DNA双螺旋模型基本要点

DNA双螺旋模型基本要点：
１）两条反向平行的多核苷酸链围绕同一条中心轴相互盘曲而成；
两条链均为右手螺旋
２）链的外侧是核糖与磷酸，内侧是碱基．碱基平面与螺旋轴垂直；
３）螺旋的两条链具有互补序列；两条链由碱基对间的氢键加以稳定；其中G与C 配对；A与T配对
４）螺旋的直径约为２nm; 沿螺旋轴方向每一圈有１０个碱基对，相邻两个碱基对间的夹角为３６℃，双螺旋螺距为３.４nm.
5) 双螺旋表面有大沟（major groove）和小沟（minor groove）之分；一般大沟
较宽，而小沟较窄．由于大沟和小沟中暴露的碱基对可供利用来形成形成氢键
的基团不同，所含有的化学信息不同．大沟一般为蛋白质与DNA相互作用的位点．
６）双螺旋结构在不同条件下可以不同形式存在，如B-DNA, A-DNA及Z-DNA 其中B-DNA最接近生理条件下DNA存在形式；而A-DNA结构更为紧密，一般
存在于RNA-RNA及RNA-DNA螺旋中，而Z-DNA为左手螺旋，常见于高盐
浓度条件下嘌呤嘧啶交替存在的序列中，生物学功能还不确定．
DNA分子的其它性质:
1)在较高温度下或较高pH条件下,双螺旋的两条链可以分开,称为变性(denaturation);
1)变性过程是可逆的;当较高温度下变性的DNA分子逐渐冷却时,互补的两条链又可以
重新形成双螺旋,称为复性(renautration); 是核酸杂交技术(hybirdization)的基础.
3) 双螺旋DNA分子在260nm波长下具有最大吸收度.变性过程中, DNA分子的吸光度逐
渐增加,称为增色效应(hyperchromicity); 相反,在复性过程中,由于碱基堆积效应, 吸
光度逐渐降低,称为减色效应(hypochromicity).
4) DNA分子的熔点温度(melting temperature, Tm)是一个其特征常数,与DNA分子的
G:C含量及溶液离子浓度有关, G:C含量越高及离子浓度越大, Tm越大.
5) 某些DNA分子是环状的如细菌染色体,质粒DNA(plasmid)等.
DNA的一级结构:
指核酸分子中4种核苷酸的连接方式及其排列顺序.基本单位是脱氧核糖核苷酸
由于DNA中核苷酸彼此之间的差别仅见于碱基部分,因此DNA的一级结构又指
碱基顺序
DNA的三级结构(DNA topology):
DNA双螺旋进一步盘曲而形成的一种更为复杂的结构, 称为DNA的三级结构. 其中
以超螺旋最为常见(supercoil).
DNA超螺旋可分为负超螺旋(negatively supercoiled)和正超螺旋(positively supercoiled).
由于DNA本身具有相当的柔性, 对简单线性DNA分子,由于其末端是自由的,所以较容易承受
双螺旋两条链间相互缠绕的变化; 对于一个闭合共价环状DNA (covalently closed, circular, cccDNA)分子来讲,只要磷酸二酯键不被打断,则两条链间的绝对缠绕次数是不会改变的。

生理环境下，其分子参数在一定程度上主要受环境离子浓度及与其相互作用蛋白质的影响。

从拓扑学上来说, cccDNA分子结构是受限的(constrained);
细胞中DNA要参与许多动态过程,如转录,复制等, 要求DNA双链迅速打开,因此，DNA 拓扑学状态的变化对其生物学功能的实现有非常重要的影响.
拓扑学中关于超螺旋的三个参数:
1）LK (linking number):使双螺旋两条链完全分开而需要一条链穿过另一条链的次数;
对cccDNA分子来说，如果不发生键断裂，则LK为不变常数,且一般为整数;
2) Tw (twist): 一条链与另一条链相互缠绕的次数. 对双螺旋DNA来说, Tw=
DNA length(bp)/bps per turn of helix;
3) Writhe (Wr): 双螺旋的中心轴在三维空间盘绕的次数. 分自身缠绕(interwound)与柱状
缠绕(toroid or spiral)两种形式.
LK=Tw+Wr; 在LK不变的情况下，Tw可以Wr相互转换．
在生理条件下,完全松弛状态的cccDNA 的LK为LKº, 且其LK=Tw; 一般情况下,DNA分子都处于一种扭曲应力状态, 实际LK与LKº存在一定差值, 如果LK> LKº, 则为正超螺旋; 如LK <LKº, 则为负超螺旋.
一般从细菌和真核生物纯化分离的DNA分子均为负超螺旋。

负超螺旋可以看作是一种
协助链分离过程的自由能储存形式，如DNA转录和复制。

负超螺旋分子可以转化
为双螺旋的去扭曲（untwisting), 即比松弛分子更容易发生解链．
迄今为止，唯一发现含有正超螺旋DNA分子的生物有机体是某些极端嗜温微生物，
在这种情况下，正超螺旋（overwound）可以看作是一种在较高温度下维持双螺旋
不发生解链的一种自由能储存形式。

拓扑异构酶（topoisomerase）: 通过在DNA分子中瞬时引入单链或双链断裂而
改变其连接数(LK)的一类酶．
Ⅰ类拓扑异构酶：１）仅切断双链DNA分子中的一条链，并在重新连接断裂链之前
使另一条完整链穿越断裂链，从而使LK增加１；２）不需要ATP
Ⅱ类拓扑异构酶：１）同时断裂DNA分子两条链，并在重新连接断裂链之前
使另外一段完整链穿越断裂链，从而改变连接数；２）需要ATP
上述两类拓扑异构酶主要作用是去除DNA分子中的超螺旋结构；在原核生物中还
一类特殊的Ⅱ类拓扑异构酶称为旋转酶（gyrase）,可以在DNA分子中引入负超
螺旋．另外，Ⅱ类拓扑异构酶还可以催化两个环状DNA分子间的连环（catenate）
与解连环（decatenate）反应.
Q: 溴化乙锭（Ethidium Bromide,EB）因为可以嵌入到相邻碱基对之间而导致
DNA分子的相对解链(～36℃vs ～10 ℃; or 10bp to 36bp per turn)，或降低Tw．
如何解释EB分子导致DNA分子超螺旋状态的变化？（负—正超螺旋？）。