第二章染色體與DNA遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第1頁

一、遺傳物質(zhì)是DNA證據(jù)二、遺傳物質(zhì)化學(xué)組成三、遺傳物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)四、遺傳物質(zhì)不一樣存在形態(tài)五、遺傳物質(zhì)不一樣類型

基本內(nèi)容遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第2頁

一、遺傳物是DNA證據(jù)

1、遺傳物質(zhì)必備條件

1）能儲存大量遺傳信息

2）結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定

3）能夠準(zhǔn)確復(fù)制

4）能夠世代傳遞

5）能表示為其它大分子物質(zhì)

6）含有變異能力

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第3頁

1868年，瑞士科學(xué)家F.Miescher從外科繃帶上膿細(xì)胞中分離一個有機(jī)物質(zhì)－核素（nuclein）是人類第一次有了核酸概念。但到1928年人們?nèi)匀徽J(rèn)為遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)由20種氨基酸組成，若蛋白分子都為100個氨基酸，則可形成20100

種蛋白質(zhì)。

1875年以后，Miescher對核素?zé)崆橛兴鶞p退，在否掉核素作為遺傳物質(zhì)可能后，他猜測遺傳信息可能是藏在細(xì)胞內(nèi)哪個大分子立體構(gòu)象中——畢竟，一個蛋白質(zhì)內(nèi)只要含有50個手性碳原子，就代表它立體異構(gòu)體能有250次方那么各種，那是十萬億那個數(shù)量級。

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第4頁

2、遺傳物質(zhì)是DNA間接證據(jù)

DNA穩(wěn)定性：作為遺傳物質(zhì)要有穩(wěn)定性，要有世代連續(xù)性（種類、數(shù)量）

DNA蛋白質(zhì)不一樣細(xì)胞一樣不一樣不一樣組織一樣不一樣不一樣發(fā)育時期一樣不一樣

不一樣個體一樣不一樣

子代與親代一樣不一樣代謝過程中不被分解被分解遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第5頁

3、遺傳物質(zhì)是DNA直接證據(jù)

1）肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗：（Griffith1928)

兩種肺炎雙球菌區(qū)分光滑型（SⅢ）粗糙型（RⅡ）莢膜有無毒性有無保護(hù)作用有無致病作用有（肺炎、敗血癥）無菌落類型光滑粗糙

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第6頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第7頁

對試驗結(jié)果解釋：

Griffith試驗高溫（65OC)破壞是蛋白質(zhì)，結(jié)果已經(jīng)說明用高溫殺死S型細(xì)菌中有一個物質(zhì)能夠進(jìn)入R型細(xì)菌，使R細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。實際上進(jìn)入R型細(xì)菌是DNA，是遺傳物質(zhì)，不過，他卻指出是一些營養(yǎng)上“汁”。得出了非常主要結(jié)果，卻沒能科學(xué)解釋它遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第8頁2）Avery轉(zhuǎn)化試驗：（1944年）

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第9頁

Avery深入證實：對猜測物質(zhì)超離心，依據(jù)分子重量證實是DNA

對猜測物質(zhì)電泳，證實是DNA

對猜測物質(zhì)紫外線吸收測定(260)，證實是DNA

（蛋白質(zhì)吸收波長為280）對猜測物質(zhì)氮與磷比值較高為1.67，也證實是DNA

對猜測物質(zhì)用蛋白酶、多糖酶、核糖核酸酶處理，均不被破壞，只被DNA酶所破壞。

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第10頁

Avery試驗意義：發(fā)覺了生命本質(zhì)，為分子遺傳學(xué)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，讓人們知道了應(yīng)該升入研究什么，提供了一個巧妙試驗設(shè)計方法

我是世界上第一個手拿一試管基因人。

Avery沒有取得諾貝爾獎金原因：蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)觀念根深蒂固提取核酸中依然有少許蛋白質(zhì)污染

Avery不善于宣傳自己和爭辯

Avery逝世過早

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第11頁35S標(biāo)識細(xì)菌

32P標(biāo)識細(xì)菌

噬菌體3）噬菌體感染試驗:(HersheyChase1952)

