第三章

核酸的結(jié)構(gòu)和功能James

DWatsonFrancis

Crick核酸(nucleic

acid)1.生物大分子，線形多聚核苷酸核酸核苷酸磷酸核苷戊糖堿基核糖核酸

轉(zhuǎn)運核糖核酸參與蛋白質(zhì)核酸(nucleic

acid)2.分類脫氧核糖核酸—

遺傳信息(deoxyribonucleic

acid,

DNA)信使核糖核酸(messenger,mRNA)（模板）(ribonucleic

acid,RNA)

(transfer,

tRNA)（工具）核糖體核糖核酸(ribosomal,

rRNA)（場所）表達ADNmRNA蛋白質(zhì)NC翻譯轉(zhuǎn)錄

（1

：1）（3

：1）遺傳信息的表達遺傳信息的傳遞第一節(jié)

核苷酸2.組成 堿基戊糖磷酸++=

核苷（nucleoside）+

=

核苷酸磷酸戊糖堿基核苷酸（nucleotide）1.核酸的基本結(jié)構(gòu)單位1.分類嘧啶(pyrimidine)嘌呤(purine)2.結(jié)構(gòu)式HC6HC4N3

5CHN15C7NHC24C8CHN3N9HC2

6CHN1嘧啶嘌呤堿基（base）6262244452（5-甲基尿嘧啶）稀有堿基－常見堿基甲基化5胞嘧啶CH355-甲基胞嘧啶甲基化6腺嘌呤HNN

NHON6次黃嘌呤脫氨嘌呤嘧啶DNA腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶TRNA腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U堿基分布1.分類脫氧核糖(D-2-deoxyribose)核糖(D-ribose)戊糖OH

OH核糖OHO1`2`3`4`5`OH

CH22-脫氧核糖OH

HOHO1`2`3`4`2.結(jié)構(gòu)式5`OH

CH22`OH

－RNA分子不穩(wěn)定，容易降解OH

(O)HOHO1`2`3`4`5`OH

CH2戊糖HCNHCCHCHN1NHCCCCHHCNNN9H嘧啶嘌呤核苷堿基與戊糖以糖苷鍵(glycosidicbond)相連。戊糖C1`嘧啶N1嘌呤N9＋磷酸戊糖堿基N-糖苷鍵常見核苷嘌呤核苷嘧啶核苷DNA腺嘌呤脫氧核苷（脫氧腺苷）鳥嘌呤脫氧核苷（脫氧鳥苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）胸腺嘧啶脫氧核苷（脫氧胸苷）RNA腺嘌呤核苷（腺苷）鳥嘌呤核苷（鳥苷）胞嘧啶核苷（胞苷）尿嘧啶核苷（尿苷）CH35稀有核苷5-甲基胞嘧啶OHO1`4`5`OH

CH2核糖稀有堿基構(gòu)成稀有核苷3`

2`OH

OH5-甲基胞嘧啶核苷稀有核苷尿苷OOHOHHOCH2OO24HN

3

561NOHOCH2OOHN4

3 2

15

6OH

OH假尿苷Ψ在tRNA、rRNA中出現(xiàn)連接鍵不同核苷酸磷酸戊糖堿基戊糖不同脫氧核糖核苷酸核糖核苷酸磷酸數(shù)目不同一磷酸核苷二磷酸核苷三磷酸核苷常見核苷酸核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸腺嘌呤核苷酸（腺苷酸AMP）腺嘌呤脫氧核苷酸（dAMP）鳥嘌呤核苷酸（鳥苷酸GMP）胞嘧啶核苷酸（胞苷酸CMP）尿嘧啶核苷酸（尿苷酸UMP）腺苷二磷酸（二磷酸腺苷ADP）腺苷三磷酸（三磷酸腺苷ATP）鳥嘌呤脫氧核苷酸（dGMP）胞嘧啶脫氧核苷酸（dCMP）胸腺嘧啶脫氧核苷酸（dTMP）脫氧腺苷二磷酸（二磷酸脫氧腺苷dADP）脫氧腺苷三磷酸（三磷酸脫氧腺苷dATP）O-NNNNH2NOH

