第三節(jié) DNA的二級結構

第二章核酸第三節(jié)DNA的二級結構(一)二級結構的概念空間結構：多核苷酸鏈內(nèi)或鏈間通過氫鍵折疊而成的構象。

DNA的二級結構是指DNA的雙螺旋結構。雙螺旋結構是DNA的兩條鏈圍著同一中心軸旋繞而成的空間結構。DNA的雙螺旋模型是由Watson和Crick兩位科學家于1953年提出的。三、DNA的二級結構(二)雙螺旋結構模型提出的依據(jù)三、DNA的二級結構1、DNA的X-射線衍射圖(FranklinandWilkins)(1)衍射斑點呈交叉狀分布；(2)衍射點之間的距離與層次表明有0.34nm和3.4nm的周期性；(3)圖的頂上和底部是最強的衍射斑點，呈帶狀。(二)雙螺旋結構模型提出的依據(jù)三、DNA的二級結構2、DNA的堿基組成分析（Chargaff定則）Chargaff規(guī)則的內(nèi)容

Ⅰ.所有DNA：A=T、G=C，即A+G=T+C

Ⅱ.DNA的堿基組成具有種的特異性，即不同種的DNA堿基組成不一樣

Ⅲ.對同一生物物種，DNA的堿基組成沒有組織和器官的特異性

Ⅳ.DNA的堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)狀況及環(huán)境的改變而改變Chargaff規(guī)則的意義該規(guī)則為后來建立DNA雙螺旋結構模型奠定的基礎，并為闡明DNA的生物學功能提供了重要依據(jù)。糖環(huán)平面與中軸平行；堿基則伸向螺旋內(nèi)部，堿基平面與中軸垂直。由兩條反向平行的脫氧多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構成右手雙螺旋結構。由糖-磷酸通過3’,5’磷酸二酯鍵相互連接構成的主鏈處于螺旋外側。(三)雙螺旋結構模型的基本特征1主鏈5’5’3’3’中心軸P106(三)雙螺旋結構模型的基本特征A

=

TGC≡（堿基互補具有極其重要的生物學意義，是DNA復制、轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄的分子基礎）2堿基配對P108(三)雙螺旋結構模型的基本特征3螺旋參數(shù)0.34nm36°3.4nm2nm10nt堿基堆積距離0.34nm。每對脫氧核苷酸殘基沿縱軸旋轉(zhuǎn)36°所以每10個堿基對形成一個螺旋，螺距3.4nm。雙螺旋直徑為2nm。雙螺旋表面形成兩種凹槽：較淺的叫小溝，另一條叫大溝。大溝(2.2nm)：寬深小溝(1.2nm)：窄深4大溝和小溝P111大溝小溝GCATP113(四)維持雙螺旋結構穩(wěn)定性的力三、DNA的二級結構互補堿基之間的氫鍵堿基堆集力：堿基堆集成非極性的核心區(qū)域，相互間產(chǎn)生疏水作用和范德華力

離子鍵：磷酸殘基上的負電荷與介質(zhì)中的陽離子之間形成離子鍵。帶正電荷的蛋白質(zhì)可與帶負電荷的DNA結合。(五)DNA雙螺旋結構的形式三、DNA的二級結構螺旋槳扭轉(zhuǎn)（Propellertwist）：就是一個堿基對中的兩個堿基并不處于同一平面中，而是兩個堿基平面相對堿基的長軸各自向著相反的方向扭轉(zhuǎn)。如果沿著堿基對的長軸看去，靠近的一個堿基總是順時針方向扭轉(zhuǎn)。這樣形成的角度就是螺旋漿扭角。P116螺旋槳扭轉(zhuǎn)（Propellertwist）螺旋槳扭轉(zhuǎn)（Propellertwist）螺旋槳扭轉(zhuǎn)（Propellertwist）P1171.B-DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA相對濕度92%

