2DNA的结构与特点课件.ppt
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- DNA 结构 特点 课件
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1、 第一节第一节 核酸是遗传物质核酸是遗传物质第一章第一章 DNA的结构与特点的结构与特点The transforming principle is DNA.1.1 DNA is the genetic material(I)The genetic material of phage T2 is DNA.1.2 DNA is the genetic material(II)Eukaryotic cells can acquire a new phenotype as the result of transfection by added DNA.1.3 1.3 DNADNA is the is
2、the genetic materialgenetic material(IIIIII)1957年,年,Heinz Fraenkel-Conrat和和B.Singre的杂合病毒实验:的杂合病毒实验:烟草花烟草花叶病毒叶病毒的感染的感染和繁殖和繁殖过程过程证实证实RNA也也是遗传是遗传物质之物质之一。一。1.4 1.4 RNARNA is the genetic material is the genetic materialTHE RESULTS DNA is the genetic material of all organisms except for some viruses;RNA i
3、s the genetic material of some viruses.核酸核酸(DNA和和RNA)的结构包括:的结构包括:一级结构:一级结构:碱基顺序碱基顺序二级结构:二级结构:右手双螺旋结构右手双螺旋结构高级结构:高级结构:超螺旋超螺旋第一节第一节 核酸的结构与功能核酸的结构与功能1.1 核酸的一级结构核酸的一级结构 核酸是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核酸是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。DNA的一级结构,即是指四种核苷酸的一级结构,即是指四种核苷酸dNMP(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的按照一定的排列顺序,通过排列顺序,通过3-5 磷酸二酯键磷酸二酯
4、键连接形成的连接形成的多核苷酸,由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基多核苷酸,由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同,故又可称为碱基顺序。的不同,故又可称为碱基顺序。1.1.1 核苷酸的结构核苷酸的结构核核 糖糖Thymine(T)is a 5-methyluracil(U)Bicyclic Purines:Monocyclic pyrimidine:碱碱 基(基(bases)腺苷腺苷(AR)脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷键糖苷键 1,N1-糖苷键糖苷键11N9N1核核 苷苷(核糖核糖 Sugarphosphate bond 碱基碱基)A nucleotide is a nucleoside
5、 with one or more phosphate groups bound covalently to the 3 -,5 -or the 2 -(in ribonucleotides only)position.In the case of 5 -position,up to three phosphates may be attached.Deoxynucleotides(containing deoxyribose)Ribonucleotides(containing ribose)核苷酸核苷酸BASESBASES(碱基)(碱基)NUCLEOSIDESNUCLEOSIDES(核苷)
