一、元素組成一、元素組成一、元素組成一、元素組成?主要元素組成：主要元素組成： C、、H、、O、、N、、P(9~11%)?與蛋白質(zhì)比較，核酸與蛋白質(zhì)比較，核酸一般不含一般不含S，而，而P的含量較為穩(wěn)定，占的含量較為穩(wěn)定，占9-11% 二、基本構(gòu)成單位：核苷酸二、基本構(gòu)成單位：核苷酸(nucleotide)核苷酸由核苷酸由戊糖、磷酸和含氮堿戊糖、磷酸和含氮堿三部分構(gòu)成三部分構(gòu)成第第1313章章 核酸的結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)一、核苷酸一、核苷酸(一一) 堿基堿基（（1）嘧啶堿（）嘧啶堿（pyrimidine, Py））（（2）嘌呤堿（）嘌呤堿（purine, Pu））其它嘌呤（核酸的代謝產(chǎn)物）：其它嘌呤（核酸的代謝產(chǎn)物）：黃嘌呤、次黃嘌呤、尿酸等黃嘌呤、次黃嘌呤、尿酸等稀有堿基稀有堿基 大多出現(xiàn)在大多出現(xiàn)在tRNAtRNA中中 § 次黃嘌呤次黃嘌呤 ( ( I ) I ) §二氫尿嘧啶二氫尿嘧啶 ( ( D ) D ) §假尿嘧啶假尿嘧啶 ( ( ψ) ψ) §5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶( ( m m5 5C ) C ) §1-1-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤( ( m m1 1A ) A ) § N N6 6- - N N6 6甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤 ( m( m2 26 6A A ) )胺胺式式亞亞胺胺式式互互變變異異構(gòu)構(gòu)酮酮式式烯烯醇醇式式互互變變異異構(gòu)構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)特征堿基的結(jié)構(gòu)特征l嘌嘌呤呤堿堿和和嘧嘧啶啶堿堿分分子子中中都都含含有有共共軛軛雙雙鍵鍵體體系系，，在在紫紫 外外 區(qū)區(qū) 有有 吸吸 收收（（260 nm260 nm左右左右）。

組成核酸的戊糖組成核酸的戊糖 組成核酸的戊糖有兩種：組成核酸的戊糖有兩種： l 1‘1‘2‘2‘3‘3‘4‘5‘4‘5‘( (二二) )核苷核苷 nucleosidenucleoside糖與堿基之間以糖與堿基之間以 C-NC-N鍵鍵，稱為，稱為 N -N -糖糖苷鍵苷鍵 嘌呤核苷：糖嘌呤核苷：糖C C1’ 1’ -N-N9 9 堿，嘧啶核苷：堿，嘧啶核苷：糖糖C C1’1’-N-N1 1堿堿堿基堿基和和核糖核糖（（脫氧核糖脫氧核糖）通過）通過糖苷鍵糖苷鍵連連接形成核苷（脫氧核苷）接形成核苷（脫氧核苷）次黃苷次黃苷核糖核苷核糖核苷 A G C U99111‘1‘1‘1‘脫氧核糖核苷脫氧核糖核苷2 2．修飾核苷（．修飾核苷（modified nucleosidemodified nucleoside）：）： 也稱稀有核苷（也稱稀有核苷（minor nucleosideminor nucleoside）） 修飾核苷包括三種情況修飾核苷包括三種情況: : （（1 1）由）由修飾堿基修飾堿基和糖組成的核苷和糖組成的核苷（（2 2）由非修飾堿基和）由非修飾堿基和2-2-O-O-甲基核糖甲基核糖組成的核苷組成的核苷（（3 3）由堿基與糖）由堿基與糖連接方式特殊連接方式特殊的核苷的核苷（1）（2）稀有核苷酸修飾成分修飾成分l核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。

