DNA的空间结构PPT课件

1、DNA的空间结构的空间结构1 v1 DNA的双螺旋结构的研究背景的双螺旋结构的研究背景 v2 DNA的双螺旋结构的双螺旋结构(double-helical structure) 2.1 DNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点 2.2 DNA双螺旋结构稳定的因素双螺旋结构稳定的因素 2.3 DNA双螺旋结构的多态性双螺旋结构的多态性(类型类型) 2.4三股螺旋三股螺旋 v3 DNA的三级结构的三级结构(tertiary structure) DNA的空间结构的空间结构2 v 1953.4.25, , “ 核酸的分子结构核酸的分子结构 脱氧核糖核酸的结构脱氧核糖核酸的结构”； vWatson 、

2、Crick 、Wilkins共获共获“诺贝尔生理学或医诺贝尔生理学或医 学奖学奖”（1962） v20032003年，美国国会将年，美国国会将4 4月月定为定为“人类基因组月人类基因组月” ” 4 4月月2525日日为全国为全国“DNADNA日日” v20032003年年1010月，月，Watson Watson 访问杭州，担任访问杭州，担任 “ “沃森基沃森基 因组研究院因组研究院”名誉院长。名誉院长。 DNA的空间结构的空间结构3 DNA的空间结构的空间结构4 v Who would have thought , 40 years ago, that the three-dimension

3、al structure of DNA would be both so elegant and so suggestive. It is sobering to realize that it has existed for billions of years and yet it was only 40 years ago that it was first revealed to us. I wish Chinese biochemists every success in their experiments using this beautiful molecules. DNA的空间结

4、构的空间结构5 v1.1 DNA的碱基组成规律的碱基组成规律Chargaff规则规则 v1.2 DNA晶体晶体X-射线衍射图谱射线衍射图谱 Wilkins 和和Franklin v1.3 已知核酸化学结构和电位滴定证明：已知核酸化学结构和电位滴定证明：嘌呤与嘧啶嘌呤与嘧啶 的可解离基团由氢键连接的可解离基团由氢键连接。 v1.4 蛋白质蛋白质-螺旋模型（右手）的启发螺旋模型（右手）的启发 Pauling DNA的空间结构的空间结构6 1.1 Chargaff规则的内容 v具有具有物种的特异性物种的特异性 v没有没有组织器官的特异性组织器官的特异性 v不受不受生长发育、营养状况及环境条生长发育、

5、营养状况及环境条 件件的影响；的影响； v A=T、G=C，A+G=C+T DNA的空间结构的空间结构7 DNA的空间结构的空间结构8 DNA的空间结构的空间结构9 DNA纤维和晶体的纤维和晶体的x-衍射分析图衍射分析图 DNA的空间结构的空间结构10 v两条链两条链反向平行，右手螺旋反向平行，右手螺旋； v DNA分子骨架（磷酸与脱氧核糖）在分子骨架（磷酸与脱氧核糖）在外侧外侧，碱，碱 基在基在内侧内侧，碱基平面与纵轴，碱基平面与纵轴垂直垂直，大沟大沟（major groov e）和和小沟（小沟（minor groove） v直径为直径为2nm，碱基堆积距离为碱基堆积距离为0.34nm,两相

6、邻核两相邻核 苷酸间夹角为苷酸间夹角为36o，螺距（螺距（10bp）为为3.4nm。 vA与与T配对配对，形成，形成2个个氢键，氢键，G与与C配对配对，形成，形成 3 个个氢键，即碱基互补配对原则氢键，即碱基互补配对原则 DNA的空间结构的空间结构11 DNA的空间结构的空间结构12 DNA的空间结构的空间结构13 DNA的空间结构的空间结构14 DNA的空间结构的空间结构15 DNA的空间结构的空间结构16 由芳香族碱基由芳香族碱基电子间的相互作用引起的，能形成疏水电子间的相互作用引起的，能形成疏水 核心，是稳定核心，是稳定DNA最重要的因素；最重要的因素； DNA的空间结构的空间结构17

7、B-DNA：92%相对湿度，接近细胞内的DNA构象，与 Watson 和Crick提出的模型相似。 A-DNA：75%相对湿度，与溶液中DNA-RNA杂交分 子的构象相似，推测转录时发生BA。其碱基平 面倾斜20，螺距与每一转碱基对数目都有变化。 Z-DNA：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约1.8nm，螺 距4.5nm，每一转含12个bp，只有小沟。B-DNA与 Z-DNA的相互转换可能和基因的调控有关。 DNA的空间结构的空间结构18 C-DNA：4446%相对湿度，螺距3.09nm，每转螺旋 9.33个碱基对，碱基对倾斜6。可能是特定条件 下B-DNA和A-DNA的转化中间物。 D-DNA：6