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第12頁離心管上面是噬菌體外殼，含有80%放射活性，下面是細(xì)菌，含有20%放射活性（部分噬菌體還在細(xì)菌細(xì)胞上面）說明蛋白質(zhì)外殼沒有進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞離心管上面是噬菌體外殼，含有30%放射活性（有部分噬菌體還沒有把DNA注入細(xì)菌細(xì)胞細(xì)胞），下面是細(xì)菌，含有70%放射活性。說明噬菌體DNA進(jìn)入了細(xì)菌細(xì)胞說明DNA是遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第13頁4）煙草花葉病毒重建試驗（1957，F(xiàn)raenkel)

煙草花葉病毒有一圓筒狀蛋白質(zhì)外殼，由2130

個蛋白質(zhì)亞基組成，內(nèi)含一個單鏈RNA分子。把此病毒放在水和苯酚中震蕩能夠把蛋白質(zhì)與RNA

分開。1956年，Gierer

病毒RNARNAase處理RNA有病斑出現(xiàn)無病斑出現(xiàn)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第14頁

煙草花葉病毒A：

煙草花葉病毒B：

感染時出現(xiàn)A病斑

感染時出現(xiàn)B病斑

RNA蛋白質(zhì)

RNA蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)

RNA

RNAB病斑A病斑遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第15頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第16頁

三、核酸化學(xué)組成

1、元素組成含有C.H.O.N外，還有大量P，個別核酸中還有S2、1930~40年，Kossel&Levene等確定核酸組分：把核酸水解后會產(chǎn)生嘌呤及嘧啶衍生物戊糖磷酸

核酸脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第17頁

核酸組成成份核酸nucleicacid核苷酸nucleotide核苷nucleoside磷酸phosphate嘌呤堿purinebase或嘧啶堿pyrimidinebase（堿基base）核糖ribose或

脫氧核糖deoxyribose

（戊糖amylsugar）遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第18頁嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第19頁嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第20頁戊糖（組成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（組成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第21頁核苷：AR,GR,UR,CR脫氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR核苷酸結(jié)構(gòu)(nucleotidestructure)1.核苷(ribonucleoside)形成堿基和核糖（脫氧核糖）經(jīng)過糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。1′1四、遺傳物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第22頁核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

2.核苷酸(ribonucleotide)結(jié)構(gòu)與命名核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第23頁5′端3′端3.核苷酸連接核苷酸之間以磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第24頁一級結(jié)構(gòu)（primarystructure）一級結(jié)構(gòu)是指核酸分子中核苷酸排列次序及連接方式。核苷酸排列次序代表了遺傳信息。1、核苷酸連接方式：3

,5

磷酸二酯鍵2、核酸基本結(jié)構(gòu)形式：多核苷酸鏈信息量：4n末端：5

端、3

端多核苷酸鏈方向：5ˊ端→3ˊ端(由左至右)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第25頁DNA分子大小天然存在DNA分子最顯著特點(diǎn)是很長，分子質(zhì)量很大，普通在106-1010

。DNA堿基組成有以下特點(diǎn)：

含有種特異性。沒有器官和組織特異性。在同一個DNA中，A=T、G=C，即A+G=T+C，即嘌呤堿基總摩爾數(shù)與嘧啶堿基總摩爾數(shù)相等——堿基當(dāng)量定律又稱Chargaff標(biāo)準(zhǔn)。年紀(jì)、營養(yǎng)情況、環(huán)境改變不影響DNA堿基組成。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第26頁DNA二級結(jié)構(gòu)（一）Watson—Crick右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

1、試驗依據(jù)

X射線衍射方法研究DNA纖維結(jié)構(gòu).1938年Astbury&Bell用x衍射技術(shù)研究DNA。1947年拍攝了第一張DNA衍射照片，并推斷DNA分子結(jié)構(gòu)是：①柱狀；②多核苷酸是一疊扁平核苷酸；③核酸殘基取向和分子長軸垂直,間距為3.4?。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第27頁1950年，Chargaff從大量不一樣起源DNA樣品分析中發(fā)覺了DNA組成當(dāng)量規(guī)律，即A＝T，G＝C，A＋G＝C＋T。1951年，Pauling和Corey利用化學(xué)定律來推理，而不做詳細(xì)試驗，建立了蛋白質(zhì)α-螺旋模型；Franklin&Wilkins在1952年底拍得了DNA結(jié)晶X衍射照片。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第28頁

