生物化学核酸化学专家讲座

第三章核酸化学

主要内容：介绍核苷酸和核酸分类和化学组成，重点讨论DNA和RNA结构特征，初步认识核酸结构特征与其功效相关性；介绍核酸主要理化性质和核酸研究普通方法。返回思索

生物化学核酸化学专家讲座第1页目录第一节核酸概述第二节核酸基本构件单位—核苷酸第三节DNA分子结构第四节RNA分子结构第五节核酸理化性质第六节基因和基因组第七节DNA超螺旋和染色体结构生物化学核酸化学专家讲座第2页第一节核酸概论一、核酸研究历史和主要性二、核酸种类和分布三、DNA储存遗传信息证实生物化学核酸化学专家讲座第3页

核酸分类和分布

脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）:遗传信息贮存和携带者，生物主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中都有各自DNA。原核细胞没有显著细胞核结构，DNA存在于称为类核结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。

核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）：主要参加遗传信息传递和表示过程，细胞内RNA主要存在于细胞质中，少许存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息储存者。另外在植物中还发觉了一类比病毒还小得多侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质游离RNA分子，还发觉有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。生物化学核酸化学专家讲座第4页核酸研究历史和主要性

1869

Miescher从脓细胞细胞核中分离出了一种含磷酸有机物，当初称为核素（nuclein）,后称为核酸（nucleicacid）；今后几十年内，搞清了核酸组成及在细胞中分布。

1944Avery

等成功进行肺炎球菌转化试验；1952年Hershey等试验表明32P-DNA可进入噬菌体内，证实DNA是遗传物质。

1953

Watson和Crick建立了DNA结构双螺旋模型，说明了基因结构、信息和功效三者间关系，推进了分子生物学迅猛发展。

1958

Crick提出遗传信息传递中心法则，

60年代RNA研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转录酶）。生物化学核酸化学专家讲座第5页核酸研究历史和主要性（续）历史

70年代建立DNA重组技术，改变了分子生物学面貌，并造成生物技术兴起。

80年代

RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、“RNA世界”假说等等。

90年代以后

实施人类基因组计划（HGP）,开辟了生命科学新纪元。生命科学进入后基因时代：

功效基因组学（functionalgenomics）

蛋白质组学（proteomics）

结构基因组学（structuralgenomics）

RNA组学（Rnomics）或核糖核酸组学（ribonomics）生物化学核酸化学专家讲座第6页第二节核酸基本结构单位—核苷酸一、核苷酸化学组成与命名

1、碱基、核苷、核苷酸概念和关系

2、常见碱基结构与命名法

3、常见（脱氧）核苷酸基本结构与命名

4、稀有核苷酸二、核苷酸生物学功效三、磷酸二酯键和多核苷酸生物化学核酸化学专家讲座第7页5´-磷酸核苷酸基本结构OO（N=A、G、C、U、T）HH(O)H1´2´NOHCH2HH5´4´3´PO-OOO-核糖磷酸碱基生物化学核酸化学专家讲座第8页碱基、核苷、核苷酸概念和关系

NitrogenousbasePentosesugarHOCH2HOHDoxyribose(inDNA)HOCH2HOOHRibose(inRNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG戊糖核苷酸磷酸核苷碱基生物化学核酸化学专家讲座第9页基本碱基结构和命名嘌呤嘧啶Adenine

(A)Guanine

(G)Cytosine(C)Uracil(U)Thymine(T)生物化学核酸化学专家讲座第10页核苷酸结构和命名

腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosinemonophosphate

脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）Deoxyadenosinemonophosphate鸟嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOH生物化学核酸化学专家讲座第11页PPPPPPPP常见（脱氧）核苷酸结构和命名鸟嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）生物化学核酸化学专家讲座第12页几个稀有核苷假尿苷（

