第04章核苷酸和核酸(药学系).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、核酸的发现和研究工作进展,1868年,Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素”,1944,年 Avery等人,证实DNA是遗传物质,1953年 Watson和Crick,发现DNA的双螺旋结构,1968年,Nirenberg,发现遗传密码,1975年,Temin和Baltimore,发现逆转录酶,1981年,Gilbert,和,Sanger,建立DNA 测序方法,1985年 Mullis,发明PCR 技术,1990年 美国启动,人类基因组计划(,HGP),1994年 中国人类基因组计划启动,2001年 美、英等国,完成人类基因组计划基本框架,二、核酸的分类及分布,90%,以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。,分布于胞核、胞液。,(deoxyribonucleic acid,DNA),(ribonucleic acid,RNA),脱氧核糖核酸,核糖核酸,携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。,参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。,三、核酸的组成,磷酸,戊糖 核苷酸 核酸,核苷,碱基,磷酸 戊糖 碱基,RNA 有 D核糖 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶,(ribose)(A)(G)(C)(U),DNA 有 D-2-脱氧核糖 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶,(deoxyribose)(A)(G)(C)(T),腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶,胸腺嘧啶,尿嘧啶,稀有碱基,5-甲基胞苷,N,6,-甲基腺苷,N,2,-甲基鸟苷,5-羟甲基胞苷,肌苷,假尿苷,7-甲基鸟苷,4-硫代尿苷,（二）戊糖,醛型,呋喃型,戊 糖,（构成RNA）,1,2,3,4,5,核糖(ribose),（构成DNA,）,脱氧核糖(deoxyribose),（三）,核苷,（nucleoside),1.由碱基和戊糖缩合而成，通过糖苷键(N糖苷键)连接。（核糖C,1,的半缩醛羟基与N,9,-H或N,1,-H脱水缩合）,核糖核苷（ribonucleside or riboside),脱氧核糖核苷（deoxyribonucleside or deoxyriboside),简称 脱氧核苷（deoxynucleside）,（四）,核苷酸,(nucleotide）,1.由核苷的戊糖羟基与磷酸缩合而成(被磷酸酯化)。,2.通常磷酸是连接在核糖的5位，但RNA在碱解下，可得到2，3核苷酸，DNA只有5，3两种。,1.核苷(ribonucleoside)的形成,碱基和核糖（脱氧核糖）通过,糖苷键(,glycosidic bond,),连接形成核苷（脱氧核苷）。,1,1,返回,核苷酸：,AMP,GMP,UMP,CMP,脱氧核苷酸：,dAMP,dGMP,dTMP,dCMP,2.核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名,核苷（脱氧核苷）和磷酸以,磷酸酯键,连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。,腺苷5 -单磷酸酯,腺苷2,3-环单磷酸酯,二、核苷酸的生物学功能,1.作为核酸的单体。,2.细胞中的携化学能(carry chemical energy)核苷酸,(1)ATP 有两个高能磷酸键,可水解释放能量（30 kJ/mol)。还是很好的磷酰化剂，是许多生化反应的激活步骤。,(2)GTP也是高能化合物，磷酰基供体。,核苷,5,-单磷酸、,5,-二磷酸和,5,-三磷酸,3核苷酸是许多酶的辅因子的结构成分例：腺嘌呤核苷是辅酶A、辅酶NAD、NADP、FAD等的成分。,4.