《分子生物学》李世杰-第二章dna结构

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1、n 第 一 节 遗 传 物 质 的 本 质n 第 二 节 核 酸 的 化 学 组 成n 第 三 节 DNA的 二 级 结 构n 第 四 节 DNA的 物 理 化 学 性 质n 第 五 节 超 螺 旋 和 拓 扑 异 构第 二 章 DNA的 结 构 第 一 节 遗 传 物 质 的 本 质 一 、 DNA携 带 两 类 不 同 的 遗 传 信 息 1、 遗 传 物 质 必 须 具 有 的 特 性 DNA的 特 征 a、 贮 存 并 表 达 遗 传 信 息 各 异 的 碱 基 序 列 储 存 大 量 的 遗 传 信 息1kb DNA序 列 41000 种 遗 传 信 息 b、 能 把 信 息 传 递

2、 给 子 代 DNA的 复 制 是 其 表 达 和传 递 遗 传 信 息 的 基 础 c、 物 理 和 化 学 性 质 稳 定 生 理 状 态 下 物 理 、 化 学 性 质 稳 定 d、 具 有 遗 传 变 化 的 能 力 有 突 变 和 修 复 能 力 ， 可 稳 定 遗 传 是 生 物 进 化 的 基 础 2、 DNA携 带 两 种 遗 传 信 息 a、 编 码 蛋 白 质 和 RNA的 信 息 (编 码tRNA、 rRNA) 64个 三 联 体 密 码 子 3个 终 止 密 码 子 编 码 氨 基 酸 的 61个 密 码 子 有 简 并 性 、 通 用 性 b、 编 码 基 因 选 择

3、 性 表 达 的 信 息基 因 选 择 性 表 达 表 现 在 ： 细 胞 周 期 的 不 同 时 相 中 个 体 发 育 不 同 阶 段 不 同 的 器 官 和 组 织 不 同 的 外 界 环 境 下 基 因 的 表 达 与 否 以 及 量 的差 异 * 原 核 生 物 的 结 构 基 因 占 Genome的 比 例 很 大 x174phage 5386bp 结 构 基 因 用 去 5169bp 比 例 达 96* 真 核 生 物 的 结 构 基 因 占 Genome的 比 例 很 小 哺 乳 动 物 中 结 构 基 因 只 占 10 15 其 余 80 以 上 的 DNA起 什 么 作 用

4、 目 前 还 无法 精 确 解 释 ， 但 可 以 肯 定 其 中 大 部 分 DNA序 列 是 编 码 基 因 选 择 性 表 达 的 遗 传 信 息 所 以 又 称 调 控 序 列 二 、 RNA也 可 作 为 遗 传 物 质 * RNA病 毒 传 染 媒 介 是 病 毒 颗 粒 （ 病 毒 基 因 组 RNA、 蛋 白 质 外 壳 ） 如 : 烟 草 花 叶 病 毒 （ Tobacco Mosaic Virus ， TMV) * 类 病 毒 （ viroid） : 使 高 等 植 物 产 生 疾 病 的 传 染 性 因 子 只 由 RNA组 成 三 、 是 否 存 在 核 酸 以 外 的

5、 遗 传 物 质 Prion (proteinaccous infections particle) 朊 病 毒 蛋 白 质 样 的 感 染 因 子羊 搔 痒 病 (scripie)人 类 库 鲁 （ kuru） 病 牛 海 绵 状 脑 炎 (疯 牛 病 ) 均 由 传 染 性 病 原 蛋 白 颗 粒 引 起统 称 Prion (朊 病 毒 ) Prion 复 制 ? 转 录 ? 翻 译 ? 疾 病 症 状 发 病 机 理 发 现 病 例库 鲁 病（ Kuru） 共 济 失 调 、 继 发 痴呆 通 过 同 类 相 食 （ 人 ）传 染 约 2600例医 源 性 克 雅氏 病 (iCJD） 痴

