分子生物学讲义(4)

2021-01-20 15:12

嘧啶环间的重迭面积在不同形式的排列中不同。

2.2.1.5 DNA双螺旋结构是动态的

在DNA双螺旋结构中,配对碱基之间的氢键处于连续不断的断裂和再生的动态平衡之中。

甲醛变性试验证明在DNA中各碱基上的氨基总是形成氢键的,而甲醛只能和自由氨基起反应。甲醛能和DNA的氨基起反应使DNA发生不可逆变性,是因为当碱基之间氢键断裂时,甲醛才有机会与氨基起反应。由于断裂的氢键又可能立即恢复,甲醛要与全部氨基起反应需经过相当长的时间。配对碱基间的氢键不但处于断裂和再生的平衡状态中,氢键上的氢原子还能和水发生交换,可用重水(3H2O)作溶剂得到证明。这进一步证明氢键的迅速地断裂和再生过程。特别是在富含A-T的节段更明显,经常发生瞬间的单链泡状结构,这对于某些特殊的蛋白质与DNA发生反应并阅读DNA链内部储藏的信息具有重要作用。

2.2.1.6 双螺旋结构的意义

① 确立了核酸作为信息分子的结构基础; ②提出了碱基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式;

③确定了核酸是遗传的物质基础,为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用奠定了基础。

DNA的二条链是一对互补的模板(亲本),复制时两条链分开, 每条链都作为模板指导合成与自身互补的新链,最后从原有的两条链得到两对链而完成复制。

在严格碱基配对基础上的互补合成保证了复制的高度保真性。复制得到的每对链中只保留了一条亲链,称为半保留复制(semi-conservative replication)。

在满足二条链碱基互补的前提下,DNA的一级结构并不受限制。这一特征能很好的阐明DNA作为遗传信息载体在生物界的普遍意义。

实验证明半保留复制是生物体遗传信息传递的最基本方式。

2.2.2 DNA二级结构的多态性

DNA结构的研究手段主要是X射线衍射技术,它是通过间接观测多个DNA分子有关结构参数的平均值而获得的。1953年Watson和Crick提出的DNA右手双螺旋模型基本上相当于B型。

B型是用生理盐浓度的DNA溶液抽成纤维,在92%的相对湿度下进行x光衍射测定出来的。除了B构象外人们还发现了A构象、C构象、D构象和E构象等右手双螺旋构象以及左手双螺旋的Z构象。

2.2.2.1 A-DNA和B-DNA

B-构象最常见的DNA构象,大量的工作证明了在溶液中的DNA确实是采取B构象。细胞中含有大量的水分,据信细胞DNA也是主要采取B构象。然而,细胞并不是均一的溶液,而且细胞中的DNA常常与蛋白质紧密结合,在某些区域发生构象上的改变是完全有可能的。

DNA的结构是可变的。 在以钠、钾或铯作反离子,相对湿度为75%时,DNA分子的X-射线衍射图显示的是A-构象。A-构象不仅出现于脱水DNA中,还出现在RNA分子中的双螺旋区和DNA-RNA杂交分子和RNA-RNA双链中。

B-DNA与A-DNA的比较

DNA锂盐在相对湿度为66%,其构象为C-构象。这种构象仅在实验室中观察到。D构象和E构象仅适用于缺少G-C对的DNA分子,每圈螺旋的碱基对数分别为8和7.5。人工组建的poly(dA)、poly(dT)仍然是B构象,但其小沟明显变狭,这可能妨碍与组蛋白八聚体形成核小体结构。DNA的构象是可变的,在不同的条件下构象不同。但这些DNA都是右手双螺旋;这些螺旋中都有两个螺旋沟,分为大沟与小沟,只是它们的宽窄和深浅程度有所不同。

2.2.2.2 Z-DNA

Wang和Rich等在研究人工合成的d(CGCGCG)单晶的X-射线衍射图谱时,发现这种六聚体的构象不同于B-构象。它是左手双螺旋,在主链中各个磷酸根呈锯齿(Zigzag)状排列,因此称Z-构象。Z-构象中的重复单位是二核苷酸;Z-DNA只有一个螺旋沟,它相当于B构象中的小沟,它狭而深,大沟则不复存在。

B-DNA与Z-DNA的比较 ①Z-DNA的结构特点

糖磷酸骨架呈―之‖字形(Zigzag)走向。 Z-DNA的形成是DNA单链上出现嘌呤与嘧啶交替排列所成的。这种排列方式会造成核苷酸的糖苷键的顺式和反式构象的交替存在。

当碱基与糖构成反式结构时,它们之间离得远;而当它们成顺式时,就彼此接近。

嘧啶糖苷键通常是反式的,而嘌呤糖苷酸键既可成顺式的也可成反式的。

嘧啶的糖苷键不能采取顺式构象,是因为嘧啶的第2位酮基不允许顺式糖苷键的存在,否则距离太近,不符合立体化学原理。

在Z-DNA中嘌呤碱是顺式的。因此在Z-DNA中嘧啶的糖苷链离开小沟向外挑出,而嘌呤上的糖苷键则弯向小沟。嘌呤与嘧啶的交替排列就使得糖苷键也是顺式与反式交替排列,从而使Z-DNA主链P-G-P行经与转轴平行,而P-C-P的行经与主轴垂直而呈锯齿状或―Z‖字形。

左旋。因G的糖苷键呈顺式(syn),不仅使旋转方向发生改变。而且使G残基位于分子表面。

分子外形呈波形。这是由于碱基对向螺旋的外表面前移,中轴不再像B-DNA位于碱基对,而移向小沟。

虽然Z- DHA左手双螺旋-周有12个碱基对,但形式上只有6个重复单位,每个重复单位是两个碱基对。

Z-DNA与B-DNA连接处的结构,韩国人发表在2005年10月20日《nature》上。

②Z-DNA存在的条件

DNA分子中存在有Z-DNA区。而且有一些因素可以促使B-DNA转变为Z-DNA。


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