优秀本科课件《生物化学与分子生物学第九版》：第二章 第二节 DNA结构与功能
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DNA分子的结构课件
一种螺旋：
规则的双螺旋结构
4、下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A + C
T + G
A + C
T + G
相等
50％
DNA双螺旋结构模型
答：DNA通过碱基对的排列顺序 （即为脱氧核苷酸的排列顺序） 储存大量的遗传信息
思考题：DNA是遗传物质，储存着大量的遗传信息，那么DNA是通过什么储存大量的遗传信息？
基础知识简答
1、沃森和克里克提出了著名的 模型，为 合理地解释遗传物质的各种功能 奠定了基础。 2、DNA又称 ，组成它的基本单位是 （由 一分子 、一分子 、一分子 组成）。 组成DNA的碱基共有 种（符号表示为 ），脱氧核苷 共有 种（名称是① 、② 、 ③ 、④ ）。
在生命的旋梯上 沃森和克里克
DAN模型构建
A
…
脱氧核苷酸 一条脱氧核苷酸链 DNA双链
3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
2、DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？
1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
【思考3】
总结DNA分子的结构特点
【模型建构2】 一条脱氧核苷酸链
…
DNA模型建构
【模型建构3】 DNA双链
P
4
1
3
5
2
o
P
4
1
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0
P
P
【模型建构3】 DNA双链
规则的双螺旋结构
4、下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A + C
T + G
A + C
T + G
相等
50％
DNA双螺旋结构模型
答：DNA通过碱基对的排列顺序 （即为脱氧核苷酸的排列顺序） 储存大量的遗传信息
思考题：DNA是遗传物质，储存着大量的遗传信息，那么DNA是通过什么储存大量的遗传信息？
基础知识简答
1、沃森和克里克提出了著名的 模型，为 合理地解释遗传物质的各种功能 奠定了基础。 2、DNA又称 ，组成它的基本单位是 （由 一分子 、一分子 、一分子 组成）。 组成DNA的碱基共有 种（符号表示为 ），脱氧核苷 共有 种（名称是① 、② 、 ③ 、④ ）。
在生命的旋梯上 沃森和克里克
DAN模型构建
A
…
脱氧核苷酸 一条脱氧核苷酸链 DNA双链
3、DNA中的碱基是如何配对的？它们位于DNA的什么部位？
2、DNA的基本骨架是由哪些物质组成的？它们分别位于DNA的什么部位呢？
1、DNA是由几条链构成的？它具有怎样的立体结构？
【思考3】
总结DNA分子的结构特点
【模型建构2】 一条脱氧核苷酸链
…
DNA模型建构
【模型建构3】 DNA双链
P
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【模型建构3】 DNA双链
分子生物学 第二章 DNA结构ppt精选课件
A
B
Z
.
.
A-DNA、B-DNA和Z-DNA的一些结构特征
A-DNA B-DNA Z-DNA螺旋来自向右手性 右手性 左手性
每圈螺旋的碱基数
11
10
12
每一碱基对的上升距离 0.255 nm 0.34 nm 0.37 nm
螺距
2.8 nm 3.4 nm 4.5 nm
碱基对的倾斜度
200
60
70
每一碱基对旋转的角度 330
.
☉ 核苷酸（nucleotide acid）
核苷的磷酸酯 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
9
1’
γ βα
其中α和β、β和γ之间是高 能磷酸键
dNTP
脱氧核糖核苷三磷酸缩写为dNTP 核糖核苷三磷酸缩写为NTP
.
Ribonucleotides 核苷酸 Deoxynucleotides 脱氧核苷酸
.
二、DNA分子的一级结构 (DNA sequence)
C-G
T-A
* 双螺旋模型参数
· 直径20Å · 螺距为34Å（任一条链
绕轴一周所升降的距离） · 每圈有10个核苷酸
（碱基）
· 两个碱基之间的垂直
距离是3.4Å。螺旋转 角是36度 · 有大沟和小沟 配对碱基并不充满双 螺旋空间，且碱基对 占据的空间不对称
.
