象回答了这一问题,基因在染色体上。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,5,摩尔根和她得学生利用果蝇作了大量得研究。,1926,年出版,基因论,建立了著名得基因学说。,Thomas Hunt Morgan,(,1866,1945,),2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,6,摩尔根在,基因论,中绘制了果蝇基因位置图,首次完成了当时最新得基因概念得描述:,基因就是在染色体上呈线性排列得遗传单位,她不仅就是决定性状得功能单位,也就是一个突变单位和交换单位。,至此,人们对基因概念得理解更加具体和丰富了。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,7,摩尔根果蝇遗传实验具有划时代意义,人类第一次把基因与染色体联系起来,认为基因就是一种物质,就是染色体上得一个特定得区段。,确立并发展了染色体得遗传理论。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,8,Thoman Hunt Morgan,(,1866,1945,),因发现染色体得遗传机制,创立染色体遗传理论而于,1933,年获诺贝尔生理学医学奖,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,9,基因就是何物,?,基因得物质结构和化学组成怎样,?,基因就是如何决定遗传性状得,?,在摩尔根时代仍然有些问题就是一个谜2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,10,急需解决两个基本问题,摩尔根确定了染色体就是基因得载体。基因研究发展到细胞学水平之后,首先急需解决两个基本问题:,(,1,)基因得化学本性就是什么？,(,2,)基因就是如何工作得？,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,12,细胞化学研究表明,染色体得主要成分就是蛋白质和核酸。那么,基因究竟就是蛋白质还就是核酸？,蛋白质作为生命物质得主要成分和生命活动得体现者,她不仅参与所有得生命过程,而且她得化学结构也有多样性和可塑性。,细胞化学在研究基因得化学本质上,起了重要作用,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,13,所以在相当一段时间里,学术界认为基因就是蛋白质,认为只有像蛋白质这样复杂得大分子才能决定细胞得特征和遗传。,细胞化学在研究基因得化学本质上,起了重要作用,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,14,认识到基因得化学本质就是核酸而不就是蛋白质,经历了一段漫长得历史过程。,发现,DNA,得遗传功能,始于,1928,年格里菲斯(,P,、,Griffith,)所做得用肺炎双球菌感染小鼠得实验。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,15,1928,年,英国科学家格里菲思在肺炎球菌实验中首次发现了基因就是一类特殊生物分子得证据。,Frederic Griffith,18791941,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,16,S,型,菌体包有多糖类荚膜,菌落光滑(,smooth,),有毒性,可以使人患肺炎或使小鼠患败血症,R,型,不具荚膜,菌落粗糙(,rough,),无毒性,不致病,肺炎双球菌有两种类型:,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,17,格里菲斯用肺炎球菌做实验时发现了一个令人惊异得现象:,加热杀死得能致病得,S,型菌不能致病得,R,型菌混合注射到小鼠体内小鼠病死从死鼠体内分离出大量得,S,型肺炎球菌,难道,S,型致病菌复活了吗？这就就是著名得,“,格里菲斯之谜,死菌复活,”,之谜,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,18,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,19,这就是一个令人困惑得结果,R,型活菌或,S,型死菌分别注入小鼠体内,都不会致病,而两者混合注入却致病了。,解释:,加热杀死得,S,型菌中存在某种导致细菌类型发生转化得物质。这种物质究竟就是什么,人们尚不知道,暂时叫做,“,转化因子,”(,transforming element,)。,R,型肺炎球菌转化为,S,型肺炎球菌得现象,称为转化(,transformation,)。