第三章DNA双螺旋结构

第三章遗传信息的复制与表达DNA的结构 一级结构一级结构 二级结构二级结构 三级结构三级结构DNA的一级结构 DNA的一级结构是指DNA分子中核苷酸的排列顺序，DNA顺序（或序列）是这一概念的简称。DNA是巨大的生物高分子，是巨大的生物高分子，如人的如人的DNA就包含了就包含了3x10碱基碱基对。对。DNA二级结构是两条多核苷二级结构是两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构旋结构.分两大类分两大类:右手螺旋右手螺旋:A-DNA,B-DNA,C-DNA左手螺旋左手螺旋:Z-DNADNA的二级结构的二级结构 Watson和和Crick所推导出来的所推导出来的DNA双螺双螺旋结构在生物学研究中有深远意义。他们是以旋结构在生物学研究中有深远意义。他们是以在生理盐溶液中抽出的在生理盐溶液中抽出的DNA纤维在纤维在92相对温相对温度下进行度下进行X射线衍射图谱为依据进行推设的。射线衍射图谱为依据进行推设的。在这一条件下得出的在这一条件下得出的DNA称称B构型。这是构型。这是细胞细胞和水溶液中天然和水溶液中天然DNA状态。状态。右手右手DNA双螺旋之一双螺旋之一 B构型构型B-DNA双螺旋结构的特点*1.1.两条链以一共同轴为中心，盘绕两条链以一共同轴为中心，盘绕成右手螺旋结构。成右手螺旋结构。2.2.螺旋直径为螺旋直径为2nm2nm。3.3.亲水的脱氧核糖核磷酸构成的主亲水的脱氧核糖核磷酸构成的主链在螺旋的外侧，碱基处于螺旋内部。链在螺旋的外侧，碱基处于螺旋内部。4.4.脱氧核糖与磷酸交替排列构成了脱氧核糖与磷酸交替排列构成了DNADNA主链。两条主链。两条DNADNA链成反向平行排列，链成反向平行排列，即两条链的即两条链的55、33排列方向正好相排列方向正好相反。反。5.5.相邻相邻2 2个碱基相距个碱基相距0.34nm0.34nm6.6.碱基是个平面环分子，在双螺旋碱基是个平面环分子，在双螺旋中，碱基平面垂直于螺旋轴中，碱基平面垂直于螺旋轴。7.DNA7.DNA的两条链通过碱基配对的两条链通过碱基配对 。A A与与T T之间形成之间形成2 2个氢键，个氢键，C C与与G G之间形成之间形成3 3个氢键。个氢键。8.每每10个碱基对旋转个碱基对旋转1圈，因此双螺旋圈，因此双螺旋的螺距为的螺距为3.4nm。9.由于旋转一圈（由于旋转一圈（10个碱对基）是个碱对基）是360度，相邻的度，相邻的2个碱基正好相差个碱基正好相差36度。度。10.10.链间形成螺旋形链间形成螺旋形的凹槽：大沟和小沟。的凹槽：大沟和小沟。大沟和小沟分别指双大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。大沟槽和较小沟槽。维持维持DNA双螺旋稳定的力双螺旋稳定的力q碱基堆积力碱基堆积力 qH键键q盐键（离子键）盐键（离子键）右手DNA双螺旋结构之二A构型*螺旋紧密，每螺旋紧密，每11个碱基旋转个碱基旋转1圈；大圈；大沟变窄，小沟变宽。沟变窄，小沟变宽。A-DNA双螺旋结构的结构特点双螺旋结构的结构特点 大沟小沟是大沟小沟是DNA行使功能时蛋白质的识别位行使功能时蛋白质的识别位点。点。B型型DNA转变为转变为A型型DNA，蛋白质对，蛋白质对DNA的的识别也发生了相应的变化识别也发生了相应的变化;A-DNA构象构象(与转录状态有关与转录状态有关)对基因表达有对基因表达有重要意义。重要意义。