第一篇：DNA與染色體

第一章 核酸的化學(xué)組成與共價(jià)結(jié)構(gòu)

一、 核酸的化學(xué)組成

（一）堿基（Bases）：嘧啶堿和嘌呤堿

? ? ? ?其中每個(gè)堿基都有兩種可選的異構(gòu)狀態(tài)，不過(guò)嘌呤和嘧啶環(huán)上的氮原子一般以氨基形式存在檐晕，而不是亞氨基圈驼；鳥(niǎo)嘌呤和胸腺嘧啶的氧原子以酮式存在匣椰，很少以烯醇式形存在顺呕。

（二）核苷（Nucleosides）：糖與堿基之間以糖苷鍵相連

? ? 核糖核苷

? ? 脫氧核糖核苷

（三）核苷酸（Nucleotides）： 核苷與磷酸合成核苷酸

? ? ? 核糖核苷酸

? ? ? 脫氧核糖核苷酸

二、核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)

（一）DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)：DNA分子中的核苷酸序列

? ? ? ? ? DNA分子以 3’必指，5’-磷酸二酯鍵相連囊咏，形成5’-末端為自由的磷酸基團(tuán)5: ，3’-末端為自由的羥基的鏈狀結(jié)構(gòu)

（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

三、雙螺旋模型的特征

1梅割、主鏈：

（1）DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成

（2）兩條主鏈圍繞同一中心軸相互纏繞霜第，形成雙螺旋，螺旋方向?yàn)橛沂致菪?/p>

（3）糖-磷酸主鏈位于雙螺旋的外側(cè)户辞，堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)泌类；

（4）堿基對(duì)平面與螺旋軸垂直

2、堿基配對(duì)：

? (1)堿基互補(bǔ)配對(duì)

3底燎、螺旋參數(shù)：

（1）每一圈螺旋含10個(gè)堿基對(duì)

（2）雙螺旋螺距為3.4nm刃榨，上下相鄰堿基的垂直距離為0.34nm，交角為36°

（3）螺旋直徑為2nm

4书蚪、大溝和小溝

? ? ? 大溝：寬2.2nm

? ? ? 小溝 ：寬1.2nm

四喇澡、維持DNA雙螺旋的作用力

? DNA的骨架由于帶有負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)，所以在電荷沒(méi)有被中和的情況下殊校，雙鏈之間存在不穩(wěn)定因素—靜電斥力。

1读存、氫鍵（Hydrogen bonding）

2为流、堿基堆積力：堆積堿基間的疏水作用

3、其他作用因素：（1）范德華力让簿；（2）磷酸基的負(fù)電荷斥力

五敬察、DNA雙螺旋的多種形式

B-DNA: Watson-Crick 模型

A-DNA: 在較低的濕度下形成；RNA-RNA尔当、RNA-DNA雜交分子具有A-DNA這種結(jié)構(gòu)

Z-DNA: 左手螺旋的雙螺旋DNA莲祸，其糖-磷酸骨架呈Z字形

第二章 DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)

一、超螺旋DNA（Superhelix DNA）

1椭迎、定義：DNA雙螺旋自身盤(pán)繞而形成的空間結(jié)構(gòu)

2. 功能：

（1）超螺旋DNA具有更為致密的結(jié)構(gòu)锐帜，可以將很長(zhǎng)的DNA分子壓縮到染色體中

（2）對(duì)DNA的穩(wěn)定性具有十分重要的意義

3. 正超螺旋和負(fù)超螺旋

(1)? 負(fù)超螺旋（negative supercoil）：盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反

(2) 正超螺旋（positive supercoil）: 盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方同相同

4. 超螺旋的定量描述

? White 方程：L=T+W

（1）連接數(shù)（linking number , L）DNA閉環(huán)前兩條鏈交叉的次數(shù)

（2）扭轉(zhuǎn)數(shù)（twisting number , T）DNA分子中的Watson-Crick螺旋數(shù)目

（3）超螺旋數(shù)（纏繞數(shù) , writhing number , W）雙螺旋DNA自身盤(pán)繞的次數(shù)

二、拓?fù)洚悩?gòu)體（Topoisomers）

? ? ? ? 具有不同連接數(shù)的相同DNA分子

三畜号、拓?fù)洚悩?gòu)酶 (Topoisomerase)