1951年，Pauling提出了蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第29頁1952年，Wilkins和Franklin用高度定向DNA纖維作出高質(zhì)量X-光衍射照片遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第30頁1953年，Watson和Crick提出DNA反向平行雙螺旋模型遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第31頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)（1）DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中兩條鏈方向相反，即其中一條鏈方向為5′端→3′端，而另一條鏈方向為3′端→5′端。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第32頁（2）嘌呤和嘧啶堿基位于螺旋內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第33頁（3）螺旋橫截面直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個堿基平面之間距離為0.34nm，每10個核苷酸形成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈高度）為3.4nm。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第34頁（4）維持兩條DNA鏈相互結(jié)合力是鏈間堿基對形成氫鍵。堿基結(jié)合含有嚴(yán)格配對規(guī)律:A與T結(jié)合，G與C結(jié)合，這種配對關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。A和T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。在DNA分子中，嘌呤堿基總數(shù)與嘧啶堿基總數(shù)相等。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第35頁（5）螺旋表面形成大溝(majorgroove)及小溝(minorgroove)，彼此相間排列。小溝較淺；大溝較深，是蛋白質(zhì)識別DNA堿基序列基礎(chǔ)。（6）氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性；堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性（芳香族堿基間π電子間相互作用）。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第36頁WatsonandCrick's1953NaturepaperproposingadoublehelixstructureforDNA:

AstructureforDeoxyriboseNucleicAcid

2April1953

MOLECULARSTRUCTUREOFNUCLEICACIDS

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第37頁維持DNA雙螺旋穩(wěn)定性原因

1、氫鍵GC之間有三條氫鍵，AT之間有兩條氫鍵，這是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)主要特征之一，DNA許多物理性質(zhì)如變性、復(fù)性以及Tm值等都與此相關(guān)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，配對堿基之間氫鍵處于連續(xù)不停斷裂和再生動態(tài)平衡之中。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第38頁堿基配對及氫鍵形成遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第39頁2、堿基堆積力堿基堆積作用對維持DNA二級結(jié)構(gòu)起著主要作用，它是堿基對之間在垂直方向上相互作用。它包含：疏水作用、范德華力等。

疏水作用力使DNA相鄰堿基有相互堆集在一起趨勢，這是形成堿基堆集力主要原因之一。

DNA雙鏈中存在大量嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)，其累積范德華力是相當(dāng)可觀，這是形成堿基堆集力另一個主要原因。已經(jīng)堆積堿基更輕易發(fā)生氫鍵鍵合，對應(yīng)地已經(jīng)被氫鍵定向堿基更輕易堆集。兩種作用力相互協(xié)同，形成一個非常穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。假如一個作用力被消除，另一個作用力也大為減弱。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第40頁帶負(fù)電荷磷酸基靜電斥力

DNA溶液中離子濃度降低時，陽離子在磷酸基周圍形成屏蔽作用減弱，使得磷酸基地靜電斥力增大，因而Tm值隨之降低。所以純蒸餾水中DNA在室溫下就會變性。堿基分子內(nèi)能溫度升高，堿基分子內(nèi)能增加時，堿基定向排列遭受破壞，減弱了堿基氫鍵結(jié)協(xié)力和堿基堆集力，會使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)受到破壞。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第41頁當(dāng)前已知DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)可分為A、B、C、D及Z型等數(shù)種，除Z型為左手雙螺旋外，其余均為右手雙螺旋。

Z-DNA B-DNA遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第42頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第43頁DNA分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

FormBZAHelixDirectionRightLeftRightbp/circle101210.7Distance/bp~0.34nm~0.38nm~0.25nmDistance/helix3.4nm4.46nm2.8nmDiameter/helix2.0nm1.8nm1.9nmSequenceAnyPolyG-CAnyPolyC-APolyT-GPolyT-A

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第44頁B-DNA是活性最高DNA構(gòu)象，B-DNA變組成為A-DNA后，仍有活性，但若局部變構(gòu)為Z-DNA后活性顯著降低。B-DNA和Z-DNA之間變構(gòu)是轉(zhuǎn)錄調(diào)整一個模式。首次揭示Z-DNA分子生物功效，科學(xué)家懷疑這個Z-DNA分子根本就是細(xì)胞自己產(chǎn)生突變劑(mutagen)Proc.Natl.Acad.Sci.USA,在活生物體內(nèi)，不論是DNA二級結(jié)構(gòu)還是高級結(jié)構(gòu)，都存在一個動力學(xué)平衡。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第45頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第46頁二級結(jié)構(gòu)其它形式（一）單鏈核酸形成二級結(jié)構(gòu)

