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　　遗传物质——DNA与RNA

　　1、二级结构的其他形式 2、真核生物染色体端粒DNA结构 3 、DNA的超螺旋结构(三级结构)

　　第四组问题?

　　二级结构的其他形式

　　1 单链核酸形成的二级结构 2 反向重复与二级结构 3 三螺旋DNA 4 DNA的四链结构

　　1 单链核酸形成的二级结构

　　单链核酸的某段碱基可以与另一独立的单链分子的碱基配对，形成双螺旋，可以是DNA-DNA、RNA-RNA，也有DNA-RNA—分子杂交。

　　发夹结构： 同一个单链RNA/DNA的一段碱基序列附近存在着和它互补的碱基序列时，这个单链自身回折产生一个反平行的双螺旋结构。

　　单链RNA形成发夹结构

　　发夹结构由碱基配对的双螺旋区—茎和末端不配对的环构成。

　　互补序列间间隔较短或无间隔

　　互补序列间间隔较长

　　2 反向重复与二级结构 反向重复 ：双链DNA中的一段序列按确定的方向，读双链中的每条链的序列都相同， 反向重复中的序列又称回文序列。

　　单链形成发夹结构

　　形成十字结构要更耗能，所以在体外反向重复结构存在多，而体内无该结构。

　　反向重复与十字结构

　　作用： 1)较短的回文序列可能是作为一种信号 如：限制性内切酶的识别位点 一些调控蛋白的识别位点

　　例如限制性内切酶 EcoRⅠ的识别位点 5‘--GAATTC--3’ 3‘--CTTAAG--5’

　　2)转录作用的终止与回文结构也有关系。

　　??? 1953 年 Watson & Crick 双螺旋 DNA构型 证明沿大沟存在多余的氢键作为给体与受体

　　潜在的专一与DNA (蛋白质)?结合的能力

　　形成三链 DNA 可能性

　　3 三螺旋DNA

　　1957年 Felsenfield 发现：当双螺旋DNA中的一条链为全嘌呤链，另外一条链为全嘧啶链时，会出现核酸三链结构。

　　(Gp:) poly(U) + poly(U) + poly(A) 三螺旋RNA

　　双螺旋 DNA的概念

　　三链DNA是由三条核苷酸链按一定的规律绕成的螺旋状结构。

　　结构单元：三碱基体， 结合方式：碱基间形成氢键;

　　三螺旋

　　双螺旋

　　基本类型： 嘧啶-嘌呤-嘧啶型(YR*Y)：第三条嘧啶链以平行于双螺旋中嘌呤链的方向，缠绕到双螺旋的大沟上，与嘌呤链结合。 如TA*T和CG*C; 其中C必须质子化才能稳定三螺旋的结构，其碱基氢键构造是霍氏(K.Hoogsteen)首先提出，称为Hoogsteen霍氏氢键。 嘌呤-嘌呤-嘧啶( YR*R)：第三条嘌呤链反平行于双螺旋嘌呤链的方向缠绕到双螺旋的大沟上，与嘌呤链结合; 如CG*G、TA*A、TA*T、CG*A四种。

　　三链 DNA可能的功能

　　可阻止调节蛋白与 DNA结合, 关闭基因转录过程

　　b) 与基因重组, 交换有关

　　加入第三条DNA 作为分子剪刀, 定点切割DNA分子

　　d) 加入反义的第三条链终止基因的表达

　　4 DNA的四链结构

　　DNA3’-末端较长的富含G序列能够形成回折结构(下图a和b)，通过碱基间的非标准配对形成G的四链DNA(下图c和d)。 在这样的结构中，G形成一种四联体，相互间通过霍氏氢键方式结合。

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　在G-四链体结构中：G-四联体以螺旋方式堆积而成，四个鸟嘌呤构成G-四方体平面，其中每个鸟嘌呤都作为碱基对氢键的供体和受体。 结构单元：鸟嘌呤四联体

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　类型:

