三核酸結(jié)構(gòu)（一）核酸一級結(jié)構(gòu)核酸分子基本組成單位是核苷酸，核酸分子是核苷酸多聚體，是無分支直線形或環(huán)形多核苷酸長鏈。（與蛋白質(zhì)進行比較）定義：核酸一級結(jié)構(gòu)指組成核酸各核苷酸之間連接鍵性質(zhì)及各核苷酸殘基沿多核苷酸鏈排列次序。DNA堿基次序本身就是遺傳信息存放分子形式。生物界物種多樣性即寓于DNA分子中四種脫氧核苷酸千變?nèi)f化不一樣排列組合之中。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第1頁DNA堿基組成（Chargaff定則）：（1）在全部DNA中，A=T，G=C即A+G=T+C（2）DNA堿基組成含有種特異性，即不一樣生物物種DNA含有自己獨特堿基組成，但沒有組織和器官特異性。三核酸一級結(jié)構(gòu)中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第2頁三核酸一級結(jié)構(gòu)1、核苷酸連接方式許多單核苷酸經(jīng)過3`、5`-磷酸二酯鍵就連成了多核苷酸鏈，核苷酸戊糖和磷酸經(jīng)過3`、5`-二酯鍵組成了多核苷酸鏈主鏈（結(jié)構(gòu)骨架），并在主鏈上不停重復(fù)。多核苷酸堿基作為側(cè)鏈從主鏈向外伸出。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第3頁三核酸一級結(jié)構(gòu)1、核苷酸連接方式核酸分子非常象一串念珠，每個念珠叫核苷酸，由三個小分子組成：一個糖分子，一個磷酸分子，一個堿基分子。在堿基上，更正確地說，在堿基序列上，攜帶著信息，復(fù)制秘訣就在于此。

核酸分子或一段多核苷酸鏈都有兩個末端。3`-羥基不再參加組成磷酸二酯鍵一端叫3`-末端，C5`-磷酸基不再參加組成磷酸二酯鍵一端叫5`-末端。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第4頁2.DNA一級結(jié)構(gòu)表示方法（1）結(jié)構(gòu)式表示法：（2）線條式表示法：（3）字母式表示法：書與文件中中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第5頁2.DNA一級結(jié)構(gòu)表示方法注意：堿基次序是從5`→3`，代表特定化合物，不允許顛倒，各簡化式書寫或讀，從左到右應(yīng)與堿基從5`→3`次序一致。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第6頁DNA測序生物學(xué)意義

DNA是遺傳信息儲存者和公布者，遺傳信息是由堿基序列表達，堿基序列略有改變，即可引發(fā)遺傳信息顯著改變。所以DNA測序是研究DNA功效基礎(chǔ)，非常主要。DNA測序試驗方法（20世紀70年代三大進展促進了DNA測序工作——限制性核酸內(nèi)切酶發(fā)覺；改進多核苷酸片段電泳分離法；DNA克隆技術(shù)）酶法和化學(xué)法（Sanger和Gilbert法）3.核酸一級結(jié)構(gòu)研究方法：中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第7頁1、DNA空間結(jié)構(gòu)DNA空間結(jié)構(gòu)：指DNA多核苷酸鏈內(nèi)或鏈與鏈之間經(jīng)過氫鍵折疊卷曲而成構(gòu)象。包含二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第8頁1、DNA二級結(jié)構(gòu)DNA二級結(jié)構(gòu)指DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第9頁1、DNA二級結(jié)構(gòu)（1）、關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)發(fā)覺

1953年，J.Watson和F.Crick在前人研究工作基礎(chǔ)上，依據(jù)DNA纖維和DNA結(jié)晶X-衍射圖譜分析及DNA堿基組成定量分析以及DNA中堿基物化數(shù)據(jù)測定，提出了著名DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對模型生物學(xué)意義作出了科學(xué)解釋和預(yù)測。因為這一科學(xué)結(jié)果，沃森、克里克和威爾金斯共同取得1962年度諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。1953年沃森25歲，克里克37歲。沃森和克里克1953年提出DNA分子結(jié)構(gòu)模能夠與達爾文進化論、孟德爾遺傳定律相媲美，為探討遺傳學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)開辟了一個新紀元，引發(fā)了生物學(xué)一場偉大革命。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第10頁（2）．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點1、DNA二級結(jié)構(gòu)①DNA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)。螺旋中兩條鏈方向相反，即其中一條鏈方向為5′→3′，而另一條鏈方向為3′→5′，螺旋結(jié)構(gòu)上有大溝和小溝。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第11頁②嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)，彼此以3′-5′磷酸二酯鍵連接，形成DNA分子骨架。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。（2）.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點各個堿基對之間保持相等距離，并以平行鉆臺相互重合，重合堿基對之間因為縱向范德華力（堿基堆積力）使螺旋愈加穩(wěn)定。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第12頁③螺旋橫截面直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個堿基平面之間距離為0.34nm，每10個核苷酸形成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為3.4nm。2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第13頁2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點④雙螺旋內(nèi)部堿基按規(guī)則配對，堿基相互結(jié)合含有嚴格配對規(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。A和T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。

