《染色體與DNA》課件

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1、第 二 章 ： 染 色 體 與 DNA 1一 、 DNA的 一 級(jí) 結(jié) 構(gòu)二 、 DNA的 物 理 圖 譜三 、 DNA一 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 的 測(cè) 定四 、 DNA的 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu)五 、 DNA的 三 股 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 六 、 DNA的 超 螺 旋 結(jié) 構(gòu)七 、 核 小 體 與 染 色 體八 、 DNA結(jié) 構(gòu) 的 不 均 一性九 、 DNA的 變 性 、 復(fù) 性 和分 子 雜 交十 、 基 因 與 基 因 組 一 、 DNA的 一 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 4種 核 苷 酸 的 連 接 及 排 列 順 序 四 種 脫 氧 核 糖 核 苷 酸 分 別 表 示 為 ： dAMP、 dGMP、 dTMP、 d

2、CMP（ A、 G、 T、 C） A G T C DNA分 子 的 大 小 分 子 量 堿 基 對(duì) （ base pairs， bp） 三 種 表 示 方 法 長(zhǎng) 度 三 者 的 關(guān) 系分 子 量 bp 660 D每 圈 螺 旋 10.5bp 3.4nm測(cè) 量 的 方 法 ： 凝 膠 電 泳 、 電 鏡 金 屬 投 影 DNA分 子 的 多 樣 性 堿 基 的 排 列 順 序 ， 而 構(gòu) 成 了 DNA分 子 的 多 樣 性 100bp DNA分 子 可 能 排 列 方 式 就 是 4100 DNA中 的 堿 基 排 列 順 序 是 DNA分 子 的 重 要 屬 性 二 、 DNA的 物 理

3、圖 譜 DNA分 子 的 限 制 性 內(nèi) 切 酶 酶 解 片 段 的 排 列 順 序 假 設(shè) 有 一 段 DNA片 段 為 2450bp， 分 別 有 兩 個(gè)XbaI和 兩 個(gè) PstI位 點(diǎn) ， 這 樣 每 一 個(gè) 單 酶 切 會(huì) 把 此DNA分 子 切 成 3個(gè) 片 段 ， 雙 酶 切 將 產(chǎn) 生 5個(gè) 片 段 。 單 酶 切 XbaI PstI PstI XbaI雙 酶 切 XbaI PstI PstI XbaI PstI XbaI PxtI+XbaI 1400bp 1200bp 900bp 900bp 750bp 600bp 500bp 500bp 300bp 150bp 150bp

4、2450bp 750bp P 500bp P 1200bp 150bp 600bp 500bp 300bp x x150bp 1400 900bp 三 、 DNA一 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 的 測(cè) 定 雙 脫 氧 末 端 終 止 法 -Sanger法 ： 原 理 是 采 用 核 苷 酸 鏈 終 止 劑 ， 雙 脫 氧 核 苷 酸ddNTP終 止 DNA鏈 的 延 長(zhǎng) 。 根 據(jù) 這 一 方 法 ， 就 可 得 到 一 組 以 ddNTP結(jié) 尾 的長(zhǎng) 短 不 一 的 DNA片 段 。 分 成 4組 ， 每 一 組 反 應(yīng) 體 系 中 加 入 4種 dNTP和 一 種相 應(yīng) 的 ddNTP， 反 應(yīng) 后 可

5、得 到 不 同 長(zhǎng) 度 的 以 雙 脫 氧結(jié) 尾 的 DNA片 段 ， 各 DNA片 段 均 只 相 差 一 個(gè) 核 苷酸 長(zhǎng) 度 ， 各 組 的 片 段 經(jīng) 凝 膠 電 泳 分 離 后 ， 每 一 片 段的 電 泳 位 置 不 同 ， 從 下 而 上 可 直 接 讀 出 DNA序 列 。 Sanger法 測(cè) 定 DNA序 列 的 原 理 圖 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 G -3/ A T G C ddATP ddTTP ddG TP ddCTP dATP dATP dATP dATP dG TP dG TP dG TP

