1.DNA的一级结构 DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸,即脱氧腺嘌呤核苷酸、脱 氧鸟嘌呤核苷酸、脱氧胞嘧啶核苷酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸,通过3',5′磷酸〓酯键 连接起来的直线形或环形多聚体。由于脱氧核糖中C2上不含羟基,C1又与碱基相连接, 所以唯一可以形成的键是3′,5′-磷酸二酯键。故DNA没有侧链。图41表示DNA多 核苷酸链的一个小片段。 图的右侧是多核苷酸的几种缩写法。B为线条式缩写,竖线表示核糖的碳链,A、C、 T、G表示不同的碱基,P代表磷酸基,由P引出的斜线端与Cy相连,另一端与C5相连 C为文字式缩写,P在碱基之左侧,表示P在Cs位置上。P在碱基之右侧,表示P与C3 相连接。有时,多核苷酸中磷酸二酯键上的P也可省略,而写成…PA一C-TG…。这 两种写法对DNA和RNA分子都适用。 2.DNA的二级结构 DNA的双螺旋结构 模型是 Watson和rick子 1953年提出的。后人的许多工 作证明这个模型基本上是正确 的。 Watson和Cric所用的资 料来自在相对湿度为92%时 所得到的DNA钠盐纤维。这o=p-OH 种DNA称为B型DNA (BDNA)。在相对湿度低于 75%时获得的DNA钠盐纤维 其结构有所不同,称为 A-DNA。此外还有ZDNA将 在后面讨论。这里我们将详细 讨论B-DNA (1)双螺旋结构模型的主 要依据X光衍射数据 Wilkins和 Franklin发现不同来 源的DNA纤维具有相似的X 光衍射图谱.这说明DNA可 能有共同的分子模型。X光衍 射数据说明DNA含有2条或21 条以上具有螺旋结构的多核苷 酸链。 关于碱基成对的证据:图41DNA中多核苷酸链的一个小片段及缩写符号 A.DNA中多核苷酸链的一个小片段 B.为条线式缩写: C.为文字式缩写
－81－ 1．DNA 的一级结构 DNA 的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸，即脱氧腺嘌呤核苷酸、脱 氧鸟嘌呤核苷酸、脱氧胞嘧啶核苷酸和脱氧胸腺嘧啶核苷酸，通过 3′，5′-磷酸二酯键 连接起来的直线形或环形多聚体。由于脱氧核糖中 C2 上不含羟基，C1 又与碱基相连接， 所以唯一可以形成的键是 3′，5′-磷酸二酯键。故 DNA 没有侧链。 图 4-1 表示 DNA 多 核苷酸链的一个小片段。 图的右侧是多核苷酸的几种缩写法。B 为线条式缩写，竖线表示核糖的碳链，A、C、 T、G 表示不同的碱基，P代表磷酸基，由 P引出的斜线一端与 C3′相连，另一端与 C5相连。 C 为文字式缩写，P 在碱基之左侧，表示 P 在 C5′位置上。P 在碱基之右侧，表示 P 与 C3′ 相连接。有时，多核苷酸中磷酸二酯键上的 P 也可省略，而写成…PA—C—T—G…。这 两种写法对 DNA 和 RNA 分子都适用。 2．DNA 的二级结构 DNA 的双螺旋结构 模型是 Watson 和 Crick 于 1953 年提出的。后人的许多工 作证明这个模型基本上是正确 的。Watson 和 Crick 所用的资 料来自在相对湿度为 92％时 所得到的 DNA 钠盐纤维。这 种 DNA 称 为 B 型 DNA （B-DNA）。在相对湿度低于 75％时获得的DNA钠盐纤维， 其 结 构 有 所 不 同 ， 称 为 A-DNA。此外还有 Z-DNA 将 在后面讨论。这里我们将详细 讨论 B-DNA。 （1）双螺旋结构模型的主 要依据 X 光衍射数据： Wilkins和Franklin发现不同来 源的 DNA 纤维具有相似的 X 光衍射图谱．这说明 DNA 可 能有共同的分子模型。X 光衍 射数据说明DNA含有2条或 2 条以上具有螺旋结构的多核苷 酸链。 关于碱基成对的证据： 图 4-1 DNA 中多核苷酸链的一个小片段及缩写符号 A. DNA 中多核苷酸链的一个小片段； B. 为条线式缩写； C. 为文字式缩写
Changan等应用层析法对多种生物DNA的碱基组成进行了分析,发现DNA中的腺嘌呤的 数目与胸腺嘧啶的数目相等,胞嘧啶(包括5甲基胞嘧啶)的数目和鸟嘌呤的数目相等(表 4-3)。后来又有人证明腺嘌呤和胸腺嘧啶之间可以生成两个氢键;而胞嘧啶和鸟嘌呤之间 可以允许生成三个氢键 表4-3不同来源DNA的碱基组成 碱基的相对含量(摩尔% 碱基的相对含量(摩尔% 腺嘌呤鸟嘌呤|胞嘧啶·|胸腺嘧啶 来源|腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧 30.9 19.9 19.8 20.129.6 牛胸腺 21.5 酵母 31.3 7132.9 279227221 大肠杆菌 牛精子 金黄色葡萄球菌30.821.019029.2 大鼠(骨髓 28.6 2L.5 284 结核分枝杆菌 15.1 35.4 14.6 21.5 中×174(单链) 18.5 219 中x174(复制型 22.3 小麦胚) 27.3 噬菌体λ 21.3286272229 包括5-甲基胞嘧 电位滴定行为:用电位滴定法证明,DNA的磷酸基可以滴定,而嘌呤和嘧啶的氨基和 NH—CO一则不能滴定,它们是用氢键连结的。 (2)BDNA双螺旋结构模型的要点 A、DNA分子是由两条反向平行互补的多核苷酸链构成的,一条链的方向是5′→3 另一条链则是3′→5 B、两条链的糖一磷酸主链都是右手螺旋有一共同的螺旋轴。螺旋表面有一条大沟和 条小沟。 C、两条链的碱基在内侧,糖一磷酸主链在外侧,两条链由碱基间的氢键相连。 D、双螺旋直径为2nm。碱基对的平面约与螺旋轴垂直,相邻碱基对平面间的距离(碱 基堆积距离)是0.34m。相邻核苷酸彼此相差36。双螺旋的每一转有10对核苷酸,每 转高度为34nm E、碱基成对有一定规律,腺嘌呤一定与胸腺嘧啶成对,鸟嘌呤一定与胞嘧啶成对 因此有四种可能的碱基对,即AT,T一A,G-C和C-G。A和T间构成二个氢键,G 和C间构成三个氢键 由于四种碱基对都适合此模型,每条链可以有任意的碱基顺序,但由于碱基成对的规 律性,如一条链的碱基顺序已确定,则另一条链必有相对应的碱基顺序。两条链的碱基组 成和排列顺序并不一定相同 大多数天然DNA具有双链结构。某些小细菌病毒如φX174和M13的DNA是单链分 DNA双螺旋模型最主要的成就是引出“互补”(碱基配对)概念。根据碱基互补原则
－82－ Chargaff 等应用层析法对多种生物 DNA 的碱基组成进行了分析，发现 DNA 中的腺嘌呤的 数目与胸腺嘧啶的数目相等，胞嘧啶（包括 5-甲基胞嘧啶）的数目和鸟嘌呤的数目相等（表 4-3）。后来又有人证明腺嘌呤和胸腺嘧啶之间可以生成两个氢键；而胞嘧啶和鸟嘌呤之间 可以允许生成三个氢键。 表 4-3 不同来源 DNA 的碱基组成 电位滴定行为：用电位滴定法证明，DNA 的磷酸基可以滴定，而嘌呤和嘧啶的氨基和 一 NH—CO 一则不能滴定，它们是用氢键连结的。 （2）B-DNA 双螺旋结构模型的要点 A、DNA 分子是由两条反向平行互补的多核苷酸链构成的，一条链的方向是 5′→3′， 另一条链则是 3′→5′。 B、两条链的糖一磷酸主链都是右手螺旋,有一共同的螺旋轴。螺旋表面有一条大沟和 一条小沟。 C、两条链的碱基在内侧，糖一磷酸主链在外侧，两条链由碱基间的氢键相连。 D、双螺旋直径为2nm。碱基对的平面约与螺旋轴垂直，相邻碱基对平面间的距离（碱 基堆积距离）是 0.34nm。相邻核苷酸彼此相差 36°。双螺旋的每一转有 10 对核苷酸，每 转高度为 3.4 nm。 E、碱基成对有一定规律，腺嘌呤一定与胸腺嘧啶成对，鸟嘌呤一定与胞嘧啶成对。 因此有四种可能的碱基对，即 A—T，T—A，G—C 和 C—G。A 和 T 间构成二个氢键，G 和 C 间构成三个氢键。 由于四种碱基对都适合此模型，每条链可以有任意的碱基顺序，但由于碱基成对的规 律性，如一条链的碱基顺序已确定，则另一条链必有相对应的碱基顺序。两条链的碱基组 成和排列顺序并不一定相同。 大多数天然 DNA 具有双链结构。某些小细菌病毒如φX174 和 M13的 DNA 是单链分 子。 DNA 双螺旋模型最主要的成就是引出“互补”（碱基配对）概念。根据碱基互补原则， 来 源 碱基的相对含量(摩尔％) 来 源 碱基的相对含量(摩尔%) 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶* 胸腺嘧啶 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧 啶 人 30.9 19.9 19.8 29.4 扁豆 29.7 20.6 20.1 29.6 牛胸腺 28.2 21.5 22.5 27.8 酵母 31.3 18.7 17.1 32.9 牛 脾 27.9 22.7 22.1 27.3 大肠杆菌 24.7 26.0 25.7 23.6 牛精子 28.7 22.2 22.0 27.2 金黄色葡萄球菌 30.8 21.0 19.0 29.2 大鼠(骨髓) 28.6 21.4 21.5 28.4 结核分枝杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6 母鸡 28.8 20.5 21.5 29.2 φ×174(单链) 24.6 24.1 18.5 32.7 蚕 28.6 22.5 21.9 27.2 φ×174(复制型) 26.3 22.3 22.3 26.4 小麦(胚) 27.3 22.7 22.8 27.1 噬菌体λ 21.3 28.6 27.2 22.9 *包括 5-甲基胞嘧啶