　　(Gp:) 5‘

　　(Gp:) 3‘

　　(Gp:) T

　　(Gp:) T

　　(Gp:) T

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) GG

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) G

　　(Gp:) T

　　(Gp:) T

　　(Gp:) T

　　(Gp:) T

　　(Gp:) T

　　(Gp:) T

　　GGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT

　　真核生物染色体端粒DNA结构

　　可能的功能

　　A 稳定真核生物染色体结构，抑制端粒酶的活性;

　　B 保证DNA末端准确复制

　　C 与DNA分子的组装有关

　　D 与染色体的减数分裂和有丝分裂有关

　　DNA的超螺旋结构(三级结构)

　　1 超螺旋

　　绝大多数原核生物及病毒的完整DNA分子都是共价封闭环分子。这种双螺旋环状分子再度螺旋化成为超螺旋， 真核生物线状DNA与蛋白质结合以环状的形成存在。

　　因此 超螺旋结构是DNA三级结构的主要形式。 超螺旋是有方向的，有正超螺旋和负超螺旋两种。

　　(Gp:) 真核生物染色体 线形分子DNA 组蛋白

　　(Gp:) 多级螺旋

　　(Gp:) 多个类似环型的 结构

　　超螺旋的成因

　　共价封闭环状DNA或者与蛋白质结合的DNA中，双链不能自由转动，额外的张力不能释放，导致DNA扭曲来缓解张力，最终形成超螺旋。

　　超螺旋结构的方向性 DNA分子无论是闭合还是开放结构，只要缺乏超螺旋结构，称为松旋结构。 负超螺旋：形成超螺旋时，旋转方向与DNA双螺旋方向相反，使得DNA分子内张力减少，使得解旋。 正超螺旋: 刚好相反，形成超螺旋的旋转方向与DNA螺旋方向相同，加大了DNA分子内部张力，使得紧旋。

　　(Gp:) 松驰结构 负超螺旋 解链结构

　　天然的DNA都呈负超螺旋，但在体外一些片状的染料分子，也能改变DNA的拓扑状态，嵌入相邻碱基之间影响碱基堆集作力。最明显得例子就是溴化乙锭，可得正超螺旋。

　　超螺旋DNA分子的结构紧密，有较大的沉降常数，有较大的电泳迁移率。这是实验室中分离纯化并鉴定超螺旋DNA的重要依据。

　　1)超螺旋是能量的储存形式： 2)负超螺旋可以控制DNA结构变化的平衡，完成松弛DNA不能完成的结构转化; 如负超螺旋推动完成DNA双链分离。

　　2 超螺旋影响双螺旋的结构

　　3 拓扑异构酶

　　所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异构酶产生的。 DNA拓扑酶催化同一DNA分子不同超螺旋状态之间的转变，催化一个DNA单链或双螺旋链穿过另外一个单双链。

　　DNA拓扑异构酶催化反应的本质： 先切断DNA的磷酸二酯键，改变DNA的链环数之后再连接之，兼具DNA内切酶和DNA连接酶的功能。

　　拓扑异构酶的生物学功能

　　b、防止细胞DNA的过度超螺旋 多种拓扑异构酶的作用严格控制体内负超螺旋维持在5%水平。

　　a、恢复由一些细胞过程产生的超螺旋 如：复制叉前面正超的消除 转录酶前正超的消除，后面负超的产生。

　　类型

　　1)Ⅰ型拓扑异构酶( TopⅠ) ： 2)II型拓扑异构酶(Top II )

　　1)拓扑异构酶I (TopoⅠ)： 作用特点： 作用于单链DNA 不需要ATP和任何等辅助因子。 对环状单链、双链DNA有打结或解结作用，以及使环状单链DNA形成环状双链DNA。

　　拓扑异构酶I 的作用

　　2) 拓扑异构酶Ⅱ( TopoⅡ )： 也叫DNA旋转酶(DNA gyrase) 作用特点： 作用双链DNA， 需要ATP水解为ADP以供能量。 能够环连或解环连，以及打结或解结。

　　拓扑异构酶II的作用

　　本讲到此结束!