第三節(jié)DNA的二級結(jié)構(gòu)ppt課件

1、第二章第二章 核酸核酸第三節(jié) DNA的二級構(gòu)造(一) 二級構(gòu)造的概念 空間構(gòu)造：多核苷酸鏈內(nèi)或鏈間經(jīng)過氫鍵折疊而空間構(gòu)造：多核苷酸鏈內(nèi)或鏈間經(jīng)過氫鍵折疊而成的構(gòu)象。成的構(gòu)象。 DNA DNA的二級構(gòu)造是指的二級構(gòu)造是指DNADNA的雙螺旋構(gòu)造。的雙螺旋構(gòu)造。 雙螺旋構(gòu)造是雙螺旋構(gòu)造是DNADNA的兩條鏈圍著同一中心軸旋繞而的兩條鏈圍著同一中心軸旋繞而成的空間構(gòu)造。成的空間構(gòu)造。 DNA DNA的雙螺旋模型是由的雙螺旋模型是由WatsonWatson和和CrickCrick兩位科學(xué)家兩位科學(xué)家于于19531953年提出的。年提出的。三、三、DNADNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造(二) 雙螺旋構(gòu)造模型提

2、出的根據(jù)三、三、DNADNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造1 1、DNADNA的的X-X-射線衍射圖射線衍射圖(Franklin and Wilkins)(Franklin and Wilkins)(1) (1) 衍射斑點呈交叉狀分布；衍射斑點呈交叉狀分布；(2) (2) 衍射點之間的間隔與層次闡明有衍射點之間的間隔與層次闡明有0.34nm0.34nm和和3.4nm3.4nm的周期性；的周期性；(3) (3) 圖的頂上和底部是最強(qiáng)的衍射斑點，呈帶狀。圖的頂上和底部是最強(qiáng)的衍射斑點，呈帶狀。(二二) 雙螺旋構(gòu)造模型提出的根據(jù)雙螺旋構(gòu)造模型提出的根據(jù)三、三、DNADNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造2 2、DNADN

3、A的堿基組成分析的堿基組成分析ChargaffChargaff定那么定那么 Chargaff規(guī)那么的內(nèi)容規(guī)那么的內(nèi)容. 一切一切DNA：A=T、G=C，即，即A+G=T+C. DNA的堿基組成具有種的特異性，即不同種的的堿基組成具有種的特異性，即不同種的DNA堿基組成不堿基組成不一樣一樣. 對同終身物物種，對同終身物物種，DNA的堿基組成沒有組織和器官的特異性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)情況及環(huán)境的改動而改動的堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)情況及環(huán)境的改動而改動Chargaff規(guī)那么的意義規(guī)那么的意義 該規(guī)那么為后來建立該規(guī)那么為后來建立DNA雙螺旋構(gòu)造模型奠定的

4、根底，并為闡明雙螺旋構(gòu)造模型奠定的根底，并為闡明DNA的生物學(xué)功能提供了重要根據(jù)。的生物學(xué)功能提供了重要根據(jù)。 糖環(huán)平面與中軸平行；堿基那么伸向糖環(huán)平面與中軸平行；堿基那么伸向螺旋內(nèi)部，堿基平面與中軸垂直。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由兩條反向平行的脫氧多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構(gòu)成右手酸鏈圍繞同一中心軸構(gòu)成右手雙螺旋構(gòu)造。雙螺旋構(gòu)造。由糖由糖- -磷酸經(jīng)過磷酸經(jīng)過3 3,5,5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵相互銜接構(gòu)成的主鏈處于螺旋外相互銜接構(gòu)成的主鏈處于螺旋外側(cè)。側(cè)。(三) 雙螺旋構(gòu)造模型的根本特征1 主鏈5533中心軸(三) 雙螺旋構(gòu)造模型的根本特征 A = A = T

