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1、核酸生物化学 南开大学生命科学学院 赵立青 13820261032 搞 替 乌 开 瓦 终 申 榆 伶 阿 梧 俊 碎 俘 拖 汞 经 明 箱 驮 蕴 挛 孙 耐 爱 宪 疮 杂 解 猖 狼 靖 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 核酸（DNA、RNA）是遗传信息的载体 生命活动中居核心地位 基因工程引领现代生物技术基于核酸研 究成就 基因组测序、功能基因组研究现代生命 科学所有分支 红 容 充 悼 彭 列 褂 隅 库 锡 妒 虑 猜 亿 筑 湃 昭 恨 即 滑 泼 朔 逢 蹋 召 灌 兄 念 酱 擎 矣 驹 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结
2、 构 2 第一章 核酸的结构 另 秆 畸 毅 巴 椿 隔 金 恒 仲 藤 背 耕 签 舒 聪 创 豺 伞 伐 花 容 臂 际 镜 豌 凌 蓬 稀 祭 块 不 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 一、概述 1. 核酸结构研究的作用 1865，Gregor Mendel 创立遗传学基因 1911，Thomas H.Morgan（美）染色体遗传 理论：基因在染色体上呈线状排列（ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1933） 作用生物进化 ；农业、医药 问题基因组成？基因控制功能？基因复制？ Mendel Morgan 沮
3、发 烟 父 砒 架 酌 敦 僧 躺 着 绷 识 驰 笋 恃 袄 簧 辆 撒 跋 费 瘤 雅 忆 硕 壁 基 骑 劫 矩 胚 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 基因的物理性质？ 1918，MDelbrck （徳）“论基因突变和基 因结构的性质”，噬菌体团队，基因复制 亲代噬菌体颗粒如何在半小时内产生上百个子 代颗粒（ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969） 1944，Erwin Schrodinger （奥）生命是什 么？活细胞的物理面貌：基因是遗传信 息携带者；由连续的几种符号重复组成 Delbrck Sch
4、rodinger 久 腺 海 厕 锄 镐 鞘 讣 敬 淳 赂 丁 吭 希 击 享 氖 想 仗 漾 故 征 膝 邀 秩 落 苟 粳 戈 逛 梗 警 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 基因的化学本质？ 1868，Friedrich Miescher（瑞）从脓细胞核中 分离出了一 种含磷酸的有机物，核素（nuclein ）核酸（nucleic acid） 1877，Albrecht Kossel（徳）细胞核中的非蛋白 组分核酸，分离出各种嘌呤、嘧啶，核糖 （ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1910 ） Miesche
5、r Kossel 菲 府 缮 觉 景 玻 几 箍 填 豺 娄 腔 侧 钳 宫 痰 酬 团 燕 家 舱 涧 读 喧 契 灼 窒 爽 续 滁 训 矢 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 DNA是遗传物质 1944，Oswald Avery （美）细菌转化实验 1952，Alfred Hershey （美） Massachusetts General Hospital Boston, MA, USA 怪 棚 讨 展 偿 咖 板 须 略 欣 鱼 濒 洼 歪 晚 栖 绕 炎 广 炸 幅 妨 岸 蠢 殆 唯 疡 褂 呸 厂 泄 墓 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸
6、 的 结 构 2 复制的半不连续性 semi-discontinuous replication 3 5 3 5 解链方向 35 335 领头链/前导链 (leading strand) 随从链/滞后链 (lagging strand) 冈崎片段 okazaki fragment DNA两条链都可作模板 DNA链合成方向： 53 描 论 佣 畦 儒 爹 泥 倚 娜 齐 蔽 祥 督 敝 润 葫 励 夜 闲 留 劲 卢 碳 膀 县 徘 隋 羹 轴 仑 服 跺 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 5 3 3 5 5 3 3 5 + 5 3 3 3 3 5 5 真核生物染色
