细胞生物大分子的结构与功能.ppt

三链DNA的生物学功能 （1）控制基因转录：通过引入寡核苷酸形成三链，作用于转录子、增强子和启动子区，增强或抑制基因的转录，是在转录水平调节基因表达的有效手段。可用于治疗癌症、艾滋病、病毒性感染等。 （2）保护靶序列防止酶切：某些位点形成三链可防止被酶切割，这种保护作用是可逆的。 （3）充当分子剪刀：形成第三链的寡聚脱氧核苷酸，可充当切割靶序列的分子剪刀，在寡聚脱氧核苷酸的末端连接一化学试剂，通过氧化等作用可使双链断裂产生特意性片断，比限制性内切酶识别位点长，具有更高的精确性与专一性。 4、DNA的四链结构 染色体端粒DNA的末端，一般由5～8bp的短核苷酸重复构成，这种序列中富含鸟嘌呤残基，通过X-射线衍射分析与核磁共振研究，存在(T/A)mGn（m=1~4,n=1~8）序列的单链DNA，可以形成分子内或分子间的四螺旋结构。由于端粒的这种结构由G之间的氢键构成，故称G-四联体螺旋（G-quadruplex）。 G-四联体螺旋的基本单元是G-四联体（G-quarter）,由四个鸟嘌呤通过Hoogsteen氢键在一正方形平面内连接而成，每一个G都可作为氢键的供体和受体。在四联体的中心存在由4个带负电的羰基氧原子围成的“口袋”，是配位结合阳离子相互作用的位点。连续的G-四联体的堆积，通过折叠可形成分子内四联体螺旋、双分子间四联体螺旋、四分子间四联体螺旋甚至更高级的结构。 G-四联体螺旋DNA在热力学和动力学上都很稳定，这是与配位离子的类型有关，与“口袋”内径相匹配的离子才能较好的与其相互作用。单价离子的稳定作用依次为K+＞Na+＞Cs+＞Li+。 5、DNA的三级结构 包括单链形成分子内的多种螺旋和环状结构，环状分子的打结，超螺旋和连环体等拓扑构型，线性双链可能存在的弯曲和超螺旋。 DNA的线性序列负载遗传信息，而紧缩的超螺旋结构存储着生物学过程必需的能量和信息，是一种重要的功能态，对复制、转录、重组等重要生物学过程的研究，都需要对超螺旋DNA了解，才能进而更多地揭示这些过程的本质。如超螺旋产生的局部张力，可以影响双链DNA的结构，形成Z-DNA、发夹结构、十字状等构象，使正常细胞中的DNA回文结构从规则的螺旋中显现出来，成为一个识别信号。 DNA的超螺旋结构是DNA三级中最常见的形态。正常的DNA双螺旋由于解旋或增旋产生的张力，促使DNA内部的原子位置重新排列，导致DNA分子本身发生卷曲而称为超螺旋（superhelix）。由解旋形成的超螺旋为右手超螺旋，又称负超螺旋；由增旋形成的超螺旋为左手超螺旋，又称正超螺旋。 DNA超螺旋一般由2种形式，一是双链闭环DNA形成的相互盘绕式超螺旋，此种DNA较小，大都存在于质粒、线粒体、叶绿体和某些病毒中；二是螺旋管式超螺旋，存在于真核细胞染色质中，在染色质中DNA环绕组蛋白形成核小体。 四、核酸的结构与功能 核酸（nucleic acid）的发现及研究历史是生命科学最令人激动和兴奋的成就。 核酸的种类及其成分 种类：RNA（ribonucleic acid）、DNA（deoxy ribonucleic acid ）。 成分：碱基（base）、戊糖（pentose）、核苷（nucleoside）、核苷酸（nucleotide） 表示方法、书写、阅读方向 nucleic acid nucleotide nucleoside phosphate purine base base ribose amyl sugar deoxyribose pyrimidine base β-D-核糖 β-D-2-脱氧核糖 分子生物学发展史上的重大事件 （一）DNA的结构 1、DNA的一级结构及序列测定 DNA的一级结构储存着生物的遗传信息，是结构基因组的基础。 DNA是十分巨大的生物高分子。一般地，每个细胞中DNA的碱基对随着生物进化水平的上升而相应增加。若以长度表示DNA分子大小，则1μm=2×106（相对分子质量）；若以碱基对表示DNA分子大小，则1bp＝6.3×102（相对分子质量）。天然DNA分子小的长几千碱基对，大的则几十亿个碱基对。 DNA的核苷酸序列测定 1965年，Robert W.Holley运用“片断重叠法”（RNase A和RNase T1 ）首次研究了酵母丙氨酸tRNA（77nt）的一级结构。 物理图谱 DNA的化学法测序 1977年Maxam 和Gilbert利用硫酸二甲酯和肼着两种试剂特异修饰碱基，然后用哌啶切断反应碱基的多核苷酸链，产生一套长短不等的片断后分析比较。 化学裂解法测定DNA的核苷酸序列 DNA的酶法测序 （1）加减法：1975年Frederick Sanger利用特异DNA聚合酶测定了噬菌体φX17