南京农业大学生物化学4.pptx

第五章第五章 核核 酸酸（Chemistry of nucleic acid）1868年年，瑞瑞士士科科学学家家F.Miescher 从从外外科科绷绷带带上上脓脓细细胞胞中中分分离离出出了了一一种种富富含含磷磷的的有有机机物物质质，称称为为“核核素素”(nuclein)。他的论文发表在他的论文发表在Med.Chem.Unters1872年年，他他从从莱莱茵茵河河鲑鲑鱼鱼中中得得到到类类似似物物,同同时时还还分分离离到到一一种种碱碱性性化化合合物物，称称为为鱼鱼精蛋白（精蛋白（protamine）5.1概概述述1889年年，Altman等等人人又又从从酵酵母母和和动动物物的的细细胞胞核核中中得得到到了了不不含含蛋蛋白白质质的的核核酸酸，并并首次使用首次使用“核酸核酸”（Nucleic Acid）命名。命名。1944年年，Avery等等人人通通过过细细菌菌转转化化实实验证明验证明核酸就是遗传物质核酸就是遗传物质。5.1概概述述5.1概概述述 Nucleic Acid(Nucleic Acid(NANA)Polynucleotide chain(Polynucleotide chain(poly Nt)poly Nt)Nucleotide Nucleotide(Nt(Nt)basic unitbasic unitMono-phosphate(Mono-phosphate(MpMp)Nucleoside(Nucleoside(NsNs)Deoxy-ribose Deoxy-ribose(Ribose Ribose)BaseBasePurin(pu)Pyrimidine(py)Purin(pu)Pyrimidine(py)Adenine Adenine(A)(A)Thymine Thymine(T)(T)Guanine Guanine(G)(G)Uracil Uracil(U)(U)Cytosine Cytosine(C)(C)DNA分子的片段分子的片段 5.1概概述述5.1.1 核酸的种类、分布与功能种种类类分分布布功功能能DNA原核生物：核质区原核生物：核质区真核生物：真核生物：95%95%在细胞核、在细胞核、5%5%在线粒体和叶绿体在线粒体和叶绿体 遗传信息的载体遗传信息的载体RNAtRNA原核生物：细胞质原核生物：细胞质真核生物：真核生物：75%75%在细胞质在细胞质15%15%在线粒体和叶绿体在线粒体和叶绿体10%10%在细胞核在细胞核 携带、转移携带、转移aaaamRNA肽链合成的模板肽链合成的模板rRNA核糖体主要成分核糖体主要成分5.1概概述述5.1.1 核酸的种类、分布与功能lDNA与与RNA的区别的区别RNA 2 单磷酸核苷酸单磷酸核苷酸 3 单磷酸核苷酸单磷酸核苷酸 2,3 环式单核苷酸环式单核苷酸RNase pH11.5lRiboselBaselD.S.&S.S.lNumbers&lengthlStability核酸的基本结构单元核苷酸核苷酸核酸是由许多核苷酸组成的长链核酸是由许多核苷酸组成的长链NucleotideNucleotide5.1概概述述5.1.2 核酸的化学组成核苷核苷酸酸磷磷酸酸核核苷苷戊戊糖糖碱碱基基核核糖糖脱氧核糖脱氧核糖嘌嘌呤呤嘧嘧啶啶5.1概概述述5.1.2 核酸的化学组成1、戊糖它它们们均均以以呋呋喃喃糖糖态态存存在在 RNA RNA 中中 DNA DNA 中中 5.1概概述述5.1.2 核酸的化学组成2、碱、碱基基DNADNA中的中的4 4种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶胸腺嘧啶RNARNA中的中的4 4种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶尿嘧啶3、磷、磷酸酸5.1概概述述5.1.2 核酸的化学组成碱碱基基5-甲基-2,4-二氧嘧啶Thy胸腺嘧啶2,4-二氧嘧啶Ura尿嘧啶2-氨基氨基-6-氧氧嘌呤呤Gue鸟嘌呤呤2-氧-4-氨基嘧啶Cyt胞嘧啶嘧啶6-氨基氨基嘌呤呤Ade腺腺嘌呤呤嘌呤呤124NN3561357NNNNCH24689HNNNNCHNH2HNNNNCHOHH2NNNNH2OHNNOONNOOCH3 核核 苷苷 戊戊糖糖第第1 1位位碳碳原原子子上上的的羟羟基基与与嘌嘌呤呤的的第第9 9位位氮氮原原子子或与或与嘧啶的第嘧啶的第1 1位氮原子位氮原子形成的形成的N-CN-C糖苷键糖苷键。