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1、ThegeneticmaterialofphageT2isDNA.1.2DNAisthegeneticmaterial（II）第1页/共70页第一页，共71页。EukaryoticcellscanacquireanewphenotypeastheresultoftransfectionbyaddedDNA.1.3 1.3 DNADNA is the is the genetic materialgenetic material（IIIIII）第2页/共70页第二页，共71页。1957年，年，HeinzFraenkel-Conrat和和B.Singre的杂合病毒的杂合病毒(bngd)实验：实验：
2、烟草花叶病毒的感染和繁殖过程(guchng)证实RNA也是遗传物质之一。1.4 1.4 RNARNA is the genetic material is the genetic material第3页/共70页第三页，共71页。THERESULTSDNAisthegeneticmaterialofallorganismsexceptforsomeviruses;RNAisthegeneticmaterialofsomeviruses.第4页/共70页第四页，共71页。核酸(DNA和RNA)的结构包括：一级结构：一级结构：碱基顺序碱基顺序二级结构：二级结构：右手双螺旋结构右手双螺旋结构高级结构
3、：高级结构：超螺旋超螺旋第一节 核酸(h sun)的结构与功能第5页/共70页第五页，共71页。1.1核酸(hsun)的一级结构核酸是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。DNA的一级结构，即是指四种核苷酸dNMP(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的排列顺序，通过3-5磷酸二酯键连接形成的多核苷酸，由于(yuy)核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，故又可称为碱基顺序。第6页/共70页第六页，共71页。腺苷腺苷(AR)脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷键糖苷键1,N1-糖苷键糖苷键11N9N1核核苷苷(核糖核糖Sugarphosphate bond碱基碱基)第9页/共70页第九
4、页，共71页。1.1.2一条(ytio)多聚核苷酸链第12页/共70页第十二页，共71页。多聚核苷酸链中新生磷酸多聚核苷酸链中新生磷酸糖苷键的产生示意图糖苷键的产生示意图核苷酸链的形成第13页/共70页第十三页，共71页。35磷酸二酯键（磷酸二酯键（phosphodiesterbond）的形成）的形成(xngchng)示意图示意图第14页/共70页第十四页，共71页。1.1.3一级结构(jigu)的特点具有极性；碱基排列顺序(shnx)存在多样性。第15页/共70页第十五页，共71页。1.1.4书写方式书写方式53磷酸二酯键磷酸二酯键线线条条(xintio)式式法法文字(wnz)式法结构式法结
5、构式法第16页/共70页第十六页，共71页。水解水解磷酸基团磷酸基团脱氧核糖脱氧核糖 (DNA(DNA） 核酸核酸 单核苷酸单核苷酸戊核糖戊核糖核糖核糖 (RNA (RNA） 核苷核苷 T T A A DNADNA 碱基碱基G G C C RNARNA U U 小小 结：核酸结：核酸(h sun)的结构的结构第17页/共70页第十七页，共71页。Nucleic Acid Structure : DNA double helixDNA double helixWatsonandCrick,1953年提出的右手双螺旋结构模型，是B型DNA。Thefoundationofthemolecularbi
