B型DNA的结构

Watson-Crick模型的意义

Watson-Crick模型阐明了遗传物质复制和传代的机制， 对分子遗传学的形成和发展产生了深远的影响。
A型DNA的结构
A-DNA是在相对湿度为75%以下时获得的DNA纤 维的结构。后来在DNA的晶体结构中也发现ADNA的存在。 A-DNA的结构特征
内型（endo）与外型（exo）
信封式构象
扭转式构象
呋喃糖环的折叠形式
糖环的折叠影响核苷酸的空间构象
单体核苷酸中糖环折叠C3’-endo与C2’-endo各占一 半的比例 B-DNA螺旋中糖环构象为C2’-endo A-DNA螺旋中糖环构象为C3’-endo RNA螺旋中糖环构象为C3’-endo



也是右手双螺旋结构 螺旋直径比B-DNA更大。 碱基排列更紧密，碱基平面间距为2.56Å，每圈螺旋有 11对碱基，螺距28Å。 脱氧核糖的折叠形式为C3’内型，而B-DNA为C2’内型。 碱基对与中心轴的倾角不同，约为20°，导致大沟和小 构也有细微的差别。

信封式（envelope form）


C2’-endo（2E） C3’-endo（3E） C2’-exo （2E） C3’-exo （3E）
C2’-endo-C3’-exo（ C2’-exo-C3’-endo（ , , , , ），又称S式 ），又称N式

扭转式（twist form）


碱基

腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 尿嘧啶 U
碱基环的原子编号
碱基的顺式和反式构象
碱基的顺式和反式构象
磷酸基团
核苷酸的构象角
DNA的结构
DNA的一级结构 双螺旋——DNA的二级结构 超螺旋——DNA的三级结构 三链和四链DNA的结构

DNA的一级结构
核酸的结构原理
核酸包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA） 两大类，它们对生物体的遗传信息的传递、蛋白 质的生物合成及生物的发育调控等生命过程起着 决定性的作用。 核酸的结构与功能 染色体的结构 基因组

核酸的结构与功能

核酸结构的研究简史 核酸的基本结构单位 DNA的结构 DNA的功能 RNA的结构 RNA的功能
B型DNA的结构

1980年，Dickerson测定了12聚寡核苷酸片段的晶体结构， 发现并不象Watson-Crick模型那样均一，在局部结构上有 较大的差异。从而对Watson-Crick模型提出了一些补充： 相邻两个碱基之间的夹角可从28°到42°不等，而不是 固定的36°。 组成碱基对的两个碱基的分布并非在同一平面上，而是 沿碱基对的长轴旋转一定角度，称为螺旋桨状扭曲。 双螺旋局部的构象变化能导致双螺旋结构整体的变化， 如弯曲和沟的加宽等。
核酸结构的研究简史

1868年，瑞士的Friedrich Miescher从脓细胞核中提取得到 结合蛋白质的核酸，称为核素（nuclein） 1889年，Richard Altmann得到不含蛋白质的核素，命名为 核酸（nucleic acid） 1929年，Levene Jacobs得到核酸的化学组成 1938年，Astbury开始DNA纤维衍射的工作 1944年，Avery等完成肺炎球菌转化试验，证明DNA是遗 传物质 1950年前后，Chargaff和Markham分析了各种生物DNA的 碱基组成，发现了DNA碱基组成规律：A=T, G=C 1953年，James Watson和Francis Crick建立DNA双螺旋结构 模型
核酸结构的研究简史（续）




1970s年代初，建立DNA重组技术，产生了一门新的学科——基 因工程。 1970s年代末，开始进行人工合成DNA片段的结晶和晶体衍射的 分析工作。 1978年发表了第一个DNA片段晶体结构，是一个四核苷酸片段。 1979年，A.Rich测定了d(CGCGCG)片段的晶体结构，发现是一 个左手双螺旋结构。 1980年，R.E.Dickerson测定了12聚核苷酸片段： d(CGCGAATTCGCG)的晶体结构，证实了Watson-Crick模型的 正确性，同时也发现了一些不同的结构特征。 1992年，建立了核酸三维结构数据库NDB。 现在，X射线晶体学、NMR和计算机模拟方法都已经用于研究 核酸的空间结构。

Chargaff规则：双链DNA中 A = T & G = C 核苷酸中的碱基可以被修饰：DNA中A和 C有时被甲基化
DNA序列的测定
Sanger法（双脱氧末端终止法） Maxam-Gilbert法（化学降解法）

DNA的双螺旋结构——二级结构

双螺旋结构的三种类型

B-DNA A-DNA Z-DNA

DNA的一级结构是脱氧核糖核苷酸以 3', 5'-磷酸二酯键连接形成的长链 脱氧核糖和磷酸构成DNA的磷酸二酯 主链，由糖苷键连接的碱基是DNA的 侧链


ห้องสมุดไป่ตู้
磷酸基总是离子化的 核酸是聚阴离子 核苷酸链具有极性，方向：5’3’ 每个核苷酸中有6-7个自由旋转的单键

核苷酸的序列编码了DNA中的遗传信 息
核酸的基本结构单位
核酸是线性的多聚核苷酸（polynucleotide），核 苷酸（nucleotide）是核酸的基本结构单位 核苷酸的结构


核苷

戊糖 碱基

磷酸
戊糖

戊糖的类型

b-D-核糖 RNA b-D-2-脱氧核糖 DNA
戊糖

糖环的折叠形式

内型（endo）与外型（exo）构象——以C5’作为参照 糖环的折叠形式有两大类
B型DNA的结构

B型DNA是天然DNA的最常见的构象，Watson-Crick双螺 旋模型就是B型DNA的构象 B型DNA的结构特征




两条反平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕。 磷酸-脱氧核糖主链在外，碱基在内。碱基平面相互平行叠加，与 中心轴垂直，碱基平面的间距为3.4Å。 每圈螺旋含有10对碱基，螺距34Å。相邻两对碱基的夹角为36°， 螺旋的直径约为20Å。 两条链相对的碱基存在A-T, C-G的互补关系，A-T之间有两个氢键， C-G之间有三个氢键。 糖苷键是反式构型，脱氧核糖的折叠是2'内型 在DNA双螺旋分子上交替存在大沟和小沟