DNA的分子特性与利用
更新时间:2023-09-04 20:30:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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第二章 DNA的分子特性与利用 的分子特性与利用 一、脱氧核糖核酸 二、DNA变性 三、复性与杂交 四、DNA的复制 五、 DNA的损伤与修复 六、DNA的分离和提取 七、一些基本概念
一、脱氧核糖核酸生物界中,每一个细胞(成熟的红细胞除外)都含有 脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA),甚 脱氧核糖核酸(d ib l i id DNA) 甚 至有些病毒虽然没有细胞结构,也含有DNA。 DNA携带着决定生物遗传、细胞分裂、分化、生长以及 蛋白质生物合成等生命过程的控制信息。 碱基配对是DNA分子结构的重要特性,这意味着两条链 的碱基序列是互补的,即 A-T,C-G。 的碱基序列是互补的 即 A T C G DNA双股螺旋的两条多核苷酸链是反向平行的,即一条 链的3′-OH端与另一条链的5′磷酸端相邻。 如一条链的碱基顺序是AATGCT,另一条链按同一方 如一条链的碱基顺序是AATGCT 另一条链按同一方 向阅读的顺序就是TTACGA。
p16
是染色体的主要化学成分,同时也是组成基因的材料。 被称为“遗传微粒”,因为在繁殖过程中,父代把它们 自己DNA的一部分复制传递到子代中,从而完成性状的 传播。 原核细胞(无细胞核)的DNA存在于细胞质中,而真核 原核细胞(无细胞核)的DNA存在于细胞质中 而真核 生物的DNA存在于细胞核中, DNA是由两条单链像葡萄藤那样相互盘绕成双螺旋形, 根据螺旋的不同分为A型DNA,B型DNA和Z型DNA DNA分子有四种不同的核苷酸结构,它们是 腺嘌呤(adenine,缩写为A), 腺嘌呤( d i 缩写为A) 胸腺嘧啶(thymine,缩写为T), 胞嘧啶(cytosine,缩写为C), 鸟嘌呤(guanine,缩写为G) 。
DNA N 的 三 种 主 要 构 象在B、A等右手双螺旋构型中,糖苷键均为反式构象。而Z-DNA中嘧啶糖苷键 仍为反式构象,而嘌呤糖苷键为顺式构象。 A-DNA、B-DNA、Z-DNA不只是代表了单一构象,而是代表了一组相关构象, 这一组相关构象称为构象家族。
天然DNA分子在生物体内存在形式有:线形:真核生物的染色体DNA, 真核生物的染色体 部分原核生物的染色体DNA环状(ccc-DNA):大部分原核生物的染色体DNA, 大 原核生物的染色体 全部线粒体和叶绿体DNA, 细菌的质粒DNA病毒和噬菌体:线形DNA/环状DNA ccc-DNA;oc-DNA;l-DNAp19
二、DNA变性DNA变性(p17) 是指双螺旋之间氢键断裂,双螺旋解开,形成 是指双螺旋之间氢键断裂 双螺旋解开 形成 单链无规则线团,因而发生性质改变(如粘度 下降,沉降速度增加,浮力上升,紫外吸收增 下降 沉降速度增加 浮力上升 紫外吸收增 加等),称为DNA变性。 条件: 加热; 改变DNA溶液的pH; 有机溶剂(如乙醇、尿素、甲酰胺及丙酰胺 等)等理化因素。 等)等理化因素
描述DNA特性所常用的两个量 : 增色效应(hyperchromic effect) 通常,可利用DNA变性后波长260nm处紫外吸收的变化追踪变性过程。因为 DNA在260nm处有最大吸收值这一特征是由于含有碱基组成的缘故,在DNA 双螺旋结构模型中碱基藏于内侧,变性时由于双螺旋解开,于是碱基外露, 260nm紫外吸收值因而增加,这一现象称为增色效应。DNA的增色反应
融解温度(melting temperature, Tm)p18如果升高温度使DNA变性,以温度对紫外吸收作图,可得到一条曲线,称 为溶解曲线。 由图可见当温度升高到一定范围时,DNA溶液在260nm处的吸光度突然明 显上升至最高值,随后即使温度继续升高,其吸光度也无明显变化。 由此说明DNA变性是在一个很窄的温度范围内发生,增色效应是爆发式的。 说明 变性是在 个很窄的 度范围内发 增 效应是爆发式的 从而也说明当达到一定温度时,DNA双螺旋几乎是同时解开的。 通常人们把50%DNA分子发生变性的温度称为变性温度(即熔解曲线中点 对应的温度),由于这一现象和结晶的融解相类似,故又称融点或融解温 度(melting temperature, Tm)。因此Tm是指消光值上升到最大消光值 一半时的温度。 Tm不是一个固定的数值,它与很多因素有关:pH、离子强度和DNA的碱 基比例。