核酸中也存在一些不常見的稀有堿基稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物基的甲基化產(chǎn)物““稀有核苷稀有核苷””是由是由““稀有堿基稀有堿基””所生成的所生成的核苷核苷假尿苷（ψ） β1’,C5-糖苷鍵  還有一些核苷，它們的堿基不是嘌呤環(huán)，但可還有一些核苷，它們的堿基不是嘌呤環(huán)，但可把它們看作是鳥苷的衍生物，如把它們看作是鳥苷的衍生物，如Y Y核苷、核苷、Q Q核苷 取代基用下列小寫英文字母表示取代基用下列小寫英文字母表示 : :甲基甲基m 乙?；阴；鵤c 氨基氨基n 甲硫基甲硫基ms 羥基羥基o或或h 硫基硫基s 異戊烯基異戊烯基i 羧基羧基c 核苷酸核苷酸：：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP （三）（三） 核苷酸核苷酸(ribonucleotide)核苷核苷（（脫氧核苷）和磷酸以脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵磷酸酯鍵連接形連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）成核苷酸（脫氧核苷酸） 核苷酸核苷酸2 2’，，3 3’，，5 5’一核糖核苷酸一核糖核苷酸(2′-AMP)(3′-AMP)(5′-AMP)3 3’，，5 5’一脫氧核糖核苷酸一脫氧核糖核苷酸DeoxyadenosineDeoxyadenosine 3 3’- - monphosphate monphosphate (3(3’- - dAMPdAMP) )DeoxyadenosineDeoxyadenosine 5 5’- - monphosphate monphosphate (5(5’- - dAMP dAMP) )脫氧（核糖）核苷酸（脫氧（核糖）核苷酸（deoxyribonucleotidedeoxyribonucleotide）：）：體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物 含核苷酸的生物活性物質(zhì)：含核苷酸的生物活性物質(zhì)： NAD+、、NADP+、、CoA-SH、、FAD 等都含等都含有有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，，NDP，，NTPl 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸: : cAMP，，cGMPAMPAMPcAMPcAMP作為第二信作為第二信使參與細(xì)胞使參與細(xì)胞信號傳遞。

信號傳遞第二節(jié)　核酸的共價結(jié)構(gòu)第二節(jié)　核酸的共價結(jié)構(gòu)一、核酸中核苷酸的連接方式一、核酸中核苷酸的連接方式 核酸中核苷酸的排列順序核酸中核苷酸的排列順序 由由于于核核苷苷酸酸間間的的差差異異主主要要是是堿堿基基不不同同，，所所以以也也稱稱為為堿堿基基序列序列 核苷酸的連接核苷酸的連接 核苷酸之間以核苷酸之間以磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形連接形成多核苷酸鏈，即成多核苷酸鏈，即核酸5′5′端端3′端端CGA核酸中核苷酸的連接方式核酸中核苷酸的連接方式：：通過通過 3‘3‘，，5’ – 5’ – 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接3‘3‘3‘3‘3‘3‘3‘3‘3‘3‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘5‘蛇毒磷酸蛇毒磷酸二酯酶二酯酶牛脾磷酸牛脾磷酸二酯酶二酯酶堿基序列從左到右表示堿基序列從左到右表示5’ 5’ →3’→3’a a位位b b位位 5′′PAPCPGPCPTPGPTPA 3′′ 或或 5′′ ACGCTGTA 3′′一一級結(jié)構(gòu)構(gòu)表表示方法示方法豎線式豎線式文字式文字式( (一一) )DNADNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu)v指脫氧核糖核苷酸序列指脫氧核糖核苷酸序列. .直線形直線形或或環(huán)形環(huán)形無分支多聚體。

無分支多聚體v生物的遺傳特征：生物的遺傳特征： v基因：指基因：指DNADNA分子中最小的功能單位分子中最小的功能單位 v基因組：某生物體所含全部基因基因組：某生物體所含全部基因 v大小表示：如大小表示：如10108 8 bp bp v真真核核生生物物DNADNA存存在在有有三三類類核核苷苷酸酸序序列列：：高高度度重重復(fù)復(fù)、、中中度度重重復(fù)和單一序列復(fù)和單一序列ˉ 堿基組成分析堿基組成分析——Chargaff 規(guī)則：規(guī)則：[A] = [T]；；[G] ? ? [C]ˉ 堿基的理化數(shù)據(jù)分析：堿基的理化數(shù)據(jù)分析：A-T、、G-C以以氫鍵氫鍵配配對較合理對較合理? DNA纖維的纖維的X-線衍射圖譜分析線衍射圖譜分析 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景　　DNA的高級結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu)一一. DNA的二級結(jié)構(gòu)－的二級結(jié)構(gòu)－雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu) 二、二、DNA的空間結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)（一）（一）DNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure））1、堿基組成規(guī)則、堿基組成規(guī)則(Chargaff規(guī)則規(guī)則)n[A]=[T]，，[G]=[C]；； [A]+[G]=[T]+[C](嘌呤與嘧啶的總數(shù)相等嘌呤與嘧啶的總數(shù)相等)n有種屬特異性有種屬特異性n無組織、器官特異性無組織、器官特異性n不受年齡、營養(yǎng)、性別及其他環(huán)境等影響不受年齡、營養(yǎng)、性別及其他環(huán)境等影響 DNADNA分分子子由由兩兩條條DNADNA單單鏈組成。

