第2讲 染色体与DNA 2014

第二讲遗传的物质基础－DNA主要内容：一、DNA的基本特点二、DNA的一级结构三、DNA的二级结构四、DNA二级结构的多形性五、DNA的高级结构第一节DNA的基本特点（P25页）1)在体细胞中含量稳定（结构特点）2)在生殖细胞中含量减半（减数分裂）3)能携带遗传信息（两大类）4)能精确地自我复制（半保留复制）5)能产生可遗传的变异（碱基缺失等）主要体现在戊核糖的第二个碳原子上的基团，前者是羟基，后者是氢原子图2-1RNA与DNA组成结构上的差异磷酸二酯键（phosphodiesterbond）也称为“3',5'-磷酸二酯键”或“磷酸双酯键”，是核酸分子中的磷酸基团的磷原子与另外两个五碳糖分子的碳原子之间形成的共价键。第二节　DNA的一级结构1.概念：DNA的一级结构就是４种核苷酸的连接及其排列顺序， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明了DNA的化学构成。2.意义：a.以密码子的方式蕴藏了遗传信息。b.决定了DNA的二级结构和高级结构。多聚GC区段:(分子遗传学P17的翻板假说)右手螺旋在多聚GC区段容易转变成左手螺旋反向重复序列（invertedrepeats）:回文序列(Palindrome)较短的：特别信号限制性内切核酸酶的识别位点较长的：形成发夹结构转录终止作用tRNA三叶草形二级结构图2-2反向重复序列示意图呼吸作用富含A/T序列区段：双链单链泡状结构复制和翻译嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋结构稳定性具有不同影响：第三节　DNA的二级结构1.概念：DNA的二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构2.DNA右手双螺旋结构模型：a.模型的提出：1953年，Watson和Crick提出DNA的反向平行的右手双螺旋模型图2-3Watson和Crick的工作场景1962年，Wilkins、Watson和Crick共获诺贝尔化学奖。图2-4b.模型的基本要点：(1)主链：两条反向平行的多核苷酸主链组成了DNA的双螺旋，螺旋的直径是2nm。主链处于双螺旋的外侧，碱基对与轴线垂直，排列在内侧。(2)碱基对：碱基对通过氢键结合，遵循嘌呤和嘧啶碱基配对原则，A和T配对，G和C配对。(3)螺距：1个螺距是3.4nm，包含10个核苷酸。(4)大沟和小沟：DNA双螺旋模型中有大沟（majororwidegroove）和小沟（minorornarrowgroove）的存在。大沟是蛋白质识别遗传信息的重要场所。图2-5B型DNA双螺旋的结构特征3.决定DNA二级结构稳定性的因素：(1)碱基对之间的氢键作用。G/C对之间有3条氢键，A/T对之间有2条氢键。这是DNA双螺旋结构的重要特征之一，DNA的许多性质均与此有关。如Tm值的高低可能与此有关。图2-6两条多核酸链间氢键相连(2)碱基的堆集力。它包括：①疏水作用：是不溶于水或难溶于水的两个分子在水中具有相互联合，成串结合在一起的趋势。在DNA双螺旋结构中，嘌呤环和嘧啶环本身带有一定程度的疏水性，因而DNA相邻碱基就有相互堆积在一起的趋势。②范德华力：DNA链中大量的嘌呤环和嘧啶环间积累的范德华力是相当可观的，这是构成碱基堆积力的另一重要因素。(3)带负电荷的磷酸基的静电斥力。这是由于每一个核苷酸的磷酸基上都带有一个负电荷；如果这些负电荷没有被中和，双链之间的这种强有力的静电排斥作用将驱使两条链分开。但是，当有盐类加入时，带负电荷的磷酸基团可以被正离子(如Na+)所中和，从而有效的屏蔽了磷酸基之间的静电斥力。在生理盐浓度(0.2mol/L)时就发生了这种屏蔽作用，斥力被终止。当离子浓度降低时，这种屏蔽作用减弱，斥力增大，因而Tm值随之降低。事实上，纯蒸馏水中的DNA在室温下就会变性，就是这个缘故。