RNA是主要單鏈核酸，RNA分子內(nèi)部存在部分序列之間堿基配對，核酸鏈本身回折配對產(chǎn)生反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)，叫發(fā)夾結(jié)構(gòu)（hairpin）。發(fā)夾結(jié)構(gòu)由堿基配正確雙螺旋區(qū)—莖和末端不配正確環(huán)組成。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第47頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第48頁端粒DNA四鏈結(jié)構(gòu)：鳥嘌呤四聚體遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第49頁

3、三鏈DNA1)三鏈DNA發(fā)覺

1957年Felsenfeld等人發(fā)覺當(dāng)雙鏈核酸一條鏈都為嘌呤核苷酸，另一條鏈都為嘧啶核苷酸時會轉(zhuǎn)化成三鏈核酸結(jié)構(gòu)

1975年美國加洲大學(xué)Perlgut等人在試驗室人工合成了浮力密度為1.726g/cm2三鏈DNA

1987年Mirkin等人從天然路徑中發(fā)覺了DNA三螺旋結(jié)構(gòu)稱為：HingedDNA,譯為絞鏈DNA。

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第50頁

1990年我國中科院白春禮等人用掃描隧道顯微鏡研究噬菌體DNA，也發(fā)覺一新三鏈DNA結(jié)構(gòu),

稱為三鏈辮狀DNA2)三鏈DNA結(jié)構(gòu)類型

a.嘧啶—嘌呤—嘧啶型

5’TCTCTCTCTCTCTCTCTC3’

嘧啶

++++++++++++++++++5’AGAGAGAGAGAGAGAGAG3’

嘌呤

..................3’TCTCTCTCTCTCTCTCTC5’

嘧啶

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第51頁

b.嘌呤—嘌呤—嘧啶型

3’AGAGAGAGAGAGAGAG5’

嘌呤

︱︱︱︱︱︱︱︱︱5’AGAGAGAGAGAGAGAG3’

嘌呤

................3’TCTCTCTCTCTCTCTCTC5’

嘧啶遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第52頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第53頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第54頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第55頁三螺旋DNA遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第56頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第57頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第58頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第59頁線狀DNA形成超螺旋遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第60頁環(huán)狀DNA形成超螺旋遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第61頁

3、DNA三級結(jié)構(gòu)

1）超螺旋：指因為共價閉合環(huán)狀或著因為DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合使其末端不能自由轉(zhuǎn)動而在雙螺旋基礎(chǔ)上深入扭曲。負(fù)超螺旋：雙螺旋DNA分子深入松弛所產(chǎn)生螺旋，是環(huán)狀和線狀DNA天然存在狀態(tài)。正超螺旋：在體外因為藥品插入而使雙螺旋DNA分子深入擔(dān)心產(chǎn)生螺旋

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第62頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第63頁

2）超螺旋狀態(tài)定量描述：LK=Tw+Wr

LK拓?fù)鋰@數(shù)：指在DNA分子中一條鏈繞另一條鏈次數(shù),右手螺旋時為正值，左手螺旋時為負(fù)值。等于兩條鏈交叉點(diǎn)數(shù)一半。又叫連接數(shù)。

Tw雙螺旋圈數(shù)：又叫雙鏈圍繞數(shù)，全繞率，扭轉(zhuǎn)數(shù)。指雙鏈DNA圍繞螺旋軸旋轉(zhuǎn)周數(shù)。右手螺旋時為正值，左手螺旋時為負(fù)值。沒有外加應(yīng)力時，

LK=Tw,此時，DNA成一平環(huán)狀二級結(jié)構(gòu)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第64頁

Wr超螺旋數(shù)：指把二級結(jié)構(gòu)DNA擰松或擰緊所產(chǎn)

生負(fù)超螺旋數(shù)或正超螺旋數(shù)。

假定420對核苷酸松弛環(huán)狀DNA時

拓?fù)鋰@數(shù)（LK）

=42

雙螺旋圈數(shù)（Tw）

=42

超螺旋數(shù)（Wr

）=0

LK=Tw

+

Wr

=42+0=42

假定420對核苷酸松弛環(huán)狀DNA時再向右擰緊6圈，則產(chǎn)生6個正超螺旋遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第65頁