6、 呆 ， 共 济 失 调 通 过 朊 病 毒 污 染 的 HGH，或 通 过 角 膜 移 植 约 80例家 族 性 克雅 氏 病 同 上 PrP基 因 种 系 突 变 约 100个 家 族零 星 发 生 克雅 氏 病 同 上 体 细 胞 突 变 PrPc自 发转 变 为 PrPsc？ 每 年 发 生 率 约 百 万分 之 一克 雅 氏 病 新突 变 体 vCJD 共 济 失 调 ， 常 伴 有痴 呆 牛 朊 病 毒 传 染 ？ 46例G S 综 合 症（ GSS） 共 济 失 调 ， 常 伴 有痴 呆 PrP基 因 种 系 突 变 约 50个 家 族致 死 性 家 族 失 眠 症 （ FFI）

7、 睡 眠 隔 离 ， 接 着 失眠 ， 痴 呆 PrP基 因 种 系 突 变（ D178N和 M129） 9个 家 族 人 类 朊 病 毒 疾 病 、 症 状 及 发 病 机 理 致 死 性 中 枢 神 经系 统 的 慢 性 退 化病理表现：大脑皮层的神经原细胞退化、空泡变性、死亡、消失，最终被星状细胞取代，因而造成海棉状态 朊 病 毒 带 来 了 诺 贝 尔 生 理 /医 学 奖 1997 Stanley B.Prusiner发 现 朊 病 毒 是 作为 老 年 性 痴 呆 症等 疾 病 的 病 原 并能 在 寄 主 细 胞 中繁 殖 传 播 第 二 节 核 酸 的 化 学 组 成 嘧 啶P

8、yrimidines嘌 呤Purines 一 、 碱 基 、 核 苷 、 核 苷 酸 碱 基Nitrogenous bases Uracil (U) 核 苷 （ nucleotide） 糖 苷 键G lycosidic bond嘧 啶 的 1位 N原 子 、 嘌 呤 的 9位 N原 子核 糖 是 戊 糖 RNA 核 糖 核 苷 DNA 脱 氧 核 糖 核 苷 19 核 苷 酸 （ nucleotide acid）核 苷 的 磷 酸 酯 脱 氧 核 糖 核 苷 酸 核 糖 核 苷 酸其 中 和 、 和 之 间 是 高能 磷 酸 键 dNTP 碱 基 戊 糖 核 苷 核 苷 磷 酸 核 苷 酸 二

9、 、 DNA分 子 的 一 级 结 构 (DNA sequence)1、 多 聚 核 苷 酸 链 主 链 是 核 糖 和 磷 酸 侧 链 为 碱 基由 3 ,5 磷 酸 二 酯 键 连接2、 链 的 方 向 ： 同 一 个 磷 酸 基 的 3 酯 键 到 5 酯 键 的方 向 (5 3) 5-UCAGGCUA-3 = UCAGGCUA 默 认 书 写 顺 序 53 3 5 第 二 节 DNA的 二 级 结 构 * 1953. Watsosn & Crick 右手 B- DNA Double helix Model 一 、 DNA双 螺 旋 模 型 的 提 出 （ double helix mo

10、del） 每 一 单 链 具 有 5 3 极 性 两 条 单 链 极 性 相 反 反 向 平 行 两 条 单 链 间 以 氢 键 连 接 以 中 心 为 轴 ， 向 右 盘 旋 （ 直 径 2nm） 双 螺 旋 中 存 在 大 ， 小 沟 * 双 螺 旋 的 主 链 磷 酸 二 酯 链(PhosphodiesterBackbone) C-GT-A 碱 基 互 补 直 径 20 * 双 螺 旋 模 型 参 数 螺 距 为 34（ 任 一 条 链 绕 轴 一 周 所 升 降 的 距 离 ） 每 圈 有 10个 核 苷 酸 （ 碱 基 ） 有 大 沟 和 小 沟 配 对 碱 基 并 不 充 满 双

11、螺 旋 空 间 ， 且 碱 基 对 占 据 的 空 间 不 对 称 两 个 碱 基 之 间 的 垂 直 距 离 是 3.4。 螺 旋 转 角 是 36度 Pitch 34 Rise3.4 Width 20 Major GrooveMinor Groove10.4 bp/turn 二、 影响双螺旋结构稳定性的因素 l 氢键 (Hydrogen bond 46 kc / mol) 消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力 弱键, 可加热解链氢键堆积, 有序排列(线性, 方向) l 磷酸酯键 (phosphoester bond 8090 kc / mol)l 0.2 mol / L Na + 生理盐条

