Basic Structure of Nucleic Acids

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1 Basic Structure of Nucleic Acids
1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 鹼 基 磷 酸 Adenine Guanine Thymine Cytosine Uracil Purine Monophosphate Diphosphate Triphosphate Pyrimidine 五環糖 Ribose, Deoxyribose 核苷 核苷酸 是由三部份構造所組成，每一部份又可有數種選擇；例如五碳糖部分，可能是核糖 (ribose) 或是去氧核糖 (deoxyribose)，此種差別造成了DNA 與 RNA 在性質與構造上的不同。 我們所常見的 ATP 分子，是含有核糖，若核糖改成去氧核糖，則寫成 dATP。上圖只是畫出大略的構造關係，請自行在課本上找出確實的分子構造，要能自己默寫出詳細構造才可以；尤其各種鹼基之間，以氫鍵連結的配對情形，一定要十分清楚。 生命的奧祕，幾乎盡藏於此。 Nucleoside (Adenosine) 核苷酸 Juang RH (2004) BCbasics Nucleotide (Adenosine monophosphate, AMP)

2 Nucleotides Linked by Phosphodiester Bond
5’ 5’ A kind of phospho-polysaccharides P R PO4 2- 1 2 3 4 5 6 1 3’ OH PO4 2- OH 3’ 5’ O-P=O - O 2 兩個 核苷酸之間，前一個 (1) 以 3‘-OH 與次一個 (2) 的 5’-磷酸，進行連結形成磷酸二酯鍵 (phosphodiester bond)。 如此一直接下去，就成為核酸的長鏈。但最後有一個磷酸及一個 -OH 基是不被修飾的，因此核酸的長鏈具有方向性，可以寫成 5’-P → 3’-OH 兩端，就像蛋白質有 N-端及 C-端一樣。 又如同蛋白質的 N-C-C-N-C-C-N-C 骨架，核酸長鏈也有分子脊骨，它是以磷酸-核糖輪流出現的 P-R-P-R-P-R 骨架，同時在核糖分子上一個一個加上各種鹼基，組成種種序列。 Juang RH (2004) BCbasics Phosphodiester bond 3’

3 The Notation for Nucleic Acids
G A T C G 5’ 3’ P OH 5’ pApTpCpGpApTpCpG-OH 3’ B 3’ 2’ 5’ 1’ 5’ pATCGATCG-OH 3’ R 核酸 長鏈的記錄法，當然不能每次都把整個構造寫出來。方便的筆記法是把核糖變成一直線 (R)，從上到下分別是 1’ → 5’，而 1’ 接有鹼基 (B)，5’ 接有磷酸 (P)；各核苷酸間以斜線表示磷酸二酯鍵。 後來覺得這樣還是很麻煩，就省去直線及斜線，以 p 代替雙磷酯鍵，只留下各個不同的鹼基序列，最後又去掉鹼基間的 p；有時特別標出 5’ 及 3’ 端，以作為提醒，因為核酸的方向性極為重要。 ATCGATCG P Juang RH (2004) BCbasics

4 The Two Chains of DNA Are Antiparallel
5’ 3’ 5’ pApTpCpGpApTpCpG-OH 3’ 5’ pCpGpApTpCpGpApT-OH 3’ 3’ 5’ 兩條 DNA 核酸配對在一起時，其 5’-3’ 方向剛好相反；這兩股 DNA 互相捲繞成為有名的雙螺旋構造。 這種方向性，對核酸的複製及轉錄很重要，因為這些活動都有一定的方向。 Juang RH (2004) BCbasics

5 Characteristics of Double Helix
3’ 5’ 5’ 3’ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 36 Å Large groove Small groove 雙螺旋 是一條雙股重複扭曲的螺旋鏈，其重複出現的扭曲單位如上圖所示；以常見的 B 型 DNA 而言，每 10.5 bp 形成一個扭曲單位，長度有 3.6 nm； 注意每一個扭曲單位中，DNA 的一股會交過另一股一次。 因為分子的扭曲並非對稱，因此分子表面會形成大小凹谷，這些凹谷對核酸與蛋白質的相互作用關係，有很大的貢獻。 同時因為磷酸脊骨露在外面，因此核酸的外側有相當大的負電聚集；若把 DNA 溶在純水裡，則兩股磷酸脊骨會互相排斥，造成 DNA 的兩股分開而變性沈澱，故 DNA 都要溶在含有離子的溶液中 (TE buffer)。 1 Twist = 10.5 bp Juang RH (2004) BCbasics