拓?fù)鋰@數(shù)（LK）=？雙螺旋圈數(shù)（Tw）=42

超螺旋數(shù)（Wr

）=+6

LK

=Wr+Tw

=42+（+6）=48420對核苷酸松弛環(huán)狀DNA向左擰松6圈產(chǎn)生6個負(fù)超螺旋，此時，產(chǎn)生6個負(fù)超螺旋

LK=？

Tw=42

Wr

=﹣6

LK=Tw+Wr=42+(﹣6)=36

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第66頁3）超螺旋酶學(xué)控制

拓?fù)洚悩?gòu)酶生物學(xué)功效：恢復(fù)有一些細(xì)胞過程中產(chǎn)生DNA超螺旋預(yù)防細(xì)胞DNA過分超螺旋去連環(huán)作用,解開纏繞DNA雙螺旋參加染色體凝縮過程因為酶作用會使環(huán)狀DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，超螺旋時電泳遷移率最快，線形時較快，開換時最慢，所以，能夠依據(jù)電泳帶判斷DNA狀態(tài)。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第67頁

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ

僅一類兩類：旋轉(zhuǎn)酶拆分酶不需能量需能量去掉負(fù)超螺旋引入負(fù)超螺旋催化單鏈斷裂重接催化雙鏈斷裂與重接不能解正螺旋能解正螺旋開環(huán)雙螺旋線形雙螺旋

閉環(huán)雙螺旋

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第68頁

4、DNA高級結(jié)構(gòu)指在三級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上深入纏繞形成結(jié)構(gòu)。

比如:∮X174噬菌體,又叫侏儒病毒,直徑僅僅250

埃,有5386個核苷酸組成單鏈DNA,5386×3.4=18312埃。壓縮

18312÷3.14=5831,5831÷250=23(倍).

被壓縮3.14×23=72(倍)才被包裝

比如:大腸桿菌細(xì)胞約2微米長,既埃.它雙鏈環(huán)狀DNA由4.2×106

bp組成,長度為

400×3.4=14280000埃,形成環(huán)狀后,直徑

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第69頁

直徑4547770埃,此環(huán)狀DNA經(jīng)過壓縮2274倍才被包裝起來比如:人一個細(xì)胞中DNA總量是6×109bp，即

6×109bp×3.4埃=2米,人細(xì)胞僅有20－30

微米大，最小精細(xì)胞僅5微米，細(xì)胞核則更小，所以，DNA必須深入纏繞壓縮才能包裝在一個細(xì)胞核中比如:一個人個體約有一百萬億個細(xì)胞，DNA總重量是690克，0.5克DNA可饒地球轉(zhuǎn)一圈，因此，一個人DNA能夠饒地球轉(zhuǎn)幾百個往返，也是經(jīng)過壓縮才被包裝在一個人身體上。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第70頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第71頁原核生物染色體結(jié)構(gòu)大腸桿菌染色體特點(diǎn)：閉環(huán)DNA，長度約4.6Mb，集中分布在成為“擬核”（nucleoid）區(qū)域內(nèi)，在正常生長情況下DNA保持連續(xù)復(fù)制遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第72頁BacterialDNAiscompactedinastructurecalledthenucleoid,whichoccupiesalargefractionofthebacterialcell'svolume(Fig.23-31).

