分子生物学

Nucleic acid： Nucleotides Polynucleotide
Deoxyribonucleotide DNA Ribonudeotide RNA
1.Base
Purine adenine , A guanine , G Pyrimidine cytosine , C thymine ,T uracil , U
Z型DNA
Z型DNA，左手双股螺 旋，每圈螺旋12个碱基 对，螺旋扭角为-51 ° -51 （G-C）和-9 °（C-G） 碱基平面不与螺旋轴垂 直，螺旋轴不穿过碱基 对，大沟不复存在，小 沟狭而深
修饰核酸
在自然界中， 在自然界中，核酸分子中的碱基或核苷酸的化 学修饰是普遍的， 学修饰是普遍的，并起着许多特定的作用 对于细胞DNA而言 而言， 对于细胞DNA而言，修饰一般仅限于腺嘌呤的 N-6位、胞嘧啶的4-氨基和5位的甲基化，这些 胞嘧啶的4 氨基和5位的甲基化， 甲基化具有限制性修饰作用、 甲基化具有限制性修饰作用、碱基错配修复作 用以及真核基因组构中普遍存在 更为复杂的修饰发生在转录后的RNA分子中 更为复杂的修饰发生在转录后的RNA分子中
Section C
Nucleic Acid Structure
by the 1st team
Watson, Crick and the double helix model.
左一： 左一： 威尔金斯 左三： 左三： 克里克 左五： 左五： 沃森
沃森、 沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺 旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。 旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。 1962年诺贝尔医学生理学奖
DNA的变性、复性与杂交 DNA的变性、复性与杂交
1．变性：当DNA被加热时或某些试剂 作用下，配对碱基之间氢键和相邻碱基 之间的堆集力就会被破坏，逐步变为近 似于无规则的线团构型，即变性DNA。 由天然状态到变性状态的转变过程叫做 变性，又称熔解。
复性：变性的DNA恢复到天然DNA 复性：变性的DNA恢复到天然DNA 复性条件： （1）足够的盐浓度：消除磷酸基静电斥力; ）足够的盐浓度：消除磷酸基静电斥力; （2）足够高的温度，但不能太高，一般比 Tm低20－25ْC。 Tm低20－25ْ 杂交：复性DNA中，如果两条链的来 源不同，就叫杂交。
（ 3 ） 带负电荷的磷酸基的静电斥力； （4）碱基分子内能。 碱基分子内能。
在以上四种决定DNA双螺旋结构状态的 在以上四种决定DNA双螺旋结构状态的 因素中，前二者有利于DNA维持双螺旋 因素中，前二者有利于DNA维持双螺旋 构型，后二者则不利于DNA维持双螺旋 构型，后二者则不利于DNA维持双螺旋 构型。
RNA的结构 RNA的结构
RNA分子通常以单链形式存在， 因而不存在双链DNA分子那样的 双螺旋结构 其结构特点为
形成近似球型的结构，通过分子内的氢键作 用和在单核酸链间的碱基堆积可形成局部区域 的螺旋结构 与DNA相比，RNA分子的这种构型的多样性 是与其在细胞中的作用的多样性相适应的
典型t RNA结构 典型t-RNA结构
拓扑异构酶: 拓扑异构酶:
拓扑异构酶Ⅰ:催化单链的断裂和连接, 拓扑异构酶Ⅰ:催化单链的断裂和连接, 每次改 变Lk±1; 拓扑异构酶Ⅱ:催化双链的断裂和连接, 拓扑异构酶Ⅱ:催化双链的断裂和连接, 每次改 变Lk±2;
DNA旋转酶:属于拓扑异构酶Ⅱ, 其功能为引入负超螺旋
RNA也可以作为遗传物质 RNA也可以作为遗传物质
DNA double helix
A:T
G:C
DNA consists of two helical chains wound around the same axis in a right-handed fashion aligned in an antiparallelfashion.