6、 dG TP dCTP dCTP dCTP dCTP dTTP dTTP dTTP dTTP A AT ATTAG ATTAG AC ATTA ATT ATTAG ACG ATTAG ACG TC ATTAG A ATTAG ACG T ATTAG ACG TCCG ATTAG ACG TCC 聚 丙 烯 酰 胺 凝 膠 電 泳 A T G C 四 、 DNA的 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) Watson和 Crick于 1953年 根 據(jù) DNA纖 維 X射 線 晶 體衍 射 圖 ， 提 出 了 DNA為 右 手 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 的 科 學(xué) 假 設(shè) 右 手 雙 螺 旋 構(gòu) 象 是 DNA最 為 常

7、 見 的 結(jié) 構(gòu) -B型 DNA。 可 分 為 兩 大 類 ： 一 類 是 右 手 螺 旋 ， 如 、 B-DNA、 C-DNA、 D-DNA、 E-DNA、 A-DNA； 另 一 類 是 局 部的 左 手 螺 旋 ， 即 Z-DNA。 B-formDNA A-formDNAB-DNA、 A-DNA、 Z-DNA的 主 要 區(qū) 別 Left-handed Z-DNA 五 、 DNA的 三 股 螺 旋 結(jié) 構(gòu) DNA三 股 螺 旋 構(gòu) 型 稱 為 H -DNA。 它 是 雙 螺 旋 DNA分 子 中 一 條 鏈 的 某 一 節(jié) 段 ， 通 過(guò)鏈 的 折 疊 與 同 一 分 子 中 DNA結(jié) 合

8、而 形 成 。 其 中 一 條 鏈 只 有 嘌 呤 AG ， 另 一 條 鏈 只 有 嘧 啶 CT。 H -DNA可 在 轉(zhuǎn) 錄 水 平 上 阻 止 基 因 的 轉(zhuǎn) 錄 。 DNA三 股 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 六 、 DNA超 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 超 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 是 DNA分 子 高 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 的 主 要 形 式 可 分 為 正 超 螺 旋 與 負(fù) 超 螺 旋 兩 類 超 螺 旋 方 向 與 雙 螺 旋 方 向 相 反 ， 為 負(fù) 超 螺 旋 即 左旋 ， 是 主 要 的 超 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 。 環(huán) 狀 DNA分 子 常 以 超 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 存 在 ，并 以 負(fù) 超 螺 旋 為 主 ， 有 利

9、 于 轉(zhuǎn) 錄 的 起 始 。 七 、 核 小 體 與 染 色 體 核 小 體 ： DNA雙 螺 旋 鏈 ,等 距 離 纏 繞 組 蛋 白 (H 2A、H 2B、 H 3、 H 4)各 二 分 子 組 成 八 聚 體 形 成 眾 多 核 心顆 粒 , 外 繞 1.75圈 左 走 向 的 DNA鏈 ,每 圈 約 85bpDNA,各 顆 粒 之 間 為 帶 有 H1組 蛋 白 的 連 接 區(qū) DNA。 八 、 DNA結(jié) 構(gòu) 的 不 均 一 性 反 向 重 復(fù) 序 列 又 稱 回文 序 列 富 含 A/T的 序 列 富 含 G /C的 序 列 高 度 重 復(fù) 序 列 反 向 重 復(fù) 序 列 （ inv

10、erted repeats)其 中 每 條 單 鏈 以 5 3 方 向 都 是 相 同 的 。5 GGTACC 33 CCATGG 5 易 形 成 發(fā) 夾 結(jié) 構(gòu) （ hairpin)或 十 字 形 結(jié) 構(gòu) 限 制 性 酶 切 位 點(diǎn) 富 含 A/T的 序 列 易 于 解 鏈 ， 轉(zhuǎn) 錄 和 復(fù) 制 的 起 始 位 點(diǎn) 。富 含 G /C的 序 列 難 于 解 鏈 ， 穩(wěn) 定 區(qū) 域 。高 度 重 復(fù) 序 列 經(jīng) 常 是 短 的 序 列 高 度 的 重 復(fù) 堿 基 排 列 順 序 對(duì) 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 的 影 響 嘌 呤 和 嘧 啶 的 排 列 順 序 不 同 雙 螺 旋 的 穩(wěn) 定 性 有顯