Rise 3.4 Å
Pitch 34 Å 10.4 bp/turn
* 可能功能 可能与基因调控区
域的功能和染色体重 组有关
3、 四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA )
发现
1958. Poly(G) X-ray photograph 碱基形成环状氢键连接结构
第二节DNA分子的结构
40%
DNA双螺旋结构的构建
化学组 成单位
基本单位——脱氧核苷酸 种类 四种 ①由两条反向平行的脱氧核苷酸长链 盘旋而成。 主要 特点 ②外侧由脱氧核糖和磷酸交替连接构 成基本骨架 ，碱基排列在内侧。 ③DNA分子两条链上的碱基通过氢键 连接成碱基对。 碱基互补配对 原则
—A —A —C —C— G —G—A— T— —T —T —G —G —C —C —T — A—
③ 胞嘧啶脱氧核苷酸
、④
鸟嘌呤脱氧核苷酸
）。
4、下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称。
10
P
8
G
1 2 9 3 5 6 7
P
T
P
C
P
A
4
1 3
胞嘧啶（C） 鸟嘌呤（G） 脱氧核糖
2 4
腺嘌呤（A） 胸腺嘧啶（T） 磷酸 碱基对
5
7 9
6
胸腺嘧啶脱氧核苷酸 8
氢键
10 一条脱氧核苷酸链的片段
3、 DNA分子的一条单链中，A=20%， T=22%，求整个DNA分子中G= 29% _____
5.已知在DNA分子中的一条单链 (A+G)/(T+C)= m 时,求:
(1)在另一互补链中这一比例是多少? 1/m (2) 这个比例关系在整个分子中又是多 少? 1
当在一单链中,如果(A+T)/(G+C)=n 时, 求: (3)在另一互补链中这一比例是多少? n
38%
G 1 +C 1
=
G 2 +C 2
=
（G+C）
1 2
3、某双链DNA分子中，A与T之和占整个DNA碱基 总数的54%，其中一条链上G占该链碱基总数的22%。 求另一条链上G占其所在链碱基总数的百分含量。
DNA分子的结构 (共44张PPT)
P
脱氧
A
核糖
P
脱氧
G
核糖
P
脱氧
C
核糖
P 脱氧 核糖
T
脱氧
T
核糖
P
脱氧
C
核糖
P
脱氧
G
核糖
P
脱氧
A
核糖
P
（四）DNA分子的结构特点
（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧 核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。
（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；碱基在内 侧。
（3）两条链上的碱基通过氢键连结起来， 形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。
克里克右dna分子双螺旋结构模型二dna分子的结构dnadna从图中可见dna具有规则的双螺旋空间结磷酸脱氧核糖含氮碱基碱基对另一碱基对嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对形成碱基对且a只和t配对c只和g配对这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则
通过前面的学习，我们已经知道DNA 是主要的遗传物质，它能使亲代的性状在 子代表现出来。
位于染色体上。 1943年，艾弗里证明了DNA携带有遗传信息，
并认为DNA可能就是基因。
资料2： 20世纪30年代，科学家认识到：组成DNA
分子的基本单位是脱氧核苷酸。
资料3： DNA是由许多个脱氧核苷酸连接而成的长链。
资料4：1951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。
那么，DNA的内部构造如何，为什么 能起遗传作用呢？
二、DNA分子的结构
本节重点
DNA双螺旋结构模型的构建过程和 DNA分子的结构特点 。
本节难点
DNA分子的立体结构特点。
一、DNA模型的建构
生物化学及分子生物学(人卫第九版)-23 DNA重组和重组DNA技术 ppt课件
同源重组（homologous recombination）
——又称基本重组（general recombination） ——是指发生在两个DNA分子同源序列之间的互换过程
（一）Holliday模型是最经典的同源重组模式
Holliday同源重组依赖DNA分子间序列的相同或相似性输入标题
四个关键步骤：
PPT课件
17
第二节
重组DNA技术
PPT课件
18
序言：
重组DNA技术
又称： 分子克隆（molecular cloning） DNA克隆（DNA cloning） 基因工程（genetic engineering）
主要过程：
——在体外将目的DNA与能自主复制的遗传元件（载体）连接， 形成重组DNA分子 ——重组DNA分子在受体细胞中复制、扩增及克隆化，从而获得 单一DNA分子的大量拷贝
PPT课件
19
一、工具酶
一、重组DNA技术中常用的工具酶
常用工具酶主要包括：
限制性核酸内切酶（RE） DNA连接酶 DNA聚合酶 逆转录酶 碱性磷酸酶
其中RE和DNA连接酶是最常用的工具酶
PPT课件
20
一、工具酶
限制性核酸内切酶 （restriction endonuclease, RE）
熟悉 1. 重组DNA技术中最常用工具酶及其特点 2. 目的基因的获取方式 3. T-A克隆及蓝白筛选的基本含义
了解 1. 自然界DNA重组不同方式的基本工作原理 2. 重组DNA技术在医学中的应用