DNA鈉鹽（較低）

(五)DNA雙螺旋結構的形式三、DNA的二級結構P117

螺旋類型

B適中螺旋方向右手螺旋直徑nm2.37堿基堆積距離nm

0.34堿基夾角34.6°每圈堿基數(shù)10.4螺距nm3.32軸心位置穿過堿基對堿基傾角-1°糖環(huán)折疊C2′內(nèi)式糖苷鍵構象反式大溝很寬、較深小溝狹、較深1.B-DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA堿基螺旋槳扭角16°2.A-DNA：相對濕度75%

DNA鈉鹽（較高）

(五)DNA雙螺旋結構的形式三、DNA的二級結構P117

螺旋類型

A粗短螺旋方向右手螺旋直徑nm2.55堿基堆積距離nm

0.23堿基夾角32.7°每圈堿基數(shù)11螺距nm2.46軸心位置不穿過堿基對堿基傾角19°糖環(huán)折疊C3′內(nèi)式糖苷鍵構象反式大溝很狹、很深小溝很寬、淺2.A-DNA：堿基螺旋槳扭角18°3.Z-DNA：相對濕度43%DNA鈉鹽（高）含有鳥嘌呤，嘌呤與嘧啶交替出現(xiàn)5-甲基胞嘧啶可誘使B-DNA轉(zhuǎn)化為Z-DNA(五)DNA雙螺旋結構的形式三、DNA的二級結構P117A-DNAB-DNAZ-DNA3.Z-DNA

螺旋類型

Z細長螺旋方向左手螺旋直徑nm1.84堿基堆積距離nm

0.38堿基夾角60°每圈堿基數(shù)12螺距nm4.56軸心位置不穿過堿基對堿基傾角-9°糖環(huán)折疊嘧啶C2′內(nèi)式，嘌呤C3′內(nèi)式糖苷鍵構象C反式,G順式大溝平坦小溝較狹、很深堿基螺旋槳扭角0°

螺旋類型

A粗短B適中Z細長螺旋方向右手右手左手螺旋直徑nm2.552.371.84堿基堆積距離nm

0.230.340.38堿基夾角32.7°34.6°60°每圈堿基數(shù)1110.412螺距nm2.463.324.56軸心位置不穿過堿基對穿過堿基對不穿過堿基對堿基傾角19°-1°-9°糖環(huán)折疊C3′內(nèi)式C2′內(nèi)式嘧啶C2′內(nèi)式，嘌呤C3′內(nèi)式糖苷鍵構象反式反式C、T反式,G順式大溝很狹、很深很寬、很深平坦小溝很寬、淺狹、深較狹、很深各種DNA雙螺旋結構參數(shù)堿基螺旋槳扭角18°16°0°A-DNAB-DNAZ-DNAZ-DNA有什么生物學意義呢?Z-DNA的形成通常在熱力學上是不利的。因為Z-DNA中帶負電荷的磷酸根距離太近了，這會產(chǎn)生靜電排斥。但是，DNA鏈的局部不穩(wěn)定區(qū)的存在就成為潛在的解鏈位點。DNA解螺旋卻是DNA復制和轉(zhuǎn)錄等過程中必要的環(huán)節(jié)，因此認為這一結構與基因調(diào)節(jié)有關。比如SV40增強子區(qū)中就有此結構，又如鼠類微小病毒DNS復制區(qū)起始點附近有GC交替排列序列。P117DNA雙螺旋每旋轉(zhuǎn)一周，沿軸上升的高度是多少?

(A)5.4nm(B)0.34nm(C)3.4nm(D)0.15nm

下列關于雙鏈DNA堿基含量關系，哪個是錯誤的?

