分子生物学课件第二章

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1、 n生 物 亲 代 与 子 代 之 间 ， 在 形 态 、 结 构 和 生 理 功 能 上常 常 相 似 ， 这 就 是 遗 传 现 象 。n生 物 的 遗 传 特 性 ， 使 生 物 界 的 物 种 能 够 保 持 相 对 稳定 。 根 据 现 代 细 胞 学 和遗 传 学 的 研 究 得 知 ， 控制 生 物 性 状 的 主 要 遗 传物 质 是 脱 氧 核 糖 核 酸（ DNA） 。 生 物 的 各 项 生 命 活 动 都 有它 的 物 质 基 础 。 生 物 遗 传 的 物质 基 础 是 什 么 呢 ？金 丝 猴 的 后 代 仍 然 是 金 丝 猴 牛 的 后 代 仍 然 是 牛 DN

2、A是 遗 传 物 质 RNA也 可 以 作 为 遗 传 物 质 核 酸 之 外 的 其 他 遗 传 物 质 ？ 图 肺 炎 双 球 菌 的 转 化 实 验 噬 菌 体 侵 染 细 菌 的 过 程 ：吸 附 侵 入 合 成 组 装 释 放最 后 ， 这 些 噬 菌 体由 于 细 菌 的 解 体 而被 释 放 出 来 ， 再 去侵 染 其 他 的 细 菌 。 1.5 DNA是 遗 传 物 质 的 间 接 证 据 （ 1） 一 种 生 物 不 同 组 织 的 细 胞 ， 不 论 年 龄大 小 ， 功 能 如 何 ， 它 的 DNA含 量 是 恒 定 的 ，而 生 殖 细 胞 精 子 的 DNA含 量

3、 则 刚 好 是 体 细 胞的 一 半 。 多 倍 体 生 物 细 胞 的 DNA含 量 是 按 其染 色 体 倍 数 性 的 增 加 而 递 增 的 ， 但 细 胞 核 里的 蛋 白 质 并 没 有 相 似 的 分 布 规 律 。 （ 2） DNA在 代 谢 上 较 稳 定 。（ 3） DNA是 所 有 生 物 的 染 色 体 所 共 有 的 ， 而 某些 生 物 的 染 色 体 上 则 没 有 蛋 白 质 。（ 4） DNA通 常 只 存 在 于 细 胞 核 染 色 体 上 ， 但某 些 能 自 体 复 制 的 细 胞 器 ， 如 线 粒 体 、叶 绿 体 有 其 自 己 的 DNA。（

4、5） 在 各 类 生 物 中 能 引 起 DNA结 构 改 变 的 化学 物 质 都 可 引 起 基 因 突 变 。 1.6 遗 传 物 质 必 须 具 备 以 下 基 本 条 件 ： DNA是 遗 传 物 质 RNA也 可 以 作 为 遗 传 物 质 核 酸 之 外 的 其 他 遗 传 物 质 ？ DNA是 遗 传 物 质 RNA也 可 以 作 为 遗 传 物 质 核 酸 之 外 的 其 他 遗 传 物 质 ？ 嘧 啶 Pyrimidines嘌 呤 Purines1 含 氮 碱 基 、 核 苷 、 核 苷 酸 碱 基Nitrogenous bases HUracil (U) DNA: D-2

5、-脱 氧 核 糖 A,G,C,TRNA: D-2-核 糖 A,G,C,UC、 H、 O、 N、 P（ 9-10%） 核 酸 核 苷 酸 磷 酸 核 苷 戊 糖 碱 基 DNA一 级 结 构 的 两 种 缩 写 方 式 ：v 线 条 式 ： pTpGpCpApT pT-G-C-A-Tv 文 字 式 ： 1953年沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型。 Fig. 2-5 Watson and Cricks paper in Nature 1953. 磷 酸 基 团 间 的 静 电 斥 力 带 负 电 荷 的 磷 酸 基 的 静 电 斥 力 ， 所 以 DNA需 要 保 存 在 含 Na+ 生

6、理 盐 条 件 。 碱 基 分 子 内 能 p物 体 的 内 能 是 物 体 内 全 部 分 子 的 分 子 动 能与 分 子 势 能 之 和 。p温 度 升 高 ， 碱 基 分 子 内 能 增 加 时 ， 碱 基 的定 向 排 列 遭 受 破 坏 ， 消 弱 了 碱 基 的 氢 键 结合 力 和 碱 基 的 堆 集 力 ， 会 使 DNA的 双 螺 旋结 构 受 到 破 坏 。2.3 不 稳 定 因 素 A B Z大沟宽小沟窄 小沟窄大沟变深 小沟宽深 大 沟 不 存 在小 沟 窄 而 深 B-DNA是 活 性 最 高 的 DNA构 象 ， B-DNA变 构 成 为 A-DNA后 ， 仍 有

7、 活 性 ，但 若 局 部 变 构 为 Z-DNA后 则 活 性 明 显 降低 。 三 种 不 同 构 象 的 DNA活 性 4.1.1概 念 ： 在 某 些 理 化 因素 作 用 下 ， DNA分 子 互 补碱 基 对 之 间 的 氢 键 断 裂 ，DNA双 螺 旋 结 构 松 散 ， 变成 单 链 的 过 程 。 4.1.2 常 用 的 变 性 方 法 热 变 性 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