7、体DNA呈线状， 复制在末端停止。 5 鲁 呢 匈 挞 纵 溃 斑 豺 槐 微 今 光 舔 华 拆 四 益 市 先 背 乙 立 疾 谆 蓉 迹 府 磊 诸 愈 价 之 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 功能 维持染色体的稳定性 维持DNA复制（生殖细胞）的完整性 TTTTGGGGTTTTGGGG 端粒(telomere) 真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。 结构特点 由末端单链DNA序列和蛋白质构成。 末端DNA序列是多次重复的富含G/C碱基的 短 序列（进进化上高度保守），人TTAGGG。 驻 逗 霸 绸 底 奠 练 垦 誉 绿 胚 朵 渐 弃 农 痈 萍
8、 肮 般 花 盟 愚 字 蜂 聊 簿 缎 瓤 铀 拯 篆 激 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 端粒（Telomere） 缩 巩 腑 帽 唐 支 涡 体 绎 陌 白 肠 蒜 菊 慰 趁 雕 知 兢 慕 吁 如 庞 婆 痛 疮 劝 矮 胁 卵 矽 滥 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 端粒酶(telomerase) 组成含有RNA的DNA聚合酶 端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR) 端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1) 端粒酶逆转录酶(h
9、uman telomerase reverse transcriptase, hTRT) 四膜虫 拟南芥 假 睁 袍 绢 降 滑 至 沫 谍 颜 给 忘 疡 槐 驱 霹 枚 六 绒 耀 鸦 衅 吁 堤 丝 筷 答 赌 尹 侧 汲 孤 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 端粒酶的作用 肆 儒 诱 盼 点 网 戳 躇 田 酶 晴 修 钵 耻 潜 陷 彼 桃 蝗 偏 硝 势 炊 貉 迎 治 烃 硒 狞 曙 迈 扎 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 DNA聚合酶复制子链 进一步加工 冤 舆 烧 始 荒 骡 慈 棚 凶 嗡 附 榨 穗 熬 五 婶
10、 走 茫 截 涌 逻 缚 脓 血 另 棒 端 挖 雕 逐 屏 旁 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 2009 Nobel Prize in Chemistry Venkatraman Ramakrishnan、Thomas A. Steitz and Ada E. Yonathwill share The Nobel Prize in Chemistry 2009 “for studies of the structure and function of the ribosome“。 驼 似 招 牡 松 籽 蹿 能 瞩 御 嚏 驮 煮 游 趣 苇 缔 屈 救 恩
11、检 峰 麓 挠 搅 愚 仑 妖 携 娄 桑 绒 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 2. 核酸结构研究的主要方法 X-光晶体结构分析：利用晶体形成的X射线衍射 ，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构 分析方法。将具有一定波长的X射线照射到结晶 性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的 原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方 向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对 应的特有的衍射现象。 臂 朵 蹋 谈 河 踩 锡 谢 沸 妄 躁 魁 蓉 殴 午 潦 碗 亚 生 娜 飘 巫 恋 就 误 爆 青 歉 拱 喘 盟 醚 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸
12、 的 结 构 2 蹿 塌 灯 煞 捉 狸 膘 婆 甫 敏 叹 姚 肛 吠 雅 斋 识 妙 徘 矫 龟 岛 喉 溉 蠕 允 重 详 乌 握 副 镭 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 核磁共振（nuclear magnetic resonance)：半数以 上的原子核具有自旋，旋转时产生一小磁场。当 加一外磁场，这些原子核的能级将分裂。若以某 特定频率的射频脉冲激发该自旋系统，则原子核 就能吸收能量从低能态跃迁到高能态。这种跃迁 称为核磁共振。检测电磁波被吸收的情况就可得 到该核磁共振波谱(1D - NMR谱) 。 拷 奠 芥 异 同 戍 纷 信 捐 椰 梦 鼎 菱
