關于遺傳物質的分子結構性質和功能什么是分子生物學？1938年洛克菲勒基金會主席WarrenWeaver在年終報告里提出“漸漸地又產生了一門科學—分子生物學，這是揭開許多生命細胞基本單元奧秘的開端……”基金會對有關蛋白質X晶體衍射提供了資助1938年，Astburu,W.T.和Bell,F.D.首次發表脫氧核糖核酸的X光衍射研究。第2頁,共61頁，星期六，2024年，5月分子生物學（molecularbiology）是在分子水平研究生命現象的科學，是現代生命科學的“共同語言”，它的核心內容是通過對生物的物質基礎—核酸、蛋白質、多糖等生物大分子結構、功能及其相互作用的研究來闡明生命的分子基礎。狹義的分子生物學側重于核酸的分子生物學，基因的復制、轉錄、表達和調控等。第3頁,共61頁，星期六，2024年，5月第4頁,共61頁，星期六，2024年，5月第5頁,共61頁，星期六，2024年，5月第6頁,共61頁，星期六，2024年，5月請回答以下幾個問題?

遺傳物質是DNA、RAN、還是pr？描述DNA的一級結構、二級結構？列舉你所知道的RAN種類和主要功能？復習一下證實遺傳物質的本質是核酸的三個經典實驗？第7頁,共61頁，星期六，2024年，5月雙螺旋結構的多態性與Z-DNADNA的三級結構與三鏈DNAsnmRNAs與核酶核酸的變性、復性和雜交RNAi第8頁,共61頁，星期六，2024年，5月一、核酸的化學組成核酸的元素組成

基本元素：CHONP核酸的元素組成有兩個特點：

1.一般不含S2.P含量較多，并且恒定（9%-10%）。

因此，實驗室中用定磷法進行核酸的定量分析。（DNA9.9%、RNA9.5%）第9頁,共61頁，星期六，2024年，5月二、DNA一級結構四種脫氧單核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）是DNA的基本組成單位，它們按照一定的方式、數量和排列順序而形成的多核苷酸鏈即為DNA的一級結構。書寫：按5′→3′方向書寫。如：5′pACGT3′或pACGT、dACGT或5′dACGT3′、ACGT表示脫氧多核苷酸的結構。DAN的一級結構決定種屬差異第10頁,共61頁，星期六，2024年，5月三、DNA的二級結構

1953年Watson和Crick在Chargaff規則和DNAX-射線衍射結果的基礎上提出了著名的DNA雙螺旋（doublehelix）結構模型，即B-DNA模型（圖2-3）。模型的結構特征如下：（1）兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸盤繞成右手雙螺旋。（2）核糖與磷酸在外側形成螺旋的軌跡，彼此通過3′,5′-磷酸二酯鍵相連。（3）堿基伸向內部，其平面與螺旋軸垂直。第11頁,共61頁，星期六，2024年，5月

（4）兩條核酸鏈依靠彼此堿基之間形成的氫鍵相連系而結合在一起，且總是A與T，G與C配對。（5）雙螺旋的平均直徑為2nm，每個螺旋圈上升10對核苷酸，螺距為3.4nm。（6）沿螺旋中心軸方向看去，雙螺旋結構上有兩個凹槽，一個較寬深，稱大溝（majorgroove），另一個較淺小，稱小溝（minorgroove）。第12頁,共61頁，星期六，2024年，5月DNA雙螺旋結構的多態性A-DNA：右手螺旋，在高鹽濃度下存在，是DNA的脫水構型，螺圈含有11bp。A－DNA比較短和密，大溝深而窄，小溝寬而淺。DNA－RNA、RNA－RNA雙螺旋。除B-DNA外，人們還發現了其它的結構參數有一定差異的雙螺旋DNA，如A-DNA,Z-DNA等。這一現象稱為DNA結構的多態性（polymorphism）。第13頁,共61頁，星期六，2024年，5月B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋,生理條件下DNA最穩定的結構形式Z-DNA：左手螺旋，每個螺圈含有12個堿基對。并只有一個深溝。可能在基因表達的調控中起作用第14頁,共61頁，星期六，2024年，5月活性：B-DNA>A-DNA>Z-DNA第15頁,共61頁，星期六，2024年，5月計算機模擬DNA雙螺旋結構（藍色）大溝中結合著肽（紅色）

雙螺旋中的大溝對于DNA和蛋白質結合時的相互識別很重要，在溝內可以辨認堿基的順序。第16頁,共61頁，星期六，2024年，5月雙螺旋結構的構象變異引起DNA雙螺旋構象改變的因素有:核苷酸順序堿基組成鹽的種類相對濕度第17頁,共61頁，星期六，2024年，5月Z-DNA的發現1972年，Pohletal