腺苷腺苷脱氧鸟苷脱氧鸟苷5.1概概述述5.1.2 核酸的化学组成 核核 苷苷 酸酸RNARNA中中的的核核苷苷酸酸腺苷酸腺苷酸AMP鸟苷酸鸟苷酸GMP胞苷酸胞苷酸CMP尿苷酸尿苷酸UMPDNADNA中中的的核核苷苷酸酸脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸dAMP脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸dGMP脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸dCMP脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸dTMP生生生生物物物物体体体体内内内内存存存存在在在在的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸，多多多多是是是是5 5 5 5核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸。5.1概概述述5.1.2 核酸的化学组成Nucleotide(Nt)basic unitAdenine(A)Adenine(A)Guanine(G)Guanine(G)Thymine(T)Thymine(T)NH3OONH3ONH3Uracil(U)Uracil(U)Cytosine(C)Cytosine(C)p pOHOHOOOHOHOOOHOHp pOOp pp pOHOHOHOHRNARNase pH11.5OO 2,3 环式单核苷酸环式单核苷酸OOp p3 单磷酸核苷酸单磷酸核苷酸p pOOOHOH 2 单磷酸核苷酸单磷酸核苷酸 p pOOOHOH5.2DNA的分子结构的分子结构 DNADNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。式和排列顺序。四种脱氧核苷酸通过四种脱氧核苷酸通过3 3,5,5-磷酸二酯键磷酸二酯键连接起来的多核苷酸链的排列顺序。连接起来的多核苷酸链的排列顺序。1.定义5.2DNA的分子结构的分子结构5.2.1 DNA的一级结构DNA单链的延伸单链的延伸53端端 5.2.1 DNA的一级结构5.2DNA的分子结构的分子结构v 无分枝无分枝的长链的长链2.多聚脱氧核苷酸链的结构特点v由由糖糖-磷磷酸酸相相互互间间隔隔连连接接，构构成成主主链链；碱碱基基连连接接在在主链的核糖上，形成主链的核糖上，形成侧链侧链。v 具有具有方向性方向性。两个末端分别为。两个末端分别为55端和端和33端。端。在天然在天然DNADNA中，中，55端常为磷酸，端常为磷酸，33端为游离羟基。端为游离羟基。5.2.1 DNA的一级结构5.2DNA的分子结构的分子结构3、一级结构的表示方法1）线条法5.2.1 DNA的一级结构5.2DNA的分子结构的分子结构5 pGpCpTpTpAOH 35 pGCTTAOH 3pGCTTAOHGCTTA2）文字式5.2.1 DNA的一级结构5.2DNA的分子结构的分子结构 DNA的二级结构是指的二级结构是指DNA的的双螺旋结构双螺旋结构。双螺旋结构是双螺旋结构是DNA的两条链的两条链围着同一中心围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构。轴旋绕而成的一种空间结构DNA的双螺旋模型是由的双螺旋模型是由Watson和和Crick两两位科学家于位科学家于1953年年提出的。提出的。1.二级结构的概念5.2DNA的分子结构的分子结构5.2.2 DNA的二级结构19531953年年 Watsosn&CrickWatsosn&Crick Right handed B-form DNA Right handed B-form DNA Double helix Double helix ModelModel5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构2.双螺旋结构模型提出的依据A.DNAA.DNA的的X-X-射线衍射图射线衍射图：(1)(1)衍射斑点呈交叉状分布衍射斑点呈交叉状分布(2)(2)衍射点之间的距离与层次表明有衍射点之间的距离与层次表明有0.340.34nmnm和和3.43.4nmnm的的周期性周期性(3)(3)图的顶上和底部是最强的衍射斑点，呈带状图的顶上和底部是最强的衍射斑点，呈带状5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构M.H.F.Wilkins&Rosalind Frankin Xray photograph of DNA Xray photograph of DNA with high quality with high quality 1952年年5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构B.DNA的碱基组成分析的碱基组成分析：（：（Chargaff定则定则）(1)所有所有DNA分子中分子中A=T，G=C(2)同同一一种种生生物物的的所所有有体体细细胞胞DNA的的碱碱基基组组成成相相同同，与与年年龄龄、健健康康状状况况、外外界界环环境境无无关关，可可作作为为该该物物种种的特征，用的特征，用不对称比率不对称比率(A+T)/(G+C)来衡量。