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第73頁DNA結(jié)構(gòu)域?qū)⒋竽c桿菌DNA與大多數(shù)結(jié)合蛋白分離開來，可觀察到由50－100個環(huán)或結(jié)構(gòu)域組成，這些環(huán)或結(jié)構(gòu)域末端被與細(xì)胞膜部分連接蛋白質(zhì)而固定遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第74頁基因組超螺旋電鏡結(jié)構(gòu)顯示，就整體而言，大腸桿菌基因組是由大量超螺旋結(jié)構(gòu)域組成遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第75頁DNA結(jié)合蛋白原核生物染色體中環(huán)型DNA因為大量DNA結(jié)合蛋白相互作用而深入受到束縛，這些蛋白中以HU蛋白以及一個分子量較小堿性二聚體蛋白為主；遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第76頁真核染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)組蛋白核小體H1功效連接DNA纖絲高級結(jié)構(gòu)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第77頁在染色質(zhì)中蛋白質(zhì)組分占染色質(zhì)質(zhì)量50％以上在細(xì)胞周期不一樣時段中，染色質(zhì)含有不一樣組構(gòu)水平遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第78頁組蛋白（histone）真核生物染色質(zhì)中蛋白質(zhì)主要是組蛋白分類關(guān)鍵組蛋白（H2A、H2B、H3、H4）H1組成帶有大量正電荷—可與帶負(fù)電DNA緊密結(jié)合20％－30％由賴氨酸和精氨酸（堿性氨基酸）組成遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第79頁核小體（nucleosome）核小體包含于染色質(zhì)中其結(jié)構(gòu)為：約200bp左右DNA片段與4種組蛋白中各2個分子組成八聚體（關(guān)鍵組蛋白）緊密結(jié)合，并與H1渙散結(jié)合；這些組蛋白保護(hù)DNA免受核酸酶作用；組蛋白另一個作用是約束DNA負(fù)超螺旋；假如丟失H1，核小體將變?yōu)榭剐詷O強(qiáng)與組蛋白八聚體結(jié)合146bp片段；遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第80頁（二）染色體與染色質(zhì)染色體（chromosome）是細(xì)胞在有絲分裂時遺傳物質(zhì)存在特定形式，是間期細(xì)胞染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密包裝結(jié)果。真核生物染色體在細(xì)胞生活周期大部分時間里都是以染色質(zhì)(chromatin)形式存在。染色質(zhì)是一個纖維狀結(jié)構(gòu)，叫做染色質(zhì)絲，它是由最基本單位—核小體(nucleosome)成串排列而成。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第81頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第82頁組蛋白普通特征：■進(jìn)化上保守性保守程度：H1H2A、H2BH3、H4組蛋白

上海生化所分子遺傳學(xué)1998年試題：在真核生物核內(nèi)。五種組蛋白（H1H2AH2BH3和H4）在進(jìn)化過程中，H4極為保守，H2A最不保守（）遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第83頁■無組織特異性■肽鏈氨基酸分布不對稱性■H5組蛋白特殊性：富含賴氨酸（24%）■組蛋白可修飾性簡述真核生物染色體上組蛋白種類，組蛋白修飾種類及其生物學(xué)意義中國科學(xué)院年碩士碩士入學(xué)《生物化學(xué)與分子生物學(xué)》試題

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第84頁

在細(xì)胞周期特定時間可發(fā)生甲基化、乙?；⒘姿峄虯DP核糖基化等。H3、H4修飾作用較普遍，H2B有乙酰化作用、H1有磷酸化作用。全部這些修飾作用都有一個共同特點(diǎn)，即降低組蛋白所攜帶正電荷。這些組蛋白修飾意義：一是改變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)，直接影響轉(zhuǎn)錄活性；二是核小體表面發(fā)生改變，使其它調(diào)控蛋白易于和染色質(zhì)相互接觸，從而間接影響轉(zhuǎn)錄活性。組蛋白可修飾性遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第85頁核小體(nucleosome)Nucleosome、chromosome、genome中科院年碩士學(xué)位碩士入學(xué)分子遺傳學(xué)試題1、定義：用于包裝染色質(zhì)結(jié)構(gòu)單位，是由DNA鏈纏繞一個組蛋白核組成。

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第86頁核小體結(jié)構(gòu)由關(guān)鍵顆粒和連接區(qū)組成；關(guān)鍵顆粒包含由8個組蛋白分子（H2A，H2B，H3，H4各兩個）組成組蛋白關(guān)鍵和包繞在關(guān)鍵表面DNA分子；包繞在組蛋白關(guān)鍵表面DNA長146bp，圍繞1?圈；連接區(qū)由DNA分子和H1組蛋白分子組成，長度不定；遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第87頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第88頁TheNucleosome146bpDNA 2XH3,H4,H2A,H2BH4H2BH2AH3遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第89頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第90頁中國科學(xué)院上海生化與細(xì)胞所年招收碩士碩士分子遺傳學(xué)入學(xué)考試：簡述真核細(xì)胞內(nèi)核小體與核小體關(guān)鍵顆粒結(jié)構(gòu)。

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第91頁染色質(zhì)和染色體多級結(jié)構(gòu)