因而，平时制备的DNA通常用Na盐溶液保存。(4)碱基分子内能。以上4个因素中，(1)和(2)有利于DNA维持双螺旋构型的；(3)和(4)则不利于DNA维持双螺旋构型。第四节DNA二级结构的多形性细胞溶液的不均一性，以及细胞中的DNA常常与蛋白质紧密结合，从而引起DNA在某些区域发生构象上的改变是完全可能的。（原因）DNA的构象已知有A，B，C，D，E，Z六种。在细胞中，DNA主要是采取B构象；右手双螺旋模型基本上相当于B构象。B型DNA双螺旋构象是很稳定的，但不是绝对的。在外界条件的改变下，A、B、Z三种构象可相互转变。引起DNA双链构象转变的因素：（1）核苷酸顺序：反向重复序列（2）碱基组成：多聚GC区段（3）盐的种类：阳离子结合在带负电荷的磷酸基的周围，可大大降低磷酸基的静电排斥作用(多胺化合物>Mg2+>Na+)。（4）相对湿度：A构象：75％，B构象：92％C构象：66％，Z构象：43％表2-2A、B、C和Z构象间的特点比较：目前已知DNA双螺旋结构可分为A、B、C、D、E及Z等许多类型，除Z型为左手双螺旋外，其余均为右手双螺旋。Z-DNAB-DNAZ-DNA的结构特点：糖磷骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。左手螺旋，每个螺旋有12bp。鸟嘌呤(G)的糖苷键呈顺式(Syn)，使G残基位于分子表面。大沟消失，小沟窄而深。Z-DNA的生物学意义：在SV40病毒的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。原生动物纤毛虫，它有大、小两个核，大核有转录活性，小核和繁殖有关。大核DNA有Z-DNA的存在，说明Z-DNA可能和转录有关。可能提供某些调节蛋白的识别。啮齿类动物病毒的复制起始部位有Z-DNA的存在。第五节　DNA的高级结构:概念：是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构超螺旋是DNA高级结构的主要形式，可分为正超螺旋和负超螺旋，在特殊情况下可以互相转变。图2-10DNA的超螺旋结构超螺旋的定量描叙：White方程：L=T+WL（Linkingnnmber）：连环数，指环形DNA分子中一条链绕另一条链的总次数。W（Writhingnumber）：扭曲数，即超螺旋数。T（Twistingnumber）：缠绕数，即双螺旋的圈数。L是一个常量，W和T是可变的。小结：1．DNA是几乎所有生物的遗传物质。不但携带着基因的编码信息，而且还贮存着基因选择性表达的指令。2．DNA的一级结构不但以密码子的方式蕴藏了丰富的遗传信息，而且还决定了其二级结构、高级结构。多聚GC区段、回文序列、A/T序列，甚至嘌呤和嘧啶的排列顺序均对DNA双螺旋的稳定性具有重大影响。3．对于DNA双链形式的二级结构，waston和crick提出了右手双螺旋模型。由脱氧核糖和磷酸基通过３′，５′－磷酸二脂键连接起来的两条主链以反向平行的方式和右手方向相互缠绕。主链在螺旋的外表面，碱基处于内部。碱基互补配对，氢键结合，10个核苷酸组成一个3.4nm的螺旋。双螺旋的空间有大沟和小沟，大沟是蛋白质识别遗传信息的主要场所。4．维系DNA二级结构的主要作用力是氢键和碱基堆积力；而磷酸基的负电荷和碱基分子内能则不利于双螺旋结构的稳定。在生理状况下，双螺旋的碱基对之间的氢键不断的发生断裂和再生，这个过程就是DNA的呼吸作用。5．由于碱基分布的不均一性，以及外部的相对湿度和盐的种类，产生了不同的DNA的构象。生理条件下，主要是B构象以及少量的A构象和Z构象，Z构象是唯一存在的左手螺旋构象。6．超螺旋是DNA的高级结构的主要形式，正超螺旋和负超螺旋在特殊情况下可以相互转变。负超螺旋是DNA复制，基因转录等生命活动必需的。本次课结束！谢谢！课堂作业：1、遗传物质DNA基本特点有哪些？2、呼吸作用？3、DNA右手双螺旋模型的主要特点？4、影响DNA二级结构的主要因素？