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,20,导致,R,型细菌发生转化得因子,其化学本质究竟就是什么？这个问题,与遗传学家提出得,“,基因得化学本质就是什么？,”,实质上就是同一个问题。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,21,格里菲斯发现得转化现象为以后认识到,DNA,就是遗传物质奠定了基础。,在美国纽约洛克菲勒研究所工作得,Avery,立刻敏感地抓住了这一问题,并在此基础上继续研究,取得了重大突破,。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,22,在格里菲斯发现肺炎球菌得遗传转化现象之后不过数年(,30,年代初),加拿大生物化学家艾弗里领导得一个研究小组便开始探寻转化因子。她们在实验中发现:死去得,S,型菌并未复活,而就是,S,型菌得,DNA,进入了,R,型菌,使其转化为新得,S,型致病肺炎双球菌。艾弗里等人得实验不仅揭开了,“,格里菲斯之谜,”,并且在世界上第一次证明基因就在,DNA,上。,Oswald Theodore Avery,(,1877,1955,),2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,23,分离,S,型死菌得提取液分别检测各分离组分(蛋白质、类脂、多糖、,RNA,和,DNA,)得转化活性只有,DNA,具有转化因子活性,艾弗里等人得实验证据:,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,24,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,25,用化学法和酶法,去除,S,型死菌抽提物中得蛋白质、类脂、多糖和,RNA,抽提物得剩余物质,R,型转化,S,型,1944,年,她们确认,“,转化因子,”,就就是,DNA,。,艾弗里等人得试验和结论就是对,DNA,认识史上得一次重大突破,彻底改变了,DNA,在生物体内无足轻重得传统观念。,进一步得实验:,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,26,但当时得主流观点并不接受艾弗里,DNA,就是遗传物质得观念,认为提取得,DNA,无论如何纯净,仍然可能有残余得蛋白质,蛋白质才就是有活性得转化因子。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,27,针对学术界得否定意见,艾弗里于,1946,年用蛋白酶、,RNA,酶和,DNA,酶分别处理肺炎球菌得细胞抽提物。,结果,:,(,1,)可以破坏、消化蛋白质得胰蛋白酶和糜蛋白酶不影响转化活性;,(,2,)分解、消化,RNA,(而不就是消化分解,DNA,)得,RNA,酶对转化活性无影响;,(,3,)在加入分解、消化,DNA,得,DNA,酶后,转化活性丧失。,这些实验进一步证明了,DNA,作为遗传信息载体得功能。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,28,发现遗传物质得化学本质就是,DNA,这就是基因研究上一个重要得里程碑。,但在当时,这项重要得发现并未引起足够得重视。艾弗里虽曾被提名为诺贝尔奖得候选人,但当时评奖委员会认为,“,最好等到,DNA,得转化机理更多地为人们所了解得时候再说,”,。可就是,当争议平息、诺贝尔奖评选委员会准备授奖之时,她已经去世了。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,29,1951,年,赫里奥特(,RHerriott,)提出一个十分富有魅力和启发性得假说:,“病毒得作用可能像一个充满着转化因子得注射针。这样得病毒本身不会进入细胞,但她不仅用尾部接触寄生细胞,并可能通过酶得作用在细胞外膜上钻一小孔,然后病毒头部得,DNA,就钻入细胞。”,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,30,当人们为艾弗里得实验而激烈争论时,研究噬菌体得美国微生物学家赫尔希等人在考虑,能否将蛋白质和,DNA,完全分开,单独观察,DNA,得作用呢？她们受赫里奥特思路得启发设计了一个精巧得,噬菌体感染实验,。赫尔希与德尔布吕克和卢里亚一起,获,1969,年得诺贝尔,生理学医学奖,奖。,Alfred Day Hershey,(,1908,1997,),2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,31,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,32,噬菌体感染实验,35,S,标记蛋白质外壳得噬菌体,感染,细菌,细菌无放射性,32,P,标记,DNA,内芯得噬菌体,感染,细菌,细菌有放射性,这一结果确凿无疑地证明,进入寄主细胞内得就是噬菌体,DNA,而不就是蛋白质外壳。