11、著 的 差 異5 G C 3 5 CG 3 3 CG 5 3 G C 5 前 者 的 穩(wěn) 定 性 大 于 后 者 從 嘌 呤 到 嘧 啶 方 向 的 堿 基 堆 集 力 高 于 后 者 九 、 DNA的 變 性 、 復(fù) 性 和 分 子 雜 交1、 DNA的 變 性 （ denaturation） DNA變 性 ： 260nm 紫 外 吸 收 增 加 50% DNA分 子 解 鏈 的 溫 度 稱 為 融 點(diǎn) Tm表 示 。 不 同 種 類 DNA有 不 同 的 Tm值 Tm隨 （ G + C） %含 量 呈 線 性 增 加 。 2、 DNA的 復(fù) 性 DNA回 復(fù) 成 雙 鏈 結(jié) 構(gòu) ， 稱 為

12、 復(fù) 性（ renaturation） 熱 變 性 經(jīng) 冷 卻 后 即 可 復(fù) 性 ， 稱 為 退 火(annealing) 3、 C值 與 C值 矛 盾 （ C-value paradox) C值 :是 一 種 生 物 的 單 倍 體 基 因 組 DNA的 總 量 。 C值 矛 盾 :基 因 組 大 小 與 遺 傳 復(fù) 雜 性 并 非 是線 性 關(guān) 系 ， 稱 為 。 如 兩 棲 類 最 小 的 C值 是109 bp最 大 的 達(dá) 到 1011bp。 4. DNA分 子 雜 交 用 放 射 性 同 位 素 或 熒 光 素 標(biāo) 記 的 已 知 DNA作 為 探 針 ， 探 測(cè) 未 知 的 核

13、酸 樣 品 稱 為Southern印 跡 分 析 或 DNA分 子 雜 交 。 Southern印 跡 分 析 : DNA分 子 雜 交 Northern印 跡 分 析 : 檢 測(cè) RNA的 方 法 。 Eastern印 跡 分 析 : 雙 向 電 泳 后 蛋 白 質(zhì) 的 分 析 方 法 。 Western印 跡 分 析 : 單 向 電 泳 后 蛋 白 質(zhì) 的 分 析 方 法 。 7-26 菌 落 或 噬 菌 斑 原 位 雜 交 十 、 基 因 與 基 因 組基 因 ： 表 達(dá) 一 種 蛋 白 質(zhì) 或 功 能 RNA的 基 本 單 位 ?；?因 組 ： 是 指 某 種 生 物 所 包 含 的

14、全 套 基 因 。 人 類 基 因 組 的 C值 在 3 x 109 bp； 病 毒 含 103105bp；細(xì) 菌 含 105107bp； 基 因 與 蛋 白 質(zhì) 1000bp(1kb)編 碼 一 個(gè) 蛋 白 質(zhì) , 病 毒 含 45個(gè) 基 因 ；大 腸 桿 菌 含 30004000個(gè) 基 因 ； 人 類 應(yīng) 有 200300萬(wàn) 個(gè) 基 因 （ 3 x 109 bp )， 實(shí) 際 只有 10萬(wàn) 個(gè) 左 右 ， 病 毒 的 基 因 數(shù) 要 比 計(jì) 算 所 得 的 大 ，因 有 基 因 重 疊 現(xiàn) 象 。 （ 一 ） 、 原 核 基 因 組1、 病 毒 基 因 組 ： 有 些 病 毒 的 基 因

15、組 不 夠 編 碼 自 己 的蛋 白 質(zhì) ， 如 x174要 編 碼 9個(gè) 蛋 白 質(zhì) (至 少 需 要 9kb)，而 基 因 組 僅 有 5kb左 右 ， 為 解 決 這 一 矛 盾 ， 就 出 現(xiàn)了 基 因 重 疊 現(xiàn) 象 ， 如 A基 因 和 B基 因 的 重 疊 ： B A 2、 細(xì) 菌 基 因 組 的 結(jié) 構(gòu) 特 征 相 關(guān) 功 能 基 因 組 成 操 縱 子 結(jié) 構(gòu) 形 成 多 順 反 子 mRNA 基 因 是 連 續(xù) 的 轉(zhuǎn) 錄 后 直 接 可 以 翻 譯 大 部 分 是 編 碼 區(qū) 基 因 有 重 疊 現(xiàn) 象 （ 二 ） 、 真 核 基 因 組 真 核 基 因 組 結(jié) 構(gòu) 特

