第二章 DNA结构讲解
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染色体与DNA分子生物学
H2A
H2B
H4 H3
真核细胞染色体上的组蛋白成分分析
种类
相对分 子质量
氨基酸 分离难 保守性 数目 易度
染色质 中比例
染色质 中位置
H1
21 000
223
易
不保守 0.5
接头
H2A
14 500
129
较难
较保守 1
核心
H2B
13 800
125
较难
较保守 1
核心
H3
15 300
135
最难
最保守 1
核心
• C值（ C-value ）： 是指一种生物单倍体基因组DNA的总量
各种生物细胞内DNA总量的比较
在真核生物中，C值一般是随生物进化而增加的，高等 生物的C值一般大于低等生物。
C值反常现象 （C-value paradox）
C值往往与种系进化的复杂程度 不一致，某些低等生物却具有较 大的C值。
H4
11 300
102
最难
最保守 1
核心
组蛋白的特性
• 进化上的极端保守性 • 无组织特异性 • 肽链上氨基酸分布的不对称性
碱性氨基酸分布在N端；疏水基团在C端
• 存在较普遍的修饰作用
甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等
The core histones share a common structural fold
续性； ③能够指导蛋白质的合成，从而控制整
个生命过程； ④能够产生可遗传的变异。
染色体包括： DNA和蛋白质两大部分。
同一物种内每条染色体所带DNA的量是 一定的，但不同染色体或不同物种之间 变化很大。
真核细胞染色体的组成
分子生物学第二章dna结构与功能
1、组蛋白(histone)
真核生物染色体的基本结构蛋白 富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸 碱性蛋白质 可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性 结合）；
组蛋白的一般特性：
i) 进化极端保守性:
不同种生物A、H2B变化相对大； ❖ H1变化更大。 ❖ H3、H4可能对稳定真核生物的染色体结构起重要作用。
c．半个核小体核心颗粒的示意模型，一圈DNA超螺旋（73bp）和4种核心组蛋 白分子，每种组蛋白由3 个α螺旋和一个伸展的N-端尾部组成。
N-端尾部有序排列，参与核小体之间的相互作用，以形成螺线管等高级结构。
（五）原核生物和真核生物基因组 结构特点比较
上海第二军医大硕士研究生入学考试试题： 基因组的特点（真核、原核比较 ）
❖
Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个
单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点
（AG↓CT）从而将其切成长130和170bp的两段，因
而定名为Alu序列（或Alu家族）。
❖ Alu序列分散在整个人体或其他哺乳动物基因组 中，在间隔DNA、内含子中都发现有Alu序列，平均 每5kb DNA就有一个Alu顺序。已建立的基因组中无 例外地含有Alu顺序。
❖ 一是改变染色体的结构，直接影响转录活性； ❖ 二是核小体表面发生改变，使其它调控蛋白易
于和染色质相互接触，从而间接影响转录活性。
简述真核生物染色体上组蛋白的种类，组蛋 白修饰的种类及其生物学意义
中国科学院2003年硕士研究生入学《生物化学与 分子生物学》试题
2.非组蛋白
❖ 占组蛋白总量的60％－70％，种类很多，20－ 100种，常见有15－20种；
❖ 在真核生物中C值一般是随生物进化而增 加的，高等生物的C值一般大于低等生物。
现代分子生物学-第二章 染色体与DNA
甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上： 赖氨酸残基能够发生单、双、三甲基化； 精氨酸残基能够单、双甲基化）；
这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表 达的复杂性。
组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记： 精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的 甲基化丢失与基因沉默相关。
组蛋白乙酰化结合其他组蛋白修饰（甲基化，磷酸 化、泛素化）形成组蛋白密码影响基因的转录。
组蛋白的可修饰性总结
2） 非组蛋白（non-Histone Protein,NHP）
染色体上还存在大量的非组蛋白。包括酶类，如RNA聚合酶 及与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋 自以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等，可 能是染色质的结构成分。
第二章 染色体与DNA
内容提要： 染色体与染色质 染色体的结构和组成（原核生物 、 真核生物） 核小体 DNA的结构 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
第一节 染色体（Chromosome)
（一）染色体与染色质
染色体（chromosome）是细胞核中载有遗传信息（基因）的 物质，在显微镜下呈丝状或棒状，主要由脱氧核糖核酸和蛋白 质组成，在细胞发生有丝分裂时期容易被碱性染料（例如龙胆 紫和醋酸洋红）着色，因此而得名。
粒附近，由6-100个碱基组成，在DNA链上串联重复成千
上万次，不转录，可能与染色体的稳定性有关。（基因组占
比10-60%）
光 吸 收 （
A260cm ）
1.700（主体带） 1.692（Ⅰ）：卫星带Ⅰ
1.688（Ⅱ）：卫星带Ⅱ 1.671（Ⅲ）：卫星带Ⅲ
卫星带碱基序列
Ⅰ ACAAACT ACAAACT etc. Ⅱ ATAAACT ATAAACT etc. Ⅲ ACAAATT ACAAATT etc.
这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表 达的复杂性。
组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记： 精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的 甲基化丢失与基因沉默相关。
组蛋白乙酰化结合其他组蛋白修饰（甲基化，磷酸 化、泛素化）形成组蛋白密码影响基因的转录。
组蛋白的可修饰性总结
2） 非组蛋白（non-Histone Protein,NHP）
染色体上还存在大量的非组蛋白。包括酶类，如RNA聚合酶 及与细胞分裂有关的收缩蛋白、骨架蛋白、核孔复合物蛋 自以及肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等，可 能是染色质的结构成分。
第二章 染色体与DNA
内容提要： 染色体与染色质 染色体的结构和组成（原核生物 、 真核生物） 核小体 DNA的结构 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
第一节 染色体（Chromosome)
（一）染色体与染色质
染色体（chromosome）是细胞核中载有遗传信息（基因）的 物质，在显微镜下呈丝状或棒状，主要由脱氧核糖核酸和蛋白 质组成，在细胞发生有丝分裂时期容易被碱性染料（例如龙胆 紫和醋酸洋红）着色，因此而得名。
粒附近，由6-100个碱基组成，在DNA链上串联重复成千
上万次，不转录，可能与染色体的稳定性有关。（基因组占
比10-60%）
光 吸 收 （
A260cm ）
1.700（主体带） 1.692（Ⅰ）：卫星带Ⅰ
1.688（Ⅱ）：卫星带Ⅱ 1.671（Ⅲ）：卫星带Ⅲ
卫星带碱基序列
Ⅰ ACAAACT ACAAACT etc. Ⅱ ATAAACT ATAAACT etc. Ⅲ ACAAATT ACAAATT etc.
