核酸的結(jié)構(gòu)的課件資料第1頁/共32頁（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)一、核酸的組成核酸（DNA和RNA）是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。核苷酸本身由核苷和磷酸組成,而核苷則由戊糖和堿基形成DNA與RNA結(jié)構(gòu)相似，但在組成成份上略有不同。第2頁/共32頁（1）組成核酸的堿基腺嘌呤Adenine一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸第3頁/共32頁鳥嘌呤guanine一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（1）組成核酸的堿基第4頁/共32頁胞嘧啶cytosine一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（1）組成核酸的堿基第5頁/共32頁一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（1）組成核酸的堿基尿嘧啶uracil第6頁/共32頁胸腺嘧啶thymine一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（1）組成核酸的堿基第7頁/共32頁堿基都具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特征。嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)均呈平面或接近于平面的結(jié)構(gòu)。堿基的芳香環(huán)與環(huán)外基團(tuán)可以發(fā)生酮式—烯醇式或胺式—亞胺式互變異構(gòu)。嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，在紫外區(qū)有吸收（260nm左右）一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸

組成核酸的堿基的結(jié)構(gòu)特征第8頁/共32頁一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（2）戊糖(pentose)組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。第9頁/共32頁一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（3）核苷nucleoside糖與堿基之間的C-N鍵，稱為C-N糖苷鍵。第10頁/共32頁一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（4）核苷酸nucleotide核苷酸是核苷的磷酸酯。作為DNA或RNA結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是5′-磷酸-脫氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷。第11頁/共32頁一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（5）修飾成分核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。第12頁/共32頁一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（6）核苷酸的衍生物1、ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸)ATP分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩個(gè)高能磷酸鍵。ATP水解時(shí),可以釋放出大量自由能。ATP是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體。ATP水解釋放出來的能量用于推動生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。第13頁/共32頁一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（6）核苷酸的衍生物2、GTP(鳥嘌呤核糖核苷三磷酸)GTP是生物體內(nèi)游離存在的另一種重要的核苷酸衍生物。它具有ATP類似的結(jié)構(gòu),也是一種高能化合物。GTP主要是作為蛋白質(zhì)合成中磷?；w。在許多情況下,ATP和GTP可以相互轉(zhuǎn)換。

第14頁/共32頁一、核酸的組成（二）核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（6）核苷酸的衍生物3、cAMP和cGMPcAMP(3’,5’-環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸)和cGMP(3’,5’-環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。cAMP和cGMP的環(huán)狀磷酯鍵是一個(gè)高能鍵。在pH7.4條件下,cAMP和cGMP的水解能約為43.9kj/mol，比ATP水解能高得多。第15頁/共32頁一、核酸的組成（三）多聚核苷酸多聚核苷酸是通過核苷酸的5’-磷酸基與另一分子核苷酸的C3’-OH形成磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為DNA鏈；由核糖核苷酸聚合而成的則稱為RNA鏈。第16頁/共32頁多聚核苷酸的特點(diǎn)一、核酸的組成（三）多聚核苷酸在多聚核苷酸中，兩個(gè)核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵通常稱為3′→5′磷酸二酯鍵。多聚核苷酸鏈一端的C5′帶有一個(gè)自由磷酸基，稱為5′-磷酸端（常用5’-P表示）；另一端C3’帶有自由的羥基，稱為3′-羥基端（常用3’-OH表示）。多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。第17頁/共32頁在多聚核苷酸（DNA或RNA）鏈中，由于構(gòu)成核苷酸單元的戊糖和磷酸基是相同的，體現(xiàn)核苷酸差別的實(shí)際上只是它所帶的堿基，所以多聚核苷酸鏈結(jié)構(gòu)也可表示為：一、核酸的組成（三）多聚核苷酸多聚核苷酸的特點(diǎn)ADNA的一級結(jié)構(gòu)B線條式表示法C文字表示法方向性在討論有關(guān)核酸問題時(shí)，一般只關(guān)心其中堿基的種類和順序，所以上式可以進(jìn)一步簡化為：5′PAPCPGPCPTPGPTPA3′

