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下一节:Discussion C1-L3

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Video C1-L3 Amazing DNA double helix课程教案、知识点、字幕

尽管Friedrich Miescher

发现了DNA

Frederick Griffith

Oswald Avery

先后证明了DNA是遗传物质

但这神秘的DNA

到底长什么样子

在很长一段时间内

一直困扰着人们

随着

X射线晶体衍射技术的发展

一位伟大的女性

Rosalind Elsie Franklin

在伦敦大学国王学院

与她的同事莫里斯 威尔金斯

对瑞士科学家鲁道夫 席格纳

无偿提供的小牛胸腺DNA样品

进行了化学结构的研究

这些DNA样品干燥的时候

呈细小的针簇状

但一旦遇潮就会变成

黏胶状的物质

后来富兰克林和威尔金斯的学生

葛斯林一起发现这是DNA的

两种型态

在潮湿状态下

DNA的纤维会变细变长 是A型

而在干燥的状态下

纤维会变粗变短 是B型

1952年5月富兰克林

与威尔金斯的学生葛斯林

一起经过了长时间的研究后

获得了一张被称为

照片51号的

B型DNA X射线晶体衍射图

这张照片被

X射线晶体衍射先驱之一的

约翰 贝尔那形容为

几乎是有史以来最美的

一张X射线照片

但是富兰克林并没有

发表她的研究成果

因为她同时在研究的

A型DNA螺旋

数据还不足以支持螺旋的模型

因为富兰克林不愿意

把发现DNA结构的成绩

拱手让于他人

她不同意把照片51号

给沃森和克里克看

而在1953年1月威尔金斯

在富兰克林不知情的情况下

把照片51号拿给沃森过目

威尔金斯本以为沃森和克里克

因为早期他们认为

DNA是三股螺旋的结构

而被批评之后

早已完全不再进行

DNA结构的研究

不想这张照片却使得沃森

和克里克重新征得上司的同意

并在2月4号重新开启

对DNA模型的构建研究

并最终在1953年4月25日的

Nature杂志上发表了标志着

分子生物学诞生的重要论文

文中沃森和克里克仅仅提到

他们的研究受到

富兰克林和威尔金斯的启示

但并没有详细描述

甚至都没有致谢

而威尔金斯和富兰克林也在

同期杂志上发表了他们的论文

也只是说他们的数据

和沃森克里克的模型相符

1956年9月

富兰克林在腹部发现了两颗肿瘤

并在1958年4月16日

在英国与世长辞

1963年

沃森 克里克和威尔金斯

因为DNA双螺旋结构的发现

而获得了诺贝尔生理和医学奖

而我们的

富兰克林却与此永远无缘了

刚刚你听到了DNA双螺旋结构

中隐藏的曲折故事

那么现在让我们来看看

双螺旋结构中蕴含的秘密吧

到底是什么在维持着

双螺旋的舞动呢

你可能还记得Erwin Chargaff

发现了在不同生物中

A T的摩尔比相同

G C的摩尔比也相同

后来人们发现

在不同碱基对之间的

供氢受体和配氢受体之间可以

通过氢键形成微弱的相互作用

A-T配对和G-C配对

是比较常见的两种

又称作Watson-Crick配对

或者互补配对

那么这也解释了Chargaff的发现

这两种配对方式使得

相对的两个核苷酸中戊糖

1’位碳之间的距离保持大致相等

但是戊糖环的方向却恰恰相反

AT和CG配对是

常见的两种配对形式

那也就是说还有不常见的喽

是的除了这两种常见的配对方式

的确

还有一些不太常见的碱基配对

比如说G-T之间

也可以形成两个氢键

而类似的G和U之间

也可以形成稳定的氢键配对

这些氢键配对虽然在DNA结构中不太常见

但是对RNA分子的二级结构

以及核酸与蛋白质的相互作用中

却是有很重要的作用的

虽然氢键属于一种非常弱的

分子间相互作用

但是考虑到核酸是一个由

成百上千个碱基对

组成的高聚物分子

两条链之间众多的氢键对于维持

DNA双链的结构

就显得不容忽视了

除了氢键之外

还有一种重要的分子间相互作用

疏水作用也参与了

DNA双螺旋结构的稳定

我们都知道碱基环本身是

具有一定疏水性的基团

当DNA双链通过氢键

进行碱基配对之后

碱基平面之间会通过疏水作用

把水分子排挤出去

层层叠加在一起

我们把这种相互作用

又叫做碱基堆积

相邻的两个碱基长轴

并非是平行的

而是会形成一个

大约36度的夹角

这就使得DNA双链结构

并不是一个平面的梯状

而是会螺旋起来形成

一个立体结构了

有了氢键配对

和碱基堆积力的相互作用

DNA分子就形成一种

由两条反向平行链相互缠绕