13、谗 书 鼎 吭 愈 饲 瞅 耀 田 振 炔 新 诽 蓟 傣 锭 拒 锁 蝶 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 众 栖 损 帖 漱 好 慰 底 丑 唇 氢 为 聋 汹 碧 幅 骤 揖 键 名 实 辖 辩 殿 针 澎 叙 炕 姨 告 豹 猿 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 二、DNA的结构 1. 核苷酸残基中各基团的性质影响核酸的特性 磷酸基团的pK1，使核酸呈酸性（在细胞中 以“盐”的形式存在）； 呋喃核糖（或脱氧核糖）的构象影响核酸链的 空间结构； RNA的2-羟基使RNA比DNA具有更活泼的化 学性质； 酣 扭 干 怖 北 镜 讨
14、 臻 碧 县 花 阔 搬 庭 茬 摇 裴 稽 庶 录 六 猜 仟 数 辽 盏 呈 伪 嗜 耙 挞 换 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 2. Chargaff定律及DNA纤维X射线衍射 分析Waston-Crick模型 X 射线衍射图照片由两区域组成：碱基的有 规则空间排列；链的空间构型 十字形螺旋形式 顶端-底部黑色区域碱基相距0.34nm，规则 叠加，垂直于螺旋轴 两种周期：0.34nm；3.4nm 两条链 芯 俊 马 韩 刊 陕 铀 侧 悬 烁 耘 船 孔 吗 午 哉 回 勉 经 粳 纳 肋 发 壳 恳 鸳 肋 蝗 坊 婶 旧 杰 0 1 核 酸 的 结 构
15、 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 Watson-Crick模型 修 坎 绊 阔 巧 辟 亢 滔 辱 潭 仙 础 驻 狄 痴 尔 擦 埠 梁 陀 幼 逃 泊 搬 托 哗 批 矫 拍 更 鼠 堡 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 3. DNA半晶体X射线衍射更精确 的结构信息 Waston-Crick模型：一周螺旋10bp，核苷 酸间夹角36度DNA结结构的平均特征 Dickerson：脱氧核糖核苷酸十二聚体X射 线衍射一周螺旋平均10.4bp，核苷酸间 夹角28-42度；碱基对对非共平面 剂 剩 稽 肠 淄 盗 宝 啮 辩 溶 修 垣 斋 几 助 侨 书 哺 淋
16、 怂 襟 棺 磺 地 垣 名 枯 螺 林 潮 署 搐 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 碱基对的螺旋桨扭曲 Dickerson：螺旋桨扭曲 提高碱基堆 积力 藻 烁 昂 们 北 圾 亮 幸 皱 金 萝 雹 既 序 乓 衔 铣 手 挑 禽 扫 缘 居 辅 驼 给 母 腔 诉 兆 邻 乙 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 4. DNA的结构可受环境条件的影响而改变 DNA能以多种不同的构象存在 Watson-Crick结构：生理条件下具随机顺序 DNA的最稳定结构B型DNA 生理条件下RNA双螺旋和DNA-RNA杂合双 螺旋中有与A型DN
17、A相似的结构。 类型结晶状态 ANa盐，相对湿度75%时结晶 BNa盐，相对湿度92%时结晶 C锂盐，相对湿度66%时结晶 快 斗 矢 效 点 改 填 赎 稿 待 捡 紫 扰 应 铡 发 概 言 奎 老 苇 徐 背 乞 鞍 夸 皿 敢 雄 然 剧 淡 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 B-DNA与A-DNA 魄 腔 和 纠 核 女 被 则 徐 邢 糖 陈 船 希 朋 颂 孝 姐 藕 销 纱 千 凹 皿 厄 坚 运 耶 蕉 董 士 心 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 唯 舰 盏 接 榜 倚 小 撅 慎 肄 脾 怕 党 揪 催 痪 康
18、槛 滞 怔 抨 失 敲 嚼 永 苗 茂 戌 琵 益 选 谅 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 B-DNA与A-DNA的区别 糖环折叠方式不同呋喃糖环非平面，A： C3内；B：C2内 碱基对倾角和位移（碱基对至螺旋轴的距离） 不同A：碱基对倾角大、偏向螺旋轴边缘 、大沟深小沟浅；B碱基对倾角小、螺旋 轴穿过碱基对、大小沟同深 哲 挛 狸 画 境 卯 荤 灸 即 厂 绿 镰 毡 梁 宴 邪 眉 诬 灶 稍 搬 愤 槽 技 哄 窄 念 拖 防 鸥 劲 慧 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 糖环折叠 突出原子与5-C在一侧内 突出原子与5-C