雙螺旋兩條鏈是互補關(guān)系。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第14頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)形成5′3′5′3′5′3′5′3′磷酸核糖堿基T-A堿基對C-G堿基對中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第15頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出生物學(xué)意義第一次闡述了遺傳信息儲存方式及DNA復(fù)制機理，以準確語言回答了DNA是怎樣成為遺傳物質(zhì)。大大推進了分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)發(fā)展，被譽為20世紀最偉大發(fā)覺之一。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第16頁（3）．DNA雙螺旋穩(wěn)定原因DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理條件下是很穩(wěn)定。維持這種穩(wěn)定性主要原因包含：兩條DNA鏈之間堿基配對形成氫鍵和堿基堆積力；另外，存在于DNA分子中一些弱鍵在維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上也起一定作用。即磷酸基團上負電荷與介質(zhì)中陽離子間形成離子鍵及范德華力。改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋穩(wěn)定性。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第17頁（4）．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)幾個構(gòu)象幾個DNA螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)類

型

堿基傾角

堿基間距（nm）

每圈堿基數(shù)

螺

距(nm)螺旋直徑（nm）

B-DNA

Z-DNA

0-119-209

0.34

0.23

0.37

10

11

123.32-3.4

2.46-2.53

4.56

2.0-2.37

2.55

1.8-1.84C-DNAD-DNAtsDNA

A-DNAB-DNA：在相對濕度為92%時DNA鈉鹽。靠近DNA在細胞中構(gòu)象。A-DNA：在相對濕度為75%以下時DNA纖維。Z-DNA：左手螺旋（A.Rich工作）.ts-DNA：三股螺旋(在分子內(nèi)或分子間形成,分子內(nèi)形成時需要低pH下胞嘧啶質(zhì)子化,故稱H-DNA)中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第18頁

Z-DNAB-DNAP原子走向鋸齒形、左手螺旋平滑、右手螺旋每圈堿基數(shù)1210堿基對平面間距離0.37nm0.34nm直徑1.8nm2nm堿基對平面傾角20000形態(tài)中心軸不穿過堿基對平面穿過堿基對在螺旋外側(cè)靠近中心只有一條小溝一大溝、一小溝G上C8、N7外露、易受攻擊否中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第19頁中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第20頁（三）DNA三級結(jié)構(gòu)定義：DNA三級結(jié)構(gòu)指DNA分子（雙螺旋）經(jīng)過扭曲和折疊所形成特定構(gòu)象。包含不一樣二級結(jié)構(gòu)單元間、單鏈與二級結(jié)構(gòu)單元間相互作用以及DNA拓撲特征。超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)一個類型。超螺旋即DNA雙螺旋螺旋。負超螺旋松弛形解鏈環(huán)形中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第21頁解鏈環(huán)形L=23T=23W=0松弛環(huán)形L=25T=25W=0負超螺旋L=23T25W=-2中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第22頁螺旋和超螺旋電話線螺旋超螺旋中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第23頁真核生物染色體形成過程：DNA雙鏈以左手螺旋纏繞在組蛋白形成八聚體關(guān)鍵上即核小體螺線體超螺線體染單體。①、核小體：壓縮7倍②、螺線體：壓縮6倍③、超螺線體：壓縮40倍④、染色體：壓縮6倍

中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第24頁真核生物染色質(zhì)絲組蛋白八聚體：H2AH2BH3H4各2個分子從DNA到染色質(zhì)絲，DNA壓縮了近100倍，若從DNA到最終凝縮成染色體，DNA壓縮了近萬倍。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第25頁核小體中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第26頁四、DNA和基因組織（自學(xué)）中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第27頁（一）RNA一級結(jié)構(gòu)特點