形成的右手螺旋结构

碱基对形成螺旋的疏水核心

而螺旋的外周则是由

亲水的糖磷酸骨架所包围的

你别忘了

两条磷酸骨架链是带负电的

所以DNA双链之间

还存在一定的静电斥力作用

不过

如果DNA所处的溶液环境中

具有一定的离子强度

带正电的离子会

被吸附在磷酸基团周围

形成一定的屏蔽作用

从而减弱双链之间的相互排斥

不过如果离子强度很低的话

比如说在超纯水中

那么双条链之间的静电斥力

就不容忽视了

这就是我们迷人的DNA双螺旋

一个完整的DNA螺旋中含有

10.5个碱基对 螺距约为3.4nm

其迷人之处在于两条链方向相反

序列互补

任何时候你只要获得

任意一条链的序列

就可以获得他所蕴含的全部信息

碱基配对后由于两条糖苷键

并不在一条直线上

而是存在一定的夹角

因此DNA双螺旋就形成了

一个大沟和一个小沟

DNA大沟和小沟中的N和O

都有和其他基团形成

氢键配对的能力

但是由于大沟中存在的这些功能基团比较多

排布也比较复杂

所以其蕴含的

序列特异性信息会比较丰富

这也使得DNA大沟成为DNA

与蛋白质进行序列特异性

相互识别的重要位点

而小沟中可以形成

氢键配对的功能基团比较少

而且排布也比较简单

所以小沟中蕴含的

序列特异性信息会比较少

但这并不意味着没有蛋白质可以

和DNA的小沟发生相互作用哦

嗯 我记得刚刚讲的A型和B型

这又是什么型呢

我们刚刚描述的这些

10.5个碱基对3.4nm的螺距

说的都是B型DNA

B型DNA是细胞中生理条件下

DNA的主要结构

但是当如果溶液中水份下降

或者盐离子浓度升高时

DNA会从B型变成A型的状态

A型DNA双螺旋

较B型更为短粗

它的大沟变得狭窄而深

小沟呢则变得比较浅

A型双螺旋中

每一个螺距有11个碱基对

在正常的生理条件下

A型双螺旋并不常见

但是如果RNA分子

形成二级结构的话

由于其戊糖上2’位羟基的存在

它通常形成的是A型双螺旋结构

1979年

Alexander Rich和他的同事发现

交替出现GC序列的DNA片段

还可以在生理条件下

形成一种神奇的左手螺旋结构

由于其糖磷酸骨架

呈现一种之字形

于是被命名为Z型DNA双螺旋

Z型DNA显得比较细长

其每个螺旋中具有12个碱基对

小沟非常的窄而深

但大沟非常浅

看起来似乎象不存在一样

体外环境下

如果溶液中为高盐离子浓度

或者存在乙醇的时候

可以形成Z型的DNA双螺旋

而在生理条件下

Z型DNA双螺旋中的胞嘧啶

常常是被甲基化的

5-甲基胞嘧啶属于基因组

表观遗传修饰中的一种

往往和基因表达沉默有关系

所以生理条件下

Z型DNA的存在

可能与基因表达调控有关

注意哦

B型和A型的DNA

是右手螺旋结构

而Z型的DNA是左手螺旋结构

那Z型的左手螺旋可怎么跟

B型的右手螺旋连接过渡啊

你这个问题问的不错

说明你动脑筋了

这个问题的确

也困扰了生物学家很久

直到2005年科学家们

对B-Z连接处的

DNA结构进行了解析

发现这个地方

只有一个碱基对的破坏

碱基平面翻出了

糖磷酸骨架链的外侧

这也说明DNA双螺旋的结构

还是具有相当的灵活性的

除了双螺旋结构

一些具有特异性序列的

DNA片段还可以形成一些

其他的二级结构

比如串联排列的重复序列可以由于

DNA双链的相对滑动

而在单链上形成凸起或者环

而反向重复序列则可以形成

双链的十字交叉结构

具有镜像对称结构的序列

嘌呤-嘧啶延伸链

还可以形成三股螺旋结构

而在线性DNA的末端

我们知道的端粒部分

往往还可以有富含G的序列

形成四股螺旋

这些不太常见的DNA二级结构

的异常发生有时

也会导致一些疾病

比如说我们人类的

弗里德希氏共济失调症

这是一种常染色体隐性遗传的

神经系统疾病

表现为进行性的步态不稳

以及全身笨拙等共济失调症状

和心脏膨大等

该疾病的致病基因

X25基因定位在9号染色体上

这个基因第1个内含子当中

有一段不太稳定的GAA序列

正常的个体大概

重复8-30次左右

但是患病的人却可以在这里

重复1000次以上

过度重复的GAA序列

形成DNA三股螺旋的结构

从而影响了该致病基因

frataxin共济蛋白的转录

导致疾病的发生

法国的生物技术公司

AAVLife公司在2014年宣布

已经获得了1200万美元的投资

用于开发弗里德希氏共济失调的

基因敲除疗法

他们希望能够通过

腺病毒类病毒载体

将正常的共济失调蛋白基因

转入人体去取代突变的基因

希望这种疗法能够让

患者的X25基因

恢复正常的迷人的双螺旋状态吧

Basic Molecular Biology 课程列表:

