【文章內容簡介】 —T、 T—A、 G—C和 C—G四種堿基對形式都允許處在這種幾何形狀中 ， 即雙螺旋結構只限定配對方式 ， 并不限定堿基的排列順序 。 第二節(jié) DNA的組成和結構 堿基：堿基環(huán)是一個共軛環(huán) ， 堿基對構成的平面與螺旋軸近似垂直 ， 螺旋軸穿過堿基平面 ， 相鄰堿基對沿螺旋轉 36176。 角 ， 上升 。因此 ， 每 10對堿基繞軸旋轉一圈組成一節(jié)螺旋 ， 螺距 。 大溝和小溝：沿螺旋軸方向觀察 ， 可以看到配對的堿基并沒有充滿螺旋的空間 。 由于堿基對與糖環(huán)的連接都是在堿基對的同側 ， 故這種不對稱的連接導致雙螺旋表面形成 2個凹下去的溝 ， 一個寬一個窄 ，分別稱為大溝和小溝 。 糖一磷酸骨架構成大溝和小溝的兩壁 ， 堿基對邊就是溝底 ， 而螺旋軸通過堿基對中央 。 因此 ， 大 、 小兩溝的深度差不多 ， 亦即從螺旋圓柱面至堿基對邊之間的橫向距離大致相等 。 雙螺旋表面的溝對 DNA與蛋白質的相互識別和結合都是很重要的 。 因為只有在溝內才能接觸到堿基的順序 ， 而在雙螺旋的表面則是脫氧核糖和磷酸的重復結構 ， 似乎并無信息可言 。 當然 ， 大溝和小溝之間存在著明顯的差別 。 大溝的空間可容納其它分子 “ 閱讀 ” 溝內的堿基順序信息 ， 并可使其氮 、 氧原子與蛋白質的氨基酸側鏈形成氫鍵而結合 。 而小溝沒有足夠大的空間與蛋白質分子識別和結合 ， 但是在 BDNA的小溝內可觀察到水合結構 。 （ 圖 24） 是 DNA雙螺旋模型 第二節(jié) DNA的組成和結構 圖 24 DNA雙螺旋模型 第二節(jié) DNA的組成和結構 2． DNA雙螺旋的種類 （ 1） 右手螺旋的多重構象 表 21不同螺旋形式 DNA分子主要參數比較 第二節(jié) DNA的組成和結構 （ 2）左手螺旋 在 DNA單鏈中存在嘌呤與嘧啶交替排列的順序 CGCGCG或 CACACA時 ，則會出現左手雙螺旋結構 。 在主鏈中各個磷酸根呈鋸齒狀排列 ， 猶如“ 之 ” 字形一樣 ， 因此叫做 Z型構象 (采用 Zigzag第一個字母 )。 Z型結構是所有 DNA結構每圈螺旋堿基對最多的 ， 因而有最少扭曲結構 。 比如 ， 真核細胞中常出現胞嘧啶第 5位碳原于的甲基化 ， 形成局部疏水區(qū) ， 這一區(qū)域伸入 B–DNA的大溝中 ， 使 B–DNA不穩(wěn)定而轉變?yōu)?Z–DNA。 抗體可以區(qū)分 Z型 DNA和 B型 DNA。 這些抗體與果蠅染色體的特殊區(qū)域以及其它生物體的細胞核結合 。 在果蠅中 ， 結合的區(qū)域比染色體有更為展開的結構 ,說明 Z–DNA的存在是一種自然現象 。 可以看出 ， DNA構象的多變性 ， 或者說 DNA二級結構的多態(tài)性 ， 是在不同條件和具有特殊序列結構時才呈現出來的 ， 說明 DNA是一個可變的動態(tài)分子 ， 以多變的構象實現內涵豐富的生物學功能 。 第二節(jié) DNA的組成和結構 四 、 DNA的高級結構 DNA的高級結構是指 DNA雙螺旋進一步扭曲盤繞所形成的特定空間結構 。 超螺旋結構是 DNA高級結構的主要形式 ， 可分為正超螺旋與負超螺旋兩大類 ， 它們在特殊情況下可以相互轉變 ， 如： DNA分子的這種變化可以用一個數學公式來表示： L = T + W 其中，其中為連接數，是指環(huán)形 DNA分子兩條鏈間交叉的次數。只要不發(fā)生鏈的斷裂， L是個常量。 T為雙螺旋的盤繞數 (twisting number)， W為超螺旋數 (writhing number)， 它們是變量。 