生物化學(xué)A（上）10-核酸化學(xué)1

1、核酸化學(xué)Biochemistry of Nucleic Acids核酸是重要的生物大分子-遺傳物質(zhì)核酸研究是現(xiàn)代生物化學(xué)及分子生物學(xué)的重要領(lǐng)域一百多年的研究歷史（1868）核酸的生物學(xué)作用在其被發(fā)現(xiàn)后的70多年才被證明-所有生物的遺傳物質(zhì)（1944）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（1953）重組DNA技術(shù)（1972）人類基因組計(jì)劃（1990-2003）RNA干擾（RNAi）（1996）核酸的生物學(xué)功能主要是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著對(duì)核酸研究的深入，發(fā)現(xiàn)它的功能是多方面的。生物體的生長發(fā)育、遺傳變異等都與核酸密切相關(guān)。因此核酸結(jié)構(gòu)和功能的研究對(duì)深入探索生命奧秘起著至關(guān)重要的作用。研究歷史核酸化學(xué)研究史（1）186

2、9年 Miescher博士論文工作中測定淋巴細(xì)胞蛋白質(zhì)組成時(shí), 發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸和鹽溶液的沉淀物, 并在所有細(xì)胞的核里都找到了此物質(zhì), 故命名“核質(zhì)(Nuclein) ”。1879年 Kossel經(jīng)過10年的努力, 搞清楚了核質(zhì)中有四種不同的組成部分: A、T、 C 和 G。核酸化學(xué)研究史（2）1889年 Altman建議將”核質(zhì)”改名為“核酸”, 認(rèn)識(shí)到“核質(zhì)” 乃“核酸” 與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。1909年 Levene 發(fā)現(xiàn)酵母的核酸含有核糖1930年 Levene 發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞的核酸含有一種特殊的核糖脫氧核糖, 得出了一個(gè)概念：植物核酸含核糖、動(dòng)物核酸含脫氧核糖。這個(gè)錯(cuò)誤概念一直延續(xù)到193

3、8年，這時(shí)方清楚RNA和DNA的區(qū)別。Levene還提出了核酸的“磷酸核糖(堿基)磷酸”的骨架結(jié)構(gòu), 解決了DNA分子的線性問題, 并在1935年提出“四核苷酸”說, 認(rèn)為這四種堿基的含量是一樣的。核酸化學(xué)研究史（3）1950年 Chargaff, E和Hotchkiss, R. D采用紙層析法仔細(xì)分析了DNA的組成成分, 得知A=T, G=C, A+G=C+T1953年 Watson, Crick根據(jù)DNA的X射線圖譜的研究結(jié)果, 提出了DNA的雙螺旋模型(Double helix)。幾星期后提出了半保留式復(fù)制模型。1957年 Meselsnhe & Stahl用密度梯度超離心法和同位素標(biāo)記

4、-半保留復(fù)制假說。核酸化學(xué)研究史（4）1958年 Kornberg得到高純度的 DNA polymerase, 這種酶需要一個(gè)模板DNA。1960年 Cairns拍下了復(fù)制中的細(xì)菌DNA的電鏡照片。 1970年 發(fā)現(xiàn)第一個(gè)DNA限制性內(nèi)切酶。1972年 DNA重組技術(shù)的建立。1978年 雙脫氧DNA測序法的建立。1990年 人類基因組計(jì)劃(HGP)實(shí)施。核酸化學(xué)研究史-rRNA（5） 早在上世紀(jì)30年代后期就發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都有核酸存在，但用1924年福爾根發(fā)明的染色法去染色，只能使細(xì)胞核中的核酸染色。而兩種核酸在260 nm的吸收非常相似。 1941年，細(xì)胞學(xué)家J.Brachet和T.C