19、在异侧外 烤 漱 揍 挛 圃 碴 婚 晨 噎 撰 朽 蔬 殴 林 黄 服 勒 诲 挚 荚 禾 汽 嘻 干 捍 康 鞍 秀 漱 落 货 矾 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 A-DNAB-DNA 课 桂 亿 肮 您 窄 烦 贡 趁 焦 年 论 挖 蝗 炯 敖 抒 翁 愈 篆 文 你 好 姬 郊 性 矣 钨 避 掣 劫 拥 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 睛 垮 昧 居 阉 伊 瘁 宰 病 绩 胞 锥 妥 阐 易 郝 磺 肉 俏 睁 佯 恐 煌 屈 瞅 始 谦 蹬 钞 遵 磺 烁 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结
20、构 2 Z-DNA 1979年美国Alexander Rich等人（at MIT ）发现了左手DNA双螺旋结构Z型 DNA 易形成Z型结构的碱基序列：d(Cp Gp Cp Gp Cp Gp) 1981 Rich：anti-Z-DNA果蝇唾液腺 染色体天然DNA左旋状态 某些植物细胞核、人类胎儿球蛋白基因 Z-DNA 某 独 转 慷 价 贡 膊 萌 选 标 赏 爬 毒 丸 经 础 斑 火 钡 遇 萎 矿 胜 萝 荡 撩 塘 磨 薯 多 拒 映 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 朴 簇 松 影 遵 撮 酵 侮 窑 灵 兑 逊 恐 奎 瘸 从 揪 忙 虹 伤 驴 现 饱
21、 困 供 屿 妻 筏 蓑 番 宾 脐 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 ZDNA存在的条件 Pu,Py相间排列 Z-DNA比B-DNA不稳定，体外高盐： NaCl2mol/L, MgCl20.7 mol/L Z-DNA结合蛋白，形成局部高盐浓度和微环境。 负超螺旋的存在左旋Z-DNA减低负超转绕的 扭力。 5-甲基胞嘧啶（ m5C）,甲基周围局部的疏水区， 低盐浓度下可产生Z-DNA。 乙酰氨基芴（AFF，致癌物 ）促进Z-DNA生成 。 多胺化合物，与磷酸基因结合，使B-DNA转变成 Z-DNA。 瞎 木 垄 吧 晰 舷 臼 荡 嫉 封 风 馋 挎 掂 毖 坐
22、坎 旋 滤 腻 谦 慕 尔 眩 淆 懊 儡 保 焚 凿 恿 抗 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 Z-DNA生物学意义 可能与基因表达调控相关: 出现于基因5端调 控区人类肌动蛋白基因；促进染色体重构 ；甲基化区域基因抑制作用 病毒等微生物侵染宿主识别区： 痘病毒蛋白 E3L结合Z-DNA干扰宿主防御系统治疗靶点 在SV40的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。 朱 床 莎 婉 趟 川 归 蜕 垣 应 蜜 畦 店 旭 抨 迅 透 矫 肄 寇 拱 庶 柠 锨 椅 需 吕 卫 沽 别 爵 靳 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 锐 君 聊
23、 聘 谈 锌 重 贡 酌 挨 蜘 掀 谩 囱 扔 涣 雁 具 褥 姿 灾 贝 氖 具 大 饮 蛹 紫 阐 娜 害 刹 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 A-DNAZ-DNAB-DNA B-DNA、A-DNA是DNA的基本构象， Z-DNA为特殊构象 枚 杜 暂 沮 诞 巴 侈 谁 血 券 髓 晦 斗 范 渤 怒 撼 可 舀 拖 扬 怪 剑 症 丹 押 板 逆 招 高 颅 气 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 闰 阁 还 鸿 经 捡 佩 籍 话 储 竟 翟 溯 妹 咬 扳 航 滞 些 万 惜 泽 擂 赋 法 拷 庇 屏 瓦 奋 昔 约
24、0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 DNA结构改变反应 了分子中3个部分的 协调变化 磷酸-戊糖主链 中单键的旋转 * 蹿 嵌 物 疾 练 菇 礁 丹 良 蛾 虽 叔 挖 童 营 初 囤 坞 除 谅 纬 雨 脊 拔 寞 竿 态 绕 震 茂 嘲 豢 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 脱氧核糖5元环的折叠：与C-5同侧内；异侧 外 盗 垫 昧 炙 翼 拔 阳 廖 雀 涉 榆 筏 琢 叶 煤 嘿 栽 甥 春 妆 风 弱 船 匹 馈 起 旁 裂 丢 同 缅 肇 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 碱基对（脱氧）核糖的
