分子生物学 第 2 章 第 2 节：DNA 的结构
#分子生物学 #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）
| 核苷酸种类 | 简写 | DNA 中是否含有 | RNA 中是否含有 |
|---|---|---|---|
| 腺嘌呤 | A | ✅ | ✅ |
| 胸腺嘧啶 | T | ✅ | ❌ |
| 胞嘧啶 | C | ✅ | ✅ |
| 鸟嘌呤 | G | ✅ | ✅ |
| 胞嘧啶 | U | ❌ | ✅ |
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
- DNA 分子是由两条相互平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成
- 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
| DNA 二级结构的类型 | 螺旋方向 |
|---|---|
| B-DNA | 右手螺旋 |
| A-DNA | 右手螺旋 |
| Z-DNA | 左手螺旋 |
B-DNA
- 沃森和克里克提出 DNA 双螺旋模型的证据
- X 射线衍射实验数据表明 DNA 是一种规则螺旋结构
- 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
- 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。
| DNA 性质 | 现象 |
|---|---|
| DNA 变性 | 增色效应 hyperchromicity |
| DNA 复性 | 减色效应 hypochromicity |
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
[!NOTE]
- 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