第一章 DNA 的结构

H2A，H2B，H3和H4构成核心组蛋白，DNA缠在其形成的核 结构即核小体外，H1称连接组蛋白因其在核小体之间结合一 段DNA。核心组蛋白在物种间较保守，尤其在高等真核生物 中，而H1则没那么保守如哺乳动物间有20%差异，高等植物 键则有75%差异。且H1物种内甚至不同类型细胞间亦有不同 变异体。生长和分裂过程产生的组蛋白变异体表明不同组蛋 白的组合对正常生长分裂很重要。 组蛋白的化学修饰：组蛋白的氨基酸残基可被乙基，甲基及 磷酸基等修饰而去除了其正电荷因而与DNA的结合减弱。这 些修饰可参与核小体组装，基因调控，DNA复制，细胞分裂 及DNA浓缩。如乙酰化有利于核小体组装及活化基因利于转 录，赖氨酸和组氨酸的甲基化与一些细胞的DNA复制有关， 而磷酸化（H1）在细胞分裂过程中可促进染色质装配成间期 异染色质及棒状染色体。
拓扑异构酶
拓扑异构酶I 切开双链DNA的一条链并将切口连接，不需要ATP水解 供能，一般是使超螺旋变为松弛型。E.Coli拓扑异构酶 I(ω蛋白)对单链DNA亲和性较高易识别负超螺旋。拓扑 异构酶I序列特异性很差； 拓扑异构酶II 可同时切断DNA的两条链，需要ATP水解供能。分为两 个亚类，作用分别是引入负超螺旋和解开超螺旋。 E.Coli的旋转酶(gyrase)可从松弛型DNA和正超螺旋中引 入负超螺旋，需要ATP，当缺乏ATP时可松弛正、负超 螺旋。
DNA复性(annealing or renauration)
DNA复性－在合适条件下变性的DNA双链重新配对(退火)； 温度－一般为T-25ºC，不会使DNA变性，足以使DNA迅速扩散 并减弱错配及链内部配对。因而快速冷却可以防止复性，如变 性后直接至于冰上(淬火-quenching); DNA浓度－浓度高易使DNA分子互补链接触复ຫໍສະໝຸດ Baidu； 复性时间－复性程度随着时间延长而增加； 离子强度－消除磷酸基的斥力利于双螺旋稳定； DNA组成－简单分子如poly(C/G)易复性，含重复顺序较多则复 性较慢； DNA大小－大分子单链扩散受影响，小分子复性较快；
DNA超螺旋
原核生物DNA超螺旋由拓扑异构酶诱导形成，其首先断开其 中一条（酶I）或两条（酶II）链然后将DNA链旋转或扭转再 连合缺口，由ATP水解提供能量（一个ATP可用于形成一个 超螺旋）。拓扑异构酶亦解除超螺旋但不需能。 真核生中拓扑异构酶参与DNA复制及重组过程DNA解链而不 是维持负超螺旋。负超螺旋是由DNA与组蛋白结合形成核小 体达到的，DNA以左手螺旋方向缠绕在核小体上。 负超螺旋有利于DNA螺旋解旋暴露不配对的核苷酸以进行转 录 ， 复 制 及 遗 传 重 组 。 同 时 负 超 螺 旋 利 于 B 型 转 化 为 ZDNA，提高或抑制蛋白-DNA的结合，或参与原核生物基因 的调控。
DNA中的GC含量物种间是不同的 (从22~73%)因而其Tm值亦有明显 差异, 其密度亦不同。
DNA变性(denaturation)
加热、极端pH(pH<3、pH>10)破坏弱非共价键作用，易使 DNA变性。 GC含量－GC含量升高，Tm增加: Tm＝69.3 ＋ 0.41(G + C)% 离子强度－离子强度(盐浓度)增加，中和了磷酸基的斥力作 用，双螺旋较稳定，因而Tm升高; 化学因素－尿素、甲酰胺、二甲亚砜可以与碱基形成氢键， 破坏双螺旋的氢键配对，因而降低Tm值。(尿素和甲酰胺常用 来保持DNA的变性状态) DNA组成－没有其他DNA分子掺杂的均一组成DNA分子其变 性范围较小;
DNA变性与复性动力学 DNA变性－双螺旋解开为单链，氢键处于断裂和再生状态 称呼吸作用。释放的自由碱基上的-H和-NH2可以参与介质 中的反应。 增色效应(hyperchromic shift)－DNA变性后碱基的紫外吸收 增加，因此A260：游离核苷酸>单链DNA>双链DNA. Tm－融点温度，即增色效应达到一半值的温度，DNA 50% 碱基对发生变性。变性过程表现为S形曲线。