PPT课件
4
第一节
自然界的DNA重组和基因转移
PPT课件
5
一、同源重组
一、同源重组是最基本的DNA重组方式
DNA的分子结构和复制PPT课件
（碱基对、脱氧核苷酸的排列顺序） (3)DNA分子多样性源于___碱__基__对__排__列__顺__序的多样性。 (4)DNA分子的特异性源于每个DNA分子的碱基的 特__定__的__排__列____顺序。 3．基因与性状的关系 基因是控制生物性状的结构单位和功能单位。
14
高频考点突破
考点一 DNA分子的结构
【模型建构】: 脱氧核苷酸
磷酸
脱氧
碱CATG基
核糖
2
脱氧核苷酸的种类
A
腺嘌呤脱氧核苷酸
G
鸟嘌呤脱氧苷酸
C
胞嘧啶脱氧核苷酸
T
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
3
2．DNA的双螺旋结构 (1)两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋而成。 (2)外侧：_脱__氧__核__糖____和_磷__酸___交替连接，构成 基本骨架。 (3)内侧：碱基按A—T、G—C的碱基互补配对 原则通过_氢__键__连接，形成碱基对。
2、DNA两互补链中，不配对的两碱
基之和的比值乘积为1（互为倒数）
3、配对的两碱基之和在单、双链中
所占的比例相等
4、整个双链DNA分子中，某种碱基
所占百分比等于每条链中的平均值
25
2．DNA 复制的有关计算 (1)DNA 不论复制多少次，产生的子代 DNA 分子中 含母链的 DNA 分子数总是 2 个，含母链也总是 2 条。 (2)复制 n 代产生的子代 DNA 分子数为 2n，产生的 DNA 单链为 2n×2＝2n＋1。故复制 n 次后，含亲代 DNA 链的 DNA 分子数占子代 DNA 分子总数的比例 为22n即(2n1－1)，子代 DNA 分子所含的亲代 DNA 链占
33
(的1)：G0G、0_G_A1_、__G__2三_、代GD1N__A_B离__心__后_、的G试2_管D__分__别__是_。图中
14
高频考点突破
考点一 DNA分子的结构
【模型建构】: 脱氧核苷酸
磷酸
脱氧
碱CATG基
核糖
2
脱氧核苷酸的种类
A
腺嘌呤脱氧核苷酸
G
鸟嘌呤脱氧苷酸
C
胞嘧啶脱氧核苷酸
T
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
3
2．DNA的双螺旋结构 (1)两条脱氧核苷酸链反向平行盘旋而成。 (2)外侧：_脱__氧__核__糖____和_磷__酸___交替连接，构成 基本骨架。 (3)内侧：碱基按A—T、G—C的碱基互补配对 原则通过_氢__键__连接，形成碱基对。
2、DNA两互补链中，不配对的两碱
基之和的比值乘积为1（互为倒数）
3、配对的两碱基之和在单、双链中
所占的比例相等
4、整个双链DNA分子中，某种碱基
所占百分比等于每条链中的平均值
25
2．DNA 复制的有关计算 (1)DNA 不论复制多少次，产生的子代 DNA 分子中 含母链的 DNA 分子数总是 2 个，含母链也总是 2 条。 (2)复制 n 代产生的子代 DNA 分子数为 2n，产生的 DNA 单链为 2n×2＝2n＋1。故复制 n 次后，含亲代 DNA 链的 DNA 分子数占子代 DNA 分子总数的比例 为22n即(2n1－1)，子代 DNA 分子所含的亲代 DNA 链占
33
(的1)：G0G、0_G_A1_、__G__2三_、代GD1N__A_B离__心__后_、的G试2_管D__分__别__是_。图中
《DNA的二级结构》PPT课件
12
4.56 不穿过碱基对
-9° 嘧啶C2′内式，嘌呤
C3′内式 C、T反式,G顺式
平坦 较狭、很深
碱基螺旋桨扭角
18°
16°
A-DNA
B-DNA
Z-DNA
Z-DNA有什么生物学意义呢?
Z-DNA的形成通常在热力学上是不利的。因为Z-DNA 中带负电荷的磷酸根距离太近了，这会产生静电排斥。 但是，DNA链的局部不稳定区的存在就成为潜在的解链位 点。
1 主链
5’
中心轴
3’
3’
5’
(三) 双螺旋结构模型的基本特 征
2 碱基配对
A=T
（碱基互补具有极其 重要的生物学意义， 是DNA复制、转录、 反转录的分子基础）
G≡C
(三) 双螺旋结构模型的基本特
征
3 螺旋参数
2nm
碱基堆积距离
0.34nm。每对
脱氧核苷酸残
基沿纵轴旋转 36°所以每10 个碱基对形成
中国科学技术大学2001，2002硕士生物化学入学考试试 卷
第四节 DNA分子的高级结 构
1 单链核苷酸形成的二级结构
DNA RNA
DNA&RNA
发夹结构 （Hairpin structure)
2 反向重复序列与二级结构
2.1 定义
反向重复序列（inverted repeat)：又称回文序列，指在双链 DNA序列中按确定的方向阅读双链中的每一条链的序列都是相同 的。 反向重复序列占人基因组的5％
三、DNA的二级结构
螺旋方向 螺旋直径nm 碱基堆积距离nm
碱基夹角 每圈碱基数
螺距nm 轴心位置 碱基倾角 糖环折叠 糖苷键构象
大沟 小沟
dna的分子结构和特点PPT课件
第二节 DNA的分子结构和特点
问题探讨
今年暑假，有一则新闻传遍整个杭州市， 杭州某市民在当地的朝晖农贸市场买了7两牛 肉，回家后怀疑是猪肉，于是回到市场找卖牛 肉的摊主理论。
双方争执不下，最后这件事使得摊主被作 为反面典型被媒体曝光，摊主认为信誉大于一 切，花2800元为肉作DNA鉴定，证明自己的清 白。