一些核苷酸是细胞通讯的媒介(1)cAMP，cGMP第二信使,(2)ppGpp:抑制rRNA和tRNA分子的合成,第二节磷酸二酯键与多核苷酸,磷酸二酯键(phosphodiester linkage),（1）DNA和RNA是由核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接起来的。,（2）多核苷酸具有极性，并有独特的5、3末端。,寡核苷酸(oligonucleotide)：,50核苷酸残基,多核苷酸(polynucleotide):,50核苷酸残基,5,端,3,端,核苷酸的连接,核苷酸之间以,3，5,磷酸二酯键,连接形成多核苷酸链，即核酸。,C,G,A,A,G,P,5,P,T,P,G,P,C,P,T,P,OH 3,书写方法,5,p,A,p,C,p,T,p,G,p,C,p,T,-,OH,3,5,A C T G C T,3,第三节碱基的性质和核酸结构,一、碱基的性质,游离碱基的同分异构形式：,内酰胺,内酰亚胺,双内酰亚胺,碱基环上有共扼双键,紫外吸收：,最大吸收波长260nm。,具有疏水性：碱基堆积力(base stacking)综合了范德华氏力和偶极作用两种作用力，这种堆积降低了碱基与水的接触,稳定核酸的三维结构。,Watson-Crick碱基对：1953年，James Watson和 Francis Crick确定A与T，G与C之间形成氢键。,第四节 DNA结构,一、DNA储存遗传信息的证实,1944年，O.T.Avery等证实DNA携带遗传信息,肺炎双球菌：光滑有荚膜致病，粗糙无荚膜无毒,1952年，Alfred D.Hershey和Meatha Chase作的噬菌体感染大肠杆菌实验,二、各物种DNA有着独特的碱基组成,20世纪40年代后期，Erwin Chargaff通过对各生物碱基组成分析，提出下列结论：,1.不同物种间DNA碱基组成一般不同（有种的特异性）,2.同一物种不同组织的DNA样品有相同的碱基组成（无组织器官特异性）,3.物种DNA碱基组成不随年龄、营养状态和环境改变。,4.Chargaff定则：,(1)A=T,(2)G=C,(3)A+G=T+C,三、WatsonCrick DNA双螺旋结构,通过对碱基组成特点及DNA结晶的,X光衍射分析,1953年，Watson和Crick提出DNA,双螺旋结构模型,1.特点：,(1)两条链反平行相互缠绕的右手螺旋，螺旋上有大沟(major groove)和小沟(minor groove)。,(2)碱基在内侧，磷酸和核糖在外侧。,(3)螺旋直径2nm，相邻碱基距0.34nm，每圈10对碱基，螺距3.4nm。,(4),A与T配对,，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键。,返回,DNA双螺旋结构,返回,2.DNA双螺旋结构稳定的三种力,(1)氢键（横向作用力）,(2)碱基堆积力（纵向作用力）主要的、非特异性,(3)离子键,磷酸和钠、钾、镁离子，以及组蛋白结合使核酸结构稳定。,碱基互补配对原则,返回,3.由Watson和Crick提出的,DNA复制过程,四、DNA存在不同的三维结构形式,由于DNA分子的糖-磷酸主链中各单键对相邻键可以旋转、脱氧核糖五元环可折叠以及C-1N糖苷键的旋转，DNA的结构会发生改变。,DNA中一个核苷酸残基的构象受7个不同键影响：第4个键受糖环的限制，其余6个可自由旋转。,依据环上某一原子突出其他四个原子组成的平面，戊糖具有“内”、“外”构象，突出的原子如与C-5在一边称为“内”(endo)，在另一边称为“外”(exo)。,核苷酸残基中的嘌呤碱可取反式或顺式构象，而嘧啶碱一般取反式构象。,三种双螺旋DNA类型的比较,A型,B型,Z型,螺旋手性,右手性,右手性,左手性,分子形态,较平滑双螺旋,平滑双螺旋,Z字形扭曲,螺旋直径（nm）,2.6,2.0,1.8,碱基对/螺旋,11,10.5,12,碱基对上升高度(nm),0.26,0.34,0.37,碱基倾角,20,o,6,o,1,o,糖苷键构象,反式,反式,嘌呤顺式,嘧啶反式,碱基排列方向,朝内,朝内,外露,凹槽,大沟（窄、深）,小沟（宽、浅）,大沟（宽、深）,小沟（窄、浅）,一种沟（小沟、窄、深）,稳定存在条件,较高离子强度，相对湿度75 DNARNA杂交体,低离子强度，细胞中DNA的构象,五、与DNA碱基顺序相关的特殊结构,1.回文结构(palindrome),回文结构：正读反读含义一样。