Chapter 1 The material basis of genetic information

- C1-Lecture 1 The past and present journey of molecular biology

--Key points C1-L1 The past and present journey of molecular biology

--Video-C1-L1 The past and present journey of molecular biology

--Discussion C1-L1

--Lecture 1-Homework

-C1-Lecture 2 The nature of genetic material

--Key points C1-L2 The nature of genetic material

--Video-C1-L2 The nature of genetic material

--Discussion C1-L2

--C1-Lecture 2-Homework

-C1-Lecture 3 Amazing DNA double helix

--Key points C1-L3 Amazing DNA double helix

--Video C1-L3 Amazing DNA double helix

--Discussion C1-L3

--C1-Lecture 3-Homework

-C1-Lecture 4 Supercoiled DNA

--Key points C1-L4 Supercoiled DNA

--Video C1-L4 Supercoiled DNA

--Discussion C1-L4

--C1-Lecture 4-Homework

-C1-Lecture 5 Denaturation, renaturation and hybridization

--Key points C1-L5 Denaturation, renaturation and hybridization

--Video C1-L5 Denaturation, renaturation and hybridization

--Discussion C1-L5

--C1-Lecture 5-Homework

-C1-Lecture 6 Nucleic acids extraction and gel electrophoresis

--Key points C1-L6 Nucleic acid extraction and gel electrophoresis

--Video C1-L6 Nucleic acid extraction and gel electrophoresis

--Discussion C1-L6

--C1-Lecture 6-Homework

-Chapter 1 Test

-Learning resources

--Web resources

-- References

Chapter 2 From gene to chromosome

-C2-Lecture 1 Genome does not equal to chromosome

--Key points C2-L1 Genomes are not equal to chromosomes

--Video C2-L1 Genomes are not equal to chromosomes

--Discussion C2-L1 Genomes are not equal to chromosomes

--C2-Lecture 1-Homework

-C2-Lecture 2 Nucleosomes and their Assembly

--Key points C2-L2 Nucleosomes and their Assembly

--Video C2-L2 Nucleosomes and their Assembly

--Discussion C2-L2 Nucleosomes and their Assembly

--C2-Lecture 2-Homework

-C2-Lecture 3 Higher order chromatin structure

--Key points C2-L3 Higher order chromatin structure

--Video C2-L3 Higher order chromatin structure

--Discussion C2-L3 Higher order chromatin structure

--C2-Lecture 3-Homework

-C2-Lecture 4 Chromatin modification and remodeling

--Key points C2-L4 Chromatin modification and remodeling

--Video C2-L4 Chromatin modification and remodeling

--Discussion C2-L4 Chromatin modification and remodeling

--C2-Lecture 4-Homework

-Chapter 2 Tests

-Learning resources

--Web resources

--References

Chapter 3 Who is in pairs? DNA replication

-C3-Lecture 1 Semiconservative DNA replication

--Key points C3-L1 Semiconservative DNA replication

--Video C3-L1 Semiconservative DNA replication

--Discussion C3-L1 Semiconservative DNA replication

--C3-Lecture1 Homework

-C3-Lecture 2 The mechanism of DNA polymerase

--Key points C3-L2 The mechanism of DNA polymerase

--Video C3-L2 The mechanism of DNA polymerase

--Discussion C3-L2 The mechanism of DNA polymerase

--C3-Lecture 2-Homework

-C3-Lecture 3 Process of DNA replication

--Key points C3-L3 Process of DNA replication

--Video C3-L3 Process of DNA replication

--Discussion C3-L3 Process of DNA replication