）O2

-甲基腺嘌呤核苷N6-二甲基腺嘌呤核苷（m26A）二氢尿嘧啶（DHU）核苷HHHH5CH3CH3H3C生物化学核酸化学专家讲座第13页二、核苷酸生物学功效

作为核酸单体

一些多磷酸核苷酸是细胞中携能物质（如ATP、GTP、CTP、GTP）

一些核苷酸是许多酶辅助因子结组成份

一些核苷酸细胞通讯通讯媒介（如cAMP、cGMP、ppGpp）生物化学核酸化学专家讲座第14页

三磷酸核苷酸

5´-NMP5´-NDP5´-NTPN=A、G、C、U脱氧三磷酸核苷酸

5´-dNMP5´-dNDP5´-dNTPN=A、G、C、T

(d)AMPAdenosinemonophosphate

(d)ADPAdenosinediphosphate

(d)ATPAdenosinetriphosphate(O)H腺苷酸及其多磷酸化合物高能化合物—（脱氧）三磷酸核苷酸生物化学核酸化学专家讲座第15页OPOOHOA(G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGMP)结构

Cyclicadenylie(Guanine)acid生物化学核酸化学专家讲座第16页5533核酸分子中核苷酸之间共价键3

-5

磷酸二酯键生物化学核酸化学专家讲座第17页

第三节DNA分子结构

一、DNA一级结构二、DNA碱基组成特点和规律三、DNA二级结构生物化学核酸化学专家讲座第18页肺炎球菌转化试验图解

R型细胞（无毒）破碎细胞R型细胞接收S型DNA大多数仍为R型少数R型细胞被转化产生S型荚膜SR+DNA证实DNA储存遗传信息试验之一DNAase降解后DNA后代只有R型RS型细胞（有毒）生物化学核酸化学专家讲座第19页

Hershey-Chase试验放射性蛋白衣壳32P试验35S试验非放射性细胞放射性细胞非放射性蛋白衣壳放射性DNA注射DNA剪切搅拌使衣壳离开细菌细胞离心作用使细胞与衣壳分离非放射性DNA细菌细胞蛋白衣壳DNA生物化学核酸化学专家讲座第20页一、DNA一级结构

DNA分子中各脱氧核苷酸之间连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列次序叫做DNA一级结构，简称为碱基序列。一级结构走向要求为5´→3´。不一样DNA分子含有不一样核苷酸排列次序，所以携带有不一样遗传信息。

一级结构表示法结构式，线条式，字母式5´3´5´3´5´5´3´生物化学核酸化学专家讲座第21页DNA一级结构表示法5´3´结构式5´3´

p

p

p

pOH3´ACTG1´线条式5´

ACTGCATAGCTCGA3´字母式5´3´生物化学核酸化学专家讲座第22页二、DNA碱基组成特点和规律

不一样物种间DNA碱基组成普通是不一样；

一个给定物种DNA碱基组成不因个体年纪、营养状态和环境改变而改变

；

DNA碱基组成Chargaff定则：腺嘌呤和胸腺嘧啶摩尔数相等，即[A]=[T]；鸟嘌呤和胞腺嘧啶摩尔数也相等，即[G]=[C]；嘌呤总数等于嘧啶总数，即[A]+[G]=[C]+[T]。生物化学核酸化学专家讲座第23页DNA、RNA一级结构

DNA一级结构5´3´OHOHOH5´3´RNA一级结构生物化学核酸化学专家讲座第24页三、DNA二级结构

（1）DNA双螺旋结构(Watson-Crick模型)（2）

DNA双螺旋结构特征及意义（3）DNA双螺旋多态性（4）其它DNA螺旋结构JamesWatsonFrancisCrick生物化学核酸化学专家讲座第25页DNA双螺旋结构形成5´3´5´3´5´3´5´3´磷酸脱氧核糖碱基T-A碱基对C-G碱基对小沟大沟生物化学核酸化学专家讲座第26页DNA双螺旋模型特点

a.两条反向平行多聚核苷酸链沿一个假设中心轴右旋相互盘绕而形成。

b.磷酸和脱氧核糖单位作为不变骨架组成位于外侧，作为可变成份碱基位于内侧，链间碱基按A—T，G—C配对（碱基配对标准，Chargaff定律）

c.螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对(basepair,bp)重复一次，间隔为3.4nm生物化学核酸化学专家讲座第27页