5、aspersor注意到細(xì)胞質(zhì)中的核酸與蛋白質(zhì)的合成有密切的關(guān)系。 50年代，通過電子顯微鏡和物理化學(xué)手段發(fā)現(xiàn)大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)的RNA常常存在于蛋白質(zhì)合成相關(guān)的顆粒中（20 nm, 用35S進(jìn)行脈沖式標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)證明該顆粒是蛋白質(zhì)合成的所在地），簡稱核糖體(ribosome)。 核糖體得到分離后，發(fā)現(xiàn)里面含RNA-rRNA (ribosomal RNA)。Watson等發(fā)現(xiàn)，rRNA的GC，AU，推斷是單鏈分子。核酸化學(xué)研究史-mRNA （6） 1948年，有人報(bào)道當(dāng)噬菌體感染了細(xì)菌后會(huì)產(chǎn)生一種很不穩(wěn)定的RNA，而大多數(shù)也是和核糖體結(jié)合在一起。 Brenner, Jacob等人用13C，15N標(biāo)記蛋

6、白質(zhì)，用32P標(biāo)記核酸的方法證實(shí)了這是一種新的RNA分子，命名為信使RNA, 即mRNA (messenger RNA)。 1961年，Spielman創(chuàng)立了分子雜交法，通過32P -mRNA-DNA雜交分子證明了mRNA的存在。核酸化學(xué)研究史-tRNA（7） 1957年Hoagland, M.B.發(fā)現(xiàn)一類穩(wěn)定的RNA小分子，不與核糖體結(jié)合，因而不同于mRNA和rRNA。Crick, F.比較了核酸和氨基酸的大小和形狀后，認(rèn)為兩者不可能在空間上互補(bǔ)，因此他對(duì)核酸蛋白質(zhì)的信息傳遞作了以下預(yù)測：a). 有一種分子轉(zhuǎn)換器，使信息從核酸序列轉(zhuǎn)換成氨基酸序列；b). 這種分子很可能是核酸；c). 它不論

7、以何種方式進(jìn)入蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)的模板，都必須與模板形成氫鍵（即配對(duì)）；d). 有20種分子轉(zhuǎn)換器，每種氨基酸一個(gè)；e). 每種氨基酸必定還有一個(gè)對(duì)應(yīng)的酶，催化與特定的分子轉(zhuǎn)換器結(jié)合。 1963年， Ehrenstein等用實(shí)驗(yàn)證明了Hoagland 發(fā)現(xiàn)的分子就是Crick預(yù)言的分子轉(zhuǎn)換器，即tRNA。 1965年Holley經(jīng)過7年努力測出酵母Ala-tRNA序列。核酸化學(xué)研究史-遺傳密碼的破譯（8）1953年 Dounce假設(shè)DNA通過RNA將信息傳給蛋白質(zhì)，RNA上每三個(gè)核苷酸形成一個(gè)“ 空洞”，正好將一個(gè)個(gè)氨基酸裝進(jìn)去, 并允許三聯(lián)體的重疊。命中率801954年 物理學(xué)家Gamow與Te

8、ller等人聯(lián)手，也提出三聯(lián)體學(xué)說，并指出不可重復(fù)的特點(diǎn)。 命中率201957年 Crick也提出了三聯(lián)體的假說。他意識(shí)到要解決“ 天書”的“ 詞法”和“ 句法”，必須要有一本標(biāo)準(zhǔn)詞典，以便決定64種組合中的44種是無用的。 即“ 簡并密碼”和“ 閱讀框”1961年 Crick在Bencer, S的突變實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用重組法得到了+和-型，發(fā)現(xiàn)讀框和野生型一致，從而證明了三聯(lián)體的假說。1961年 Nirenberg, Matthaei & Ochoa用生物化學(xué)手段開始了密碼測試，得到20種氨基酸的密碼子的核酸成份。1964年 Khorana合成了U和G交替的多聚核苷酸，所對(duì)應(yīng)的合成肽為VCVC