? 能夠改變DNA連接數(shù)從而改變DNA分子超螺旋水平的酶

1缴阎、I型拓?fù)洚悩?gòu)酶 :

? ? ? ?作用機(jī)制：切開(kāi)環(huán)狀一條鏈，連接數(shù)改變±1简软，不需ATP

2蛮拔、Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶:

? ? ? ?作用機(jī)制： 切開(kāi)環(huán)狀兩條鏈，連接數(shù)改變±2痹升，需要ATP

第三章 真核生物的染色體及其組裝

? 大多數(shù)真核細(xì)胞是二倍體建炫，同一個(gè)染色體的兩個(gè)拷貝叫做同源染色體。當(dāng)然也存在某些單倍體或多倍體細(xì)胞疼蛾，如卵細(xì)胞和巨核細(xì)胞（一種產(chǎn)生血小板的細(xì)胞）肛跌。

一、染色體和染色質(zhì)

1、染色質(zhì)（chromatin）

? ? ? 指間期細(xì)胞核內(nèi)由DNA惋砂、組蛋白妒挎、非組蛋白組成的線(xiàn)性復(fù)合結(jié)構(gòu), 是間期細(xì)胞遺傳物質(zhì)存在的形式。

2西饵、染色體(chromosome):

? 指細(xì)胞在有絲分裂或減數(shù)分裂過(guò)程中, 由染色質(zhì)聚縮而成的棒狀結(jié)構(gòu)酝掩。

3、二者關(guān)系

（1）染色質(zhì)與染色體具有基本相同的化學(xué)組成眷柔，但包裝程度不同期虾，構(gòu)象不同。

（2） 染色質(zhì)與染色體是在細(xì)胞周期不同的功能階段可以相互轉(zhuǎn)變的的形態(tài)結(jié)構(gòu)

二驯嘱、真核生物的染色質(zhì)

常染色質(zhì)（Euchromatin）:

? ? ? 間期細(xì)胞核中镶苞，螺旋化程度小、分散度大鞠评、淺染的染色質(zhì)

? ? ? 特點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄活躍

2茂蚓、 異染色質(zhì)(Heterochromatin）:

? ? ? 間期高度壓縮，螺旋化程度高剃幌、深染的染色質(zhì)

? ? 特點(diǎn)：高度濃縮聋涨、 轉(zhuǎn)錄不活躍、在細(xì)胞周期中表現(xiàn)為晚復(fù)制(晚S期)负乡、早凝縮

? （1）組成性異染色質(zhì)（結(jié)構(gòu)性異染色質(zhì)）

? ? 在整個(gè)細(xì)胞周期內(nèi)都處于凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)牍白，（主要為衛(wèi)星DNA，構(gòu)成染色體特殊區(qū)域抖棘，如著絲粒）

（2）功能性異染色質(zhì)（兼性異染色質(zhì)）

? ? 指在某些特定的細(xì)胞中茂腥，或在一定的發(fā)育時(shí)期和生理?xiàng)l件下凝聚，由常染色質(zhì)轉(zhuǎn)變而來(lái)的異染色質(zhì)切省，如X 染色體最岗，巴氏小體，是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的一種途徑

三数尿、染色體的結(jié)構(gòu)（chromosome structure）

1仑性、有絲分裂期的染色體

2、著絲粒（Centromere)

? 指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位,是紡錘體附著位點(diǎn)右蹦。

(1)功能：著絲粒指導(dǎo)一個(gè)精細(xì)的蛋白質(zhì)復(fù)合體---動(dòng)粒的形成诊杆，動(dòng)粒結(jié)合微管，打動(dòng)姐妹染色體分別進(jìn)入不同的子細(xì)胞中何陆。保證有絲分裂和減數(shù)分裂中復(fù)制的染色體平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞

(2)著絲粒DNA：

? ? 特點(diǎn)：含大量串聯(lián)的重復(fù)序列---衛(wèi)星DNA

? ? ? ? 酵母著絲粒DNA：為單一序列 (200bp)晨汹，88bp富含AT序列+兩側(cè)保守區(qū)

? ? ? ? 哺乳動(dòng)物著絲粒DNA：長(zhǎng)序列+大量的重復(fù)序列

3、端粒（Telomere）

? 是真核生物染色體末端的起保護(hù)作用的一種特殊結(jié)構(gòu)