,如：上海自来水来自海上；,ROTATOR。,回文结构具有形成发卡结构(hairpin)与十字架结构(cruciform)的能力：,2.H-DNA:,具有多嘧啶-多嘌呤(poly pyrimidine-poly purine)和镜像重复的特点。,(1)CT或AG相间的镜像重复形成的H-DNA,(2)H-DNA能靠碱基配对形成三螺旋：存在于同一条链仅含嘌呤或嘧啶的长DNA链内。其中，两条链为嘧啶链，一条为嘌呤链，此时有一多嘌呤链处于不配对状态。,(3)Hoogsteen配对：1963年，Hoogsteen提出，参与Watson-Crick碱基对的核苷酸残基可形成一批额外的氢键：质子化的C与G,C中的G配对，T与A=T中的A配对。,嘌呤碱基中的,N,7,，,O,6,和,N,6,是参与在三链DNA中形成氢键的位点，称为,Hoogsteen位点,，此种非Watson-Crick配对称为,Hoogsteen配对。,Hoogsteen配对使三链DNA得以形成,在低pH下，三链DNA最稳定（C,G,.,C,+,需一个质子化的C）。,3.DNA特殊结构的作用：,许多识别特殊DNA顺序的DNA结合蛋白的结合位点内常含有回文顺序。,H-DNA常处在真核基因的表达调控区。,第五节,RNA,的种类与结构,一、RNA的种类、分布、功能,二、RNA的一般结构,1.单链线性:因碱基堆积，趋于,形成右手螺旋。,2.可与RNA或DNA互补配对,局部双螺旋（反向平行）：,RNA链间 GU配对较普遍,双螺旋发卡结构,M1RNA可能,的二级结构,三、mRNA的结构,.单顺反子mRNA（monocistronic mRNA）与多顺反子mRNA（polycistronic mRNA）:原核生物的mRNA如仅为一条肽链编码，称为单顺反子mRNA；为两条以上肽链编码则为多顺反子mRNA,hnRNA,内含子,(,intron,),mRNA,2.mRNA成熟过程,外显子,(,exon,),3.真核mRNA,结构特点,(1)5末端在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C,2,也是甲基化，形成,帽子结构,：,m,7,GpppN,m,-,。,(2)3末端有一个多聚腺苷酸,(polyA),结构，称为多聚A尾。,mRNA5,帽子结构,mRNA核内向胞质的转位,mRNA的稳定性维系,翻译起始的调控,帽子结构和,多聚A尾的功能,*rRNA,的种类（根据沉降系数）,真核生物,5S rRNA,28S rRNA,5.8S rRNA,18S rRNA,原核生物,5S rRNA,23S rRNA,16S rRNA,四、rRNA的结构,含量大，构成核糖体的骨架,核糖体的组成,原核生物（以大肠杆菌为例）,真核生物（以小鼠肝为例）,小亚基,30S,40S,rRNA,16S,1542个核苷酸,18S,1874个核苷酸,蛋白质,21种,占总重量的40%,33种,占总重量的50%,大亚基,50S,60S,rRNA,23S,5S,2940个核苷酸,120个核苷酸,28S,5.85S,5S,4718个核苷酸,160个核苷酸,120个核苷酸,蛋白质,31种,占总重量的30%,49种,占总重量的35%,*rRNA的结构,*,tRNA的一级结构特点,含 1020%稀有碱基，如 DHU,3末端为 CCA-OH,5末端大多数为G,具有 T,C,五、tRNA的结构,*,tRNA的二级结构,三叶草形,（cloverleaf pattern),氨基酸臂,DHU,环,反密码环,额外环,TC,环,氨基酸,臂,额外环,*tRNA的三级结构,倒L形,*酵母Phe tRNA的非Watson-Crick配对,第六节 核酸的变性、复性和杂交,一、DNA的变性与复性,.DNA的变性(denaturation):,定义,：,在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。,方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。,变性后其它理化性质变化：,OD,260,增高粘度下降,比旋度下降浮力密度升高,酸碱滴定曲线改变生物活性丧失,2.DNA复性(renaturation):,定义,在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。