分子生物学讲义-2绪论2

ACTTCGACAA
单链DNA
化学处理破环其中的 一或二种特定核苷酸
G
G/A
T/C
C
AC ACTTC ACTTCGAC ACTTCGACAA
2. DNA与染色体
G
G/A
T/C C
较大片段 较小片段
反应混合物
凝胶电泳 放射活性条带的检测（放射自显影）
G G+A T+C C
A A C A G C T T C A
Tm（melting temperature）：DNA热变性过程中，光吸收 值（A260）达最大吸收值（完全变性）一半时的温度称为 DNA的解链温度。
2. DNA与染色体
影响Tm大小的因素
DNA越长，Tm越大； GC含量越高，Tm越大； 溶液离子强度增高，Tm值增加； 甲酰胺、尿素等的存在会使Tm降低。
2. DNA与染色体
3. 分子杂交（Hybridization）
DNA 单 链 和 RNA 链 互补形成DNA-RNA 杂合双链的过程
单选题 1分
双链DNA热变性后，理化性质的变化不包括
A
OD260降低
B 粘度下降
C 密度增加
D 生物学功能丧失
提交
2. DNA与染色体
2.3 DNA的序列分析（测序）
A
T
C
G
A: 腺嘌呤
T: 胸腺嘧啶
C: 胞嘧啶
G: 鸟嘌呤
填空题 1分
DNA基本结构单位是四种 [填空1]
正常使用填空题需3.0以上版本雨课堂
作答
2. DNA与染色体
2. DNA与染色体
DNA基是本脱结氧构核单苷位酸是的四多种聚脱物氧核苷酸 DNA 一级结构 （4种）脱氧核苷酸的连接及排列顺序
英国人类遗传学教授表示：这个女婴的出生 超乎寻常，没有白化病，她的异常肤色最可能是 源于基因突变，而鉴于基因遗传的复杂性，目前 的医学水平还无法对这一现象给出确切解释。
2. DNA与染色体
2.1 DNA结构 2.2 DNA变性、复性与杂交 2.3 DNA序列分析 2.4 染色体结构
2. DNA与染色体
2. DNA与染色体
• 研究细菌质粒DNA时发现，天然状态下该DNA以负超螺 旋为主，稍被破坏即出现开环结构，两条链均断开则呈线性 结构。
Linear DNA
Open Circle DNA
Supercoiled circle(高级结构)
多选题 1分 维持DNA双螺旋稳定的因素包括
A 离子键 B 范德华力 C 氢键 D 碱基堆积力
分子生物学
Molecular Biology
赵青
天津科技大学 生物工程学院 Email: zhao_qing@
前情回顾
1. 绪论
1.1 分子生物学含义 1.2 发展简史 1.3 分子生物学主要研究内容 1.4 现状与展望
1. 绪论
1.1 分子生物学含义
分子生物学（Molecular Biology），是研究核酸、蛋白质等生物大分子
大沟
大沟的宽度为1.2 nm，深度为0.85 nm。
小沟的宽度为0.6 nm，深度为0.75 nm。
2. DNA与染色体
小沟
（5）双螺旋结构上有二条螺形凹沟，较深
的沟称大沟（major groove），较浅的
称小沟（minor groov）。
大沟
大沟的宽度为1.2 nm，深度为0.85 nm。
小沟的宽度为0.6 nm，深度为0.75 nm。
医药与健康：
食品与农业：
2. DNA与染色体
种瓜得瓜
种豆得豆
2. DNA与染色体
人类的遗传学
？
黑人夫妇
白人子女
2. DNA与染色体
本杰明和安吉拉是对英籍尼日利亚裔黑人夫 妇，他们曾先后生下一儿一女，都是黑皮肤，可 是第三个孩子竟是个天生皮肤雪白，长着金色卷 发和蓝眼睛的“白人女婴”，夫妻俩都惊呆了， 完全不敢相信这是他们的女儿。
2. DNA与染色体
2. DNA双链的复性（renaturation）
热变性的DNA如缓缓冷却，已分开的互补链又可能重新缔合成 双螺旋，这叫做复性（ Renaturation ），或退火（annealing）。
减色效应（hypochromic effect）：DNA复性时，其紫外吸收值（OD260 ） 降低的现象。
作答
1. 绪论
1.3 分子生物学主要研究内容
基因工程/DNA重组技术的应用 ① 基因结构定向改造 ② 基础研究 ③ 大量生产重组蛋白质制品
基因表达调控
结构分子生物学
组学与生物信息学
1.4 现状与展望
1. 绪论
对生命现象的认识从单基因水平向全基因组整体水平发展 现代生命科学研究的理论与技术从较长期的积累走向应用