(A)A=TG=C(B)A+T=G+C(C)A+G=C+T(D)A+C=G+T

B-DNA雙螺旋沿軸多少nm旋轉(zhuǎn)一整圈

，每圈共有多少堿基對中國科學技術大學2001，2002碩士生物化學入學考試試卷人基因組DNA共有3x10^9個堿基對,拉成一條直線長度為_______________cm（復旦生物化學98）約102小結DNAdouble-helixstructure

B-DNA(Watson-CrickDNA)

A-DNA

Z-DNA第四節(jié)DNA分子的高級結構1單鏈核苷酸形成的二級結構發(fā)夾結構（Hairpinstructure)DNARNADNA&RNAP1332反向重復序列與二級結構2.1定義反向重復序列（invertedrepeat)：又稱回文序列，指在雙鏈DNA序列中按確定的方向閱讀雙鏈中的每一條鏈的序列都是相同的。反向重復序列占人基因組的5％5′GGTACC3′

3′CCATGG5′NNNGAACGTCCNNNGGACGTTCNNNNNNCTTGCAGGNNNCCTGCAAGNNNCCTGCAAGGGACGTTCNNNCTTGCAGGGAACGTCCNNNNNNNNNNNNNNN反向重復序列反向重復序列下述序列中，在雙鏈狀態(tài)下屬于完全回紋結構的序列是

A、AGTCCTGAB、AGTCAGTCC、AGTCGACTD、GACTCTGAE、CTGAGATC北京醫(yī)科大學1999年招收攻讀碩士研究生入學試題生物化學3.1定義3DNA超螺旋結構如果固定DNA分子的兩端，或者本身是共價閉合環(huán)狀DNA或與蛋白質(zhì)結合的DNA分子，DNA分子兩條鏈不能自由轉(zhuǎn)動，額外的張力不能釋放，DNA分子就會發(fā)生扭曲，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋（supercoil).CovalentlyclosedcircularDNA,cccDNAP1223.2種類3DNA超螺旋結構負超螺旋：當DNA分子沿軸扭轉(zhuǎn)的方向與雙螺旋的方向相反時，所形成的超螺旋。（使DNA解螺旋以減少張力,稱為松旋效應）正超螺旋：當DNA分子沿軸扭轉(zhuǎn)的方向與雙螺旋的方向相同時，所形成的超螺旋。（造成雙螺旋的過旋而增加張力,稱為緊旋效應）3.3特征數(shù)3DNA超螺旋結構3.3.1連環(huán)數(shù)或連接數(shù)（linkingnumber)雙螺旋DNA中兩條鏈相互交叉的次數(shù)。LorLk3.3.2扭轉(zhuǎn)數(shù)（twistingnumber)雙螺旋DNA中一條鏈繞另一條鏈的扭轉(zhuǎn)數(shù)，即DNA分子中Watson-Crick螺旋數(shù)。TorTw3.3.3纏繞數(shù)（writhingnumber)雙螺旋DNA中螺旋軸的自我交叉數(shù)，即超螺旋數(shù)目。WorWrL=T+WP122P122L-L0=△L連環(huán)差(linkingdifference)△L/L0=λ(σ)比連環(huán)差（specificlinkingdifference)超螺旋密度（△T=0）3.3.4連環(huán)差和比連環(huán)差P124△L/L0=(L-L0)/L0=(32-36)/36=-4/36=-0.11P1303.4自然界中的超螺旋P1243.5超螺旋結構的生物學意義

DNA被壓縮和包裝，使其體積大大減小

增加了DNA的穩(wěn)定性

可能與復制和轉(zhuǎn)錄的調(diào)控有關拓撲異構酶長度相同而連環(huán)數(shù)不同的共價閉環(huán)DNA分子叫做DNA拓撲異構體拓撲異構體P1295拓撲異構酶5.1拓撲異構酶II5.2拓撲異構酶IP1255.1拓撲異構酶IIATP:ATP水解的能量被用于DNA-拓撲異構酶復合物的分子構像的改變，而并不是DNA鏈的斷裂或重新連接Two-step1:切開2：連接5.2拓撲異構酶IIP126