共价闭合环状DNA(cccDNA)
碱性pH下的沉降－原核生物DNA常常形成cccDNA, 易形成 超螺旋结构。cccDNA沉降系数S较大，而开链环状和线性单 链DNA较小； 电泳行为－泳动速率最快，线性和环状DNA次之； 溴化乙锭-CsCl平衡离心－cccDNA比松弛环状和线性DNA密 度大，结合的溴化乙锭(插入碱基对之间)少(破坏超螺旋)；
超螺旋形成：
首先断开其中一条 链然后将DNA链旋 转或扭转连合缺口
真核生物染色体
染色体 染色质－由DNA和蛋白质(组蛋白和非组蛋白)组成染色 质丝，是细胞核染色体主要存在形式；DNA与组蛋白形成核小 体在缠绕形成螺线管，进一步折叠形成染色体； 常染色质－折叠程度较低(1000~2000倍)，染色较浅; 异染色质－折叠程度较高(10000倍)，染色较深。分为组 成型异染色质和机动性异染色质，组成型异染色质从不转录(卫 星DNA)，机动性异染色质可转变为常染色质可转录，如两条X 染色体的一条呈异染色质化表现随机失活。
分子生物学（Molecular Biology）
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. DNA结构 基因组织与结构 基因工程原理 DNA复制 基因的转录及转录后加工 蛋白质的生物合成 蛋白质与DNA的相互作用 原核生物基因表达的调控 真核生物基因表达的调控 细胞的信号传递
分子生物学常用参考书目
径范围(0.17nm)
静电斥力(磷酸基)－双链磷酸基斥力使得两条链分开，Na＋离子
中和磷酸基(屏蔽作用)，增加疏水作用； 碱基内能－碱基分子内能增加(温度等)影响碱基定向排列；
DNA双螺旋的多样性
反向重复顺序 双链DNA分子中方向相反的相同顺序(包括回文结构)，也有正向 重复顺序。反向重复顺序可形成十字形或发夹结构，限制酶切点回文结构 可能与其识别有关； 碱基排列顺序 相邻碱基排列顺序影响其稳定性，与其堆积力不同有关，TATA box是RNA聚合酶结合位点； 二级结构多态性 DNA在相对湿度下表现不同构象，细胞内是B型(92%)； 左手螺旋DNA Rich(1979)发现人工合成CGCGCG寡核苷酸晶体为左手双螺旋结 构；GC甲基化使得poly(GC)转变为Z构象，阳离子中和磷酸基，结合蛋白 可将B型DNA转变为Z型；
核小体结构：各两个核心组蛋白形成的核小体外由约两圈 DNA缠绕，H1在DNA进出核小体处可能将DNA系到核小 体上，核小体间有一段DNA。核心上的两圈DNA约为 165bp,其中核心颗粒上有146±1bp（1.8圈）不受酶攻击, 而 两头的各10bp则易受攻击，可能是与H1结合的DNA顺序。 核小体间的DNA接段长短不同约10-90bp，物种间及基因 活化或失活时是不同的，可能与H1修饰及非组蛋白调节 有关。离体的DNA与组蛋白可装配；单链或双链RNA不 能与核小体结合。
DNA复性动力学曲线
C0t(“cot”)曲线－当其他条件不变时，DNA复性只与C0t(单链 DNA初始浓度与复性时间的乘积)有关。 从C0t曲线可以看出， DNA复性与其复杂程度相关，复杂性增加其C0t1/2升高。
DNA超螺旋结构 环状DNA超螺旋(supercoil)
B-DNA每一螺旋内碱基数和长度是很少改变的，但当施加正 向或反向的扭转力时DNA会卷成超螺旋以补偿产生的张力。每一 完全螺旋可形成一个超螺旋。B-DNA受到相反方向扭力时产生负 超螺旋。
染色体的核型、组型和显带
l
核型（karyotype）： 一个体细胞全部中期染色体的图像；根据染色体的结构特 征，可以把染色体分为若干组。
l
组型： 核型的模式图。 显带： 用不同的染料处理染色体显示的带型，每一个染色体都有特 定的带型。
l
真核生物染色体