5、TG CG C堿基互補(bǔ)具有極其堿基互補(bǔ)具有極其重要的生物學(xué)意義，重要的生物學(xué)意義，是是DNADNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄的分子根底反轉(zhuǎn)錄的分子根底2 堿基配對(三) 雙螺旋構(gòu)造模型的根本特征3 螺旋參數(shù)0.34 nm363.4nm2nm10 nt堿基堆積間隔堿基堆積間隔0.34nm0.34nm。每對。每對脫氧核苷酸殘脫氧核苷酸殘基沿縱軸旋轉(zhuǎn)基沿縱軸旋轉(zhuǎn)3636所以每所以每1010個個堿基對構(gòu)成一堿基對構(gòu)成一個螺旋，螺距個螺旋，螺距3.4nm3.4nm。雙螺旋。雙螺旋直徑為直徑為2nm2nm。雙螺旋外表構(gòu)成兩種凹槽：雙螺旋外表構(gòu)成兩種凹槽：較淺的叫小溝，另一條叫大較淺的叫小溝，另一條叫大

6、溝。溝。大溝大溝(2.2 nm)(2.2 nm)：寬：寬 深深小溝小溝(1.2 nm)(1.2 nm)：窄：窄 深深4 大溝和小溝GCAT(四) 維持雙螺旋構(gòu)造穩(wěn)定性的力三、三、DNADNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造互補(bǔ)堿基之間的氫鍵互補(bǔ)堿基之間的氫鍵堿基堆集力：堿基堆集成非極性的中心區(qū)域，相堿基堆集力：堿基堆集成非極性的中心區(qū)域，相互間產(chǎn)陌生水作用和范德華力互間產(chǎn)陌生水作用和范德華力 離子鍵：離子鍵： 磷酸殘基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽離磷酸殘基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽離子之間構(gòu)成離子鍵。帶正電荷的蛋白子之間構(gòu)成離子鍵。帶正電荷的蛋白質(zhì)可與帶負(fù)電荷的質(zhì)可與帶負(fù)電荷的DNADNA結(jié)合。結(jié)合。(五五) DN

7、A雙螺旋構(gòu)造的方式雙螺旋構(gòu)造的方式 三、三、DNADNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造螺旋槳改動螺旋槳改動Propeller twist：就是一個堿基對中的兩個堿基并不處于同一平面中，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而是兩個堿基平面相對堿基的長軸各自向著相反的方向改動。假設(shè)沿著堿基對的長軸看去，接近的一方向改動。假設(shè)沿著堿基對的長軸看去，接近的一個堿基總是順時針方向改動。這樣構(gòu)成的角度就是個堿基總是順時針方向改動。這樣構(gòu)成的角度就是螺旋漿扭角。螺旋漿扭角。螺旋槳改動螺旋槳改動Propeller twist螺旋槳改動螺旋槳改動Propeller t

8、wist螺旋槳改動螺旋槳改動Propeller twist1. B-DNA：典型的：典型的Watson-Crick雙螺旋雙螺旋DNA相對濕度相對濕度92% DNA鈉鹽較低鈉鹽較低 (五五) DNA雙螺旋構(gòu)造的方式雙螺旋構(gòu)造的方式 三、三、DNADNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造 螺旋類型螺旋類型 B 適中適中螺旋方向螺旋方向右手右手螺旋直徑螺旋直徑nm2.37堿基堆積間隔堿基堆積間隔nm 0.34堿基夾角堿基夾角34.6每圈堿基數(shù)每圈堿基數(shù)10.4螺距螺距nm3.32軸心位置軸心位置穿過堿基對穿過堿基對堿基傾角堿基傾角-1糖環(huán)折疊糖環(huán)折疊C2內(nèi)式內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象糖苷鍵構(gòu)象反式反式大溝大溝很寬、較深很寬、