12、件 强键, 需酶促解链 * 维 持 稳 定 性 的 因 素 l 碱基堆积力 (非特异性结合力) ( 1 kc / mol 0.6kc / mol ) n 范德华力（Van de waals force） (1.7A / 嘌 呤 环 与 嘧 啶 环 作 用 半 径 )(0.34 nm/碱 基 对 间 距 )3.4A 疏水作用力 (H ydrophobic interaction) 不溶于水的非极性分子在水中相互联合, 成串结合的趋势力. (磷酸骨架, 氨基, 酮基周围水分子间的有序排列 )l 磷酸基团间的静电斥力 l 碱基内能增加(温度), 使氢键因碱基排列有序状态的破坏 而减弱 * 不 稳 定

13、 因 素 三、双螺旋结构的基本形式 B-DNA 资 料 来 自 相 对 湿 度 为 92 所 得 到 的 DNA钠 盐 纤 维 此 外 人 们 还 发 现 了 A、 C、 D、 E等 右 手 双 螺 旋 和 左 手 双 螺 旋 Z构 象 等 形 式DNA结 构 的 多 态 性 ： 几 种 不 同 的 DNA双 螺 旋 结 构 以 及 同 一 种 双 螺 旋 结 构 内 参 数 存 在 差 异 的 现 象 原 因 ： 多 核 苷 酸 链 的 骨 架 含 有 许 多 可 转 动 的 单 键 磷 酸 二 酯 键 的 两 个 P-O键 、 糖 苷 键 、 戊 糖 环 各 个 键 A B ZH ande

14、dnessBase Inclination A B Z大沟宽小沟窄小沟窄大沟变深 小沟宽浅 大 沟 不 存 在小 沟 窄 而 深 1、 反 向 重 复 序 列 与 二 级 结 构 反 向 重 复 序 列 （ inverted repeatitive sequence or inverted repeats IR） 又 称 回 文 序 列 （ 廻 文 ） ： 指 两 段 同 样 的 核 苷 酸 序 列 同 时 存 在 于 一 个 分 子 中 ， 但 具 有 相 反 的 方 向 有 时 也 有 不 完 全 相 同 的 情 况 RNA和 DNA中 都 可 能 存 在 此 外 还 可 有 direct

15、ed repeatitive sequence -正 向 重 复 序 列四、一些DNA序列的不寻常结构 C 反 向 重 复 序 列 间 间 隔 较 短 或 无 间 隔反 向 重 复 序 列 间 间 隔 较 长 * 较 短 的 回 文 序 列 可 能 是 作 为 一 种 信 号 如 ： 限 制 性 内 切 酶 的 识 别 位 点 一 些 调 控 蛋 白 的 识 别 位 点 例 如 限 制 性 内 切 酶 EcoR 的 识 别 位 点 5 GAATTC 3 3 CTTAAG 5 （ 1） 形 成 条 件 一 股 为 嘌 呤 ， 另 一 股 为 嘧 啶 的 核 苷 酸 双 链 能 够 形 成 三 链

16、 如 ： polyA/polyU polydA/polydT polyd (AG )/polyd(CT) 2、 三 螺 旋 DNA (Trible Helix DNA, T.S DNA) 可 能 与 基 因 调 控 区 域 的 功 能 和 染 色 体 重 组 有 关 PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAD.S. DNA + D.S.DNA T.S. DNA + S.S. DNA （ 2） 组 成 形 式 l第 三 条 链 位

17、 于 B-DNA的 Major groove中 3、 四 股 螺 旋 DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA ) 均 有 形 成四 股 螺 旋 DNA的 可 能 5-TTAG G G TTAG G G TTAG G G -33-AATCCCAATCCC-5 Poly (G ) 染 色 体 端 粒 高 度 重 复 的 DNA序 列形 成 条 件 串 联 重 复 的 鸟 苷 酸 已 有 实 验 结 果 表 明 真 核 细 胞 端 粒 中 存 在 四 链 结 构 可 能 的 功 能 A、 稳 定 真 核 生 物 染 色 体 结 构 B、 保 证 DNA末 端

