DNA的高级结构

1、（三）DNA的高级结构：（1）1953年Watson与Crick提出的DNA双螺旋结构模型，主要有三方面依据：核酸化学结构和核苷酸键长和键角数据。DNA X-射线衍射分析。DNA碱基组成的Chargaff规则；同一物种不同组织和器官，DNA碱基组成 具有生物种特异性。且摩尔数为A=T，G=C，A+C=G+T。（2）DNA二级结构：W- C DNA分子双螺旋结构模型见P480图13-5，要点如下：两条反向平向的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链均为右手螺旋。碱基位于双螺旋内侧，核酸与核糖在外侧，彼此通过3 ，5 -磷酸二酯键相连 接，形成DNA分子骨架。碱基平面与纵轴重直，糖环平面与纵轴平

2、行。多核 苷酸链方向3一5为正向（P487图13- 6），形成一条大沟和一条小沟。双螺旋平均直径为2nm，两个相邻碱基对之间相距高度为0.34nm，两核苷酸 之间夹角为360沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸，每一转的高度（螺距） 为 3.4nm。两条链被碱基之间形成的氢键连成一体，互相匹配，A与T配对，形成两个氢 键，G与C配对，形成三个氢键。碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制，一条链序列确定后则决定另一条互 补链序列。遗传信息由碱基序列所携带。DNA结构可受环境影响而改变，有A、B、C、D、E和Z型等不同构象存在。A、B型是DNA基本构象，E型为左手双螺旋。B型：为W- C双螺旋结构，DN

3、A钠盐在较高湿度下（92%）制得的纤维结构。A型：螺体较宽而短，RNA分子双螺旋区以及RNA- DNA杂交双链具有与A- DNA相似结构。P489表13-6 A、B和Z型DNA的比较。DNA二级结构主要是形成双螺旋，但在某些情况下也能形成三股螺旋，第三 股的碱基可与W- C碱基对中嘌吟碱形成配对。P489图13-10三股螺旋DNA 碱基配对。H-DNA是通过分子内折叠形成的三股螺旋（P490图13-11 H- DNA结构）， 它存在于基因调控区，因而有重要生物学意义。（3） DNA三级结构：DNA三级结构指DNA分子（双螺旋），通过扭曲和折叠形成的特定构象，包 括不同二级结构单元间的相互作用，

4、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA 的拓扑特征。超螺旋是DNA三级结构的一种形式，是双螺旋的螺旋。将环状DNA分子再额外多转几圈或少转几圈，都会使双螺旋中存在张力，为 抵消张力，环状DNA分子的轴再曲绕而形成超螺旋，左旋为负，右旋为正。DAN分子十分巨大，要组装到有限的空间，压缩比达1000-2000，组装成染色 体则高达8000-10000 （p492表13-7）。为此绝大多数DNA以超螺旋形式存在， 把很长的DNA压缩成很小的体积内。如人类第一号染色体DNA长7.2cm，经弯 曲缠绕后只有近10m（压缩约7700倍）。由于DNA双螺旋为右旋，负超螺旋（左旋）有利于双螺旋解旋，自然界存

5、在 的环状DNA几乎全是负超螺旋。DNA复制、重组或转录时，必须解旋解链，暴露出DNA结合位点，使各种调 控蛋白发挥作用，随后再形成超螺旋，存在拓扑学问题。生物过程需负超螺旋程 度不同，可通过DNA拓扑异构来调节其功能。环状DNA的一些重要拓扑学性质：（拓扑学是数学的一个分支，研究物体变形后仍保留下的结构特性。）连环数L：为一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕次数，为一个整数。L值不同，则为拓扑异构。扭转数T：指DNA分子中的Watson- Crick螺旋数。天然DNAT变化不大，变化时 有张力。超螺旋数W：为超螺旋的超绕数，右旋为正，左旋为负。L、T、W三者关系：L=T+W L为整数，T、W可带小

6、数。比连环差入:表示超螺旋程度入=L- L0/L0 L0为松弛环形DNA （无超螺旋）的L值。P491图13- 12环状DNA不同构象： 人：线型DNA。B：环状 DNA，松弛型 DNA，L=25，T=25，W=0。C：解链环状：拧松两周后，可形成两种环状DNA，一种即为解链环状L=23， T=23, W=0有张力；另一种为超螺旋DNA，为D。D：负超螺旋：形成超螺旋（左旋）消除解链影响，在力能学上有利，为自发过 程，L=23，T=25，W=- 2。DNA拓扑异构：除连环数不同外（如上述L=25, L=23），其他性质均相同的DNA 分子。双螺旋DNA在拓扑异构变化中T相同，是W不同导致L不同

7、。DNA拓扑异构现象：为DNA超螺旋状态与解旋状态之间的相互转换，不发生碱 基组成或顺序（一级结构）的任何变化，是DNA复制、重组或转录时所必需的。拓扑异构酶：引起DNA拓扑异构之间转变的酶，可改变DNA拓扑异构体的L值， 有两类：I类：使双链超螺旋DNA转变成松弛型环状DNA，每一次催化作用可消除一个 负超螺旋，L值增加1。II类：使松弛型环状DNA转变成负超螺旋型DNA，每次催化作用使L减少2， 又称促旋酶。两类酶含量严格控制，使细胞内DNA保持一定超螺旋水平。（2） DNA与蛋白质复合物的结构（四级结构）病毒、细菌拟核和真核生物的染色体都存在DNA的组装和一定程度的压缩。核小体是真生物染

8、色质的基本结构单位，由核小体链形成纤维，进而折叠螺旋化， 组装成不同层次结构的染色质和染色体。病毒：通常只有几个至几十个基因，主要由核酸和蛋白质组成，有时还含有脂 质和糖类。病毒的侵染性由核酸决定。核酸位于内部，蛋白质包裹着核酸为衣壳，有的还有脂蛋白被膜。由宿主不同，病毒分为噬菌体（宿主细菌与放线菌），植物病毒和动物病毒。 动物病毒含DNA或含RNA，有的还有被膜，如流感病毒（冠状病毒），表面有 许多突起，见P494图13- 14，流感病毒为RNA病毒。（二）RNA的高级结构：RNA通常是单链线型分子，但可自身回折形成局部双螺旋（二级结构）进而折叠 （三级结构），除tRNA外，几乎全部细胞中的RNA都与蛋白质形成核蛋白复合物（四 级结构）。RNA病毒是具有感染性的RNA复合物。（1）tRNA的高级结构：二级结构都是呈三叶草形，P496图13-18，双螺旋区构成叶柄，另外有几个 突环区。氨基酸臂：3 -末端CCA，可接受活化的氨基酸。二氢尿嘧啶环：有两个DHU。反密码环：环中部为反密码子，由3个碱基组成，次黄嘌吟核苷酸常出 现于反密码子中，反密码子可识别mRNA的密码子。额外环：是tRNA分类重要指标。Tw C环：几乎所有tRNA