Hoogsteen Bonding B、 保证DNA末端准确复制 C、 与DNA分子的组装有关 D、 与染色体的 meiosis & mitosis 有关
第四节 DNA的物理、化学性质
DNA双股链的互补 是其结构和功能上的一个基本特征 也是DNA研究中一些实验技术的基础
一、DNA分子的变性
变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区 的
GS 综 合 症 共济失调，常伴有
（GSS）
痴呆
致死性家族 睡眠隔离，接着失 失眠症（FFI） 眠，痴呆
发病机理
发现病例
通过同类相食（人） 约2600例
传染
通 过 朊 病 毒 污 染 的 HGH ， 或通过角膜移植
约80例
PrP基因种系突变
约100个家族
体 细 胞 突 变 PrPc 自 发 转变为PrPsc？
A
B
Z
Base Inclination Handedness
A
B
Z
四、一些DNA序列的不寻常结构
1、反向重复序列与二级结构 反向重复序列（inverted repeatitive sequence
or inverted repeats IR） 又称回文序列（廻文）：指两段同样的核苷酸序列同时存 在于一个分子中,有时也有不完全相同的情况 RNA和DNA 中都可能存在
3.4A° (0.34 nm/碱基对间距) ( 1 kc / mol —0.6kc / mol ) ×n
☆ 疏水作用力 (Hydrophobic interaction) (磷酸骨架, 氨基, 酮基周围水分子间的有序排列 ) 不溶于水的非极性分子在水中相互联合, 成串结合的趋势力.
* 不稳定因素 l 磷酸基团间的静电斥力 l 碱基内能增加(温度), 使氢键因碱基排列有序状态的破坏 而减弱
改变碱基对间的氢键
（6） 盐浓度的影响
Tm 值可降至40℃左右
每升0.18mol Na+是常用的标准条件
思考题：室温下蒸馏水中的DNA会如何？
（7） 极端pH条件的影响
pH ~ 12 酮基 →
烯醇基
改变氢键的形成与结合力
pH ~ 2-3 NH2 → NH2+ (质子化)
一切减弱氢键， 碱基堆积力的因素 均将使Tm 值降低
1、 多聚核苷酸链
3’
主链是核糖和磷酸
侧链为碱基
5’
由3’,5’磷酸二酯键连接
2、 链的方向：同一个磷酸 基的3’酯键到5’酯键的方向
(5’→3’)
5’-UCAGGCUA-3’
= UCAGGCUA 默认书写顺序5‘→3’
第二节 DNA的二级结构
一、 DNA双螺旋模型的提出（double helix model） * 1953. Watson & Crick
指在DNA变性的过程中，他在260nm的吸收值先是缓慢 上升，达到某一温度时及骤然上升
天然DNA和变性DNA的吸收值相差可达34％
当浓度为 50μg/ml时：
dNTPs A260 = 1.60 S.S DNA A260 = 1.37 D.S DNA A260 = 1.0
3、熔解曲线与融解温度(Tm值)
弱键, 可加热解链 氢键堆积, 有序排列(线性, 方向) l 磷酸酯键 (phosphoester bond 80~90 kc / mol) 强键, 需酶促解链 l 0.2 mol / L Na+ 生理盐条件
消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力
l 碱基堆积力 (非特异性结合力) ☆ 范德华力（Van de waals force） (1.7A°/ 嘌呤环与嘧啶环 作用半径)
氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这 一双链分离的过程叫做变性 1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（ 尿素、 酰胺 )，低盐浓度等
2、变性过程的表现 ¤ 是一个爆发式的协同过程，变性作用发生在一个很 窄的温度范围 ¤ 导致一些理化性质发生剧烈变化
表现为： ※ 熔液黏度降低 ※ 沉降速度加大 ※ 浮力密度上升 ※ 此外吸收值升高（A260nm），即增色效应
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
l第三条链位于B-DNA的 Major groove中
3、 四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA )
2、三螺旋DNA (Trible Helix DNA, T.S DNA)
（1） 形成条件
一股为嘌呤，另一股为嘧啶的核苷酸双链能够形成三链 如： polyA/polyU polydA/polydT polyd (AG)/polyd(CT)
可能与基因调控区域的功能和染色体重组有关
（2） 组成形式
D.S. DNA + D.S.DNA T.S. DNA + S.S. DNA
三、双螺旋结构的基本形式
·B-DNA 资料来自相对湿度为92％所得到的DNA钠盐纤维
·此外人们还发现了A、C、D、E等右手双螺旋和左手双螺旋 Z构象等形式
DNA结构的多态性：几种不同的DNA双螺旋结构以及同 一种双螺旋结构内参数存在差异的现象
原因：多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单键 磷酸二酯键的两个P-O键、糖苷键、戊糖环各个键
* 类病毒（viroid）: 使高等植物产生疾病的传染性因子 只由RNA组成, 无蛋白质外壳保护, 游离的共价闭合环
状单链RNA分子
三、 是否存在核酸以外的遗传物质 Prion (proteinaccous infections particle) 朊病毒－－－蛋白质样的感染因子
羊搔痒病 (scripie) 人类库鲁（ kuru） 病 牛海绵状脑炎(疯牛病)…
生物体内仅UAA为最有效的终止密码子
因为： UAA AUU
的Tm值是最低的一个，即使生 理温度下也不稳定
（3） 大片段D.S DNA分子之间比较 片段长短对Tm值的影响较小, 与组成和排列相关
（4） 小于100bp 的 D.S DNA分子比较 片段愈短， 变性愈快，Tm值愈小
（5） 变性液中含有尿素，甲酰胺等 尿素，甲酰胺与碱基间形成氢键
均由传染性病原蛋白颗粒引起
统称Prion (朊病毒)
Prion 复制? 转录? 翻译?
