1、第二章：染色体与第二章：染色体与DNA1一、一、DNA的一级结构的一级结构二、二、DNA的物理图谱的物理图谱三、三、DNA一级结构的测定一级结构的测定四、四、DNA的双螺旋结构的双螺旋结构五、五、DNA的三股螺旋结构的三股螺旋结构六、六、DNA的超螺旋结构的超螺旋结构七、核小体与染色体七、核小体与染色体八、八、DNA结构的不均一结构的不均一性性九、九、DNA的变性、复性和的变性、复性和分子杂交分子杂交十、基因与基因组十、基因与基因组一、一、DNA的一级结构的一级结构 4 4种核苷酸的连接及排列顺序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：四种脱氧核糖核苷酸分别表示为：dAMPdA
2、MP、dGMPdGMP、dTMPdTMP、dCMPdCMP（A A、G G、T T、C C）A G T CDNA分子的大小分子的大小 分子量分子量 碱基对（碱基对（base pairsbase pairs，bpbp）三种表示方法三种表示方法 长度长度 三者的关系三者的关系分子量分子量bpbp660 D660 D每圈螺旋每圈螺旋10.5bp 10.5bp 3.4nm3.4nm测量的方法：凝胶电泳、电镜金属投影测量的方法：凝胶电泳、电镜金属投影DNA分子的多样性分子的多样性 碱基的排列顺序，而构成了碱基的排列顺序，而构成了DNA分子的多样性分子的多样性 100bp DNA分子可能排列方式就是分子可
3、能排列方式就是4100 DNA中的碱基排列顺序是中的碱基排列顺序是DNA分子的重要属性分子的重要属性二、二、DNA的物理图谱的物理图谱 DNA分子的限制性内切酶酶解片段的排列顺序分子的限制性内切酶酶解片段的排列顺序 假设有一段假设有一段DNA片段为片段为2450bp，分别有两个，分别有两个XbaI和两个和两个PstI位点，这样每一个单酶切会把此位点，这样每一个单酶切会把此DNA分子切成分子切成3个片段，双酶切将产生个片段，双酶切将产生5个片段。个片段。单酶切单酶切 XbaI PstI PstI XbaI双酶切双酶切 XbaI PstI PstI XbaI PstI XbaI PxtI+XbaI
4、 1400bp 1200bp 900bp 900bp 750bp 600bp 500bp 500bp 300bp 150bp 150bp 2450bp 750bp P 500bp P 1200bp 150bp 600bp 500bp 300bp x x150bp 1400 900bp三、三、DNA一级结构的测定一级结构的测定 双脱氧末端终止法双脱氧末端终止法-Sanger法：法：原理是采用核苷酸链终止剂，双脱氧核苷酸原理是采用核苷酸链终止剂，双脱氧核苷酸ddNTP终止终止DNA链的延长。链的延长。根据这一方法，就可得到一组以根据这一方法，就可得到一组以ddNTP结尾的结尾的长短不一的长短不一的
5、DNA片段。片段。分成分成4组，每一组反应体系中加入组，每一组反应体系中加入4种种dNTP和一种和一种相应的相应的ddNTP，反应后可得到不同长度的以双脱氧，反应后可得到不同长度的以双脱氧结尾的结尾的DNA片段，各片段，各DNA片段均只相差一个核苷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的电泳位置不同，从下而上可直接读出DNA序列。序列。Sanger法测定法测定DNA序列的原理图示序列的原理图示 T A A T C T G C A G G C 5/-A T T A G A C G T C C
6、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聚丙烯酰胺凝胶电泳 A T G C四、四、DNA的双螺旋结构的双螺旋结构 Watson和和Crick于于1953年根据年根据DNA纤维纤维X射线晶体射线晶体衍射图，提出了衍
7、射图，提出了DNA为右手双螺旋结构的科学假设为右手双螺旋结构的科学假设 右手双螺旋构象是右手双螺旋构象是DNA最为常见的结构最为常见的结构-B型型DNA。可分为两大类：一类是右手螺旋，如、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；另一类是局部的左手螺旋，即的左手螺旋，即Z-DNA。B-formDNAA-formDNAB-DNA、A-DNA、Z-DNA的主要区别的主要区别 Left-handed Z-DNA五、五、DNA的三股螺旋结构的三股螺旋结构 DNA三股螺旋构型称为三股螺旋构型称为H-DNA。它是双螺旋它是双螺旋DNA分子中