6、ology1.2DNA二级结构二级结构 双螺旋双螺旋第18页/共70页第十八页，共71页。第19页/共70页第十九页，共71页。1.2.1DNA二级结构的涵义：B型DNA是由两条平行互补的多核苷酸链组成的，构成DNA的两条核苷酸链的方向是相反的（即一条是35，另一条是53）；两条链以右手(yushu)的方向相互缠绕呈螺旋状，因此叫右手(yushu)双螺旋结构模型。第20页/共70页第二十页，共71页。DNA的双螺旋模型(mxng)螺旋螺旋(luxun)第21页/共70页第二十一页，共71页。1.2.3 双螺旋结构的构象(u xin)变异 DNA DNA的构象现已知有A A，B B，C C，D
7、D，E E，T T，Z 7Z 7种。 引起DNADNA双链构象改变有以下因素：（1 1）核苷酸的一级结构(jigu)(jigu)顺序；（2 2）碱基组成；（3 3）盐的种类；（4 4）相对湿度。第23页/共70页第二十三页，共71页。ABZ第24页/共70页第二十四页，共71页。小结：几种(jzhn)DNA构象的结构模式比较第29页/共70页第二十九页，共71页。 核苷酸一级序列对DNADNA二级结构的形成有很大影响：A AT T丰富区常呈B B型; ; B-DNA B-DNA中多聚（G-CG-C）区易出现左手螺旋DNADNA（Z-Z-DNADNA），尤其是嘌呤嘧啶二核苷酸重复单位易于采取Z
8、Z型构象 ； 而当B B型DNADNA中一条链被RNARNA替换(t hun)(t hun)时则呈A A型； 盐浓度对结构也有影响，如：DNADNA晶体为A A型。 功能：B B型易于表达，Z-DNAZ-DNA则难于结合，与基因表达调控有关。1.2.4不同(btn)类型二级结构的特点与功能：第30页/共70页第三十页，共71页。1.3DNA的高级结构的高级结构(jigu)超螺旋（超螺旋（Supercoied）1.3.1DNA的的超超螺螺旋旋结结构构(jigu)是是Vinograd在在1965年年研研究究多多瘤瘤病病毒毒时时首首先先发发现现的的，多多瘤瘤病病毒毒DNA是是共共价价闭闭合合环环状状
9、分分子子(covalentlyclosedcircle)状状结结构构(jigu)，简简称称ccc分分子子。但但在在生生理理状状态态这这种种ccc分分子子再再度度螺螺旋旋化化成成为为超超螺螺旋旋结结 构构 (jigu)(superhelix或或 supercoil)， 即即 在在 二二 级级 结结 构构(jigu)的基础上再次螺旋形成的，多见于原核生物。的基础上再次螺旋形成的，多见于原核生物。第31页/共70页第三十一页，共71页。定义(dngy)：正超螺旋：向越来越紧的方向(fngxing)拧形成的超螺旋。负超螺旋：向越来越松的方向(fngxing)拧形成的超螺旋超螺旋结构指DNA双螺旋进一步
10、扭曲盘绕所形成(xngchng)的特定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。第32页/共70页第三十二页，共71页。环状环状DNADNA形成形成(xngchng)(xngchng)的超螺旋的超螺旋第33页/共70页第三十三页，共71页。DNADNA的超螺旋结构(jigu)(jigu)演示第34页/共70页第三十四页，共71页。线状线状DNADNA形成形成(xngchng)(xngchng)的超螺旋的超螺旋第35页/共70页第三十五页，共71页。不论正超还是负超，都和初级螺旋有关，超螺旋和初级螺旋地关系可用公式表示:注：为超螺旋数，为超螺旋状态(zhungti)下初级螺旋圈数，松弛状态(z
11、hungti)下初级螺旋圈数；当0时为松弛型；当大于0时为正超螺旋；当小于0时为负超螺旋。第36页/共70页第三十六页，共71页。1.3.2超螺旋的生物学意义(yy)目前在生物体内还没有发现正超螺旋，推测负超螺旋可能有利于复制和转录。第37页/共70页第三十七页，共71页。 凝胶电泳： 电镜观察(gunch)： 密度梯度离心：1.4 检测(jin c)DNA三级结构的方法：第38页/共70页第三十八页，共71页。第二节第二节 核酸核酸(h sun)的的特性特性第40页/共70页第四十页，共71页。2.1.1变性(binxng)（Denaturation）：由双链DNA变成单链DNA的过程叫变性
