第二章核酸的结构与功能 (三)核酸一级结构的表示方法 DNA单链的结构及表示方式由繁到简，有结构式、线条式及字母式等很多种（图2-10）。为书写方 便一般采用简化的方法。线条式表示法通常5'端写在左侧，用垂直线表示成糖的碳链，碱基写在垂直线 的上端，P代表磷酸基团，垂直线间含P的斜线代表3'，5”-确酸二酯键。字母式表示法就是用碱基序列 表示核酸的一级结构。单字母A、T、C、G表示核苷，P表示磷酸基团，读向是5'→3'，左侧为5'端，右侧 为3端。为了更加简便，常把P也省去，这种表示方法最简单最实用，目前的科研文献一般都采用此法 描述基因片段。双链DNA两条链为反向平行，同时描述两条链时必须注明每条链的走向。 磷酸基团 核酸方向 5'p-ApGpCpTpCpApApTpCpCpApG-OH 3 SAGGTCAATCCAG3 3羟基 AGGTCAATCCAG B 单链DNA和RNA分子的大小常用核苷酸(nucleotide,nt)数目表示，双链DNA则用碱基对(bas pair,bp)或千碱基对(kilobase pair,kbp)数目表示。小的核酸片段(<5Obp)常被称为寡核苷酸。自然界 中的DNA和RNA的长度可以高达几十万个碱基，碱基排列方式不同，其携带的遗传信息不同。 第二节DNA的空间结构与功能 一、DNA的二级结构 (一)DNA双螺旋结构的实验基础 1.E.Chargaff对DNA碱基组成的研究在20世纪40年代末至50年代初，Erwin Chargaff等人采 用层析和紫外吸收分析等技术研究了DNA分子的碱基成分。研究表明，DNA的碱基组成具有下列 此特点： (1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等(A=T),鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等(G=C)。因此，嘌吟 33
营一年生物大分子的结构与对能 碱的总数等于嘧啶碱的总数即A+G=C+T」 (2)不同生物种属的DNA碱基组成不 同，即DNA碱基组成具有种属特异性。 (3)同一生物体的各种不同器官或组织 的DNA具有相同的碱基组成，即DNA的碱基 组成无组织或器官特异性 (4)每种生物具有各自特异的碱基组成 一般不受年龄，生长状况营养状况和环墙等 条件的影响。故生物体内的碱基组成与生物 遗传特性有关。 图2-11DNA分子X射线衍射图谱 DNA碱基组成的这些规律称Chargaff规 则，这些规则为DNA的双螺旋结构提供了重要依据。 2.X射线衍射数据1951年l1月，Rosalind Franklin获得了高质量的DNA分子X射线衍射图谱 (图211)，显示DNA是双螺旋状的分子，从密度上也提示了DNA为双链分子。 1953年，James Watson和Francis Crick两人综合了当时 所能得到的这些研究结果，提出了DNA的双螺旋结构 5 (double helix)模型，也称为Watson-Cick结构模型（图2-12） (二)DNA双螺旋结构模型的要点 1.DNA由两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链组成 碱基为 两条DNA链平行围绕同一假想中心轴形成右手双股螺旋 (ght-handed helix)的结构（图2-12），两条链中一条为5 大沟 3走向，另一条为3'◆5'走向.星现出反向平行(anti-Dar alel)的特征。脱氧核糖和磷酸基团形成的亲水性骨架 (backbone)作为主链位于螺旋外侧，而疏水的碱基对位于 A 内侧。双螺旋结构表面存在着一个较深的大沟(majo 小 gove)和一个较浅的小沟(minor groove),这是蛋白质识别 DNA的碱基序列，并与其发生相互作用的基出 G 2.DNA双链之间形成了严格的碱基互补配对DNA 戊糖魔酸骨架 中两条脱氧核苷酸链的反向平行特征及碱基的化学结构 决定了两条链之间的特有的作用方式：两条链通过内侧诚 基之间的氢键连接在 一起，使两链不至松散。碱基之间有 严格的配对规律：A与T配对，形成两个氢雄：G与C配 -2.37nm 对，形成三个氢键（图2-13）。这种碱基配对关系称为碱基 互补配对(complementary base pair),因而每个DNA分子中 图2-12DNA的双螺旋结构模型 的两条链互为互补链(complementary strand)。 3.碱基对的硫水力和氢键维持DNA双螺旋结构的稳定DNA双螺旋结构在生理状态下十分稳 定，纵向靠碱基对平面间的疏水性堆积力维持，横向依靠两条链互补碱基间的氢键维系。DNA分子中 相邻的两个碱基对的平面在旋进过程中会发生大键电子云的重叠，由此产生了碱基堆积力（ stacking interaction)。威基层层堆积在DNA分子内部形成一个强大的疏水作用区，与介质中的水分子 隔开这更右利干石补威基间形成氨键。氢键虽然是弱键，但大量氨肆综合的作用力是很大的。此外 磷酸基的负电荷与介质中的阳离子的正电荷之间形成的离子键也参与维持双螺旋结构的稳定。从总能 量意义上讲，碱基堆积力对于双螺旋结构的稳定性更为重要。 4.稳定的双螺旋结构的参数 螺旋直径为2.37nm,螺距为3.54nm。各碱基平面与螺旋长轴垂直