碱基之间氢键

碱基堆集力

磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和

碱基处于疏水环境中DNA双螺旋结构稳定原因

小沟大沟大沟小沟生物化学核酸化学专家讲座第28页DNA双螺旋结构模型意义

DNA双螺旋结构模型主要特征受到许多化学和生物学证据支持，它揭示了DNA作为遗传物质稳定性特征（碱基配对、双链互补、反向平行），这是是DNA复制、转录和反转录分子基础，亦是遗传信息传递和表示分子基础。该模型提出是本世纪生命科学重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展基石。生物化学核酸化学专家讲座第29页DNA局部构象

脱氧核糖五元环折叠核苷残基顺式和反式主链中单键旋转生物化学核酸化学专家讲座第30页DNA双螺旋不一样构象

A-DNAZ-DNAD-DNAC-DNAB-DNA生物化学核酸化学专家讲座第31页三种DNA双螺旋构象比较A-DNAZ-DNAB-DNAABZ外型粗短适中细长螺旋方向右手右手左手螺旋直径2.55nm2.37nm1.84nm碱基直升0.28nm0.34nm0.37nm碱基夹角32.7034.6060.00每圈碱基数1110.512轴心与碱基对关系2.46nm3.32nm4.56nm碱基倾角2006010糖苷键构象反式反式C、T反式，G顺式大沟很窄很深很宽较深平坦小沟很宽、浅窄、深较窄很深生物化学核酸化学专家讲座第32页DNA双螺旋三种不一样构象A-DNAZ-DNAB-DNA生物化学核酸化学专家讲座第33页DNA回文次序（palindrome）

-T-T-A-G-C-A-C-G-T-G-C-T-A-A--A-A-T-C-G-T-G-C-A-C-G-A-T-T-5

3

3

5

回文结构(序列):指DNA序列中，以某一中心为对称轴，其两侧碱基对次序正读和反读都相同双螺旋结构,即对称轴一侧片段旋转180◦后，与另一侧片段相重复。DNA二级结构多样性二重旋转对称轴生物化学核酸化学专家讲座第34页DNA分子中十字形结构形成富于AT富于AT

含有回文结构多核苷酸链因为同一条链内有互补序列，因而在单链DNA或RNA中能形成发卡结构，在双链DNA内能形成十字型结构。DNA二级结构多样性生物化学核酸化学专家讲座第35页DNA二级结构多样性Holliday结构

生物化学核酸化学专家讲座第36页DNA分子内三链结构

多聚嘌呤多聚嘧啶Hoogsteen碱基配对T-A-TC-G-C多聚嘌呤多聚嘧啶DNA分子间三链结构DNA二级结构多样性生物化学核酸化学专家讲座第37页第四节

RNA分子结构

一、RNA一级结构和类别二、tRNA

分子结构三、mRNA分子结构四、rRNA分子结构生物化学核酸化学专家讲座第38页RNA一级结构

RNA分子中各核苷之间连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列次序叫做RNA一级结构OHOHOH5´3´

RNA与DNA差异

DNA

RNA糖脱氧核糖核糖碱基AGCTAGCU

不含稀有碱基含稀有碱基生物化学核酸化学专家讲座第39页2、其它RNA:

●有催化活性RNA(ribozyme，核酶)

●有调整功效RNA

如：反义RNA(antisenseRNA)

非编码RNA(noncodingRNA,ncRNA)

，如微RNA(microRNA，miRNA)和小干扰RNA（smallinterferingRNA，siRNA）RNA类别1、与遗传信息传递和表示相关RNA

●信使RNA（messengerRNA，mRNA）：在蛋白质合成中起模板作用；

●核糖体RNA（ribosoalRNA，rRNA）：与蛋白质结合组成核糖体（ribosome）,核糖体是蛋白质合成场所；

●.转移RNA（transforRNA，tRNA）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸作用。生物化学核酸化学专家讲座第40页tRNA结构二级结构特征：单链三叶草叶形四臂四环三级结构特征：在二级结构基础上深入折叠扭曲形成倒L型生物化学核酸化学专家讲座第41页酵母tRNAAla

二级结构

DHU环IGC反密码子反密码环氨基酸臂可变环TψC环CCAAla3´5´生物化学核酸化学专家讲座第42页tRNA三级结构DHUloopTCloopAnticodonloopCCATerminus5