第二章 DNA结构、复制、 修复
4）DNA序列的异质性及主要序列类型（真核DNA）
■
高度重复序列：重复频率高达几十万到几百万次。
1）卫星DNA：重复单位多由2-10bp组成，成串排列，其碱基 可以用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开。根据重复频 率和重复序列长短不同分为小卫星DNA和微卫星DNA（常作 为一种分子遗传标记）
2）分散高度重复序列：短、长散置序列
■影响复性速度：
DNA的大小（小的较大的容易）；离子浓度（高浓度）； DNA浓度（越大越快）
2) C值反常现象（C-value paradox)
C值矛盾
C值是一种生物的单倍体基因组DNA的总量。
真核细胞基因组的最大特点是它含有大量的重复
序列，而且功能DNA序列大多被不编码蛋白质的非
功能DNA所隔开，这就是著名的“C值反常现象”。
第二章 染色体与DNA
染色体
DNA的结构 DNA的复制 DNA的修复 DNA的转座
三、DNA的复制
RNA 复制 复制
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译
蛋白质
内容提要： ● DNA的半保留复制 ●与DNA复制有关的物质 ● DNA的复制过程（大肠杆菌为例） ● DNA复制的其它方式 ●真核生物中DNA的复制特点
染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝，它是由 最基本的单位—核小体(nucleosome)成串排列而成 的。
真核生物染色体的组成
染色体
{蛋白质
DNA
{
组蛋白： H1 H2A H2B H3 H4 非组蛋白
}核小体
（三）染色体的结构和组成
1、组蛋白的一般特性：
■ 进化上的保守性 保守程度：H1 ■无组织特异性 ■肽链氨基酸分布的不对称性 ■H5组蛋白的特殊性：富含赖氨酸（24%） ■组蛋白的可修饰性 H2A、H2B H3 、H4
八年级上生物第二章知识点
八年级上生物第二章知识点生物是我们身边的一门科学，它的研究对象是生命。
而八年级上生物的第二章知识点主要是围绕着遗传和进化两个方面进行详细的讲解，下面我们来一起了解一下具体内容。
一、遗传1.1 DNA的结构和功能DNA是人类身体中最基本的化学物质，由磷酸、糖和四种氮碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞氨酸）构成。
它的主要功能是存储和传递遗传信息。
在过程中，DNA需要通过核糖体和RNA 来进行翻译，最终形成具体的蛋白质。
1.2 有性和无性生殖的区别有性生殖和无性生殖是生物界中两个常见的生殖方式。
有性生殖是指个体通过配子的形式来产生后代，因此每一代的后代都具有不同的基因组合。
而无性生殖则是指个体通过自体繁殖的方式来产生后代，由于没有配子的参与，因此后代的基因组合都和产生它的个体相同。
1.3 杂交和纯合的概念杂交是指不同物种或同一物种的不同亚种之间进行的交配，这样产生的后代中会出现一些新的特征。
而纯合则是指具有相同基因的个体进行交配，这样产生的后代就不会出现任何新的特征。
二、进化2.1 进化的概念和证据进化是指生物种群随着时间而演变的过程，它是通过基因突变、选择和遗传漂变等多种方式来实现的。
进化学家通过研究化石、生物地理学、分子进化等多种证据来证明生物的进化过程。
2.2 拟态和拟态的关系拟态是指不同物种或不同个体之间的形态和外貌相似，但它们之间并没有任何亲缘关系。
而拟态是指生物在进化过程中为了适应环境而产生的形态变化。
在很多情况下，拟态和拟态往往都伴随着进化的过程。
2.3 生物的适应和突变生物在进化过程中需要适应各种环境的变化，而这种适应往往就是通过基因突变实现的。
在一些特殊的环境下，适应会促进生物形态和结构的进化，从而使它们更好地适应当前的环境。
以上就是八年级上生物第二章的主要内容，通过这些知识点的学习，我们可以更加深入地了解生物的基本特征和发展演化过程，为以后的生物学学习奠定了坚实的基础。
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复第五节 DNA的损伤与修复
（2）碱基类似物对DNA的损伤 碱基类似物是一类结构与碱基相似 的人工合成化合物，由于它们的结构与碱基相似，进入细胞后能替代 正常的碱基掺入到DNA链中，干扰DNA的正常合成。5–溴尿嘧啶(5–BU) 是胸腺嘧啶环上的甲基被溴取代的一种最常见的碱基类似物，与U的 结构非常相似,能与A配对，5–BU有酮式和烯醇式两种形态，当处于烯 醇式时，可与G配对，且存在机率高于酮式形态，因此一旦掺入到DNA 链中，通过互变异构在复制中产生突变，引起A–T→C–C的转换。另一 个常见的碱基类似物是2–氨基嘌呤(2–AP)，在正常的酮式状态时与T 配对，在烯醇式状态时与C配对。在某些植物体的代谢过程中，能产 生个别的毒性化合物，其中包括DNA损伤剂。
第五节 DNA的损伤与修复
图2-13 DNA分子上的胸腺嘧啶二聚体结构
第五节 DNA的损伤与修复
图2-11 甲基介导的错配修复模 型
第五节 DNA的损伤与修复
3．核苷酸切除修复 核苷酸切除修复系统几乎能够修复紫外线照射引起的 各种损伤。包括环丁烷二聚体、6–4损伤、碱基-糖基交联 等引起DNA双螺旋大扭曲(major distortion)，而不能修 复由于碱基错配、O6–甲基鸟嘌呤、O4–甲基胸腺嘧啶、8– oxoG或碱基类似物引力是非常重要的。
第五节 DNA的损伤与修复
二、DNA的修复 1．错配修复 E.coli避免突变的主要途径之一就是甲基指导的错配修复系统。 这个系统是非特异性的，它能修复引起DNA双螺旋轻微扭曲的任何扭 伤，包括错配、移码、碱基类似物的掺人和某些类型微小扭曲的烷基 化损伤。 2．碱基切除修复 是一种在细胞中存在较普遍的修复过程。在细胞中都有不同类型、 能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特意性切除受损核苷酸上的 N—β-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA 分子中一旦产生了AP位点，核酸内切酶就会把受损核酸的糖苷-磷酸 键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I 合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。
第五节 DNA的损伤与修复
图2-13 DNA分子上的胸腺嘧啶二聚体结构
第五节 DNA的损伤与修复
图2-11 甲基介导的错配修复模 型
第五节 DNA的损伤与修复
3．核苷酸切除修复 核苷酸切除修复系统几乎能够修复紫外线照射引起的 各种损伤。包括环丁烷二聚体、6–4损伤、碱基-糖基交联 等引起DNA双螺旋大扭曲(major distortion)，而不能修 复由于碱基错配、O6–甲基鸟嘌呤、O4–甲基胸腺嘧啶、8– oxoG或碱基类似物引力是非常重要的。
第五节 DNA的损伤与修复
