DNA的结构与功能实用教案.ppt

核酸的化学核酸的化学(huàxué)(huàxué)组成组成1Ø￿￿元素(yuán￿sù)组成ØC、H、O、N、P（恒定，9-10%）ØDNA约为9.9%，RNA约为9.4%￿Ø￿￿化学组成￿￿基本结构单位——核苷酸Ø￿核苷酸核苷/脱氧核苷磷酸核￿酸戊糖碱基A、G、C、T(DNA)A、G、C、U(RNA)第1页/共37页第一页，共38页基本碱基结构基本碱基结构(jiégòu)(jiégòu)和命名和命名2第2页/共37页第二页，共38页常见（脱氧常见（脱氧(tuō￿yǎng)(tuō￿yǎng)）核苷酸的结构）核苷酸的结构3腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP￿）Deoxyadenosine￿monophosphate（DNA）磷酸脱氧核糖碱基糖苷键腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosine￿monophosphate（RNA）核糖第3页/共37页第三页，共38页二、二、DNADNA的结构的结构(jiégòu)(jiégòu)41.￿DNA的一级结构(jiégòu)•￿￿DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3￿´￿-5´￿磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构(jiégòu)，简称为碱基序列。

￿￿一级结构(jiégòu)的走向规定为5´￿→3´￿5´3´第4页/共37页第四页，共38页DNADNA一级结构一级结构(jiégòu)(jiégòu)的表示法的表示法55´3´结构式结构式5´3´ p p p pOH3´ACTG1´线条式线条式5´ ACTGCATAGCTCGA 3´字母式字母式第5页/共37页第五页，共38页DNADNA一级结构一级结构(jiégòu)(jiégòu)的测定的测定6第6页/共37页第六页，共38页2.￿DNA2.￿DNA的二级结构的二级结构(jiégòu)(jiégòu)7•1953沃森和克里克根据DNA纤维X射线晶体衍射(yǎnshè)图，提出了DNA分子结构的双螺旋模型Francis Crick and James Watson (获1962年诺贝尔生理学医学奖)第7页/共37页第七页，共38页DNADNA双螺旋的基本特征双螺旋的基本特征8•￿￿两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋•￿￿相临碱基对间距离为0.34nm,每周螺距为3.4nm￿(10bp),￿￿d为￿2nm•￿￿双螺旋有两种不同的沟（大沟和小沟）大沟携带(xiédài)分子可识别信息，是蛋白质识别DNA碱基序列产生相互作用的基础。

第8页/共37页第八页，共38页9Maurice Hugh Frederick WilkinsRosalind Franklin依据(yījù)：X射线衍射图谱第9页/共37页第九页，共38页ChargaffChargaff规则规则(guīzé)(guīzé)10Chargaff￿在1950年总结出DNA碱基组成的规律：￿￿￿腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A=T￿￿￿￿鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数也相等，即G=C￿￿￿￿嘌呤的总数等于(děngyú)嘧啶的总数，即A+G=T+C￿￿￿含氨基的碱基总数等于(děngyú)含酮基碱基总数，即A+C=G+T第10页/共37页第十页，共38页DNADNA双螺旋结构双螺旋结构(jiégòu)(jiégòu)稳定因素稳定因素111.￿碱基对间的氢键(qīnɡ￿jiàn)￿2.￿碱基堆积力￿（1）相邻碱基对间的范德华力（2）碱基对间的疏水作用力3.￿磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和，降低静电张力第11页/共37页第十一页，共38页DNADNA双螺旋类型双螺旋类型(lèixíng)(lèixíng)12A-DNA￿￿￿￿￿￿￿￿￿20￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿0.26￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿2.6￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿11￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿右B-DNA￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿6￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿0.34￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿2.0￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿10￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿右Z-DNA￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿7￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿0.37￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿1.8￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿12￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿左双螺旋￿￿￿￿￿￿碱基倾角(qīngjiǎo)/（。

