核酸通論件課件第1頁(yè)/共51頁(yè)第2頁(yè)/共51頁(yè)Chapter12核酸通論脫氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）存在形式通常為雙鏈分子通常為單鏈分子分布主要分布于核區(qū)或細(xì)胞核主要分布于細(xì)胞漿種類原核生物：核區(qū)DNA、質(zhì)粒DNA真核生物：細(xì)胞核DNA、線粒體DNA、葉綠體DNA病毒DNA核糖體RNA（rRNA）轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）信使RNA（mRNA）小RNA（sRNA）

功能遺傳信息的載體與遺傳信息的表達(dá)和表達(dá)調(diào)控有關(guān)（一）核酸的分類、分布和功能第3頁(yè)/共51頁(yè)（一）核酸的分類、分布和功能脫氧核糖核酸（DNA）Chapter12核酸通論二、核酸的種類和分布核糖核酸（RNA）核糖體RNA（rRNA）：構(gòu)成核糖體的骨架,起裝配和催化作用轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）：攜帶氨基酸并識(shí)別密碼子

信使RNA（mRNA）：攜帶DNA的遺傳信息并作為蛋白質(zhì)合成的模板小RNA（sRNA）：與遺傳信息的表達(dá)和表達(dá)調(diào)控有關(guān)

參與蛋白質(zhì)的合成第4頁(yè)/共51頁(yè)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)

第5頁(yè)/共51頁(yè)核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸

核苷酸戊糖堿基磷酸RNA與DNA成分的差別僅在于糖和一個(gè)嘧啶。在DNA分子中以D-2-脫氧核糖代替了RNA的D-核糖，以胸腺嘧啶代替了RNA的尿嘧啶。第6頁(yè)/共51頁(yè)P(yáng)yrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG1五種基本堿基第7頁(yè)/共51頁(yè)核糖(Ribose)

構(gòu)成RNA脫氧核糖(Deoxyribose)

構(gòu)成DNAβ-D-核糖β-D-2-脫氧核糖??????????戊糖H第8頁(yè)/共51頁(yè)核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名腺嘌呤核苷酸（

AMP）

Adenosinemonophosphate脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）

Deoxyadenosinemonophosphate鳥嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOH第9頁(yè)/共51頁(yè)C5′3′結(jié)構(gòu)式（一）、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)

核苷酸連接方式:磷酸二酯鍵(3′→5′磷酸二酯鍵)。兩個(gè)末端:C5′的磷酸基（5′-磷酸端,5’-P）

C3’

的羥基（3′-羥基端、3’-OH）。方向性:5′→3′或是3′→5′。脫氧核苷酸之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序第10頁(yè)/共51頁(yè)C線條式字母式5′3′結(jié)構(gòu)式第11頁(yè)/共51頁(yè)5533核酸分子中核苷酸之間的共價(jià)鍵3-5磷酸二酯鍵第12頁(yè)/共51頁(yè)（一）、RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)和類別

四RNA的結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)第13頁(yè)/共51頁(yè)RNA1．RNA分子中各核苷之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)第14頁(yè)/共51頁(yè)原核生物mRNA特征：先導(dǎo)區(qū)+翻譯區(qū)（多順?lè)醋樱?末端序列真核生物mRNA特征：

“帽子”（m7G-5′ppp5′-N-3′p）+單順?lè)醋?/p>

+“尾巴”（PolyA）mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)第15頁(yè)/共51頁(yè)真核生物mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)NCH3OHOH7-甲基鳥苷第16頁(yè)/共51頁(yè)NCH3CH2PPPCH2OHOHOCH3OCH3CH2P7-甲基鳥苷mRNA5’端5’

-5’三磷酸酯鍵帽子結(jié)構(gòu)第17頁(yè)/共51頁(yè)（一）、

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為堿基序列。一級(jí)結(jié)構(gòu)的走向的規(guī)定為5′→3′。

RNA與DNA的差異

DNA

RNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU

不含稀有堿基含稀有堿基第18頁(yè)/共51頁(yè)原核生物和真核生物染色體DNA結(jié)構(gòu)比較：

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基因連續(xù)性

操縱子

調(diào)控序列

重復(fù)序列

所占比例細(xì)菌

連續(xù),無(wú)內(nèi)含子

有

小

很少真核

斷裂,有內(nèi)含子

無(wú)

大

大量

生物P483基因（gene)：是染色體上特定位置的一個(gè)遺傳單位，

是一段DNA（RNA）片斷第19頁(yè)/共51頁(yè)（double-helicalstructure）

1953年Watson和Crick提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。2．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三DNA的結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)第20頁(yè)/共51頁(yè)兩條反平行鏈以右手螺旋方向繞同一中心軸纏繞

磷酸與脫氧核糖以3’,5’磷酸二酯鍵相連形成DNA外側(cè)骨架；堿基在內(nèi)，其平面垂直于螺旋軸并以A=T,G=C方式通過(guò)氫鍵互補(bǔ)配對(duì)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型第21頁(yè)/共51頁(yè)