發現poly(dG-dC)在高鹽下旋光性發生改變；1979年，WangA.H-J(王惠君)，A.Rich對d(CGCGCG)單晶作X衍射分析提出Z-DNA模型。第18頁,共61頁，星期六，2024年，5月Z-DNA的結構特點核糖磷酸骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。左旋G的糖苷健呈順式（Syn），使G殘基位于分子表面。分子外形呈波形。大溝消失，小溝窄而深。每個螺旋有12bp。第19頁,共61頁，星期六，2024年，5月Z-DNA存在的條件高鹽：NaCl>2mol/L,MgCl2>0.7mol/LPu,Py相間排列。在活細胞中如果m5C,則無需嘌呤-嘧啶相間排列，在生理鹽水濃度下即可產生Z型。體內的多胺化合物，如精胺、亞胺及亞精胺和陽離子一樣，可和磷酸基團結合，使B-DNA轉變為Z-DNA.某些蛋白質如Z-DNA結合蛋白帶有正電荷，可使DNA周圍形成局部高鹽濃度的微環境。第20頁,共61頁，星期六，2024年，5月Z-DNA的生物學意義第21頁,共61頁，星期六，2024年，5月第22頁,共61頁，星期六，2024年，5月雙螺旋結構的穩定因素DNA雙螺旋在生理狀態下十分穩定，結構不發生變化。穩定DNA雙螺旋結構的主要作用力1、堿基堆積力（主要因素）是雙螺旋中垂直方向的作用力

2、氫鍵

為雙螺旋中水平方向的作用力3、離子鍵

磷酸基團上的負電荷與介質中的陽離子或陽離子化合物之間所形成的鹽鍵。第23頁,共61頁，星期六，2024年，5月四、DNA的三級結構--DNA的拓撲結構雙螺旋→進一步扭曲（一）DNA的超螺旋結構超螺旋結構僅在閉合DNA中產生，環狀或線狀正超螺旋---反向扭轉每圈雙螺旋堿基數小于10.5(緊纏)。負超螺旋---同向扭轉每圈雙螺旋堿基數大于10.5(松纏)。第24頁,共61頁，星期六，2024年，5月線狀DNA形成的超螺旋第25頁,共61頁，星期六，2024年，5月環狀DNA形成的超螺旋第26頁,共61頁，星期六，2024年，5月意義:DNA復制、轉錄的啟動具有重要的調控作用。第27頁,共61頁，星期六，2024年，5月DNA拓撲異構酶解鏈過程中正超螺旋的形成第28頁,共61頁，星期六，2024年，5月拓撲異構酶作用特點

既能切斷、又能連接磷酸二酯鍵分類：拓撲異構酶Ⅰ;拓撲異構酶Ⅱ作用機制：切斷DNA雙鏈中一股鏈，使另一條鏈通過切口；適當時候封閉切口，DNA變為松弛狀態。反應不需ATP。切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進入負超螺旋狀態。拓撲異構酶Ⅰ拓撲異構酶Ⅱ第29頁,共61頁，星期六，2024年，5月回文結構—DNA序列中以某一中心區域為對稱軸，其兩側的堿基對順序正讀和反讀都相同的雙螺旋結構。即對稱軸一側的片段旋轉180°后，與另一側片段對稱重復。

回文結構能形成十字結構和發夾結構五、回文結構與三股螺旋（H-DNA）第30頁,共61頁，星期六，2024年，5月AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATTTAAGTTCCCTCTTCATATCTTCTCCCTTCCTAG*鏡像重復

存在于同一股上的某些DNA區段的反向重復序列。此序列各單股中沒有互補序列，不能形成十字型或發夾結構。第31頁,共61頁，星期六，2024年，5月

同聚嘧啶和同聚嘌呤組成的DNA螺旋區段，其序列中有較長的鏡像重復時，形成局部三股配對，并互相盤繞的三股螺旋，其中兩股的堿基按Watson-Crick方式配對，第三股形成非Watson-Crick配對。

三螺旋DNA不是DNA在自然態下的主要結構，而是在特定的條件下形成的。

*三鏈DNA（H-DNA,ts-DNA）第32頁,共61頁，星期六，2024年，5月三堿基體Py-Pu-Py型：T-A.T、C-G.C+

，Hoogsteen鍵Pu-Pu-Py型：G.G-C、A.A-T，反Hoogsteen鍵第33頁,共61頁，星期六，2024年，5月DNA三螺旋的堿基配對G：C兩個氫鍵第34頁,共61頁，星期六，2024年，5月DNA的三股螺旋D-loop鉸鏈DNA平行匯接第35頁,共61頁，星期六，2024年，5月DNA的三股螺旋第36頁,共61頁，星期六，2024年，5月