二、DNA的修复 1．错配修复 E.coli避免突变的主要途径之一就是甲基指导的错配修复系统。 这个系统是非特异性的，它能修复引起DNA双螺旋轻微扭曲的任何扭 伤，包括错配、移码、碱基类似物的掺人和某些类型微小扭曲的烷基 化损伤。 2．碱基切除修复 是一种在细胞中存在较普遍的修复过程。在细胞中都有不同类型、 能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特意性切除受损核苷酸上的 N—β-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA 分子中一旦产生了AP位点，核酸内切酶就会把受损核酸的糖苷-磷酸 键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I 合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。
第二章 染色体与DNA
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2.真核生物基因组DNA
基因组：一个物种的单倍体的染色体的数目称为该物种的～。 C值 ： 一个单倍体基因组的DNA含量总是恒定的，通常称
为该物种DNA的～。 支原体104bp— 显花植物1011bp C值矛盾：基因所占基因组的比例不会超过20%，人们无法用
已知功能来解释基因组的如此之大的DNA含量，这 就叫做～。 哺乳动物：C值约109bp/5000bp~8000bp = 40万～60万 基因
2-7-c
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（1）真核生物基因组结构特点
真核基因组结构庞大 3×109bp
含有大量重复序列
非编码区较多 占整个基因组的90%以上 断裂基因（interrupted）、内含子
单顺反子
基因不连续性 （intron）、外显子（exon）
含有大量顺式作用元件
顺式作用元件：是指与结构基因串联的特定DNA序列，是转录因子的 结合位点，它们通过与转录因子结合而调控基因转录的精确起始和转
录效率。 启动子；增强子；沉默子，也叫绝缘子。
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DNA多态性：是指DNA序列中发生变异而导 致的个体间核苷酸序列的差异。
单核苷酸多态性（SNP）
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实际：约3万～4万个
DNA总量
C值
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图2-5 各种生物细胞内DNA总量比较
（1）真核细胞DNA序列大致可分为3类：
① 不重复序列/单一序列 ② 中度重复序列 ③ 高度重复序列
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①不重复序列/单一序列
◆不重复序列，在单倍体基因组中只出现一次或数次，又称低度重复顺序 。
2.真核生物基因组DNA
基因组：一个物种的单倍体的染色体的数目称为该物种的～。 C值 ： 一个单倍体基因组的DNA含量总是恒定的，通常称
为该物种DNA的～。 支原体104bp— 显花植物1011bp C值矛盾：基因所占基因组的比例不会超过20%，人们无法用
已知功能来解释基因组的如此之大的DNA含量，这 就叫做～。 哺乳动物：C值约109bp/5000bp~8000bp = 40万～60万 基因
2-7-c
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（1）真核生物基因组结构特点
真核基因组结构庞大 3×109bp
含有大量重复序列
非编码区较多 占整个基因组的90%以上 断裂基因（interrupted）、内含子
单顺反子
基因不连续性 （intron）、外显子（exon）
含有大量顺式作用元件
顺式作用元件：是指与结构基因串联的特定DNA序列，是转录因子的 结合位点，它们通过与转录因子结合而调控基因转录的精确起始和转
录效率。 启动子；增强子；沉默子，也叫绝缘子。
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DNA多态性：是指DNA序列中发生变异而导 致的个体间核苷酸序列的差异。
单核苷酸多态性（SNP）
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实际：约3万～4万个
DNA总量
C值
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图2-5 各种生物细胞内DNA总量比较
（1）真核细胞DNA序列大致可分为3类：
① 不重复序列/单一序列 ② 中度重复序列 ③ 高度重复序列
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①不重复序列/单一序列
◆不重复序列，在单倍体基因组中只出现一次或数次，又称低度重复顺序 。
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复 第四节原核生物和真核生物DNA的复制特点
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
二、真核生物DNA的复制特点 1．真核细胞的每条染色体含有多个复制起始点。复制子的大小 变化很大，约5-300kbp。复制可以在几个复制起始点上同时进行，复 制起始点不是一成不变的。在发育过程中，活化的细胞有更多的复制 起始点。例如，果蝇在胚胎发育早期，其最大染色体上有6000个复制 叉，大约每10 kbp就有一个。 2．真核生物染色体在全部复制完成之前，各个复制起始点不能 开始新一轮的复制。而原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的 复制事件，表现为一个复制子内套叠有多个复制叉。 3 ． 真 核 生 物 DNA 的 复 制 子 被 称 为 自 主 复 制 序 列 （ ARS）， 长 约 150bp左右，含有几个复制起始必须的保守区。并且其复制起始需起 点识别复合物（ORC）参与，并需ATP。真核生物复制叉的移动速度大 约 只 有 5 0 bp/s， 还 不 到 大 肠 杆 菌 的 1 / 2 0 。 因 此 ， 人 类 DNA 中 每隔 3x104~3x105就有一个复制起始位点。
第四节 原核生物和真核生物DNA的复制特点
4．真核生物有多种DNA聚合酶，分别为在真核细胞中主要有5种 DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶α、β、γ、δ和ε，真核细胞的 DNA聚合酶和细菌DNA聚合酶基本性质相同，均以dNTP为底物，需Mg2+ 激活，聚合时必须有模板链和具有3´–OH末端的引物链，链的延伸方 向为5´→3´。但真核细胞的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶活性， 推测一定有另外的酶在DNA复制中起校对作用。DNA聚合酶α的功能主 要是引物合成。DNA聚合酶β活性水平稳定，可能主要在DNA损伤的修 复中起作用。DNA聚合酶δ是主要负责DNA复制的酶，参与先导链和滞 后链的合成。而DNA聚合酶ε的主要功能可能是在去掉RNA引物后把缺 口补全。
第二章-DNA的结构和功能汇总.