来衡量。(3)亲亲缘缘越越近近的的生生物物，其其DNA的的碱碱基基组组成成越越近近，即即不不对称比率越相近。对称比率越相近。5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构C C、DNADNA的碱基物化数据的碱基物化数据 如碱基的几何大小、键长键角数据、酸碱滴如碱基的几何大小、键长键角数据、酸碱滴定等。定等。5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构3.双螺旋结构模型的基本特征双螺旋结构模型的基本特征(1)(1)反向平行反向平行 的双链沿中心轴盘绕成的双链沿中心轴盘绕成右手螺旋右手螺旋。DNADNA的的双螺双螺旋结旋结构构5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构(2)(2)双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫小沟小沟，另，另一条叫一条叫大沟大沟。l碱基顶部基团裸露在碱基顶部基团裸露在DNA 大沟大沟内内l蛋白质因子与蛋白质因子与DNA的特异结合依赖于的特异结合依赖于 氨基酸与氨基酸与DNA间的氢键的形成间的氢键的形成l蛋白质因子沿蛋白质因子沿大沟大沟与与DNA形成专一性形成专一性 结合的机率与多样性结合的机率与多样性高于沿小沟高于沿小沟的结合的结合l 大沟的空间大沟的空间更有利于与蛋白质的结合更有利于与蛋白质的结合5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构(3)(3)由糖由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直。碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直。Right Right handed handed B-form B-form DNA DNA Double Double helix Modelhelix Model5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构(4)(4)双双螺螺旋旋内内部部的的碱碱基基按按规规则则配配对对：A A与与T T配配对对，形形成成2 2个个氢氢键键；G G与与C C配配对对，形形成成3 3个个氢氢键键，称称为为碱碱基基互互补补配配对对，双双螺螺旋旋的的两两条条链链也也呈呈互互补补关关系。系。5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构 A A =T TG CG C5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构(5)(5)双螺旋直径为双螺旋直径为2 2nmnm，每对脱氧核苷酸残基沿纵轴旋转每对脱氧核苷酸残基沿纵轴旋转3636，上升，上升0.340.34nmnm。所以每所以每1010个个碱基对形成一个螺旋，碱基对形成一个螺旋，螺距螺距3.43.4nmnm。5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构4.影响双螺旋结构稳定性的因素影响双螺旋结构稳定性的因素互补碱基之间的氢键互补碱基之间的氢键 (Hydrogen bond)Hydrogen bond)弱键弱键,可加热解链可加热解链氢键堆积氢键堆积,有序排列有序排列(线性线性,方方向向)5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构碱碱基基堆堆集集力力(Base Base stacking stacking forces)forces)：碱碱基基堆堆集集成成非非极极性性的的区区域域，相相互互间间产生疏水作用和范德华力产生疏水作用和范德华力 疏水作用力疏水作用力(Hydrophobicinteraction)Van de waals force(1.7A/嘌呤环与嘧啶环作用半径)3.4A4.影响双螺旋结构稳定性的因素影响双螺旋结构稳定性的因素5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构离子键离子键磷酸酯键磷酸酯键(phosphoester bond)phosphoester bond)强键强键,需酶促解需酶促解链链消除消除DNA单链上磷酸基团间的静电单链上磷酸基团间的静电斥力斥力l 0.2 mol/L Na0.2 mol/L Na+生理盐条件生理盐条件4.