或5′ACGCTGTA3′第18頁/共32頁二、核酸的結(jié)構(gòu)（一）核酸的一級結(jié)構(gòu)多聚核苷酸是由四種不同的核苷酸單元按特定的順序組合而成的線性結(jié)構(gòu)聚合物，因此，它具有一定的核苷酸順序，即堿基順序。核酸的堿基順序是核酸的一級結(jié)構(gòu)。DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。而mRNA(信息RNA)的堿基順序，則直接為蛋白質(zhì)的氨基酸編碼，并決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序。Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)第19頁/共32頁（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)二、核酸的結(jié)構(gòu)1953年，J.Watson和F.Crick在前人研究工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)DNA結(jié)晶的X-衍射圖譜和分子模型，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測。第20頁/共32頁二、核酸的結(jié)構(gòu)（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1）DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向?yàn)?′→3′，而另一條鏈的方向?yàn)?′→5′。第21頁/共32頁二、核酸的結(jié)構(gòu)（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（2）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。第22頁/共32頁二、核酸的結(jié)構(gòu)（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（3）螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為3.4nm，每10個(gè)核苷酸形成一個(gè)螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為34nm。第23頁/共32頁二、核酸的結(jié)構(gòu)（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（4）兩條DNA鏈相互結(jié)合以及形成雙螺旋的力是鏈間的堿基對所形成的氫鍵。堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結(jié)合，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結(jié)合，這種配對關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。A和T之間形成兩個(gè)氫鍵，G與C之間形成三個(gè)氫鍵。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。第24頁/共32頁二、核酸的結(jié)構(gòu)（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)2．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下是很穩(wěn)定的。維持這種穩(wěn)定性的因素包括：兩條DNA鏈之間形成的氫鍵；由于雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水分子對堿基之間氫鍵的影響；介質(zhì)中的陽離子（如Na+、K+和Mg2+）中和了磷酸基團(tuán)的負(fù)電荷，降低了DNA鏈之間的排斥力、范德華引力等。改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。第25頁/共32頁DNA的存在形式第26頁/共32頁Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)二、核酸的結(jié)構(gòu)（三）RNA的二級結(jié)構(gòu)RNA是單鏈分子，因此，在RNA分子中，并不遵守堿基種類的數(shù)量比例關(guān)系，即分子中的嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。RNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為“發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)。在RNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對情況不象DNA中嚴(yán)格。G除了可以和C配對外，也可以和U配對。G-U配對形成的氫鍵較弱。不同類型的RNA,其二級結(jié)構(gòu)有明顯的差異。tRNA中除了常見的堿基外，還存在一些稀有堿基，這類堿基大部分位于突環(huán)部分.第27頁/共32頁二、核酸的結(jié)構(gòu)（三）RNA的二級結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)

tRNA的二級結(jié)構(gòu)都呈”三葉草”形狀，在結(jié)構(gòu)上具有某些共同之處，一般可將其分為五臂四環(huán)：包括氨基酸接受區(qū)、反密碼區(qū)、二氫尿嘧啶區(qū)、TC區(qū)和可變區(qū)。除了氨基酸接受區(qū)外，其余每個(gè)區(qū)均含有一個(gè)突環(huán)和一個(gè)臂。

第28頁/共32頁(1)氨基酸接受區(qū)

包含有tRNA的3’-末端和5’-末端，3’-末端的最后3個(gè)核苷酸殘基都是CCA，A為核苷。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。

(2)反密碼區(qū)

與氨基酸接受區(qū)相對的一般含有7個(gè)核苷酸殘基的區(qū)域，其中正中的3個(gè)核苷酸殘基稱為反密碼1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)第29頁/共32頁3)二氫尿嘧啶區(qū)該區(qū)含有二氫尿嘧啶。(4)TC區(qū)

該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對，假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC)由7個(gè)核苷酸組成，通過由5對堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與