HOCH2O

OO-

P O-

PO-OO-

PO-H

HOH

OH三磷酸腺苷(ATP)腺苷三磷酸（三磷酸腺苷ATP）功能：含高能磷酸鍵（

β、γ）體內(nèi)最重要的能量載體~γ~βαAγβα環(huán)核苷酸功能：cAMP,cGMP是體內(nèi)重要的第二信使H核苷酸的生物學(xué)功能核酸的基本結(jié)構(gòu)單位能量載體：ATP參與糖原參與磷脂：UTP：CTP第二信使參與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：cAMP、cGMP輔酶的組成：NAD＋、NADP＋、FAD第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)4.方向性：①前一個核苷酸的3`羥基后一個核苷酸的5`磷酸②5`磷酸端（游離磷酸）③3`羥基端（游離羥基）OH—、核酸3`，5`磷酸二酯鍵分類：DNA

和RNA基本結(jié)構(gòu)單位：DNA

－dAMP、dGMP

、dCMP、dTMPRNA

－AMP、GMP、CMP、UMP連接鍵：3`，5`磷酸二酯鍵右3`5.書寫:①書寫規(guī)則：左5`②書寫方式：結(jié)構(gòu)式線條式字母式3`5`線條式AGGCU3`3`3`3`3`PPPP5`5`5`5`5`字母式pApGpGpCpU

OHpA.G.G.C.U

OHpA-G-G-C-U

OHA

G

G

C

U4.任何生物DNA堿基組二、DNA的分子結(jié)構(gòu)（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)：DNA中脫氧核糖核苷酸的排列順序。Chargaff規(guī)則不同生物，DNA堿基組成不同。同種生物的不同組織，DNA堿基組成相同。特定生物的

DNA堿基組成不隨

，營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素變化。脫氧核糖核苷酸的排列順序堿基的排列順序（遺傳信息）為A=T，G=C。A+G=T+C（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1953年，Watson

和CrickX射線衍射技術(shù)，DNA結(jié)晶DNA

雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1938年，Astburg，DNA樣品Franklin，DNA分子呈螺旋結(jié)構(gòu)50年代初，Chargaff規(guī)則1953年，Watson

和Crick，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1.

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)歷程；2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特點①反向平行，右手螺旋。②脫氧核糖和磷酸親水，在雙螺旋外側(cè)堿基疏水，在雙螺旋內(nèi)側(cè)。③雙螺旋表面有大溝(major

groove)和小溝(minor

groove)，參與DNA與蛋白質(zhì)的接觸識別。④A=T，G=C

配對。⑤DNA雙螺旋直徑2nm，螺距3.4nm，堿基平面間呈36℃夾角。3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的維系力量①氫鍵A=T，G=C②

堿基堆積力

Van

der waals力疏水鍵③帶負電荷的磷酸基團的靜電斥力

↓。①

B型

最常見，即經(jīng)典的WatsonCrick結(jié)構(gòu)，體內(nèi)－

生理條件，多以B

型存在。體外－相對濕度92

％。②

A型 右手螺旋，粗短，螺旋直徑2.55nm，螺距2.46nm，螺旋一圈有11個堿基平面。體內(nèi)－RNA局部雙鏈，RNA-DNA

雜合分子。體外

－

相對濕度

75

％。4.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型③

Z型

1979年，Rich，左手螺旋，Zigzag，螺旋表面有一條深溝。DNA序列中嘌呤和嘧啶交替出現(xiàn)Z型DNA穩(wěn)定DNA序列中有5-甲基胞嘧啶存在體外－非生理性高鹽環(huán)境體內(nèi)

－

存在于

表達調(diào)控相關(guān)的序列中。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的幾種空間構(gòu)型（三）原核生物DNA的更高級結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)：DNA雙螺旋鏈進一步盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。組原核生物（細菌）和（細菌）質(zhì)粒DNA線粒體DNA、葉綠體DNA呈環(huán)狀開放環(huán)狀DNA-環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈上有缺口。（3`5`磷酸二酯鍵斷裂）閉合環(huán)狀DNA-環(huán)狀雙鏈DNA上無任何缺口。產(chǎn)生張力進一步盤旋正超螺旋（與二級結(jié)構(gòu)的雙螺旋方向一致）（右手螺旋，順時針方向）負超螺旋（與二級結(jié)構(gòu)的雙螺旋方向相反）（左手螺旋，逆時針方向）*

