《染色体与DNA》课件.ppt

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1、第二章：染色体与DNA1,一、DNA的一级结构二、DNA的物理图谱三、DNA一级结构的测定四、DNA的双螺旋结构五、DNA的三股螺旋结构,六、DNA的超螺旋结构七、核小体与染色体八、DNA结构的不均一性九、DNA的变性、复性和分子杂交十、基因与基因组,一、DNA的一级结构,4种核苷酸的连接及排列顺序四种脱氧核糖核苷酸分别表示为：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP（A、G、T、C）,A G T C,DNA分子的大小分子量碱基对（base pairs，bp）三种表示方法长度三者的关系分子量bp660 D每圈螺旋10.5bp 3.4nm测量的方法：凝胶电泳、电镜金属投影,DNA分子的多样性,碱基

2、的排列顺序，而构成了DNA分子的多样性100bp DNA分子可能排列方式就是4100DNA中的碱基排列顺序是DNA分子的重要属性,二、DNA的物理图谱,DNA分子的限制性内切酶酶解片段的排列顺序假设有一段DNA片段为2450bp，分别有两个XbaI和两个PstI位点，这样每一个单酶切会把此DNA分子切成3个片段，双酶切将产生5个片段。,单酶切 XbaI PstI PstI XbaI双酶切 XbaI PstI PstI XbaI,PstI XbaI PxtI+XbaI 1400bp 1200bp 900bp 900bp 750bp 600bp 500bp 500bp 300bp 150bp 15

3、0bp,2450bp,2450bp 750bp P 500bp P 1200bp 150bp 600bp 500bp 300bp x x150bp 1400 900bp,三、DNA一级结构的测定,双脱氧末端终止法-Sanger法：原理是采用核苷酸链终止剂，双脱氧核苷酸ddNTP终止DNA链的延长。根据这一方法，就可得到一组以ddNTP结尾的长短不一的DNA片段。,分成4组，每一组反应体系中加入4种dNTP和一种相应的ddNTP，反应后可得到不同长度的以双脱氧结尾的DNA片段，各DNA片段均只相差一个核苷酸长度，各组的片段经凝胶电泳分离后，每一片段的电泳位置不同，从下而上可直接读出DNA序列。,

4、Sanger法测定DNA序列的原理图示,T A A T C T G C A G G C 5/-A T T A G A C G T C C G-3/A T G C ddATP ddTTP ddGTP ddCTP dATP dATP dATP dATP dGTP dGTP dGTP dGTP dCTP dCTP dCTP dCTP dTTP dTTP dTTP dTTP A AT ATTAG ATTAGAC ATTA ATT ATTAGACG ATTAGACGTC ATTAGA ATTAGACGT ATTAGACGTCCG ATTAGACGTCC,聚丙烯酰胺凝胶电泳,A T G C,四、DNA的双

5、螺旋结构,Watson和Crick于1953年根据DNA纤维X射线晶体衍射图，提出了DNA为右手双螺旋结构的科学假设右手双螺旋构象是DNA最为常见的结构-B型DNA。可分为两大类：一类是右手螺旋，如、B-DNA、C-DNA、D-DNA、E-DNA、A-DNA；另一类是局部的左手螺旋，即Z-DNA。,B-formDNA,A-formDNA,B-DNA、A-DNA、Z-DNA的主要区别,Left-handed Z-DNA,五、DNA的三股螺旋结构,DNA三股螺旋构型称为H-DNA。它是双螺旋DNA分子中一条链的某一节段，通过链的折叠与同一分子中DNA结合而形成。其中一条链只有嘌呤AG，另一条链只有

6、嘧啶CT。H-DNA可在转录水平上阻止基因的转录。,DNA三股螺旋结构,六、DNA超螺旋结构,超螺旋结构是DNA分子高级结构的主要形式可分为正超螺旋与负超螺旋两类超螺旋方向与双螺旋方向相反，为负超螺旋即左旋，是主要的超螺旋结构。,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。,七、核小体与染色体,核小体：DNA双螺旋链,等距离缠绕组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各二分子组成八聚体形成众多核心颗粒,外绕1.75圈左走向的DNA链,每圈约85bpDNA,各颗粒之间为带有H1组蛋白的连接区DNA。,八、DNA结构的不均一性,反向重复序列又称回文序列富含A/T的序列富含G/