18、准 确 复 制 C、 与 DNA分 子 的 组 装 有 关 D、 与 染 色 体 的 meiosis & mitosis 有 关 H oogsteen Bonding 5-TTAG G G TTAG G G TTAG G G T 3-AATCCCAATCCC G G G TA 第 四 节 DNA的 物 理 、 化 学 性 质 DNA双股链的互补 是其结构和功能上的一个基本特征 也是DNA研究中一些实验技术的基础 一、DNA分子的变性 变 性 （ denaturation 或 融 解 melting） ： DNA双 螺 旋 区 的 氢 键 断 裂 ， 使 双 螺 旋 的 两 条 链 完 全 分

19、开 变 成 单 链 ， 这 一 双 链 分 离 的 过 程 叫 做 变 性 1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（ 尿素、 酰胺 )，低盐浓度等 2、 变 性 过 程 的 表 现 是 一 个 爆 发 式 的 协 同 过 程 ， 变 性 作 用 发 生 在 一 个 很 窄 的 温 度 范 围 导 致 一 些 理 化 性 质 发 生 剧 烈 变 化 表 现 为 ： 熔 液 黏 度 降 低 沉 降 速 度 加 大 浮 力 密 度 上 升 此 外 吸 收 值 升 高 （ A260nm） ， 即 增 色 效 应 指 在 DNA变 性 的 过 程 中 ， 他 在 260nm的 吸 收 值 先 是 缓 慢

20、上 升 ， 达 到 某 一 温 度 时 及 骤 然 上 升 天 然 DNA和 变 性 DNA的 吸 收 值 相 差 可 达 34D.S DNA A 260 = 1.0S.S DNA A260 = 1.37dNTPs A260 = 1.60 当 浓 度 为 50g/ml时 ： 1.1851.01.37OD Tm = OD增 加 值 的 中 点 温 度 (一 般 为 85-95 ) 或 DNA双 螺 旋 结 构 失 去 一 半 时 的 温 度3、 熔 解 曲 线 与 融 解 温 度 (Tm值 ) 缓 慢 而 均 匀 地 增 加 DNA 溶 液 的 温 度 （ 现 可 做 到 0.1 分 ） 可 根

21、 据 各 点 的 A260值 绘 制 成 DNA 的 熔 解 曲 线 这 也 是 一 般 PCR实 验 技 术 中 把 变 性 温 度 定 为 94 的 原 因 1、 影 响 Tm值 的 因 素 （ 1） 在 A, T, C, G 随 机 分 布 的 情 况 下 ， 决 定 于 G C含 量 （ 2） G C%含 量 相 同 的 情 况 下G C%愈 高 Tm值 愈 大 G C%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 5 G C 3 CG n 5 CG 3G C n5 TA 3 AT n 5

22、 AT 3 TA n 36.7 57.02 Tm136.12 72.55 嘌 呤 嘧 啶 的 排 列 顺 序 对 双 螺 旋 结 构 （ 稳 定 性 ） 的 影 响 即 氢 键 数 目 相 同 ， 但 相 邻 碱 基 的 堆 积 力 不 同 从 嘌 呤 到 嘧 啶 方 向 的 碱 基 堆 积 力 作 用 显 著 地 大 于 同 样 组 成 的 嘧 啶 到 嘌 呤 方 向 的 碱 基 堆 积 作 用Pyrimidine-Purine Steps Have Little Base Stacking53 35C GA T 5 CA 3 3 G T 5 Purine-Pyrimidine Steps

23、Have Extensive Base Stacking53 3CA TG 5 5 AC 3 3 TG 5 生 物 体 内 仅 UAA为 最 有 效 的 终 止 密 码 子 因 为 ： UAA AUU 的 Tm值 是 最 低 的 一 个 ， 即 使 生 理 温 度 下 也 不 稳 定 （ 3） 大 片 段 D.S DNA分 子 之 间 比 较片 段 长 短 对 Tm值 的 影 响 较 小 , 与 组 成 和 排 列 相 关（ 4） 小 于 100bp 的 D.S DNA分 子 比 较片 段 愈 短 ， 变 性 愈 快 ， Tm值 愈 小（ 5） 变 性 液 中 含 有 尿 素 ， 甲 酰 胺

