DNA的结构与功能 (2).ppt
1,DNA的结构及功能,一、核酸的概念 二、DNA的结构 1.DNA的一级结构 2.DNA的二级结构 3.DNA的三级结构 4.真核生物DNA的三级结构 三、DNA的性质 四、DNA的生物功能,一、核酸的概念,2,核酸的定义核酸（nucleic acid）是以核苷酸为基本单位的生物大分子化合物，携带和传递遗传信息，是生命体最基本的物质之一。核酸的分类与分布,核酸的化学组成,3,元素组成C、H、O、N、P（恒定，9-10%）DNA约为9.9%，RNA约为9.4%。化学组成 基本结构单位核苷酸,基本碱基结构和命名,4,常见（脱氧）核苷酸的结构,5,二、DNA的结构,6,1.DNA的一级结构,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，简称为碱基序列。一级结构的走向规定为5 3。,DNA一级结构的表示法,7,DNA一级结构的测定,8,2.DNA的二级结构,9,1953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。,Francis Crick and James Watson(获1962年诺贝尔生理学医学奖),DNA双螺旋的基本特征,10,两条链反向平行，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。,11,Maurice Hugh Frederick Wilkins,Rosalind Franklin,依据：X射线衍射图谱,Chargaff规则,12,Chargaff 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。嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=T+C。含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即A+C=G+T。,DNA双螺旋结构稳定因素,13,1.碱基对间的氢键 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,DNA双螺旋类型,14,A-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/（。）碱基间距/nm 螺旋直径/nm 每轮碱基数 螺旋方向,其它DNA螺旋结构,15,单核苷酸形成的二级结构,十字形结构,16,DNA三股螺旋结构（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。,17,3.DNA三级结构,18,DNA在细胞内以双螺旋为基础进一步旋转折叠成超螺旋结构。,DNA超螺旋结构,19,DNA超螺旋是由DNA拓扑异构酶（拓扑异构酶）产生的。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。,4.真核生物DNA的三级结构,20,真核生物DNA与蛋白质形成非常致密的复合物存在于细胞核内，基本结构式核小体。,核小体盘绕及染色体示意图,21,真核生物染色体DNA组装不同层次的结构,核小体链（11nm，每个核小体200bp）,纤丝（30nm，每圈6个核小体）,突环（150nm，每个突环大约75000bp）,玫瑰花结（300nm，6个突环）,螺旋圈（700nm，每圈30个玫瑰花）,染色体（1400nm，每个染色体含10个玫瑰花200bp）-人的染色体压缩8000-10000,DNA（2nm）,三、DNA的性质,23,一般理化性质 核酸是两性电解质（磷酸和氨基），可发生两性解离。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44.5，RNA的为22.5；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；DNA是线性高分子，粘度极大；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；在引力场中可下沉：超速离心法提取和纯化核酸。,24,强烈的紫外吸收由于核酸中碱基的共轭双键，所以对紫外有强烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，常作为核酸的定性，定量分析。,紫外吸收OD260的应用,25,DNA或RNA的定量 若OD260=1.0相当于：50 g/ml双链DNA 40 g/ml单链DNA（或RNA）20 g/ml寡核苷酸2.判断核算样品的纯度 DNA纯品：A260/A280=1.8 RNA纯品：A260/A280=2.0,DNA的性质,26,DNA的变性 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。变性因素：过量酸、碱，加热，离子强度改变等。变性后理化性质的主要改变：粘度下降 比旋光度下降 OD260增色（增色效应）,27,DNA变性的本质是双链间氢键的断裂,28,DNA的增色效应 DNA变性时其溶液OD260值增高,29,解链曲线（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、溶液离子强度、相关，GC含量越高，Tm值越高。,30,Tm值的计算及应用 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退火温度比Tm值低46,31,DNA的复性 定义：DNA回复成双链结构，称为复性。影响复性的因素：样品的性质、DNA片段的大小、DNA浓度、温度、离子强度等。复性后理化性质的改变:粘度增大；比旋光度变大；OD260下降（低色效应）,32,热变性经冷却后即可复性，称为退火。,四、DNA的生物功能,33,DNA是主要的遗传物质，决定细胞和个体的遗传型。DNA是遗传物质的证据：（1）间接证据（2）直接证据,34,1.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结构的化学物质都可引起突变。,DNA是遗传物质的间接证据,35,36,1.1944年美国微生物学Avery 等的肺炎球菌转化实验,DNA是遗传物质直接证据,37,噬菌体感染实验,1952 赫尔希和蔡斯（HERSHEY,CHASE）-噬菌体标记实验,Alfred Hershey and Martha Chase,38,谢谢,