人类朊病毒疾病症状及发病机理
疾病
症状
库 鲁 病 共济失调、继发痴
（Kuru）
呆
医 源 性 克 雅 痴呆，共济失调 氏病(iCJD）
家 族 性 克 同上 雅氏病
零 星 发 生 克 同上 雅氏病
克雅氏病新 共济失调，常伴有 突变体vCJD 痴呆
牛朊病毒传染？
每年发生率约百万 分之一
46例
PrP基因种系突变
约50个家族
PrP 基 因 种 系 突 变 9个家族
（D178N和M129）
致死性中枢神经 系统的慢性退化
病理表现：大 脑皮层的神经 原细胞退化、 空泡变性、死 亡、消失，最 终被星状细胞 取代，因而造 成海棉状态
朊病毒带来了诺贝尔生理/医学奖
* 真核生物的结构基因占Genome的比例很小
哺乳动物中结构基因只占10％～15％
其余80％以上的DNA起什么作用目前还无 法精确解释，但可以肯定其中大部分DNA 序列是编码基因选择性表达的遗传信息
所以又称－－调控序列
二、 RNA也可作为遗传物质
* RNA病毒 传染媒介是病毒颗粒（病毒基因组RNA、蛋白质外壳） 如: 烟草花叶病毒（Tobacco Mosaic Virus ，TMV)
核糖是戊糖 RNA－核糖核苷 DNA－脱氧核糖核苷
☉ 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
核糖核苷三磷酸缩写为NTP
碱基＋戊糖＝核苷
核苷＋磷酸＝核苷酸
二、DNA分子的一级结构 (DNA sequence)
5` GC 3` CG n
136.12 ℃ 5` TA 3`
AT n
36.7 ℃
＞＞ Tm ＜＜
5` CG 3` GC n 72.55 ℃
5` AT 3` TA n
57.02 ℃
※ 嘌呤嘧啶的排列顺序对双螺旋结构（稳定性）的影响 即－－氢键数目相同，但相邻碱基的堆积力不同 从嘌呤到嘧啶方向的碱基堆积力作用显著地大于 同样组成的嘧啶到嘌呤方向的碱基堆积作用
Pyrimidine-Purine Steps Have Little Base Stacking
5’ C
T 5’
3’ A
G
3’
5’ CA 3’ 3’ GT 5’
Purine-Pyrimidine Steps Have Extensive Base Stacking
5’ A C
3’
3’
G
T
5’
5’ AC 3’ 3’ TG 5’
1997 Stanley B.Prusiner
发现朊病毒是作 为老年性痴呆症 等疾病的病原并 能在寄主细胞中 繁殖传播
第二节 核酸的化学组成
一、 碱基、核苷、核苷酸
☉ 碱基 Nitrogenous bases
嘧啶 Pyrimidines
Uracil (U)
嘌呤 Purines
☉ 核苷（nucleotide） 嘧啶的1位N原子、嘌呤的9位N原子 糖苷键 Glycosidic bond
第二章 DNA的结构
第一节 遗传物质的本质 第二节 核酸的化学组成 第三节 DNA的二级结构 第四节 DNA的物理化学性质 第五节 超螺旋和拓扑异构