影响双螺旋结构稳定性的因素影响双螺旋结构稳定性的因素5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构 在在生生理理状状态态及及在在溶溶液液中中，DNADNA一一般般为为B B型型(含含水水量量9090以上，以上，NaClNaCl浓度为浓度为2.5 2.5 M M）。当水合的当水合的DNADNA脱水时，转变为脱水时，转变为A A型型(含水量含水量7575)。还有还有Z Z型型的的DNA(DNA(左手螺旋，左手螺旋，0.7 07 M MgClM MgCl2 2)。5.5.DNADNA双螺旋构象的多态性双螺旋构象的多态性5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构DNA的分子构型的分子构型(B,Z,A)比较比较Z-DNAZ-DNAA-DNAB-DNADNA的分子构型的分子构型(B,Z,A)比较比较Form B Z AHelix Direction Right Left Rightbp/circle 10 12 10.7Distance/bp 0.34nm 0.38nm 0.25nmDistance/helix 3.4nm 4.46nm 2.8nmDiameter/helix 2.0 nm 1.8nm 1.9nmSequence Any Poly G-C Any Poly C-A Poly T-G Poly T-A 0.2MNaclZ-DNA趋于稳定趋于稳定rabbitAntibodyofZ-DNAB-DNAZ-DNAZ-DNA4MNaclBr+Z-DNA的检测的检测羊抗兔二级抗体羊抗兔二级抗体goatAntibodyofZ-DNA偶联荧光标记偶联荧光标记免疫反应免疫反应果蝇唾液腺染色体果蝇唾液腺染色体细胞学制片细胞学制片Z-DNAinDrosophilachromosomeprovedbyanti-ZantibodyImmunoligicaslidCytologicalslid可能的功能可能的功能 基因表达调控基因表达调控Z-DNA(小沟小沟,信息少信息少)基因关闭基因关闭B-DNA(大沟大沟,信息多信息多)基因表达基因表达二级结构的形态二级结构的形态LinearDNA.LOpenCircleDNAOCSupercoiledcircleCovalentClosedCircleCCCD.S.L 1.00D.S.L 1.00D.S.OC 1.14 D.S.OC 1.14 S.S.L 1.30 S.S.L 1.30 D.S.CCC 1.41 D.S.CCC 1.41 Collapsed 3.00 Collapsed 3.00 Svedberg Unit(S)Svedberg Unit(S)polymerpolymerOCOCL LCCCCCC核酸分子的二级结构核酸分子的二级结构(分别出现在分别出现在DNADNA复制，复制，转录，重组等阶段转录，重组等阶段)核酸分子的二级结构核酸分子的二级结构分别出现在分别出现在DNADNA复制，复制，转录，重组等阶段转录，重组等阶段(knot)knot)6.三股螺旋三股螺旋DNA(Trible Helix DNA,T.S DNA)T.SDNA的发现与证实的发现与证实 l1953年以前年以前Pauling(Chemist)提出提出T.SDNA存在的可能性存在的可能性 l1953年年Watson&CrickD.SDNAmodel证明沿大沟存在多余的氢键给体与受体证明沿大沟存在多余的氢键给体与受体潜在的专一与潜在的专一与DNA(蛋白质蛋白质)结合的能力结合的能力形成形成T.SDNA可能性可能性5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构l1957年年Davis,Felsenfeld,Rich 发现发现poly(U)+poly(U)+poly(A)T.SRNAT.SDNA的概念的概念l1966年年Miller&Sobell实现实现RNA+D.S DNA RNA+D.S DNA Trible polyNtas Repressoras Repressor关闭基因关闭基因但由于但由于D.SDNA的提出的提出而被忽视而被忽视但因证明但因证明LacI产物为产物为Repressor而被而被忽视忽视1975年年PerlgutPerlgut人工人工合成合成T.SDNA并证明并证明其其Tm值值,沉降系数沉降系数(S)l1987年年Mirkin.S.MMirkin.S.MNature330(495)证明证明plasmidDNA在在pH=4.3的溶液中的溶液中,有有T.SDNA的存在的存在1987年年Dervan.MoserDervan.MoserScience238(645)合成合成S.SDNA+D.SDNAT.SDNA实现实现DNA的定点切割的定点切割研究研究X-ray photographX-ray photograph核磁共振核磁共振结构功能结构功能继继Davis（1957）后后30年年第一次证明第一次证明T.SDNA在生物体内的存在在生物体内的存在PolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAD.S.DNA+D.S.DNAT.S.DNA+S.S.DNA6.