￿￿碱基间距/nm￿￿￿￿螺旋直径/nm￿￿￿每轮碱基数￿￿￿螺旋方向第12页/共37页第十二页，共38页其它其它DNADNA螺旋螺旋(luóxuán)(luóxuán)结构结构13Ø￿￿单核苷酸形成(xíngchéng)的二级结构十字形结构十字形结构第13页/共37页第十三页，共38页14DNA三股螺旋(luóxuán)结构（H-DNA）DNA三条链均为同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的碱基均为嘌呤或嘧啶，其中两条链为正常双螺旋，第三条链位于双螺旋的大沟中第三股链的存在可能(kěnéng)使一些调控蛋白或RNA聚合酶等反式作用因子得以与该区段结合，因而阻遏了有关基因的表达第14页/共37页第十四页，共38页15第15页/共37页第十五页，共38页3.￿DNA3.￿DNA三级结构三级结构(jiégòu)(jiégòu)16DNA在细胞(xìbāo)内以双螺旋为基础进一步旋转折叠成超螺旋结构超螺旋正超螺旋负超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方向相同盘绕方向与DNA双螺旋方向相反Ø￿￿DNA超螺旋结构(jiégòu)第16页/共37页第十六页，共38页17DNA超螺旋是由DNA拓扑异构酶（拓扑异构酶Ⅱ）产生(chǎnshēng)的。

环状DNA分子常以超螺旋结构存在，并以负超螺旋为主，有利于转录的起始第17页/共37页第十七页，共38页4.￿4.￿真核生物真核生物(shēngwù)DNA(shēngwù)DNA的三级结构的三级结构18•￿￿真核生物DNA与蛋白质形成非常(fēicháng)致密的复合物存在于细胞核内，基本结构式核小体核小体DNA组蛋白H2A、H2B、H3、H4:八聚体核心组蛋白H1：连接区第18页/共37页第十八页，共38页核小体盘绕(pánrào)及染色体示意图19第19页/共37页第十九页，共38页真核生物染色体DNA组装不同(bù tónɡ)层次的结构核小体链（核小体链（ 11nm，，每个核小体每个核小体200bp））纤丝（纤丝（ 30nm，，每圈每圈6个核小体）个核小体）突环（突环（ 150nm，每个突环大约，每个突环大约(dàyuē)75000bp））玫瑰花结（玫瑰花结（ 300nm ，，6个突环）个突环）螺旋螺旋(luóxuán)圈（圈（ 700nm，每圈，每圈30个玫瑰个玫瑰花）花）染色体（染色体（ 1400nm，，每个染色体含每个染色体含10个玫瑰个玫瑰花花200bp））--人的染色体压缩人的染色体压缩8000-10000DNA （（2nm））第20页/共37页第二十页，共38页。

三、三、DNADNA的性质的性质(xìngzhì)(xìngzhì)21Ø￿￿一般理化性质Ø￿￿核酸是两性(liǎngxìng)电解质（磷酸和氨基），可发生两性(liǎngxìng)解离又由于磷酸具有较强的酸性，所以核酸的等电点较低DNA的等电点为4~4.5，RNA的为2~2.5；Ø￿￿DNA为白色纤维状固体，微溶于水，不溶于有机溶剂：用乙醇沉淀核酸；Ø￿￿DNA是线性高分子，粘度极大；Ø￿￿在中性或偏碱性缓冲液中，核酸带负电荷，在电场中向阳极移动；Ø￿￿在引力场中可下沉：超速离心法提取和纯化核酸第21页/共37页第二十一页，共38页22Ø￿￿强烈的紫外吸收Ø由于核酸(hé￿suān)中碱基的共轭双键，所以对紫外有强烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，常作为核酸(hé￿suān)的定性，定量分析2202402602800.10.20.30.4波长（波长（nmnm））光光吸吸收收123核苷酸总吸收值核苷酸总吸收值变性变性DNA天然天然DNA第22页/共37页第二十二页，共38页紫外吸收紫外吸收(xīshōu)—OD260(xīshōu)—OD260的应用的应用231.DNA或RNA的定量2.￿￿￿￿￿￿￿￿￿若OD260=1.0相当于：3.￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿50￿ g/ml双链DNA4.￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿40￿ g/ml单链DNA（或RNA）5.￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿20￿ g/ml寡核苷酸6.2.￿判断核算样品(yàngpǐn)的纯度7.￿￿￿￿￿￿￿￿DNA纯品：A260/A280=1.8￿8.￿￿￿￿￿￿￿￿RNA纯品：A260/A280=2.0第23页/共37页第二十三页，共38页。