,退火（,annealing,）,如热变性的DNA两条链键还有十几个处于双螺旋联系时，经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火。为一级反应历程。,当变性DNA两条链完全分开时，复性是个二级反应历程,第一步缓慢,第二步较快,d,c,=,kc,2,(4-1),d,t,d,c,/d,t,复性速度微分（反应体系中单链DNA浓度的减少）,k,动力学常数,c,以核苷酸Molar表示的单链DNA浓度,式,(4-1)的积分，得：,c,1,=,(4-2),c,0,1+,k,c,0,t,当反应完成时，,c,/,c,0,=1/2,1,1,=,2,1+,k,c,0,t,1/2,整理得,c,0,t,1/2,/,k,=K,(4-3),式,(4-3)表示DNA复性反应的初始浓度与反应完成一半所需时间的乘积（,c,0,t,1/2,）为常数。,c,0,t,1/2,或K又称为DNA分子复杂度（complexity,C,）,用于衡量各物种基因组DNA含量。,不同DNA分子的复性动力学曲线,二、DNA的熔解温度,.增色效应（hyperchromic effect）:指DNA变性过程中，溶液的紫外光吸收(,OD,260,),的现象。,2.DNA的变性温度或熔解温度（melting temperature，,Tm,）：指DNA热变性时紫外吸收增加值达总量一半时的温度。,(1)每种DNA都有一个特征性的Tm。,(2),G,C含量高的Tm高,。,(3)RNA双螺旋较稳定：变性温度比DNA双链高约20,o,C。,(4)RNA-DNA的稳定性介于RNA和DNA之间。,3.淬火（guench）:热变性DNA溶液温度迅速将至0,o,C，DNA单链失去碰撞机会，不能复性，此种冷处理过程称为淬火。,三、核酸的杂交及应用,1.不同来源的单链核苷酸依据分子的互补性形成双螺旋的过程称为分子杂交（hybridization）,杂交可以在不同的DNA-DNA之间，也可以在DNA-RNA之间或者RNA-RNA之间进行。,核酸分子杂交的应用,研究DNA分子中某一种基因的位置,鉴定两种核酸分子间的序列相似性,检测某些专一序列在待检样品中存在与否,是基因芯片技术的基础,第七节 核酸的化学反应和酶法修饰,一、核酸的化学反应,1.脱氨基反应(deamination),次黄嘌呤,黄嘌呤,2.脱嘌呤反应(depurination),脱嘌呤残基,3.碱基的二聚化和交联作用,4.一些引起DNA损伤的化学因子,亚硝酸前体,亚硝胺,硝酸钠,亚硝酸钠,烷化剂,S-腺苷蛋氨酸,二甲基亚硝胺,二甲基硫酸酯,氮芥,二甲基硫酸酯的作用,O,6,-甲基鸟嘌呤,二、DNA的酶法甲基化,甲基供体：,第八节 核酸酶和DNA限制性内切酶,一、核酸酶的分类,核酸酶磷酸二酯酶,1.按作用方式分:,内切核酸酶,外切核酸酶:35或 53,2.按作用点分:,a类(3)核酸酶,b类(5)核酸酶,a,b,二、核酸酶的特异性：,底物特异性：,脱氧核糖核酸酶(DNase)：只作用于DNA,核糖核酸酶(RNase)：仅作用于RNA。,非特异性核酸酶：可水解DNA和RNA。,二级结构特异性：,仅水解单链核酸,仅水解双链核酸,碱基特异性,要求切割48个核苷酸残基的特殊核苷酸顺序,（一）外切核酸酶,1.蛇毒磷酸二酯酶,(1)方向：35,(2)底物：DNA，RNA,(3)位点：3-磷酯键,(4)产物：5-核苷酸,2.牛脾磷酸二酯酶,(1)方向：53,(2)底物：DNA，RNA,(3)位点：5-磷酯键,(4)产物：3-核苷酸,（二）内切核酸酶,1.RNase A（牛胰核糖核酸酶）,(1)专一性：C，U,(2)位点：嘧啶核苷酸右侧的5-磷酯键,(3)产物：3-磷酸嘧啶核苷或3-磷酸嘧啶核苷为末端的寡核苷酸,2.RNase T1,(1)来源：从米曲霉培养液提取,(2)位点：G右侧的5磷酯键,(3)产物：3-GMP或3-端以Gp结尾的寡核苷酸。,3.RNase T2,(1)来源：从米曲霉培养液提取,(2)专一性：稍差，主要作用于腺苷酸,(3)位点：A右侧的5-磷酯键,(4)产物：3-AMP或3端以Ap结尾的寡核苷酸。,4.DNase（牛胰脱氧核糖核酸酶）,(1)位点：3-磷酯键,(2)产物：5-磷酸为末端的寡核苷酸,5.DNase（牛脾脱氧核糖核酸酶）,(1)位点：5-磷酯键,(2)产物：3-磷酸为末端的寡核苷酸。