鏈組成DNADNA的的雙雙螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)是是分分子子中中兩兩條條DNADNA單單鏈鏈之之間間基基團(tuán)團(tuán)相相互互識識別別和和作用的結(jié)果作用的結(jié)果雙雙螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)是是DNADNA二二級結(jié)構(gòu)的最基本形式級結(jié)構(gòu)的最基本形式DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點double helix modelDNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點（（1 1））DNADNA分分子子由由兩兩條條多多聚聚脫脫氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸鏈鏈( (簡簡稱稱DNADNA單單鏈鏈) )組組成成兩兩條條鏈鏈沿沿著著同同一一根根軸軸平平行行盤盤繞繞，，形形成成右右手手雙雙螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)螺螺旋旋中中的的兩兩條條鏈鏈方方向向相相反反，，即即其其中中一一條條鏈鏈的的方方向向為為5 5′端端→→3 3′端端，，而另一條鏈的方向為而另一條鏈的方向為3 3′端端→→5 5′端（（2 2））嘌嘌呤呤和和嘧嘧啶啶堿堿基基位位于于螺螺旋旋的的內(nèi)內(nèi)側(cè)側(cè)，，磷磷酸酸和和脫脫氧氧核核糖糖基基位位于于螺螺旋旋外外側(cè)側(cè)堿堿基基環(huán)環(huán)平平面面與與螺螺旋旋軸軸垂垂直直，，糖糖基基環(huán)環(huán)平平面面與與堿堿基基環(huán)環(huán)平平面成面成90°90°角（（3 3）螺旋橫截面的）螺旋橫截面的直徑約為直徑約為2nm2nm，，每每條鏈相鄰兩個堿條鏈相鄰兩個堿基平面之間的距基平面之間的距離為離為0.34 nm0.34 nm，，每每1010個核苷酸形成個核苷酸形成一個螺旋，其螺一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈的高度）為一圈的高度）為3.4 nm3.4 nm。

（（4 4）維持兩條）維持兩條DNADNA鏈相互鏈相互結(jié)合的力是鏈間堿基對結(jié)合的力是鏈間堿基對形成的形成的氫鍵氫鍵堿基結(jié)合堿基結(jié)合具有嚴(yán)格的配對規(guī)律具有嚴(yán)格的配對規(guī)律: :A A與與T T結(jié)合，結(jié)合，G G與與C C結(jié)合，結(jié)合，這種配對關(guān)系，稱為堿這種配對關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)A A和和T T之間形成之間形成兩個氫鍵，兩個氫鍵，G G與與C C之間形之間形成三個氫鍵成三個氫鍵在在DNADNA分分子子中中，，嘌嘌呤呤堿堿基基的的總總數(shù)數(shù)與與嘧嘧啶啶堿堿基基的的總數(shù)相等總數(shù)相等（（5 5）螺旋表面形成大）螺旋表面形成大溝溝(major groove)(major groove)及及小溝小溝(minor groove)(minor groove)，彼此相間排列小，彼此相間排列小溝較淺；溝較淺；大溝較深，大溝較深，是蛋白質(zhì)識別是蛋白質(zhì)識別DNADNA堿堿基序列的基礎(chǔ)基序列的基礎(chǔ)6 6）氫鍵）氫鍵維持雙鏈維持雙鏈橫橫向穩(wěn)定性向穩(wěn)定性，，堿基堆積堿基堆積力力維持雙鏈維持雙鏈縱向穩(wěn)定縱向穩(wěn)定性性（二）二級結(jié)構(gòu)：（二）二級結(jié)構(gòu)： 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(double helix model)1、、Watson-Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(B-DNA) （（1）反平行雙鏈：脫氧核糖）反平行雙鏈：脫氧核糖-磷酸骨架位于外側(cè)，磷酸骨架位于外側(cè)，堿基對位于內(nèi)側(cè)堿基對位于內(nèi)側(cè) （（2）堿基互補(bǔ)配對：）堿基互補(bǔ)配對：AT配對（兩個氫鍵），配對（兩個氫鍵），GC配對（三個氫鍵）；堿基對平面垂直縱軸配對（三個氫鍵）；堿基對平面垂直縱軸（（3）右手雙螺旋：螺距為）右手雙螺旋：螺距為3.4 nm，直徑為，直徑為2.0 nm，，10bp/圈圈（（4）表面功能區(qū)：小溝較淺；大溝較深，是蛋）表面功能區(qū)：小溝較淺；大溝較深，是蛋白質(zhì)識別白質(zhì)識別DNA堿基序列的基礎(chǔ)堿基序列的基礎(chǔ) （（5）維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的力量：氫鍵維持雙鏈橫向）維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的力量：氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定，堿基堆積力維持螺旋縱向穩(wěn)定穩(wěn)定，堿基堆積力維持螺旋縱向穩(wěn)定3、其他螺旋形式、其他螺旋形式n Z-DNA（左手雙螺旋）（左手雙螺旋）n A-DNA 穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的作用力為氫鍵、堿基堆積力（疏水作用）穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的作用力為氫鍵、堿基堆積力（疏水作用）和環(huán)境中正離子的作用。