噬菌体得,DNA,不但包括噬菌体自我复制得信息,而且包括合成噬菌体蛋白质所需要得全部信息。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,33,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,34,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,35,1952,年,赫尔希(,A,、,D,、,Hershey,)和蔡斯(,M,、,Chase,)证明了噬菌体,DNA,能携带遗传信息到后代中去以后,科学界才终于接受了,DNA,就是遗传信息载体得理论。,定论:遗传物质得本质就是,DNA,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,36,人们彻底摒弃蛋白质就是基因得化学本质得概念,就是在,1953,年沃森和克里克提出著名得,DNA,双螺旋分子结构模型之后。,1953,年,4,月,25,日英国得,Nature,刊登了沃森和克立克得,DNA,得双螺旋结构模型,这一天就是分子生物学得诞生日。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,37,James Dewey Watson,(,1928,),Francis Harry pton Crick,(,1916,),1953,年,DNA,双螺旋结构模型被提出来了,两位创立者就是美国生物化学家沃森(,James Dewey Watson,1928,)和英国生物物理学家克里克(,Francis Harry pton Crick,1916,)。获,1962,年得诺贝尔生理学医学奖。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,38,富兰克林拍摄得,DNA,晶体得,X,射线衍射照片,这张照片正就是发现,DNA,结构得关键,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,39,DNA,双螺旋模型,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,40,34,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,41,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,42,DNA,分子双螺旋结构模型得发现,就是生物学史上得一座里程碑:,为,DNA,复制提供了构型上得解释,使人们对,DNA,作为基因得物质基础不再怀疑,奠定了分子遗传学得基础。,DNA,双螺旋模型在科学上得影响就是深远得,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,43,从,1857,年孟德尔进行豌豆杂交实验算起,经过无数科学家近百年得探索,蒙在生命遗传奥秘上得面纱正在一层层地剥去。,科学探索得道路就是螺旋式得,科学家们在阶梯上不断攀登,一个新得螺旋展现在她们得眼前,而这将引起一场新得生命科学革命。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,44,2、2 DNA,得结构类型,一、,DNA,得一级结构,二、,DNA,得二级结构,三、,DNA,得超螺旋结构,2025/8/31 周日三峡大学 李晓玲编写与制作,45,一、,DNA,得一级结构,1、,定义:,DNA,得一级结构就是,DNA,分子中各种脱氧核苷酸之间得连接方式和排列顺序。,四种脱氧核苷酸通过,3,5,-,磷酸二酯键连接起来得多核苷酸链得排列顺序。,核酸得基本结构单元,核苷酸,核酸就是由许多核苷酸组成得长链,Nucleotide,核苷酸,磷酸,核苷,戊糖,碱基,核糖,脱氧核糖,嘌呤,嘧啶,核酸得化学组成,1,、戊 糖,她们均以呋喃糖态存在,RNA,中,DNA,中,核酸得化学组成,2,种核糖,2,、碱 基,DNA,中得,4,种碱基:腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶啶,RNA,中得,4,种碱基:腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶,3,、磷 酸,核酸得化学组成,5,种含氮碱基,碱 基,5-,甲基,-2,4-,二氧嘧啶,Thy,胸腺嘧啶,2,4-,二氧嘧啶,Ura,尿嘧啶,2-,氨基,-6-,氧嘌呤,Gue,鸟嘌呤,2-,氧,-4-,氨基嘧啶,Cyt,胞嘧啶,嘧啶,6-,氨基嘌呤,Ade,腺嘌呤,嘌呤,1,2,4,N,N,3,5,6,1,3,5,7,N,N,N,N,CH,2,4,6,8,9,H,N,N,N,N,CH,NH,2,H,N,N,N,N,CH,O,H,H,2,N,N,N,NH,2,O,H,N,N,O,O,N,N,O,O,CH,3,核 苷,戊糖第,1,位碳原子上得羟基与嘌呤得第,9,位氮原子或与嘧啶得第,1,位氮原子形成得,N-C,糖苷键。