第三节DNA的结构和功能Structure and Function of DNA5´-末端3´-末端C G A磷酸二酯键磷酸二酯键O-POO-O CHO HHPOO-CHO-OHH线粒体DNA是环形结构DNA一级结构的测定•DNA测序（DNA sequencing）是指分析特定DNA 片段的碱基序列，也就是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）与鸟嘌呤的（G）排列方式。
DNA测序原理z Sanger测序法：是Frederick Sanger于1975年发明的。
z利用一种DNA聚合酶来延伸结合在待定序列模板上的引物。
直到掺入一种链终止核苷酸为止。
z每一次序列测定由一套四个单独的反应构成，每个反应含有所有四种脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)，并混入限量的一种不同的双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)。
z由于ddNTP缺乏延伸所需要的3-OH基团，使延长的寡聚核苷酸选择性地在G、A、T或C处终止。
终止点由反应中相应的双脱氧而定。
z每一种dNTPs和ddNTPs的相对浓度可以调整，使反应得到一组长几百至几千碱基的链终止产物。
z它们具有共同的起始点，但终止在不同的的核苷酸上，可通过高分辨率变性凝胶电泳分离大小不同的片段。
z凝胶处理后可用X-光胶片放射自显影或非同位素标记进行检测。
二、 DNA的二级结构是右手双螺旋DNA双螺旋结构提出的历史：1953年2月，沃森、克里克通过维尔金斯看到了富兰克琳在1951年11月拍摄的一张十分漂亮的DNA晶体X射线衍射照片，这一下激发了他们的灵感。
他们不仅确认了DNA一定是螺旋结构，而且分析得出了螺旋参数。
他们采用了富兰克琳和威尔金斯的判断，并加以补充：磷酸根在螺旋的外侧构成两条多核苷酸链的骨架，方向相反；碱基在螺旋内侧，两两对应。
一连几天，沃森、克里克在他们的办公室里兴高采烈地用铁皮和铁丝搭建着模型。
1953年2月28日，第一个DNA双螺旋结构的分子模型终于诞生了。
第二章 第二节 DNA结构与功能
5’ 磷酸-脱氧核糖骨架 3.54 nm
碱基对
5’ 2.37 nm
互补碱基对
DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对。 一条链的腺嘌呤与另一条链的胸腺嘧啶形成了两个氢键；一条链 的鸟嘌呤与另一条链的胞嘧啶形成了三个氢键。 碱基对平面与螺旋轴近乎垂直，脱氧核糖平面垂直于碱基平面。 每一个螺旋有10.5个碱基对，每两个相邻的碱基对之间的相对旋 转角度为36° 。
互补碱基对
鸟嘌呤:胞嘧啶碱基对
腺嘌呤:胸腺嘧啶碱基对
双螺旋结构的沟槽
多聚脱氧核苷酸链的脱氧核糖和磷酸基团构成了亲水性骨架。 亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧，疏水性的碱基对包埋在双 螺旋结构的内部。 DNA双螺旋结构的表面形成了一个大沟和一个小沟。
亲水性骨架和疏水性碱基对
碱基
5’
磷酸-脱氧核糖骨架
第二节
DNA的空间结构和功能
DNA的空间结构（spatial structure）：构成DNA的所有
原子在三维空间的相对位置
DNA的空间结构：二级结构、高级结构
氢键、离子作用力、疏水作用力和空间位阻效应共同作用的
结果。
一、DNA的二级结构是双螺旋结构 （一）DNA双链螺旋结构的实验基础
DNA的四链结构
人染色体的3-端是被称为端粒的单链。
该单链富含G和T的重复序列，如(TTAGGG)n 。
自身可以回折形成的四链结构。
作用: 稳定端粒的单链结构
DNA的四链结构
四个鸟嘌呤通过八对Hoogsteen氢键形成一个四联体平面。
富含鸟嘌呤的片段折叠后形成了多个四联体平面，彼此堆叠
第二章 基因的概念与结构(1)基因是DNA
Z-DNA生物学意义：
(1) 可能提供某些调节蛋白的识别。啮齿类动物病 毒的复制 起始部位有d（GC）有交替顺序的存在。
(2) 在SV40的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。 (3) 原生动物纤毛虫，它有大、小两个核，大核有 转录活性，小核和繁殖有关。 Z-DNA 抗体以萤 光标记后，显示仅和大核 DNA结合，而不和小 核的DNA结合，说明大核DNA有Z-DNA的存在， 可能和转录有关。
• 基因是产生另一种核酸RNA的DNA模板。DNA是 双链核酸，而RNA只是一条链，基因编码RNA， RNA可以编码蛋白质。
• 1.2 DNA是细菌的遗传物质 • 细菌转化实验为DNA是遗传物质提供了首要的证 据。从第一个菌株抽提DNA，然后加入到第二个 菌株，能使遗传特性从一个细菌菌株传递到另一 个菌株。
图显示了大肠杆菌中 lacI 基 因中的每个碱基发生突变的 频率。
有些位点获得了比随机分布 所估计的更多突变，可能是 10 倍或 100 倍 ，这些 位 点称 为热点（ hotspot ）。自发突 变可能发生在热点，但不同 诱变剂可有不同热点。
基因不直接产生蛋白质：基因 是编码独立产物序列的特有的 DNA 序列，基因表达的过程 可以终止于RNA或蛋白质。
不同基因的突变
同一基因的突变
B：核酸内切酶识别DNA分 子上的相应断裂点，在断 裂点的地方把磷酸二酯键 切断，使两个非姊妹DNA分 子各有一条链断裂 C：两断链从断裂点脱开， 螺旋局部放松，单链交换 准备重接。 D：在连接酶的作用下， 断裂以交替方式跟另一断 裂点相互联结，形成一个 交联桥。
