分子生物学第二章核酸与染色体的结构和性质
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第二章 核酸的结构和功能 chapter 2 the structure and function of nucleic acids and chromosome
2.1 DNA是主要的遗传物质 2.2 核酸的组成和DNA的结构 2.3 染色体 2.4 RNA的结构与功能
2.1 DNA是遗传物质
种瓜得瓜，种豆得豆
• ⑵ DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连 接，排在外侧，构成基本骨架；碱基排 列在内侧。
• ⑶ 两条链上的碱基通过氢键结合，形成 碱基对。A总是与T配对，G总是与C配对。
2.2.3.4 DNA二级结构的不均一性
• ⑴ DNA上的回文序列（inverted repeats） • 又称反向重复序列 • GGTACC
DNA分子变性( DNA denaturation )
● D.S. DNA
S.S. DNA
( 加温, 极端pH, 尿素, 酰胺 )
变性过程的表现
☆ DNA粘度降低 ☆ DNA 沉降速度加快 ☆ DNA分子的A 260 nm UV 值上升
核酸在260nm具有强烈的吸收峰，结构越有序，吸收的光 越少。游离核苷酸比单链的RNA或DNA吸收更多的光， 而单链RNA或DNA的吸收又比双链DNA分子强。
2.2.3 DNA的二级结构
3.2.3.1 定义：DNA的二级结构指的是由两条 DNA链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。
DNA的二级结构
指二条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋立体结构
DNA双螺旋结构的要点
主链(backbone)： 由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。主链有 二条,它们似“麻花状绕一共同轴心以右手方向盘旋, 相互平行而走向相反 形成双螺旋构型。主链处于螺旋的外则,这正好解释了由糖和磷酸构成的主 链的亲水性。 所谓双螺旋就是针对二条主链的形状而言的。
• 1928年英国科学家Griffith证实肺炎链球菌荚膜中 的多糖是致病原；
• 1944年Avery提出基因就是DNA； • 1952年美国Hershey、Chase进一步证实了Avery的
论点；
• 2.1.1 转化实验 • 2.1.1.1 1928年Griffith的发现-肺炎双球菌转化
2.1.1.2 Avery等人的实验
• 2.2.4.2 甲醛试验 把标准DNA放到含有甲醛的溶
液当中，发现随时间推移，吸光性出现变化（增加）， 表示DNA由双链变成了单链。这是因为DNA上的－NH2在 甲醛作用下发生了缩醛反应，使DNA双链不可逆地解开， 这个过程又称为甲醛的变性作用。
• 定义：双螺旋DNA溶解成单链的现象称为DNA变性。
碱基对(base pair) ：碱基位于螺旋的内则,它们以垂直于螺旋轴的取向通 过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配 对碱基总是A与T和G与C。碱基对以氢键维系，A与T 间形成两个氢键。
大沟和小沟： 大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小 沟槽。 在大沟和小沟内的碱基对中的N 和O 原子朝向分子表面。
的反向平行双螺旋模型，该模型所描述 的就是B－DNA。
ZZ-D-DNNAA
B-DNA
A-DNA
2.2.4 DNA的双链的变性和复性
• 2.2.4.1 呼吸作用 双链DNA中配对碱基的氢键总是处于不停 的断裂和再生状态之中，特别是稳定性较低 的富含A-T的区段，氢键的断裂和再生更为 明显。在微观上常常表现为瞬间的泡状结构， 这种现象称为DNA的呼吸作用。
• CCATGG
• ⑵ DNA发卡结构序列 • ⑶三股螺旋
2.2.3.5 DNA二级结构的多样性
• 通常情况下，DNA的二级结构分为两大类： 一类是右手螺旋的，如B－DNA、A－DNA、 C-DNA等；另一类是局部的左手螺旋，如 Z－DNA。
• 天然状态下的DNA大多为B-DNA。 • 1953年，Watson和Crick首次提出了DNA