DNADNA的性质的性质(xìngzhì)(xìngzhì)24Ø￿￿DNA的变性Ø￿￿定义：某些理化因素会导致DNA双链互补碱基之间的氢键发生断裂，使双链DNA解离为单链只改变DNA的二级结构，不改变它的核苷酸序列Ø￿￿变性因素：过量酸、碱，加热，离子强度改变等Ø￿￿变性后理化性质的主要改变：Ø￿￿￿￿￿￿￿￿￿粘度(zhān￿dù)下降Ø￿￿￿￿￿￿￿￿￿比旋光度下降Ø￿￿￿￿￿￿￿￿￿OD260增色（增色效应）第24页/共37页第二十四页，共38页25DNA变性(biànxìng)的本质是双链间氢键的断裂第25页/共37页第二十五页，共38页26•￿￿￿DNA的增色(zēnɡ￿sè)效应•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿—DNA变性时其溶液OD260值增高第26页/共37页第二十六页，共38页27•￿￿￿解链曲线(qūxiàn)（melting￿curve）•￿￿解链温度（溶解温度，Tm）•在解链过程中，UV吸收值的变化达到最大变化值一半时对应的温度，此温度时，50%DNA双链打开•￿￿Tm值与DNA均一性和长短、碱基GC含量、溶液(róngyè)离子强度、相关，GC含量越高，Tm值越高。

第27页/共37页第二十七页，共38页28•￿￿Tm值的计算及应用(yìngyòng)•￿￿￿￿Tm=69.3+0.41￿×(G+C)/(G+C+A+T)￿×100%•￿￿￿小于20bp的寡核苷酸片段•￿￿￿￿Tm=4（G+C）+2（A+T)PCR退火(tuì￿huǒ)温度比Tm值低4~6℃第28页/共37页第二十八页，共38页29Ø￿￿DNA的复性Ø￿￿定义：DNA回复成双链结构，称为复性Ø￿￿影响复性的因素(yīn￿sù)：Ø￿￿￿￿￿￿样品的性质、DNA片段的大小、DNA浓度、温度、离子强度等Ø￿￿复性后理化性质的改变:Ø￿￿￿￿￿￿￿粘度增大；比旋光度变大；￿OD260下降（低色效应）第29页/共37页第二十九页，共38页30热变性经冷却(lěngquè)后即可复性，称为退火高于Tm值5℃ 复性 也称退火 第30页/共37页第三十页，共38页四、四、DNADNA的生物的生物(shēngwù)(shēngwù)功能功能31Ø￿￿DNA是主要的遗传物质，决定细胞和个体的遗传型Ø￿￿DNA是遗传物质的证据(zhèngjù)：Ø（1）间接证据(zhèngjù)Ø（2）直接证据(zhèngjù)第31页/共37页第三十一页，共38页。

321.￿￿DNA通常只在核中的染色体上找到2.￿￿同一种生物的DNA￿含量基本上是相同的，而配子的含量正好是体细胞的一半3￿.￿同一种生物的各种细胞中，DNA在量上恒定，在质上也恒定4￿.￿各类生物中，能改变DNA结构(jiégòu)的化学物质都可引起突变Ø￿￿DNA是遗传物质的间接(jiàn￿jiē)证据第32页/共37页第三十二页，共38页33第33页/共37页第三十三页，共38页341.￿￿1944年美国微生物学(wēi￿shēnɡ￿wù￿xué)Avery￿等的肺炎球菌转化实验￿DNA是遗传物质直接(zhíjiē)证据第34页/共37页第三十四页，共38页35噬菌体感染(gǎnrǎn)实验￿1952￿￿￿赫尔希和蔡斯（HERSHEY,￿CHASE）-噬菌体标记(biāojì)实验￿￿￿￿Alfred Hershey and Martha Chase第35页/共37页第三十五页，共38页36谢谢谢谢(xiè (xiè xie)xie)第36页/共37页第三十六页，共38页37感谢您的欣赏(xīnshǎng)！第37页/共37页第三十七页，共38页内容(nèiróng)总结核酸的化学组成。

DNA约为9.9%，RNA约为9.4%一级结构的走向规定为5´ →3´1953沃森和克里克根据DNA纤维X射线晶体衍射图，提出了DNA分子结构的双螺旋模型第三股链的存在可能使一些调控蛋白或RNA聚合酶等反式作用因子得以与该区段结合，因而阻遏了有关基因(jīyīn)的表达盘绕方向与DNA双螺旋方向相反核小体链（ 11nm，每个核小体200bp）突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）第三十八页，共38页。