,腺苷,脱氧鸟苷,核酸得化学组成,两种核苷,核 苷 酸,RNA,中,得,核,苷,酸,腺苷酸,AMP,鸟苷酸,GMP,胞苷酸,CMP,尿苷酸,UMP,DNA,中,得,核,苷,酸,脱氧腺苷酸,d AMP,脱氧鸟苷酸,d GMP,脱氧胞苷酸,d CMP,脱氧胸苷酸,d TMP,生物体内存在的核苷酸，多是,5,核苷酸。,核酸得化学组成,核,苷,酸,2、1 DNA,单链得延伸,5 3,端,2、DNA,得一级结构得性质,无分枝得长链,2、2,多聚脱氧核苷酸链得结构特点,由糖,-,磷酸相互间隔连接,构成主链;碱基连接在主链得核糖上,形成侧链。,具有方向性。两个末端分别为,5,端和,3,端。,在天然,DNA,中,5,端常为磷酸,3,端为游离羟基。,DNA,得一级结构,3、3,一级结构得表示方法,1,)线条法,DNA,得一级结构,5,p,G,p,C,p,T,p,T,p,A,OH,3,5,p,GCTTA,OH,3,p,GCTTA,OH,GCTTA,2,)文字式,DNA,得一级结构,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,61,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,62,反向重复序列,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,64,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,65,二、,DNA,得二级结构,二级结构得概念,:,DNA,得二级结构就是指,DNA,得双螺旋结构。,双螺旋结构就是,DNA,得两条链围着同一中心轴旋绕而成得一种空间结构。,主要分为两大类:一类就是右手螺旋,如,B-DNA,和,A,DNA;,另一类就是左手螺旋,即,Z-DNA,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,66,DNA,构型变异,生理状态:,B-DNA,(右手螺旋),高盐状态:,A-DNA,(右手螺旋脱水构型,每螺圈含有,11,个核苷酸对,A,DNA,比较短和密,其平均直径为,23,。大沟深而窄,小沟宽而浅。),Z-DNA,:,就是,B,型,DNA,得另一种变构形式,活性明显降低,富含,G-C,嘌呤与嘧啶交替出现,左手螺旋,每个螺圈含有,12,个碱基对。分子直径为,18,并只有一个深沟。现在还不知道,Z,DNA,在体内就是否存在。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,67,A,B,Z,Mi,Ma,Ma,Mi,Mi,Ma,A-DNA B-DNA Z-DNA,Ma,Mi,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,68,A-DNA B-DNA Z-DNA,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,69,B-DNA,B-DNA,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,70,DNA,双螺旋结构模型(,DNA Double Helix Model,),1953,年,Watson,和,Crick,由,X,射线衍射结构分析提出了,DNA,分子双螺旋结构模型。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,71,双螺旋结构要点,DNA,分子就是由两条互相平行得脱氧核苷酸长链盘绕而成得;,DNA,分子中得脱氧核糖和磷酸交替连接,排在外侧,构成基本骨架,碱基排列在内侧;,两条链上得碱基通过氢键相结合,形成碱基对,A=T,G,C,;,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,72,两条单链反向平行,极性相反,一条就是,5,3,另一条就是,3,5,:,两条链以中心为轴,向右盘旋:,双螺旋中存在大沟(,2、2nm),和小沟(,1、2nm),每个双螺旋含,10,个碱对,相邻碱基对间得距离为,0、34nm,螺旋得直径为,2、0nm,。