一、核酸的结构 含氮碱基 核苷 戊糖 核酸（DNA、RNA）→核苷酸 磷酸

1.   碱基

R 苷

2. 戊糖

3. 核苷

4. 核苷酸

核苷的大写字母前加上代表修饰基团 的小写字母右上方写明碱基的第几位 m2G 表示 2-N-甲基鸟苷 碱基上有修饰： 核苷的大写字母前加上代表修饰基团 的小写字母右上方写明碱基的第几位 m2G 表示 2-N-甲基鸟苷 位置 m32 2 7G 表示 N2，N2，7-三甲鸟苷 甲基 数量 S4U 表示 4-硫代尿嘧啶

3. 核苷酸 （1）    ATP dCTP (AMP、ADP、dCMP、 dCDP) （2） pG Up pppA 5’磷酸鸟苷 3’磷酸尿苷 5’腺苷三磷酸

（3）环核苷酸 cAMP 、 cGMP 表示磷酸与3’、5’核苷羟基相接 U＞P 表示磷酸与2’、3’核苷羟基相接 2’, 3’环化尿苷酸

5.核苷酸的应用 ATP、 GTP、 UTP、 CTP 参于代谢 5FU（5－氟尿嘧啶） 抗癌药物 6MP（6－巯基嘌呤） 抗癌药物 5’-碘脱氧尿苷 治疗病毒性心肌炎 AZT（Azido thymidine 叠氮基胸苷） 抗AIDS病毒 cAMP 、cGMP 第二信使

二、DNA的一级结构 (一）DNA的一级结构的概念 1. DNA的一级结构是指脱氧核苷酸 （碱基）在DNA分子中的排列顺序 3’，5’磷酸二酯键 3.直线形DNA有二个末端：5’磷酸末端 和 3’羟基末端  

  A. 分子结构式 B．线条式 C．字母式

4. 端粒（telomere）DNA结构与功能

1) 端粒DNA的结构 真核生物线性染色体末端的DNA序 列, 称为端粒。 端粒DNA序列相当保 守，端粒DNA的3’末端是由数百个串 联的重复序列，重复序列由G-丰富的 6个核苷酸组成. 重复序列因种属而异。 如：四膜虫为-GGGGTT- 人为-AGGGTT-。

2）端粒DNA的功能 a 保证线性DNA的完整复制 b 维持染色体的稳定 c 决定细胞的寿命

(二） DNA的一级结构特点 1.DNA分子十分巨大，最小的DNA分子 也包含有几千bp，分子量在106以上。 人类基因组含有约3.1 ×109bp。 (碱基对 base pair, bp)

2. 每一物种DNA都具有其特有的碱基 组成。 3. 有些碱基常被甲基修饰，称为甲基 化(methylation)。

2) 化学法――Maxan-Gilbert法 (三). DNA的一级结构的测定 1) 双脱氧末端 终止法――Sanger法 2) 化学法――Maxan-Gilbert法

三、DNA的二级结构 1. DNA双螺旋结构的提出 Watson和Crick在1953年提出了著 名的DNA双螺旋结构模型。这个模 且将结构与功能联系起来，大大推 动了分子生物学的发展。

** 双螺旋提出的根据 1) DNA纤维晶体的x-衍射研究 1952年 Wilkins等 2) Chargaff的碱基分析 A＝T G＝C A＋T／G＋C的比值 不同来源DNA是不同的 3)  碱基和核苷酸的结晶学资料

2. DNA的双螺旋 结构的特点 1) B型DNA 结构

DNA双螺旋结构

碱基配对结构基

a. DNA双链反向平行       b. 碱基配对        * A＝T G≡C * 碱基是一个平面环分子。在双螺旋 中平面垂直于螺旋轴 * 相邻碱基相距0.34nm每10个碱基旋 转1圈双螺旋螺距为3.4nm相邻两个 碱基正好相差360

c．在DNA双螺旋分子上交替存在着 大沟和小沟 蛋白质通过大沟和小沟识别碱基序 列的特异性，其中大沟对于的识别、 结合尤为重要。

碱基堆积力（base stacking force） 碱基平面叠在一起，存在着Van der Waals力 氢键 碱基堆积力（base stacking force） 碱基平面叠在一起，存在着Van der Waals力 碱基 疏水性，在双螺旋内部形成疏水的力量   离子键

2. DNA的右手螺旋和左手螺旋 * DNA构象与核苷酸顺序碱基组成有关 并取决于环境条件（盐类、相对湿度） * 主要构象类型： 右手螺旋：A、B、C、D、E、T 型DNA 左手螺旋：Z 型DNA

湿度和盐类对DNA构象的影响 多核苷酸 盐类 相对湿度％ 构象类型 Na 75 A Na 92 B 天然 DNA Li 44 C Li 66 + Na 75 A + Na 92 B 天然 DNA + Li 44 C + Li 66 B + T2 噬菌体 DNA Na 60 T + DNA － RNA 杂合链 Na 33 － 92 A + 天然 RNA （逆转录病毒） Na 高达 92 A + Na 43 Z Poly (dG-dC) + Na 高达 92 A + Li 81 B