? （1）功能：保持染色體的穩(wěn)定性

（2）端粒DNA：

? ? ? 特點(diǎn)：短串聯(lián)重復(fù)序列贷盲，人類(lèi)的端粒具有5-TTAGGG-3重復(fù)序列淘这、富含GC剥扣、形成特殊的二級(jí)結(jié)構(gòu)

四、真核生物染色體和染色質(zhì)的組成

? 化學(xué)組成： DNA / protein（蛋白質(zhì)）

（一）蛋白質(zhì)：非組蛋白铝穷、組蛋白：H2A / H2B / H3 / H4/ H1

非組蛋白

(1) HMG蛋白(High mobility group protein)

? ? ? 特點(diǎn): 相對(duì)分子質(zhì)量小, 在凝膠電泳中遷移速度快

? ? ? 作用: 可能與DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)

(2) DNA結(jié)合蛋白

(3) A24非組蛋白：位于核小體內(nèi),功能不詳

（二）組蛋白（Histones）

1钠怯、種類(lèi)：核心組蛋白：H2A, H2B, H3 和 H4? ? ? 非核心組蛋白：H1

2、組蛋白的特點(diǎn)：

（1）分子量惺锬簟（核心組蛋白：10-20 kDa 晦炊； H1 ：約23 kDa ）

（2）高度保守

（3）核心組蛋白都有一個(gè)保守的組蛋白折疊結(jié)構(gòu)域

（4）堿性蛋白（20-30% Lys / Arg），帶正電荷

（5）組蛋白肽鏈上氨基酸的分布具有不對(duì)稱(chēng)性宁脊，組蛋白N端尾巴

（6）核心組蛋白的可進(jìn)行組蛋白修飾: 組蛋白乙醵瞎化、組蛋白甲基化榆苞、組蛋白磷酸化

五稳衬、染色體的組裝

（一）核小體（Nucleosome）

? 1、在真核細(xì)胞中大多數(shù)DNA被包裝成核小體坐漏。核小體由8個(gè)組蛋白形成核心薄疚，147bp的DNA（核心DNA）圍繞1.65圈。核小體之間的DNA稱(chēng)為連接DNA仙畦，這段沒(méi)有被包裝的DNA一般參與基因表達(dá)输涕、復(fù)制或重組，常與調(diào)控過(guò)程的非組蛋白結(jié)合慨畸。

? 組蛋白核心是帶正電荷的小分子八聚體蛋白質(zhì)（含有大量的精氨酸或賴(lài)氨酸）與骨架帶有負(fù)電荷的DNA結(jié)合。H2A衣式、H2B寸士、H3、H4是核心組蛋白碴卧。

特定的酶負(fù)責(zé)組蛋白的修飾弱卡，經(jīng)過(guò)修飾的組蛋白尾巴能夠聚集特異性蛋白質(zhì)到染色質(zhì)上。住册、

組蛋白的變構(gòu)體影響核小體的功能婶博。

2、核小體的組裝

? 核小體組蛋白八聚體核心： (H2A /H2B / H3 / H4×2) 荧飞，146bp DNA 凡人。

? ? ?在細(xì)胞中H3、H4結(jié)合成四聚體叹阔，先和DNA的中部和末端的小溝處結(jié)合挠轴，然后與兩個(gè)H2A、H2B組成的二聚體構(gòu)成核小體耳幢。每個(gè)核心組蛋白有一個(gè)N端尾巴延伸出來(lái)岸晦。暴露的尾巴對(duì)于DNA與組蛋白八聚體的集合不是必需的，但是尾巴上有許多可供修飾的位點(diǎn)，可以改變核小體的功能启上。

? ? ? ?一旦核小體形成邢隧，DNA包裝的下一步就是與組蛋白H1結(jié)合。H1分別與核小體一端的連接DNA及核小體結(jié)合DNA的中部DNA螺旋結(jié)合冈在，加強(qiáng)核小體與DNA的緊密結(jié)合倒慧，增強(qiáng)了對(duì)于核小體DNA的保護(hù)，可以穩(wěn)定核小體進(jìn)一步的高級(jí)結(jié)構(gòu)—30nm纖絲讥邻，由核小體圓盤(pán)堆疊成螺旋狀構(gòu)成迫靖，每圈大約有6個(gè)核小體。缺少組蛋白N端尾巴的核心組蛋白不能形成30nm纖絲兴使。?