11.（2004江苏）一位农民种植的某块农田小麦产量总 是比邻近地块的低。他怀疑农田可能是缺少某种元素， 为此将该块肥力均匀的农田分成面积相等的五小块，进 行田间实验。除了施肥不同外，其他田间处理措施相同。 实验结果如下表（ ）
地块
甲
乙
丙
丁
戊
施肥情况 尿素
小麦收 55 .56 获量
磷酸二 磷酸二 氢钾 氢氨
光反应 C、叶绿体基质中可进行光反应和暗反应 D、叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应
5.（2004全国等）下列关于光合作用和呼吸作 用的叙述，错误的是（ ） A、光合作用和呼吸作用都包括一系列氧化还 原反应 B、光合作用和呼吸作用必须在有水的条件下 进行 C、光合作用的全部反应是呼吸作用全部反应 的逆转 D、光合作用和呼吸作用都是能量转化过程
结合人体、农作物和微生物等的生理活动特征，突出了呼吸作用
对于生物体生命活动的重要意义。
考题回顾
精题演练
13.a、b曲线分别表示标准状
光 合
态时在一定光照强度、不同温
作 用
度条件下，某植株的光合作用
总 量
总量(单位时间内吸收的CO2 (ml/
量)和呼吸作用量(单位时间内 h)
释放的C02量)。
(1) 植物进行光合作用释放的
则 （A2+G2）/（T2+C2）= 1/b 。
问题探讨
今年暑假，有一则新闻传遍整个杭州市， 杭州某市民在当地的朝晖农贸市场买了7两牛 肉，回家后怀疑是猪肉，于是回到市场找卖牛 肉的摊主理论。
双方争执不下，最后这件事使得摊主被作 为反面典型被媒体曝光，摊主认为信誉大于一 切，花2800元为肉作DNA鉴定，证明自己的清 白。
11.（2004江苏）一位农民种植的某块农田小麦产量总 是比邻近地块的低。他怀疑农田可能是缺少某种元素， 为此将该块肥力均匀的农田分成面积相等的五小块，进 行田间实验。除了施肥不同外，其他田间处理措施相同。 实验结果如下表（ ）
地块
甲
乙
丙
丁
戊
施肥情况 尿素
小麦收 55 .56 获量
磷酸二 磷酸二 氢钾 氢氨
光反应 C、叶绿体基质中可进行光反应和暗反应 D、叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应
5.（2004全国等）下列关于光合作用和呼吸作 用的叙述，错误的是（ ） A、光合作用和呼吸作用都包括一系列氧化还 原反应 B、光合作用和呼吸作用必须在有水的条件下 进行 C、光合作用的全部反应是呼吸作用全部反应 的逆转 D、光合作用和呼吸作用都是能量转化过程
结合人体、农作物和微生物等的生理活动特征，突出了呼吸作用
对于生物体生命活动的重要意义。
考题回顾
精题演练
13.a、b曲线分别表示标准状
光 合
态时在一定光照强度、不同温
作 用
度条件下，某植株的光合作用
总 量
总量(单位时间内吸收的CO2 (ml/
量)和呼吸作用量(单位时间内 h)
释放的C02量)。
(1) 植物进行光合作用释放的
则 （A2+G2）/（T2+C2）= 1/b 。
DNA的结构ppt课件
成
基本骨架；碱基排列在内侧。
③两条链上的碱基通过 氢键连接成碱基对，并且碱基配
对具有一定的规律。A与T配对，G与C配对。碱基之间的
这种配一一对应的关系叫做
。
碱基互补配对原则
任务三：DNA分子的特性
思考：DNA作为主要的遗传物质，具有哪些特性？
T
A
A
T
A
T
C
G
C
G
G
C
A
T
A
T
A
T
G
C
G
C
G
C
T
A
T
A
DNA在细胞中始终处于水环境中。
假说一
假说二
பைடு நூலகம்
假说三
假说四
模型建构三：建构脱氧核酸
资料四： 富兰克林发现：碱基疏水，磷酸亲水，DNA在细胞中始终处于水环境中。
假说二
假说三
模型建构三：建构脱氧核酸
资料五：①嘌呤和嘧啶的分子结构图如下，嘌呤的长度较长，嘧啶 的长度较短，但DNA具有稳定的直径，两条链之间恒定在2nm。
谢谢
5´
G
T A
C
3´
5´
DNA平面结构
DNA立体结构
归纳总结DNA的结构特点
活动四：小组合作，构建DNA的结构模型，并归纳总结DNA的结构特点
任务二：DNA的结构特点
① DNA是由两条 脱氧核苷酸链 构成， 这两条链按 式盘旋成 双螺旋结构 。
反向平行
方
②DNA中的 脱氧核糖和磷酸交替排连接排列在外侧，构
3´
H ②
P
o
5´
T
非常稳定，在25℃，pH7.0的水溶液中，
优秀本科课件《生物化学与分子生物学第九版》：第二章 第二节 DNA结构与功能
DNA纤维的X线衍射图
碱基对的结构参数
里程碑的发现
Watson 和 Crick 在前人的基础 上，提出了DNA双螺旋结构的 模型。
（二）DNA双螺旋结构的结构特征
构成DNA的两条多聚脱氧核苷酸链围绕着同一个螺旋轴形成右 手螺旋的结构。
两条多聚脱氧核苷酸链反向平行。 双螺旋结构的直径为2.37nm，螺距为3.54nm。
旋；反之则为负超螺旋。 自然界中环状DNA双链是以负超螺旋形式存在的。 生物体可以通过不同的超螺旋结构调节其功能。
（一）封闭环状DNA具有超螺旋结构
绝大部分原核生物的DNA是环状的双螺旋分子。 不同的DNA区域有不同的超螺旋结构，形成能够独立存在的超
螺旋区。 每200碱基就有一个负超螺旋形成（大肠杆菌）。 负超螺旋结构：避免DNA双链之间的相互纠缠；有利于DNA
DNA的生物学特征
DNA是生物遗传信息的载体，为基因复制和转录提供了模板。 它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。
DNA具有高度稳定性的特点，用来保持生物体系遗传特征的 相对稳定性。
DNA又有高度可变性的特点，它可以发生各种重组和突变， 适应环境的变迁，为自然选择提供机会。