3

生物化学核酸化学专家讲座第43页

rRNA分子结构特征：

单链，螺旋化程度较tRNA低

与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功效5srRNA二级结构生物化学核酸化学专家讲座第44页

mRNA分子结构原核生物mRNA特征：

先导区+翻译区（多顺反子）+末端序列真核生物mRNA特征：

“帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）+单顺反子+“尾巴”（PolyA）生物化学核酸化学专家讲座第45页原核细胞mRNA结构特点5´3´顺反子插入次序插入次序先导区末端次序顺反子（cistron）：核酸分子中为一条多肽链编码区段，个顺反子实际上就是一个基因（gene）顺反子顺反子多顺反子mRNA(polycistronicmRNA)生物化学核酸化学专家讲座第46页真核细胞mRNA结构特点AAAAAAA-OH5´

“帽子”PolyA

3´

单顺反子mRNA(monocistronicmRNA)m7G-5´ppp-N-3´p顺反子生物化学核酸化学专家讲座第47页第五节核酸理化性质

一、核酸两性解离性质及核酸电泳

二、核酸紫外吸收（λmax=260nm）三、核酸变性、复性和分子杂交

四、核酸熔解温度（Tm）

五、核酸沉降性质生物化学核酸化学专家讲座第48页核苷酸解离曲线pK1=0.9第一磷酸基pK3=6.2第二磷酸基pK2=3.7含氮环腺嘌呤核苷酸pK1=0.7第一磷酸基pK3=6.1第二磷酸基pK2=3.7含氮环烯醇式羟基鸟嘌呤核苷酸pK1=0.8第一磷酸基pK3=6.3第二磷酸基pK2=4.3含氮环胞嘧啶核苷酸pK1=1.0第一磷酸基pK3=6.4第二磷酸基烯醇式羟基尿嘧啶核苷酸pH离子化程度小牛胸线DNA滴定曲线pH生物化学核酸化学专家讲座第49页核酸两性解离性质及核酸电泳

核酸分子中现有碱性基团，又含有磷酸基团，因磷酸酸性强，核酸在生理pH条件下表现为酸性。核酸在一定pH缓冲溶液中带有电荷，所以能够利用电泳方法对其进行分离和并研究其特征。DNA相对分子质量标准物电泳图谱-+

DNA/HindⅢ产物(kp)生物化学核酸化学专家讲座第50页DNA紫外吸收光谱天然DNA变性DNA核苷酸总吸收值1232202402602800.10.20.30.4波长（nm）光吸收123生物化学核酸化学专家讲座第51页DNA变性过程加热部分双螺旋解开无规则线团链内碱基配对生物化学核酸化学专家讲座第52页核酸变性、复性和杂交变性（加热）探针(probe)杂交（迟缓冷却）复性（迟缓冷却）

变性：在物理、化学原因影响下，DNA碱基对间氢键断裂，双螺旋解开，这是一个是跃变过程，伴有A260增加（增色效应）,DNA功效丧失。复性：在一定条件下，变性DNA单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有A260减小（减色效应）,DNA功效恢复。生物化学核酸化学专家讲座第53页DNA分子复杂度计算完全变性DNA复性反应可表示为：dcdt=kc2cco=11+kcot上式积分得：cco=12=1211+kcot1/2当反应完成二分之一时，即时，1k=Kcot1/2=整理得：K—反应动力学常数c—以核苷酸摩尔表示单链DNA浓度—复性速度微分dcdt式中

此式表示DNA复性反应初始浓度co与反应完成二分之一所需时间乘积是个常数。cot1/2或K亦称DNA复杂度(complexity,C)，K值因DNA分子量增大而增大。生物化学核酸化学专家讲座第54页各种不一样DNA分子复性动力学曲线135001.7×1054.2×106基因组(bp)cot1/2=K,为DNA分子复杂度,是各物种DNA含量一个衡量100%C0T1/2复性部分生物化学核酸化学专家讲座第55页分子杂交原理示意图

