DNA的双螺旋结构课件.ppt

1、 DNADNA的分子结构的分子结构 ( (一一) )、DNADNA的一级结构的一级结构 ( (二二) )、DNADNA的二级结构的二级结构 ( (三三) )、DNADNA的三级结构的三级结构( (一一) ) DNADNA 的一级结构的一级结构 DNADNA分子中各脱氧核苷分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（酸之间的连接方式（3 3 -5-5 磷酸二酯键磷酸二酯键）和排列顺序叫）和排列顺序叫做做DNADNA的一级结构的一级结构，简称为，简称为碱基序列碱基序列，即，即核酸中的可变核酸中的可变成分（碱基）的排列顺序成分（碱基）的排列顺序。一 级 结 构 的 走 向 规 定 为一 级 结 构 的 走 向

2、 规 定 为5 5 33 。 一级结构的表示一级结构的表示法法 结构式、线条式、字母式结构式、线条式、字母式 5 3 DNADNA一级结构的表示法一级结构的表示法5 3 结构式结构式5 3 p p p pOH3 ACTG1 线条式线条式5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式字母式 四四 DNADNA的分子结构的分子结构 ( (一一) )、DNADNA的一级结构的一级结构( (二二) )、DNADNA的二级结构的二级结构 ( (三三) )、DNADNA的三级结构的三级结构 ( (二二) )、DNADNA的二级结构的二级结构( (双螺旋结构双螺旋结构) ) 1 1、DNADNA的碱基组成（的

3、碱基组成（ChargaffChargaff定则）定则）2 2、DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构(1)(1)、DNADNA双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成(2)(2)、DNADNA双螺旋结构模型特点双螺旋结构模型特点(3)(3)、DNADNA双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素(4)(4)、DNADNA双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义(5)(5)、DNADNA双螺旋的不同构象类型双螺旋的不同构象类型( (二二) )、DNADNA的二级结构的二级结构( (双螺旋结构双螺旋结构) ) 1 1、DNADNA的碱基组成（的碱基组成（ChargaffChargaff定则）定则） 5050年代初，年

4、代初，ChargaffChargaff应用紫外分光应用紫外分光光度法及结合纸层析等简单技术，对多光度法及结合纸层析等简单技术，对多种生物种生物DNADNA作碱基作碱基定量分析定量分析( (如表如表) )，发现，发现DNADNA碱基组成有如下规律：碱基组成有如下规律： DNA来来源源腺嘌呤腺嘌呤（A）胸腺嘧胸腺嘧啶（啶（T）鸟嘌呤鸟嘌呤（G）胞嘧啶胞嘧啶（C）（A+T）/（G+C）大肠杆菌大肠杆菌25.424.824.125.71.01小麦小麦27.327.122.822.71.21鼠鼠28.628.421.421.51.33猪：肝猪：肝29.429.720.520.51.43胸腺胸腺30.02

5、8.920.420.7脾脾29.629.220.420.8酵母酵母31.332.918.717.51.079 DNADNA的碱基组成的碱基组成（ChargaffChargaff定则）定则）：(1) (1) 在所有的在所有的DNADNA中，中，A=TA=T，G=C G=C 即即 ( (嘌呤碱总量嘌呤碱总量 嘧啶碱总量嘧啶碱总量) )(3) DNA(3) DNA分子的碱基组成具有种属特异性，但分子的碱基组成具有种属特异性，但不具有组织、器官特异性。不具有组织、器官特异性。(2) (2) 不同生物不同生物DNADNA的碱基组成有很大差异，的碱基组成有很大差异， 可用不对称比率可用不对称比率表示。表示

6、。 ( (二二) )、DNADNA的二级结构的二级结构( (双螺旋结构双螺旋结构) ) 1 1、DNADNA的碱基组成（的碱基组成（ChargaffChargaff定则）定则）2 2、DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构(1)(1)、DNADNA双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成(2)(2)、DNADNA双螺旋结构模型特点双螺旋结构模型特点(3)(3)、DNADNA双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素(4)(4)、DNADNA双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义(5)(5)、DNADNA双螺旋的不同构象类型双螺旋的不同构象类型2 2、DNADNA的的双螺旋结构双螺旋结构(Watson-Crick

7、模型模型) ) 2.0 nm小小沟沟大大沟沟 根据碱基的根据碱基的摩尔比例和摩尔比例和DNADNA结晶的结晶的X-X-衍射衍射图谱图谱，19531953年年J.D.WatsonJ.D.Watson和和 F.H.C.CrickF.H.C.Crick提提出了著名的出了著名的DNADNA双螺旋结构模双螺旋结构模型。型。 ( (一一) )、多聚脱氧核苷酸链的数目及走向、多聚脱氧核苷酸链的数目及走向( (二二) )、主链、主链( (即骨架即骨架) )的组成及位置的组成及位置( (三三) )、碱基对的位置及配对联系、碱基对的位置及配对联系( (四四) )、DNADNA分子的有关数据：螺旋直径、每分子的有关