2. DNA与染色体
DNA双螺旋结构的多态性 DNA的构象现已知有 A，B，C，D，E，T，Z 7种。
引起DNA双链构象改变有以下因素： （1）核苷酸顺序； （2）碱基组成； （3）盐的种类； （4）相对湿度。
三链DNA
2. DNA与染色体
T-A-T
C-G-C
多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的DNA螺旋区段，其中两股的碱基按Watson-Crick方 式配对，第三股多聚嘧啶（镜像重复）通过T-A-T和C-G-C配对，而处于双螺 旋的大沟中。
2. DNA与染色体
2. Sanger 的酶法
与化学法测序的基本区别在于： 酶法是在特定的2’, 3’-双脱氧核苷酸的存在下用合 成的方法生成长短不一、具有特定核苷酸末端的 DNA片段。
由于双脱氧核苷酸不再能延伸生成3’,5’- 磷酸二酯键， 合成反应也就在该处停止，故也叫双脱氧终止法。
2. DNA与染色体
变性后理化性质变化：
最显著： OD260增高 粘度下降 浮力密度上升 生物学功能部分或全部丧失
2. DNA与染色体
下列因素可导致DNA变性： 高温 酸/碱 尿素 甲酰胺
2. DNA与染色体
增色效应（hyperchromic effect）
DNA变性时，260nm紫外吸收值升高的现象。
2. DNA与染色体
2. DNA与染色体
A
A: 腺嘌呤
T
T: 胸腺嘧啶
C
C: 胞嘧啶
G
G: 鸟嘌呤
2. DNA与染色体
A
A: 腺嘌呤
T
T: 胸腺嘧啶
C
C: 胞嘧啶
G
G: 鸟嘌呤
2. DNA与染色体
小沟
（5）双螺旋结构上有二条螺形凹沟，较深
的沟称大沟（major groove），较浅的
称小沟（minor groov）。
2. DNA与染色体
（3）双螺旋的直径为2 nm，沿中心轴每旋转一周 有10个碱基对，螺距为3.4 nm。两个相邻的碱基 对之间相距的高度，即碱基堆积距离为0.34 nm， 两个脱氧核苷酸之间的夹角为36°。
2. DNA与染色体
（4）两条脱氧核苷酸链依 靠碱基互补原则进行配对。 彼此碱基之间靠A＝T配对 形成两个氢键、G C配 对形成三个氢键稳定结构。
2. DNA与染色体
DNA分子的高级（三级）结构 DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定
空间结构（超螺旋、线性双链中的纽结、多重螺旋等）。
大多数原核生物 ：
1）共价封闭的环状双螺旋分子 2）超螺旋结构：双螺旋基础上的 螺旋化
正超螺旋(positive supercoil) 负超螺旋(negative supercoil)
2. DNA与染色体
DNA双螺旋结构模型的要点
（1）两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中 心轴相互缠绕形成右手双螺旋。 反向平行是指一条链是5’-3’端，则另一条链 必为3’-5’端。
（2）磷酸与核糖彼此通过3’,5’-磷酸二酯键相 连接位于双螺旋外侧，形成DNA分子的骨架。 碱基位于内侧。碱基平面与螺旋轴基本垂直， 糖环平面与螺旋轴基本平行。
2.1 DNA (deoxyribonucleic acid) 结构
DNA又称脱氧核糖核酸，是deoxyribonucleic acid的简称，它是一种高分 子化合物，其基本单位是脱氧核苷酸。
脱氧核苷酸是DNA的基本结构和功能单位。 一个脱氧核糖核苷酸分子由三个分子组成：一分子磷酸、一分子脱氧核糖、 一分子含氮碱基。
2. DNA与染色体
DNA双螺旋结构的多态性
通常情况下，DNA的二级结构分两大类：一类是右手螺旋，如 A-DNA和B-DNA；另一类是左手螺旋，即Z-DNA。
2. DNA与染色体
不同螺旋形式DNA分子主要参数比较
双螺旋 碱基倾角 碱基间距 螺旋直径 每轮碱基数 螺旋方向
(度)
(nm)
A-DNA 20
脱氧核苷酸（碱基）的种类 通过3’, 5’-磷酸二酯键连接 链的方向：5’－3’
线条式
文字式
2. DNA与染色体
DNA 二级结构 ：指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。 指多核苷酸链主链周期性折叠形成的规则构象。