生物體內(nèi)DNA以負超螺旋形式存在（四）真核生物DNA的更高級結(jié)構(gòu)組DNA呈線狀。第一層：串珠狀核小體(nucleosome)顆粒：組蛋白（H2A、H2B、H3、H4）×2146bp

DNA，1.75圈連接區(qū)：組蛋白H1×160bp

DNA*組蛋白：堿性蛋白（精、賴）靜電引力……（7倍）（近萬倍）細胞核：具有完整核膜三、與

組1.的（gene）：能編碼蛋白質(zhì)或指導(dǎo)RNA必需全部的DNA序列。ADNmRNA蛋白質(zhì)NC翻譯轉(zhuǎn)錄

（1

：1）（3

：1）A轉(zhuǎn)錄

（1

：1）DNtRNrARNAADNmRNA蛋白質(zhì)Nc翻譯轉(zhuǎn)錄

（1

：1）（3

：1）CCGGTACATGGGAGTAGCCCCTCGGGAGTAGCCGTGUACAUGGGAGUAGCCCCUCGGGAGUAGCCGU轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列非翻譯區(qū)或一個細胞的所有

和間隔序列，一個物種的所有遺傳信息。：一個DNA或RNA分子：同一段核酸序列

→

讀碼框不同→

蛋白質(zhì)不同3×nGTACATGGGATGCGCCCCCCGGGAGTAGCCTAG3×n子ATG：起始TAG：終止2.

組（genome）：包括原核生物：一條1.

多數(shù)為結(jié)構(gòu)，少數(shù)為間隔序列和調(diào)控序列。DNAmRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯ABDNAmRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯AB2.

子：功能相關(guān)的幾個結(jié)構(gòu)

相連，(operon)受共同轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列控制，轉(zhuǎn)錄成一條mRNA，再分別翻譯成蛋白質(zhì)。真核生物：多條。多數(shù)為間隔序列和調(diào)控序列，少數(shù)為結(jié)構(gòu)分割開的

（斷裂

）ADNA蛋白質(zhì)mRNA前體成熟mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯外顯子(exon)內(nèi)含子(intron)四、RNA的分子結(jié)構(gòu)（一）RNA的一級結(jié)構(gòu)RNA中核糖核苷酸的排列順序。大多數(shù)RNA為單鏈線狀結(jié)構(gòu)（二）RNA的二級結(jié)構(gòu)堿基配對—局部雙螺旋（A型右手螺旋）堿基不配對—環(huán)和突起結(jié)構(gòu)環(huán)(loop)局部雙螺旋發(fā)夾結(jié)構(gòu)（莖環(huán)結(jié)構(gòu)）(hairpin)（三）RNA的三級結(jié)構(gòu)具有二級結(jié)構(gòu)的RNA進一步盤繞。三種不同的RNA，有不同的高級結(jié)構(gòu)。（四）RNA的四級結(jié)構(gòu)RNA與蛋白質(zhì)相互結(jié)合形成復(fù)合物。（五）tRNA的結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì) 過程中，識別 子和轉(zhuǎn)運氨基酸。1.tRNA的一級結(jié)構(gòu)①70～90個核糖核苷酸組成的RNA單鏈。②30%堿基固定不變→功能相關(guān)。③含有10%稀有堿基和稀有核苷，如：雙氫尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（ψ）、核糖胸腺嘧啶（rT）等。④5`磷酸，3`-CCA-OH氨基酸臂—7對堿基組成雙螺旋5`-磷酸基團3`-NCCA-OH單鏈區(qū)雙氫尿嘧啶臂—3

~

4

對堿基雙氫尿嘧啶環(huán)—含有DHU反反臂—5對堿基環(huán)—7個堿基，3個堿基組成反子額外環(huán)

—

可變環(huán)TψC

臂

— 5對堿基TψC

環(huán)

— 7個堿基，

TψC序列2.tRNA的二級結(jié)構(gòu)－4環(huán)4臂的三葉草結(jié)構(gòu)氨基酸臂和TψC臂，CCA-OH3`—氨基酸TψC環(huán)和DHU環(huán)—rRNADHU臂和反—

mRNA臂，反

環(huán)子3.tRNA的三級結(jié)構(gòu)－倒L

型結(jié)構(gòu)倒L型（六）mRNA的結(jié)構(gòu)在蛋白質(zhì)