12、(binxng)，也叫解链（melting)。返回返回(fnhu) 2.1 DNA的变性(binxng)和复性高温极端pH值尿素甲酰胺下列因素可导致DNA变性：变性剂：把能使DNA发生变性的化学试剂叫变性剂。第41页/共70页第四十一页，共71页。变性原理：变性是热处理(chl)或变性剂处理(chl)的条件下,直接或间接的打断DNA中的H键，这时双链DNA就会逐渐变成单链。碱变性：把由碱引起(ynq)(ynq)的变性叫碱变性；热变性：由热引起(ynq)(ynq)的变性叫热变性，属于物理变性。热变性是常用的DNADNA变性方法之一，因为它方法简单、容易(rngy)(rngy)控制，不改变DNAD
13、NA溶液的化学成分，更重要的是它能有效的使DNADNA发生变性。第42页/共70页第四十二页，共71页。DNA变性后DNA物理、化学性质发生如下变化：（1）流体力学的性质发生改变：粘度下降，而沉降速度增加；（2）DNA的浮力密度增高；（3）生物功能丧失或改变；（4）DNA在260nm处吸收(xshu)值增加。增色效应（hyperchromic effect）:由于DNA变性而引起的260nm紫外光的光吸收(xshu)值增加的现象。第43页/共70页第四十三页，共71页。双链双链DNADNA的的A260=1.00A260=1.00（浓度（浓度(nngd)(nngd)为为50g/ml50g/ml时
14、，时， 对波长对波长260nm260nm紫外线的吸收能力）；紫外线的吸收能力）；单链单链DNADNA的的A260=1.37A260=1.37；游离碱基或核苷酸的游离碱基或核苷酸的A260=1.60A260=1.60。 可见可见(kjin)(kjin)，双链，双链DNADNA变为单链变为单链DNADNA时，时，A260A260会逐渐增加。会逐渐增加。不同不同(b tn)(b tn)状态下状态下DNADNA的吸光值：的吸光值：第44页/共70页第四十四页，共71页。2.1.2溶解曲线与Tm值：溶解曲线：当缓慢(hunmn)而均匀地(目前可以做到0.1分)增加DNA溶液的温度，记录各个不同温度下的数
15、值，即可绘制成DNA的溶解曲线，如图所示。第45页/共70页第四十五页，共71页。返回返回(fnhu)1.401.201.00Tm30507090温温度（度（）溶溶解解曲曲线线A260吸光吸光值值第46页/共70页第四十六页，共71页。解解链链温温度度（melting melting temperature, temperature, TmTm）：也也叫叫熔熔点点(rngdin)(rngdin)，是是A260A260增增加加到到最最大大增增值值一一半半时的温度，是变性温度范围的中点，用时的温度，是变性温度范围的中点，用TmTm表示。表示。在在生生理理条条件件下下，一一般般来来讲讲，体体内内DN
16、ADNA分分子子的的TmTm值值在在858595 95 之间。之间。第47页/共70页第四十七页，共71页。2.1.3 2.1.3 影响(yngxing)Tm(yngxing)Tm值的因素： 外部条件: DNA: DNA的浓度和正离子的浓度。 DNA DNA浓度低于0.4mol/L0.4mol/L，单价阳离子增高1010倍，TmTm增加16.6 16.6 （为什么？）。 除此之外，凡能影响H H键稳定的试剂都能降低(jingd)Tm.(jingd)Tm. 内部条件: : GC GC含量：当GCGC的含量上升1%1%，则TmTm上升0.40.4 马默多蒂（Marmur-DotyMarmur-Do
17、ty）关系式： Tm = 69.3+0.41(G +C)% Tm = 69.3+0.41(G +C)%， 或 GC%= GC%=（Tm-69.3Tm-69.3）2.442.44 第48页/共70页第四十八页，共71页。第49页/共70页第四十九页，共71页。第50页/共70页第五十页，共71页。2.1.4小结：小结：Tm值的大小取决于值的大小取决于DNA的碱基组成和变的碱基组成和变性性(binxng)条件：条件：1）特定的）特定的DNA在特定的条件下所测得在特定的条件下所测得Tm值是相对恒值是相对恒定的，但相同的定的，但相同的DNA在不同的条件下或不同的在不同的条件下或不同的DNA在在相同的条