• 基因的本质性质是在一个多世纪前由孟德尔定义 的。他的两大定律指出，基因是一种由亲代传到 子代保持不变的“特殊因子”。基因可能存在可 变形式，称为等位基因（allele） • 二倍体生物，即有两套染色体的生物，其每条染 色体的一份拷贝来自每个亲本，基因也是如此。 每条基因的两个拷贝中的一份是父本等位基因 （来自父亲），另外一份是母亲等位基因（来自 母亲），这种对等性导致了人们发现染色体携带 基因的事实。 • 每一条染色体由线性排列的基因组成，每条基因 位于染色体的特殊位点上，这称为遗传基因座 （genetic locus）。因此，我们就可以把等位基因 定义为该基因座上所发现的不同形式
DNA分子的结构详解ppt课件
DNA
的
结
构
模
式
图
双螺旋解开 放大
13
DNA平面结构
A
C A A C T G T T G
G
A
C
T
G
C
14
① 由2条链按反向平行 方式盘绕成双螺旋结构；
15
DNA平面结构
A T
C
A A C G A G
G
T T G C T C
② 外侧：
磷酸、脱氧核糖交替 连接—— 构成基本 骨架 （“扶Fra bibliotek”）16
DNA平面结构
A C A A C G T G
③ 内侧:
碱基 （“梯级”）
2条链上的碱基通 氢键 连接成碱基对 过______
A与T配对； G与C配对 ※碱基互补配对原则
T
T G C T C
？
A？ = T ; G ？ = C
碱基对
17
A
G
3、DNA分子的特性
①DNA分子具稳定性
（两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序 和两条链之间的碱基互补配对的方式稳定不变）
DNA的结构？
1
第二节 DNA分子的结构
仁化一中 郭锦洪
2
学习目标
• （1）知识技能：1、DNA分子的结构 • 2、DNA分子结构的特点 • （2）过程与方法：培养学生抽象思维的能 力，学会整合旧知识，构建新知识。 • （3）情感、态度、价值观：认识到学习知 识是为了更好地应用知识。 • 三、学习重点：DNA分子的结构特点 • 四、学习难点：DNA分子的结构。
１、DNA的化学组成
复习提问
DNA的基本组成元素是 C 、H、 O 、N 、P ； DNA全称是 脱氧核糖核酸 ； 组成DNA的基本单位是 脱氧核苷酸 。
的
结
构
模
式
图
双螺旋解开 放大
13
DNA平面结构
A
C A A C T G T T G
G
A
C
T
G
C
14
① 由2条链按反向平行 方式盘绕成双螺旋结构；
15
DNA平面结构
A T
C
A A C G A G
G
T T G C T C
② 外侧：
磷酸、脱氧核糖交替 连接—— 构成基本 骨架 （“扶Fra bibliotek”）16
DNA平面结构
A C A A C G T G
③ 内侧:
碱基 （“梯级”）
2条链上的碱基通 氢键 连接成碱基对 过______
A与T配对； G与C配对 ※碱基互补配对原则
T
T G C T C
？
A？ = T ; G ？ = C
碱基对
17
A
G
3、DNA分子的特性
①DNA分子具稳定性
（两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序 和两条链之间的碱基互补配对的方式稳定不变）
DNA的结构？
1
第二节 DNA分子的结构
仁化一中 郭锦洪
2
学习目标
• （1）知识技能：1、DNA分子的结构 • 2、DNA分子结构的特点 • （2）过程与方法：培养学生抽象思维的能 力，学会整合旧知识，构建新知识。 • （3）情感、态度、价值观：认识到学习知 识是为了更好地应用知识。 • 三、学习重点：DNA分子的结构特点 • 四、学习难点：DNA分子的结构。
１、DNA的化学组成
复习提问
DNA的基本组成元素是 C 、H、 O 、N 、P ； DNA全称是 脱氧核糖核酸 ； 组成DNA的基本单位是 脱氧核苷酸 。
第二章染色体与DNA结构与复制
2.3染色体中的DNA
2.3.1基因组大小与C值矛盾
基因组（genome）：
生物有机体的单倍体细胞中的所有DNA，称为该物种的基因组。
C值（C value）：
概念： C值特点： 1.不同物种之间C值差异较大，一般来讲物种越进化C值就越大。 2.在结构、功能很相似的同一类生物中，甚至在亲缘关系十分 接近的物种之间，它们的C值可以相差数十倍乃至上百倍。
10%—60%，由6—100个碱基组成，在DNA链上串联重复几 百万次。常含有一些A· T，A· T浮力密度小； 将DNA切断成数百 个碱基对的片段进 行超离心时，常会 在主要的DNA带的 上面有一个次要的 DNA带相伴随，这 就是所谓的卫星 DNA（satellite DNA）。
2.3.3 原核生物和真核生物基因组结构特点比较
O
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P )
AMP ADP ATP
ATP
分子的最显著特点是 含有两个高能磷酸键。ATP 水解时, 可以释放出大量 自由能。 ATP 也是一种很好的磷酰 化剂，是许多生物化学反 应的激活步骤。
ATP的性质
2、GTP (鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)
GTP是生物体内游离存在的另一种重要的核苷酸衍 生物。它具有ATP 类似的结构, 也是一种高能化合
中科院硕士学位研究生入学分子遗传学试题
中国科学院上海生化与细胞所招收硕士研究生分子 遗传学入学考试： 简述真核细胞内核小体与核小体核心颗粒的结构。
染色体的二级结构：螺线管
DNA double helix
Nucleosome (10 nm fiber)
30 nm Fiber
Loops I
Loops II
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复 第三节DNA的复制
第三节 DNA的复制
表2-2 部分生物复制子的比较
第三节 DNA的复制
图2-5 放射性实验证明DNA的复制是从固定的起始 点双向等速进行的
第三节 DNA的复制
三、DNA复制的几种主要方式
1．线性DNA双链的复制