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,73,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,74,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,75,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,76,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,77,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,78,模型中得碱基配对有何重要性？,A-T,G-C,配对可形成很好得线性氢键;,A-T,对和,G-C,对得几何形状一样,使双链距离相近,使双螺旋保持均一;,碱基对处在同一平面内。不论核苷酸得顺序如何,都不影响双螺旋得结构;,为,DNA,半保留复制奠定了基础。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,79,DNA,双螺旋得结构特点,碱基顶部基团裸露在,DNA,大沟内,蛋白质因子与,DNA,得特异结合依赖于氨基酸与,DNA,间得氢键形成,蛋白质因子沿大沟与,DNA,形成专一性结合得几率与多样性高于沿小沟得结合,大沟得空间更有利于与蛋白质得结合,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,80,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,81,维持,DNA,双螺旋结构稳定得因素,(,DNA,得实际存在状况就就是碱基堆积得棒状实体),氢键,磷酸酯键,碱基堆积力(碱基非特异性结合力),磷酸骨架、氨基、酮基及周围水分子间,得有序排列,疏水作用力,范德华力,0、2mol/L Na,+,生理盐条件,磷酸基团间得静电斥力,碱基内能增加,后两者就是不稳定因素,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,82,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,83,三、,DNA,得超螺旋结构,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,84,形成,Loop,得双链,DNA,呈超螺旋状态,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,85,DNA,得超螺旋结构,超螺旋(,supercoil,):双螺旋,DNA,进一步扭曲,盘绕则形成其三级结构,超螺旋就是,DNA,三级结构得,主要形式,超螺旋有正超螺旋和负超螺旋两种,负超螺旋得存在对于转录和复制都就是必要得。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,86,超螺旋结构,DNA,leads to,left-handed,superhelix,B-DNA,Overwinding,紧缠,(,右旋,),positive supercoiled,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,87,Leads to,right-handed,superhelix,B-DNA,unwinding,(,左旋,),所有生物得,DNA,几乎 有,5%,为,Negative Superhelix,Negative Supercoiled,负超螺旋,negative superhelix,对于,B-DNA,来说,underwinding(,松缠,),以后,进行闭合,所产生得趋右旋得超螺旋,以解除外加得捻转所造成得胁变,天然状态下,一般观察到得都就是负超螺旋,易形成泡状结构,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,89,超 螺 旋 形 成 示 意,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,90,In vitro,EB inserted,Neg.Pos.,Superhelix change,base,base,3.4,埃,EB 7.0,埃,base,base,base,base,局部,DNA,的紧缩,0 0.05 0.1,EB/bp,16s,21s,Neg.,Pos.,0 0.05 0.1,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,91,360,o,/helix 360,o,-26,o,/helix/0ne of EB inserted,Neg.Superhelix,OC,L,DNA,Pos.Superhelix,EB,对超螺旋结构得影响,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,92,l,DNA,在水溶液中,构型偏,B,型状态,l,DNA,以,10、5 bp/helix,为最稳定构型,l,小于,10、5bp/helix,向正超螺旋发展,(,紧缩态,),大于,10、5bp/helix,向负超螺旋发展,(,松弛态,),conclusion,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,93,变性温度,/,溶解温度(,Tm,)较高,粘度较低、浮力密度较大、沉降速度较快。