和環(huán)境中正離子的作用雙螺旋分子中糖分子與縱軸平行，與堿基平面垂直雙螺旋分子中糖分子與縱軸平行，與堿基平面垂直堿基的配對使得雙螺旋堿基的配對使得雙螺旋DNADNA分子在復(fù)制時以半保留的形式進(jìn)行分子在復(fù)制時以半保留的形式進(jìn)行（三）（三）DNADNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的不同雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的不同類型（受環(huán)境影響而改變）類型（受環(huán)境影響而改變） 主主要要有有三三種種，，分分別別命命名名為為A A、、B B 和和 C C型型其其中中 B B 型型與與Watson-CrickWatson-Crick提提出出的的模模型型一一致致，，A A和和 C C 型型在在低低相相對對濕濕度度的的條條件件下下形形成成，，它它們們的的螺螺距距都都比比B B型型要要短短，，A A型型DNADNA的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與DNADNA和和RNARNA的的雜雜合合鏈鏈相相似似Z Z型型 DNADNA（（新新發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)））首首先先在在富富含含GCGC的的DNADNA短短片片段段中中發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，，后后用用抗抗體體證證明明天天然然DNADNA中中也也有有，，它它是是一一種種左左手手螺螺旋旋，，在在細(xì)細(xì)胞胞中中可能與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。

可能與基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)二級結(jié)構(gòu)因環(huán)境條件而改變幾種二級結(jié)構(gòu)因環(huán)境條件而改變幾種DNADNA鈉鹽鈉鹽A-DNAA-DNA：：相對濕度相對濕度75%75%每周每周1111個核苷酸對，個核苷酸對，粗短粗短Z-DNAZ-DNA：：左手螺旋每左手螺旋每周周1212個核苷酸對，個核苷酸對，細(xì)長細(xì)長B-DNAB-DNA：：相對濕度相對濕度92%92%每周每周10.410.4個核苷酸對個核苷酸對　　A.RichA.Rich在研究在研究d(CGCGCGCG)d(CGCGCGCG)寡聚體的結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)它為左手螺旋，稱為寡聚體的結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)它為左手螺旋，稱為Z Z－－DNADNA天然天然B B－－DNADNA和和Z Z－－DNADNA可相互轉(zhuǎn)變可相互轉(zhuǎn)變（四）（四）DNADNA分子的三螺旋結(jié)構(gòu)分子的三螺旋結(jié)構(gòu) (H-DNA)(H-DNA) 在在DNADNA分子中，鏡像重復(fù)序列可以回折，形成三螺旋結(jié)構(gòu)分子中，鏡像重復(fù)序列可以回折，形成三螺旋結(jié)構(gòu) 三三螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)配配對對方方式式必必須須符符合合Hoogsteen配配對對模模型型：：A A或或T T與與A=TA=T配配對對中中的的A A配配對對；；G G或或C C與與G=CG=C堿堿基基對對中中的的G G配配對對, ,C C必須質(zhì)子化與必須質(zhì)子化與G G的的N7N7形成兩個氫鍵。

形成兩個氫鍵三股螺旋：第三股來自分子間或分子內(nèi)三股螺旋：第三股來自分子間或分子內(nèi)H-DNAH-DNA：：P490P490DNADNA雙螺旋的穩(wěn)定性雙螺旋的穩(wěn)定性DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理條件下很穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理條件下很穩(wěn)定維持這種穩(wěn)定性的因素包括：兩條維持這種穩(wěn)定性的因素包括：兩條DNADNA鏈之間形鏈之間形成的成的氫鍵，堿基堆積力氫鍵，堿基堆積力雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成的疏水區(qū)內(nèi)部形成的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水，消除了介質(zhì)中水分子對堿基之間氫鍵的影響；分子對堿基之間氫鍵的影響；介質(zhì)中的介質(zhì)中的陽離子陽離子（如（如NaNa+ +、、K K+ +和和MgMg2+2+））中和了磷酸中和了磷酸基團(tuán)的負(fù)電荷，降低了基團(tuán)的負(fù)電荷，降低了DNADNA鏈之間的排斥力等鏈之間的排斥力等改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性 天然存在的天然存在的DNA分子最顯著的特分子最顯著的特點是很長，分子質(zhì)量很大，一般在點是很長，分子質(zhì)量很大，一般在106～～1010l大腸桿菌染色體由大腸桿菌染色體由400萬堿基對萬堿基對(basepair，，bp)組成的雙螺旋組成的雙螺旋DNA單單分子。