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
揭示了遗传信息载体的物质本质 提供了DNA复制和转录的理论依据 奠定了分子生物学和现代基因工程的实验基础
（三）DNA双螺旋结构的多样性
分子生物学课件第二章DNA的结构
• 碱基的疏水特性 • 碱基形成氢键的特性
• DNA的碱稳定性 • DNA对碱相对稳定 • RNA在碱性溶液中易降解为2’, 3’环式单核苷酸中间
产物, 然后很快转变为2’ 单核苷酸和3’单核苷酸。
• DNA结构的表示法
DNA一级结构的重要性
•携带遗传信息 •决定DNA的二级结构 •决定DNA的空间结构
• 两条链上的碱基以氢键相连, G与C配对, A与T配对。 嘌呤和嘧啶碱基对层叠于双螺旋的内侧
C-G T-A
8.5 Å 11.7 Å Major Groove
Minor
7.5 Å 5.7 Å
Groove
• 大沟和小沟, 特别是大沟, 对于在遗传上有重要功 能的蛋白质识别DNA双螺旋结构上的特定信息是 非常重要的, 只有在沟内, 蛋白质才能“感觉”到 不同碱基顺序, 而在双螺旋结构的表面全是相同的 磷酸和脱氧核糖的骨架, 没有什么信息可言。
用。阳离子可对之产生屏蔽。DNA溶液的 离子浓度越低, DNA越不稳定。 （四）碱基分子内能 碱基内能越高, 氢键和碱基堆积力越容易被破 坏, DNA双链越不稳定
嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋结构稳定性的影响 碱基组成相同，但嘌呤和嘧啶的排列顺序不同， 双螺旋的稳定性具有显著的差异。从嘌呤到嘧啶 的方向的碱基堆集作用显著大于同样组成的嘧啶 到嘌呤方向的碱基堆集作用。 5’ TA 3’ 的Tm值最低。 TATA框: RNA聚合酶的结合位点。 UAA: 终止密码子。
• 决定双螺旋结构状态的因素 • （一）氢键 • 1 .碱基的氢供体 • 氨基、羟基 • 2.碱基的氢受体 • 酮基、亚氨基 • 3.G·C对及A·T对之间的氢键 • 在一定范围内DNA的稳定性与G·C百
分含量成正比 • Tm=69.3+0.41(%G+C)
• DNA的碱稳定性 • DNA对碱相对稳定 • RNA在碱性溶液中易降解为2’, 3’环式单核苷酸中间
产物, 然后很快转变为2’ 单核苷酸和3’单核苷酸。
• DNA结构的表示法
DNA一级结构的重要性
•携带遗传信息 •决定DNA的二级结构 •决定DNA的空间结构
• 两条链上的碱基以氢键相连, G与C配对, A与T配对。 嘌呤和嘧啶碱基对层叠于双螺旋的内侧
C-G T-A
8.5 Å 11.7 Å Major Groove
Minor
7.5 Å 5.7 Å
Groove
• 大沟和小沟, 特别是大沟, 对于在遗传上有重要功 能的蛋白质识别DNA双螺旋结构上的特定信息是 非常重要的, 只有在沟内, 蛋白质才能“感觉”到 不同碱基顺序, 而在双螺旋结构的表面全是相同的 磷酸和脱氧核糖的骨架, 没有什么信息可言。
用。阳离子可对之产生屏蔽。DNA溶液的 离子浓度越低, DNA越不稳定。 （四）碱基分子内能 碱基内能越高, 氢键和碱基堆积力越容易被破 坏, DNA双链越不稳定
嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋结构稳定性的影响 碱基组成相同，但嘌呤和嘧啶的排列顺序不同， 双螺旋的稳定性具有显著的差异。从嘌呤到嘧啶 的方向的碱基堆集作用显著大于同样组成的嘧啶 到嘌呤方向的碱基堆集作用。 5’ TA 3’ 的Tm值最低。 TATA框: RNA聚合酶的结合位点。 UAA: 终止密码子。
• 决定双螺旋结构状态的因素 • （一）氢键 • 1 .碱基的氢供体 • 氨基、羟基 • 2.碱基的氢受体 • 酮基、亚氨基 • 3.G·C对及A·T对之间的氢键 • 在一定范围内DNA的稳定性与G·C百
分含量成正比 • Tm=69.3+0.41(%G+C)
优秀本科课件《生物化学与分子生物学第九版》：第二章 第三节 RNA结构与功能
性，调控着生殖细胞和干细胞的生长发育。 对piRNA的研究尚处于初级阶段，具体的功能尚在研究当中。
（二）长链非编码RNA
长度为200-100000 核苷酸的RNA分子； 具有类似于mRNA的结构：polyA尾巴和启动子，但不存在开
放阅读框； 来源于蛋白质编码基因、假基因或编码基因间的DNA序列； 由RNA聚合酶Ⅱ转录，经剪切加工后生成； 具有强烈的组织特异性与时空特异性。
3’
氨基酰-tRNA进位
5’
3’
肽链延长
5’
3’
核糖体转位
5’
3’
tRNA退位
5’
3’
四、组成性非编码RNA是基因表达中不可缺少的因子
真核细胞中还有其他类型的组成性非编码RNA。 这些RNA作为关键因子参与了RNA的剪接和修饰、蛋白质的转
运以及调控基因表达。
组成性非编码RNA种类
催化小RNA： 也称为核酶（ribozyme）；具有催化特定RNA 降解的活性；在RNA合成后的剪接修饰中具有重要作用。
这些snRNA的5´-端有一个与mRNA相类似的5´-帽结构。
胞质小RNA（small cytoplasmic RNA，简称scRNA）： scRNA存在细胞质中；与蛋白质结合形成复合体后发挥生物学 功能，如SRP-RNA与六种蛋白质共同形成信号识别颗粒，引 导含有信号肽的蛋白质进入内质网进行合成。
(hairpin) 结构。 DHU环；TψC环；反密码子环 氨基酸接纳臂 二级结构酷似三叶草形状。
DHU环
3’
5’
氨基酸接纳臂
TψC环 可变臂 反密码子环
tRNA的倒L形空间结构
TψC环 DHU环
5’ 3’
氨基酸接纳臂
反密码子环
（二）长链非编码RNA
