第二章DNA和染色体的结构.ppt

第二章 DNA与染色体的结构 第一节 DNA结构的多态性与动态性 第二节 DNA的精细结构 第三节 DNA的超螺旋结构和拓扑异构酶 第四节 DNA的变性、复性与分子杂交 第五节 DNA序列分析及进展 （3）DNA浓度。DNA浓度越大，两条互补链彼此相遇的可能性越大，复性速度也越快。 DNA复性反应的初始浓度Co与反应完成一半所需时间的乘积用Co?t1/2表示，它是个常数，亦称DNA分子的复杂度（ complexity,C）。图2--28表示各种不同的DNA的复性动力学曲线。从图中可以看出，一种DNA分子的分子量越大，其完成复性所需的时间越长，则Co?t1/2越大。 70年代末，人们对化学合成的具有确定序列的DNA片段晶体进行χ射线衍射发现，DNA双螺旋实际上不是完全均匀的，它的许多结构参数在一定范围内是随碱基序列的不同而有所变化，这称为DNA的局部构象。如具GCGAATTCGCG的DNA片段的χ射线衍射分析指出，它的螺旋扭转角 (helix twist angle)是在28o-42o（图2-17）之间变动而不是36o。同样，其它的参数如螺旋桨扭角（propeller twist angle），碱基转动角（roll angle of base pair）等也都会因碱基序列的不同而发生不同程度的变动，碱基对之间也发生不同的滑动，使得碱基堆积情况发生变化（图2-18）。这种碱基序列的不同引起的碱基堆积的变化，是由于碱基对中，嘌呤的双环结构大于嘧啶的单环结构， 在碱基配对中，嘌呤碱会超越中点占据嘧啶碱的一部分空间，这既增加了碱基的堆积程度，又使碱基功能团间发生挤压，而序列不同挤压的情况不同。对嘌呤-（3ˊ-5ˊ）-嘧啶序列，来自鸟嘌呤Ο6、腺嘌呤N6间的挤压出现在大沟中；对于嘧啶-（3ˊ-5ˊ）-嘌呤序列，来自鸟嘌呤N3，N2 腺嘌呤N3间的挤压在小沟中发生（图2-19）。可见小沟中的挤压更为严重。 为减少不利的挤压，使碱基堆积更加有利，双螺旋结构就要做出局部调整，如改变各个结构参数等，甚至形成交叉氢键，这些变化就形成了DNA的精细结构（fine structure）。而这些精细结构正是相应蛋白质因子与靶位点进行专一性识别和结合从而发挥DNA功能的标志。 另据观察，DNA与一些蛋白质因子的结合部位是一些弯曲结构，这些弯曲（blend）是由连续的A残基产生的，每 组连续的A的数目一般为3～6个，并且要求连续的A之间需被其它核苷酸隔开。 含G-T、A-C、G-A碱基对的寡聚核苷酸的晶体分析说明，这些错配的碱基对都能包容在B-DNA中，它们的构象参数一般处于允许范围内，如G-A的一种配对方式仅宽1.07nm ，与G-C对的尺寸十分接近，也不引起螺旋方向改变，因此，这一错配 对DNA的结构并不产生明显的影响，但腺嘌呤官能团所处位置与螺旋的其余部分 明显不同，这一特点就为修复酶提供了识别标志。 对错配的碱基包容于双螺旋，以及它们所产生的构象变化与其所处序列环境（sequence environment）间的关系的深入研究，将有利于对复制过程的校对以及复制后的修复和重组酶系的进一步认识。 另外，Z-DNA的形成与特定的d（GC）序列有关，这也说明DNA的局部构象对特定序列的依赖性。 DNA的局部构象与其功能有着密切的联系。DNA所携带的遗传信息，一类是编码蛋白质，它们通过核苷酸三联体与各个氨基酸间的对应关系使遗传信息由DNA流向蛋白质，但遗传信息的这种流动不是靠基因自身的功能，而是通过独立于该基因之外的蛋白质合成机构实现的。同时，蛋白质基因的表达不总是构成型的，它是受调控的。DNA所携带的第二类信息即是与基因表达调控有关的信息，它们就 贮存在DNA的精细结构中，直接表现为特定的空间结构，即密码结构域（code domain）,它能被相应的蛋白质因子识别并结合，从而控制蛋白质基因的表达。 凡能结合于DNA的蛋白质叫作DNA-结合蛋白（DNA-binding protein）。它包括各种酶（如DNA聚合酶、RNA聚合酶等）和调节蛋白（如CAP等）。这些蛋白质与DNA的结合涉及到遗传个体发育等生物学中的一些基本问题。因此核酸蛋白质的 交互作用（nucleic acid-protein interaction）已成为分子生物学的研究热点。DNA和蛋白质的结合实质上是一个双向过程，DNA的局部构象既提供了识别标志和发生交互作用的结构条件，而蛋白质的结合又促使该处DNA的构象发生进一步的变化或使交互作用深化。 一、DNA的超螺旋结构 DNA的三级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的构象