2.2DNA结构

这是一篇关于2.2DNA结构的思维导图，包括：DNA一级结构（决定其高级结构)、DNA的二级结构（两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构）、DNA的高级结构的定义和分类。

2.2DNA结构

• DNA的一级结构
  • Watson和Crick于1953年提出了著名的DNA超螺旋结构
  • DNA的一级结构是指4种核苷酸的连接及其排列顺序，即碱基序列
    • DNA又称脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid），基本单位是脱氧核苷酸
    • 含有ATCG四种碱基，遵循碱基互补配对原则A=T，G=C，A+G=T+C
  • DNA一级结构决定其高级结构
• DNA的二级结构
  • 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
    • 脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替链接成反向平行的两条主链，它们绕一共同轴心盘绕形成右手螺旋，主链在螺旋外侧，构成基本骨架，碱基平面位于螺旋内侧，垂直于螺旋轴，以氢键配对，遵循碱基互补配对原则
    • 螺旋的直径约为2nm，两个核苷酸的夹角为36°，相邻碱基对之间轴向距离为0.34nm，每个螺旋含10bp，螺距为3.4nm
    • 螺旋结构中，围绕中心轴形成两个螺旋形的凹槽，宽的沟称为大沟，窄的为小沟，大沟小沟都是由碱基对和糖-磷酸骨架扭曲造成的
  • 影响双螺旋结构稳定的因素
    • 稳定
      • 氢键：AT形成两个氢键，CG形成三个氢键，CG配对更稳定，DNA结构的稳定性与GC的百分含量成正比
      • 磷酸酯键：强作用力的磷酸二酯键是连接核苷酸形成DNA双螺旋骨架的重要作用力
      • 盐浓度：介质中的阳离子与磷酸基团上的负电荷之间形成的离子键，可以有效的屏蔽磷酸基之间的静电斥力
      • 碱基堆积力：是指在DNA双螺旋结构中，碱基对平面垂直于中心轴，层叠于双螺旋的内侧，相邻疏水性碱基在旋进中彼此堆积在一起相互吸引形成的作用力，包括疏水作用力和范德华力
    • 破坏
      • 碱基分子内能：碱基对之间的挤压、抵御可以使DNA分子的内能增加，碱基间有序排列状态破坏，氢键作用力减弱
      • 静电作用
  • DNA二级结构的几种构象
    • B-DNA（右手螺旋）
      • DNA 钠盐在较高湿度下（92%）的结构为B-DNA，是常见的DNA构象
      • 碱基平面与纵轴垂直，相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm，脱氧核糖环平面与纵轴大致平行，双螺旋的直径为2nm
    • A-DNA（右手螺旋）
      • 相对湿度在75%以下时的构象
      • 碱基对与中心轴的倾角发生改变，每圈螺旋含11对碱基，碱基对倾斜大，并偏向双螺旋的边缘，大沟深窄，小沟宽浅
    • Z-DNA（左手螺旋）
      • 螺旋细长，每圈螺旋含12对碱基，，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
      • 功能
        • 在热力学上不稳定，容易解链
        • 遗传信息暴露在螺旋表面，容易被调控蛋白识别（调节转录的两种模式）
  • DNA双链的变性与复性
    • 变性
      • 定义： 当DNA溶液温度接近沸点或pH较高时，互补的两条链就可能分开
      • 变性后的性质
        • 增色效应（hyperchromicity）： 指DNA变性后对260nm紫外光的光吸收度增加的现象
        • 旋光性下降
        • 粘度下降
        • 生物学功能改变
      • Tm
        • 定义：把吸光度增加到最大值一半时的温度称为DNA的熔点（melting point），用Tm表示，Tm值是DNA的一个重要的特征常数
        • 影响因素
          • DNA中G+C的含量：含量越高，Tm值越高，利用公式Tm=69.3+0.41(G+C)%可以近似推算DNA的碱基百分组成
          • 溶液中的离子强度：在高离子强度下，疏水作用强，Tm值较高而范围窄，负电荷可以被阳离子中和，双螺旋的结构被稳定保持；在低离子强度下，屏蔽作用减弱，Tm值较低范围宽，未被中和的负电荷将会降低双螺旋的稳定性
          • DNA的均一性，均质DNA Tm值范围较小，异质DNA Tm值范围较宽
    • 复性
      • DNA的变性过程是可逆的，当变性DNA的溶液缓慢降温时，DNA的互补链又可重新聚合，重复形成规则的双螺旋，称为DNA复性
      • 复性条件
        • 变性的两条单链DNA能够相互碰撞
        • 发生碰撞的两条单链DNA有互补序列，GC对含量越高，Tm值越高
      • 影响复性的因素
        • 温度：促进碰撞，太高导致变性
        • 浓度：浓度越高碰撞机会越高
        • DNA序列复杂性：复杂性越高，互补越困难
• DNA的高级结构
  • 定义
    • DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕成的更复杂的特定空间结构，主要是超螺旋
  • 超螺旋结构的分类
    • 正超螺旋（右手超螺旋）：是指DNA朝着其螺旋方向绕其轴心旋转而成的结构，是过度缠绕的双螺旋
    • 负超螺旋（左手超螺旋）：是指DNA朝着其螺旋相反方向绕其轴心旋转而成的结构，是细胞内常见
  • DNA高级结构形式
    • DNA 结构变化公式：L=T+W
    • 双螺旋结构的意义
      • 确立了核算作为信息分子的结构基础
      • 提出了碱基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式
      • 确定了核算时遗传的物质基础，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用奠定了基础