--C3-Lecture 3-Homework

-C3-Lecture 4 Regulation of DNA replication initiation

--Key points C3-L4 Regulation of DNA replication initiation

--Video C3-L4 Regulation of DNA replication initiation

--Discussion C3-L4 Regulation of DNA replication initiation

--C3-Lecture 4-Homework

-C3-Lecture 5 The end replication problem and telomere

--Key points C3-L5 The end replication problem and telomere

--Video C3-L5 The end replication problem and telomere

--Discussion C3-L5 The end replication problem and telomere

--C3-Lecture 5-Homework

-C3-Lecture 6 Let’s “cook” DNA

--Video C3-L6 Let’s “cook” DNA

--Discussion C3-L6 Let’s “cook” DNA

--C3-Lecture 6-Homework

- Chapter 3 Tests

-Learning resources

--Web resources

--References

Chapter 4 DNA mutation and repair

-C4-Lecture 1 Replication errors and the mismatch repair system

--Key points 4-1 Replication errors and the mismatch repair system

--Video 4-1 Replication errors and the mismatch repair system

--Discussion 4-1 Replication errors and the mismatch repair system

--C4-Lecture 1-Homework

-C4-Lecture 2 DNA damage

--Key points 4-2 DNA damage

--Video 4-2 DNA damage

--Discussion 4-2 DNA damage

--C4-Lecture 2-Homework

-C4-Lecture 3 DNA Repair

--Key points 4-3 DNA Repair

--Video 4-3 DNA Repair

--Discussion 4-3 DNA Repair

--C4-Lecture 3-Homework

-C4-Lecture 4 DNA Homologous Recombination

--Key points 4-4 DNA Homologous Recombination

--Video 4-4 DNA Homologous Recombination

--Discussion 4-4 DNA Homologous Recombination

--C4-Lecture 4-Homework

-C4-Lecture 5 Changing the natural gene sequences

--Key points 4-5 Changing the natural gene sequences

--Video 4-5 Changing the natural gene sequences

--Discussion 4-5 Changing the natural gene sequences

-Chapter 4 test

- Learning resources

--Web resources

--References

--References

Chapter 5 Transcription in prokaryotes

-C5-Lecture 1 RNA polymerase

--Key points 5-1 RNA polymerase

--Video 5-1 RNA polymerase

--Discussion 5-1 RNA polymerase

--C5-Lecture 1-Homework

-C5-Lecture 2 Transcription process in prokaryotes

--Key points 5-2 Transcription process in prokaryotes

--Video 5-2 Transcription process in prokaryotes

--Discussion 5-2 Transcription process in prokaryotes

--C5-Lecture 2-Homework

-C5-Lecture 3 Transcriptional regulation in bacterial I: Lac operon

--Key points 5-3 Transcriptional regulation in bacterial I: Lac operon

--Video 5-3 Transcriptional regulation in bacterial I: Lac operon

--Discussion 5-3 Transcriptional regulation in bacterial I: Lac operon

--C5-Lecture 3-Homework

-C5-Lecture 4 Transcriptional regulation in bacterial II: Tryptophan operon

--Key points 5-4 Transcriptional regulation in bacterial II: Tryptophan operon

--Video 5-4 Transcriptional regulation in bacterial II: Tryptophan operon

--Discussion 5-4 Transcriptional regulation in bacterial II: Tryptophan operon

--C5-Lecture 4-Homework

-Chapter 5 Test

-Learning resources

--References

Chapter 6 Transcription in eukaryotes