磷酸與脫氧核糖以3’,5’磷酸二酯鍵相連形成DNA外側(cè)骨架；堿基在內(nèi)，其平面垂直于螺旋軸并以A=T,G=C方式通過(guò)氫鍵互補(bǔ)配對(duì)。5′3′5′3′磷酸核糖堿基兩條反平行鏈以右手螺旋方向繞同一中心軸纏繞DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型第22頁(yè)/共51頁(yè)螺旋直徑為2nm，螺距為3.4nm。相鄰堿基平面距離為0.34nm螺旋一圈包含10對(duì)堿基。（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三DNA的結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)兩條反平行鏈以右手螺旋方向繞同一中心軸纏繞磷酸與脫氧核糖以3’,5’磷酸二酯鍵相連形成DNA外側(cè)骨架；堿基在內(nèi)，其平面垂直于螺旋軸并以A=T,G=C方式通過(guò)氫鍵互補(bǔ)配對(duì)。3.4nm2nmDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型第23頁(yè)/共51頁(yè)堿基互補(bǔ)原則：指腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對(duì)，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對(duì)，這種配對(duì)關(guān)系成為堿基互補(bǔ)原則。第24頁(yè)/共51頁(yè)兩條反平行鏈以右手螺旋方向繞同一中心軸纏繞磷酸與脫氧核糖以3’,5’磷酸二酯鍵相連形成DNA外側(cè)骨架；堿基在內(nèi)，其平面垂直于螺旋軸并以A=T,G=C方式通過(guò)氫鍵互補(bǔ)配對(duì)。直徑=2nm，螺距=3.4nm，每圈螺旋包含10bp。堿基堆積力和氫鍵是維持DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力,

氫鍵維持DNA雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。P486（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三DNA的結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型第25頁(yè)/共51頁(yè)螺旋有大、小溝.

B-DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)：（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三DNA的結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)兩條反平行鏈以右手螺旋方向繞同一中心軸纏繞磷酸與脫氧核糖以3’,5’磷酸二酯鍵相連形成DNA外側(cè)骨架；堿基在內(nèi)，其平面垂直于螺旋軸并以A=T,G=C方式通過(guò)氫鍵互補(bǔ)配對(duì)。直徑=2nm，螺距=3.4nm，每圈螺旋包含10bp。堿基堆積力和氫鍵是維持DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力.第26頁(yè)/共51頁(yè)A-DNA：右手螺旋

11堿基/螺旋

相對(duì)濕度為75%時(shí)結(jié)晶的DNA鈉鹽

B-DNA：右手螺旋

10堿基/螺旋

相對(duì)濕度為92%時(shí)結(jié)晶的DNA鈉鹽Z-DNA：左手螺旋12堿基/螺旋

天然DNA局部區(qū)；人工合成寡核苷酸鏈3．DNA雙螺旋的種類（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三DNA的結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)第27頁(yè)/共51頁(yè)三種DNA雙螺旋構(gòu)象比較AB

Z外型

粗短適中細(xì)長(zhǎng)螺旋方向

右手右手左手螺旋直徑

2.55nm2.37nm1.84nm堿基直升

0.23nm0.34nm0.38nm堿基夾角

32.7034.6060.00每圈堿基數(shù)

1110.412軸心與堿基對(duì)關(guān)系2.46nm3.32nm4.56nm堿基傾角

19°1°9°糖苷鍵構(gòu)象

反式反式C/T反式,G順式大溝

很窄很深很寬較深平坦小溝

很寬、淺窄、深較窄很深P489第28頁(yè)/共51頁(yè)DNA分子內(nèi)的三鏈結(jié)構(gòu)鉸鏈DNA

DNA分子間的三鏈結(jié)構(gòu)多聚嘌呤多聚嘧啶5三螺旋DNA（H-DNA）常出現(xiàn)在調(diào)控區(qū)、DNA復(fù)制的起點(diǎn)和終點(diǎn)

當(dāng)DNA的一段多聚嘧啶或嘌呤核苷酸的組成為鏡像重復(fù)時(shí)可回折產(chǎn)生三螺旋DNA

。在形成分子內(nèi)三股螺旋時(shí)胞嘧啶需發(fā)生質(zhì)子化過(guò)程，故稱為H-DNA。（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三DNA的結(jié)構(gòu)P490第29頁(yè)/共51頁(yè)三DNA的結(jié)構(gòu)（二）、

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

（三）、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)

（一）、

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

（四）、DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)

Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)第30頁(yè)/共51頁(yè)?

DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)定義:指DNA分子(雙螺旋)通過(guò)扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象。包括不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用、單鏈與二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNA的拓?fù)涮卣鳌?/p>

P490(三)、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)三DNA的結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)中一個(gè)重要的、基礎(chǔ)的分支。起初它是幾何學(xué)的一支，研究幾何圖形在連續(xù)變形下保持不變的性質(zhì)(所謂連續(xù)變形，形象地說(shuō)就是允許伸縮和扭曲等變形，但不許割斷和粘合)；現(xiàn)在已發(fā)展成為研究連續(xù)性現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支。絕大多數(shù)DNA是以超螺旋的形式存在的第31頁(yè)/共51頁(yè)螺旋和超螺旋電話線螺旋超螺旋第32頁(yè)/共51頁(yè)L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1152010523L=23,T=23,W=0解鏈環(huán)形15101520231510152025超螺旋121482316131510152023右手旋轉(zhuǎn)擰松兩匝后的線形DNADNA超螺旋的形成(環(huán)狀DNA分子)超螺旋型DNA的形成：

超螺旋（扭緊）、負(fù)超螺旋（扭松）從能量來(lái)講，超螺旋更容易形成從生物學(xué)意義來(lái)講，超螺旋型DNA具有更為致密的結(jié)構(gòu)，可以將DNA分子壓縮在一個(gè)極小的體積內(nèi).生物體內(nèi)，天然存在的DNA分子多為負(fù)超螺旋。第33頁(yè)/共51頁(yè)超螺旋狀態(tài)的定量描述T——扭轉(zhuǎn)數(shù),DNA分子中的Watson－Crick螺旋數(shù)W——超螺旋數(shù)或纏繞數(shù)L——連環(huán)數(shù)，DNA雙螺旋中一條鏈以右手螺旋與另一條鏈纏繞的次數(shù)。公式:L=T+WL=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1152010523L=23,T=25,W=–2負(fù)超螺旋12148231613P491L=23,T=23,W=0解鏈環(huán)形1510152023第34頁(yè)/共51頁(yè)原核生物兩類拓?fù)洚悩?gòu)酶

除連環(huán)數(shù)（L）不同外其他性質(zhì)均相同的DNA分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體（topoisomerase）。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶通過(guò)改變DNA的L值而影響其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

拓?fù)洚悩?gòu)酶I

能使超螺旋DNA轉(zhuǎn)變成松弛型環(huán)狀DNA，每催化一次可消除一個(gè)負(fù)超螺旋，能使L增加１，通過(guò)使DNA的一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，反應(yīng)無(wú)需供給能量。

拓?fù)洚悩?gòu)酶II(促旋酶)可使松弛型環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋DNA，每催化一次，L減少２，可引入負(fù)超螺旋。它可以使DNA的兩條鏈同時(shí)斷裂和再連接，當(dāng)它引入超螺旋時(shí)需要ATP提供能量。細(xì)胞內(nèi)兩類拓?fù)洚悩?gòu)酶的含量受嚴(yán)格的控制，使細(xì)胞內(nèi)DNA保持在一定的超螺旋水平。P492第35頁(yè)/共51頁(yè)三DNA的結(jié)構(gòu)（二）、

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

（三）、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)

（一）、

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

（四）、DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)

Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)第36頁(yè)/共51頁(yè)（四）DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)

核蛋白(DNP)1病毒：P492第37頁(yè)/共51頁(yè)2細(xì)菌擬核（nucleoid）

細(xì)菌染色體DNA為雙鏈環(huán)狀，結(jié)合堿性蛋白和少量RNA。形成突環(huán)結(jié)構(gòu)，組裝成致密的小體——擬核P493三DNA的結(jié)構(gòu)Chapter13核酸的結(jié)構(gòu)（四）DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)第38頁(yè)/共51頁(yè)真核生物的DNA分子在細(xì)胞生活周期的大部分時(shí)間里都是以染色質(zhì)的形式存在的。染色質(zhì)是一種纖維狀結(jié)構(gòu)，叫做染色質(zhì)絲。染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體。3真核染色體DNA組裝第39頁(yè)/共51頁(yè)核小體由組蛋白核心和纏繞其上的DNA鏈組成，組蛋白核心是由組蛋白H2A，H2B，H3和H4各兩分子構(gòu)成的致密八聚體，DNA鏈以左手螺旋在組蛋白核心上纏繞一又四分之三圈，長(zhǎng)度為146bp。兩個(gè)核小體之間的連接DNA長(zhǎng)度隨不同核小體而略有不同，約60bp。每個(gè)核小體重復(fù)單位的DNA約為200bp3真核染色體DNA組裝P494第40頁(yè)/共51頁(yè)DNA鏈進(jìn)一步折疊成染色質(zhì)纖絲，每圈六個(gè)核小體，直徑為30nm細(xì)胞間期的染色質(zhì)主要以這種形式存在.第41頁(yè)/共51頁(yè)第42頁(yè)/共51頁(yè)DNA分子經(jīng)多級(jí)折疊和盤繞，壓縮將近一萬(wàn)倍，這樣才使每個(gè)染色體中幾厘米長(zhǎng)(如人染色體的DNA分子平均長(zhǎng)度為4cm)的DN