1953年4月25日发表在英国《自然》杂志上的一篇论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》,揭开了DNA的结构之迷。沃森、克里克和维尔金斯三人也因此共同获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。那么,DNA分子的结构到底是怎样的呢?

1.基本单位

DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸。每分子脱氧核苷酸由一分子含氮碱基、一分子磷酸和一分子脱氧核糖通过脱水缩合而成(右图)。由于构成DNA的含氮碱基有四种:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C),因而脱氧核苷酸也有四种,它们分别是腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸。

2.分子结构

DNA分子的立体结构为规则的双螺旋结构,具体为:由两条DNA反向平行的DNA链盘旋成双螺旋结构。DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,排列在外侧,构成基本骨架;碱基排列在内侧。DNA分子两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对(A与T通过两个氢键相连、C与G通过三个氢键相连),碱基配对遵循碱基互补配对原则。应注意以下几点:

(1)DNA链:由一分子脱氧核苷酸的3号碳原子与另一分子脱氧核苷酸的5号碳原子端的磷酸基团之间通过脱水缩合形成磷酸二脂键,由磷酸二脂键将脱氧核苷酸连接成链。

(2)5‘端和3‘端:由于DNA链中的游离磷酸基团连接在5号碳原子上,称5‘端;另一端的的3号碳原子端称为3‘端。

(3)反向平行:指构成DNA分子的两条链中,总是一条链的5‘端与另一条链的3‘端相对,即一条链是3‘——5‘,另一条为5‘——3‘。

(4)碱基配对原则:两条链之间的碱基配对时,A与T配对、C与G配对。双链DNA分子中,A=T,C=G(指数目),A%=T%,C%=G%,可据此得出:

①A G=T C:即嘌呤碱基数与嘧啶碱基数相等;

②A C(G)=T G(C):即任意两不互补碱基的数目相等;

③A% C%=T% G%=A% G%=T% C%=50%:即任意两不互补碱基含量之和相等,占碱基总数的50%;

④(A1 T1)/(C1 G1)=(A2 T2)/(C2 G2)=(A T)/(C G)=A/C=T/G:即双链DNA及其任一条链的(A T)/(C G)为一定值;

⑤(A1 C1)/(T1 G1)=(T2 G2)/(A2 C2)=1/[(A2 C2)/(T2 G2)]:DNA分子两条链中的(A C)/(T G)互为倒数;双链DNA分子的(A C)/(T G)=1。

根据以上推论,结合已知条件可方便的计算DNA分子中某种碱基的数量和含量。

3.结构特点

(1)稳定性:规则的双螺旋结构使其结构相对稳定,一般不易改变。

(2)多样性:虽然构成DNA的碱基只有四种,但由于构成每个DNA分子的碱基对数、碱基种类及排列顺序多样,可形成多种多样的DNA分子。

(3)特异性:对一个具体的DNA分子而言,其碱基对特定的排列顺序可使其携带特定的遗传信息,决定该DNA分子的特异性。

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