24、等尿 素 ， 甲 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 （ 6） 盐 浓 度 的 影 响 每 升 0.18mol Na +是 常 用 的 标 准 条 件 思 考 题 ： 室 温 下 蒸 馏 水 中 的 DNA会 如 何 ？ pH 12 酮 基 烯 醇 基pH 2-3 NH 2 NH 2+ (质 子 化 ) 改 变 氢 键 的 形 成 与 结 合 力（ 7） 极 端 pH 条 件 的 影 响一 切 减 弱 氢 键 ， 碱 基 堆 积 力 的 因 素 均 将 使 Tm 值 降 低 2、 常 用 的 变 性 方 法 热 变 性

25、 碱 变 性应 用 广 泛 ， 特 别 是 用 于 变 性 动 力 学 研 究 缺 点 ： 高 温 引 起 磷 酸 二 酯 键 的 断 裂 ， 得 到 长 短 不 一 的 单 链pH 11.3时 ， 全 部 氢 键 被 淘 汰无 热 变 性 的 缺 点 ， 为 制 备 单 链 DNA的 首 选 方 法 保 存 单 链 DNA的 条 件 保 持 pH大 于 11.3 盐 浓 度 低 于 0.01mol/L D.S DNA S.S DNADenaturation Renaturation 复 性 过 程 依 赖 于 单 链 分 子 间 的 随 机 碰 撞 ( Depends on the coll

26、ision of complementary S. S. DNA ) 二、DNA分子的复性 （anneal or renaturation） 概 念 ： 变 性 DNA在 适 当 条 件 下 ， 两 条 彼 此 分 开 的 链 又 可 以 重 新 地 合 成 双 螺 旋 结 构 的 过 程 （ 退 火 ） 1、 影 响 DNA复 性 过 程 的 因 素 ： 阳 离 子 浓 度 0.18 0.2M Na+ 可 消 除 polydNTP 间 的 静 电 斥 力 复 性 反 应 的 温 度 低 于 Tm值 25 左 右 (60-65 ) S.S, DNA 的 初 始 浓 度 C0 DNA 分 子 中

27、 , 碱 基 的 排 列 状 况 (随 机 排 列 , 重 复 排 列 ) S.S. DNA分 子 的 长 度 （ 片 段 的 大 小 ）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-ATCTATG CTG TCAT-55-TAG ATACG ACAG TA-3 5-TAG ATACG ACAG TA-33-ATCTATG CTG TCAT-53-ATATATATATAT-55-TATATATATATA-3 3-ATATATATATAT-55-TATATATATATA-35-TATATATATATA-33-AT

28、ATATATATAT-53-ATATATATATAT-55-TATATATATATA-3 二 、 C0t曲 线 复 性 发 生 过 程 的 讨 论dCt / dt = KC02 反 应 初 始 t = 0 单 链 DNA的 随 机 碰 撞 过 程 （ randomly collision ）单 链 DNA浓 度 = C0反 应 达 t 时单 链 DNA浓 度 = C tK 复 性 速 度 常 数包 括 两 个 因 素 ： DNA的 浓 度 （ C， mol/L） 和 时 间 (s) dCt / dt = KC02 积 分 Ct / C0 = 1 / (1+KC0t )当 Ct / C0 = 1

29、/2 时Ct / C0 = 1/2 = 1 / (1+ KC0t(1/2)K = 1 / C ot(1/2)Cot(1/2) = 1/K (mol. Sec / L) 常 数 Ct/C0是 C0t的 函 数按 此 公 式 作 图 得 C0t曲 线 Ct/C0 01 C0t(1/2) C0t 基 因 组 的 复 杂 性 单 一 序 列 的 长 度 重 复 序 列 的 长 度复 杂 性 的 单 位 为 核 苷 酸 的 数 目例 如 ： 含 单 一 序 列 a, b, c, d 复 杂 性 a+b+c+d复 杂 性 分 子 量含 106a, 103b, 10c, d 复 杂 性 a+b+c+d复 杂

