高中生物竞赛辅导课件—DNA与RNA之2

2 超螺旋影响双螺旋的结构
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。
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。
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。
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。
松驰结构
三链 DNA可能的功能
a) 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
c) 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。
• 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。
•
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
G
G
G
G
G
G
G
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
类型:
真核生物染色体端粒DNA结构
GGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT
T T G G G G 5‘ T T
T G
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 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。
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。
2）转录作用的终止与回文结构也有关系。
3 三螺旋DNA
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
• 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。
真核生物线状DNA与蛋白质结合以环状的 形成存在。
真核生物染色体
线形分子DNA
组蛋白
多级螺旋 多个类似环型的 结构
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。
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。
单链形成发夹结构
反 向 重 复 与 十 字 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。

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’
遗传物质—— DNA与RNA
第四组问题？
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)
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。
G G G G G G
T G G G G G
G
G
T T T
3‘
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，
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。
三螺旋
双螺旋
结构单元：三碱基体， 结合方式：碱基间形成氢键；
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；
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) ： 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)