1.2 DNA结构

DNA：deoxyribonucleic acid 脱氧核糖核酸

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  • dsDNA

    在细胞内部，最常会看到双链DNA，两条链缠绕在一起形成双螺旋，DNA双螺旋最常见的形式也被称为B型DNA

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  • 双螺旋解开

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  • 内部化学结构

    每一条链都是多聚核苷酸链

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    意味着DNA链由许多核苷酸(nucleotide)单位组成，一个核苷酸有三部分

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    • 一个磷酸基团(phosphate)、一个戊糖(sugar)、四种含氮碱基之一

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      腺嘌呤(adenine)

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      鸟嘌呤(guanine)

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      胸腺嘧啶(thymine)

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      胞嘧啶(cytosine)

    • 含氮碱基总是连接在戊糖的1’碳上，5’碳和相邻戊糖的3’碳之间有一个磷酸基团

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    • 戊糖为脱氧核糖，因为在2’碳位脱去了一个核糖中本该存在的羟基，DNA的核苷酸叫做脱氧核糖核苷酸

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    • DNA中的核苷酸通过磷酸二酯键相互连接，核苷酸上的磷酸基团，连接上邻位核苷酸的3’碳

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    • 脱氧核糖和磷酸基团组成了DNA骨架

      碳原子的编号对于描述DNA 5’到3’的方向性至关重要

      DNA内部两条链，顶部链5‘碳都在左边，3’碳都在右边，方向为5’➡️3’，底部链相反

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    • 氢键

      • 核苷酸通过共价键聚合在一起构成骨架
      • 两条DNA链通过碱基间的非共价键——氢键相互作用，每个碱基都会和另一条链上的互补碱基生成多个氢键
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      • 通过氢键连接的那一个单位叫做碱基对，氢键使得碱基对存在一定的特异性
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      腺嘌呤(adenine)和胸腺嘧啶(thymine)配对形成两个氢键

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      胞嘧啶(cytosine)和鸟嘌呤(guanine)配对形成三个氢键

    • 嘧啶和嘌呤的结构

      胸腺嘧啶和胞嘧啶是嘧啶，以单环结构为特征

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      腺嘌呤和鸟嘌呤是嘌呤，它们都有双环

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    • AT或者TA、GC或者CG碱基对的几何形态是相同的，使得螺旋具有对称性，碱基也能堆积起来，这和骨架之间的距离和碱基连接到骨架上的角度有关

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    • 其它碱基对例如GT，没有这类的几何构型，不能形成作用较强的氢键，并且会阻碍螺旋的形成

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    • DNA的双螺旋结构具有很强的规律性，每圈螺旋大概是10碱基对长

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    • 除了碱基之间的氢键，碱基堆积也加固了双螺旋结构

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    • 当碱基里相邻芳香环堆积在一起，共享电子，就形成了$\pi-\pi$键的相互作用

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    • 规律性的螺旋结构形成两部分重复交替的空间，叫大沟(major grooves) 和 小沟(minor grooves)

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      这些沟的作用是识别碱基对以及作为蛋白质的结合位点

      大沟含有携带特殊信息的碱基对，小沟主要是非特异性碱基对

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      因为蛋白质能作用的氢键受体和供体位于沟内，这样DNA既可以被看作为特异性序列，也能被看作为非特异性序列，使得蛋白质能够结合到正确的基因上，完成指定任务

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