8、0%相对湿度，DNA中A、T序列交替的区 域。每个螺旋含8个bp，螺距2.43nm，碱基平面倾 斜16。 DNA的空间结构的空间结构19 DNA的空间结构的空间结构20 DNA的空间结构的空间结构21 DNA的空间结构的空间结构22 H-DNA: 三条链局三条链局 部螺旋部螺旋 2.4三股螺旋三股螺旋 在三股螺旋中，通 常是一条同型寡核 苷酸与寡嘧啶核苷 酸寡嘌呤核苷酸 双螺旋的大沟结合， 并与嘌呤碱形成 Hoogsteen配对，第 三股与寡嘌呤核苷 酸之间为同向平行。 三股螺旋中的第三 股可以来自分子间 也可以来自分子内。 DNA的空间结构的空间结构23 一般认为，三股中碱基配对方式必须符合

9、一般认为，三股中碱基配对方式必须符合 Hoogsteen模型模型，即，即第三个碱基以第三个碱基以A或或T与与 A=T碱基对中的碱基对中的A配对配对；G或或C与与G=C碱基对碱基对 中的中的G配对，配对，C必须质子化，以提供与必须质子化，以提供与G的的N7 结合的氢键供体，并且它与鸟嘌呤配对只形结合的氢键供体，并且它与鸟嘌呤配对只形 成两个氢键成两个氢键。 H-DNA存在于存在于基因调控区和其它重要的区域基因调控区和其它重要的区域， 从而显示它具有重要的生物学意义。从而显示它具有重要的生物学意义。 DNA的空间结构的空间结构24 vDNA双螺旋进一步扭曲即成三级结构。双螺旋进一步扭曲即成三级结构

10、。超螺旋超螺旋是是DNA 三级结构的一种形式。三级结构的一种形式。 v 天然天然DNA有有双链双链DNA（dsDNA），）， 有的病毒为有的病毒为单链单链 DNA（ssDNA） v 在在dsDNA中：中： 环状分子环状分子（dcDNA）：）：质粒、质粒、 线粒线粒 体、叶绿体、病毒、细菌体、叶绿体、病毒、细菌 v开环开环DNA（ocDNA)：双链环状双链环状DNA的一条链断裂，的一条链断裂， 分子呈松弛状态。分子呈松弛状态。线形分子线形分子（大多数）环状（大多数）环状DNA的双的双 链断开链断开 DNA的空间结构的空间结构25 DNA的空间结构的空间结构26 DNA的空间结构的空间结构27 D

11、NA的空间结构的空间结构28 真核生物中的核小体结构 在生物体内核酸通常都与蛋白质结合形成复合物，以 核蛋白的存在。 在真核细胞染色质中，DNA双螺旋分子盘绕在组蛋白 上形成核小体。 许多核小体由DNA连成念珠状结构，再盘绕压缩成高 层次的结构 染色体。 DNA分子量巨大，将它组装到有限的空间中需要高度 组织，这种组装可以用压缩比表示。 压缩比压缩比：DNA分子长度与组装后特定结构长度之比。 DNA的空间结构的空间结构29 Kornberg核小体模型核小体模型 染色质的基本结构单位是核小体，染色质的基本结构单位是核小体，Kornberg 根据电镜观察核根据电镜观察核X衍射等资料提出模型：衍射等

12、资料提出模型： （1）核小体由）核小体由组蛋白核心组蛋白核心和盘绕其上的和盘绕其上的DNA 链构成；核心为链构成；核心为八聚体八聚体，由组蛋白，由组蛋白H2A、 H2B、H3、和和H4各各2分子组成；分子组成；DNA链以左链以左 手螺旋在组蛋白核心上盘绕手螺旋在组蛋白核心上盘绕1.8圈圈，共，共146bp； 核小体之间的连接核小体之间的连接DNA长度平均长度平均200bp，组组 蛋白蛋白H1结合于连接结合于连接DNA上。上。 （2）核小体由连接）核小体由连接DNA相连，可进一步盘绕相连，可进一步盘绕 成成30nm的染色质纤丝的染色质纤丝，每圈，每圈6个核小体个核小体，由，由 组蛋白组蛋白H1维系稳定性。维系稳定性。 DNA的空间结构的空间结构30 3.2： l在真核生物中，双螺旋的在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一分子围绕一蛋白质八蛋白质八 聚体聚体进行盘绕，从而形成特殊的进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构串珠状结构，称为，称为 核小体核小体。核小体结构属于。核小体结构属于DNA的三级结构。的三级结构。 DNA的空间结构的空间结构31 DNA的空间结构的空间结构32 多级螺旋模型 压缩倍数压缩倍数 7 6 40 5 （8400） DNA 核小体核小体 染色质纤丝染色质纤丝 超螺线管超螺线管 染色单体染色单体 2nm 10nm