不一样起源DNA单链间或单链DNA与RNA之间只要有碱基配正确区域，在复性时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交(hybridization）制备特定探针（probe）经过杂交技术可进行基因检测和定位研究。实例：southern印迹法生物化学核酸化学专家讲座第56页Southern印迹法DNA分子限制片段限制性酶切割琼脂糖电泳转移至硝酸纤维素膜上与放射性标识DNA探针杂交放射自显影带有DNA片段凝胶凝胶滤膜用缓冲液转移DNA吸附有DNA片段膜生物化学核酸化学专家讲座第57页Tm：熔解温度（meltingtemperature）Polyd(A-T)DNAPolyd(G-C)

DNA变性发生在一个很窄温度范围内，通常把热变性过程中A260到达最大值二分之一时温度称为该DNA熔解温度，用Tm表示。

Tm大小与DNA分子中（G+C）百分含量成正相关，测定Tm值可推算核酸碱基组成及判断DNA纯度。一些DNATm值60801001.01.41.2100%A260t\0CTmTmTm123123生物化学核酸化学专家讲座第58页沉降系数（S）生物大分子在单位离心力场作用下沉降速度称为沉降系数。即沉降系数是微颗粒在离心力场作用下，从静止状态抵达极限速度所需要时间。其单位用Svedberg，即S表示，S=1×10-13秒。

沉降系数（S）与分子量（M）关系Svederg方程:M=RTSD(1-

)生物化学核酸化学专家讲座第59页第六节基因和基因组

染色体上为一条功效性多肽或一个RNA编码，以及要求各种基因选择性表示信息一个DNA片段称为基因(gene)，一个细胞中全部基因和基因间总和称为基因组(genome)。现在亦把能独立地传递遗传信息病毒DAN、质粒DNA或RNA分子称为病毒基因组和质粒基因组。

顺反子(cistron)是遗传学中定义遗传单位，一个顺反子就是为一条功效性多肽编码基因。一、DNA碱基组成和序列特征二、DNA序列遗传信息生物化学核酸化学专家讲座第60页DNA碱基组成和序列组织碱基组成特点:

a.A=T,G=C;（Chargaff规则）

b.同一物种GC含量相同,种间差异显著;c.含有修饰化碱基,主要是甲基化;d.原核生物碱基组成均匀，真核生物碱基组成显示出极大不均匀性。真核序列组织特点:

a.存在着四类序列：高度重复序列、中度重复序列、单一序列、反向重复序列

b.大多数蛋白质基因和基因是割（断）裂基因，含有一些称为内含子（intron）而且转录后被切除序列

c.基因间存在着转录或不转录间隔区；

d.存在着假基因（pseudogene）,这些序列与真基因具高度同源性，但因为突变而不能表示。氯化铯中浮力密度光吸收DNA主带1.700卫星DNA1.692(ACAAACT)n1.688(AtAAACT)n1.671(ACAAAtT)n

果蝇卫星DNA(satelliteDNA)生物化学核酸化学专家讲座第61页DNA序列和遗传信息

反式行为因子(trans-acting-factor):要求各种蛋白质和RNA结构信息顺式行为元件(cis-acting-element):要求各种基因选择性表示信息

DNA核苷酸序列经过mRNA要求蛋白质氨基酸序列，同时信息转换还要经过蛋白质以外因子,如tRNA、核糖体等来完成

储存在DNA精细结构中，直接表现为特定空间结构，即“密码结构域”，经过DNA相关序列形成特异性结构与相关蛋白质因子结合来表达

思索：人类基因组计划(HGP)主要研究结果之一是人类基因总数在3-3.5万个之间，远远低于原来预计10万个，也远远少于其它一些生物，而人又是地球上最复杂最有智慧生物，怎样解释这个事实？生物化学核酸化学专家讲座第62页真核染色体端粒(telomere)AACCCCTTGGGGTTGGGGTTG3´5´

端粒是真核染色体末端序列，由一段十分简单串联重复序列组成，如人端粒重复单位为TTAGGG,四膜虫为GGGGTT。端粒生物学功效是保持染色体稳定，它决定着细胞寿命。染色体DNAG-四联体富含G端粒序列形成不寻常结构a.单链形式b.回折结构c、d.四链结构abcd生物化学核酸化学专家讲座第63页第七节DNA超螺旋和染色体结构一、DNA拓扑学结构