RNA的一級結構是由數量極其龐大的四種核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定順序，通過3′,5′—磷酸二酯鍵連成的線形分子，其表示方法與DNA相同。

RNA的二級結構是短的，不完全螺旋的多核苷酸鏈。（天然RNA并不像DNA一樣都是雙螺旋結構，而是單鏈線形分子。只有局部區域為雙螺旋結構。雙螺旋區約占RNA分子的50%）

RNA的三級結構是在莖環結構基礎上進一步扭曲折疊而成的復雜結構。RNA只有具備復雜的三級結構才能成為有活性的分子。四、RNA的結構第37頁,共61頁，星期六，2024年，5月

這種由單鏈自身折疊形成的結構稱為莖環結構。莖環結構是各種RNA的共同的二級結構特征。第38頁,共61頁，星期六，2024年，5月第三節核酸的功能一、DNA的功能

DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復制和轉錄的模板。它是生命遺傳的物質基礎，也是個體生命活動的信息基礎。第39頁,共61頁，星期六，2024年，5月二、RNA的種類、分布、功能第40頁,共61頁，星期六，2024年，5月四、其他小分子RNA及RNA組學除了上述三種RNA外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，大小為100-300個核苷酸，統稱為非mRNA小RNA(snmRNAs)。

snmRNAs第41頁,共61頁，星期六，2024年，5月snmRNAs的種類核小RNA（snRNA）:參與hnRNA的剪接，snRNP，5種snRNA與蛋白質、剪接因子等共同構成剪接體。核仁小RNA（snoRNA）：參與rRNA的加工與修飾，首次切割，甲基化，合成假尿苷。

胞漿小RNA（scRNA）：scRNP催化性小RNA小片段干涉RNA

第42頁,共61頁，星期六，2024年，5月核酶（Ribozyme）美國科學家Cech和Altman發現了核酶(ribozyme)。最早發現大腸桿菌RNaseP（375ntRNA+20kD多肽），蛋白質部分除去后，在體外高濃度Mg2+存在下，留下的RNA部分具有與全酶相同的催化活性。是指本質為RNA或以RNA為主含有蛋白質輔基的一類具有催化功能的物質。RNA單獨作用就能進行催化反應。主要參加RNA的加工與成熟。可分為異體催化，如RNaseP，tRNA5`末端的剪切；自體催化，Ⅰ、Ⅱ類內含子自我剪接第43頁,共61頁，星期六，2024年，5月錘頭結構（hammer-head）第44頁,共61頁，星期六，2024年，5月第45頁,共61頁，星期六，2024年，5月第46頁,共61頁，星期六，2024年，5月在DNA變性后的復性過程中，如果將不同種類的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關系，在適宜的條件（溫度及離子強度）下，就可以在不同的分子間形成雜化雙鏈。這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成，也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成。這種現象稱為核酸分子雜交。四、核酸分子的雜交第47頁,共61頁，星期六，2024年，5月第48頁,共61頁，星期六，2024年，5月第49頁,共61頁，星期六，2024年，5月

核酸分子雜交的應用（1）研究DNA分子中某一基因的位置（2）確定兩種核酸分子間的序列相似性（3）檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否（4）是基因芯片技術的基礎可發生雜交的核酸分子(1)兩條DNA鏈(2)兩條RNA鏈(3)一條DNA鏈一條RNA鏈第50頁,共61頁，星期六，2024年，5月核酸雜交技術的應用應用復性動力學原理雜交可以在固相或液相上進行；硝酸纖維素膜，尼龍膜探針（probe）：一小段用同位素、生物素或熒光染料標記，其末端或全鏈的序列已知的多聚核苷酸，與固定在NC膜上的核苷酸結合，判斷是否有同源的核酸分子存在。探針的標記：32P、熒光基團、生物素第51頁,共61頁，星期六，2024年，5月印跡技術的類別及應用（一）DNA印跡技術(Southernblotting)

檢測目標DNA片段（二）RNA印跡技術(northernblotting)

用于RNA的定性定量分析。（三）蛋白質的印跡分析(Westernblotting)

用于蛋白質定性定量及相互作用研究第52頁,共61頁，星期六，2024年，5月（一）Southern印跡雜交（Southernbloting）第53頁,共61頁，星期六，2024年，5月Westernblotting第54頁,共61頁，星期六，2024年，5月原位雜交（insituhybridization）第55頁,共61頁，星期六，2024年，5月五、生物芯片-基因芯片基因芯片(genechip