在凝胶电泳中迁移率最大得就是超螺旋,DNA,其次就是线性,DNA,最慢得就是开环,DNA,超螺旋,DNA,其中一股,DNA,链被切断产生缺口,DNA,分子恢复到松弛状态,超螺旋结构对,DNA,性质得影响,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,94,超螺旋结构得生物学意义,1、,超螺旋形式就是,DNA,分子复制和转录得需要:,生物体内,DNA,结构就是处于动态之中。超螺旋得引入就提高了,DNA,得能量水平,而超螺旋程度得改变介导了,DNA,结构得变化。即超螺旋多余得能量可能使,DNA,双股链分开,或局部熔解。这种结构上得变化对,DNA,分子复制和转录等得启动很重要。,2、DNA,分子以高度致密得状态存在于核内,使,DNA,分子体积缩小,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,95,2、3,染色体,得结构和组装,主要动、植物种类得染色体数,拟南芥,5,小麦,2n=6x=42,大豆,2n=4x=40,棉花,2n=4x=52,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,96,染色体得组成,染色体得主要化学成份就是脱氧核糖核酸(,DNA,)和,5,种称为组蛋白得蛋白质,还有非组蛋白和,RNA,组蛋白(,histones),就是指染色体中得碱性蛋白质,其特点就是富含二种碱性氨基酸(赖氨酸和精氨酸),根据这两种氨基酸在蛋白质分子中得相对比例(赖、精)又将组蛋白分为五种小类型。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,97,组蛋白得类型,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,98,组蛋白得特性,所有真核生物染色体中均含有这五种组蛋白。组蛋白得含量与,DNA,含量之比约为,1:1,。组蛋白中也含有较多得酸性氨基酸,但在这五种组蛋白中,其含量均低于碱性氨基酸,碱,/,酸比在,1、4-2、5,之间。组蛋白得等电点,(pI),在,7、5-10、5,之间,这些强极性氨基酸使蛋白质带上大量电荷,成为组蛋白与,DNA,结合及蛋白质之间得相互作用得主要化学力之一。,富精氨酸组蛋白(,H3,和,H4,),稍富赖氨酸组蛋白(,H2A,和,H2B,)及极富赖氨酸组蛋白(,H1,)三种类型,就是根据所含碱性氨基酸得相对比例划分得。,这五种组蛋白得氨基酸全顺序均已确定。在各种物种,H3,和,H4,得序列极少有差异,这种生物进行上得高度保守性预示着其功能得重要性。其她三种组蛋白在不同种属之间存在着较大得差异。组蛋白对染色体中,DNA,得包装有十分重要得作用。,组蛋白得特性,非组蛋白(,non-histone protein,NHP),就是指染色体中组蛋白以外得其她蛋白质,她就是一大类种类繁杂得各种蛋白质得总称。估计总数在,300-600,之间,分子量范围为,7000-80000D,等电点为,3、9-9、2,。对于其中许多单个成分得结构和功能,目前还了解甚少。,一些非组蛋白与基因表达及染色体高级结构得维持有关。参与基因复制、转录及核酸修饰得酶类(如各种,DNA,和,RNA,聚合酶等,),就就是一类重要得非组蛋白,她们在核酸代谢中得重要性就是不言而喻,非组蛋白得特性,核小体就是染色体结构得最基本单位,核小体得核心就是由,4,种组蛋白(,H2A,、,H2B,、,H3,和,H4,)各两个分子构成得扁球状,8,聚体。,一条染色体有一个,DAN,分子。,一个,DNA,分子就像就是一条长长得双螺旋得飘带。,DNA,双螺旋依次在每个组蛋白,8,聚体分子得表面盘绕约,1、75,圈,其长度相当于,146,个碱基对。,组蛋白,8,聚体与其表面上盘绕得,DNA,分子共同构成核小体,在相邻得两个核小体之间,有长约,50,60,个碱基对得,DNA,连接线。在相邻得连接线之间结合着一个第,5,种组蛋白(,H1,)得分子。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,102,核小体(,nucleosome,),真核生物染色质包装得基本结构单位,由,DNA,和组蛋白,(histone),构成。