1）B型 生理条件下最普遍的形式 2）A型 RNA双螺旋及DNA－RNA 杂交链（空间位阻小，有利于转录） 3）C型 线粒体DNA及一些病毒    1 .  右手螺旋 1）B型 生理条件下最普遍的形式 2）A型 RNA双螺旋及DNA－RNA 杂交链（空间位阻小，有利于转录） 3）C型 线粒体DNA及一些病毒 4）D型、E型 存在于噬菌体等生物中  

1) 发现: 1979年 A. Rich等人工合成六聚体 d（CGCGCG）单晶进行X－射线 衍射分析，数据表明是Z型骨架。  2. 左手螺旋Z型DNA 1) 发现: 1979年 A. Rich等人工合成六聚体 d（CGCGCG）单晶进行X－射线 衍射分析，数据表明是Z型骨架。 左手双螺旋DNA      2) Z－DNA的结构特点: 每个螺旋由12个碱基对构成，螺距 4.46nm直径 1.8nm

鸟苷的碱基是顺式。在Z－DNA中 G－C交替而出现顺式和反式构象 交替。使糖-磷酸的主链的走向呈 “之”字型，这 样Z-DNA主链呈锯             b. 脱氧胞苷的碱基取反式构象，脱氧 鸟苷的碱基是顺式。在Z－DNA中 G－C交替而出现顺式和反式构象 交替。使糖-磷酸的主链的走向呈 “之”字型，这 样Z-DNA主链呈锯 齿状（Zig-Zag）走向。             c. 大沟消失，小沟变深

(1) DNA序列必须是嘌呤嘧啶交 替排列 如： CGCGCG GCGCGC ⑵ 序列中必须有5-甲基胞嘧啶的存在       d. 体内存在的Z-DNA序列特点: (1) DNA序列必须是嘌呤嘧啶交 替排列 如： CGCGCG GCGCGC ⑵ 序列中必须有5-甲基胞嘧啶的存在 如： m5C GATm5C G Gm5CTA Gm5C

E. 与Z-DNA结合的特殊蛋白质 F．DNA的负超螺旋结构有利于 Z-DNA的稳定 G．抗Z-DNA抗体

3）Z-DNA的功能： ①基因表达有关 Z-DNA抗体常常紧密地结合在染色 体的疏松部位,（增强转录活性的位点）. Liu 等研究表明:在核小体中重建人类 CSF1基因时, Z-DNA在转录启动子区 域起着重要的作用

② 基因调控 Hochschild 等报道,一旦发现细菌调控 蛋白紧密结合于它的调控位点, 就通过 RNA聚合酶来激活相关基因的表达 , Z-DNA可能参与识别这种蛋白质的调 控或激活这个基因.

③ 基因重组 Willia等做的黑粉菌实验指出, Z-DNA 在基因重组中起非常重要的过度作用. 在黑粉菌中有一种rec1酶能使染色体 第一次配对后互相交换片段, 在配对时 由rec1酶使Z-DNA的双链产生 , 并且这 种酶与Z-DNA亲和力比B-DNA高75 倍, Z-DNA与rec1酶紧密结合是这一 时期的主要特征.

④ 疾病治疗与新药开发 Kim等研究表明, 一种关键的痘病毒蛋 白 E3L蛋白(已知该蛋白是病毒摧毁动 物细胞的防御系统所必需的)是通过 Z-DNA结合、干扰防御系统的运行来 行使功能的。E3L 是牛痘的致病蛋白 质之一，通过修饰该蛋白质的活跃位 点可以使其丧失功能。

表2 右手螺旋与左手螺旋DNA分子的比较 __________________________________________________ 项 目 A-DNA B-DNA Z-DNA 螺旋方向 右旋 右旋 左旋 每转1圈碱基数 11 10．4 12 螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm 螺距 2.46nm 3.32nm 4.56nm 碱基平面的倾角 19o l o 9 o 大沟 窄，很深 宽，较深 平 小沟 很宽，浅 窄，较深 很窄, 深

三螺旋DNA 三螺旋DNA（triple-helical DNA) 三链DNA（triple strands of DNA) 是一条DNA链在DNA的大沟与DNA 双螺旋中的一条DNA链以氢键相结 合形成的三股螺旋结构。

1. 三螺旋DNA结构： 1) 三螺旋DNA是在DNA双螺旋结构的 基础上形成的，三链区的三链均为 同型嘌呤（homo purine HPU）或 同型嘧啶 (homo pyrimidine HPY）

Watson-Crick碱基配对“ - ”，另个 碱基 按Hoogsteen模型“ · ” 即 T · A - T C＋ · G - C  2) 根据三条链组成及相对位置又可分为 Pu-Pu-PY（偏碱性介质中稳定） Py-Pu-Py（偏酸性介质中稳定） 3) 链中的碱基配对方式两个碱基符合 Watson-Crick碱基配对“ - ”，另个 碱基 按Hoogsteen模型“ · ” 即 T · A - T C＋ · G - C (第三位上的 “C” 必须质子化) A · A - T