8、数据：螺旋直径、每转一周的碱基对数目及高度等转一周的碱基对数目及高度等(1) DNA(1) DNA双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成5 3 5 3 5 3 5 3 磷酸磷酸脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基T-A碱基对碱基对C-G碱基对碱基对 ( (二二) ) DNADNA的二级结构的二级结构( (双螺旋结构双螺旋结构) ) 1 1、DNADNA的碱基组成（的碱基组成（ChargaffChargaff定则）定则）2 2、DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构(1)(1)、DNADNA双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成(2)(2)、DNADNA双螺旋结构模型特点双螺旋结构模型特点(3)(3)、DNADNA双螺旋

9、结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素(4)(4)、DNADNA双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义(5)(5)、DNADNA双螺旋的不同构象类型双螺旋的不同构象类型 DNADNA由由两条反向平行两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链沿的多聚脱氧核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋一个假设的中心轴右旋相互盘绕而成双螺旋。相互盘绕而成双螺旋。螺旋表面有一条大沟和螺旋表面有一条大沟和一条小沟。一条小沟。 2.0 nm小小沟沟大大沟沟 磷酸和脱氧核糖单位磷酸和脱氧核糖单位作为作为不变不变的骨架组成位于外的骨架组成位于外侧，作为侧，作为可变可变成分的碱基位成分的碱基位于内侧，链间碱基按于内侧，链间碱基按A AT T，G G

10、C C配对，配对，A A与与T T之间形成之间形成2 2个氢键，个氢键，G G与与C C之间形成之间形成3 3个个氢键。氢键。2.0 nm小小沟沟大大沟沟 螺旋直径螺旋直径2 2nmnm，相相邻碱基对平面间的距离邻碱基对平面间的距离为为0.340.34nm,nm,双螺旋每转双螺旋每转一周有一周有1010个碱基对（个碱基对（base pair, base pair, bpbp），每，每转 的 高 度转 的 高 度 ( ( 螺 距螺 距 ) ) 为为3.43.4nmnm。2.0 nm小小沟沟大大沟沟 ( (二二) ) DNADNA的二级结构的二级结构( (双螺旋结构双螺旋结构) ) 1 1、DNA

11、DNA的碱基组成（的碱基组成（ChargaffChargaff定则）定则）2 2、DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构(1)(1)、DNADNA双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成(2)(2)、DNADNA双螺旋结构模型特点双螺旋结构模型特点(3)(3)、DNADNA双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素(4)(4)、DNADNA双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义(5)(5)、DNADNA双螺旋的不同构象类型双螺旋的不同构象类型 氢键氢键 碱基堆积力碱基堆积力 盐键盐键：磷酸基上负电荷与磷酸基上负电荷与胞内组蛋白或正离子形成胞内组蛋白或正离子形成 改变介质条件和环境温度，改变介质条件和环境温度，将

12、影响双螺旋的稳定性。将影响双螺旋的稳定性。 ( (二二) )、DNADNA的二级结构的二级结构( (双螺旋结构双螺旋结构) ) 1 1、DNADNA的碱基组成（的碱基组成（ChargaffChargaff定则）定则）2 2、DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构(1)(1)、DNADNA双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成(2)(2)、DNADNA双螺旋结构模型特点双螺旋结构模型特点(3)(3)、DNADNA双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素(4)(4)、DNADNA双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义(5)(5)、DNADNA双螺旋的不同构象类型双螺旋的不同构象类型(4) DNA(4) DNA双

13、螺旋结构双螺旋结构的意义的意义 该模型揭示了该模型揭示了DNADNA作为遗传物质的稳定性作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了特征，最有价值的是确认了碱基配对碱基配对原则，这原则，这是是DNADNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是本世纪生命科学的重大突破之一，它为生出是本世纪生命科学的重大突破之一，它为生物化学和分子生物学乃至整个生命科学的飞速物化学和分子生物学乃至整个生命科学的飞速发展奠定了基础。发展奠定了基础。 ( (二二) )、DNADNA的二级结构的二级结构 1

14、 1、DNADNA的碱基组成（的碱基组成（ChargaffChargaff定则）定则）2 2、DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构( (B-DNA)B-DNA)(1)(1)、DNADNA双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成(2)(2)、DNADNA双螺旋结构模型特点双螺旋结构模型特点(3)(3)、DNADNA双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素(4)(4)、DNADNA双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义(5)(5)、DNADNA双螺旋的不同构象类型双螺旋的不同构象类型 B-DNAB-DNA螺旋：螺旋：标准的标准的 Watson-CrickWatson-Crick双螺旋，双螺旋，细胞正常状态下细胞