其長度為分子其長度為1.4×106nm，相當(dāng)于，相當(dāng)于1.4mm，而直徑為，而直徑為20nm，相當(dāng)原子，相當(dāng)原子的大小l黑腹果蠅最大染色體由黑腹果蠅最大染色體由6.2×107bp組組成，長成，長2.1cml多瘤病毒的多瘤病毒的DNA由由5100bp組成組成 ，，長長1.7mmH-DNA:H-DNA: 三條鏈局部螺旋三條鏈局部螺旋2 2．．回文結(jié)構(gòu)（回文結(jié)構(gòu)（palindromicpalindromic structurestructure）） (1) (1) 回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu) 回文結(jié)構(gòu)也稱反向重復(fù)（回文結(jié)構(gòu)也稱反向重復(fù)（inverted inverted repeatsrepeats））(2) (2) 發(fā)夾形和十字形發(fā)夾形和十字形（二）（二）DNADNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)雙螺旋進(jìn)一步扭曲雙螺旋進(jìn)一步扭曲, ,形成一種比雙螺旋更高形成一種比雙螺旋更高層次的空間構(gòu)象包括：層次的空間構(gòu)象包括：線狀線狀DNADNA形成的紐形成的紐結(jié)、超螺旋和多重螺旋、環(huán)狀結(jié)、超螺旋和多重螺旋、環(huán)狀DNADNA形成的結(jié)、形成的結(jié)、超螺旋和連環(huán)等超螺旋和連環(huán)等. .三、三、DNADNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)（一）正螺旋和負(fù)螺旋（一）正螺旋和負(fù)螺旋 負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋- -右旋；正超螺旋右旋；正超螺旋- -左旋。

左旋 大多數(shù)原核生物大多數(shù)原核生物 ：：1 1）共價封閉的環(huán)狀）共價封閉的環(huán)狀雙螺旋分子雙螺旋分子2 2）超螺旋結(jié)構(gòu)：雙）超螺旋結(jié)構(gòu)：雙螺旋基礎(chǔ)上的螺旋化螺旋基礎(chǔ)上的螺旋化?正超螺旋正超螺旋(positive (positive supercoilsupercoil):):盤繞方向盤繞方向與雙螺旋方同相同與雙螺旋方同相同?負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋(negative (negative supercoilsupercoil):):盤繞方向盤繞方向與雙螺旋方向相反與雙螺旋方向相反 超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)( (superhelix superhelix 或或supercoilsupercoil) ) DNADNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu) 正超螺旋正超螺旋( (positivepositive supercoil supercoil) ) 左手超螺旋，是左手超螺旋，是B-DNAB-DNA加劇螺旋形成的超螺旋，非自加劇螺旋形成的超螺旋，非自然選擇，不利于基因表達(dá)然選擇，不利于基因表達(dá) 負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋( (negativenegative supercoil supercoil) ) 右手超螺旋，是右手超螺旋，是B-DNAB-DNA減弱螺旋形成的超螺旋，自然減弱螺旋形成的超螺旋，自然選擇，利于基因表達(dá)。

選擇，利于基因表達(dá)意義意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對于變化及其調(diào)控對于DNA復(fù)制和復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過轉(zhuǎn)錄過程具有關(guān)鍵作用程具有關(guān)鍵作用  DNADNA雙螺旋為右手螺旋細(xì)胞中的環(huán)狀雙螺旋為右手螺旋細(xì)胞中的環(huán)狀DNADNA一般呈負(fù)超螺一般呈負(fù)超螺旋，即右手螺旋不足導(dǎo)致部分堿基不能形成配對，分子通過旋，即右手螺旋不足導(dǎo)致部分堿基不能形成配對，分子通過整體拓?fù)鋵W(xué)上的右旋來補(bǔ)足右手螺旋的不足，在數(shù)學(xué)上呈整體拓?fù)鋵W(xué)上的右旋來補(bǔ)足右手螺旋的不足，在數(shù)學(xué)上呈1 1：：1 1，即分子整體右旋一圈來補(bǔ)雙螺旋上的一圈不足即分子整體右旋一圈來補(bǔ)雙螺旋上的一圈不足 正正超超螺螺旋旋為為雙雙螺螺旋旋旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過過度度，，通通過過分分子子整整體體的的左左旋旋來來解解開過度的螺旋開過度的螺旋（二）（二）WhiteWhite方程：方程：L=T+WL=T+WL L（（LinkingLinking nnmbernnmber））：：鏈鏈環(huán)環(huán)數(shù)數(shù)或或稱稱拓拓?fù)鋼洵h(huán)環(huán)繞繞數(shù)數(shù)，，指指cccDNAcccDNA中中一一條條鏈鏈繞繞另另一條鏈的總次數(shù)。