9、較深小溝小溝狹、較深狹、較深1. B-DNA：典型的：典型的Watson-Crick雙螺旋雙螺旋DNA堿基螺旋槳扭角堿基螺旋槳扭角 162. A-DNA：相對濕度相對濕度75% DNA鈉鹽較高鈉鹽較高 (五五) DNA雙螺旋構(gòu)造的方式雙螺旋構(gòu)造的方式 三、三、DNADNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造 螺旋類型螺旋類型 A 粗短粗短螺旋方向螺旋方向右手右手螺旋直徑螺旋直徑nm2.55堿基堆積間隔堿基堆積間隔nm 0.23堿基夾角堿基夾角32.7每圈堿基數(shù)每圈堿基數(shù)11螺距螺距nm2.46軸心位置軸心位置不穿過堿基對不穿過堿基對堿基傾角堿基傾角19糖環(huán)折疊糖環(huán)折疊C3內(nèi)式內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象糖苷鍵構(gòu)象反式反式大

10、溝大溝很狹、很深很狹、很深小溝小溝很寬、淺很寬、淺2. A-DNA：堿基螺旋槳扭角堿基螺旋槳扭角 183. Z-DNA： 相對濕度相對濕度43% DNA鈉鹽高鈉鹽高含有鳥嘌呤，嘌呤與嘧啶交替出現(xiàn)含有鳥嘌呤，嘌呤與嘧啶交替出現(xiàn)5-甲基胞嘧啶可誘使甲基胞嘧啶可誘使B-DNA轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為Z-DNA(五五) DNA雙螺旋構(gòu)造的方式雙螺旋構(gòu)造的方式 三、三、DNADNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造A-DNAB-DNAZ-DNA3. Z-DNA 螺旋類型螺旋類型 Z 細(xì)長細(xì)長螺旋方向螺旋方向左手左手螺旋直徑螺旋直徑nm1.84堿基堆積間隔堿基堆積間隔nm 0.38堿基夾角堿基夾角60每圈堿基數(shù)每圈堿基數(shù)12螺距螺

11、距nm4.56軸心位置軸心位置不穿過堿基對不穿過堿基對堿基傾角堿基傾角-9糖環(huán)折疊糖環(huán)折疊嘧啶嘧啶C2內(nèi)式，嘌內(nèi)式，嘌呤呤C3內(nèi)式內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象糖苷鍵構(gòu)象C反式反式,G順式順式大溝大溝平坦平坦小溝小溝較狹、很深較狹、很深堿基螺旋槳扭角堿基螺旋槳扭角 0 螺旋類型螺旋類型 A 粗短粗短B 適中適中Z 細(xì)長細(xì)長螺旋方向螺旋方向右手右手右手右手左手左手螺旋直徑螺旋直徑nm2.552.371.84堿基堆積間隔堿基堆積間隔nm 0.230.340.38堿基夾角堿基夾角32.734.660每圈堿基數(shù)每圈堿基數(shù)1110.412螺距螺距nm2.463.324.56軸心位置軸心位置不穿過堿基對不穿過堿基對穿過堿

12、基對穿過堿基對不穿過堿基對不穿過堿基對堿基傾角堿基傾角19-1-9糖環(huán)折疊糖環(huán)折疊C3內(nèi)式內(nèi)式C2內(nèi)式內(nèi)式嘧啶嘧啶C2內(nèi)式，嘌內(nèi)式，嘌呤呤C3內(nèi)式內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象糖苷鍵構(gòu)象反式反式反式反式C、T反式反式,G順式順式大溝大溝很狹、很深很狹、很深很寬、很深很寬、很深平坦平坦小溝小溝很寬、淺很寬、淺狹、深狹、深較狹、很深較狹、很深各種各種DNA雙螺旋構(gòu)造參數(shù)雙螺旋構(gòu)造參數(shù) 堿基螺旋槳扭角堿基螺旋槳扭角 18 16 0A-DNAB-DNAZ-DNAZ-DNA有什么生物學(xué)意義呢有什么生物學(xué)意義呢? Z-DNA的構(gòu)成通常在熱力學(xué)上是不利的。的構(gòu)成通常在熱力學(xué)上是不利的。由于由于Z-DNA中帶負(fù)電荷的磷酸根間