15、正常状态下DNADNA存在的构型。存在的构型。 A-DNAA-DNA螺旋：螺旋：DNADNA在在75%75%相对湿度的钠盐中的相对湿度的钠盐中的构型。构型。 C-DNAC-DNA螺旋：螺旋：DNADNA在在44%-444%-46%6%相对湿度的锂盐相对湿度的锂盐中的构型。中的构型。 Z-DNAZ-DNA螺旋：螺旋：左手的左手的DNADNA螺旋，这种螺旋可螺旋，这种螺旋可能在基因表达或遗传重组中起作用。能在基因表达或遗传重组中起作用。 (5) DNA(5) DNA双螺旋的不同构象类型双螺旋的不同构象类型DNADNA双螺旋构象的类型双螺旋构象的类型几种不同类型双螺旋几种不同类型双螺旋DNADNA的

16、结构参数的结构参数类型类型结晶状态结晶状态旋转旋转方向方向螺距螺距(nm)每转每转碱基碱基对数对数目目碱基对碱基对间垂直间垂直距离距离(nm)碱基碱基对与对与水平水平面倾面倾角角ADNABDNACDNA Z DNA75%相对湿相对湿度，钠盐度，钠盐92%相对湿相对湿度，钠盐度，钠盐46%相对湿相对湿度，锂盐度，锂盐右旋右旋右旋右旋右旋右旋 左旋左旋2.83.43.14.511109.3120.250.340.330.3720067Structure of B-DNA and Z-DNAStructure of B-DNA and Z-DNA 左旋左旋DNA(DNA( Z-DNA Z-DNA)

17、) RichRich模型模型 特点特点：4主链呈锯齿形左向盘绕，形成左手双螺旋。主链呈锯齿形左向盘绕，形成左手双螺旋。4两条多核苷酸链的糖两条多核苷酸链的糖- -磷酸骨架比磷酸骨架比B-DNAB-DNA中靠得中靠得更近，因而碱基对偏离轴心而较靠近螺旋外表。更近，因而碱基对偏离轴心而较靠近螺旋外表。螺旋表面只有一条沟。螺旋表面只有一条沟。4每个螺旋含有每个螺旋含有1212个碱基对，螺距约为个碱基对，螺距约为4.5 4.5 nmnm，螺旋直径螺旋直径1.841.84nmnm。 四四 DNADNA的分子结构的分子结构 ( (一一) )、DNADNA的一级结构的一级结构 ( (二二) )、DNADNA

18、的二级结构的二级结构( (三三) )、DNADNA的三级结构的三级结构 ( (三三) ) DNADNA的三级结构的三级结构 在细胞内，由于在细胞内，由于DNADNA分子与其它分子（主要分子与其它分子（主要是蛋白质）的相互作用，使是蛋白质）的相互作用，使DNADNA双螺旋进一步双螺旋进一步扭曲或再次螺旋所形成的高级结构扭曲或再次螺旋所形成的高级结构三级结构三级结构 实例实例：超螺旋超螺旋 染色体染色体（ chromosome） 螺螺旋旋和和超超螺螺旋旋电电话话线线螺旋螺旋超螺旋超螺旋l超螺旋即超螺旋即DNADNA双螺旋的螺旋双螺旋的螺旋。DNADNA超螺旋结构的形成超螺旋结构的形成 ( (三三)

19、 ) DNADNA的三级结构的三级结构 在细胞内，由于在细胞内，由于DNA分子与其它分子（主分子与其它分子（主要是蛋白质）的相互作用，使要是蛋白质）的相互作用，使DNA双螺旋进一双螺旋进一步扭曲形成的高级结构步扭曲形成的高级结构. 实例：实例：超螺旋超螺旋 染色体染色体（ chromosome） 核小体盘绕及染色质示意图核小体盘绕及染色质示意图组蛋白与DNA的结合组组蛋蛋白白与与DNA的的结结合合核小体结构如图所示核小体结构如图所示: :真核生物染色体真核生物染色体DNADNA组组装不同层次的结构装不同层次的结构DNA （2nm）核小体链（核小体链（ 11nm，每个核小体每个核小体200bp）纤丝（纤丝（ 30nm，每圈每圈6个核小体）个核小体）突环（突环（ 150nm，每个突环大约每个突环大约75000bp）玫瑰花结（玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）个突环）螺旋圈（螺旋圈（ 700nm，每圈每圈30个玫瑰花）个玫瑰花）染色体（染色体（ 1400nm， 每个染色体含每个染色体含10个玫瑰花个玫瑰花200bp）