DNA的Tm值
DNA的Tm值与以下因素有关: 1)DNA的均一性:均一DNA如病毒DNA,解链发生在很窄的范 围内,而不均一的DNA如动物细胞DNA其Tm值的范围则较宽。 2)DNA分子中(G+C)的含量:一定条件下DNA的Tm值,由 G+C含量所决定,因为G+C之间有3个氢链,因此G+C含量较高 的DNA,Tm值较高,二者的关系可用以下经验式表示: %(G+C)=(Tm-63.0)×2.44。 实验表明DNA分子中(G+C)克分子含量百分比的大小与Tm 值的高低呈直线关系,见图。 3)溶剂的性质:Tm不仅与DNA本身性质有关,而且与溶液的条 件有关,通常溶液的离子强度较低时,Tm值较低,融点范围也 较宽,离子强度增高时,Tm值长高,融点范围也变窄。因此, DNA制剂不应保存在离子强度过低的溶液中,一般保存在1 M NaCl溶液中较稳定。
DNA的Tm值与G-C含量的关系
三、复性与杂交变性DNA只要消除变性条件,二条互补链还可以重新 结合,恢复原来的双螺旋结构,这一过程称为复性 (renaturation)或退火(reannealing)p18 复性是基因工程中很有意义的特性 : 显示不同生物体间的遗传相关性 ; 检测特定的DNA ; 考察某些序列在特定生物体DNA中是否出现一次 以上 ; 确定特定碱基序列在DNA中的位置等。
复性必须有两个条件 : ①盐浓度必须高到足以消除两条链中的磷酸基团的静 电斥力,通常用 0.15~0.5 M NaCl。 ②温度必须高到足以破坏其随机的链内氢键,但温度 不能太高,否则不能形成和维持稳定的链间碱基配对。杂交(hybridization): 当复性DNA分子由不同的两单链分子形成时, 复性称为杂交
热变性过程和两种冷却过程示意图
四、DNA的复制细胞分裂的遗传物质准确地进行复制并代代相传。 DNA不仅能准确复制,而且复制速度很快: 因为DNA双链打开后,每一条单链都可以作为模 板,合成两条结构完全相同的双股 板,合成两条结构完全相同的双股DNA链 ; 链 细菌细胞每秒钟约有500个dNTP发生作用,哺乳 动物细胞每秒钟约有50个dNTP发生作用。 复制的准确性及快速是由于复制过程的进行有其特定 的方式,有多种酶及复制因子参与反应 --DNA的复 制过程十分复杂 。
复制起始点(origin,ori):每一种生物 每一种生物DNA的复制总是从特定的位点起始, 这 的复制总是从特定的位点起始, 个位点具有一定的核苷酸序列,将此核苷酸序列区 称为~ (P20) 。 原核生物只有一个起始点,而真核生物具有多个复 制起点。复制子(复制单位)p21:从复制起始点开始复制出一个DNA分子或一个DNA 片段的核苷酸序列称为~ 片段的核苷酸序列称为 (P21) 。
DNA半保留复制
Figure 12.7a Characteristics of replication in E. coli:– At the replication fork, DNA polymerase III th li ti f k l builds the new strands in the 5’-3’ direction. – New nucleotides are only added to 3’ hydroxyl groups of other nucleotides. (creates a problem)Formation of the leading strand3' 5' Newly synthesized leading strand DNA polymerase III 5' 3'5' Replication fork
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