RNA一級結(jié)構(gòu)研究最多是tRNA、rRNA以及一些小分子RNA。組成RNA核苷酸也是以3′-5′磷酸二酯鍵連接。其中1.tRNA一級結(jié)構(gòu)含有以下特點：分子量25000左右，大約由70－90個核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。分子中含有較多修飾成份。3′-末端都含有CpCpAOH結(jié)構(gòu)。5′端多為pG,也有pC。五、RNA結(jié)構(gòu)與功效中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第28頁tRNA概述約占總RNA10-15%。它在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息，并將對應(yīng)氨基酸轉(zhuǎn)運到核糖核蛋白體作用。已知每一個氨基酸最少有一個對應(yīng)tRNA。tRNA分子大小很相同，鏈長普通在73-93個核苷酸之間。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第29頁mRNA概述約占總RNA5%。不一樣細胞mRNA鏈長和分子量差異很大。它功效是將DNA遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第30頁mRNA一級結(jié)構(gòu)真核：單順反子、5’-末端有“帽子”、3’-末端有polyA片段和非編碼區(qū)和非編碼區(qū)原核：多順反子5’-末端無“帽子”、3’-末端無polyA片段（病毒除外）有非編碼區(qū)有非編碼區(qū)順反子：mRNA上含有翻譯功效核苷酸次序。polyA片段：指20-250個多聚腺苷酸?！懊弊印苯Y(jié)構(gòu)：5’-末端G被甲基化，經(jīng)過焦磷酸與另一個發(fā)生了核糖上甲基化核苷酸以5’、5’-磷酸二酯鍵相連。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第31頁極大多數(shù)真核細胞mRNA在3‘-末端有一段長約200核苷酸polyA。polyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶作用而添加上去。原核生物mRNA普通無polyA，但一些病毒mBNA也有3’-polyA,polyA可能有多方面功效,與mRNA從細胞核到細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移相關(guān)；與mRNA半壽期相關(guān)，新合成RNA其polyA鏈較長，而衰老mRNA，polyA鏈縮短。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第32頁mRNA5’-末端“帽子”結(jié)構(gòu)

可能功效：抗核酸酶水解；與蛋白質(zhì)合成起始相關(guān)；作為mRNA與核糖體40S亞基結(jié)合信號。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第33頁rRNA(核糖體RNA)概述約占全部RNA80%，是核糖核蛋白體主要組成部分。rRNA功效與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)，可分別與mRNA、tRNA作用，催化肽鍵形成。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第34頁rRNA動物細胞核糖體rRNA有四類：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。許多rRNA一級結(jié)構(gòu)及由一級結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出來二級結(jié)構(gòu)都已說明，不過對許多rRNA功效迄今仍不十分清楚。與tRNA不一樣，rRNA甲基化多發(fā)生在核糖上。真核生物rRNA中修飾核苷比原核生物多。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第35頁(二)RNA高級結(jié)構(gòu)RNA是單鏈分子，所以，在RNA分子中，并不恪守堿基種類數(shù)量百分比關(guān)系，即分子中嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基總數(shù)。RNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)（類似A-DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)），不能形成雙螺旋部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)能夠形象地稱為“發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)或莖環(huán)結(jié)構(gòu)。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第36頁在RNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基配對情況不象DNA中嚴格。G除了能夠和C配對外，也能夠和U配對。G-U配對形成氫鍵較弱。不一樣類型RNA,其二級結(jié)構(gòu)有顯著差異。tRNA中除了常見堿基外，還存在一些稀有堿基，這類堿基大部分位于突環(huán)部分.(二)RNA高級結(jié)構(gòu)中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第37頁tRNA高級結(jié)構(gòu)1、tRNA二級結(jié)構(gòu)tRNA結(jié)構(gòu)共同點：①、分子量在25，000d，由70～90個核苷酸組成，沉降系數(shù)都在4S左右。②、堿基組成中，有較多稀有堿基。③、在已知tRNA種，90%都含有-GTψC-系列，組成特殊突環(huán)，對tRNA結(jié)構(gòu)和功效很主要，尤其是維持三級結(jié)構(gòu)與核糖體結(jié)合有主要作用。④、3`-末端皆為……CpCpAOH⑤、5`-末端大多數(shù)為pG……，也有pC……。⑥、二級結(jié)構(gòu)都呈三葉草型。由氨基酸臂，二氫尿嘧啶環(huán)，反密碼環(huán)，可變環(huán)（額外環(huán)）和TψC環(huán)五部分組成。中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第38頁1、tRNA二級結(jié)構(gòu)tRNA二級結(jié)構(gòu)大都呈“三葉草”形狀，在結(jié)構(gòu)上含有一些共同之處，普通可將其分為四臂四環(huán)：包含氨基酸接收臂、反密碼（環(huán)）臂、二氫尿嘧啶（環(huán)）臂、TC（環(huán)）臂和可變環(huán)。除了氨基酸接收區(qū)外，其余每個區(qū)均含有一個突環(huán)和一個臂。

中國藥科大學(xué)生物化學(xué)核酸dna的結(jié)構(gòu)rna的結(jié)構(gòu)和功能專家講座第39頁(1)氨基酸接收區(qū)

包含有tRNA3’-末端和5’-末端，3’-末端最終3個核苷酸殘基都是CCA，A為腺苷酸。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作用。

(2)反密碼區(qū)

與氨基酸接收區(qū)相對，普通環(huán)中含有7個核苷酸殘基，臂中含有5對堿基。其中環(huán)中正中3個