9、VC，對(duì)照密碼子的核酸成份可以最終決定。后來合成了UUGUUUGUUG產(chǎn)生了poly(L), poly(C)和poly(V)。1964年 Nirenberg找到了更妙的突破口，合成三聯(lián)體，它能與tNRA進(jìn)行密碼子反密碼子的堿基配對(duì)，從而影響肽鏈的合成。1966年 遺傳密碼的破譯工作基本結(jié)束，Crick繪制了密碼表，提出了擺動(dòng)學(xué)說（wobble concept)，及時(shí)收回了“ 同義詞”不存在的假設(shè)。 James Watson (left) and Francis Crick青山襯托之下，是一片金燦燦的中國水稻梯田。2002年4月5日以中國梯田為封面的 Science雜志以14頁篇幅率先發(fā)表了一個(gè)

10、重大成果中國人獨(dú)立完成的論文水稻（秈稻）基因組的工作框架序列，顯示對(duì)中國科學(xué)家成就充分肯定。COVER Photograph of the Honghe Hani rice terraces in Yunnan Province, China. In this issue, two separate research groups report draft sequences of two strains of rice-japonica and indica. In addition, the Editorial, News Focus, Letters, and Perspectives

11、highlight the significance of the rice genome to the worlds population. Image: Liwen Ma and Baoxing Qiu, Beijing Genomics Institute核酸骨架結(jié)構(gòu)The backbone structrue of nucleic acids核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)：一分子核苷酸的3-位羥基與另一分子核苷酸的5-位磷酸基通過脫水可形成3,5-磷酸二酯鍵，將兩分子核苷酸連接起來。核酸就是由多個(gè)核苷酸單位通過3,5-磷酸二酯鍵連接起來形成的不含側(cè)鏈的長鏈狀化合物。核酸是有方向性的長鏈狀化合物，多核苷

12、酸鏈的兩端，一端稱為5-端，另 一端稱為3-端。53核 酸核酸是生物體內(nèi)的高分子化合物，包括脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）兩大類。一、元素組成組成核酸的元素有C、H、O、N、P等，與蛋白質(zhì)比較，其組成上有兩個(gè)特點(diǎn)：一是核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含量較多并且恒定，約占9-10%（通常取9.5%）。因此，核酸定量測定的經(jīng)典方法，是以測定P含量來代表核酸量。二、化學(xué)組成與基本單位核酸經(jīng)水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸的基本單位。核酸就是由很多單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核苷酸可被水解產(chǎn)生核苷和磷酸，核苷還可再進(jìn)一步水解，產(chǎn)生戊糖和含氮堿基。核糖核酸（RNA）：細(xì)胞質(zhì)，

13、參與蛋白質(zhì)的生物合成 mRNA （信使RNA ），5 %，Pr合成的直接模板 tRNA （轉(zhuǎn)運(yùn)RNA ）， 15 %，活化與轉(zhuǎn)運(yùn)AA rRNA （核糖體RNA），80 %，充當(dāng)裝配機(jī)，提供蛋白質(zhì)合成的場所。脫氧核糖核酸（DNA）：核內(nèi)染色質(zhì)，遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 基因 DNA分子中的 功能 片段（決定遺傳特性） （特定的堿基序列） 核酸的分類、分布與功能核 酸脫氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）tRNAmRNArRNA蛋白質(zhì)合成核酸的分類遺傳信息兩類核酸的分子組成RNADNA組 分磷 酸磷 酸戊 糖核 糖脫氧核糖堿基嘌 呤嘧 啶A GUCTDNA：細(xì)胞核(98%）、線粒體、葉綠體RNA：細(xì)胞質(zhì)r