拓扑学（topology）：数学一个分支，研究一个物体在不停变形情况下一些不变性质。二、DNA在体内包装和染色体结构生物化学核酸化学专家讲座第64页一、DNA拓扑结构

1．超螺旋DNA（supercoiledDNA）2．原核生物拓朴异构酶（topoisomerase）

(1)

超螺旋DNA形成

(2)超螺旋状态定量描述

(３)DNA超螺旋结构形成主要意义

(1)拓朴异构酶I(2)拓朴异构酶II

DNA拓扑学结构指双螺旋DNA分子经过扭曲和折叠所形成特定构象，包含不一样二级结构单元间相互作用、单链和二级结构单元间相互作用以及DNA拓扑特征。生物化学核酸化学专家讲座第65页螺旋和超螺旋电话线螺旋超螺旋生物化学核酸化学专家讲座第66页L=25,T=25,W=0松弛环形1152010523L=23,T=23,W=0解链环形15101520231510152025L=23,T=25,W=–2负超螺旋121482316131510152023右手旋转拧松两匝后线形DNADNA超螺旋形成超螺旋拓扑学公式：L=T+W或

=+链分开生物化学核酸化学专家讲座第67页超螺旋状态定量描述

公式1：

Lk=Tw+Wr

Lk——连系数（linkingnumber），DNA双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕次数（右手为“+”，左手为“-”）。

（含有不一样连系数同一个DNA分子称为这种DNA分子拓扑异构体）

Tw——DNA双链相互缠绕数（twistingnumber）

Wr——超螺旋数或螺旋轴缠绕数（writhingnumber）公式2：

=（Lk-Lk0）/Lk0

—

超螺旋度（degreeofsupercoiling）

Lk0—

松驰态DNA连环数

Lk—

超螺旋态DNA连环数L=25,T=25,W=0松弛环形1152010523L=23,T=25,W=–2负超螺旋12148231613生物化学核酸化学专家讲座第68页DNA超螺旋结构形成意义

使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中；

推进DNA结构转化以满足功效上需要。如负超螺旋分子所受张力会引发互补链分开造成局部变性，利于复制和转录。生物化学核酸化学专家讲座第69页原核生物两类拓扑异构酶

除连环数（L）不一样外其它性质均相同DNA分子称为拓扑异构体（topoisomerase）。DNA拓扑异构酶经过改变DNAL值而影响其拓扑结构。

拓扑异构酶I经过使DNA一条链发生断裂和再连接，能使超螺旋DNA转变成松弛型环状DNA，每催化一次可消除一个负超螺旋，即使L增加１，反应无需供给能量。

拓扑异构酶II则刚好相反，可使松弛型环状DNA转变成负超螺旋DNA，每催化一次，L降低２，可引入负超螺旋。拓扑异构酶II亦称促旋酶，它能够使DNA两条链同时断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要ATP提供能量。

细胞内两类拓扑异构酶含量受严格控制，使细胞内DNA保持在一定超螺旋水平。生物化学核酸化学专家讲座第70页原核拓扑异构酶I作用机制

拓扑异构酶I经过使DNA一条链发生断裂和再连接，能使超螺旋DNA转变成松弛型环状DNA，每催化一次可消除一个负超螺旋，即使L增加１，反应无需供给能量。切割穿越断口L=n+1L=n两端连接生物化学核酸化学专家讲座第71页原核拓扑异构酶II作用机制

拓扑异构酶II可使松弛型环状DNA转变成负超螺旋DNA,每催化一次，L降低２，可引入负超螺旋。拓扑异构酶II亦称促旋酶，它能够使DNA两条链同时断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要ATP提供能量。DNA双链断裂DNA双链穿过重复起始DNA释放DNA双链重新连接

生物化学核酸化学专家讲座第72页二、DNA在体内包装和染色体结构

染色体（chromosome）本质是病毒、细菌、真核细胞或细胞器中储存遗传信息核酸分子。染色体中含有几乎等量DNA和蛋白质，蛋白质主要成份是组蛋白和少许作为调整因子非组蛋白。真核生物DNA和组蛋白形成核小体，再组装成染色体。细菌染色体DNA被压缩成“拟核