6、(核苷)NUCLEOTIDESNUCLEOTIDES(核苷酸)(核苷酸)Adenine(A)AdenosineAdenosine 5 -triphosphate(ATP)DeoxyadenosineDeoxyadenosine 5 -triphosphate(dATP)Guanine(G)GuanosineGuanosine 5 -triphosphate(GTP)Deoxy-guanosineDeoxy-guanosine 5 -triphosphate(dGTP)Cytosine(C)CytidineCytidine 5 -triphosphate(CTP)Deoxy-cytidineDe
7、oxy-cytidine 5 -triphosphate(dCTP)Uracil(U)UridineUridine 5 -triphosphate(UTP)Thymine(T)Thymidine/deoxythymidieThymidine/deoxythymidie 5 -triphosphate(dTTP)1.1.2一一条条多多聚聚核核苷苷酸酸链链多聚核苷酸链中新生磷酸多聚核苷酸链中新生磷酸糖苷键的产生示意图糖苷键的产生示意图核苷酸链的形成核苷酸链的形成35磷酸二酯键(磷酸二酯键(phosphodiester bond)的形成示意图)的形成示意图1.1.3 一级结构的特点一级结构的特点 具
8、有极性;具有极性;碱基排列顺序存在多样性。碱基排列顺序存在多样性。1.1.4 书写方式书写方式53磷酸二酯键磷酸二酯键线线条条式式法法文字式法文字式法结构式法结构式法水解水解磷酸基团磷酸基团脱氧核糖脱氧核糖(DNA(DNA)核酸核酸 单核苷酸单核苷酸戊核糖戊核糖核糖核糖(RNA(RNA)核苷核苷 T T A A DNADNA 碱基碱基G G C C RNARNA U U 小小 结:核酸的结构结:核酸的结构Nucleic Acid Structure:DNA double helixDNA double helix Watson and Crick,1953年提出的年提出的右手双螺旋右手双螺旋结
9、构模型,是结构模型,是B型型DNA。The foundation of the molecular biology1.2 DNA二级结构二级结构 双螺旋双螺旋1.2.1 DNA二级结构的涵义:二级结构的涵义:B型型DNA是由两条平行互补的多核苷酸链组成是由两条平行互补的多核苷酸链组成的,构成的,构成DNA的两条核苷酸链的的两条核苷酸链的方向是相反的方向是相反的(即一条是(即一条是3 5 ,另一条是,另一条是5 3 );两);两条链以右手的方向相互缠绕呈螺旋状,因此叫条链以右手的方向相互缠绕呈螺旋状,因此叫右手双螺旋结构模型。右手双螺旋结构模型。DNA的双螺旋模型的双螺旋模型螺旋螺旋1.2.2
10、1.2.2 双螺旋的结构特点双螺旋的结构特点1 1、Antiparallel:反向平行、反向平行、大大沟和小沟沟和小沟。2 2、DNADNA分子中的分子中的脱氧核糖和磷脱氧核糖和磷酸酸交替连接,排在外侧,构成交替连接,排在外侧,构成基本基本分子骨架分子骨架,碱基排列在内碱基排列在内侧侧,碱基平面与纵轴垂直。碱基平面与纵轴垂直。3 3、碱基对碱基对:chargaff 原则原则1.2.3 双螺旋结构的构象变异双螺旋结构的构象变异 DNA DNA的构象现已知有的构象现已知有A A,B B,C C,D D,E E,T T,Z Z 7 7种。种。引起引起DNADNA双链构象改变有以下因素:双链构象改变有
11、以下因素:(1 1)核苷酸的一级结构顺序;)核苷酸的一级结构顺序;(2 2)碱基组成;)碱基组成;(3 3)盐的种类;)盐的种类;(4 4)相对湿度。)相对湿度。ABZB-DNA构象的特点构象的特点 右手双股螺旋;右手双股螺旋;10 base pairs/turn 螺旋扭角为螺旋扭角为36;螺距螺距34埃,每个碱基对埃,每个碱基对的螺旋上升值为的螺旋上升值为3.4埃;埃;碱基倾角碱基倾角-2,碱基,碱基平面基本上与螺旋轴垂平面基本上与螺旋轴垂直;直;螺旋轴穿过碱基对,大螺旋轴穿过碱基对,大沟宽而略深,小沟窄而沟宽而略深,小沟窄而略浅。略浅。A-DNA构象的特点构象的特点 右手双股螺旋;右手双股