7、C的序列高度重复序列,反向重复序列（inverted repeats)其中每条单链以53方向都是相同的。5 GGTACC 33 CCATGG 5 易形成发夹结构（hairpin)或十字形结构限制性酶切位点,富含A/T的序列易于解链，转录和复制的起始位点。富含G/C的序列难于解链，稳定区域。高度重复序列经常是短的序列高度的重复,碱基排列顺序对螺旋结构的影响嘌呤和嘧啶的排列顺序不同双螺旋的稳定性有显著的差异5GC 3 5CG 3 3CG 5 3GC 5前者的稳定性大于后者从嘌呤到嘧啶方向的碱基堆集力高于后者,九、DNA的变性、复性和分子杂交,1、DNA的变性（denaturation）DNA变性：

8、260nm 紫外吸收增加50%DNA分子解链的温度称为融点Tm表示。不同种类DNA有不同的Tm值Tm随（G+C）%含量呈线性增加。,2、DNA的复性DNA回复成双链结构，称为复性（renaturation）热变性经冷却后即可复性，称为退火(annealing),3、C值与C值矛盾（C-value paradox)C值:是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。C值矛盾:基因组大小与遗传复杂性并非是线性关系，称为。如两栖类最小的C值是109 bp最大的达到1011bp。,4.DNA分子杂交用放射性同位素或荧光素标记的已知DNA作为探针，探测未知的核酸样品称为Southern印迹分析或DNA分子杂交。

9、,Southern印迹分析:DNA分子杂交Northern印迹分析:检测RNA的方法。Eastern印迹分析:双向电泳后蛋白质的分析方法。Western印迹分析:单向电泳后蛋白质的分析方法。,菌落或噬菌斑原位杂交,十、基因与基因组,基因：表达一种蛋白质或功能RNA的基本单位。基因组：是指某种生物所包含的全套基因。人类基因组的C值在3 x 109 bp；病毒含103105bp；细菌含105107bp；,基因与蛋白质,1000bp(1kb)编码一个蛋白质,病毒含45个基因；大肠杆菌含30004000个基因；人类应有200300万个基因（3 x 109 bp)，实际只有 10万个左右，病毒的基因数要

10、比计算所得的大，因有基因重叠现象。,（一）、原核基因组,1、病毒基因组：有些病毒的基因组不够编码自己的蛋白质，如x174要编码9个蛋白质(至少需要9kb)，而基因组仅有5kb左右，为解决这一矛盾，就出现了基因重叠现象，如A基因和B基因的重叠：B A,2、细菌基因组的结构特征,相关功能基因组成操纵子结构形成多顺反子mRNA基因是连续的转录后直接可以翻译大部分是编码区基因有重叠现象,（二）、真核基因组,真核基因组结构特征含有大量的重复序列在脊椎动物中90%左右是非编码序列基因不是连续的被内含子割裂内含子存在广泛的序列变异可能是无功能的,1、重复序列：高度重复序列中度重复序列单拷贝基因,1）高度重复

11、序列,由较短的序列组成，次数可高达几百万次。高度重复序列常称为卫星DNA。在CsCl剃度离心后，出现一个主峰和12个小峰，这种小峰称卫星DNA。G：C含量相对少所以在离心的上层。,浮力密度,DNA指纹分析,2）中度重复序列：重复次数在10104bp之间。如各种rRNA、tRNA等基因属于这一类。,3）单拷贝基因：基因组中仅出现一次的基因称为单拷贝基因。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等。,2、基因割裂现象：即基因内部含有非编码序列-内含子，和编码部分-外显子，割裂基因是真核生物的普遍现象。内含子有一个共同的特征：5/端以GT开始，3/端以AG结束，称为GT/AG规则。,3、一个基因编码两种以上的mRNA：,真核生物中每个基因都单独构成一个转录单位，产生单顺反子mRNA，编码一种蛋白质。编码两种以上的mRNA可通过拼接方式来完成的。,两种拼接方式产生肌钙蛋白a或b,W X a Z W X a b Z W X b Z,4、基因家族来自一个祖先基因，通过扩增形成多个结构和功能相关的基因，称为。所编码的蛋白质是同源的。如：组蛋白基因家族，有5个成员，即HI、H2A、H2B、H3、H4。,5、假基因来源同一个祖先基因但不具有转录功能，不能产生有功能的mRNA。而这些尚失功能的扩增基因仍留在基因家族中，这种基因称为。,