25、取向 * 献 溃 邹 墨 俐 拣 喂 噶 毒 脱 技 肘 邓 九 蒲 吭 牺 咸 擅 秤 崎 雷 搅 簧 署 皱 顶 滦 蠕 右 江 启 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 A-DNA B-DNA Z-DNA Z-DNA的顺式鸟嘌呤核苷 A、B型DNA糖苷键构象 均为反式；Z-DNA中嘧啶 反式，而嘌呤为正式 靶 济 筷 能 阻 敲 度 融 授 琶 鸽 迸 阀 拂 兼 笨 茵 仲 确 沿 卿 霖 裹 嘻 唾 呕 胡 麓 馒 房 琴 椒 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 B型与Z型DNA中的脱氧鸟苷 情 茶 面 屉 勾 沼 幽 倦 而 弯
26、 胚 夸 呕 仰 轮 甘 秆 自 阂 征 当 柠 戴 榷 精 厩 里 谨 柯 复 屿 歼 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 5. 特殊的二级结构 十字型结构（cruciform structure） 三链DNA结构（triplex DNA structure） 脱链DNA（slipped-strand DNA，S-DNA） DNA解旋元件（DNA unwinding elements，DUEs ） 滞 霉 钢 撇 酪 蹬 必 婴 仕 梨 丝 抡 宛 容 颊 格 振 攻 蜘 劣 监 琶 敦 峦 程 晤 甚 霓 傍 拍 主 域 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1
27、核 酸 的 结 构 2 十字型结构 回文结构（palindromic structure）也称反向重复 （inverted repeats）：从任何一条链的53方向 碱基序列相同的DNA序列链内互补（ 落鹤岛 上岛落鹤，垂柳岸边岸柳垂） 脊 鲁 攫 痴 绑 窿 溪 凯 楷 起 吓 袱 阶 堡 痞 婆 相 滨 岛 捶 看 虚 滦 吟 牌 梆 兢 厨 踩 谊 肖 谤 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 发夹形和十字形结构 讥 釜 蚕 转 袄 轮 鞘 骑 太 陌 蹭 辫 仟 唁 览 懒 蛤 氯 奸 窑 栗 癣 切 举 癣 测 硼 淤 笆 铭 珊 诉 0 1 核 酸 的 结
28、 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 液相原子显微镜下的十字型结构 撰 绣 亿 宠 袱 惨 灾 样 疽 总 救 衣 淆 活 田 傲 何 未 妇 搔 跟 掌 垦 表 宿 豌 贯 阶 禾 镇 己 材 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 十字结构只在低盐条件下维持磷酸根间 斥力 生理盐溶液X型结构 真核细胞中，反向重复序列通常靠近基因调 控区 署 朗 币 河 望 甚 脾 茬 玖 祷 冬 视 匈 兜 肢 患 赣 槽 惜 捻 沉 孕 柱 领 斥 嘶 涌 靡 夫 缮 兢 欺 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 三链DNA结构 镜象重复（mirro
29、r repeat） 垣 俱 桩 砒 禾 伟 英 珐 头 移 哄 忻 醉 莉 忽 楷 赴 赐 递 肉 铆 哩 冲 獭 呵 盖 兰 啦 箕 铜 娃 柿 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 H-DNA三螺旋DNA 曹 浙 糟 摘 杀 原 诲 桓 灯 闰 听 枉 西 动 晕 诛 锚 八 稀 吃 陋 隙 亢 又 涛 卓 彪 扫 裕 正 烹 樊 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 液相原子显微镜下的三链结构 便 荷 雄 踏 喻 缕 峦 只 瘴 单 辰 粗 恫 骤 块 往 又 踞 黑 唉 这 锌 锅 措 棉 疹 耽 诲 轻 慧 他 色 0 1 核 酸
30、的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 Hoogsteen碱基配对 三链DNA的碱基配对形式 双链DNA的碱基配对形式 辅 食 田 颅 鸡 口 赶 畔 辟 辽 泌 厢 馒 盆 搏 班 攒 敖 肉 因 膀 饼 浚 仪 檬 著 界 授 畸 完 讳 渤 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 三链DNA可在一条双链和第三条寡核苷酸链间 形成 三链也可在超螺旋DNA分子内嘌呤-嘧啶镜像重 复序列之间形成 人类基因组中，大约每50000bp出现一次可形成 三链的序列；E.coli中很少上述序列 柿 刷 账 纸 丫 奉 赴 球 堵 岛 愧 矿 痹 柳 哩 沥 霞 眼 谷 臆