14、RNA：核仁中合成，占總RNA的80%tRNA：核內(nèi)合成，占總RNA的15%mRNA：核內(nèi)合成，占總RNA的5%核酸的分布DNA的水解產(chǎn)物中有堿基、磷酸、脫氧核糖、核苷、核苷酸等，因而推測DNA的骨架結(jié)構(gòu)為DNA的骨架結(jié)構(gòu)RNA分子與DNA分子的區(qū)別只在一個(gè)核糖羥基，T vs U， 但就這點(diǎn)區(qū)別，RNA分子的化學(xué)性質(zhì)比DNA活潑得多。RNA的骨架結(jié)構(gòu)堿基結(jié)構(gòu)Structure of Bases 嘌呤 腺嘌呤（A）（6-氨基嘌呤） 鳥嘌呤（G）（2-氨基-6-氧嘌呤）Purines嘧啶環(huán)+咪唑環(huán)甘氨當(dāng)中站谷氮坐兩邊左上天冬氨 頭頂CO2 自然界許多生物堿是嘌呤的衍生物： 尿酸(uric acid

15、)：2, 6, 8-三羥嘌呤，嘌呤代謝產(chǎn)物 黃嘌呤(xanthine)：2, 6-二羥嘌呤，嘌呤代謝產(chǎn)物 次黃嘌呤(hypoxanthine)：6-羥基嘌呤，嘌呤代謝產(chǎn)物 茶葉堿(theophylline)：1, 3-二甲基黃嘌呤 可可堿(theobromine)：3,7 -二甲基黃嘌吟 咖啡堿（咖啡因）(caffeine)：1, 3, 7-三甲基黃嘌呤 玉米素(zeatin)：N6-異戊烯腺嘌呤激動(dòng)素(kinetin)：N6-呋喃甲基腺嘌呤 Pyrimidines嘧啶 胞嘧啶（C）（2-氧 4-氨基嘧啶） 尿嘧啶（U） （2，4-二氧嘧啶） 胸腺嘧啶（T）（5-甲基尿嘧啶）Asp氨甲酰磷酸（

16、Gln+CO2） 胞嘧啶中 尿嘧啶及胸腺嘧啶中能發(fā)生酮式/烯醇式、氨式/亞氨式互變嘌呤和嘧啶堿基都具有弱堿性-主要是環(huán)內(nèi)氨基的貢獻(xiàn)鳥嘌呤和次黃嘌呤中質(zhì)子則結(jié)合到N7上核苷和核苷酸Nucleosides and Nucleotides核苷 = 堿基 + 戊糖 （nucleoside, Ns)糖苷鍵，嘌呤環(huán)上的N-9或嘧啶環(huán)上的N-1與糖的C-1以N-C糖苷鍵相連。腺嘌呤核苷（腺苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷） or ？ Anti- or syn-?Join base to pentoseGlycosidic bond -anomerWater soluble腺苷(AR) 脫氧胞苷(dCR) 1,N

17、9-糖苷鍵 1,N1-糖苷鍵 RibonucleosidesDeoxyribonucleosidesCH3Nucleoside ConformationsAnti- or syn- conformationsBase and pentose rings roughly perpendicular “稀有核苷”是由“稀有堿基”所生成的核苷： 假尿苷（） 1,C5-糖苷鍵 核苷酸 = 核苷 + 磷酸 （nucleotide, Nt)連接方式：磷酸酯鍵，糖環(huán)上所有游離羥基（核糖的C-2、 C-3、C-5及脫氧核糖的C-3、C-5 ）均能與磷酸發(fā)生酯化結(jié)合。生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸是5-核苷酸，即糖環(huán)上的C

18、-5 與磷酸酯化。腺嘌呤核苷酸（腺苷酸）脫氧胞嘧啶核苷酸（脫氧胞苷酸）名稱與縮寫(1)RNA：ribonucleic acid 核糖核酸DNA：deoxyribonucleic acid 脫氧核糖核酸pyrimidine： cytosine (Cyt) 胞嘧啶 嘧啶 thymine (Thy) 胸腺嘧啶 uracil (Ura) 尿嘧啶purine： adenine (Ade) 腺嘌呤 嘌呤 guanine (Gua) 鳥嘌呤 名稱與縮寫(2)Ribonucleoside (Ns) 核糖核苷 （不帶磷酸） adenosine (Ado) 腺(嘌呤核)苷 guanosine (Guo) 鳥(嘌呤