8、 变 性 的 缺 点 ， 为 制 备 单 链 DNA的 首 选 方 法 1.1851.01.37 OD 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4.1.4 熔 解 曲 线 与 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 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 熔 链 温 度 Tm 图 核 酸 杂 交 及 其 应 用

9、 示 意 图 1粗 细 线分 别 代表 不 同DNA。 杂 化 双 链B代 表 天 然DNA； C是 B的 缺 失 突 变体 ； 虚 线 框内 是 已 缺 失的 部 分 ,D显示 从 天 然DNA链 鼓 出小 泡 . .突 变 体 的 鉴 别I 变 性 、 复 性 和 杂 交 粗 线 表 示 分 子 探 针图 核 酸 杂 交 及 其 应 用 示 意 图 2 Southern 印 迹 法 （ Southern blotting） ：DNA限 制 片 段限 制 性 内 切 酶带 有 DNA片 段 的 凝 胶琼 脂 糖 凝 胶 电 泳碱 液 浸 泡 ， 并 中 和凝 胶 上 DNA变 性 变 性 的

10、 单 链 DNA转 移至 硝 酸 纤 维 素 薄 膜 上放 射 性 标 记 探 针 杂 交杂 交 DNA-DNA分 子放 射 自 显 影显 示 出 杂 交 分 子 的 位 置 回 顾 单 链 RNA形 成 发 夹 结 构 发 夹 结 构 由 碱 基 配 对 的 双 螺 旋 区 茎和 末 端 不 配 对 的 环 构 成 。 互 补 序 列 间 间 隔 较 短 或 无 间 隔 互 补 序 列 间 间 隔 较 长 单 链 形 成 发 夹 结 构 v 形 成 十 字 结 构 要 更 耗 能 ， 所 以 在 体 外 反 向重 复 结 构 存 在 多 ， 而 体 内 无 该 结 构 。反向重复与十字结构

11、作 用 ： 1） 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 G AATTC 3 3 CTTAAG 5 v 1953 年 Watson & Crick 双 螺 旋 DNA构 型 证 明 沿 大 沟 存 在 多 余 的 氢 键 作 为 给 体 与 受 体潜 在 的 专 一 与 DNA (蛋 白 质 ) 结 合 的 能 力形 成 三 链 DNA 可 能 性 poly(U) + poly(U) + poly(A) 三 螺

12、 旋 RNA 双 螺 旋 DNA的 概 念 结 构 单 元 ： 三 碱 基 体 ，结 合 方 式 ： 碱 基 间 形 成 氢 键 ； 三 螺 旋双 螺 旋 三 链 DNA可 能 的 功 能 可 阻 止 调 节 蛋 白 与 DNA结 合 , 关 闭 基 因 转 录 过 程 b) 与 基 因 重 组 , 交 换 有 关 加 入 第 三 条 DNA 作 为 分 子 剪 刀 , 定 点 切 割 DNA分 子 d) 加 入 反 义 的 第 三 条 链 终 止 基 因 的 表 达 (Tetrable H elix DNA ) DNA3-末 端 较 长 的 富 含 G序 列 能 够 形 成 回折 结 构 （

13、 下 图 a和 b） ， 通 过 碱 基 间 的 非 标 准 配对 形 成 G 的 四 链 DNA（ 下 图 c和 d） 。在 这 样 的 结 构 中 ， G 形 成 一 种 四 联 体 ， 相 互 间通 过 方 式 结 合 。 GG GG 四 联 体p 结 构 单 元 ： 鸟 嘌 呤 四 联 体GG GG 5 3T T TG GGGGGGG G GG GGGGGGGT T T TTTGGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT 真 核 生 物 染 色 体 端 粒 DNA结 构 可 能 的 功 能 A 稳 定 真 核 生 物 染 色 体 结 构 ， 抑 制 端 粒 酶 的 活性 ；B 保 证 D

14、NA末 端 准 确 复 制 C 与 DNA分 子 的 组 装 有 关 D 与 染 色 体 的 减 数 分 裂 和 有 丝 分 裂 有 关 1 超 螺 旋 （ superhelix OR supercoil） 真 核 生 物 染 色 体 线 形 分 子 DNA 组 蛋 白多 级 螺 旋多 个 类 似 环 型 的 结 构 松 驰 结 构 负 超 螺 旋 解 链 结 构 天 然 的 DNA都 呈 负 超 螺 旋 ， 但 在 体外 一 些 可 得 正 超 螺旋 。 2 超 螺 旋 影 响 双 螺 旋 的 结 构 拓 扑 异 构 酶 的 生 物 学 功 能 b、 防 止 细 胞 DNA的 过 度 超 螺

15、 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 。 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 。 拓 扑 异 构 酶 I 的 作 用 拓 扑 异 构 酶 II的 作 用 真 核 生 物 拓 扑 异 构 酶 I 真 核 生 物 拓 扑 异 构 酶 II型真 核 生 物 拓 扑 异 构 酶 练 习 题1、 名 词 解 释DNA变 性 、 DNA的 、 DNA复 性 、 反 向 重 复 序 列2、 简 答 题 DNA是 否 唯 一 的 遗 传 物 质 ？