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编程问答

【视频笔记】华中农业大学-分子生物学：P7-基因的结构 1

發布時間：2024/3/12 编程问答 37 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了【视频笔记】华中农业大学-分子生物学：P7-基因的结构 1 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

基本上就是鄭老師PPT手抄再轉博客……很多PPT呈現得很方便并且一目了然，手抄也可以很還原，但轉成博客就有難度了，所以一些圖示這里也會嘗試轉成文字，希望自己的筆記能夠盡量準確完整地描述這些知識點。PPT截圖會同時貼上來，但是這玩意兒在上課時畢竟是動態的而我截圖是靜態……可能也許要拼一下搞個動圖？但是動圖不和老師的講解一起看也沒卵用啊就我這點筆記頂毛用……而且好費流量好卡……
視頻傳送門：華中農業大學-分子生物學：P7-基因的結構 1

文章目錄

基因是DNA的片段
核苷酸的結構（Nt）
核苷的構象（conformation of nucleoside）
DNA的雙螺旋結構（DNA Double Helix Model）
DNA雙螺旋的結構特點
階段總結
影響雙螺旋結構穩定性的因素：堿基堆積的棒狀實體
DNA分子變性（DNA denaturation）
- 變性過程的表現
增色效應的跳躍現象（Jump of Hyperchromicity 增色躍遷）

基因是DNA的片段

基因的組成結構：

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核苷酸Mono-phosphate Mp:
磷酸Nuclieoside Ns:
核苷Deoxy-ribose Ribose:
脫氧核糖Base:堿基Purin Pu:
嘌呤Pyrimidine Py:
嘧啶Adenine A:
腺嘌呤Guanine G:
鳥嘌呤Cytosine C:
胞嘧啶Thymine T:
胸腺嘧啶Uracil U:
尿嘧啶

核苷酸的結構（Nt）

聚焦嘌呤和嘧啶的化學結構差異。在2號位上嘧啶比嘌呤多了一個酮基。
另外，嘌呤的9號位是糖苷鍵所在位置，嘌呤間的區別主要在6號位：
腺嘌呤（A）為氨基（-NH $_2$ ），故又稱為6氨基嘌呤；
鳥嘌呤（G）為酮基（=O），故又稱為6酮基嘌呤。
而嘧啶的1號位是糖苷鍵所在位置，三種嘧啶間的區別主要在4號位：
胞嘧啶（C）為氨基（-NH $_2$ ），故又稱為4氨基嘧啶；
胸腺嘧啶（T）為酮基（=O），故又稱為4酮基嘧啶，且其5號位帶有一個甲基（-CH $_3$ ）；
尿嘧啶（U）也是酮基（=O），但其五號位沒有甲基。
氨基和酮基之間的反應造就了大家熟知的AT和CG配對。
以下為鄭老師PPT截圖。

核苷的構象（conformation of nucleoside）

在核苷的結構中，堿基與核糖之間存在夾角，嘌呤和嘧啶與核糖之間的夾角可用如下公式描述。
嘌呤構象公式：

x = C $_4$ - N $_9$ - C $^1_1$ - O $41^1_4$

嘧啶構象公式

x = C $_2$ - N $_1$ - C $^1$ - O $41^1_4$

其中 C $^1_1$ 都是0°。
堿基（Base）的轉動會導致與核糖的C $^1_1$ - O $41^1_4$ 平面形成夾角，角度變化導致DNA結構出現差異，這種差異大體上分為兩類：反式構象（Anti）和正式構象（Syn）。
反式構象即是嘧啶環（對嘌呤）和酮基（對嘧啶）在核糖的外側，俯視其結構時可計算二者夾角位 180°±90°；
正式構象即是嘧啶環（對嘌呤）和酮基（對嘧啶）在核糖的內側，俯視其結構時可計算二者夾角位 0°±90°。

DNA的雙螺旋結構（DNA Double Helix Model）

1950年，Erwin Chargaff 法則：(A+G) / (T+C) = 1 , A+T ≠ G+C
1952年，Alexander Todd：3’，5’ phosphodiester bond 磷酸二酯鍵串聯核苷酸。
1953年，Waston & Crick：右盤旋的DNA雙螺旋結構。