19、核)苷 cytidine (Cyd) 胞(嘧啶核)苷 thymidine (Thd) 胸(腺嘧啶脫氧核)苷 uridine (Urd) 尿(嘧啶核)苷Ribonucleotide (Nt) 核糖核苷酸 （帶磷酸） adenosine 5- mono (di, tri) phosphaste； AMP, ADP, ATPdeoxyribonucleoside 脫氧核糖核苷（不帶磷酸） deoxyadenosine (dAdo) deoxyribonucleotide 脫氧核糖核苷酸（帶磷酸） dAMP, dADP, dATPdNTPDNA中的四種堿基及它們間的氫鍵胞嘧啶胸腺嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤TCA

20、GCH3Ura與DNA分子中的Thy的區(qū)別RNA分子中的四個(gè)堿基核苷的解離戊糖可增強(qiáng)堿基的酸性解離核糖中的羥基也可發(fā)生解離核苷酸的解離磷酸基使核苷酸具有很強(qiáng)的酸性DNA等電點(diǎn)為4-4.5RNA等電點(diǎn)為2-2.5堿基、核苷、核苷酸的值堿基 adenine 4.15, 9.8 cytosine 4.5, 12.2 guanine 3.2, 9.6 thymine 9.9, 13核苷 adenosine 3.5, 12.5 deoxyadenosine 3.8 cytidine 4.15, 12.5 deoxycytidine 4.3, 13 guanosine 1.6, 9.2 deoxyguan

21、osine 2.5 uridine 9.2, 12.5 deoxythymidine 9.8, 13核苷酸 AMP 3.7, 6.1 : dAMP 4.4 ADP 3.9, 6.3 : - CMP 4.5, 6.3 : dCMP 4.6 GMP 2.4, 6.1, 9.4 : dGMP 2.9, 9.7 UMP 6.4, 9.5 : dTMP 10.0核苷酸酸的紫外吸收 堿基中含有共軛雙鍵最大吸收峰260 nm左右核酸溶液紫外吸收以摩爾磷的吸光度表示，摩爾磷即相當(dāng)于摩爾核苷酸。：摩爾吸光系數(shù)A：吸收值 W：每升溶液磷重量L ：比色杯內(nèi)徑由于共振作用，所有核苷酸的堿基都吸收紫外光，核酸在260

22、nm附近有強(qiáng)大光吸收。OD260的應(yīng)用：1. DNA或RNA的定量OD260= 1.0相當(dāng)于50g/ml雙鏈DNA40g/ml單鏈DNA（或RNA）20g/ml寡核苷酸2. 判斷核酸樣品的純度DNA純品: OD260/OD280 = 1.8RNA純品: OD260/OD280 = 2.0含雜蛋白及苯酚，降低DNA與RNA互混？3. 判斷DNA是否變性修飾堿基（核苷）Modified bases (nucleosides)DNA中的稀有堿基。5-甲基胞嘧啶存在與動(dòng)物和高等植物DNA中，N6-甲基腺嘌呤存在于細(xì)菌DNA中，5-羥甲基胞嘧啶存在于噬菌體感染的細(xì)菌DNA中。tRNA中的稀有堿基。All

23、 of the four bases in tRNA can be modified與氨基酸一樣，堿基在細(xì)胞中也受到各種各樣的修飾，其產(chǎn)物常常扮演信號(hào)傳導(dǎo)信使分子、營養(yǎng)因子、輔酶等角色，并對(duì)核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要作用胸腺嘧啶核糖核苷二氫尿苷假尿苷4-硫尿苷3-甲基胞苷次黃苷，肌苷喹啉（Q核苷）7-甲基鳥苷W(Y）核苷體內(nèi)一些重要核苷酸能量物質(zhì)： ATP、GTP、UTP、CTP等；酶輔助因子：NAD+、 NADP + 和FAD 等；信號(hào)傳導(dǎo)： 環(huán)腺苷酸（ cAMP），環(huán)鳥苷酸（cGMP）;重要代謝中間物：PAPS（3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸）、SAM（S-腺苷甲硫氨酸）、UDPG（鳥苷二磷酸葡

