性( homogeneity),即二者的碱基序列是可以互补的。例如:想知道某种病毒是否 和某种肿瘤有关,可把病毒的DNA制成探针。从肿瘤组织提取DNA,与探针杂 交处理后,有杂化双链的出现,就说明两种DNA之间有同源性。这不等于可以 说这种病毒引起肿瘤,但至少这是可以继续深入研究下去的一条重要线索 探针技术(图6Ⅲ)在遗传性疾病诊断上已开始应用。例如诊断地中海贫血或血红 蛋白病,可以由已确诊的病人白细胞中提取DNA,这就是诊断探针。用诊断探 针检査,不但可以对有症状患者进行确诊,还可以发现一些没有症状的隐性遗传 性疾病。从胎儿的羊水也可以提取到少量DNA。由于探针技术比较灵敏,就使 遗传性疾病的产前诊断较为容易办得到了。杂交和探针技术是许多分子生物学技 术的基础,在生物学和医学的研究中,以及临床诊断中得到了日益广泛的应用。 DNA的三级结构与功能 (一)DNA超螺旋 双螺旋DNA进一步扭曲盘绕则形成其三级结构,超螺旋是DNA三级结构的主 要形式。自从1965年 Vinograd等人发现多瘤病毒的环形DNA的超螺旋以来, 现已知道绝大多数原核生物都是共价封闭环( covalently closed circle, CCC)分子 这种双螺旋环状分子再度螺旋化成为超螺旋结构( (superhelix或 supercoil),如图 15-1所示。有些单链环形染色体(如φ×174)或双链线形染色体(如噬菌体入),在 其生活周期的某一阶段,也必将其染色体变为超螺旋形式。对于真核生物来说 虽然其染色体多为线形分子但其DNA均与蛋白质相结合,两个结合点之间的 DNA形成一个突环(op)结构,类似于cCC分子,同样具有超螺旋形式。超螺 旋按其方向分为正超螺旋和负超螺旋两种。真核生物中,DNA与组蛋白八聚体 形成核小体结构时,存在着负超螺旋。研究发现,所有的DNA超螺旋都是由 DNA拓扑异构酶产生的
性(homogeneity)，即二者的碱基序列是可以互补的。例如：想知道某种病毒是否 和某种肿瘤有关，可把病毒的 DNA 制成探针。从肿瘤组织提取 DNA，与探针杂 交处理后，有杂化双链的出现，就说明两种 DNA 之间有同源性。这不等于可以 说这种病毒引起肿瘤，但至少这是可以继续深入研究下去的一条重要线索。 探针技术(图 6Ⅲ)在遗传性疾病诊断上已开始应用。例如诊断地中海贫血或血红 蛋白病，可以由已确诊的病人白细胞中提取 DNA，这就是诊断探针。用诊断探 针检查，不但可以对有症状患者进行确诊，还可以发现一些没有症状的隐性遗传 性疾病。从胎儿的羊水也可以提取到少量 DNA。由于探针技术比较灵敏，就使 遗传性疾病的产前诊断较为容易办得到了。杂交和探针技术是许多分子生物学技 术的基础，在生物学和医学的研究中，以及临床诊断中得到了日益广泛的应用。 DNA 的三级结构与功能 (一)DNA 超螺旋 双螺旋 DNA 进一步扭曲盘绕则形成其三级结构，超螺旋是 DNA 三级结构的主 要形式。自从 1965 年 Vinograd 等人发现多瘤病毒的环形 DNA 的超螺旋以来， 现已知道绝大多数原核生物都是共价封闭环(covalently closed circle,CCC)分子， 这种双螺旋环状分子再度螺旋化成为超螺旋结构(superhelix 或 supercoil)，如图 15-11 所示。有些单链环形染色体(如 φ×174)或双链线形染色体(如噬菌体入)，在 其生活周期的某一阶段，也必将其染色体变为超螺旋形式。对于真核生物来说， 虽然其染色体多为线形分子但其 DNA 均与蛋白质相结合，两个结合点之间的 DNA 形成一个突环(loop)结构，类似于 CCC 分子，同样具有超螺旋形式。超螺 旋按其方向分为正超螺旋和负超螺旋两种。真核生物中，DNA 与组蛋白八聚体 形成核小体结构时，存在着负超螺旋。研究发现，所有的 DNA 超螺旋都是由 DNA 拓扑异构酶产生的
∴∵…∵∵ ∵以 ∷∷ F∴ E:::法b K 1 Open circular(a) and supercoiled(b) forms of PM2 virus DNA, Bar represents 0.2um. By courtesy of Dr Lesley Coggins) (二)染色质和核小体 1染色质 真核生物的染色体( chromasome)在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质 ( chromatin)的形式存在的。染色质是一种纤维状结构,叫做染色质丝,它是由最 基本的单位棗核小体( nucleosome成串排列而成的。DNA是染色体的主要化学成 分,也是遗传信息的载体,约占染色体全部成分的27%,另外组蛋白和非组蛋白 占66%,RNA占6% 组蛋白( histones)是一种碱性蛋白质,等电点一般在PH100以上,其特点是富含 二种碱性氨基酸(赖氨酸和精氨酸),根据这两种氨基酸在蛋白质分子中的相对比 例,将组蛋白分为五种类型(表1) 表1五种组蛋白分子的基本参数 种类型 碱性氨基酸酸性碱性氨基酸/酸氨基分子核小