4）H-DNA

H-DNA 某区段DNA两条链分别为 HPU 和 HPY ， 并且各自为镜像重复结构 。若其中一 条完整的嘧啶链与半条嘌呤链组成三股螺 并且各自为镜像重复结构 。若其中一 条完整的嘧啶链与半条嘌呤链组成三股螺 旋结构，剩下的半条嘌呤链以单链形式存 在。或一条完整的嘌呤链与半条嘧啶链组 成三股螺旋结构，剩下的半条嘧啶链以单 链形式存在。这种三股螺旋和单链DNA复 合区被称H-DNA 。

(a)嘧啶-嘌呤-嘧啶三螺旋DNA序列 (b)三螺旋DNA结构示意图

1）三螺旋DNA结构常位于DNA一些 重要的部位。如复制的起始点或终 点，转录的调控区或调节蛋白结合 位点以及DNA重组位点，提示与这 2. 生物学意义及应用： 1）三螺旋DNA结构常位于DNA一些 重要的部位。如复制的起始点或终 点，转录的调控区或调节蛋白结合 位点以及DNA重组位点，提示与这 些功能相关。 2）丰富了DNA结构学说

3) 基因治疗中的应用         a. 单链DNA片段可携带切割剂（核酸 内切酶，EDTA-Fe等）携带止DNA 的特定位点，选择性切断DNA。 b. 用寡聚DNA片段封闭转录因子结合 点关闭有害基因活病毒基因。 （抗肿瘤，病毒，寄生虫等）

四、DNA的变性、复性和杂交   1. 变性（denaturation) 1）概念 ：当DNA的二级结构和 三级结构受到物理化学等因素的破 坏而解体，其一级结构核苷酸间共 价键并不断裂，使配对碱基间氢键 断裂，有序的螺旋解离成无序单链 的过程称为变性。

**引起变性的因素 常见的有加热、酸、碱、乙醇、 丙酮、尿素、甲 酰胺等作用，

2) 变性过程中DNA理化性质发生改变 ①  增色效应 (hyperchromic effect) ② 浮力密度↑ ③ 黏度↓ ④ 旋光度变小 ⑤ 沉淀速度↑

3）DNA的熔解曲线(melting curve) ①熔解温度（melting temperature, Tm ） 通常将 50% DNA 分子变性时的温度 称为熔解温度。 ** 一般DNA在生理条件下 Tm 在 85-95oC之间

DNA的熔解温度

(2) 影响Tm的因素 Ⅰ. DNA的碱基组成 （G＋C）％↑Tm↑ （G＋C）％每增加1, Tm线性增加0.41℃ （G＋C）％为40％，Tm为87℃ （G＋C）％为60％，Tm为95℃

Ⅱ.介质中的离子强度 盐浓度↑Tm↑, 变性过程跨越的温 度范围更狭窄 , 如单价离子浓度增 加10倍, Tm增加约16.6 ℃ Ⅲ. DNA的均一性 Ⅳ. 变性剂 50％甲酰胺可使Tm降低30℃

离子强度对Tm的影响

(1) 概念：变性的两条DNA单链在合适 条件下，可按原来的碱基配对再结合 在一起，形成双螺旋结构。 * 退火（annealing）: 2. 复性 (renaturation) (1) 概念：变性的两条DNA单链在合适 条件下，可按原来的碱基配对再结合 在一起，形成双螺旋结构。 * 退火（annealing）: 加热变性的DNA分子在温度缓慢 降低时可恢复到原来正常DNA的结 构, 这个复性过程又称“退火”

(2) 影响DNA复性因素 1） DNA序列 简单序列 复性快 2） DNA浓度 浓度高 复性快 3） DNA片段大小 小片段DNA易于复性

4） 温度 复性最佳温度为Tm-25℃（一般为 60℃，50％甲酰胺存在最佳温度42℃） 5） 溶液中离子浓度 盐浓度需在0.4mol／L 以上

3. 杂交（hybridization） 1) 概念: 不同来源但具有同源性的 两条DNA或RNA单链， 按碱基配 对的原则结合，这一过程为杂交， 可以是 DNA-DNA、RNA-DNA、 RNA-RNA之间进行。

2) 核酸分子杂交常用的技术 ① Southern印迹分析法 1975年英国科学家 Southern 首先 提出并利用此方法检查基因组DNA 的特异序列。 ② Northern印迹分析法 根据Southern法的基本原理，分 析检测RNA 。

③ 斑点杂交 ④ 细胞原位杂交 ⑤ 菌落或噬菌斑原位杂交 3). 分子杂交的探针       ① 概念: 探针是分子杂交的必要工具， 它是带有某种标记的一段碱基序列， 与待测基因序列的DNA或RNA或寡 聚核苷酸互补。

② 探针的标记 ⅰ）放射性同位素标记 如用32P、35S、3H ⅱ）非放射性标记 主要有生物素标记、 地高辛标记