12、螺旋;每圈螺旋每圈螺旋l09个碱基对,螺个碱基对,螺旋扭角为旋扭角为33;螺距螺距32埃每个碱基对的螺埃每个碱基对的螺旋上升值为旋上升值为29埃,碱基倾埃,碱基倾角角13,碱基平面不再水平。,碱基平面不再水平。螺旋轴不穿过碱基对,而是螺旋轴不穿过碱基对,而是位于大沟中,碱基对在小沟位于大沟中,碱基对在小沟中围绕着螺旋轴,形成中空中围绕着螺旋轴,形成中空结构;结构;小沟宽而钱,大沟极深,其小沟宽而钱,大沟极深,其深度为从螺旋表面经过螺旋深度为从螺旋表面经过螺旋轴再向对面延伸一段距离。轴再向对面延伸一段距离。Z-DNA构象的发现:1972年年 Pohl et al 发现发现 poly(dG-dC)
13、在高盐下旋光性发生改变;在高盐下旋光性发生改变;1979年年 Wang H-J(王惠君王惠君),A.Rich对对 d(CGCGCG)单晶作单晶作X衍射分析提出衍射分析提出ZDNA模型模型Z-DNA构象的特点构象的特点 小结:几种小结:几种DNA构象的结构模式比较构象的结构模式比较 核苷酸一级序列对核苷酸一级序列对DNADNA二级结构的形成有很大影响:二级结构的形成有很大影响:A AT T丰富区常呈丰富区常呈B型型;B-DNA B-DNA中多聚(中多聚(G-CG-C)区易出现左手螺旋)区易出现左手螺旋DNADNA(Z-Z-DNADNA),尤其是嘌呤嘧啶二核苷酸重复单位易于采),尤其是嘌呤嘧啶二核
14、苷酸重复单位易于采取取Z Z型构象型构象 ;而当而当B型型DNADNA中一条链被中一条链被RNARNA替换时则呈替换时则呈A型;型;盐浓度对结构也有影响,如:盐浓度对结构也有影响,如:DNADNA晶体为晶体为A A型。型。功能:功能:B型易于表达,型易于表达,Z-DNAZ-DNA则难于结合,与基因则难于结合,与基因表达调控有关。表达调控有关。1.2.4 不同类型二级结构的特点与功能:不同类型二级结构的特点与功能:1.3 DNA的高级结构的高级结构超螺旋超螺旋(Supercoied)1.3.1 DNA的超螺旋结构是的超螺旋结构是Vinograd在在1965年研究多瘤年研究多瘤病毒时首先发现的,多
15、瘤病毒病毒时首先发现的,多瘤病毒DNA是共价闭合环状分是共价闭合环状分子子(covalently closed circle)状结构,简称状结构,简称ccc分子。但在分子。但在生理状态这种生理状态这种ccc分子再度螺旋化成为分子再度螺旋化成为超螺旋结构超螺旋结构(superhelix或或supercoil),即在二级结构的基础上再次,即在二级结构的基础上再次螺旋形成的,多见于原核生物。螺旋形成的,多见于原核生物。定义:定义:正超螺旋:正超螺旋:向越来越紧的方向拧形成的超向越来越紧的方向拧形成的超螺旋。螺旋。负超螺旋:负超螺旋:向越来越松的方向拧形成的超向越来越松的方向拧形成的超螺旋螺旋超螺旋结
16、构指超螺旋结构指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。是一种比双螺旋所形成的特定空间结构。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。更高层次的空间构象。环状DNA形成的超螺旋DNADNA的超螺旋结构演示的超螺旋结构演示线状DNA形成的超螺旋 不论正超还是负超,都和初级螺旋有关,超螺不论正超还是负超,都和初级螺旋有关,超螺旋和初级螺旋地关系可用公式表示旋和初级螺旋地关系可用公式表示:注:注:为超螺旋数,为超螺旋数,为超螺旋状态下初级螺旋圈为超螺旋状态下初级螺旋圈数,数,松弛状态下初级螺旋圈数;松弛状态下初级螺旋圈数;当当0 0时为松弛型;当时为松弛型;当大于大于0 0时为正
17、超螺旋;时为正超螺旋;当当小于小于0 0时为负超螺旋。时为负超螺旋。1.3.2 超螺旋的生物学意义超螺旋的生物学意义 目前在生物体内还没有发现正超螺目前在生物体内还没有发现正超螺旋,推测负超螺旋可能有利于复制和转旋,推测负超螺旋可能有利于复制和转录。录。凝胶电泳:凝胶电泳:电镜观察:电镜观察:密度梯度离心:密度梯度离心:1.4 检测检测DNA三级结构的方法:三级结构的方法:第二节第二节 核酸的特性核酸的特性2.1.1 变性(变性(Denaturation):由双链:由双链DNA变成单变成单链链DNA的过程叫变性,也叫的过程叫变性,也叫解链解链(melting)。返回返回 2.1 DNA的变性和
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