复制叉生长方向有单一起点的单向(如腺病毒)及双向(如噬菌体)， 和多个起始点的双向几种，DNA双向复制时复制叉处呈“眼”型。线 性DNA复制中RNA引物被切除后，留下5′端部分单链DNA，不能为DNA 聚合酶所作用，使子链短于母链。T4和T7噬菌体DNA通过其末端的简 并性, 使不同链的3′端因互补而结合，其缺口被聚合酶作用填满， 再经DNA连接酶作用生成二联体。这个过程可重复进行直到生成原长 20多倍的多联体，并由噬菌体DNA编码的核酸酶特异切割形成单位长
度的DNA分子。制时，5′端首先与末端蛋白共价结合，开始互补链的合成。当另 一条链完全被置换后，两端通过发卡结构相连，形成一个大部分序列 互补的单链环形DNA分子，复制从其内部的起始位点开始按前导链方 式双向进行，经过环形结构到达分子的另一部分，经双链结构交错切 割后生成完整的子链病毒。除了环形部分发生重排之外，所生成的新 DNA分子带有母链的全部遗传信息。
分子生物学基础
第二章 DNA的结构、复制和修复
第三节 DNA的复制
一、DNA的半保留复制机理 二、DNA复制的起点、方向和速度 DNA在复制时，首先在一定位置解开双链，这个复制起点呈现叉 子的形式，称为复制叉。一般把生物体能独立进行复制的单位称为复 制子。实验证明，复制在起始阶段进行控制，一旦复制开始，就连续 进行下去，直到整个复制子完成复制。每个复制子由一个复制起点控 制。 原核生物的复制起始点通常在它染色体的一个特定位点，并且只 有一个起始点，因此，原核生物的染色体只有一个复制子。真核生物 染色体的多个位点可以起始复制，有多个复制起始点，因此是多复制 子（表2-2）。且多个复制子不是同时起作用，而是在特定时间，只 有一部分复制子（不超过15%）在进行复制过程。 关于DNA复制的方向和速度，最为普遍的就是双向等速进行（图 2-5）。某些环状DNA偶尔从一个复制起始点形成一个复制叉，单向复 制。而腺病毒则从两个起始点相向进行复制。
DNA的结构课件(共37张PPT)人教版必修2
资料3：奥地利著名生物化学家查哥夫研究得出：腺嘌呤 （A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的量(A=T)，鸟嘌呤 （G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量(G=C)。
沃森和克里克构建了新的模型：
(1)特点：A－T碱基对与G－C碱基对具 有相同的形状和直径，这样组成的DNA 分子具有稳定的直径。 (2)意义： ①能解释A、T、G、C的数量关系； ②能解释DNA的复制； ③模型与X射线衍射照片完全相符。
DNA双链分子中磷酸、脱氧核糖 和碱基之间的数量比为1∶1∶1。
每个DNA片段中，游离的磷酸 基团数是多少？
例1：下列关于DNA分子结构的叙述，正确的是( ) A.DNA分子是以4种脱氧核糖核苷酸为单位连接而成的单链结构 B.DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基 C.DNA分子两条链之间总是嘌呤与嘧啶形成碱基对 D.DNA分子一条链上的相邻碱基通过磷酸—脱氧核糖—磷酸相
构成方式
3、DNA双螺旋结构的主要特点
A
T
C
G
A
T
T
A
C
G
G
C
A
T
G
C
DNA双螺旋结构的主要特点
（1）DNA分子是由两条链反向平 行盘旋成双螺旋结构。
（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷 酸交替连接，排列在外侧，构成 基本骨架；碱基排列在内侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键 连结成碱基对，并且碱基配对 具有一定规律：A一定与T配对， G一定与C配对。碱基之间的这 种一 一对应的关系，叫作碱基 互补配对原则
资料1：20世纪30年代，科学家认识到：DNA是以4 种脱氧核苷酸为单位连接而成的长链
资料2： 1951年，英国科学家威尔金斯和富兰克林提供 了DNA的X射线衍射图谱 。
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其中碱基堆集力是使DNA结构稳定的最主要因素
第四节 DNA二级结构的多样性 DNA的高级结构
一、二级结构的多样性
A
B
Z
Mi
Ma
Ma
Mi
Mi
Ma
Z-DNA Phosphate Backbone is Kinked
A
B
Z
A
B
Z
Pitch
Base Inclination Handedness
Base Displacement Determines Groove Depth
A DNA
B DNA
Z DNA
Major Minor Major Minor Major Minor
dx = -4 Å
dx = 0.8 Å
dx = +3-4 Å
二、 DNA的高级结构
DNA的不寻常的结构
交替的嘧啶、嘌呤重复序列 - 倾向形成Z-DNA 反向重复序列 - 倾向形成十字形结构 镜像重复的同型嘧啶或嘌呤 – 可能形成三链结构 富含G的序列 -可能形成四链结构
• 1。肺炎双球菌转化实验 • 2。噬菌体感染实验 • 3。DNA直接转化实验
实验二、
噬菌体感染实验 （1952）
实验三、 DNA直接转化实验 TK：胸苷激酶基因
第二节 DNA的一级结构
• 一、核酸的化学组成
磷酸 戊糖 碱基
碱基+戊糖 核苷+磷酸 核苷酸 核酸
1. 戊糖
O
β-D-核糖
β-D-2-脱氧核糖
戊糖 磷酸
脱氧核糖 磷酸
RNA 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶 (Uracil,U)
核糖 磷酸
第三节 DNA的二级结构
Phosphodiester Backbone
C-G T-A
Rise 3.4 Å
B-DNA: A right Handed double helix Why?