16、征 含 有 大 量 的 重 復(fù) 序 列 在 脊 椎 動(dòng) 物 中 90%左 右 是 非 編 碼 序 列 基 因 不 是 連 續(xù) 的 被 內(nèi) 含 子 割 裂 內(nèi) 含 子 存 在 廣 泛 的 序 列 變 異 可 能 是 無(wú) 功 能 的 1、 重 復(fù) 序 列 ： 高 度 重 復(fù) 序 列 中 度 重 復(fù) 序 列 單 拷 貝 基 因 1） 高 度 重 復(fù) 序 列 由 較 短 的 序 列 組 成 ， 次 數(shù) 可 高 達(dá) 幾 百 萬(wàn) 次 。 高 度 重 復(fù) 序 列 常 稱 為 衛(wèi) 星 DNA 。 在 CsCl剃 度 離 心 后 ， 出 現(xiàn) 一 個(gè) 主 峰 和 12個(gè) 小 峰 ，這 種 小 峰 稱 衛(wèi) 星 DN

17、A。 G ： C含 量 相 對(duì) 少 所 以 在 離 心 的 上 層 。 浮力密度 DNA指 紋 分 析 2） 中 度 重 復(fù) 序 列 ： 重 復(fù) 次 數(shù) 在 10104bp之 間 。 如 各 種 rRNA、 tRNA等 基 因 屬 于 這 一 類 。 3） 單 拷 貝 基 因 ： 基 因 組 中 僅 出 現(xiàn) 一 次 的 基 因 稱 為 單 拷 貝 基 因 。真 核 生 物 的 大 多 數(shù) 基 因 在 單 倍 體 中 都 是 單 拷 貝的 。 如 ： 蛋 清 蛋 白 、 血 紅 蛋 白 等 。 2、 基 因 割 裂 現(xiàn) 象 ： 即 基 因 內(nèi) 部 含 有 非 編 碼 序 列 -內(nèi) 含 子 ， 和

18、 編 碼 部分 -外 顯 子 ， 割 裂 基 因 是 真 核 生 物 的 普 遍 現(xiàn) 象 。 內(nèi) 含 子 有 一 個(gè) 共 同 的 特 征 ： 5/ 端 以 G T開 始 ， 3/ 端以 AG 結(jié) 束 ， 稱 為 G T/AG 規(guī) 則 。 3、 一 個(gè) 基 因 編 碼 兩 種 以 上 的 mRNA： 真 核 生 物 中 每 個(gè) 基 因 都 單 獨(dú) 構(gòu) 成 一 個(gè) 轉(zhuǎn) 錄 單 位 ，產(chǎn) 生 單 順 反 子 mRNA， 編 碼 一 種 蛋 白 質(zhì) 。 編 碼 兩 種 以 上 的 mRNA可 通 過(guò) 拼 接 方 式 來(lái) 完 成 的 。 兩 種 拼 接 方 式 產(chǎn) 生 肌 鈣 蛋 白 a或 b W X a Z W X a b Z W X b Z 4、 基 因 家 族 來(lái) 自 一 個(gè) 祖 先 基 因 ， 通 過(guò) 擴(kuò) 增 形 成 多 個(gè) 結(jié) 構(gòu) 和 功 能相 關(guān) 的 基 因 ， 稱 為 。 所 編 碼 的 蛋 白 質(zhì) 是 同 源 的 。如 ： 組 蛋 白 基 因 家 族 ， 有 5個(gè) 成 員 ， 即 H I、 H 2A、H 2B、 H 3、 H 4。 5、 假 基 因 來(lái) 源 同 一 個(gè) 祖 先 基 因 但 不 具 有 轉(zhuǎn) 錄 功 能 ， 不 能產(chǎn) 生 有 功 能 的 mRNA。 而 這 些 尚 失 功 能 的 擴(kuò) 增基 因 仍 留 在 基 因 家 族 中 ， 這 種 基 因 稱 為 。