13、隔太近中帶負(fù)電荷的磷酸根間隔太近了，這會產(chǎn)生靜電排斥。但是，了，這會產(chǎn)生靜電排斥。但是，DNA鏈的鏈的部分不穩(wěn)定區(qū)的存在就成為潛在的解鏈位部分不穩(wěn)定區(qū)的存在就成為潛在的解鏈位點。點。 DNA解螺旋卻是解螺旋卻是DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄等過程復(fù)制和轉(zhuǎn)錄等過程中必要的環(huán)節(jié)，因此以為這一構(gòu)造與基因中必要的環(huán)節(jié)，因此以為這一構(gòu)造與基因調(diào)理有關(guān)。比如調(diào)理有關(guān)。比如SV40加強(qiáng)子區(qū)中就有此構(gòu)加強(qiáng)子區(qū)中就有此構(gòu)造，又如鼠類微小病毒造，又如鼠類微小病毒DNS復(fù)制區(qū)起始點復(fù)制區(qū)起始點附近有附近有GC交替陳列序列。交替陳列序列。 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

14、.4nm (D)0.15nm以下關(guān)于雙鏈DNA堿基含量關(guān)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(xué)技術(shù)大學(xué)2019，2019碩士生物化學(xué)入學(xué)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(fù)旦生物化學(xué)98約102第四節(jié)第四節(jié) DNA分子的高級構(gòu)分子的高級構(gòu)造造1 單鏈核苷酸構(gòu)成的二級構(gòu)造發(fā)夾構(gòu)造發(fā)夾構(gòu)造Hairpin Hairpin structure)structure)DNARNADNA&RNA2 反向反復(fù)序列與二級構(gòu)造反向反復(fù)序列

15、與二級構(gòu)造2.1 定義定義反向反復(fù)序列反向反復(fù)序列inverted repeat)：又稱回文序列，指在雙鏈：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一序列中按確定的方向閱讀雙鏈中的每一條鏈的序列都是一樣的。樣的。 反向反復(fù)序列占人基因組的反向反復(fù)序列占人基因組的55GGTACC 3 3CCATGG 5NNNGAACGTCCNNNGGACGTTCNNNNNNCTTGCAGGNNNCCTGCAAGNNNCCTGCAAGGGACGTTCNNNCTTGCAGGGAACGTCCNNNNNNNNNNNNNNN反向反復(fù)序列反向反復(fù)序列下述序列中，在雙鏈形狀下屬于完全回紋構(gòu)

16、造的序列是A、AGTCCTGA B、AGTCAGTC C、AGTCGACT D、GACTCTGA E、CTGAGATC北京醫(yī)科大學(xué)2019年招收攻讀碩士研討生入學(xué)試題 生物化學(xué)3 三股螺旋DNA3.1 構(gòu)造特點：構(gòu)造特點：一條同型的寡核苷酸與寡嘧啶核苷酸一條同型的寡核苷酸與寡嘧啶核苷酸=寡寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝相結(jié)合嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝相結(jié)合第三股鏈的堿基與第三股鏈的堿基與Watson-Crick堿基對堿基對中的嘌呤構(gòu)成中的嘌呤構(gòu)成Hoogsteen配對配對第三股鏈與寡嘌呤核苷酸為同向平行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一條同型的寡核苷酸與寡嘧啶核

