DNA的结构与功能课件

1DNA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（nucleicacid）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脱氧核糖核酸核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）RibonucleicAcid（RNA）存在于细胞核和线粒体内储存、复制和传递遗传信息，决定细胞和个体的遗传型。存在于胞核、胞浆、和线粒体内参与和指导蛋白质的生物合成；传递储于DNA分子中的遗传信息。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

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)常见（脱氧）核苷酸的结构5腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP）Deoxyadenosinemonophosphate（DNA）磷酸脱氧核糖碱基糖苷键腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosinemonophosphate（RNA）核糖二、DNA的结构61.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´。5´3´DNA一级结构的表示法75´3´结构式5´3´

p

p

p

pOH3´ACTG1´线条式5´

ACTGCATAGCTCGA3´字母式2.DNA的二级结构91953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。FrancisCrickandJamesWatson(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。11MauriceHughFrederickWilkinsRosalindFranklin依据：X射线衍射图谱DNA双螺旋结构稳定因素131.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14A-DNA200.262.611右B-DNA60.342.010右Z-DNA70.371.812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173.DNA三级结构18DNA在细胞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

DNA超螺旋结构19DNA超螺旋是由DNA拓扑异构酶（拓扑异构酶Ⅱ）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。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8000-10000DNA（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4~4.5，RNA的为2~2.5；

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。紫外吸收—OD260的应用25DNA或RNA的定量

若OD260=1.0相当于：50g/ml双链DNA40g/ml单链DNA（或RNA）20g/ml寡核苷酸2.判断核算样品的纯度DNA纯品：A260/A280=1.8RNA纯品：A260/A280=2.0DNA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）29

解链曲线（meltingcurve）

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4~6℃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。高于Tm值5℃

复性也称退火四、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341.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