24、萄糖）、UDPGA（鳥苷二磷酸葡萄糖醛酸）、CDP-膽堿（乙醇胺）等 AMPADPATP3 ,5 -cAMPcAMP(3,5- 環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸)和 cGMP( 3,5-環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。cAMP 和 cGMP 的環(huán)狀磷酯鍵是一個(gè)高能鍵。在 pH 7.4 條件下, cAMP 和 cGMP 的水解能約為43.9 kj /mol，比 ATP 水解能高得多。核酸的物理性質(zhì) I1、性狀：RNA及其組分核苷酸、核苷、嘌呤堿、嘧啶堿的純品都呈白色的粉末或結(jié)晶；DNA則為疏松的石棉一樣的纖維狀固體。2、粘性：核酸的水溶液粘度很大，DNA溶液的粘度大于RNA。核酸變

25、性后，粘度下降。核酸的物理性質(zhì) II3、溶解性：RNA和DNA都是極性化合物，一般都微溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑。它們的鈉鹽易溶于水。細(xì)胞內(nèi)DNA和RNA都與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。DNA核蛋白與RNA核蛋白的溶解度受溶液的鹽濃度的影響而不同。DNA核蛋白在低濃度的鹽溶液中隨鹽濃度的增加而增加，在1 mol/LNaCl溶液中的溶解度比純水的高2倍，在0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，僅為水的1%，幾乎不溶解；而RNA核蛋白在鹽溶液中其溶解度受鹽濃度的影響較小，在0.14 mol/L的NaCl中溶解度較大。因此，在核酸的提取中，常依此將兩種核蛋白分開，然后用蛋白質(zhì)變性劑去

26、除蛋白質(zhì)。核酸的水解酸或堿水解RNA的堿水解DNA和RNA的共價(jià)主鏈可以被非酶條件緩慢水解磷酸二酯鍵，試管中RNA可被堿性條件迅速水解，而DNA則不。RNA的C-2羥基直接參與了水解過程，2, 3-單磷酸是堿對(duì)RNA作用的第一個(gè)產(chǎn)物，后者進(jìn)一步迅速被水解生成2-及3-核苷單磷酸。堿性條件下RNA的水解RNase酶水解核酸水解酶兩種酶水解方式及產(chǎn)物a形式及b形式的兩種磷酸二酯酶外切核酸酶-逐個(gè)水解胰核糖核酸酶（RNase）：內(nèi)切酶，以b方式水解，產(chǎn)物為以3-嘧啶核苷酸結(jié)尾的寡核苷酸(Palindrome)粘性末端末端為含未配對(duì)堿基，能與具有互補(bǔ)堿基的目的基因片段的DNA連結(jié)，故稱為粘性末端。這種

27、酶在基因工程中應(yīng)用最多。平頭末端在兩條鏈的特定序列的相同部位切割，形成一個(gè)無粘性末端的平口.核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸中的核苷酸依此以磷酸二酯鍵連接。核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指核酸的核苷酸組成、排列順序及連接方式。DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種脫氧核糖核苷酸所組成。DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)就是指DNA分子中脫氧核糖核苷酸的排列順序及連接方式。RNA分子主要由AMP、GMP、CMP、UMP四種核糖核苷酸組成。RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指RNA分子中核糖核苷酸的排列順序及連接方式。核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法 5-AGTCCATG-3 AGTCCATG GTACCTGA 5-AGUCCAUG-3 AGUCC