由連接區(qū)將許多關(guān)鍵顆粒相連接組成了染色體一級結(jié)構(gòu)；每六個核小體盤繞成直徑30nm螺線管，成為染色體二級結(jié)構(gòu)（又稱微纖絲）；微纖絲經(jīng)與非組蛋白結(jié)合（堿基與核基質(zhì)中骨架蛋白結(jié)合），把染色體DNA隔成許多含20000～100000bp長DNA環(huán)，形成大環(huán)狀結(jié)構(gòu)，每個“環(huán)”(loops)有相正確獨(dú)立性。

此結(jié)構(gòu)再盤曲成染色單體,其長度壓縮近30萬倍。3、染色體包裝—超螺旋結(jié)構(gòu)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第92頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第93頁6.8:140:11000:18000:1DNAdoublehelixNucleosome(10nmfiber)30nmFiberLoopsILoopsIIchromosome遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第94頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第95頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第96頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第97頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第98頁染色體中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)：染色單體

每一個染色體由兩條染色單體組成，同一個染色體中兩個染色單體是由一條DNA分子鏈復(fù)制后形成兩條子代DNA鏈所組成，每一條染色單體中有一條DNA分子；遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第99頁著絲粒（主縊痕）：

由特殊重復(fù)DNA序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，是細(xì)胞有絲分裂時主要結(jié)構(gòu)；著絲粒把染色體分為長臂和短臂；著絲粒區(qū)域功效是使復(fù)制染色體在有絲分裂和減數(shù)分裂中可平衡分配到子細(xì)胞中。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第100頁端粒：

由特殊重復(fù)DNA序列和對應(yīng)蛋白質(zhì)組成，起著穩(wěn)定染色質(zhì)和染色體結(jié)構(gòu)作用。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第101頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第102頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第103頁端粒功效保持染色體穩(wěn)定使線形DNA順利復(fù)制影響染色體行為可能控制細(xì)胞壽命和核骨架組成相關(guān)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第104頁染色體功效實現(xiàn)三要素著絲粒在染色體有絲分裂和減數(shù)分裂過程中發(fā)揮主要作用。端粒封閉了染色體末端而且維持了染色體穩(wěn)定性。復(fù)制起點(diǎn)是DNA復(fù)制起始和染色體數(shù)目標(biāo)維持所必需。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第105頁酵母人工染色體（YAC）構(gòu)建遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第106頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第107頁上海第二軍醫(yī)大碩士碩士入學(xué)考試試題：基因組特點(diǎn)（真核、原核比較）（五）原核生物和真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第108頁

基因概念基因概念是不停發(fā)展。Mendel遺傳因子inheritedfactor1909丹麥人Johnson用gene取代了Mendelinheritedfactor，一直應(yīng)用至今。順反子（cistron）：即結(jié)構(gòu)基因，為決定一條多肽鏈合成功效單位遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第109頁經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因概念1、基因是不連續(xù)顆粒狀因子，在Chr上有固定位置，呈直線排列，含有相正確穩(wěn)定性。2、基因作為一個功效單位控制性狀表示。3、基因以整體進(jìn)行突變，是突變最小單位。4、基因在交換中不再被分割，是重組最小單位5、基因能自我復(fù)制，在有機(jī)體內(nèi)經(jīng)過有絲分裂有規(guī)律地傳遞，在上下代之間能經(jīng)過減數(shù)分裂和受精作用有規(guī)律地傳遞。遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第110頁

突變單位交換單位基因既是一個結(jié)構(gòu)單位，又是一個功效單位基因是什么物質(zhì)組成，基因本質(zhì)是什么，經(jīng)典遺傳學(xué)無法回答這個問題。結(jié)構(gòu)單位遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第111頁分子生物學(xué)關(guān)于基因概念

1、基因就是核酸分子上編碼一定產(chǎn)物一段核苷酸序列2、每一個基因都攜帶有特殊遺傳信息，這些遺傳信息：mRNA、rRNA、tRNA或小RNA；

遺傳物質(zhì)核酸（DNA或RNA）一定排列次序核苷酸遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和類型專家講座第112頁基因在結(jié)構(gòu)上還能夠劃分為若干個小單位。①突變單位（突變子muton）：

發(fā)生突變最小單位。最小突變子是一個bp。②重組單位（重組子recon）：

可交換最小單位。最小重組單位也能夠只是一個bp。③功效單位（順反子cistron，又叫作用子）：

基因中指導(dǎo)一