1953年沃森和克里克提出DNA双螺旋结 构分子模型
• 两条互相（反）平行的脱氧核苷酸长链 • 碱基互补配对
DNA的呼吸作用
2. DNA与染色体
DNA双螺旋结构中的氢键处于不断的断裂和重新形成的平衡状 态，这种现象称为DNA呼吸作用。
DNA的呼吸作用形成瞬间的单链泡状结构，对于一些识别单链 的蛋白质结合到DNA上具有重要意义，这些蛋白质需要处于呼吸状 态的双链DNA来阅读和识别DNA内部所含的信息。
南京大学出版社的《分子遗传学》
在遗传上起着主要作用，亲代能够将自己的遗传物质以染色体 （chromosome）的形式传给子代，保持了物种的稳定性和连续性。
0.26
2.6
11
右
B-DNA
6
0.34
2.0
10
右
Z-DNA
7
0.37
1.8
12
左
2. DNA与染色体
B-DNA：接近细胞内的DNA构象，是最常见的DNA构象。 A-DNA： 与DNA-RNA杂交分子的构象相似，推测转录时
发生B→A。 Z-DNA：B-DNA与Z-DNA的相互转换可能和基因的调
控有关。
DNA 经典测序方法：
1. Maxam和Gilbert的化学断裂法（1977年） 特异性化学修饰, 碱基特异断裂
2. Sanger 双脱氧终止法（1977年）
2. DNA与染色体
1. Maxam和Gilbert的化学断裂法
（1）基本原理
使待测DNA的单股链，通过选定条件下专一性试剂（如硫酸二乙酯）的 作用，裂解成较小的片段，由于专一性试剂只作用于特定的碱基，因此 裂解产生的是具有一定长度的片段。பைடு நூலகம்
2. DNA与染色体
白春礼院士等于1990年利用STM (扫描隧道显微镜)观察到噬菌体DNA变 异体，为世界上首次观察到变异三链DNA分子的真实结构。
2. DNA与染色体
双螺旋结构的稳定因素？
• 氢键－ 维持双链横向稳定
• 碱基堆积力（碱基疏水作用）
－ 维持双链纵向稳定，是稳定DNA最重要因素
• 离子键（磷酸与阳离子） Na＋、K＋ 、Mg2＋ 、Mn2＋
ddNTP的分子结构
NH2
N
N
NN
OOO
HO P O P O P O 5 O O
OH OH OH 4
1
32
HH
HOH2C O H
H OH
OH H
H H
β-D-2’-脱氧核糖
2. DNA与染色体
(1) 酶法技术基础：
1. DNA合成时，底物为dNTP，另外加入双脱氧 核苷三磷酸ddNTP
2. 用凝胶电泳分离DNA片段时，小片段移动快， 大片段移动慢，可分离分子大小仅差一个核 苷酸的DNA片段。
提交
2. DNA与染色体
2.2 DNA双链的变性、复性与杂交
1. DNA双链的变性（Denaturation）
DNA双链间的氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线 团状态的过程叫做DNA的变性，或解链（melting）。
2. DNA与染色体
DNA双链变性的本质：双链间氢键的断裂
2. DNA与染色体
3. 测定的是目的靶序列的的互补链。
2. DNA与染色体
2. DNA与染色体
DNA Sequence Output
2. DNA与染色体 测序新技术
杂交法 质谱法 单分子测序法 原子探针显微镜测序法 流式细胞仪测序法 大规模平行实测法
2. DNA与染色体
2.4染色体的结构
染色体概述 染色体—遗传物质的主要载体
的结构与功能，并从分子水平上阐明蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸之间相互
作用及其表达调控机理的学科。
--------《现代分子生物学》
1.2 分子生物学发展简史
填空题 5分
分子生物学的研究对象是 [填空1] 和 [填空2] 分子生物学的研究内容是 [填空3] ， [填空4] ， [填空5]。
正常使用填空题需3.0以上版本雨课堂
（2）常用DNA特异性断裂的化学试剂：
①磷酸二甲酯 能破坏嘌呤（G/A），主要造成DNA在G处断裂 ②肼 胞嘧啶和胸腺嘧啶（T/C）可以在肼作用下分解，使DNA在胞嘧啶和胸 腺嘧啶处断裂。
2. DNA与染色体
（3）化学法测序的步骤：
放射性标记的末端32P
ACTTCGACAA TGAAGCTGTT
未知序列的双链DNA