分子生物学：第二章 DNA结构

第二章遗传物质-DNA第一节核酸遗传物质第二节DNA的一级结构第三节DNA的二级结构第四节DNA的超螺旋结构第一节核酸是遗传物质携带负责蛋白质、氨基酸合成的组成信息携带关于基因选择性表达的信息一、DNA是遗传物质二、DNA是遗传物质的发现：

1928年，Griffith的肺炎双球菌转化实验R型肺炎链球菌因为没有荚膜多糖而失去致病能力S型细菌加热杀死后，与活的R型菌混合，能够使小鼠感染三、DNA是遗传物质的证明：

O.Avery等的体外转化实验

OswaldAvery等用去垢剂裂解加热灭活的S型细菌，得到保留了转化能力的溶菌液。分别向溶菌液中加入SIII（除去荚膜多糖），蛋白酶和RNA酶，转化能力不受影响。向溶菌液中加入DNA酶，转化能力丧失。证明DNA是遗传物质。四、DNA是遗传物质的证明：

1952，Hershey和ChaseT2噬菌体转化实验五、RNA也是遗传物质（在病毒中）：

烟草花叶病毒重建实验

第二节DNA的一级结构一、结构单位——核苷酸1、核糖脱氧核糖（DNA）核糖（RNA）指嘌呤或嘧啶环。通过嘧啶的N1或嘌呤的N9位糖苷键与戊糖的1位相连；每种核酸包含4种碱基。DNA包括A,T,

G,C，而RNA包括A,U,G,C。2、碱基戊糖与碱基以N－糖苷键连接组成核苷。核苷中碱基与糖环平面互相垂直戊糖包括核糖与脱氧核糖，均为呋喃型环状结构糖环中碳原子的标号右上角加撇,碱基中原子的标号不加撇3、核苷3、核苷酸每个核苷酸分子有三部分组成：一个五碳糖，一个碱基和一个磷酸基Nucleicacid:核酸Nucleoside:核苷Nucleotide:核苷酸Ribose:核糖Deoxyribose:脱氧核糖Base：碱基相关概念：二、DNA的一级结构DNA的一级结构是指DNA分子中的核苷酸排列顺序。核酸中的核苷酸以

3’，5’-磷酸二酯键连接而成。DNA一级结构的意义主要在于它决定着遗传信息。三、DNA一级结构的写法第三节DNA的二级结构主链:脱氧核糖与磷酸通过3’，5’－磷酸二酯键交互连接，成为螺旋的骨架；两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链均为右手螺旋碱基：位于双螺旋的内侧，碱基平面与纵轴垂直；碱基互补配对原则（A与T，G与C）一、DNA双螺旋的基本特征螺距为3.4nm,包含10个核苷酸;直径2nm；大沟和小沟:蛋白因子的识别、结合部位二、维持DNA双螺旋结构的因素碱基对之间的氢键：A、T间有二个氢键，G、C间有三个氢键，所以，G、C含量高的DNA双螺旋结构稳定。碱基堆积力：碱基呈疏水性，大量堆积使双螺旋内部形成强大的疏水区，与介质的水分子隔开。磷酸基团静电斥力：每个磷酸基团上带一个负电荷，静电排斥作用使双链分开。正电阳离子可以有效屏蔽磷酸基团之间的静电斥力。三、DNA双螺旋结构的呼吸作用在DNA分子的双螺旋结构中，配对碱基之间的氢键处于连续不断的断裂和再生的动态平衡中，这种现象称为DNA链的呼吸作用。特别是富含A/T的区域，呼吸作用更强。这对于DNA的复制和转录起始具有重要作用。四、DNA双螺旋结构的多形性B-DNA