图 1 Open circular(a) and supercoiled (b) forms of PM2 virus DNA,Bar represents 0.2μm.(By courtesy of Dr Lesley Coggins) (二)染色质和核小体 1.染色质 真核生物的染色体(chromasome)在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质 (chromatin)的形式存在的。染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由最 基本的单位棗核小体(nucleosome)成串排列而成的。DNA 是染色体的主要化学成 分，也是遗传信息的载体，约占染色体全部成分的 27%，另外组蛋白和非组蛋白 占 66%，RNA 占 6%。 组蛋白(histones)是一种碱性蛋白质，等电点一般在 PH10.0 以上，其特点是富含 二种碱性氨基酸(赖氨酸和精氨酸)，根据这两种氨基酸在蛋白质分子中的相对比 例，将组蛋白分为五种类型(表 1)。 表 1 五种组蛋白分子的基本参数 种 类型 碱性氨基酸 酸性 碱性氨基酸/酸 氨 基 分 子 核 小
类 性氨基酸 酸量体 氨基 酸 残基上位 数 置 23连接 H极度富含Lys29%1%295%5.4 215 000 H2A 11%9%1.215%1.4 核 H2B 16%6%2.713%1.7 774 极度富含Ly H3 10%13%0.7813%1.8 135 富含Arg H4" 11%14%0.7910%2.5 102 282 *现已证明:H1是与核小体的核心颗粒相当靠近的,认为它位于连接DNA上 只是一种习惯说法。 五种组蛋白在同一生物的不同组织中完全一样,在不同的真核生物中也很相似 组蛋白对染色体中DNA的包装有十分重要的作用。 2核小体
类 Lys Arg Lys/Arg 氨基 酸 性氨基酸 酸 残基 数 量 体 上位 置 H1 极度富含 Lys 29% 1% 29 5% 5.4 215 23 000 连 接 ＊ H2A 11% 9% 1.2 15% 1.4 129 14 500 核心 H2B ″ 16% 6% 2.7 13% 1.7 125 13 774 ″ H3 极度富含 Lys+ 富含 Arg 10% 13% 0.78 13% 1.8 135 15 324 ″ H4 ″ 11% 14% 0.79 10% 2.5 102 11 282 ″ *现已证明：H1 是与核小体的核心颗粒相当靠近的，认为它位于连接 DNA 上， 只是一种习惯说法。 五种组蛋白在同一生物的不同组织中完全一样，在不同的真核生物中也很相似。 组蛋白对染色体中 DNA 的包装有十分重要的作用。 2.核小体
DNA双螺旋 e h2A HA 图2ADNA的高级结构 核小体是构成染色质的基本结构单位,使得染色质中DNA、RNA和蛋白质组织 成为一种致密的结构形式。核小体由核心颗粒( core particle)和连接区DNA( linker DNA)二部分组成,在电镜下可见其成捻珠状,前者包括组蛋白H2A,H2B,H3 和H4各两分子构成的致密八聚体(又称核心组蛋白),以及缠绕其上一又四分之 三圈长度为146bp的DNA链;后者包括两相邻核心颗粒间约60bp的连接DNA 和位于连接区DNA上的组蛋白H1(图2),连接区使染色质纤维获得弹性。核 小体是DNA紧缩的第一阶段,在此基础上,DNA链进一步折叠成每圈六个核小 体,直径3nm的纤维状结构,这种3onm纤维再扭曲成襻,许多襻环绕染色体 骨架( Scaffold)形成棒状的染色体,最终压缩将近一万倍。这样,才使每个染色体 中几厘米长(如人染色体的DNA分子平均长度为4cm)的DNA分子容纳在直径数 微米(如人细胞核的直径为6-7um)的细胞核中
图 2A DNA 的高级结构 核小体是构成染色质的基本结构单位，使得染色质中 DNA、RNA 和蛋白质组织 成为一种致密的结构形式。核小体由核心颗粒(core particle)和连接区 DNA(linker DNA)二部分组成，在电镜下可见其成捻珠状，前者包括组蛋白 H2A，H2B，H3 和 H4 各两分子构成的致密八聚体(又称核心组蛋白)，以及缠绕其上一又四分之 三圈长度为 146bp 的 DNA 链；后者包括两相邻核心颗粒间约 60bp 的连接 DNA 和位于连接区 DNA 上的组蛋白 H1(图 2），连接区使染色质纤维获得弹性。核 小体是 DNA 紧缩的第一阶段，在此基础上，DNA 链进一步折叠成每圈六个核小 体，直径 30nm 的纤维状结构，这种 30nm 纤维再扭曲成襻，许多襻环绕染色体 骨架(Scaffold)形成棒状的染色体，最终压缩将近一万倍。这样，才使每个染色体 中几厘米长(如人染色体的 DNA 分子平均长度为 4cm)的 DNA 分子容纳在直径数 微米(如人细胞核的直径为 6－7μm)的细胞核中
片xO012m 3mm纤继 间期染色 体片段 乘色体 图2BDNA的高级结构一从核小体至染色体 核小体的形成以及DNA超螺旋结构与功能的关系还不十分清楚,可能与基因的 转录调节控制有关。 RNA的结构与功能 DNA是遗传信息的载体,遗传信息的作用通常由蛋白质的功能来实现,但DNA 并非蛋白质合成的直接模板,合成蛋白质的模板是RNA。正常细胞遗传信息的 流向是
图 2B DNA 的高级结构－从核小体至染色体 核小体的形成以及 DNA 超螺旋结构与功能的关系还不十分清楚，可能与基因的 转录调节控制有关。 RNA 的结构与功能 DNA 是遗传信息的载体，遗传信息的作用通常由蛋白质的功能来实现，但 DNA 并非蛋白质合成的直接模板，合成蛋白质的模板是 RNA。正常细胞遗传信息的 流向是：