《DNA的空间结构》PPT课件.ppt

2020 3 22 1 第3节DNA的空间结构 1DNA的双螺旋结构的研究背景2DNA的双螺旋结构 double helicalstructure 2 1DNA双螺旋结构的特点2 2DNA双螺旋结构稳定的因素2 3DNA双螺旋结构的多态性 类型 2 4三股螺旋3DNA的三级结构 tertiarystructure 2020 3 22 2 1953 4 25 核酸的分子结构 脱氧核糖核酸的结构 Watson Crick Wilkins共获 诺贝尔生理学或医学奖 1962 2003年 美国国会将4月定为 人类基因组月 4月25日为全国 DNA日 2003年10月 Watson访问杭州 担任 沃森基因组研究院 名誉院长 2020 3 22 3 Watson 1928 4 6 andCrick 1916 2004 7 28 2020 3 22 4 Whowouldhavethought 40yearsago thatthethree dimensionalstructureofDNAwouldbebothsoelegantandsosuggestive Itissoberingtorealizethatithasexistedforbillionsofyearsandyetitwasonly40yearsagothatitwasfirstrevealedtous IwishChinesebiochemistseverysuccessintheirexperimentsusingthisbeautifulmolecules 2020 3 22 5 1DNA的双螺旋结构的研究背景 证据 1 1DNA的碱基组成规律 Chargaff规则1 2DNA晶体X 射线衍射图谱Wilkins和Franklin1 3已知核酸化学结构和电位滴定证明 嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接 1 4蛋白质 螺旋模型 右手 的启发Pauling 2020 3 22 6 1 1Chargaff规则的内容 具有物种的特异性 没有组织器官的特异性 不受生长发育 营养状况及环境条件的影响 A T G C A G C T 2020 3 22 7 1 2X 射线衍射原理图 2020 3 22 8 DNA晶体X 射线衍射图谱 DNA纤维和晶体的x 衍射分析图 2020 3 22 10 2 1DNA双螺旋结构的特点 两条链反向平行 右手螺旋 DNA分子骨架 磷酸与脱氧核糖 在外侧 碱基在内侧 碱基平面与纵轴垂直 大沟 majorgroove 和小沟 minorgroove 直径为2nm 碱基堆积距离为0 34nm 两相邻核苷酸间夹角为36o 螺距 10bp 为3 4nm A与T配对 形成2个氢键 G与C配对 形成3个氢键 即碱基互补配对原则 2020 3 22 11 DNA双链与双螺旋结构 2020 3 22 12 2020 3 22 13 碱基堆积距离 2020 3 22 14 相邻核苷酸之间的夹角 2020 3 22 15 A与T G与C间的氢键 2020 3 22 16 2 2DNA双螺旋结构稳定的因素 1 碱基对之间的氢键 2 碱基堆积力 base stackingforce 由芳香族碱基 电子间的相互作用引起的 能形成疏水核心 是稳定DNA最重要的因素 3 离子键 ionbond Na K Mg2 等阳离子 4 范德华力 2020 3 22 17 2 3DNA双螺旋结构的多态性 类型 B DNA 92 相对湿度 接近细胞内的DNA构象 与Watson和Crick提出的模型相似 A DNA 75 相对湿度 与溶液中DNA RNA杂交分子的构象相似 推测转录时发生B A 其碱基平面倾斜20 螺距与每一转碱基对数目都有变化 Z DNA 主链呈锯齿型左向盘绕 直径约1 8nm 螺距4 5nm 每一转含12个bp 只有小沟 B DNA与Z DNA的相互转换可能和基因的调控有关 2020 3 22 18 C DNA 44 46 相对湿度 螺距3 09nm 每转螺旋9 33个碱基对 碱基对倾斜6 可能是特定条件下B DNA和A DNA的转化中间物 D DNA 60 相对湿度 DNA中A T序列交替的区域 每个螺旋含8个bp 螺距2 43nm 碱基平面倾斜16 2020 3 22 19 A DNA B DNA和Z DNA 2020 3 22 20 2020 3 22 21 H DNA 三条链局部螺旋 2 4三股螺旋在三股螺旋中 通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸 寡嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合 并与嘌呤碱形成Hoogsteen配对 第三股与寡嘌呤核苷酸之间为同向平行 三股螺旋中的第三股可以来自分子间也可以来自分子内 一般认为 三股中碱基配对方式必须符合Hoogsteen模型 即第三个碱基以A或T与A T碱基对中的A配对 G或C与G C碱基对中的G配对 C必须质子化 以提供与G的N7结合的氢键供体 并且它与鸟嘌呤配对只形成两个氢键 H DNA存在于基因调控区和其它重要的区域 从而显示它具有重要的生物学意义 2020 3 22 24 3DNA的三级结构 DNA双螺旋进一步扭曲即成三级结构 超螺旋是DNA三级结构的一种形式 天然DNA有双链DNA dsDNA 有的病毒为单链DNA ssDNA 在dsDNA中 环状分子 dcDNA 质粒 线粒体 叶绿体 病毒 细菌开环DNA ocDNA 双链环状DNA的一条链断裂 分子呈松弛状态 线形分子 大多数 环状DNA的双链断开 2020 3 22 25 2020 3 22 26 原核生物 超螺旋的结构 2020 3 22 27 3 2真核生物中的核小体结构 在生物体内核酸通常都与蛋白质结合形成复合物 以核蛋白的存在 在真核细胞染色质中 DNA双螺旋分子盘绕在组蛋白上形成核小体 许多核小体由DNA连成念珠状结构 再盘绕压缩成高层次的结构 染色体 DNA分子量巨大 将它组装到有限的空间中需要高度组织 这种组装可以用压缩比表示 压缩比 DNA分子长度与组装后特定结构长度之比 Kornberg核小体模型染色质的基本结构单位是核小体 Kornberg根据电镜观察核X衍射等资料提出模型 1 核小体由组蛋白核心和盘绕其上的DNA链构成 核心为八聚体 由组蛋白H2A H2B H3 和H4各2分子组成 DNA链以左手螺旋在组蛋白核心上盘绕1 8圈 共146bp 核小体之间的连接DNA长度平均200bp 组蛋白H1结合于连接DNA上 2 核小体由连接DNA相连 可进一步盘绕成30nm的染色质纤丝 每圈6个核小体 由组蛋白H1维系稳定性 2020 3 22 30 3 2 在真核生物中 双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕 从而形成特殊的串珠状结构 称为核小体 核小体结构属于DNA的三级结构 2020 3 22 31 染色体包装的结构模型 多级螺旋模型压缩倍数76405 8400 DNA 核小