三链 DNA(T.S.DNA)5.2.2 DNA的二级结构5.2DNA的分子结构的分子结构Homologous palindromic sequence in a D.S.DNA-TTCCCTCTTTCCCCCCTTTCTCCCTT-AAGGGAGAAAGGG-GGGAAAGAGGGAA-Mirkin(1987)pGG332plasmidDNA-TTCCCTCTTTCCC-AAGGGAGAAAGGG-TTCCCTCTTTCCC-AAGGGAGAAAGGG-NoduleDNAHingedDNAfreeDNA lS.S.DNA+D.S.DNAT.S.DNAPU+PU/PY(偏碱性介质中稳定偏碱性介质中稳定)PY+PU/PY(偏酸性介质中稳定偏酸性介质中稳定)常见类型常见类型l第三条链位于第三条链位于B-DNA的的Majorgroove中中l与与D.S.DNA一起旋转一起旋转T.S.DNA可能的功能可能的功能a)T.S.DNA可阻止调节蛋白与可阻止调节蛋白与DNA结合结合,关闭基因转录过程关闭基因转录过程b)T.S.DNA与基因重组与基因重组,交换有关交换有关c)加入第三条加入第三条S.S.DNA作为分子剪刀作为分子剪刀(molecularscissors),定点切割定点切割DNA分子分子d)加入反义的第三条链加入反义的第三条链(anti-sencepolydNt)终止基因的表终止基因的表达达e)相反的观点相反的观点-T.S.DNA与基因表达呈正相关与基因表达呈正相关!?四股螺旋四股螺旋DNA(tetraplex DNA,Tetrable Helix DNA)发现发现 1958.PolyI)X-ray photograph碱基形成环状氢键连接结构碱基形成环状氢键连接结构Tetrable Helix DNA 均有形成均有形成四股螺旋四股螺旋DNA的可能的可能5-TTAGGGTTAGGGTTAGGG-33-AATCCCAATCCC-5Poly(G),4(dG)染色体端粒高度重复的染色体端粒高度重复的DNA序列序列(TG)着丝点附近的高度重复序列着丝点附近的高度重复序列结结 构构 特特 点点LinkedbyHoogsteenBondingGGGG2d(T4G4)2d(G4C4)结结 构构 特特 点点可能的功能可能的功能A稳定真核生物染色体结构稳定真核生物染色体结构B保证保证DNA末端准确复制末端准确复制C与与DNA分子的组装有关分子的组装有关D与染色体的与染色体的meiosis(减数分裂减数分裂)&mitosis(有丝分裂有丝分裂)有关有关HoogsteenBonding5-TTAGGGTTAGGGTTAGGGT3-AATCCCAATCCCGGGTA超超螺螺旋旋:双双螺螺旋旋进进一一步步扭扭曲曲形形成成的的更更高高层层次次的的空空间间结结构，包括构，包括DNADNA扭曲、超螺旋、多重螺旋扭曲、超螺旋、多重螺旋和和连环连环等。等。1.DNA超螺旋的概述 DNADNA正正常常的的双双螺螺旋旋结结构构处处于于能能量量最最低低状状态态，双双螺螺旋旋中中没没有有张张力力而而处处于于松松弛弛状状态态。如如果果这这种种正正常常双双螺螺旋旋额额外外增增加加或或减减少少螺螺旋旋圈圈数数，就就会会使使双双螺螺旋旋内内的的原原子子偏偏离离正正常常的的位位置置而而产产生生张张力力，这这样样正正常常的的双双螺螺旋旋就就发发生生扭扭曲曲而而形形成成超超螺螺旋旋。超超螺螺旋旋总总是是向向着着抵抵消消初初级螺旋改变的方向发展。级螺旋改变的方向发展。5.2DNA的分子结构的分子结构5.2.3 DNA的三级结构2.DNA超螺旋的特点1 1）线状）线状DNADNA分子分子 双螺旋与蛋白质双螺旋与蛋白质结合后扭曲盘绕结合后扭曲盘绕而形成螺旋的螺而形成螺旋的螺旋结构。旋结构。5.2.3 DNA的三级结构5.2DNA的分子结构的分子结构positive supercoiled positive supercoiled 2 2）环状）环状DNADNA分子分子 双螺旋扭曲而形成麻花状的超螺旋结构双螺旋扭曲而形成麻花状的超螺旋结构5.2.3 DNA的三级结构5.2DNA的分子结构的分子结构所有生物的所有生物的DNA几乎几乎有有5%为为NegativeSuperhelixNegative Supercoiled 5.2.3 DNA的三级结构5.2DNA的分子结构的分子结构负超螺旋负超螺旋：当螺旋旋转：当螺旋旋转360360时，其相应碱基对时，其相应碱基对数小数小于于1010，二级结构处于，二级结构处于松缠松缠状态。状态。