過程中，作為蛋白質(zhì)的模板。單鏈線狀分子

→

堿基，供翻譯。大小不均一

→

蛋白質(zhì)分子不均一。堿基堿基封閉1.原核生物mRNA①

不需加工，直接翻譯②

含幾個功能相關(guān)蛋白質(zhì)的編碼序列，翻譯多個蛋白質(zhì)各編碼序列間有間隔序列——多順反子③ 5`非翻譯區(qū)，3`非翻譯區(qū)④

半衰期短間隔序列ABC5`POH3`3`非編碼區(qū)5`非編碼區(qū)2.真核生物mRNA①轉(zhuǎn)錄后加工：初始轉(zhuǎn)錄物、核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）成熟mRNA②加工形式5`加帽－結(jié)構(gòu)：第一、二個核苷酸，2`-OH

甲基化m7G，5`-5`磷酸酯鍵功能：保護mRNA免遭RNase水解與帽結(jié)合蛋白結(jié)合，利于翻譯帽子結(jié)構(gòu)3`加尾－結(jié)構(gòu)：多聚腺苷酸尾polyA，20

~

250個腺苷酸功能：與mRNA

的穩(wěn)定性有關(guān)例外：組蛋白切除內(nèi)含子

－

真核生物的

中，一種能被轉(zhuǎn)錄，但在轉(zhuǎn)錄后加工過程中被切除的非編碼間隔序列。③

只有一個蛋白質(zhì)的編碼序列，翻譯一個蛋白質(zhì)—單順反子。④

5`非翻譯區(qū)，3`非翻譯區(qū)。⑤

半衰期長。m7G

5`pppNmNmAUG

編碼區(qū)

UGAAAAAAA5`

非編碼區(qū)3`非編碼區(qū)（七）rRNA

的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的

場所局部雙螺旋結(jié)構(gòu)→四級結(jié)構(gòu)1.

原核生物

5S，23S

rRNA50S大亞基34種核糖體蛋白70S核糖體16S

rRNA30S小亞基21種核糖體蛋白2.

真核生物5S，5.8

S

和28S

rRNA60S大亞基49種核糖體蛋白80S核糖體18S

rRNA40S小亞基33種核糖體蛋白核糖體大、小亞基（七）其他RNA分子胞核內(nèi)小分子RNA（snRNA）:

參與mRNA前體的剪接以及成熟的mRNA由核內(nèi)向胞漿中轉(zhuǎn)運的過程。核仁小分子RNA（snoRNA）:是一類新的核酸調(diào)控分子,參與rRNA前體的加工以及核糖體亞基的裝配。胞質(zhì)小分子RNA（scRNA）:

種類很多，其中7S LRNA與蛋白質(zhì)一起組成信號識別顆粒（SRP）,SRP參與 性蛋白質(zhì)的

。反義RNA:

與特異的mRNA序列互補配對，阻斷mRNA翻譯，能調(diào)節(jié) 表達。核酶:是具有催化活性的RNA分子或RN

段微RNA(microRNA):具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的非編碼RNA，一般為20-24個核苷酸，在mRNA翻譯過程中起到開關(guān)作用，它可以與靶mRNA結(jié)合，產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄后 沉默作用，在一定條件下能，這樣mRNA發(fā)育中起重要又能翻譯蛋白質(zhì)，它們在 表達調(diào)控和控制作用。（八）RNA組研究細胞的全部RNA和RNA的分子結(jié)構(gòu)與功能。第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)—、核酸的大小和測定大小堿基對（bp）、千堿基對（kb）生物越高等，DNA分子越大，美洲肺魚例外大小測定序列測定電泳（分子篩）超速離心法雙脫氧末端終止法化學(xué)裂解法123（—）3000bp1000bp500bp（＋）二、核酸的水解酸水解DNARNA游離核苷酸戊糖堿基低pH嘌呤堿的糖苷鍵更不穩(wěn)定堿水解RNA：易水解高pHDNA：不易水解2.酶水解核酸酶脫氧核糖核酸酶（deoxyribonuclease,DNase）核糖核酸酶（ribonuclease,RNase）3`外切5`外切核酸外切酶(exonuclease)

5`3`核酸內(nèi)切酶(