18、件下，相同的条件下，Tm值是不同的。值是不同的。2）GC含量高，含量高，AT含量低的含量低的DNA其其Tm值就高，反之值就高，反之亦然。亦然。第51页/共70页第五十一页，共71页。2.2复性（renaturation）定义：热变性(binxng)的DNA在一定的条件下还可以重新形成原来的双螺旋结构，这个过程叫复性或退火（annealing）。6.2.1复性条件（1）温度降低要缓慢，不能淬火；（2）有足够高的温度以破坏无规则的链内氢键，但又不能太高一般使用比Tm低10-15的温度；(3)有足够的盐浓度以消除磷酸基的静电斥力，常用的盐浓度为0.15至0.50mo1/L的NaCl。返回返回(fnh
19、u)第52页/共70页第五十二页，共71页。 2.2.2 2.2.2 复性机制：（1 1）无规则碰撞：首先从单链分子的无规则碰撞运动开始，这种碰撞过程是随机的，与DNADNA的浓度，溶液的温度和离子强度有关; ;（2 2）成核作用（nucleationnucleation）：只有(zhyu)(zhyu)当应该配对的一部分碱基相互靠近时，一般认为需要1010个一2020个碱基对特别是富含GCGC的节段首先形成氢键，产生一个( (或几个) )双螺旋核心；（3 3）拉拉链作用（ZipperingZippering）：两条单链的其余部分就会像拉拉链那样迅速形成双螺旋结构。第53页/共70页第五十三页，
20、共71页。2.2.3变变性性与与复复性性(fxn)的的转转换换加热加热变性变性双链双链DNA单链单链DNA复性复性缓慢缓慢降温降温第54页/共70页第五十四页，共71页。2.2.4影响(yngxing)复性反应的因素(1)DNA片段的大小及复杂性；片段的大小及复杂性；(2)DNA的浓度的浓度(nngd)；(3)温度：最佳复性温度一般比温度：最佳复性温度一般比Tm低低10-15 C；(4)(4)盐盐的的浓浓度度(nngd)：复复性性时时要要求求盐盐的的浓浓度度(nngd)达达到到足够高。足够高。(5)第55页/共70页第五十五页，共71页。6.2.5检测检测(jinc)DNA复性的方法复性的方法
21、(1)减色效应（减色效应（hpochromiceffect）：）：测测定定光光密密度度，即即OD值值（opticaldensity），DNA从从单单链链变变成成双双链链，OD260减少减少(jinsho)30%;(2)羟基磷灰石柱层析：羟基磷灰石柱层析：吸附双链吸附双链DNA较牢。较牢。第56页/共70页第五十六页，共71页。7DNA物理结构的不均一性物理结构的不均一性7.1、反向重复(chngf)序列(invertedrepeats)7.2、富含AT的序列7.3、嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋结构稳定性的影响第57页/共70页第五十七页，共71页。1）反向（倒转）重复序列：能在DNA单链或RN
22、A中可形成发夹结构，在双链DNA中有可能形成十字架结构。倒位重复的两个互补拷贝间可有一到几个(j)核苷酸的间隔，也可以没有间隔。没有间隔的又称回文序列（palimdromesequence），这种结构约占所有倒位重复的三分之一。例如：大肠杆菌的转录终止子；tRNA的三叶草结构中的茎环结构。返回返回(fnhu)第58页/共70页第五十八页，共71页。倒转重复倒转重复(chngf)序列中的单链可形成发卡序列中的单链可形成发卡结构结构ACGCTATGAGTAGCGT第59页/共70页第五十九页，共71页。双链倒转重复序列双链倒转重复序列(xli)可形成十字架可形成十字架结构结构第60页/共70页第六