正超螺旋正超螺旋：当螺旋旋转：当螺旋旋转360360时时，其相应碱基对其相应碱基对数大数大于于1010，二级结构处于，二级结构处于紧缠紧缠状态。状态。5.2.3 DNA的三级结构5.2DNA的分子结构的分子结构In vitroEBinsertedNeg.Pos.SuperhelixchangeL(linkingNumber)不变不变T(TwistingNumber)减少减少L=T+WW=L-T=正值正值DNA向紧缩方向发展向紧缩方向发展basebase3.4埃埃EB7.0埃埃basebasebasebase局部局部局部局部DNADNADNADNA的紧缩的紧缩的紧缩的紧缩00.050.1EB/bp16s21sNeg.Pos.00.050.100.050.1lB-DNA是力学上稳定是力学上稳定的结构（的结构（10bp/helix）l l虽交叉数减少，但需虽交叉数减少，但需转换为一种应力，以维持转换为一种应力，以维持10bp/helix的螺旋数，的螺旋数，l应力的重新分配应力的重新分配或在或在B-DNA状态中保留一状态中保留一单链区或螺旋力将维持单链区或螺旋力将维持B-DNA的右旋结构的右旋结构,形成超螺形成超螺旋旋420bpL=42T=42W=0无无应应力力状状态态应应力力的的分分配配松开松开6圈螺旋圈螺旋L=6L=36T=36W=0L=36T=42W=-6360o/helix360o-26o/helix/0neofEBinsertedNeg.SuperhelixOC,L,DNAPos.SuperhelixEB对超螺旋结构的影响对超螺旋结构的影响l拓扑异构酶拓扑异构酶(topoisomerase I,II)topoisomerase I,II)参与构型的改变参与构型的改变TopI(swivelase or swivelase or enzyme enzyme or niking-closing or niking-closing enzymeenzyme)FromMolecularCellBiologyFromMolecularCellBiologyL=nL=nL=n-1L=n-1Top-1Top-1Top-1Top-1The top-1 attach to one strand The top-1 attach to one strand of DNA and nick it,the complex of DNA and nick it,the complex then rotates,and the strand is then rotates,and the strand is resealed.resealed.For each complete For each complete rotation,the Linking Numberrotation,the Linking Number is is decreased by 1 and one decreased by 1 and one supercoil is removed supercoil is removed l拓扑异构酶拓扑异构酶(topoisomerase I,II)topoisomerase I,II)参与构型的改变参与构型的改变TopI(swivelase,niking-closing enzymeswivelase,niking-closing enzyme)Breakage&rejoining of S.S.DNA Breakage&rejoining of S.S.DNA at phosphor-diester bonds at phosphor-diester bonds减少减少L（在酶的作用下，在酶的作用下，DNA单链断裂单链断裂）松弛松弛双螺旋双螺旋消除负超螺旋消除负超螺旋CCCOCNoATP,NADTopII(gyrase)(gyrase)ATP needed ATP neededCutting&ligation Cutting&ligation of D.S.DNAof D.S.DNA使松弛的双螺旋使松弛的双螺旋紧缩紧缩形成双螺旋形成双螺旋AABBtetramertetramerCutD.S.DNAATPLigateTopI对负超螺旋处的对负超螺旋处的单链单链DNA具有极具有极强的亲合力强的亲合力TopIITopI与与TopII功能比较拓拓扑扑酶酶功功能能比比较较性质I型II型原核真核原核真核亚基分子量kD1009597.9150亚基数单体单体A2B2均二聚体切口连接数1122ATP-+Mg2+-+产生负超螺旋-+松弛负超螺旋+-+松弛正超螺旋-+连环打结+3、DNA超螺旋的生物学意义 DNADNA被压缩和包装，使其体积大大减小被压缩和包装，使其体积大大减小 增加了增加了DNADNA的稳定性的稳定性 可能与复制和转录的调控有关可能与复制和转录的调控有关5.2.3 DNA的三级结构5.2DNA的分子结构的分子结构