28、AUG GUACCUGApA-C-G-T-AOHpApCpGpTpApACGTADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景1950-1953，Chargaff研究小組對(duì)DNA的化學(xué)組成進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)： DNA堿基組成有物種差異，且物種親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，差異越大； 相同物種，不同組織器官中DNA堿基組成相同，而且不因年齡、環(huán)境及營養(yǎng)而改變； DNA分子中四種堿基的摩爾百分比具有一定的規(guī)律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。這一規(guī)律被稱為Chargaff法則。Chargaffs rulesG=CA=T雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)（1）Wilkins和Franklin發(fā)現(xiàn)不同來源的DNA纖維具有

29、相似的X射線衍射圖譜。1953年由Wilkins研究小組完成的研究工作，發(fā)現(xiàn)了DNA晶體的X線衍射圖譜中存在兩種周期性反射，并證明DNA是一種螺旋構(gòu)象。 （2）Chargaff發(fā)現(xiàn)DNA中A與T、C與G的數(shù)目相等。后Pauling 和Corey發(fā)現(xiàn)A與T生成2個(gè)氫鍵、C與G生成3個(gè)氫鍵。（3）電位滴定證明，嘌呤與嘧啶的可解離基團(tuán)由氫鍵連接。Watson和Crick定義的核酸中堿基對(duì)的氫鍵模式DNA中的四種堿基及它們間的氫鍵胞嘧啶胸腺嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤TCAG堿基間的氫鍵可以有不同形式Watson-CrickHoogsteen堿基配對(duì)時(shí)堿基一般以酮式存在，而不是醇烯式；堿基中的H原子一般不移動(dòng)，因

30、此很少有亞氨基團(tuán)；在中性pH條件下，參與氫鍵的-NH2基均不帶電荷，這是雜環(huán)電子共軛以及氫鍵的共同作用的結(jié)果，否則雙螺旋結(jié)構(gòu)不會(huì)穩(wěn)定。（約1 %）B型雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1) DNA由2條反向平行的多核苷酸鏈構(gòu)成的右手平行雙螺旋。有大溝、小溝。(2) 主鏈位于螺旋外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)； (3) 兩條鏈間存在堿基互補(bǔ)：A與T或G與C配對(duì)形成氫鍵，稱為堿基互補(bǔ)原則（A與T為兩個(gè)氫鍵，G與C為三個(gè)氫鍵）； (4) 螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力； (5) 螺旋的螺距為3.4 nm，直徑為2 nm，相鄰堿基對(duì)平面距離0.34 nm，相差36度，10個(gè)核苷酸/圈。(6) 有共同的螺旋軸，堿基朝內(nèi)，

31、氫鍵相連與軸垂直，戊糖平面與螺旋軸平行，與堿面垂直。Watson-Crick的DNA雙螺旋2.0 nm結(jié)構(gòu)特征1953 James Watson and Francis Crick solve the structure of DNA雙螺旋分子中糖分子與縱軸平行，與堿基平面垂直穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的作用力為氫鍵和堿基堆積力（即疏水作用）Twist 36大溝和小溝： 大溝和小溝分別指雙螺旋表面凹下去的較大溝槽和較小溝槽。小溝位于雙螺旋的互補(bǔ)鏈之間,而大溝位于相毗鄰的雙股之間。這是由于連接于兩條主鏈糖基上的配對(duì)堿基并非直接相對(duì), 從而使得在主鏈間沿螺旋形成空隙不等的大溝和小溝。 在大溝和小溝內(nèi)的堿基對(duì)中的N 和O 原子朝向分子表面。 堿基的配對(duì)使得雙螺旋DNA分子在復(fù)制時(shí)以半保留的形式進(jìn)行。Messelson 和 Stahl 的實(shí)驗(yàn)大腸桿菌DNA的復(fù)制電鏡照片同位素標(biāo)記（紅色）DNA雙螺旋的構(gòu)象類型B-DNA：92%相對(duì)濕度，接近細(xì)胞內(nèi)的DNA構(gòu)象，與Watson 和Crick提出的模型相似。A-DNA：7