《基因診斷與性傳播疾病》 二、DNA分子結(jié)構(gòu)

（一）DNA的堿基組成規(guī)律

組成DNA分子的脫氧核苷酸主要有四種，即dAMP，dGMP、dCMP和dTMP（d代表“脫氧”的意思），此外還含有少量的稀有堿基（主要是甲基化堿基）。50年代初，E.Chargaff等人對來自不同生物的DNA進(jìn)行完全水解，對堿基進(jìn)行了定量測定，總結(jié)出如下規(guī)律，一般稱它為Chargaff規(guī)則。

1．所有DNA分子中，嘌呤堿總摩爾數(shù)等于嘧啶堿總摩爾數(shù)，即A+G=T+C，并且以摩爾為單位，A=T、G=C。

2．DNA的堿基組成具有種屬的特異性，即不同生物種屬的DNA具有各自獨(dú)特的堿基組成。

3．DNA的堿基組成沒有組織、器官的特性，即同種生物中不同組織及器官的DNA在堿基組成上是一致的。

4．生物體內(nèi)DNA的堿基組成不受年齡、營養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境的改變之影響。在所有DNA分子中A=T、G=C這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立提供了重要的依據(jù)。

（二）DNA的一級結(jié)構(gòu)

與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，核酸的結(jié)構(gòu)也可分一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。核酸的一級結(jié)構(gòu)是指其多核苷酸鏈中核苷酸的排列順序。核酸的空間結(jié)構(gòu)是指多核苷酸鏈內(nèi)或鏈間通過氫鍵等折疊卷曲的構(gòu)象。核酸的空間結(jié)構(gòu)又有二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)之分。

DNA是由四種脫氧核糖核酸通過3′.5′——磷酸二酯鍵彼此連接而成的線形或環(huán)狀大分子。DNA分子沒有側(cè)鏈。其骨架由脫氧核糖和磷酸組成DNA的一級結(jié)構(gòu)即是DNA多核苷酸鏈中核苷酸的排列順序。

由于生物遺傳信息儲存于DNA的核苷酸序列中，若能搞清各種生物DNA的脫氧核苷酸排列順序，則對生命活動本質(zhì)的認(rèn)識將有重大意義。

（三）DNA的二級結(jié)構(gòu)

目前公認(rèn)的DNA二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，這種模型的建立，主要有兩個方面的根據(jù)。一是前面提到的50年代初E.Chargaff等人對各種DNA堿基組成的定量分析結(jié)果。二是Wilkins小組用X光衍射法研究DNA的晶體,測得DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)。1953年j .Watson和F.Crick通過進(jìn)一步研究,提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。從而大大推動了分子生物學(xué)的發(fā)展。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點如下：

1．DNA分子由兩條走向相反（一條5′→3′，另一條3′→5′）但互相平行的脫氧核糖核苷酸鏈組成，以一共同軸為中心，盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

2．堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)。一條鏈堿基上-NH的氫原子與另一條鏈堿基上的氧原子或氮原子形成氫鍵。氫鍵總是發(fā)生在A與T，G與C之間，前者有兩個氫鍵，后者有三個氫鍵。這稱為堿基配對或堿基互補(bǔ)規(guī)律。由此，兩條多核苷酸鏈又可稱為互補(bǔ)鏈。

3．各堿基對處于同一平面，且垂直于雙螺旋的中心軸。相鄰堿基對之間尚存在范德華（Vander Warls）引力，從而進(jìn)一步穩(wěn)定了雙螺旋結(jié)構(gòu)。

4．雙螺旋的直徑為2nm，每個螺距為3.4nm，內(nèi)包含10個堿基對，因此每個堿基對距離為0.34 nm。

（四）DNA的三級結(jié)構(gòu)

DNA三級結(jié)構(gòu)是指雙螺旋鏈作進(jìn)一步的扭曲構(gòu)象。超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA三級結(jié)構(gòu)形式。目前發(fā)現(xiàn)許多病毒DNA，線粒體DNA，都是環(huán)型雙鏈DNA，而具有超螺旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)超螺旋型DNA的一條鏈上出現(xiàn)缺口時，超螺旋結(jié)構(gòu)被松開，可解旋形成開環(huán)型結(jié)構(gòu)。

DNA的三級結(jié)構(gòu)與其結(jié)合的蛋白質(zhì)有關(guān)。真核細(xì)胞染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體。核小體是由組蛋白H2A，H2B，H3和H4各二個分子組成的八聚體，外繞DNA形成核心顆粒。連接各核心顆粒的區(qū)域稱連接區(qū)，它是由組蛋白H1及大約60-100個堿基對DNA組成。一個完整的核小體由核心顆粒與連接區(qū)組成。各個核小體彼此相聯(lián)沿染色質(zhì)纖維的縱軸列成一種串珠狀重復(fù)性結(jié)構(gòu)。串珠狀核小體長鏈可進(jìn)一步卷曲，形成螺旋筒結(jié)構(gòu)。在形成染色單體時，螺旋筒再進(jìn)一步卷曲、折疊。人體每個細(xì)胞中長約1.7μm的DNA雙螺旋鏈，最終被壓縮8400多倍，分布于各染色單體中。