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什么是化合物的一级结构二级结构(DNA的一级结构与二级结构)

福瑞号2022-11-21 01:12:06问答百科512
脱氧核糖核酸简称DNA(deoxyribonucleic acid),是由成千上万个脱氧核糖核苷酸缩合而成的大分子。它的一级结构是它的构件组成及排列顺序,即碱基序列。
在DNA分子中,相邻核苷酸以3’,5’-磷酸二酯键连接构成长链,前一个核苷酸的3’-羟基与后一个核苷酸的5’-磷酸结合。链中磷酸与糖交替排列构成脱氧核糖磷酸骨架,链的一端有自由的5’-磷酸基,称为5’端;另一端有自由3’-羟基,称为3’端。RNA的一级结构也是如此,只是戊糖换成了核糖。
什么是化合物的一级结构二级结构(DNA的一级结构与二级结构)-图1

核酸的一级结构

书写DNA时,按从5’向3’方向从左向右进行,并在链端注明5’和3’,如5’pApGpCpTOH3’。也可省略中间的磷酸,写成pAGCT。这是文字式缩写。还有一种不太常用的线条式缩写,用竖线表示戊糖,1'在上,5'在下。
在DNA中,磷酸核糖骨架并无区别,所以遗传信息是由碱基的特定序列携带着。各种基因组测序也是测定碱基序列。
什么是化合物的一级结构二级结构(DNA的一级结构与二级结构)-图2

测序原理

DNA的二级结构指的是DNA的螺旋构象。DNA主要以B-型双螺旋结构存在,即1953年Watson和Crick提出的双螺旋模型。其要点是:
什么是化合物的一级结构二级结构(DNA的一级结构与二级结构)-图3
DNA双螺旋是由两条反向、平行、互补的DNA链构成的右手双螺旋。两条链的脱氧核糖磷酸骨架反向、平行地按右手螺旋走向,绕一个共同的轴盘旋在双螺旋的外侧,两条链的碱基一一对应互补配对(互为互补链),集中地平行排列在双螺旋的中央,碱基平面与轴垂直。
什么是化合物的一级结构二级结构(DNA的一级结构与二级结构)-图4

碱基互补配对,引自

双螺旋外径2nm,螺距3.4nm,每10对碱基上升一圈。因此每对碱基距离0.34nm,夹角36度。其实这是DNA的平均特征,实际上由于碱基序列的影响,在局部会有所差异。如两个核苷酸之间的夹角可以从28度到42度不等,互补配对的碱基之间也有一定夹角,称为螺旋桨状扭曲。如果精确计算,螺旋的一圈实际含有10.4个碱基对。
有两种作用力稳定双螺旋的结构。在水平方向是配对碱基之间的氢键,A=T对形成两个氢键,GC对形成三个氢键。这些氢键是克服两条链间磷酸基团的斥力,使两条链互相结合的主要作用力。在垂直方向,是碱基对平面间的堆积力。堆积力是疏水力与范德华力的共同体现。氢键与堆积力两者本身都是一种协同性相互作用,两者之间也有协同作用。
脱氧核糖磷酸骨架并未将碱基对完全包围起来,在双螺旋表面有两个与双螺旋走向一致的沟,一个较深较宽,称大沟;一个较窄较浅,称小沟。大沟一侧暴露出嘌呤的C6、N7和嘧啶的C4、C5及其取代基团;小沟一侧暴露出嘌呤的C2和嘧啶的C2及其取代基团。因此从两个沟可以辨认碱基对的结构特征,各种酶和蛋白因子可以识别DNA的特征序列。

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