第三節(jié) DNA的復制 一、 DNA的半保留復制機理 二、 DNA復制的起點、方向和速度 DNA在復制時 ， 首先在一定位置解開雙鏈 ， 這個復制起點呈現叉子的形式 ， 稱為復制叉 。 一般把生物體能獨立進行復制的單位稱為復制子 。 實驗證明 ， 復制在起始階段進行控制 ， 一旦復制開始 ， 就連續(xù)進行下去 ， 直到整個復制子完成復制 。 每個復制子由一個復制起點控制 。 原核生物的復制起始點通常在它染色體的一個特定位點 ， 并且只有一個起始點 ， 因此 ， 原核生物的染色體只有一個復制子 。 真核生物染色體的多個位點可以起始復制 ， 有多個復制起始點 ， 因此是多復制子 （ 表 22） 。 且多個復制子不是同時起作用 ， 而是在特定時間 ， 只有一部分復制子 （ 不超過 15%） 在進行復制過程 。 關于 DNA復制的方向和速度 ， 最為普遍的就是雙向等速進行 （ 圖25） 。 某些環(huán)狀 DNA偶爾從一個復制起始點形成一個復制叉 ， 單向復制 。 而腺病毒則從兩個起始點相向進行復制 。 第三節(jié) DNA的復制 表 22 部分生物復制子的比較 第三節(jié) DNA的復制 圖 25 放射性實驗證明 DNA的復制是從固定的起始點雙向等速進行的 第三節(jié) DNA的復制 三、 DNA復制的幾種主要方式 1． 線性 DNA雙鏈的復制 復制叉生長方向有單一起點的單向 (如腺病毒 )及雙向 (如噬菌體 )，和多個起始點的雙向幾種 ， DNA雙向復制時復制叉處呈 “ 眼 ” 型 。 線性 DNA復制中 RNA引物被切除后 ， 留下 5′ 端部分單鏈 DNA， 不能為 DNA聚合酶所作用 ， 使子鏈短于母鏈 。 T4和 T7噬菌體 DNA通過其末端的簡并性 , 使不同鏈的 3′ 端因互補而結合 ， 其缺口被聚合酶作用填滿 ，再經 DNA連接酶作用生成二聯(lián)體 。 這個過程可重復進行直到生成原長20多倍的多聯(lián)體 ， 并由噬菌體 DNA編碼的核酸酶特異切割形成單位長度的 DNA分子 。 Φ290噬菌體和腺病毒基因組的末端含反向重復序列 ，復制時 ， 5′ 端首先與末端蛋白共價結合 ， 開始互補鏈的合成 。 當另一條鏈完全被置換后 ， 兩端通過發(fā)卡結構相連 ， 形成一個大部分序列互補的單鏈環(huán)形 DNA分子 ， 復制從其內部的起始位點開始按前導鏈方式雙向進行 ， 經過環(huán)形結構到達分子的另一部分 ， 經雙鏈結構交錯切割后生成完整的子鏈病毒 。 除了環(huán)形部分發(fā)生重排之外 ， 所生成的新DNA分子帶有母鏈的全部遺傳信息 。 第三節(jié) DNA的復制 2．環(huán)狀 DNA雙鏈的復制 （ 1） θ 型復制 θ 型 （ 圖 26） 復制可以是雙向或單向的 ， 大多為等速雙向 ， 少數為不等速雙向復制 。 兩個共價封閉的互相盤繞的 DNA雙鏈在拓撲異構酶作用下從起始點 （ ori） 開始形成 DNA切口和封閉 ， DNA的一條或兩條主鏈骨架有暫時的切斷 ， 是 DNA超旋或解旋 ， 有利于復制叉向前移動 。 前導鏈 DNA開始復制前 ， 復制原點的核酸序列被轉錄生成短 RNA鏈 ， 作為起始 DNA復制的引物 。 （ 2） 滾動環(huán)復制 它是很多病毒 、 細菌因子以及真核生 物中基因放大的基礎 。 如： ΦX174， T4噬菌體等的 DNA都以如圖 27所示 第三節(jié) DNA的復制 圖 26 DNA復制的 θ型結構 第三節(jié) DNA的復制 （ 3） D型復制 線粒體和葉綠體具有雙鏈環(huán)狀 DNA， 在電鏡中觀察到 ，線粒體 DNA的復制叉曾呈現出 D形 。 在復制開始時 ， 雙鏈環(huán)狀 DNA在特定 ori位 點 出 現一 個 復 制泡 (replicativ