? ? ? ? DNA與組蛋白八聚體的相互作用是動(dòng)態(tài)的系宜，即DNA會(huì)從核小體上間歇性地釋放。在核小體重塑復(fù)合體的作用下发魄，利用ATP水解為能量改變核小體的位置盹牧。滑動(dòng)励幼、轉(zhuǎn)移汰寓。但是某些核小體是出于特定位置的。

（二）10nm纖絲

（三） 螺線(xiàn)管（30nm 纖絲）

（四）突環(huán)（loop）：螺線(xiàn)管結(jié)合到核骨架染色體骨架上形成突環(huán)

第四章 原核生物染色體

? 典型的原核細(xì)胞的染色體只有一個(gè)完整拷貝苹粟，另外經(jīng)常帶有質(zhì)粒結(jié)構(gòu)有滑。

一、原核生物染色體的組成（E.coli）

1嵌削、擬核（nucleiod）

? ? DNA: 閉合環(huán)狀 （closed circular）毛好、濃縮 （30-50 mg/ml）

2、DNA domains/loop

? ? ? ? 50-100 DNA 結(jié)構(gòu)域/loop苛秕，每個(gè) loop都保持相對(duì)獨(dú)立性 Why肌访？

? ? ? 有兩點(diǎn)被結(jié)合蛋白固定在膜蛋白復(fù)合體上

第五章 核酸的性質(zhì)

一、酸堿性質(zhì)：

1艇劫、DNA等電點(diǎn)4~4.5吼驶；

2、RNA 等電點(diǎn) 2~2.5店煞；

3蟹演、帶負(fù)電荷

4、在電泳過(guò)程中由負(fù)極向正極移動(dòng)

二浅缸、浮力密度 (buoyant density)

三轨帜、紫外吸收：

? DNA在260nm處有最大吸收值，堿基是造成吸收的主要原因衩椒。但是當(dāng)雙鏈結(jié)構(gòu)變成單鏈時(shí)會(huì)使得該處的吸收值增大蚌父，稱(chēng)為增色效應(yīng)哮兰。 吸光度增加到最大值的一半時(shí)的溫度叫做DNA的熔點(diǎn)，用Tm表示苟弛。Tm值是DNA的特征常熟喝滞，很大程度上與DNA中GC含量以及溶液中的離子強(qiáng)度有關(guān)

四、應(yīng)用：

(1) 核酸的定量

? 1mg/ml：A260 =20（dsDNA）

? 1mg/ml：A260 =25（ssDNA/RNA）

(2) DNA純度的鑒定

? A260 / A280 =1.8膏秫，pure dsDNA

? A260 / A280 =2.0右遭，pure RNA

? ? A260 / A280 <1.0，pure protein

五缤削、核酸的變性和復(fù)性

（一）變性 (Denaturation) ：核酸雙螺旋區(qū)的氫鍵斷裂窘哈，變成單鏈，不涉及共價(jià)鍵斷裂亭敢。

1滚婉、 堿處理 （alkali）

? ? ? DNA：酮 （keto）? ? ? 烯醇式 （enolate）→ 變性

2、 化學(xué)試劑? ? ? ? ? ? ? 尿素（Urea）帅刀， 甲酰胺（formamide）等? ? ?

3让腹、熱變性（Thermal denaturation）

? ? （1）熔解溫度（Tm）：DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度。

? ? （2）影響DNA的Tm值的因素

? ? ? ? ? ? ① DNA均一性

? ? ? ? ? ? ? ? 均一性高扣溺，變性的溫度范圍越窄骇窍，據(jù)此可分析DNA的均一性

? ? ? ? ? ? ? ② G-C含量與Tm值成正相關(guān)

? ? ? ? ? ? ? ③ 介質(zhì)中離子強(qiáng)度：離子強(qiáng)度高，Tm高

（二）復(fù)性（Renaturation）

? ? 變性DNA在適當(dāng)（一般低于Tm 20-25℃）條件下锥余，兩條鏈重新締合成雙螺旋結(jié)構(gòu)腹纳。

1、影響復(fù)性的因素

（1）溫度驱犹。熱變性DNA在緩慢冷卻時(shí)可以復(fù)性只估，快速冷卻不能復(fù)性。

（2） DNA片段長(zhǎng)度着绷。DNA片段越大，復(fù)性越慢锌云；

（3）DNA濃度荠医。DNA濃度越大，復(fù)性越快桑涎。