17、苷酸=寡嘌呤寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝相結(jié)合核苷酸雙螺旋的大溝相結(jié)合大大溝溝3.1.2第三股鏈的堿基與第三股鏈的堿基與Watson-Crick堿基對中堿基對中的嘌呤構(gòu)成的嘌呤構(gòu)成Hoogsteen配對配對 第三股螺旋第三股螺旋=寡嘌呤核苷酸寡嘌呤核苷酸 A 、T 與與A=T中的中的A，G、C與與G=C中的中的GC必需質(zhì)子化，以提供與必需質(zhì)子化，以提供與G的的N7結(jié)合的氫鍵供結(jié)合的氫鍵供體，體，C與與G構(gòu)成兩個氫鍵構(gòu)成兩個氫鍵3 三股螺旋DNA3.1 構(gòu)造特點：構(gòu)造特點：一條同型的寡核苷酸與寡嘧啶核苷酸一條同型的寡核苷酸與寡嘧啶核苷酸=寡寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝相結(jié)合嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝相結(jié)合第

18、三股鏈的堿基與第三股鏈的堿基與Watson-Crick堿基對堿基對中的嘌呤構(gòu)成中的嘌呤構(gòu)成Hoogsteen配對配對第三股鏈與寡嘌呤核苷酸為同向平行第三股鏈與寡嘌呤核苷酸為同向平行3.2 三股三股DNA構(gòu)成的條件：構(gòu)成的條件：1. DNA雙螺旋：寡嘧啶核苷酸雙螺旋：寡嘧啶核苷酸=寡嘌呤核苷酸寡嘌呤核苷酸2. 第三股螺旋第三股螺旋=寡嘌呤核苷酸寡嘌呤核苷酸 A 、T 與與A=T中的中的A，G、C與與G=C中的中的G3. C必需質(zhì)子化，以提供與必需質(zhì)子化，以提供與G的的N7結(jié)合的氫鍵結(jié)合的氫鍵供體，供體，C與與G構(gòu)成兩個氫鍵構(gòu)成兩個氫鍵3 三股螺旋DNAAATTCAAGGGAGAAGTATAGAA

19、GAGGGAAGGATCTTAAGTTCCCTCT TCATATCT TCTCCCTTCCTAG 存在于同一股上的某些DNA區(qū)段的反向反復(fù)序列。此序列各單股中沒有互補(bǔ)序列，不能構(gòu)成十字型或發(fā)夾構(gòu)造。3.3鏡像反復(fù)3 三股螺旋DNA4.1 定義定義 4 DNA超螺旋構(gòu)造超螺旋構(gòu)造假設(shè)固定假設(shè)固定DNA分子的兩端，或者本身是共價閉合環(huán)狀分子的兩端，或者本身是共價閉合環(huán)狀DNA或與蛋白質(zhì)結(jié)合的或與蛋白質(zhì)結(jié)合的DNA分子，分子，DNA分子兩條鏈不分子兩條鏈不能自在轉(zhuǎn)動，額外的張力不能釋放，能自在轉(zhuǎn)動，額外的張力不能釋放，DNA分子就會發(fā)分子就會發(fā)生扭曲，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋生扭曲，用以抵消

20、張力。這種扭曲稱為超螺旋supercoil).Covalently closed circular DNA, cccDNA4.2 種類種類 4 DNA超螺旋構(gòu)造超螺旋構(gòu)造 負(fù)超螺旋：當(dāng)負(fù)超螺旋：當(dāng)DNA分子沿軸改動的方向與雙螺分子沿軸改動的方向與雙螺旋的方向相反時，所構(gòu)成的超螺旋。使旋的方向相反時，所構(gòu)成的超螺旋。使DNA解解螺旋以減少張力螺旋以減少張力,稱為松旋效應(yīng)稱為松旋效應(yīng) 正超螺旋：當(dāng)正超螺旋：當(dāng)DNA分子沿軸改動的方向與雙螺分子沿軸改動的方向與雙螺旋的方向一樣時，所構(gòu)成的超螺旋。呵斥雙螺旋的方向一樣時，所構(gòu)成的超螺旋。呵斥雙螺旋的過旋而添加張力旋的過旋而添加張力,稱為緊旋效應(yīng)稱為緊旋效應(yīng)4.3 特征數(shù)特征數(shù) 4 DNA超螺旋