23、十页，共71页。核酸分子中的回文(huwn)序列（Palindrome）：酶切位点；酶切位点；5TGGCCA5TTAGCC3ACCGGT3AATCGG第61页/共70页第六十一页，共71页。2 2）镜像重复）镜像重复(chngf)(chngf)指存在于同一股上指存在于同一股上DNADNA区段的反向重复区段的反向重复(chngf)(chngf)序列。序列。 AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATCTTAAGTTCCCTCT TCATATCT TCTCCCTTCCTAG第62页/共70页第六十二页，共71页。大肠杆菌复制(fzh)起点7.2富含AT的序列：例如(lr):
24、复制起点和转录起始点第63页/共70页第六十三页，共71页。嘌呤和嘧啶的排列顺序不同，双螺旋的稳定性具有显著的差异：5-GC-3和5-CG-3的稳定性相差很大，前者的稳定性远大于后者。原因：虽然它们的氢键数目是相同的，但是它们的相邻碱基之间的堆集力不同。即从嘌呤到嘧啶的方向的碱基堆集作用显著地大于同样(tngyng)组成的嘧啶到嘌呤方向的碱基推集作用。(这里的方向就是常规的从5端到3端的方向)。这是因为前者的嘌呤环和嘧啶环重迭面积大于后者的嘧啶环和嘌呤环的重迭面积，这在B型DNA中确是如此。返回返回(fnhu)7.3嘌呤和嘧啶的排列(pili)顺序对双螺旋结构稳定性的影响第64页/共70页第六
25、十四页，共71页。5.1RNA的结构特点：RNARNA以单链形式存在；局部可有二级或三级结构 （分子内的氢键形成和碱基堆积，茎环结构）;RNA较DNA分子小: 小到数十个核苷酸，大到数千个核苷酸;五、 RNA structureRNA structure第65页/共70页第六十五页，共71页。RNA存在高级结构，而且高级结构对存在高级结构，而且高级结构对RNA执行功能非执行功能非常重要常重要(zhngyo)，例如，例如tRNAandrRNA，都是以高，都是以高级结构来执行特定的生物学功能级结构来执行特定的生物学功能.一级结构一级结构RNA的结构的结构二级结构二级结构三级结构三级结构第66页/共
26、70页第六十六页，共71页。 RNA RNA的一级结构：是由四种核糖核酸（AMPAMP、GMPGMP、CMPCMP、UMPUMP）按一定顺序，通过(tnggu)3(tnggu)3，55磷酸二酯键连成的线形分子，其表示方法与DNADNA相同。 RNA RNA二级结构：单链RNARNA自行盘绕形成局部双螺旋的多“茎”多“环”结构，螺旋部分(b fen)(b fen)称为“茎”或“臂”，非螺旋部分(b fen)(b fen)称为“环”，在螺旋区，A A与U U配对，G G与C C配对。 RNA RNA三级结构：在二级结构的基础(jch)(jch)上盘绕形成，如“L”“L”型tRNAtRNA。第67页
27、/共70页第六十七页，共71页。5.2RNA的种类(zhngli)rRNA(ribosomalRNA）占总量80%RNAtRNA(transferRNA）最小RNA（核糖核酸(htnhsun)）占总量15%mRNA(messengerRNA）占总量3-5%在蛋白质合成(hchng)中起模板作用；在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。核糖体是蛋白质合成的场所；第68页/共70页第六十八页，共71页。5.3RNA与DNA的差异(chy)DNARNA糖脱氧核糖核糖碱基AGCTAGCU稀有(xyu)碱基不含含第69页/共70页第六十九页，共71页。感谢您的欣赏(xnshng)！第70页/共70页第七十页，共71页。内容(nirng)总结The genetic material of phage T2 is DNA.。烟草花叶病毒的感染和繁殖过程证实。核酸是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。两条链以右手的方向相互缠绕呈螺旋状，因此(ync)叫右手双螺旋结构模型。螺距34埃，每个碱基对的螺旋上升值为3.4埃。1.3 DNA的高级结构超螺旋（Supercoied）。变性剂：把能使DNA发生变性的化学试剂叫变性剂。感谢您的欣赏第七十一页，共71页。