-Lecture 1 Eukaryotic RNA polymerase and promoter

--Key points 6-1 Eukaryotic RNA polymerase and promoter

--Video 6-1 Eukaryotic RNA polymerase and promoter

--Discussion 6-1 Eukaryotic RNA polymerase and promoter

--C6-Lecture 1-Homework

-Lecture 2 Transcription process in eukaryotic cell

--Key points 6-2 Transcription process in eukaryotic cell

--Video 6-2 Transcription process in eukaryotic cell

--Discussion 6-2 Transcription process in eukaryotic cell

--C6-Lecture 2-Homework

-Lecture 3 Transcription factors of eukaryotic cell

--Key points 6-3 Transcription factors of eukaryotic cell

--Video 6-3 Transcription factors of eukaryotic cell

--Discussion 6-3 Transcription factors of eukaryotic cell

--C6-Lecture 3-Homework

-Lecture 4 Epigenetic Regulation of gene expression

--Key points 6-4 Epigenetic Regulation of gene expression

--Video 6-4 Epigenetic Regulation of gene expression

--Discussion 6-4 Epigenetic Regulation of gene expression

--C6-Lecture 4-Homework

-Chapter 6 Test

-Learning resources

--Web resources

--References

Chapter 7 RNA Processing

-Lecture 1 RNA splicing

--Key points 7-1 RNA splicing

--Video 7-1 RNA splicing

--Discussion 7-1 RNA splicing

--C7-Lecutre 1-Homework

-Lecture 2 Cotranscriptional processing of nuclear pre-mRNA

--Key points 7-2 Cotranscriptional processing of nuclear pre-mRNA

--Video 7-2 Cotranscriptional processing of nuclear pre-mRNA

--Discussion 7-2 Cotranscriptional processing of nuclear pre-mRNA

--C7-Lecture 2-Homework

-Lecture 3 One gene one protein? Alternative RNA splicing

--Key points 7-3 One gene one protein? Alternative RNA splicing

--Video 7-3 One gene one protein? Alternative RNA splicing

--Discussion 7-3 One gene one protein? Alternative RNA splicing

--C7-Lecture 3-Homework

-Lecture 4 “Seeing” RNA

--Key points 7-4 “Seeing” RNA

--Video 7-4 “Seeing” RNA

--Discussion 7-4 “Seeing” RNA

-C7-Lecture 4-Homework

-Chapter 7 Test

-Learning Resources

--References

Chapter 8 Protein Synthesis, translation

-Lecture 1 Genetic codons and ribosome

--Key points 8-1 Genetic codons and ribosome

--Video 8-1 Genetic codons and ribosome

--Discussion 8-1 Genetic codons and ribosome

--C8-Lecture 1-Homework

-Lecture 2 Process of translation

--Key points 8-2 Process of translation

--Video 8-2 Process of translation

--Discussion 8-2 Process of translation

--C8-Lecture 2-Homework

-Lecture 3 Regulation of gene expression at Translational level

--Key points 8-3 Regulation of gene expression at Translational level

--Video 8-3 Regulation of gene expression at Translational level

--Discussion 8-3 Regulation of gene expression at Translational level

--C8-Lecture 3-Homework

-Lecture 4 Looking for your protein

--Key points 8-4 Looking for your protein

--Video 8-4 Looking for your protein

-Chapter 8 Test

-Learning resources

--References

--Life Cycle of an mRNA

--mRNA procesiing

--Protein synthesis

--SDS-PAGE

Final Exam

-Final Exam

Video C1-L3 Amazing DNA double helix笔记与讨论

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