一條鏈的總次數(shù) 其其特特點點是是：：（（1 1））L L是是整整數(shù)數(shù)；；（（2 2））在在cccDNAcccDNA中中任任何何拓拓?fù)鋼鋵W(xué)學(xué)狀狀態(tài)態(tài)中中其其值值保持不變；（保持不變；（3 3）右手螺旋的）右手螺旋的L L取正值W W（（Writhing numberWrithing number）：）：扭曲數(shù)，即超螺旋數(shù)扭曲數(shù)，即超螺旋數(shù) 其其特特點點是是：：（（1 1））可可以以是是非非整整數(shù)數(shù)；；（（2 2））是是變變量量；；（（3 3））右右手手螺螺旋旋時時，，W W取負(fù)值T T（（Twisting numberTwisting number）：）：纏繞數(shù)，即雙螺旋的圈數(shù)纏繞數(shù)，即雙螺旋的圈數(shù) 其其特特點點是是：：（（1 1））可可以以是是非非整整數(shù)數(shù)；；（（2 2））是是變變量量；；（（3 3））右右手手螺螺旋旋時時T T為為正值超螺旋的量度可以用超螺旋密度超螺旋的量度可以用超螺旋密度λλ來表示：來表示：λ=λ=（（L-TL-T））/T/T 在在天天然然DNADNA中中，，λλ約約為為-0.05-0.05，，大大約約2020個個雙雙螺旋有螺旋有1 1個超螺旋。

個超螺旋松馳環(huán)形松馳環(huán)形正超螺旋（左旋）正超螺旋（左旋） 解鏈環(huán)形解鏈環(huán)形負(fù)超螺旋（右旋）負(fù)超螺旋（右旋） 天然存在的天然存在的DNADNA多為負(fù)超螺旋（易解鏈，便于復(fù)制、轉(zhuǎn)錄）多為負(fù)超螺旋（易解鏈，便于復(fù)制、轉(zhuǎn)錄）（三）（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝核小體核小體(nucleosome)：： 由由DNA和組蛋白構(gòu)成和組蛋白構(gòu)成?DNA：以負(fù)超螺旋纏：以負(fù)超螺旋纏繞在組蛋白上繞在組蛋白上?組蛋白核心：組蛋白核心：H2B ,H2A H2B ,H2A ,H3 ,H4,H3 ,H4?H1H1組蛋白在核小體之間組蛋白在核小體之間DNA的存在形式核小體的電鏡核小體的電鏡照片照片（a））核小體的結(jié)構(gòu)圖，左圖為沿核小體軸觀察的圖示；右核小體的結(jié)構(gòu)圖，左圖為沿核小體軸觀察的圖示；右圖為沿核小體軸垂直方向觀察的圖示；圖為沿核小體軸垂直方向觀察的圖示；（（b））一半核小體的結(jié)構(gòu)圖一半核小體的結(jié)構(gòu)圖（三）（三）DNA的功能的功能DNA的的基基本本功功能能是是以以基基因因的的形形式式荷荷載載遺遺傳傳信信息息，，并并作作為為基基因因復(fù)復(fù)制制和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄的的模模板板它它是是生生命命遺遺傳傳的的物物質(zhì)質(zhì)基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，也也是是個個體體生生命命活活動動的信息基礎(chǔ)。