长度为200-100000 核苷酸的RNA分子； 具有类似于mRNA的结构：polyA尾巴和启动子，但不存在开
放阅读框； 来源于蛋白质编码基因、假基因或编码基因间的DNA序列； 由RNA聚合酶Ⅱ转录，经剪切加工后生成； 具有强烈的组织特异性与时空特异性。
3’
氨基酰-tRNA进位
5’
3’
肽链延长
5’
3’
核糖体转位
5’
3’
tRNA退位
5’
3’
四、组成性非编码RNA是基因表达中不可缺少的因子
真核细胞中还有其他类型的组成性非编码RNA。 这些RNA作为关键因子参与了RNA的剪接和修饰、蛋白质的转
运以及调控基因表达。
组成性非编码RNA种类
催化小RNA： 也称为核酶（ribozyme）；具有催化特定RNA 降解的活性；在RNA合成后的剪接修饰中具有重要作用。
这些snRNA的5´-端有一个与mRNA相类似的5´-帽结构。
胞质小RNA（small cytoplasmic RNA，简称scRNA）： scRNA存在细胞质中；与蛋白质结合形成复合体后发挥生物学 功能，如SRP-RNA与六种蛋白质共同形成信号识别颗粒，引 导含有信号肽的蛋白质进入内质网进行合成。
(hairpin) 结构。 DHU环；TψC环；反密码子环 氨基酸接纳臂 二级结构酷似三叶草形状。
DHU环
3’
5’
氨基酸接纳臂
TψC环 可变臂 反密码子环
tRNA的倒L形空间结构
TψC环 DHU环
5’ 3’
氨基酸接纳臂
反密码子环
第二节DNA的结构两课时
。
何
5’
２’ 3 ’ 4’ 1’ 5’ 5’ 1’ 4’ 3’ ２’
3’
谓 反 向 平 行 ？
２’ 3 ’ 4’ 1’ 5’ 5’
3’
4’ 3’
1’ ２’
5’
♦ 螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基； 螺旋直径2nm；螺旋周期包含10 碱基； 直径2nm 10对 ♦ 螺距3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm 螺距3.4nm 相邻碱基对平面的间距 3.4nm； 间距0.34nm
1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？ 某双链DNA分子中， DNA分子中 23%， 占多少？
DNA分子中 解析： 因为DNA分子中，A+G=T+C。所以， 解析： 因为DNA分子中，A+G=T+C。所以，
A=50%– A=50%–23%=27%
2、在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比 DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4， 的一个单链中 例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ DNA分子中分别是多少 例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
因此，脱氧核苷酸也有 种 因此，脱氧核苷酸也有4种
A 腺膘呤脱氧核苷酸 G 鸟瞟呤脱氧核苷酸 C 胞嘧啶脱氧核苷酸 T 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
二、DNA双螺旋结构模型的构建 DNA双螺旋结构模型的构建
1953年，美国科学家沃森 年 美国科学家沃森
（J．D.Watson，1928—）和英国科学家 ． ， ） 克里克（ ），共同 克里克（F.Crick，1916—2004），共同 ， ）， 提出了DNA分子的双螺旋结构模型。 分子的双螺旋结构模型。 提出了 分子的双螺旋结构模型 这是20世纪继爱因斯坦发现相对论之后的 这是 世纪继爱因斯坦发现相对论之后的 又一划时代发现， 又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入 分子的层次。因为这项“ 分子的层次。因为这项“生物科学中最具有革 命性的发现”，两位科学家获得了1962年度诺 命性的发现” 两位科学家获得了 年度诺 贝尔生理学或医学奖。 贝尔生理学或医学奖。
何
5’
２’ 3 ’ 4’ 1’ 5’ 5’ 1’ 4’ 3’ ２’
3’
谓 反 向 平 行 ？
２’ 3 ’ 4’ 1’ 5’ 5’
3’
4’ 3’
1’ ２’
5’
♦ 螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基； 螺旋直径2nm；螺旋周期包含10 碱基； 直径2nm 10对 ♦ 螺距3.4nm；相邻碱基对平面的间距0.34nm 螺距3.4nm 相邻碱基对平面的间距 3.4nm； 间距0.34nm
1、某双链DNA分子中，G占23%，求A占多少？ 某双链DNA分子中， DNA分子中 23%， 占多少？
DNA分子中 解析： 因为DNA分子中，A+G=T+C。所以， 解析： 因为DNA分子中，A+G=T+C。所以，
A=50%– A=50%–23%=27%
2、在DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4，上述比 DNA的一个单链中，A+G/T+C=0.4， 的一个单链中 例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？ DNA分子中分别是多少 例在其互补链和整个DNA分子中分别是多少？
因此，脱氧核苷酸也有 种 因此，脱氧核苷酸也有4种