A-DNAZ-DNA螺旋方向右手右手左手Bp数/螺旋101112螺距3.42.84.5大沟宽和中等深细、深平伏小沟窄和中等深宽、浅很窄、很深糖磷骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。左旋。G的糖苷键呈顺式(Syn)，使G残基位于分子表面。大沟消失，小沟窄而深。每个螺旋有12bp。1、Z-DNA结构特点在活细胞中如果m5C,则无需嘌呤-嘧啶相间排列，在生理盐水的浓度下可产生Z型。高盐：NaCl>2Mol/L,MgCl2>0.7Mol/LPu,Py相间排列：某些蛋白质如Z-DNA结合蛋白带有正电荷，可使DNA周围形成局部的高盐浓度和微环境。负超螺旋的存在2、Z-DNA存在条件可能提供某些调节蛋白的识别。啮齿类动物病毒的复制起始部位有d（GC）有交替顺序的存在；在SV40的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。原生动物纤毛虫，它有大、小两个核，大核有转录活性，小核和繁殖有关。Z-DNA抗体以萤光标记后，显示仅和大核DNA结合，而不和小核的DNA结合，说明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和转录有关。3、Z-DNA的功能五、DNA的变性、复性与杂交变性：DNA双螺旋区的氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，链分离的过程叫做变性(denaturation)或熔解(melting)。导致变性的条件：维持DNA双螺旋的力由氢键和碱基的疏水作用提供，因此，凡是破坏氢键和疏水作用的因素都能导致双螺旋的破坏，如加热、极端的pH、有机溶剂、低盐浓度等。1、变性DNA热变性：当将DNA的稀盐溶液加热到80-l00℃时，双螺旋的结构即发生解体，两条链分开，形成无规则线团。增色效应(hyperchromiceffect)：在DNA变性的过程中，随着双链的分离，碱基充分暴露，从而增加在紫外区的光吸收，这种现象称为增色效应DNA的熔点或熔解温度：通常把DNA的双螺旋结构失去一半时的温度称为该DNA的熔点或熔解温度，用Tm表示。在适宜的生理条件下，DNA的Tm值一般在85-95℃之间，所以在细胞状态下，双螺旋DNA是稳定的结构。DNA的熔解曲线(meltingcurve)：以温度为横坐标，以光吸收值为纵坐标，可以得到DNA的熔解曲线(meltingcurve)。曲线常常表现为相同的形状，但在温度坐标上的绝对位置（Tm）却受DNA的碱基组成和变性环境的影响。影响DNATm值的因素DNA的均一性：均一性越高的样品熔解过程越是发生在一个很小的温度范围内。G-C的含量：G-C含量越高，Tm值越高，成正比关系。这是因为G-C比A-T碱基对更稳定的缘故。所以测定Tm值可推算出G-C的含量，其经验公式为：（G-C）％=（Tm－69.3)×2.44。介质中的离子强度：一般说离子强度较低的介质中，DNA的熔解温度较低，熔解温度的范围也较窄。而在较高的离子强度的介质中，情况则相反。复性：变性DNA在适当条件下，两条彼此分开的链又可重新形成氢键，缔合成为双螺旋结构，这个过程叫做复性(renaturation)。复性反应经过两个阶段：首先在溶液中DNA的单链以随机发生相遇，如果它们的序列可以互补，两条链就通过碱基配对形成一个短的双螺旋区域。然后，这个碱基配对的区域延伸至整个分子，形成一个长的双螺旋分子2、复性影响复性的因素：温度：温度高复性困难。但是，低温减少了互补链碰撞的机会，而且解开已经误配的片段以寻找正确的互补链，在低温下也很困难。因此复性温度不能过低，一般比熔点低25℃左右是最佳温度。DNA浓度：同一种DNA浓度高时，互补序列碰撞的机会增加，复性速度也快。DNA片段的大小：因为大片段的扩散速度慢，减少了发现互补序列的机会，因此在复性实验中，往往把DNA链剪切成一定大小的片段。序列复杂程度：序列复杂的DNA比序列简单的DNA复性所需的时间要长复性DNA中，如果两条链来源不同，就叫做杂交。3、杂交第四节DNA的超螺旋结构双螺旋超螺旋相互缠绕正超螺旋螺旋负超螺旋螺旋拧紧放松天然的DNA都呈负超螺旋如果在一端使绳子向紧缠方向捻转，再将绳子两端连接起来，则会产生一个左旋的超螺旋以解除外加的捻转造成的胁变，这种超螺旋叫正超螺旋；相反如果在一端使绳子向松缠方向捻转，再将绳子两端连接起来，则会产生一个右旋的超螺旋以解除外加的捻转造成的胁变，这种超螺旋叫负超螺旋。L为连接数（linkingnumber），是指环形DNA分子两条链间交叉的次数。只要不发生链的断裂，L是个