《DNA的二級結(jié)構(gòu)》PPT課件.ppt

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1、第 二 章 核 酸第 三 節(jié) DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu) (一) 二級結(jié)構(gòu)的概念 空 間 結(jié) 構(gòu) ： 多 核 苷 酸 鏈 內(nèi) 或 鏈 間 通 過 氫 鍵 折 疊 而成 的 構(gòu) 象 。 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu) 是 指 DNA的 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 。 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 是 DNA的 兩 條 鏈 圍 著 同 一 中 心 軸 旋 繞 而成 的 空 間 結(jié) 構(gòu) 。 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(jié) 構(gòu) (二) 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提出的依據(jù)三 、 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu)1、 DNA的 X-射 線

2、 衍 射 圖 (Franklin and Wilkins)(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(jié)構(gòu)模型提出的依據(jù)三 、 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu)2、 DNA的 堿 基 組 成 分 析 （ Chargaff定 則 ） Chargaff規(guī) 則 的 內(nèi) 容 . 所 有 DNA： A=T、 G =C， 即 A+G =T+C . DNA的 堿 基 組 成 具 有 種 的 特 異 性

3、， 即 不 同 種 的 DNA堿 基 組 成 不一 樣 . 對 同 一 生 物 物 種 ， DNA的 堿 基 組 成 沒 有 組 織 和 器 官 的 特 異 性 . 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(jié) 構(gòu) 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

4、 平 行 的 脫 氧 多 核 苷酸 鏈 圍 繞 同 一 中 心 軸 構(gòu) 成 右 手雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 。由 糖 -磷 酸 通 過 3 ,5 磷 酸 二 酯鍵 相 互 連 接 構(gòu) 成 的 主 鏈 處 于 螺 旋外 側(cè) 。(三) 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征1 主 鏈5 533 中 心 軸 (三) 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征 A = TG C（ 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 (三) 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征3 螺 旋 參 數(shù) 0.34 nm 363.4nm 2nm10 nt堿 基 堆

5、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 (2.2 nm)： 寬 深小 溝 (1.2 nm)： 窄 深4 大 溝 和 小 溝 G CA T (四) 維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力三 、 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu)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

6、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(jié) 合 。 (五) DNA雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 的 形 式 三 、 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu)螺 旋 槳 扭 轉(zhuǎn) （ Propeller twist） ：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

7、， 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 。 螺 旋 槳 扭 轉(zhuǎn) （ Propeller twist） 螺 旋 槳 扭 轉(zhuǎn) （ Propeller twist） 螺 旋 槳 扭 轉(zhuǎn) （ Propeller twist） 1. 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(jié) 構(gòu) 的 形 式 三 、 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu) 螺 旋 類 型 B 適 中螺 旋 方 向 右 手螺 旋 直 徑 nm 2.37堿 基 堆

8、積 距 離 nm 0.34堿 基 夾 角 34.6每 圈 堿 基 數(shù) 10.4螺 距 nm 3.32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(gòu) 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(jié) 構(gòu) 的 形 式 三 、 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu) 螺 旋 類 型 A 粗 短螺 旋 方 向 右 手螺 旋 直 徑 nm 2.55堿

9、 基 堆 積 距 離 nm 0.23堿 基 夾 角 32.7每 圈 堿 基 數(shù) 11螺 距 nm 2.46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(gòu) 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(jié) 構(gòu) 的 形 式 三 、 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu)

10、A-DNA B-DNA Z-DNA 3. Z-DNA 螺 旋 類 型 Z 細 長螺 旋 方 向 左 手螺 旋 直 徑 nm 1.84堿 基 堆 積 距 離 nm 0.38堿 基 夾 角 60每 圈 堿 基 數(shù) 12螺 距 nm 4.56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(gòu) 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 nm 2.55 2.37 1.

11、84堿 基 堆 積 距 離 nm 0.23 0.34 0.38堿 基 夾 角 32.7 34.6 60每 圈 堿 基 數(shù) 11 10.4 12螺 距 nm 2.46 3.32 4.56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(gòu) 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(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 堿

12、基 螺 旋 槳 扭 角 18 16 0 A-DNA B-DNA Z-DNA Z-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(jié) 構(gòu) 與 基 因 調(diào) 節(jié) 有 關 。 比 如 SV40增 強 子 區(qū)中

13、就 有 此 結(jié) 構(gòu) ， 又 如 鼠 類 微 小 病 毒 DNS復 制 區(qū) 起 始 點 附近 有 G C交 替 排 列 序 列 。 DNA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=T G=C (B)A+T=G+C (C)A+G=C+T (D)A+C=G+TB-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，

14、2002碩 士 生 物 化 學 入 學 考 試 試卷 人 基 因 組 DNA共 有 3x109個 堿 基 對 ,拉 成 一條 直 線 長 度 為 _cm（ 復 旦 生 物 化 學 98）約 102 第 四 節(jié) DNA分 子 的 高 級 結(jié)構(gòu) 1 單 鏈 核 苷 酸 形 成 的 二 級 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 夾 結(jié) 構(gòu)（ Hairpin structure)DNARNADNA& RNA 2 反 向 重 復 序 列 與 二 級 結(jié) 構(gòu)2.1 定 義反 向 重 復 序 列 （ inverted repeat)： 又 稱 回 文 序 列 ， 指 在 雙 鏈DNA序 列 中 按 確 定 的 方 向 閱 讀 雙 鏈