30、 性 分 子 量基 因 组 的 复 杂 性 (genomic complexity) 复 杂 性 * C 0t和 DNA的 复 杂 性 间 存 在 线 性 关 系 ：the more complex a DNA, the higher its Cot(1/2) 1 :10 62 105 :0.42 109 :4000 A typical mammalian C0t curve has three plateaus* C0t曲 线 能 解 释 单 一 来 源 的 DNA所 具 有 的 不 同 复 杂 性 部 分真 核 生 物 的 基 因 组 由 高 度 重 复 （ highly repetiti

31、ve)序 列 、 中 度 重 复 （ moderately repetitive or mid-repetitive) 序 列 单 一 （ single copy)序 列 组 成 四 、 富 含 A T序 列 和 DNA双 螺 旋 结 构 的 呼 吸 作 用 高 等 生 物 染 色 体 的 某 一 区 段 ， A T含 量 变 化 很 大 很 多 有 重 要 调 节 功 能 的 的 DNA区 段 都 富 含 A T （ 原 核 、 真 核 复 制 起 点 、 启 动 子 、 终 止 子 等 区 域 ） DNA双 螺 旋 结 构 的 呼 吸 作 用 ： DNA双 螺 旋 结 构 内 部 ， 配

32、对 碱 基 的 氢 键 的 迅 速 断 裂 和 再 生 的 过 程 DNA内 富 含 A T区 段 呼 吸 作 用 尤 为 明 显 这 对 于 某 些 特 殊 的 蛋 白 质 与 DNA发 生 反 应 并 阅 读 链 内 部 的 信 息 具 有 重 要 作 用 第 五 节 超 螺 旋 和 拓 扑 异 构 一 、 超 螺 旋 （ superhelix OR supercoil） 最 早 在 SV40和 多 瘤 病 毒 中 发 现 超 螺 旋 是 所 有 线 性 或 环 形 DNA的 共 有 的 重 要 特 征The supercoils of the SV40 minichromosome ca

33、n be relaxed to generate a circular structure, whose loss of histones then generates supercoils in the free DNA. 1、 超 螺 旋 结 构 的 方 向 性B-DNA 紧 缠 overwinding (右 旋 ) 正 超 螺 旋 （ positive supercoiled ）导 致 左 手 超 螺 旋以 一 根 绳 子 做 实 验 ：原 来 的 绳 子 的 两 股 以右 旋 方 向 缠 绕 ； 在 绳子 的 一 端 向 紧 缠 方 向捻 转 ， 再 将 绳 子 的 两端 连 接 起

34、来 ， 则 产 生一 个 左 旋 的 超 螺 旋 以解 除 外 加 捻 转 的 协 变 B-DNA 松 缠 unwinding (左 旋 ) 负 超 螺 旋 （ Negative Supercoiled ）导 致 右 手 超 螺 旋在 绳 子 的 一 端 向 松 缠方 向 捻 转 ， 再 将 绳 子的 两 端 连 接 起 来 ， 则产 生 一 个 右 旋 的 超 螺旋 以 解 除 外 加 捻 转 的协 变 超 螺 旋 的 形 成 总 是 要 向 着 抵 消初 级 螺 旋 改 变 的 方 向 发 展所 有 生 物 的 DNA几 乎 有 5%为 Negative Superhelix 二 、 超

35、螺 旋 状 态 的 描 述1、 可 用 数 学 公 式 描 述 Vinograd 方 程 式L = T + W ( = + ) L 连 接 数 （ Linking number ） 双 链 DNA的 交 叉 数 ， 不 发 生 链 断 裂 时 ， L为 定 值T 盘 绕 数 （ Twisting number ） 双 链 DNA的 缠 绕 数 ， 初 级 螺 旋 圈 数W 超 盘 绕 数 （ Writhing number） 直 观 上 为 双 螺 旋 在 空 间 的 转 动 数W= 负 值 （ negative superhelix）W = 正 值 ( positive superhelix