,三、限制性内切酶（restriction endonuclease，限制酶）,主要作用于异源双链DNA。,发现于细菌等微生物中。,产物：DNA片段，有粘性末端或平头末端。,分类：、三型,、型特点：,(1)作用需ATP，对DNA进行甲基化修饰。,(2)型切割位点随机，型能识别特定的碱基序列，并在该位点内或邻近切开DNA。,型特点：,(1)作用不需ATP，不进行甲基化或其他化学修饰,(2)作用位点有4或6个核苷酸残基,(3)作用位点具有回文结构,(4)得到粘末端或平末端,例：,Eco,R I,5 ,GAATTC,3,3 CTTAAG 5,5 ,G AATTC,3,3 CTTAA G 5,四、限制片段的长度和限制图,1.限制片段的长度 4,n,例：,EcoR,识别6bp，酶切片断长度为4,6,4096,2.限制图,(1)限制图：各种限制性内切酶在某一DNA分子或DNA片段上切点的排列。也称物理图。,(2)限制图的制作：,对DNA链的一端进行放射性同位素标记,单酶切,琼脂糖凝胶电泳,切点数各片段分子量,双酶切,琼脂糖凝胶电泳,第九节 DNA一级结构测定与DNA的化学合成,一、DNA碱基顺序的测定（DNA sequeancing）:,1977年，发明了两种方法,化学法:由Alan Maxam和Walter Gilbert发明。,Sanger双脱氧末端终止法:由Frederick Sanger发明,（一）基本原理,chemical synthesis）:,20世纪70年代，由H.Gobind Khorana发明。首先，5-OH被DMT保护的第一个核苷酸与硅支持物连接，然后用三氯乙酸除去DMT。,核苷与硅支,持物共价连接,3-位被二异丙基活化的第二个核苷酸与第一个核苷酸反应,5,3连接。,氰乙基保护基,二异丙基,激活基团,二异丙基,胺副产物,加I,2,氧化亚磷酸,磷酸二酯键三酯,第十节 基因和基因组,基因组(genome)：一个细胞中所有基因和基因间DNA的总和称为基因组。能独立传递遗传信息的病毒DNA、质粒DNA或RNA称为病毒基因组和质粒基因组。,染色体DNA的长度比容纳它的细胞或病毒衣壳长多个数量级：如噬菌体T2 DNA是病毒颗粒的3500倍。,一、天然DNA分子的大小与顺序特征,1.病毒DNA分子：,(1)大小：,单链DNA病毒的复制型（replicativeforms，RF型）：病毒DNA在细胞内复制时，线性病毒DNA的两末端共价连接，单链病毒DNA形成双链环状结构，此结构称为单链DNA病毒的RF型。,2.细菌细胞染色体DNA和染色体外DNA:,细菌含比病毒更多的DNA：,E.coli,染色体DNA的长度是细胞长度的850倍。,细菌染色体DNA存在于拟核中。,质粒（plasmid）：为细菌细胞的细胞质中存在的一种或几种小的流离的染色体外遗传因子（elements）。质粒携带遗传信息，并能进行复制以产生子代质粒。,质粒是研究DNA在体内代谢过程的模型。,质粒已成为基因克隆和分离的主要载体。,3.真核细胞染色体DNA：,大小：人类所含DNA的量是,E.coli,的600倍。一个人体细胞所有DNA拳长约2m。,真核染色体：,(a)一条人的染色体,(b)人白细胞的整套染色体（46条）,4.真核生物细胞器中的DNA：,线粒体DNA,叶绿体DNA,二、基因与顺反子,基因定义：,经典生物学：基因为决定或影响生物体一种性状或一个表现型的染色体上的某一部分。,1940年，George Beadle和Edward Tatum的定义：基因是遗传物质上的一个片段一个基因一个酶，一个基因一个蛋白。,现代基因的生物化学定义：基因是为各种多肽链或RNA顺序编码的DNA片段。,顺反子（cistron）：基因也可称为顺反子。一个顺反子就是一个基因。,三、染色体DNA的碱基顺序特征,1.细菌:只含一个染色体，几乎都是单拷贝基因。,2.真核生物：,(1)高度重复序列（highly repeated sequence）:每个10bp，同向重复串联，重复百万次。不能转录，功能未知。又称为卫星DNA（satellite DNA）。,(2)中度重复序列(moderately repeated sequence):数百bp，重复1000次。能转录，作为tRNA基因、rRNA基因、组蛋白基因、肌动蛋白基因、和角蛋白基因。,(3)单一序列（unique sequence）：只出现一次或少数几次。