分子生物学 第 2 章 第 2 节：DNA 的结构

2.2.1 DNA 的一级结构

• 四种核苷酸的连接及其排列顺序 （即 DNA 的化学构成）

2.2.2 DNA 的二级结构

• 是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构

• 特点

  1. DNA 分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成

  2. DNA 分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧

• 碱基互补配对原则：碱基之间的一一对应关系

  • A - T

  • A - U

  • C - G

• DNA 二级结构的分类

B-DNA

• 沃森和克里克提出 DNA 双螺旋模型的证据

  1. X 射线衍射实验数据表明 DNA 是一种规则螺旋结构

  2. DNA 分子密度测量表面这种螺旋结构由两条多核苷酸链组成

  3. 不论碱基数目的多少，G 的含量总是与 C 一样，而 A 与 T 也是一样的

• B-DNA 的特点

  • B-DNA 钠盐结构含水量高 (而 A-DNA 含水量低)

  • 多核苷酸方向由核苷酸间的磷酸二酯键的走向决定，一条从 5’ 到 3’，另一条从 3’ 到 5’

  • 链间有螺旋型的凹槽，一小一大，小沟 1.2 nm 交叉，大沟 2.2 nm 交叉

• 碱基平面与纵轴垂直，脱氧核糖环平面与纵轴平行

• 相邻碱基对平面间的距离：0.34 nm

• 结构重复周期：3.4 nm

• 螺旋上升一圈有 10 bp

• 双螺旋直径：2 nm

A-DNA

• 在相对湿度 75% 以下时，该构象的 DNA 称为 A-DNA

• A-DNA 与 B-DNA 的重要区别在于：A-DNA具有一个深窄的大沟和宽浅的小沟，而 B-DNA 大沟宽，小沟窄

• B-DNA 若双链中的一条链被相应的 RNA 链所替换，则变构成 A-DNA (DNA-RNA 杂化双链)

• A-DNA 构象对基因表达有重要作用

Z-DNA

• Z-DNA 螺旋细长，每圈螺旋含 12 bp，大沟平坦，小沟深而窄，核苷酸构象顺反相间，螺旋骨架呈 Z 字形

DNA 双链的变性和复性

• (可逆)变性denaturation：DNA 溶液温度接近沸点或者 pH 较高时，互补的两条链分开

• 复性： 变性 DNA 溶液缓慢降温时，DNA 的互补链又可重新形成规则的双螺旋

• DNA 变性与复性能力的应用

  • Southern 印记杂交

  • DNA 芯片分析

DNA 芯片分析
又叫基因芯片,测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的靶核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核酸序列TATGCAATCTAG，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出靶核酸的序列。

增色效应：当 DNA 溶液温度升高到接近水的沸点时，260nm 处的吸光度 $A_{260nm}$ 明显增加
人们常通过检测 DNA 溶液的紫外吸光度 $A_{260nm}$ 的变化来监控 DNA 的变性过程

影响熔解温度 Tm 的因素

• DNA 中 C + G 的含量

• 溶液中的离子强度

• DNA 的均一性

• 在高离子强度下，负电荷可以被阳离子中和，双螺旋结构被稳定保持。故 DNA 样品一般在含盐缓冲溶液中比较稳定，而较难保存在稀电解质溶液中

• T_m 值可以作为衡量样品均一性的标准

2.2.3 DNA 的高级结构

• 分为正超螺旋和负超螺旋两大类

• 天然状态下，DNA 以负超螺旋为主