Pitch 34 Å 10.4 bp/turn
共同点：富含G, 长度可达几百到几千碱基对
端粒
端粒酶
端粒酶在肿瘤中的检出率很高 85%的人肿瘤中发现了端粒酶活性的表达，而正常组织
或良性病变仅为4%左右
端粒酶活性的高低与肿瘤分化的程度有关： 小细胞肺癌（100%），胰腺癌（95%），膀胱癌（92%）， 肝癌（86%） 79%：一期肿瘤 84%：二期肿瘤 87.5%：原位瘤
随着研究的深入，端粒酶将为多种疾病的诊断与治疗提供 快捷、特异、副作用小的检测新途径。
第五节 DNA的变性、复性及杂交
一、DNA的变性
定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成 两条单链的过程。
方法：过量酸、碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。
变性后其它理化性质变化：
第二章 核酸的结构与功能
目录
• 第一节 遗传物质的证明 • 第二节 DNA的一级结构 • 第三节 DNA的二级结构 • 第四节 DNA二级结构的多样性 • 第五节 DNA的高级结构 • 第六节 DNA的变性、复性及杂交 • 第七节 DNA的超螺旋和拓扑异构现象 • 第八节 RNA的结构与功能
第一节 遗传物质的证明
OD260增高 比旋度下降
粘度下降 浮力密度升高
Minor Groove
Major Groove
Width 20 Å
Twist 36°
8.5 Å 11.7 Å Major Groove
Minor
7.5 Å 5.7 Å
Groove
11
DNA二级结构特点
• 1）主链：脱氧核糖和磷酸基通过3’，5’磷酸二酯键交互连接，形成螺 旋链的骨架。两条主链以反向平行的方式组成双螺旋。主链处于螺旋 的外侧，碱基位于内侧，双链的碱基之间以氢键相结合。氢键维持
稳定双螺旋结构的力
（1）碱基堆集力 是层层堆集的芳香族碱基上N原子 电子云交错而形成的一种力，使双螺旋结构内部 形成一个强大的疏水区，与介质中的水分子隔开， 有利于互补碱基间形成氢键，稳定双螺旋结构。
（2）氢键 互补碱基对之间可形成氢键。DNA外侧的氧 与介质中的水或蛋白质上的-OH形成。
（3）磷酸基静电斥力 磷酸基团上的负电荷与介质中的阳 离子之间形成离子键，减少双链间的静电排斥力。
核苷酸之间以磷酸
二酯键连接形成多核苷
G
酸链，即核酸。
3´端
书写方法
AGT GCT
5 P P P P P P OH 3
5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3
碱基
DNA 腺嘌呤(adennine,A) 鸟嘌呤(guanine,G) 胞嘧啶(cytosine,C) 胸腺嘧啶(thymine,T)
2. 碱基
嘧啶 （Pyrimidines）
嘌呤 （Purines）
3. 核苷与核苷酸
9 1’
核苷
NH2 N
O HO P O CH2 O N O
OH
OH OH
核苷酸
AMP
ATP
二、DNA的一级结构
Nitrogenous base
Sugar Phosphate
5´端
C
二酯键
A
核苷酸的连接
镜像重复：如果颠倒重复发生在同一条链 上，则这种顺序叫镜像重复,在同一条链内 不具有链内互补顺序，因而不能形成发卡 结构和十字架结构。
例如
TTAGCAC CACGATT AATCGTG GTGCTAA
（一）Holliday结构 （二）三链DNA
概念： 三链DNA是由三条脱氧核苷酸链按一定的规律绕 成的螺旋状结构。
结构：是在Watson-Crick双螺旋基础上形成的，其中大 沟中容纳第三条链形成三股螺旋。在三螺旋DNA中三各个 碱基配对（Hoogsteen base pairing）形成三碱基体: T-A-T ，C-G-C。
作用：可能与基因的表达调控有关。
人、其它脊椎动物的端粒重复单位：AGGTT 纤毛原生动物四膜虫的端粒: GGGGTT(TT) 面包酵母的端粒重复单位：G1-8T or G1-8A
DNA 双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性
• 2）碱基对： 碱基互补配对原则，A T； G C
。
。
• 3）螺距： DNA 是右手螺旋结构，螺旋直径为。20A，螺距为34A。碱
基平面垂直螺旋轴，相邻碱基平面距离为 3.4A，螺旋一圈包含 10 对
碱基。两个核苷酸之间的夹角为36°。
• 4）大沟和小沟：大沟对于在遗传上有重要功能的蛋白质识别DNA双
第四节 DNA二级结构的多样性 DNA的高级结构
一、二级结构的多样性
A
B
Z
Mi
Ma
Ma
Mi
Mi
Ma
Z-DNA Phosphate Backbone is Kinked
A
B
Z
A
B
Z
Pitch
Base Inclination Handedness
Base Displacement Determines Groove Depth
A DNA
B DNA
Z DNA
Major Minor Major Minor Major Minor
dx = -4 Å
dx = 0.8 Å
dx = +3-4 Å
二、 DNA的高级结构
DNA的不寻常的结构
交替的嘧啶、嘌呤重复序列 - 倾向形成Z-DNA 反向重复序列 - 倾向形成十字形结构 镜像重复的同型嘧啶或嘌呤 – 可能形成三链结构 富含G的序列 -可能形成四链结构
• 1。肺炎双球菌转化实验 • 2。噬菌体感染实验 • 3。DNA直接转化实验
实验二、
噬菌体感染实验 （1952）
实验三、 DNA直接转化实验 TK：胸苷激酶基因
第二节 DNA的一级结构
• 一、核酸的化学组成
磷酸 戊糖 碱基
碱基+戊糖 核苷+磷酸 核苷酸 核酸
1. 戊糖
O
β-D-核糖
β-D-2-脱氧核糖
戊糖 磷酸
脱氧核糖 磷酸
RNA 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶 (Uracil,U)
核糖 磷酸
第三节 DNA的二级结构
Phosphodiester Backbone
C-G T-A
Rise 3.4 Å
B-DNA: A right Handed double helix Why?