作为酶和蛋白质的基因。,内含子（intron）和外显子（exon）,第十一节 DNA超螺旋和染色体结构,一、DNA的拓扑学结构,拓扑：指物体或图像作弹性位移而保持物体不变的性质。,拓扑学（topology）：用于研究一种物体不断变形情况下的某些不变的性质。,DNA超螺旋(DNA supercoiling)：DNA双螺旋围绕同一轴弯曲缠绕时，处于超螺旋状态。超螺旋是结构张力的表现。,DNA超螺旋结构是DNA进行折叠包装的一个重要基本结构。,DNA的复制和转录过程都需要使相互缠绕的部分DNA双螺旋暂时分开，诱导超螺旋的形成。,1.大部分细胞DNA呈负超螺旋,质粒和DNA病毒的DNA为共价闭合环形DNA（covalent closed circular DNA，cccDNA），其B型结构为松弛型。,螺旋不足对DNA结构的影响,（a）8个螺旋的松弛DNA（10.5bp螺旋）,（b）除去一个螺旋使DNA处于紧张状态,（c）B型DNA可以形成超螺旋,（d）B型DNA也可处于解旋状态。（双链解开一定距离，其余保持B型结构）,2.DNA超螺旋是由拓扑连系数定义的,(1)连系数（连环数，linking number，,Lk,)：闭合双链DNA中一条链螺旋缠绕另一条链的次数,严格地等于无任何超螺旋情况的螺旋数。,(2),Lk,具有拓扑学性质，只要闭合环形DNA不被切开，其值,Lk,不变。即,Lk,值相同的DNA分子之间可以不经链的断裂而互相转变。,拓扑学中的连系数,环形带状物表示一条单链环形DNA,环形双链DNA的连系数,一个210bp的环形DNA分子,(a)松弛状态；,(b)链上有一切,口（Nick），,Lk,不定；,(c)螺旋不足，,形成左侧的超,螺旋或右上的,链分离状态。,松弛型DNA连系数增加或减少造成DNA的负超螺旋和正超螺旋,(3),Lk,0,为松弛状态的DNA分子的连环数。,Lk,0,bp/10.5,(4),Lk,不同的同一种DNA分子称为拓扑异构体。,(5)螺旋数（twisting number，Tw）和超螺旋数（writhe，Wr）：,Lk,=Tw+Wr 或 WrLkTw,其中，Tw 近似表示DNA双链 的相互缠绕数Wr近似地看成是螺旋轴的缠绕数,(6)比连环差（超螺旋密度）:,（,Lk,Lk,0,）/,Lk,0,Wr/,Lk,0,用于比较不同长度的DNA分子的超螺旋程度,3.拓扑异构酶:,(1)定义：,指催化双螺旋DNA的超螺旋化或回到松弛态的酶类，或能改变DNA分子的拓扑连系数的酶。负责DNA拓扑异构体的超螺旋与松弛态相互间的转化。其作用是通过酪氨酸残基攻击DNA上磷酸骨架，进行链的切断-缝合机制。在复制和DNA包装中起重要作用。,(2)种类：,型：,仅临时切断双链DNA中的一条链，使切口的一端围绕未切割链旋转一圈，并重新连接。每次作用改变连系数是1；不需ATP供能；一般使高度超螺旋的DNA松弛。,型：,同时切断DNA双链，每一反应改变2个连系数，需ATP供能。,(3),E.coli,的拓扑异构酶:拓扑异构酶,型（,拓扑异构酶,和）使,DNA,连系数增加而松弛负超螺旋,DNA。,型（,拓扑异构酶,），又称为,DNA,旋转酶,（,gyrase,），导入负超螺旋，减少连系数。,(4)真核生物的,拓扑异构酶:,型（,拓扑异构酶,和）,型：,拓扑异构酶,和,既能松弛负超螺旋又能松弛正超螺旋，但不能引入负超螺旋。,环形DNA分子的拓扑异构体可用琼脂糖凝胶电泳分开,图中DNA自上到下向正极泳动，高超螺旋密度的DNA跑得更快，2、3泳道表明,E.coli,拓扑异构酶,处理样品后负超螺旋密度减少。,型DNA拓扑异构酶（DNA,旋转酶,）作用机制：,酶切开双链,另一部分双链通过切口连接切口连系数改变。,返回,二、DNA在体内的包装,线圈型超螺旋DNA比互缠式超螺旋DNA有更紧密的包装,核小体是DNA与组蛋白的复合物,组蛋白碱性蛋白质,核小体纤维：被压缩100倍,真核生物染色体不同层次的结构模型染色质纤维在螺旋基础上再螺旋。,E.coli,的拟核结构,本章要求,碱基的结构及缩写,核苷的概念及连接方式,核苷酸的概念,核苷酸间的连接方式,核酸的书写方式,Chargaff定则,Watson-Crick DNA双螺旋结构,DNA双螺旋结构的多样性,mRNA的结构特点,tRNA的结构特点,核酸的变性、复性和杂交,限制性内切酶,DNA的测序,基因组的概念,DNA的拓扑学结构,