A 腺膘呤脱氧核苷酸 G 鸟瞟呤脱氧核苷酸 C 胞嘧啶脱氧核苷酸 T 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
二、DNA双螺旋结构模型的构建 DNA双螺旋结构模型的构建
1953年，美国科学家沃森 年 美国科学家沃森
（J．D.Watson，1928—）和英国科学家 ． ， ） 克里克（ ），共同 克里克（F.Crick，1916—2004），共同 ， ）， 提出了DNA分子的双螺旋结构模型。 分子的双螺旋结构模型。 提出了 分子的双螺旋结构模型 这是20世纪继爱因斯坦发现相对论之后的 这是 世纪继爱因斯坦发现相对论之后的 又一划时代发现， 又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入 分子的层次。因为这项“ 分子的层次。因为这项“生物科学中最具有革 命性的发现”，两位科学家获得了1962年度诺 命性的发现” 两位科学家获得了 年度诺 贝尔生理学或医学奖。 贝尔生理学或医学奖。
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第三条是富含嘧啶的单链，且具有碱基互补 性。在环境条件为酸性时，第三条链就会与 双链生成了DNA三链结构。
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
3.54 nm
5’ 磷酸-脱氧核糖骨架
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
核小体的分子组成
蛋白质成分：富含Lys和Arg的碱性蛋白质
组蛋白八聚体：H2A (x2), H2B (x2), H3 (x2), H4 (x2)； 组蛋白H1结合在DNA连接段与核小体的进出口处
DNA成分： ~146 bp 盘绕在组蛋白八聚体 (~1.75圈) ， ~50 bp 连接核小体
DNA纤维的X线衍射图
碱基对的结构参数
里程碑的发现
Watson 和 Crick 在前人的基础 上，提出了DNA双螺旋结构的 模型。
（二）DNA双螺旋结构的结构特征
构成DNA的两条多聚脱氧核苷酸链围绕着同一个螺旋轴形成右 手螺旋的结构。
两条多聚脱氧核苷酸链反向平行。 双螺旋结构的直径为2.37nm，螺距为3.54nm。
Chargaff 定律 DNA纤维X射线衍射图像 碱基对的结构参数
Chargaff 规则
不同生物体的DNA碱基组成不同。 同一生物体的不同器官或组织的DNA碱基组成相同。 DNA碱基组成不随年龄、营养状态和环境而改变。 腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）的摩尔数相等，鸟嘌呤（
G）与胞嘧啶（C）的摩尔数相等。
在细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的染色质 (chromatin) 形式存在；在细胞分裂期，则形成高度致密的 染色体 (chromosome)。
染色体的形态
化学能载体：ATP
23 对染色体 大小不一 具有高度致密和动态变化的特征
染色质的电子显微镜图像
串珠样 (beads-on-a-string) 特征 以核小体 (nucleosome) 为基本单位
A型
B型
Z型
右手螺旋 右手螺旋
左手螺旋
A型
B型
Z型
（四）DNA的多链结构
在酸性的溶液中，质子化的胞嘧啶形成Hoogsteen氢键。 含有三个碱基的C＋GC平面：GC之间是以Watson-Crick氢键
结合，C＋G之间是以Hoogsteen氢键结合的。 Hoogsteen氢键的形成并不破坏原有碱基对中的Watson-
揭示了遗传信息载体的物质本质 提供了DNA复制和转录的理论依据 奠定了分子生物学和现代基因工程的实验基础
（三）DNA双螺旋结构的多样性
环境的变化（溶液的离子强度或相对湿度）可以使DNA双螺 旋结构的沟槽、螺距、旋转角度、碱基对倾角等发生变化。
天然的双螺旋结构：A型-DNA、B型-DNA、Z型-DNA
Crick氢键 DNA也可以形成TA
Hoogsteen 氢键
Watson-Crick 氢键
T:A:T 三碱基平面
Hoogsteen 氢键
Watson-Crick 氢键
DNA三链结构的设想
当DNA双链中一条链的核苷酸序列富含嘌 呤时，对应的互补链必然是富含嘧啶，它们 形成了正常的DNA双链。
双链的解链。
线粒体DNA
线粒体和叶绿素是真核细胞中含有核外遗传物质的细胞器。 线粒体DNA是真核细胞核以外的遗传物质。 线粒体DNA 具有封闭环状的超螺旋结构。
（二）真核生物DNA被逐级有序地组装成高级结构
将1.7m米长的DNA双链组装在细胞核内，DNA双链需要进 行一系列的盘绕、折叠和压缩。
5’
磷酸-脱氧核糖骨架
双螺旋结构的大小沟
大沟
大沟
小沟
小沟
小沟 大沟
5’ 5’
碱基堆积力
在DNA双螺旋结构的旋进过程中，相邻的两个碱基对平面彼 此重叠，产生碱基堆积力。
碱基堆积力和互补链之间碱基对的氢键作用力共同维系着 DNA双螺旋结构的稳定。
3’-端在上
5’-端在上
DNA双螺旋结构的意义
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
在一起，形成四链结构。
Hoogsteen 氢键
Hoogsteen 氢键
人端粒核苷酸序列 (TTAGGG)n
二、DNA的高级结构是以超螺旋结构为基础的高度致密结构
DNA双链的盘绕可以形成超螺旋结构。 当盘绕方向与DNA双螺旋方同相同时，超螺旋结构为正超螺
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