Pitch 34 Å 10.4 bp/turn
共同点：富含G, 长度可达几百到几千碱基对
端粒
端粒酶
端粒酶在肿瘤中的检出率很高 85%的人肿瘤中发现了端粒酶活性的表达，而正常组织
或良性病变仅为4%左右
端粒酶活性的高低与肿瘤分化的程度有关： 小细胞肺癌（100%），胰腺癌（95%），膀胱癌（92%）， 肝癌（86%） 79%：一期肿瘤 84%：二期肿瘤 87.5%：原位瘤
随着研究的深入，端粒酶将为多种疾病的诊断与治疗提供 快捷、特异、副作用小的检测新途径。
第五节 DNA的变性、复性及杂交
一、DNA的变性
定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成 两条单链的过程。
方法：过量酸、碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。
变性后其它理化性质变化：
第二章 核酸的结构与功能
目录
• 第一节 遗传物质的证明 • 第二节 DNA的一级结构 • 第三节 DNA的二级结构 • 第四节 DNA二级结构的多样性 • 第五节 DNA的高级结构 • 第六节 DNA的变性、复性及杂交 • 第七节 DNA的超螺旋和拓扑异构现象 • 第八节 RNA的结构与功能
第一节 遗传物质的证明
OD260增高 比旋度下降
粘度下降 浮力密度升高
Minor Groove
Major Groove
Width 20 Å
Twist 36°
8.5 Å 11.7 Å Major Groove
Minor
7.5 Å 5.7 Å
Groove
11
DNA二级结构特点
• 1）主链：脱氧核糖和磷酸基通过3’，5’磷酸二酯键交互连接，形成螺 旋链的骨架。两条主链以反向平行的方式组成双螺旋。主链处于螺旋 的外侧，碱基位于内侧，双链的碱基之间以氢键相结合。氢键维持
稳定双螺旋结构的力
（1）碱基堆集力 是层层堆集的芳香族碱基上N原子 电子云交错而形成的一种力，使双螺旋结构内部 形成一个强大的疏水区，与介质中的水分子隔开， 有利于互补碱基间形成氢键，稳定双螺旋结构。
（2）氢键 互补碱基对之间可形成氢键。DNA外侧的氧 与介质中的水或蛋白质上的-OH形成。
（3）磷酸基静电斥力 磷酸基团上的负电荷与介质中的阳 离子之间形成离子键，减少双链间的静电排斥力。
核苷酸之间以磷酸
二酯键连接形成多核苷
G
酸链，即核酸。
3´端
书写方法
AGT GCT
5 P P P P P P OH 3
5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3
碱基
DNA 腺嘌呤(adennine,A) 鸟嘌呤(guanine,G) 胞嘧啶(cytosine,C) 胸腺嘧啶(thymine,T)
2. 碱基
嘧啶 （Pyrimidines）
嘌呤 （Purines）
3. 核苷与核苷酸
9 1’
核苷
NH2 N
O HO P O CH2 O N O
OH
OH OH
核苷酸
AMP
ATP
二、DNA的一级结构
Nitrogenous base
Sugar Phosphate
5´端
C
二酯键
A
核苷酸的连接
镜像重复：如果颠倒重复发生在同一条链 上，则这种顺序叫镜像重复,在同一条链内 不具有链内互补顺序，因而不能形成发卡 结构和十字架结构。
例如
TTAGCAC CACGATT AATCGTG GTGCTAA
（一）Holliday结构 （二）三链DNA
概念： 三链DNA是由三条脱氧核苷酸链按一定的规律绕 成的螺旋状结构。
结构：是在Watson-Crick双螺旋基础上形成的，其中大 沟中容纳第三条链形成三股螺旋。在三螺旋DNA中三各个 碱基配对（Hoogsteen base pairing）形成三碱基体: T-A-T ，C-G-C。
作用：可能与基因的表达调控有关。
人、其它脊椎动物的端粒重复单位：AGGTT 纤毛原生动物四膜虫的端粒: GGGGTT(TT) 面包酵母的端粒重复单位：G1-8T or G1-8A
DNA 双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性
• 2）碱基对： 碱基互补配对原则，A T； G C
。
。
• 3）螺距： DNA 是右手螺旋结构，螺旋直径为。20A，螺距为34A。碱
基平面垂直螺旋轴，相邻碱基平面距离为 3.4A，螺旋一圈包含 10 对
碱基。两个核苷酸之间的夹角为36°。
• 4）大沟和小沟：大沟对于在遗传上有重要功能的蛋白质识别DNA双