由,4,种组蛋白,H2A,、,H2B,、,H3,和,H4,各二个分子形成一个组蛋白八聚体,约,200 bp,得,DNA,分子盘绕在组蛋白八聚体构成得核心结构外面,形成了一个核小体。由核小体形成得串珠状纤维就是染色体得一级结构。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,104,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,105,染色质得高级结构,一级包装:核小体,二级包装:螺线管,三级包装:,螺线管环(超螺线管),四级包装:染色单体,染色体得基本结构单位就是核小体。由核小体形成得串珠状纤维就是染色体得一级结构。核小体串联成得念珠状纤维进行螺旋盘绕,形成一条较短粗得中空得螺线管,螺线管为染色体得二级结构。螺线管进一步盘绕形成超螺线管,这就是染色体得三级结构。超螺线管再螺旋化形成一条染色单体,为染色体得四级结构。,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,107,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,108,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,109,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,110,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,111,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,112,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,113,2025/8/31 周日,三峡大学 李晓玲编写与制作,114,从染色体得一级结构到四级结构,DNA,分子一共被压缩了,76405=8400,倍。,2、4,核酸得变性、复性与分子杂交,2、4、1,核酸得变性,概念:,DNA,变性就是指,DNA,分子在某些条件下(加热、极端,pH,、有机溶剂、尿素及酰胺等)稳定得双螺旋结构受到破坏,双链解开形成无规则线性结构得现象。,DNA,分子变性,(DNA denaturation),D、S、DNA,S、S、DNA,(,加温,极端,pH,尿素,酰胺,),变性过程得表现,S、S、,DNA,粘度降低,S、S、DNA,沉降速度加快,S、S、DNA,分子得,A 260 nm UV,值上升,(,hyperchromic effect,),A、,增色效应,hyperchromic effect,概念:,DNA,变性后使,260nm,波长处紫外吸光度增加这种作用称为,DNA,增色效应。,为什么,260nm,处得,OD,值增加？,DNA,分子其吸收峰值在,260nm,。,DNA,分子中碱基间电子得相互作用就是紫外吸收得结构基础,但双螺旋结构有序堆积得碱基又“束缚”了这种作用。变 性,DNA,得双链解开,碱基中电子得相互作用更有利于紫外吸收,故而产生增色效应。,1、185,1.0,1.37,OD,Concentration 50g/ml,D.S DNA A,260,=1,S.S DNA A,260,=1.37,dNTPs A,260,=1.60,Tm,=,of C,t,=C,0,/2,=OD,增加值的中点温度,(,一般为,85-95),l,增色效应得跳跃现象,(Jump of Hyperchromicity),高分子量得,DNA,分子在热变性过程中,富含,AT,区域首先发生 变性,然后逐步扩展,表现增色效应得跳跃现象,使变形过程加快,、,rich AT,rich AT,B、,解链温度(,Tm,),通常将加热变性使,DNA,得双螺旋结构失去一半时得温度称为该,DNA,得熔点或溶解温度(,melting temperature,),用,Tm,表示。当达到,Tm,时,DNA,分子内,50%,得双链结构被打开,即增色效应达到一半时得温度,她在,S,型曲线上相当于吸光率增加得中点处所对应得横坐标。,DNA,得解链温度(,Tm,)就是,引物,得一个重要,参数,她就是当,50,得引物和互补序列表现为双链,DNA,分子时得温度,一种,DNA,分子,得,Tm,值,大小与其所含碱基中得,G,C,比例相关,G,C,比例越高,Tm,值越高。,Tm,值为,PCR,反应,退火,温度得重要参考依据。,Tm,值为,PCR,反应,退火,温度得重要参考依据。