螺旋擠壓的中間時堿基，DNA整體是一個堿基堆積的棒狀實體。
AT和CG這樣的堿基配對是靠氫鍵建立起來的，氫鍵是在共價鍵束縛的氫原子和帶負電的受體原子之間建立的。其中，AT之間靠兩個氫鍵連接，而GC需要靠三個氫鍵維系。

DNA雙螺旋的結構特點

因為堿基除了用于配對的氫鍵受體外仍有多余的氫鍵受體，雙螺旋間存在有大溝和小溝的結構，所以整體上有了以下幾個特點：

堿基頂部基團裸露在DNA大溝內；

蛋白質因子與DNA的特異結合依賴于氨基酸與DNA（即上述供體與受體）間的氫鍵的形成；

蛋白質因子沿大溝（啟動子即落在大溝內）與DNA形成專一性結合的機率與多樣性高于沿小溝的結合；

大溝的空間更有利于蛋白質的結合，因為蛋白質也是大分子。

階段總結

每一條單鏈都具有5’→3’極性；

兩條單鏈間以氫鍵連接；

兩條單鏈，極性相反，反向平衡；

以中心為軸，向右盤旋（B-form）；

雙螺旋中存在大溝、小溝。

影響雙螺旋結構穩定性的因素：堿基堆積的棒狀實體

1、氫鍵 Hydrogen bond 4~6kc/mol

氫鍵，可加熱解鏈；氫鍵堆積，有序排列（線性、方向）

2、磷酸二酯鍵 Phosphodiester bond 89~90 kc/mol

強鍵，需酶促解鏈

3、0.2 mol/L Na $+^+$ 生理鹽條件

消除DNA但臉上的磷酸基團間的靜電斥力

4、堿基堆積力（非特異性結合力）

磷酸骨架、氨基、酮基周圍水分子間的有序排列；

范德華力 Van de wals force；

疏水作用力
3.1 極性 →熵增
3.2 非極性→熵減

磷酸基團之間的靜電斥力

堿基間擠壓、抵御使其內能增加，堿基間有序排列的狀態被破壞（氫鍵作用力被減弱）

其中 4 和 5 是不穩定的力量。

DNA分子變性（DNA denaturation）

即雙鏈 DNA（D.S.DNA）通過加溫、極端PH、尿素、酰胺等方法處理后解鏈為單鏈 DNA（S.S.DNA）

變性過程的表現

**單鏈DNA粘度降低。**因為溶液粘度取決于分子流動過程中的內摩擦力和阻力。溶液粘度大體上呈以下趨勢：
· 高分子溶液 > 普通溶液；
· 線狀分子 > 不規則線團 > 球形分子。
雙鏈 DNA 剛性較強，結構較為舒展；
單鏈 DNA 沒有氫鍵的支撐，由螺旋結構向折疊和線團結構轉變。

單鏈 DNA 沉降速度加快（需使用超速離心機進行超速離心方可查看變化）；

單鏈 DNA 分子的A260 nmUV 值上升（增色效應）；
·A260 nmUV：對260nm紫外線的吸收值。
吸收紫外線的芳香環的效率比較：D.S.DNA < S.S.DNA < dNTPs。

Tm值（melting temperature）變性溫度=OD增加值的中點溫度（一般為85~95℃）

Marmur-Doty formula 公式：
在1*SSC（0.15mol NaCl + 0.015mol 檸檬酸鈉Sodium citrate）環境下且GC%在30~70%之間時，
Tm = 69.3 + 0.41 * ( G + C )%
等于說，在這個前提下，GC含量越高，Tm值越高。

增色效應的跳躍現象（Jump of Hyperchromicity 增色躍遷）

高分子量的DNA分子在熱變性的過程中，富含AT區域首先發生變性，然后逐步拓展，表現增色效應的跳躍現象，使變形過程加快。有這個現象產生時，便不可簡單根據Tm值來判斷GC含量。

總結

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