结构参数 ：螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻 碱基对平面的间距0.34nm。
2.2.3.2 理化特性及维持二级结构稳定的力
• ⑴ 主链 • ⑵ 碱基对 • ⑶ 大沟和小沟 • ⑷ 螺距
Right handed B-form DNA Double helix Model
•
2.2 核酸的组成和DNA的结构
• 核酸功能：遗传信息的载体
• 组成：以核苷酸为基本单位，通过磷酸二脂键连接
形成的链状多聚体。 • 核苷酸：由核苷（含氮碱基，戊糖）和磷酸构成
• 核酸根据核糖分为：核糖核酸-RNA 和脱氧核 糖核酸-DNA
• RNA中的嘌呤碱基有：腺嘌呤（A），鸟嘌呤 （G），胞嘧啶（C），尿嘧啶（U)
2.2.4.3 增色效应、减色效应和Tm值
• 单链和双链DNA的A260吸收值不同。以 50μg/mlDNA溶液测量，分别为：
• 双链DNA A260=1.00 • 单链DNA A260=1.37 • 双链DNA缓慢加热，其溶液对紫外光的吸收
• RNA分子的核糖的2'位总是－OH基。
DNA一级结构的多样性
• ⑴ 编码蛋白质的遗传信息的多样性
• ⑵ 用于调控的序列具有多样性
• ⑶ 两种不同遗传信息的比较 ①相同点：都不 是简单地以其一级结构发挥作用，而依赖于 与Pro的相互作用。②不同点：编码蛋白质氨 基酸组成的信息强烈依赖酶系或蛋白质结构 来进行基因表达，而调控序列不仅依靠蛋白 质作用而且利用自身的双螺旋空间结构的改 变来负责基因活性的选择性表达。
• DNA中胸腺嘧啶（T）代替了尿嘧啶（U)
2.2.1 DNA的一级结构
• 定义：DNA的一级结构指的是DNA分子内碱基 的排列顺序。
A
T
G
C
2.2.2 DNA一级结构的方向性
• DNA链的方向总是理解为从5'－P端 到3'-OH端。
• DNA分子总是由脱氧核糖核苷酸组成， 核糖的2'位总是H。
ห้องสมุดไป่ตู้
• 每一单链具有 5‘ 3’极性
• 两条单链间以氢键 连接
• 两条单链，极性相 反，反向平行
• 以中心为轴，向 右 盘旋 (B-form)
• 双螺旋中存在
大沟 (2.2nm)
小沟 (1.2nm)
2.2.3.3 DNA二级结构的基本特点
• ⑴ DNA分子是由两条反向平行的脱氧核 苷酸长链盘绕而成的。
2.1 DNA是主要的遗传物质 2.2 核酸的组成和DNA的结构 2.3 染色体 2.4 RNA的结构与功能
2.1 DNA是遗传物质
种瓜得瓜，种豆得豆
• ⑵ DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连 接，排在外侧，构成基本骨架；碱基排 列在内侧。
• ⑶ 两条链上的碱基通过氢键结合，形成 碱基对。A总是与T配对，G总是与C配对。
2.2.3.4 DNA二级结构的不均一性
• ⑴ DNA上的回文序列（inverted repeats） • 又称反向重复序列 • GGTACC
DNA分子变性( DNA denaturation )
● D.S. DNA
S.S. DNA
( 加温, 极端pH, 尿素, 酰胺 )
变性过程的表现
☆ DNA粘度降低 ☆ DNA 沉降速度加快 ☆ DNA分子的A 260 nm UV 值上升
核酸在260nm具有强烈的吸收峰，结构越有序，吸收的光 越少。游离核苷酸比单链的RNA或DNA吸收更多的光， 而单链RNA或DNA的吸收又比双链DNA分子强。
2.2.3 DNA的二级结构
3.2.3.1 定义：DNA的二级结构指的是由两条 DNA链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。
DNA的二级结构
指二条多核苷酸链反向平行盘绕所产生的双螺旋立体结构
DNA双螺旋结构的要点
主链(backbone)： 由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。主链有 二条,它们似“麻花状绕一共同轴心以右手方向盘旋, 相互平行而走向相反 形成双螺旋构型。主链处于螺旋的外则,这正好解释了由糖和磷酸构成的主 链的亲水性。 所谓双螺旋就是针对二条主链的形状而言的。
• 1928年英国科学家Griffith证实肺炎链球菌荚膜中 的多糖是致病原；