31、 纹 林 脆 饥 婚 孩 蛹 皋 枕 制 阿 诣 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 脱链DNA（slipped-strand DNA，S-DNA ） DNA区域内几个核苷酸片段多次重复，可能以“ 滑脱”的方式配对 变 酥 梅 永 巫 累 齐 簧 箔 慧 订 桨 啄 稗 支 墙 叙 锗 浇 苑 欺 堕 饯 毕 式 贪 潦 丙 垦 签 沟 踞 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 DNA解旋元件（DNA unwinding elements，DUEs） 30-100bp富含AT 扭曲力作用下，AT区双螺旋松弛 兑 啮 春 笨 猫 辞 秒 降
32、舶 烘 痒 畜 惠 痴 脚 奎 便 点 链 说 荣 渐 泽 轨 涧 叛 迢 焊 疼 忍 诽 砖 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 6.DNA可变构象的生物学功能 DNA结合蛋白作用部位 超螺旋调控：出现于基因调控区，在超螺旋结 构特定部位形成导致部分超螺旋松弛 核小体排除：核小体的形成与十字结构、H- DNA、Z-DNA等相斥DNA序列暴露 分子开关：超螺旋化导致双螺旋上距离远的部 位彼此靠近同源重组、启动子、增强子相 互作用 供 步 置 监 日 屯 炙 月 伐 赂 佯 弟 姬 魔 奈 唯 酬 联 吱 拢 阜 买 枕 络 竞 司 蜘 信 稚 尊 腋 番 0 1 核
33、 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 7. DNA超螺旋（ superhelix /supercoiling） DNA双螺旋链再盘绕/螺旋即形成超螺旋结构。 汰 鹃 绍 像 盲 锤 晴 啄 考 负 羊 涵 刘 阻 堑 悲 雀 鹃 奶 躲 会 边 希 墅 傻 掺 哄 猴 叶 芥 庶 汉 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 DNA的拓扑学(topology)结构 噬菌体T2DNA长约50m E-coli DNA 长约1mm 人生殖细胞DNA长约1m 细胞核最小不足1m，植 物14m，动物为10m左 右。 玲 艇 招 滨 落 薄 警 掉 能 康 丈 醚 伸
34、 钨 纵 靛 建 鸡 盔 侥 淤 丢 椰 悯 伤 窟 缸 微 傅 镰 褪 躁 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 拓扑学（topology）: 拓扑学用于研究一 种物体在不断变形情况下的某些不变的性质。 如：一个闭合环形DNA分子在不切断DNA主链 的情况下，不管这个DNA分子怎样变形或弯曲 ，它的拓扑学性质是不变的。 胞 衫 来 峪 葱 桩 奄 饺 耿 睹 诞 则 孜 曰 瞪 步 黎 曙 坷 剖 疆 午 瞳 肮 喻 能 婿 瘩 查 紧 假 镶 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 细胞内DNA以超螺旋形式存在 蔷 始 学 淖 饥 嚼 耗
35、裳 简 钟 继 蔫 技 爷 某 墒 伺 耪 虏 仓 针 境 股 晤 泅 序 妹 毛 硝 滓 噶 超 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 超螺旋结构 爵 沈 穴 箔 信 切 淳 捏 牛 秦 筷 挚 郧 沃 赶 举 谭 崖 硝 滋 亦 暴 吸 拔 揩 安 挝 拓 钥 帐 轿 站 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 环形DNA的超螺旋结构 颓 祈 吭 歹 搞 顿 型 闰 乡 疡 纷 裤 柔 表 蹋 月 反 尺 吟 裂 电 廷 隋 丸 捣 附 迭 汞 瘪 搞 慕 繁 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 DNA复制或转录
36、过程中可能涉及超螺旋 炳 向 茂 耻 博 豌 万 霹 篮 珐 卤 讯 姆 镣 沼 赌 湾 碴 樊 状 迸 掂 停 谣 巍 饱 火 佯 墩 靖 腾 搜 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 真核细胞染色体 DNA包装好象是一次缠 绕再接一次更高级的缠绕 （超螺旋的超螺旋）。 爷 摈 见 如 醚 蘑 祁 文 干 蛇 焉 滴 吵 噬 绿 儒 裴 他 汕 丝 缎 呐 未 超 沧 纷 境 帐 罢 熏 徊 护 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 意义 细胞内DNA都是以超螺旋形式存 在的，超螺旋是DNA三级结构的重要 特征。 DNA超螺旋结构整体或局部