8、一条链的某一节段，通过分子中一条链的某一节段，通过链的折叠与同一分子中链的折叠与同一分子中DNA结合而形成。结合而形成。其中一条链只有嘌呤其中一条链只有嘌呤AG，另一条链只有嘧啶，另一条链只有嘧啶CT。H-DNA可在转录水平上阻止基因的转录。可在转录水平上阻止基因的转录。DNA三股螺旋结构三股螺旋结构六、六、DNA超螺旋结构超螺旋结构 超螺旋结构是超螺旋结构是DNADNA分子高级结构的主要形式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。旋，是主要的超
9、螺旋结构。环状环状DNA分子常以超螺旋结构存在，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。并以负超螺旋为主，有利于转录的起始。七、核小体与染色体七、核小体与染色体 核小体：核小体：DNADNA双螺旋链双螺旋链,等距离缠绕组蛋白等距离缠绕组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各二分子组成八聚体形成众多核心各二分子组成八聚体形成众多核心颗粒颗粒,外绕外绕1.75圈左走向的圈左走向的DNA链链,每圈约每圈约85bpDNA,各颗粒之间为带有各颗粒之间为带有H1H1组蛋白的连接区组蛋白的连接区DNADNA。八、八、DNA结构的不均一性结构的不均一性 反向重复序列又称回反向重复序列又称回文
10、序列文序列 富含富含A/T的序列的序列 富含富含G/C的序列的序列 高度重复序列高度重复序列反向重复序列（反向重复序列（inverted repeats)inverted repeats)其中每条单链以其中每条单链以5 53 3方向都是相同的。方向都是相同的。5 5 GGTGGTACC 3ACC 33 3 CCACCATGG 5TGG 5 易形成发夹结构（易形成发夹结构（hairpin)hairpin)或十字形结构或十字形结构 限制性酶切位点限制性酶切位点富含富含A/T的序列的序列 易于解链，转录和复制的起始位点。易于解链，转录和复制的起始位点。富含富含G/C的序列的序列 难于解链，稳定区域。
11、难于解链，稳定区域。高度重复序列高度重复序列 经常是短的序列高度的重复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显著的差异5GC 3 5CG 3 3CG 5 3GC 5 前者的稳定性大于后者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从嘌呤到嘧啶方向的碱基堆集力高于后者九、九、DNA的变性、复性和分子杂交的变性、复性和分子杂交1、DNA的变性（的变性（denaturation）DNA变性：变性：260nm 紫外吸收增加紫外吸收增加 50%DNA分子解
12、链的温度称为融点分子解链的温度称为融点Tm表示。表示。不同种类不同种类DNA有不同的有不同的Tm值值 Tm随（随（G+C）%含量呈线性增加。含量呈线性增加。2、DNA的复性的复性 DNA回复成双链结构，称为复性回复成双链结构，称为复性（renaturation）热变性经冷却后即可复性，称为退火热变性经冷却后即可复性，称为退火(annealing)3 3、C C值与值与C C值矛盾值矛盾（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.DNA4.DNA分子
13、杂交分子杂交 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。Southern印迹分析:DNA分子杂交 Northern印迹分析印迹分析:检测检测RNA的方法。的方法。Eastern印迹分析印迹分析:双向电泳后蛋白质的分析方法。双向电泳后蛋白质的分析方法。Western印迹分析印迹分析:单向电泳后蛋白质的分析方法。单向电泳后蛋白质的分析方法。7-26菌落或噬菌斑原位杂交菌落或噬菌斑原位杂交 十、基因与基因组十、基因与基因组基因：基因：表达一种蛋白质或功能表达一种蛋白质或功能RNARNA的基本单位。的基本单位。基因组：基因组：是指某