• 1944年Avery提出基因就是DNA； • 1952年美国Hershey、Chase进一步证实了Avery的
论点；
• 2.1.1 转化实验 • 2.1.1.1 1928年Griffith的发现-肺炎双球菌转化
2.1.1.2 Avery等人的实验
• 2.2.4.2 甲醛试验 把标准DNA放到含有甲醛的溶
液当中，发现随时间推移，吸光性出现变化（增加）， 表示DNA由双链变成了单链。这是因为DNA上的－NH2在 甲醛作用下发生了缩醛反应，使DNA双链不可逆地解开， 这个过程又称为甲醛的变性作用。
• 定义：双螺旋DNA溶解成单链的现象称为DNA变性。
碱基对(base pair) ：碱基位于螺旋的内则,它们以垂直于螺旋轴的取向通 过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配 对碱基总是A与T和G与C。碱基对以氢键维系，A与T 间形成两个氢键。
大沟和小沟： 大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小 沟槽。 在大沟和小沟内的碱基对中的N 和O 原子朝向分子表面。
的反向平行双螺旋模型，该模型所描述 的就是B－DNA。
ZZ-D-DNNAA
B-DNA
A-DNA
2.2.4 DNA的双链的变性和复性
• 2.2.4.1 呼吸作用 双链DNA中配对碱基的氢键总是处于不停 的断裂和再生状态之中，特别是稳定性较低 的富含A-T的区段，氢键的断裂和再生更为 明显。在微观上常常表现为瞬间的泡状结构， 这种现象称为DNA的呼吸作用。
• CCATGG
• ⑵ DNA发卡结构序列 • ⑶三股螺旋
2.2.3.5 DNA二级结构的多样性
• 通常情况下，DNA的二级结构分为两大类： 一类是右手螺旋的，如B－DNA、A－DNA、 C-DNA等；另一类是局部的左手螺旋，如 Z－DNA。
• 天然状态下的DNA大多为B-DNA。 • 1953年，Watson和Crick首次提出了DNA
结构参数 ：螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻 碱基对平面的间距0.34nm。
2.2.3.2 理化特性及维持二级结构稳定的力
• ⑴ 主链 • ⑵ 碱基对 • ⑶ 大沟和小沟 • ⑷ 螺距
Right handed B-form DNA Double helix Model
•
2.2 核酸的组成和DNA的结构
• 核酸功能：遗传信息的载体
• 组成：以核苷酸为基本单位，通过磷酸二脂键连接
形成的链状多聚体。 • 核苷酸：由核苷（含氮碱基，戊糖）和磷酸构成
• 核酸根据核糖分为：核糖核酸-RNA 和脱氧核 糖核酸-DNA
• RNA中的嘌呤碱基有：腺嘌呤（A），鸟嘌呤 （G），胞嘧啶（C），尿嘧啶（U)
2.2.4.3 增色效应、减色效应和Tm值
• 单链和双链DNA的A260吸收值不同。以 50μg/mlDNA溶液测量，分别为：
• 双链DNA A260=1.00 • 单链DNA A260=1.37 • 双链DNA缓慢加热，其溶液对紫外光的吸收
• RNA分子的核糖的2'位总是－OH基。
DNA一级结构的多样性
• ⑴ 编码蛋白质的遗传信息的多样性
• ⑵ 用于调控的序列具有多样性
• ⑶ 两种不同遗传信息的比较 ①相同点：都不 是简单地以其一级结构发挥作用，而依赖于 与Pro的相互作用。②不同点：编码蛋白质氨 基酸组成的信息强烈依赖酶系或蛋白质结构 来进行基因表达，而调控序列不仅依靠蛋白 质作用而且利用自身的双螺旋空间结构的改 变来负责基因活性的选择性表达。
• DNA中胸腺嘧啶（T）代替了尿嘧啶（U)
2.2.1 DNA的一级结构
• 定义：DNA的一级结构指的是DNA分子内碱基 的排列顺序。
A
T
G
C
2.2.2 DNA一级结构的方向性
• DNA链的方向总是理解为从5'－P端 到3'-OH端。
• DNA分子总是由脱氧核糖核苷酸组成， 核糖的2'位总是H。
ห้องสมุดไป่ตู้
• 每一单链具有 5‘ 3’极性
• 两条单链间以氢键 连接
• 两条单链，极性相 反，反向平行
• 以中心为轴，向 右 盘旋 (B-form)
• 双螺旋中存在
大沟 (2.2nm)
小沟 (1.2nm)
2.2.3.3 DNA二级结构的基本特点
• ⑴ DNA分子是由两条反向平行的脱氧核 苷酸长链盘绕而成的。