核小体 DNA与组蛋白组成核小体是染色质的基本结构单位， 其将DNA装配为稳定螺旋形式参与基因调控如使得催化转录 的酶暂时不能与DNA接触。 组蛋白结构：组蛋白靠静电吸引作用结合于染色质可用酸 或盐提取，从所有真核生物中均可提取到五种组蛋白，即 H1，H2A，H2B，H3和H4。组蛋白的碱性来自赖氨酸和精 氨酸残基并集中在末端形成臂，正电荷与DNA上磷酸基负电 荷互作，组蛋白中间区段形成球形疏水残基较多可产生组蛋 白间及与DNA双螺旋疏水区相互作用。
第一章
DNA的结构
DNA一级结构 DNA二级结构 DNA变性与复性 DNA超螺旋结构 真核生物染色体
DNA的一级结构
DNA－脱氧核糖核酸，由dNTPs（脱氧核苷酸，N＝A/C/G/T） 通过3’,5’-磷酸二酯键连接组成的线性大分子: 5’-actgtgggaattggccttaattggcccatatcatactagacgga-3’ DNA－主要的遗传物质：结构稳定，自我复制，携带遗传信 息，突变； DNA结构多样性：物种多样性；
染色体中的关键结构
l
l
l
l
染色体和染色单体 每一个染色体由两条染色单体组成，同一个染色体中的两个 染色单体是由一条DNA分子链复制后形成的两条子代DNA链所 构成，每一条染色单体中有一条DNA分子； 着丝粒（主缢痕）： 由特殊的重复DNA序列和蛋白质结构构成，是细胞有丝分裂 时的重要结构；着丝粒把染色体分为长臂和短臂； 端粒： 由特殊的重复DNA序列和相应的蛋白质构成，起着稳定染色 质和染色体结构的作用。 常染色质和异染色质： 用碱性染料处理中期染色体，染色体上部分区域着色较深， 称为异染色质。
细菌转化实验 (Griffith1928, Avery1944)；
噬菌体感染 实验(HersheyChase1952)；
核苷酸与核苷酸链
P u /P y P O H 1' 3' 1' 3'
5'
5'
DNA的二级结构
DNA双螺旋：Watson & Click(1953)； 主链－两条脱氧核糖与磷酸基由3’,5’-磷酸二酯键连接
而成的反平行螺旋链，直径2nm； 碱基对－在双螺旋主链内侧以氢键配对，GC及AT对； 大沟与小沟－两条主链偏离螺旋中心形成宽度不同的 沟； 螺距－10对碱基绕轴一周，3.4nm；
DNA双螺旋
稳定DNA双螺旋作用力 氢键－碱基对GC间形成3个氢键，AT对形成2个氢键；
疏水作用(碱基堆积)－同一条链碱基之间碱基平面π电子形成强 烈疏水作用； van der Vaals力－碱基平面之间距离0.34nm符合范德化作用力半
分子生物学实验参考书目
1 . 分子克隆实验指南 2. 精编分子生物学实验指南 3. PCR技术实验指南 4. 分子生物学实验基础 5. 细胞工学实验方案 6. 现代分子生物学实验技术 7. 分子生物学实验技术 8. 分子生物学基础技术
分子生物学主要参考杂志
Cell Chinese Medical J. FASEB J. J of Experimental Medicine J of Natural Products J of Pharmacological Science Nature Nature Medicine New England J of Medicine Planta Medica Science 37.297 0.127 14.629 14.384 1.432 1.543 27.368 28.114 27.766 1.430 24.676
1 ．Molecular Biology of the Cell (4th Edition by B Alberts) 2． Molecular Cell Biology (4th Edition by H Lodish) 3． Molecular Biology (2nd Edition by R Weaver) 4．分子生物学 (Instant Notes in Molecular Biology, 2nd Edition by P Turner） 5．Advanced Molecular Biology (by R Twyman) 6 ．现代分子生物学（朱玉贤等）