14、种生物所包含的全套基因。是指某种生物所包含的全套基因。人类基因组的人类基因组的C值在值在3 x 109 bp；病毒含；病毒含103105bp；细菌含细菌含105107bp；基因与蛋白质基因与蛋白质 1000bp(1kb)1000bp(1kb)编码一个蛋白质编码一个蛋白质,病毒含病毒含45个基因；个基因；大肠杆菌含大肠杆菌含30004000个基因；个基因；人类应有人类应有200300万个基因（万个基因（3 x 109 bp)，实际只，实际只有有 10万个左右，病毒的基因数要比计算所得的大，万个左右，病毒的基因数要比计算所得的大，因有基因重叠现象。因有基因重叠现象。（一）、原核基因组（一）、原核基
15、因组1、病毒基因组：、病毒基因组：有些病毒的基因组不够编码自己的有些病毒的基因组不够编码自己的蛋白质，如蛋白质，如x174要编码要编码9个蛋白质个蛋白质(至少需要至少需要9kb)，而基因组仅有而基因组仅有5kb左右，为解决这一矛盾，就出现左右，为解决这一矛盾，就出现了基因重叠现象，如了基因重叠现象，如A基因和基因和B基因的重叠：基因的重叠：B A2、细菌基因组的结构特征细菌基因组的结构特征 相关功能基因组成操纵子结构相关功能基因组成操纵子结构 形成多顺反子形成多顺反子mRNA 基因是连续的基因是连续的 转录后直接可以翻译转录后直接可以翻译 大部分是编码区大部分是编码区 基因有重叠现象基因有重叠
16、现象（二）、真核基因组（二）、真核基因组 真核基因组结构特征真核基因组结构特征 含有大量的重复序列含有大量的重复序列 在脊椎动物中在脊椎动物中90%左右是非编码序列左右是非编码序列 基因不是连续的被内含子割裂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内含子存在广泛的序列变异可能是无功能的 1、重复序列：、重复序列：高度重复序列高度重复序列 中度重复序列中度重复序列 单拷贝基因单拷贝基因 1）高度重复序列）高度重复序列 由较短的序列组成，次数可高达几百万次。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高度重复序列常称为卫星DNA。在在CsCl剃度离心后，出
17、现一个主峰和剃度离心后，出现一个主峰和12个小峰，个小峰，这种小峰称卫星这种小峰称卫星DNA。G：C含量相对少所以在离心的上层。含量相对少所以在离心的上层。浮力密度 DNA指纹分析指纹分析2）中度重复序列：）中度重复序列：重复次数在重复次数在10104bp之间。之间。如各种如各种rRNA、tRNA等基因属于这一类。等基因属于这一类。3）单拷贝基因：）单拷贝基因：基因组中仅出现一次的基因称为单拷贝基因。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：、基因割裂现象：即基因内部含有非编码序列即基因内部含有非编码序列-内
18、含子，和编码部内含子，和编码部分分-外显子，割裂基因是真核生物的普遍现象。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：内含子有一个共同的特征：5/端以端以GT开始，开始，3/端端以以AG结束，称为结束，称为GT/AG规则。规则。3、一个基因编码两种以上的、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，真核生物中每个基因都单独构成一个转录单位，产生单顺反子产生单顺反子mRNA，编码一种蛋白质。，编码一种蛋白质。编码两种以上的编码两种以上的mRNA可通过拼接方式来完成的。可通过拼接方式来完成的。两种拼接方式产生肌钙蛋白两种拼接方式产生肌钙蛋白a或或b W X a Z W X a b Z W X b Z 4、基因家族、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，称为相关的基因，称为。所编码的蛋白质是同源的。所编码的蛋白质是同源的。如：组蛋白基因家族，有如：组蛋白基因家族，有5个成员，即个成员，即HI、H2A、H2B、H3、H4。5、假基因、假基因 来源同一个祖先基因但不具有转录功能，不能来源同一个祖先基因但不具有转录功能，不能产生有功能的产生有功能的mRNA。而这些尚失功能的扩增。而这些尚失功能的扩增基因仍留在基因家族中，这种基因称为基因仍留在基因家族中，这种基因称为。