的信息基礎(chǔ)基基因因從從結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上定定義義，，是是指指DNA分分子子中中的的特特定定區(qū)區(qū)段段，，其其中中的的核核苷苷酸酸排排列列順順序序決決定定了了基基因的功能因的功能 三、三、RNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)RNARNA的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點RNARNA是是單單鏈鏈分分子子，，因因此此在在RNARNA分分子子中中，，嘌嘌呤呤的的總總數(shù)不一定等于嘧啶的總數(shù)數(shù)不一定等于嘧啶的總數(shù)RNARNA分分子子中中，，部部分分區(qū)區(qū)域域也也能能形形成成雙雙螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，不不能能形形成成雙雙螺螺旋旋的的部部分分，，則則形形成成單單鏈鏈突突環(huán)環(huán)這這種結(jié)構(gòu)稱為種結(jié)構(gòu)稱為““發(fā)夾型發(fā)夾型””結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)在在RNARNA的的雙雙螺螺旋旋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中，，堿堿基基的的配配對對情情況況不不象象DNADNA中中嚴(yán)嚴(yán)格格G G 除除了了可可以以和和C C 配配對對外外，，也也可可以以和和U U 配配對對G-U G-U 配配對對形形成成的的氫氫鍵鍵較較弱弱不不同同類類型的型的RNA, RNA, 其二級結(jié)構(gòu)有明顯的差異其二級結(jié)構(gòu)有明顯的差異tRNAtRNA中中除除了了常常見見的的堿堿基基外外，，還還存存在在一一些些稀稀有有堿堿基基，這類堿基大部分位于突環(huán)部分，這類堿基大部分位于突環(huán)部分. .（一）信使（一）信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能* * 真核生物真核生物mRNA的的結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點1. 大大多多數(shù)數(shù)真真核核mRNA的的5′末末端端均均在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄后后加加上上一一個個7-甲甲基基鳥鳥苷苷，，同同時時第第一一個個核核苷苷酸酸的的C′2也也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。

2. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的3′末端有一個多聚腺苷酸末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾hnRNA 內(nèi)含子內(nèi)含子( (intron) )mRNA 外顯外顯子子( (exon) )* 真核生物真核生物mRNA成熟過程成熟過程?mRNAmRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位?mRNAmRNA的穩(wěn)定性維系的穩(wěn)定性維系?翻譯起始的調(diào)控翻譯起始的調(diào)控 帽子結(jié)構(gòu)和帽子結(jié)構(gòu)和多聚多聚A尾的功能尾的功能* mRNA的功能的功能 把把DNA所所攜攜帶帶的的遺遺傳傳信信息息，，按按堿堿基基互互補(bǔ)補(bǔ)配配對對原原則則，，抄抄錄錄并并傳傳送送至至核核糖糖體體，，用用以以決決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序DNAmRNA蛋白蛋白轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯原核細(xì)胞原核細(xì)胞 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞核DNA內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運mRNAhnRNA翻譯翻譯蛋白蛋白真核細(xì)胞真核細(xì)胞 （二）（二）tRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能* tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點的一級結(jié)構(gòu)特點? 含含 10~20% 稀有堿基，稀有堿基，如如 DHU? 3′末端為末端為 - CCA-OH? 5′末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G? 具有具有 T? ?C 雙氫尿嘧啶雙氫尿嘧啶(DHU)假尿嘧啶假尿嘧啶(? ?)次黃嘌呤次黃嘌呤(I)* tRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)——三葉草形三葉草形? 氨基酸臂氨基酸臂? DHU環(huán)環(huán)? 反密碼環(huán)反密碼環(huán)? 額外環(huán)額外環(huán)? TΨC環(huán)環(huán)氨基酸氨基酸臂臂額外環(huán)額外環(huán)* tRNA的的功功能能：：活活化化、、搬搬運運氨氨基基酸酸到到核核糖糖體體，，參與蛋白質(zhì)的翻譯。

參與蛋白質(zhì)的翻譯1、分子較小，含較多的稀有堿基和非標(biāo)準(zhǔn)堿基配對、分子較小，含較多的稀有堿基和非標(biāo)準(zhǔn)堿基配對2、、5’端一般為鳥嘌呤核苷酸，端一般為鳥嘌呤核苷酸，3’端為端為CCA-OH3’3、二級結(jié)構(gòu)為、二級結(jié)構(gòu)為“三葉草三葉草”型（型（cloverleaf pattern））小結(jié)小結(jié)n反密碼環(huán)：反密碼環(huán)中部的三個堿基可以與反密碼環(huán)：反密碼環(huán)中部的三個堿基可以與mRNA的三聯(lián)體密碼形成堿基互補(bǔ)配對，解讀遺的三聯(lián)體密碼形成堿基互補(bǔ)配對，解讀遺傳密碼，稱為反密碼子（傳密碼，稱為反密碼子（anticodon）I常出現(xiàn)常出現(xiàn)于反密碼子中于反密碼子中ACCDHU環(huán)環(huán)T? ?環(huán)環(huán)反密碼環(huán)反密碼環(huán)5’額外環(huán)額外環(huán)n氨基酸臂：氨基酸臂：3`末端的末端的CCA-OH3`單鏈用單鏈用于連接該于連接該tRNA轉(zhuǎn)運的氨基酸轉(zhuǎn)運的氨基酸 n二氫尿嘧啶環(huán)（二氫尿嘧啶環(huán)（DHU）：識別）：識別氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶nTΨC環(huán)：識別核蛋白體（核糖環(huán)：識別核蛋白體（核糖體）體）4、、“倒倒L”型三級結(jié)構(gòu)型三級結(jié)構(gòu)（三）（三）rRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能原核生物（以大腸桿菌為例）原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸個核苷酸18S1874個核苷酸個核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)21種種占總重量的占總重量的40%33種種占總重量的占總重量的50%大亞基大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸個核苷酸160個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)31種種占總重量的占總重量的30%49種種占總重量的占總重量的35%核蛋白體的組成核蛋白體的組成* rRNArRNA的功能的功能: :組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)合成的場所。

