第二章：分子基础

2.1 核酸的化学组成

2.1.1 核苷酸结构

核苷酸（Nucleotide）是核酸的基本组成单位，由三部分组成：

组分	说明	代表
磷酸基团	连接核苷酸形成磷酸二酯键	—PO₄
五碳糖	DNA为脱氧核糖，RNA为核糖	C₅H₁₀O₄ / C₅H₁₀O₅
含氮碱基	携带遗传信息	A/T/G/C/U

2.1.2 碱基配对规则

碱基互补配对是核酸结构的分子基础：

• 腺嘌呤（A）⇔ 胸腺嘧啶（T）：2个氢键
• 鸟嘌呤（G）⇔ 胞嘧啶（C）：3个氢键

Chargaff法则：在DNA中，A=T，G=C，A+G=T+C

2.2 DNA的双螺旋结构

2.2.1 Watson-Crick模型

1953年，Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，这是分子生物学诞生的标志：

结构特征：

• 两条反向平行的多核苷酸链
• 右手螺旋（B-DNA），每圈10个碱基对
• 碱基位于内侧，磷酸-糖骨架位于外侧
• 大沟（Major groove）和小沟（Minor groove）

2.2.2 DNA构象类型

类型	螺旋方向	碱基对/圈	特点
B-DNA	右手	10	生理条件下最常见
A-DNA	右手	11	脱水状态，较粗短
Z-DNA	左手	12	高盐或特定序列，调控功能

2.3 RNA的结构特点

2.3.1 RNA与DNA的差异

特征	DNA	RNA
糖	脱氧核糖	核糖
碱基	A/T/G/C	A/U/G/C
结构	双链	通常单链
稳定性	高（2'-脱氧）	低（易被水解）
功能	遗传信息存储	信息传递与催化

2.3.2 RNA二级结构

单链RNA通过分子内碱基配对形成局部双链：

• 茎环结构（Stem-loop）：最常见
• 发夹结构（Hairpin）：反向重复序列
• 假结（Pseudoknot）：复杂调控结构

2.4 蛋白质的结构基础

2.4.1 氨基酸

氨基酸是蛋白质的基本单位，20种标准氨基酸按性质分类：

分类	代表氨基酸	特点
非极性	丙氨酸、亮氨酸	疏水，位于蛋白质内部
极性不带电	丝氨酸、苏氨酸	亲水，可形成氢键
酸性	天冬氨酸、谷氨酸	带负电
碱性	赖氨酸、精氨酸	带正电
芳香族	苯丙氨酸、酪氨酸	特殊光学性质

2.4.2 蛋白质结构层次

蛋白质结构分为四个层次：

1. 一级结构：氨基酸序列（肽键连接）
2. 二级结构：局部折叠（α-螺旋、β-折叠）
3. 三级结构：整体三维构象
4. 四级结构：多亚基组装

2.5 生物大分子相互作用

2.5.1 DNA-蛋白质相互作用

蛋白质识别DNA的分子机制：

• 氢键：识别特定碱基序列
• 疏水作用：大沟中的碱基暴露
• 静电作用：带正电氨基酸与磷酸骨架

2.5.2 常见结合模体

模体	结构特征	功能
螺旋-转角-螺旋（HTH）	两个α-螺旋	原核生物转录因子
锌指（Zinc finger）	Zn²⁺稳定	真核生物DNA结合
亮氨酸拉链（Leucine zipper）	二聚化结构	转录激活
螺旋-环-螺旋（HLH）	二聚化+DNA结合	发育调控