相邻碱基对间距离为0.34nm. 每周螺距为3.4nm(10bp). d为 2nm (B型)。
DNA超螺旋和拓扑异构现象
超螺旋
正超螺旋：DNA DNA扭曲方向与 DNA 双螺旋方向相同； 负超螺旋： DNA扭曲方向与双螺旋方向 DNA 相反（几乎所有细胞中的超 螺旋都是负的）
For the relaxed DNA molecule of Figure 23-15a, underwinding or overwinding by two helical turns (Lk = 18 or 22) will produce negative or positive supercoiling as shown. Note that the twisting of the DNA axis is opposite in sign in the two cases.
RNA病毒 RNA病毒 （RNA virus) 类病毒 (viroid) : 是使高等植物产生疾病的 有传染性的因子，它们是很小的环状的 RNA分子。 RNA分子。
核酸之外的其他遗传物质
1982年，美国加利福尼亚大学教授斯 1982年，美国加利福尼亚大学教授斯 坦利· 坦利·普利西纳提出雅克氏病的病原体是一 种“蛋白质性质的感染颗粒”，并用prion 种“蛋白质性质的感染颗粒”，并用prion （普利昂）一词表示这种因子，国内曾译 为朊病毒或锯蛋白。但这种蛋白质粒子缺 乏核酸，称为病毒并不妥当，故现在称为 朊毒体。
A型、B型及Z型螺旋
• 生物体内DNA结构是 基本一致的，即所谓 的B型螺旋（最稳定） • 在低温条件下，DNA分 子可以被诱导形成A型 A 螺旋
– 结构更加紧密、更宽，螺旋 重复每匝为11个碱基对
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• 左旋DNA为Z型DNA，属 于异常螺旋形式
– 外观呈Z字型，每匝12碱基 对
A型DNA
A型DNA，右手双股 螺旋，每圈螺旋10.9个 碱基对，螺旋扭角 33°，螺距3.2nm，碱 基倾角13 ° 碱基平面不于螺旋轴 垂直，螺旋轴不穿过 碱基对，小沟宽而浅， 大沟极深
维系二级结构和三级结构的力:分子内氢键和碱基堆积力
决定双螺旋结构状态的因素
（1）氢键
溶解温度Tm 与 G+C的 溶解温度 Tm与 G+C 的 百分含量的关系 (Marmur-Doty关系式） (Marmur-Doty关系式）
Tm=69.3+0.41(%G+C)
（2）碱基堆集力
同一条链中 相邻碱基之间的 非特异性作用力， 即疏水作用力和 Van der waal力。 waal力。
Nucleotides
A nucleotide is a nucleoside with one or more phosphate groups bound covalently to the 3’-, 5’, or ( in ribonucleotides only) the 2’position. In the case of 5’-position, up to three phosphates may be attached.
酸效应
在强酸和高温下, 在强酸和高温下,核酸可以完全水解为碱 基、核糖（脱氧核糖）和磷酸
pH 3-4 :在甲酸作用下可产生脱嘌呤核酸 3- :在甲酸作用下可产生脱嘌呤核酸
碱效应
DNA变性— DNA变性—碱效应使碱基的互变异构发生变化 高pH下，嘌呤的分子结构由酮式转为烯醇式， pH下，嘌呤的分子结构由酮式转为烯醇式， 将直接影响到特定碱基之间的氢键作用，导 致DNA双链的解离，成为DNA变性 DNA双链的解离，成为DNA变性
prion
2．增色效应：由于DNA变性而引起的光吸 由于DNA变性而引起的光吸 收的增加称为增色效应（Hyperchromicity） 收的增加称为增色效应（Hyperchromicity） 当浓度都为50µg/ml， 当浓度都为50µg/ml， 双螺旋DNA 双螺旋DNA A260=1.00， =1.00， 完全变性DNA 完全变性DNA A260=1.37， =1.37， 单核苷酸的等比例混合物 A260=1.60
2. pentose sugar
RNA DNA D - rebose D - 2 - ribodesose
The bases are covalently attached to the 1’position of a pentose sugar(戊糖)ring, to form a nucleoside