組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)合成的場所（四）其他小分子（四）其他小分子RNA及及RNA組學(xué)組學(xué)除除了了上上述述三三種種RNA外外，，細(xì)細(xì)胞胞的的不不同同部部位位存存在在的的許許多多其其他他種種類類的的小小分分子子RNA，，統(tǒng)統(tǒng)稱稱為為非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs),或或非非編碼蛋白質(zhì)的編碼蛋白質(zhì)的RNA(non-coding RNA, ncRNA) ?種類：種類：核內(nèi)小核內(nèi)小RNARNA；核仁小；核仁小RNARNA；胞質(zhì)?。话|(zhì)小RNARNA；催；催化性小化性小RNARNA；小片段干涉；小片段干涉 RNARNA?功能：功能：參與參與hnRNA和和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運的加工和轉(zhuǎn)運ncRNA在在基因表達(dá)以及應(yīng)激信號傳導(dǎo)等方面起著重要的在在基因表達(dá)以及應(yīng)激信號傳導(dǎo)等方面起著重要的調(diào)節(jié)作用因此，有人也將其稱為調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)作用因此，有人也將其稱為調(diào)節(jié)RNA（（regulatory RNA） ?小片段干擾小片段干擾RNA RNA （（siRNAsiRNA；又稱；又稱“引導(dǎo)引導(dǎo)RNAsRNAs””，，guide guide RNAsRNAs）：一些小的雙鏈）：一些小的雙鏈RNARNA可以高效、特異可以高效、特異的阻斷體內(nèi)特定基因表達(dá)，促使的阻斷體內(nèi)特定基因表達(dá)，促使mRNAmRNA降解，誘使細(xì)降解，誘使細(xì)胞表現(xiàn)出特定基因缺失的表型，稱為胞表現(xiàn)出特定基因缺失的表型，稱為RNARNA干擾（干擾（RNA RNA interferenceinterference，，RNAiRNAi，也譯作，也譯作RNARNA干預(yù)或干涉）。

干預(yù)或干涉）它是體內(nèi)抵御外在感染的一種重要保護(hù)機(jī)制它是體內(nèi)抵御外在感染的一種重要保護(hù)機(jī)制RNAiRNAi的作用機(jī)制：包括起始階段和效應(yīng)階段的作用機(jī)制：包括起始階段和效應(yīng)階段1 1）在起始步驟，生物宿主將外源基因表達(dá)的）在起始步驟，生物宿主將外源基因表達(dá)的雙鏈雙鏈RNARNA進(jìn)行切割，產(chǎn)生具有特定長度（進(jìn)行切割，產(chǎn)生具有特定長度（19-19-21nt21nt）和序列的小片段）和序列的小片段RNARNA；；（（2 2）在）在RNAiRNAi效應(yīng)階段，效應(yīng)階段，siRNAsiRNA雙鏈結(jié)合一個核雙鏈結(jié)合一個核酶復(fù)合物從而形成所謂酶復(fù)合物從而形成所謂RNARNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物誘導(dǎo)沉默復(fù)合物（（RISCRISC）激活RISCRISC需要一個需要一個ATPATP依賴的將依賴的將siRNAsiRNA解雙鏈的過程激活的解雙鏈的過程激活的RISCRISC通過堿基配對通過堿基配對定位到同源定位到同源mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄本上，并在距離轉(zhuǎn)錄本上，并在距離siRNA3'siRNA3'端端1212個堿基的位置切割個堿基的位置切割mRNAmRNARNARNA組組學(xué)學(xué)研研究究細(xì)細(xì)胞胞中中snmRNAs的的種種類類、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和功功能能。

同同一一生生物物體體內(nèi)內(nèi)不不同同種種類類的的細(xì)細(xì)胞胞、、同同一一細(xì)細(xì)胞胞在在不不同同時時間間、、不不同同狀狀態(tài)態(tài)下下snmRNAs的表達(dá)具有時間和空間特異性的表達(dá)具有時間和空間特異性 RNARNA組學(xué)組學(xué): :。