A-DNA双螺旋结构的生物学意义右手螺旋DNA:1.B-DNA:lA-T丰富的丰富的DNA片段片段2.A-DNA(对基因表达有重要意义）对基因表达有重要意义）la.DNA-RNA(处于转录状态的处于转录状态的DNA)lb.RNA-RNA(dsRNA)左手螺旋左手螺旋 Z-DNA Wang和和Rich等等人在研究人工合成人在研究人工合成的的CGCGCG单晶单晶的的X射线衍射图射线衍射图谱时分别发现左手谱时分别发现左手双螺旋结构，在主双螺旋结构，在主链中各个磷酸根呈链中各个磷酸根呈锯齿状排列，有如锯齿状排列，有如“之之”字形一样，字形一样，因此叫它因此叫它Z构象构象（英文字（英文字Zigzag的的第一个字母）。第一个字母）。1：左手螺旋，：左手螺旋，每每12个碱基旋转个碱基旋转1圈圈，较，较A-DNA拧紧。拧紧。2：Z-DNA只有一个螺旋沟，它相当于只有一个螺旋沟，它相当于B构象中的小沟，构象中的小沟，它狭而深大沟则不复存在它狭而深大沟则不复存在，只有浅沟，碱基不位于双，只有浅沟，碱基不位于双链中央。链中央。3：Z-DNA几乎不存在易被蛋白质识别的沟，凭借链外几乎不存在易被蛋白质识别的沟，凭借链外围的碱基与化学物质发生识别。围的碱基与化学物质发生识别。Z-DNA双螺旋结构的结构特点双螺旋结构的结构特点*DNA螺旋上沟的特征在其信息表达过程中起关键作螺旋上沟的特征在其信息表达过程中起关键作用。调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧链与用。调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧链与DNA双螺旋沟中的碱基对一侧的氢原子供体或受体相双螺旋沟中的碱基对一侧的氢原子供体或受体相互作用，形成氢键从而识别互作用，形成氢键从而识别DNA上的遗传信息的。大上的遗传信息的。大沟所带的遗传信息比小沟多。沟的宽窄和深浅也直接沟所带的遗传信息比小沟多。沟的宽窄和深浅也直接影响到调控蛋白质对影响到调控蛋白质对DNA信息的识别。信息的识别。ZDNA中大中大沟消失，小沟狭而深，使调探蛋白识别方式也发生变沟消失，小沟狭而深，使调探蛋白识别方式也发生变化。这些都暗示化。这些都暗示Z构型的存在不仅仅是由于构型的存在不仅仅是由于DNA中出现中出现嘌呤啶嘧交替排列之结果，也是在漫漫的进化长河嘌呤啶嘧交替排列之结果，也是在漫漫的进化长河中对中对DNA序列与结构不断调整与筛选的结果，可以序列与结构不断调整与筛选的结果，可以影影响响(抑制或激活抑制或激活)转录酶与模板结合，调节转录转录酶与模板结合，调节转录。Z-DNA双螺旋结构的生物学意义双螺旋结构的生物学意义Z-DNA双螺旋结构的生物学意义双螺旋结构的生物学意义 现在已经有证据说明现在已经有证据说明Z-DNA存在于天然存在于天然DNA中。中。Z-DNA在天然在天然DNA中存在表明它应有自己独特的功中存在表明它应有自己独特的功能。已有一些证据表明能。已有一些证据表明Z-DNA的存在与基因表达调的存在与基因表达调控有关。控有关。DNA高级结构 原核生物一般只有一个染色体即一个核酸分子，大多数为原核生物一般只有一个染色体即一个核酸分子，大多数为双螺旋结构，少数以单链形式存在，这些核酸分子多数为环状，双螺旋结构，少数以单链形式存在，这些核酸分子多数为环状，超螺旋结构是高级结构的主要形式，是在超螺旋结构是高级结构的主要形式，是在DNADNA双螺旋结构进一双螺旋结构进一步扭曲盘旋形成。少数为线状分子。步扭曲盘旋形成。少数为线状分子。超螺旋的生物学意义超螺旋的生物学意义1、超螺旋比松弛型DNA更紧密，使DNA体积变小，得以包装在细胞核内。2、超螺旋能影响双链的解链程度，从而影响DNA与其他分子的相互作用。转录时,RNA-Polymerase对于超螺旋DNA结合活性高，结合速率和稳定性大大提高，复制时,促进解链。染色质与染色体真核生物DNA的高级结构 在细胞周期的分裂间期，DNA以松散的染色质形式存在于核中。非分裂期的细胞核经过低渗处理，溶胀释放出染色质，呈纤维串珠状的长丝。包括DNA双螺旋长臂及部分蛋白质。谢谢！谢谢！