旋；反之则为负超螺旋。 自然界中环状DNA双链是以负超螺旋形式存在的。 生物体可以通过不同的超螺旋结构调节其功能。
（一）封闭环状DNA具有超螺旋结构
绝大部分原核生物的DNA是环状的双螺旋分子。 不同的DNA区域有不同的超螺旋结构，形成能够独立存在的超
螺旋区。 每200碱基就有一个负超螺旋形成（大肠杆菌）。 负超螺旋结构：避免DNA双链之间的相互纠缠；有利于DNA
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
组蛋白八聚体
组蛋白 H1 结合在DNA连接段与核小体的进出口处。
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
3.54 nm
5’ 磷酸-脱氧核糖骨架
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
核小体的分子组成
蛋白质成分：富含Lys和Arg的碱性蛋白质
组蛋白八聚体：H2A (x2), H2B (x2), H3 (x2), H4 (x2)； 组蛋白H1结合在DNA连接段与核小体的进出口处
DNA成分： ~146 bp 盘绕在组蛋白八聚体 (~1.75圈) ， ~50 bp 连接核小体
DNA纤维的X线衍射图
碱基对的结构参数
里程碑的发现
Watson 和 Crick 在前人的基础 上，提出了DNA双螺旋结构的 模型。
（二）DNA双螺旋结构的结构特征
构成DNA的两条多聚脱氧核苷酸链围绕着同一个螺旋轴形成右 手螺旋的结构。
两条多聚脱氧核苷酸链反向平行。 双螺旋结构的直径为2.37nm，螺距为3.54nm。
Chargaff 定律 DNA纤维X射线衍射图像 碱基对的结构参数
Chargaff 规则
不同生物体的DNA碱基组成不同。 同一生物体的不同器官或组织的DNA碱基组成相同。 DNA碱基组成不随年龄、营养状态和环境而改变。 腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）的摩尔数相等，鸟嘌呤（
G）与胞嘧啶（C）的摩尔数相等。
在细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的染色质 (chromatin) 形式存在；在细胞分裂期，则形成高度致密的 染色体 (chromosome)。
染色体的形态
化学能载体：ATP
23 对染色体 大小不一 具有高度致密和动态变化的特征
染色质的电子显微镜图像
串珠样 (beads-on-a-string) 特征 以核小体 (nucleosome) 为基本单位
A型
B型
Z型
右手螺旋 右手螺旋
左手螺旋
A型
B型
Z型
（四）DNA的多链结构
在酸性的溶液中，质子化的胞嘧啶形成Hoogsteen氢键。 含有三个碱基的C＋GC平面：GC之间是以Watson-Crick氢键
结合，C＋G之间是以Hoogsteen氢键结合的。 Hoogsteen氢键的形成并不破坏原有碱基对中的Watson-
揭示了遗传信息载体的物质本质 提供了DNA复制和转录的理论依据 奠定了分子生物学和现代基因工程的实验基础
（三）DNA双螺旋结构的多样性
环境的变化（溶液的离子强度或相对湿度）可以使DNA双螺 旋结构的沟槽、螺距、旋转角度、碱基对倾角等发生变化。
天然的双螺旋结构：A型-DNA、B型-DNA、Z型-DNA
Crick氢键 DNA也可以形成TA
Hoogsteen 氢键
Watson-Crick 氢键
T:A:T 三碱基平面
Hoogsteen 氢键
Watson-Crick 氢键
DNA三链结构的设想
当DNA双链中一条链的核苷酸序列富含嘌 呤时，对应的互补链必然是富含嘧啶，它们 形成了正常的DNA双链。
双链的解链。
线粒体DNA
线粒体和叶绿素是真核细胞中含有核外遗传物质的细胞器。 线粒体DNA是真核细胞核以外的遗传物质。 线粒体DNA 具有封闭环状的超螺旋结构。
（二）真核生物DNA被逐级有序地组装成高级结构
将1.7m米长的DNA双链组装在细胞核内，DNA双链需要进 行一系列的盘绕、折叠和压缩。
5’
磷酸-脱氧核糖骨架
双螺旋结构的大小沟
大沟
大沟
小沟
小沟
小沟 大沟
5’ 5’
碱基堆积力
在DNA双螺旋结构的旋进过程中，相邻的两个碱基对平面彼 此重叠，产生碱基堆积力。
碱基堆积力和互补链之间碱基对的氢键作用力共同维系着 DNA双螺旋结构的稳定。
3’-端在上
5’-端在上
DNA双螺旋结构的意义
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
在一起，形成四链结构。
Hoogsteen 氢键
Hoogsteen 氢键
人端粒核苷酸序列 (TTAGGG)n
二、DNA的高级结构是以超螺旋结构为基础的高度致密结构
DNA双链的盘绕可以形成超螺旋结构。 当盘绕方向与DNA双螺旋方同相同时，超螺旋结构为正超螺
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
旋；反之则为负超螺旋。 自然界中环状DNA双链是以负超螺旋形式存在的。 生物体可以通过不同的超螺旋结构调节其功能。
（一）封闭环状DNA具有超螺旋结构
绝大部分原核生物的DNA是环状的双螺旋分子。 不同的DNA区域有不同的超螺旋结构，形成能够独立存在的超
螺旋区。 每200碱基就有一个负超螺旋形成（大肠杆菌）。 负超螺旋结构：避免DNA双链之间的相互纠缠；有利于DNA
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
组蛋白八聚体
组蛋白 H1 结合在DNA连接段与核小体的进出口处。