分子生物学第二章DNA结构与复制

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1、2.2DNA的结构核酸的结构及其功能DNA-遗传的物质基础，基因是具有特定生物功能的核苷酸序列，基因通过转录和翻译能够使亲代的性状准确地在子代表现出来。DNA的此种功能与其分子结构是密切相关。2.2.1DNA的一级结构1.DNA的化学成分2.DNA和RNA化学成分的比较3.核苷酸的结构4.DNA的一级结构（1）DNA一级结构的表示法（2）DNA碱基组成的Chargaff规则（1949）ErwinChargaff用纸层析技术分析DNA的核苷酸组分：(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A=T；(2)鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数也相等，即G=C；(3)含氨基的

2、腺嘌呤和胞嘧啶总数等于含酮基的鸟嘌呤和胸腺嘧啶总数，即A+C=T+G；(4)嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T；所有DNA中碱基组成必定是A=T，G=C，这一规律暗示A与T，C与G相互配对的可能性，为Watson和Crick提出DNA双螺旋结构提供了重要依据。（3）DNA和RNA一级结构的比较2.2.2DNA的二级结构DNA的二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。在DNA二级结构与高级结构间或高级结构的各种构象间存在一个动力学平衡。Z-DNA调控基因转录的两个模式DNA的双螺旋结构的意义该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定

3、性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。2.3DNA的复制研究证明生命的遗传实际上是染色体DNA自我复制的结果。而DNA自我复制主要是通过半保留复制来实现的，是一个以亲代DNA分子为模板合成子代DNA链的过程。即细胞分裂时，通过DNA自我复制将亲代细胞所含有遗传信息传递到子代细胞。双链DNA的复制包括复制的起始、延伸和终止三个阶段，并需要拓扑异构酶、解链酶、单链结合蛋白、引物合成酶、DNA聚合酶及DNA连接酶等酶和蛋白质的参与。2.3.1DNA的半保留复制Watson和Cric

4、k提出DNA双螺旋结构模型的同时对其复制过程进行了探讨。DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。新合成2条DNA链的核苷酸序列和亲代DNA链完全相同。因此，每子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，DNA这种复制方式叫做DNA的半保留复制。氯化铯密度梯度离心法：由于15N-DNA分子的密度比普通DNA的密度大，在氯化铯密度梯度离心时，这两种DNA分子形成位置不同的区带。结果证实：无论原核还是真核生物DNA都是以半保留复制方式遗传的2.3.2复制的起点、方向和速度DNA复制时，双链DNA要解开

5、成两股链分别进行，所以，这个复制起始点呈现叉子的形式，被称为复制叉。DNA的复制是由固定的起始位点开始的。复制子是生物体DNA复制的基本单位，一个复制子只含一个复制起始位点。复制叉从复制起点开始沿着DNA链连续移动，起始点可以启动单向复制或者双向复制，这主要取决于在复制起点形成一个还是两个复制叉。复制起始点的特点1.富含AT：测定细菌、酵母、线粒体和叶绿体DNA中的复制起始点核苷酸序列，发现复制起始点富含AT序列，它可能有利于DNA复制启动时双链的解开。2.细菌、病毒和线粒体DNA分子只有一个复制起始点，即只有一个复制子。3.真生物基因组DNA有多个

6、复制起点，可以同时在多个复制起点上进行双向复制，其大小为40-100kb/个。复制叉移动方向放射性自显影法：对于大基因组内的不确定区域，两次连续的放射脉冲可以用来标记复制的移动。如果一个脉冲比另一个脉冲强，我们可以用相对的标记强度来区分，这些可用放射自显影观察。单向复制：在复制眼的一端，一种类型的标记后紧跟着另一种标记；双向复制：在复制眼的两端产生一种（对称的）模式。在真核生物中普遍存在。DNA链复制过程示意图2.2.3DNA复制的几种主要方式生物体内DNA双链的复制大都是以半保留方式进行的；但是不同生物DNA分子存在形式各不相同，如大小、线性分子、

7、环状分子、功能差异，因而反映在复制方式上的差异。绝大多数DNA复制是以复制叉的形式进行的。线性DNA双链的复制研究表明DNA聚合酶还是RNA聚合聚合酶都只从5`端向3`端移动；体内DNA复制时，由一段RNA引物起始DNA合成，起始后RNA引物被切除，使子链短于母链。切除后的5`端缺口如何合成？这就提出了线性DNA末端复制的问题。寿命缩短？线性DNA末端复制的特殊机制（1）线性复制子转变为环状或多聚分子：T4噬菌体DNA通过其末端的简并性使不同链的3端因互补而结合。DNA聚合酶作用填满其缺口，再经DNA连接酶作用生成二联体。（2）DNA末端形成发夹式结

8、构，是该分子没有游离的末端。如草履虫线粒体DNA。（3）某种蛋白启动复制腺病毒DNA分别在分子两端启动复制，