15、 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 55 G G TACC 3 3 CCATG G 5 NNNG AACG TCCNNNG G ACG TTCNNNNNNCTTG CAG G NNNCCTG CAAG NNN CCTGCAAG GGACGTTCNN NCTTGCAGG GAACGTCCN NNNNNNNN NNNNNN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(jié) 構(gòu) 的 序 列 是A、 AGTCCTGA B、 AGTCAGTC C、 AGTCGACT

16、 D、 GACTCTGA E、 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 三 股 螺 旋 DNA3.1 結(jié) 構(gòu) 特 點 ：一 條 同 型 的 寡 核 苷 酸 與 寡 嘧 啶 核 苷 酸 =寡 嘌 呤核 苷 酸 雙 螺 旋 的 大 溝 相 結(jié) 合第 三 股 鏈 的 堿 基 與 Watson-Crick堿 基 對 中 的 嘌呤 形 成 Hoogsteen配 對第 三 股 鏈 與 寡 嘌 呤 核 苷 酸 為 同 向 平 行 3.1.1一 條 同 型 的 寡 核 苷 酸 與 寡 嘧 啶 核 苷 酸 =寡 嘌 呤核 苷 酸

17、 雙 螺 旋 的 大 溝 相 結(jié) 合 大溝 3.1.2第 三 股 鏈 的 堿 基 與 Watson-Crick堿 基 對 中的 嘌 呤 形 成 Hoogsteen配 對 第 三 股 螺 旋 =寡 嘌 呤 核 苷 酸 A 、 T 與 A=T中 的 A， G、 C與 G=C中 的 G C必 須 質(zhì) 子 化 ， 以 提 供 與 G的 N7結(jié) 合 的 氫 鍵 供體 ， C與 G形 成 兩 個 氫 鍵 3 三 股 螺 旋 DNA3.1 結(jié) 構(gòu) 特 點 ：一 條 同 型 的 寡 核 苷 酸 與 寡 嘧 啶 核 苷 酸 =寡 嘌 呤核 苷 酸 雙 螺 旋 的 大 溝 相 結(jié) 合第 三 股 鏈 的 堿 基 與

18、 Watson-Crick堿 基 對 中 的 嘌呤 形 成 Hoogsteen配 對第 三 股 鏈 與 寡 嘌 呤 核 苷 酸 為 同 向 平 行 3.2 三 股 DNA形 成 的 條 件 ：1. DNA雙 螺 旋 ： 寡 嘧 啶 核 苷 酸 =寡 嘌 呤 核 苷 酸2. 第 三 股 螺 旋 =寡 嘌 呤 核 苷 酸 A 、 T 與 A=T中 的 A， G、 C與 G=C中 的 G3. C必 須 質(zhì) 子 化 ， 以 提 供 與 G的 N7結(jié) 合 的 氫 鍵 供 體 ， C與 G形成 兩 個 氫 鍵3 三 股 螺 旋 DNA AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATCT

19、TAAGTTCCCTCT TCATATCT TCTCCCTTCCTAG 存 在 于 同 一 股 上 的 某 些 DNA區(qū) 段 的 反 向 重 復 序 列 。此 序 列 各 單 股 中 沒 有 互 補 序 列 ， 不 能 形 成 十 字 型 或 發(fā)夾 結(jié) 構(gòu) 。3.3鏡 像 重 復3 三 股 螺 旋 DNA 4.1 定義 4 DNA超 螺 旋 結(jié) 構(gòu)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(jié) 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

20、就 會 發(fā)生 扭 曲 ， 用 以 抵 消 張 力 。 這 種 扭 曲 稱 為 超 螺 旋（ supercoil). Covalently closed circular DNA, cccDNA 4.2 種類 4 DNA超 螺 旋 結(jié) 構(gòu)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

21、雙 螺旋 的 過 旋 而 增 加 張 力 ,稱 為 緊 旋 效 應 ） 4.3 特征數(shù) 4 DNA超 螺 旋 結(jié) 構(gòu)4.3.1 連 環(huán) 數(shù) 或 連 接 數(shù) （ linking number) 雙 螺 旋 DNA中 兩 條 鏈 相 互 交 叉 的 次 數(shù) 。 L or Lk4.3.2 扭 轉(zhuǎn) 數(shù) （ twisting number) 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) 。 T or Tw4.3.3 纏 繞 數(shù) （ writhing number) 雙 螺 旋 DNA中 螺 旋 軸 的 自 我 交 叉 數(shù)

22、 ， 即 超 螺 旋 數(shù) 目 。W or Wr L = T + W L/L0 = (L - L0)/L0 = (32 -36)/36 = -4/36 = -0.11 L - L0 = L 連 環(huán) 差 (linking difference) L/L0 = () 比 連 環(huán) 差 （ specific linking difference) 超 螺 旋 密 度 （ T = 0）4.3.4 連 環(huán) 差 和 比 連 環(huán) 差 L/L0 = (L - L0)/L0 = (32 -36)/36 = -4/36 = -0.11 4.4 自 然 界 中 的 超螺 旋 4.5 超 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 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 課 堂 總 結(jié)一 、 DNA的 二 級 結(jié) 構(gòu)二 、 DNA的 三 級 結(jié) 構(gòu)