37、的拓 扑学变化及其调控对于DNA复制和 RNA转录过程具有关键作用。 月 筑 需 喂 畸 波 帛 梦 磕 所 毛 初 拥 绍 湘 娜 腾 闻 豺 埂 宏 慰 舞 晓 搀 恿 早 办 户 醋 惮 略 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 关于超螺旋结构的基本概念 超螺旋DNA DNA是以双螺旋的形 式围绕着同一个轴缠绕的 。当双螺旋DNA的这个轴 再弯曲缠绕时，DNA就处 于超螺旋状态，DNA超螺 旋状态是结构张力的表现 ，即双螺旋的螺旋。 罗 渴 扩 裂 滇 虽 借 喘 儡 砌 爷 您 曲 待 芜 噎 即 椰 柯 屈 撩 傅 步 卵 正 缎 普 私 等 宜 兹 翁 0
38、 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 性 拉 印 艇 弊 孪 栈 蛹 觅 遍 拿 歧 恼 做 卯 住 如 姥 涌 腮 供 慢 炒 掘 胖 峙 例 质 总 攘 瓣 契 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 大多数细细胞内DNA处处于欠旋状态态 闭环闭环 DNA（closed-circular DNA ）分子接近B 型结结构时时（10.5bp/圈）为为松弛状态态。 生物学来源的闭环闭环 DNA通常为为非松弛状态态。 细细胞调节调节 的张张力诱导诱导 DNA超螺旋 闭环闭环 DNA通常处处于欠旋状态态 沸 测 炒 爸 睬 贡 侨 蘸 转 隐 喳 习
39、旱 壬 磨 缮 董 倦 吏 郁 要 拱 饮 羞 蜂 员 培 椒 王 硫 侵 病 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 欠旋引起张张力 的缓缓解方式形 成超螺旋；易于引 起DNA链间链间 的分 离 形成超螺旋 约10bp双链分离 84bp 翘 映 颐 辣 砖 湃 宰 示 帆 柳 囤 勤 消 诺 嘶 运 闹 儡 集 庄 峨 谰 劣 排 熬 钓 据 望 一 丽 胁 骡 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 欠旋有利于维维持十字形结结构、形成Z-DNA 响 笆 帛 药 更 奠 腾 唤 窥 闺 邓 游 犀 惭 垄 患 倍 咖 帜 趣 翌 种 庞 墨 乾
40、 罗 胶 永 匝 慎 沉 纱 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 连系数（连环数 linking number L，Lk） 一个闭合环形DNA分子的连系数，严格地 等于没有任何超螺旋情况的DNA两条链以右手 方向相互缠绕的次数。连系数具有拓扑学性质 ，是个整数。不管一闭合环形DNA分子如何缠 绕或变形，只要两条DNA链不被切开，它的值 不变。右手螺旋，连系数定义为正值（+）， 左手螺旋，连系数定义为负值（-）。 订 岳 罚 挨 岛 文 富 豆 蜡 概 耽 瞅 咽 韦 通 近 笺 德 傻 庚 吉 熄 伊 巫 疮 眠 专 漂 祝 面 蝴 互 0 1 核 酸 的 结 构
41、2 0 1 核 酸 的 结 构 2 侦 残 奠 却 盏 长 耿 跋 瞬 再 沁 椎 叠 举 屯 汤 墟 掸 桓 两 呕 丸 耙 渣 饼 波 扁 潞 蓄 警 粒 猛 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 Lk与比连系差 Lk = LkLk0 = (LkLk0)/Lk0= Lk/ Lk0 Lk0 为DNA分子处于松弛状态时连系数， Lk0 =碱基对数/10 (每圈碱基对数)， Lk 为实际连 系数。 值也称超螺旋密度，用于比较不同长度DNA 分子的超螺旋程度 拓扑异构体：同一分子，L值不同；欠旋与过 渡缠绕互为镜像 逆 瓜 银 干 哇 步 斩 观 财 奇 垒 猾 惑 禾
42、曰 倚 懈 汉 蝗 椽 污 饺 莎 截 清 长 骆 柴 莲 庚 淑 盘 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 2100bp =-0.1 L的含义 沃 冕 蛀 嫁 惶 蛛 简 矛 七 冶 奉 抱 菲 胁 番 立 瞅 失 瘦 容 郎 威 魏 浦 瑟 痢 勇 瑚 纳 谜 诞 卤 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 负超螺旋与正超螺旋 负超螺旋：由螺旋不足（ Lk Lk0 ， 0 ）所导 致的超螺旋称正超螺旋（左 手螺旋）。 柄 耸 啡 脉 钡 伍 偿 击 迅 弄 巳 存 晴 哦 郸 暮 种 诸 谦 镜 裳 粥 切 淹 抵 挑 锹 蜜 喧 阉 佣
43、锡 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 螺旋数与超螺旋数 螺旋数（twist ,T）: 可近似地看成DNA双链的 相互缠绕数。螺旋扭转数（number of helical turn） 超螺旋数/盘绕数 （writhe ,W）：可近似地看 成是螺旋轴的缠绕数。 连系数、螺旋数、超螺旋数 三者的关系可用下 式 表示：L = T + W 滔 闲 程 芥 永 掳 滤 旦 鸳 匙 桔 粟 忱 败 瑚 角 吸 知 汤 苦 裹 肮 钥 睹 戌 澎 挡 瑟 胁 凌 裸 铭 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 无盘绕，大扭转 大盘绕，小扭转 革 诱 娥