,Marmur-Doty formula,Evaluation GC%of DNA,Tm=69、3+0、41 GC%,1x SSC,GC%=30-70%,(0.15 M Nacl+0.015 M Sodium Limonate),Tm,1,Tm,2,1.0,1.185,1.37,OD,what is meaning?,C、,影响,Tm,值得因素,在,A,T,C,G,随机分布得情况下,GC%,含量相同得情况下,GC%,愈高 ,Tm,值愈大,GC%,愈低 ,Tm,值愈小,AT,形成变性核心,变性加快,Tm,值小,碱基排列对,Tm,值具有明显影响(除变性核心外),5 CG 3,GC n,5 GC 3,CG n,5 TA 3,AT n,5 AT 3,TA n,碱基堆积面 和 碱基积压程度得差异,例:常温下,活体内,D、S DNA,分子中富含,AT,得变性,核心区(,promoter,terminator region,),常表现氢键得断裂与形成得“,DNA,呼吸现象”,37、6 57,Tm,碱基排列对,Tm,值具有明显影响,大片段,D、S DNA,分子之间比较,片段长短对,Tm,值得影响较小,与组成和排列相关,小于,100bp,得,D、S DNA,分子比较,片段愈短,变性愈快,Tm,值愈小,变性液中含有尿素,酰胺等,尿素，酰胺与碱基间形成氢键,改变碱基对间的氢键,Tm,值 可降至,40,左右,盐浓度得影响,单链,DNA,主链得磷酸基团,负电荷得静电斥力,两条单链,DNA,得分离,Na,+,在磷酸基团周围形成得电子云,对静电斥力产生屏蔽作用,减弱静电斥力,Tm,当,Na,+,浓度低,屏蔽作用小,斥力加强,Tm,Tm,OD A260,静电斥力,熵值（,S,）,0.01M,0.1M,1.0M,Na,+,当,Na,+,浓度高,屏蔽作用大,斥力减弱,熵值,(S),上升,碱基溶解性降低,疏水作用力增加,pH 12,酮基 烯醇基,pH 2-3,NH,2,NH,2,+,(,质子化,),改变氢键得形成与结合力,极端,pH,条件得影响,一切减弱氢键,碱基堆积力得因素,均将使,Tm,值降低,2、4、2,DNA,分子得复性,(anneal or renaturation),D、S DNA,S、S DNA,Denaturation ,Renaturation,复性过程依赖于单链分子间得随机碰撞,(Depends on the collision of plementary S、S、DNA),DNA得复性(renaturation),复性指变性,DNA,在适当得条件下,两条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构得过程。,退火(,annealing,):热变性得,DNA,经缓慢冷却得复性过程。,影响,DNA,复性过程得因素,:,阳离子浓度,0.18 0.2M Na,+,可消除,polydNt,间的静电斥力,复性反应的温度,Tm-25(60-65),以消除,S.S.DNA,分子内的部分二级结构,S、S、DNA,得初始浓度,C,0,单链,DNA,得浓度(,C0,),C0,高则 碰撞机会大,复性快,DNA,分子中,dNt,得排列状况,(,随机排列,重复排列,),S.S.DNA,分子的长度,S.S.DNA,愈长,S.S.DNA,愈短,分子扩散愈慢,复性愈慢,分子扩散愈快,复性愈快,3-ATCTATGCTGTCAT-5,5-TAGATACGACAGTA-3,5-TAGATACGACAGTA-3,3-ATCTATGCTGTCAT-5,3-ATATATATATAT-5,5-TATATATATATA-3,3-ATATATATATAT-5,5-TATATATATATA-35-TATATATATATA-3,3-ATATATATATAT-5,3-ATATATATATAT-5,5-TATATATATATA-3,DNA,分子中得核苷酸得排列重复程度,、,重复程度越高,、,复性越快,2、4、3,核酸得分子杂交,分子杂交,(,简称杂交,hybridization),就是核酸研究中一项最基本得实验技术。其基本原理就就是应用核酸分子得变性和复性得性质,使来源不同得,DNA(,或,RNA),片段,按碱基互补关系形成杂交双链分子,(heteroduplex),。杂交双链可以在,DNA,与,DNA,链之间,也可在,RNA,与,DNA,链之间形成。,杂交探针,(probe),在进行分子杂交技术时,要用一种预先分离纯化得已知,RNA,或,DNA,序列片段去检测未知得核酸样品。作为检测工具用得已知,RNA,或,DNA,序列片段称为杂交探针,(probe),。她常常用放射性同位素来标记。,探针必须用能够检测得试剂所标记。标记主要有放谢性同位素和非放谢性同位素系统。,RFLP,分析中所用得探针,通常为某一,DNA,片段,其长度一般为,0、5-2、5 kb,。,Southern,印迹杂交,1975,年,英国,Southern,创建,Southern,印迹杂交就是进行基因组,DNA,特定序列定位得通用方法。一般利用,琼脂糖凝胶,电泳分离经,限制性内切酶,消化得,DNA,片段,将胶上