36、） 420bp* B-DNA是 力 学 上 稳 定 的 结 构( 10 bp/ helix)* 螺 旋 数 改 变 的 结 果 之 一 是 产 生 超 螺 旋 或 是 在B_DNA中 保留 一 单 链 区域 ， 但 须 能 量 的 功 给 DNA在 水 溶 液 中 , 构 型 偏 B型 状 态 DNA以 10.5 bp/helix为 最 稳 定 构 型 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 ) 天 然 的 DNA都 是 负 超 螺 旋 但 一 些 生 命 活 动 过 程 中 存

37、 在 正 超 螺 旋B-DNA的 变 化 情 况 ： base base3.4埃 EB 7.0埃 base basebase base2、 体 外 可 产 生 正 超 螺 旋 溴 化 乙 锭 （ Ethidium bromide EB） 放 线 菌 素 Da、 EB的 插 入 只 改 变 盘 绕 数 T 使 其 降 低 但 L值 不 变W L TL值 不 变T值 降 低W 正 值产 生 正 超 螺 旋 360o/helix 360o-26o/helix / 0ne of EB inserted负 Superhelix L不 变 ,T减 少 正 Superhelix EB对 超 螺 旋 结 构

38、的 影 响 三 、 拓 扑 异 构 酶l 拓 扑 异 构 体 ： 只 在 连 接 数 上 有 差 别 的 同 种 DNA分 子 称 为 这 种 DNA的 拓 扑 异 构 体l 拓 扑 异 构 酶 （ topoisomerase ） ： 催 化 DNA由 一 种 拓 扑 异 构 体 转 变 成 另 一 种 拓 扑 异 构 体 的 酶 类拓 扑 异 构 酶 的 类 别 和 特 性被 切 割 的 DNA链 1 1 2 2对 ATP的 需 求 否 否 是 是 依 赖 于 DNA的 ATP酶 否 否 是 是产 生 负 超 螺 旋 否 否 是 否松 弛 负 超 螺 旋 是 是 否 是松 弛 正 超 螺 旋

39、 否 是 是 是性 质 型 型原 核 生 物 原 核 生 物真 核 生 物 真 核 生 物 改变超螺旋的方式结合到一条链上形成复合物切断一条链形成酶和DNA的复合体共 价 连 接 Tyrosine-5P一条链穿越重新连接L=2 L=3 1、 拓 扑 异 构 酶 (topoisomerase I) 结 果 ： 连 接 数 增 加 一 个增 加 一 个 负 超 2、 拓 扑 异 构 酶 Top II 旋 转 酶 (gyrase) Top 亚 类 之 一 引 入 负 超 螺 旋作 用 于 双 链涉 及 双 链 的 断 裂 和 连 接 每 次 使DNA的 连 接数 改 变 2 3、 拓 扑 异 构 酶

40、 的 生 物 学 功 能 b、 防 止 细 胞 DNA的 过 度 超 螺 旋 多 种 拓 扑 异 构 酶 的 作 用 严 格 控 制 体 内 负 超 螺 旋 维 持 在 5%水 平 所 以 一 种 拓 扑 异 构 酶 的 单 向 突 变 对 细 胞 来 说 是 致 命 的 因 而 一 般 两 种 拓 扑 异 构 酶 的 突 变 水 平 相 当a、 恢 复 由 一 些 细 胞 过 程 产 生 的 超 螺 旋 如 ： 复 制 叉 前 面 正 超 的 消 除 转 录 酶 前 正 超 的 消 除 ， 后 面 负 超 的 产 生 复 习 题1、 名 词 解 释 反 向 重 复 序 列 DNA链 的 呼 吸 作 用 Cot曲 线 DNA变 性 DNA的 熔 解 温 度 DNA复 性2、 简 答 题 DNA是 否 唯 一 的 遗 传 物 质 ？ 如 何 确 定 DNA一 级 结 构 的 方 向 性 ？ 决 定 DNA双 螺 旋 结 构 状 态 的 因 素 如 何 ？ B-DNA中 出 现 的 大 沟 、 小 沟 有 何 差 别 ？ DNA结 构 多 态 性 及 其 产 生 的 原 因 。 室 温 中 蒸 馏 水 中 的 DNA变 化 如 何 ？ 为 什 么 ？ 、 型 拓 扑 异 构 酶 的 作 用 方 式 和 结 果 的 情 况