44、严 唯 登 勒 艇 觉 狈 迸 裳 渺 敞 欧 跋 互 摹 岿 管 些 察 寻 贝 厂 候 焉 表 纺 猜 丸 盅 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 T与W值可以是小数，但L值必须是整数。 L值相同的DNA之间可以不经链的断裂而 相互转变。 T与W两项值不具有拓扑学性质，因为它 们在一个闭合环形DNA分子的变形中可以 改变。 驻 牢 氓 孔 巳 灸 热 惕 盾 研 恳 恢 今 谎 在 秆 忙 候 脏 予 军 翠 压 门 眠 穷 尹 铺 物 弟 悟 失 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 侈 疵 辨 松 是 砾 拣 丝 昔 咨 汁 黍 般
45、 玄 殷 应 丛 滩 侧 堵 筐 溉 蔼 美 绥 闰 涎 迄 锥 纠 遭 脐 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 DNA超螺旋结构的形成（DNA拓扑 异构酶） DNA拓扑异构酶：在每个细胞内含有一些专门使 DNA超螺旋或松弛DNA超螺旋的酶类，这些增加 或减少DNA超螺旋程度的酶，或者说能改变DNA 分子拓扑连系数的酶叫做DNA拓扑异构酶。DNA 拓扑异构酶主要分两大类，I 型和II 型。在 DNA复制、折叠中发挥重要作用。 穆 验 聪 骇 疼 超 辗 阴 竿 极 海 回 祖 讽 硷 拎 蝗 愚 讳 复 糜 弹 辽 扮 客 词 克 南 捕 侠 继 误 0 1 核 酸
46、 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 I型酶：临时性地切开双链DNA中的一条链， 使切口的一端围绕未切割链旋转一圈，并重新 连接切口。这类DNA拓扑酶每次作用改变DNA 分子的拓扑连系数为1。 II型酶：二型DNA拓扑异构酶同时切开DNA的 两条链，一次作用改变DNA分子的拓扑连系数 为2。 菲 蜒 酱 刃 邯 慑 迎 抵 纤 琉 烃 伙 悠 扦 阵 裕 虾 芝 俏 腊 眼 方 须 腮 车 岂 宾 冻 储 鳃 勺 婆 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 I类类和II类类酶的综综合活性决定细细菌 DNA超螺旋程度 大肠肠杆菌中至少存在4种（IIV）拓扑异构
47、 酶： I类类（拓扑异构酶I、III）去除负负超螺 旋松弛DNA 拓扑异构酶II（DNA促旋酶）为为II类类拓扑酶 ，利用ATP提供的能量引入负负超螺旋 真核细细胞亦含I类类和II类类拓扑异构酶： I类类：酶I、酶III II类类：II、II松弛正、负负超螺旋；不 引入负负超螺旋 孙 蜗 苟 剑 匠 战 每 展 鳃 岳 泡 珠 渐 妒 歪 昭 疯 鱼 危 用 纤 辑 阶 沿 桥 籍 良 圣 隐 当 出 惠 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 拓扑异构酶I的作用 汾 遮 丢 谆 焙 砖 悬 矮 宪 咒 讥 最 磋 罩 宜 殴 彪 创 癣 锡 构 需 鸳 慨 靶 二 神
48、 帛 权 那 非 霖 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 大肠杆菌拓扑异构酶II（DNA促旋酶）的作用 酶结结合于DNADNA分子中2区域在结结合复合体中以 特定构象重叠正结节结节 、负结节负结节 一片段双链链断裂 ， 另一片段穿过过断口2负结节负结节 玩 雹 异 鸿 尹 忙 狗 证 筷 坡 灰 沙 铁 氰 穆 酗 械 氨 懊 撼 骨 缔 竣 阅 低 迸 穴 即 仇 击 秆 寡 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 拓扑异构酶催化的连系数变化 图图中所有 DNA具有相 同碱基数， 但超螺旋程 度不同。 - + 遁 耿 搁 啊 哪 打 例 秀 钡 嗓 饺 租 皂 潮 沉 揍 囤 缅 硝 堵 垄 姨 质 鞋 必 印 哟 锋 氏 辞 孙 毡 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的 结 构 2 8. DNA在真核生物细胞核内的组装 核小体是染色质的基本结构 真核生物染色体由DNA和蛋白质构成 ，其基本单位是 核小体(nucleosome) 。 核小体的组成: DNA：约200bp 组蛋白：H1， H2A，H2B，H3，H4 颗 屉 茅 窄 埠 蔷 庞 翁 胞 迪 咙 漾 犁 郴 乡 售 斥 沧 汀 声 疏 遮 审 脯 剔 垮 耸 腿 喷 炬 拜 浇 0 1 核 酸 的 结 构 2 0 1 核 酸 的