StructureandFunctionofNucleicAcid第二

章

核酸的結(jié)構(gòu)和功能核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。核酸的分類及分布

存在于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)。存在于胞核、胞液和線粒體。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸遺傳信息載體，決定細(xì)胞和個(gè)體的遺傳型。參與遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid核酸的基本組成單位是核苷酸

(nucleotide)。堿基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸RNA的基本組成單位是核糖核苷酸嘌呤

嘧啶

堿基腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸的結(jié)構(gòu)每種核酸都含有四種堿基。嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)一、堿基嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)NNOHOH二、戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′OHOCH2OHOHOH核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)1′2′3′4′5′堿基和核糖（或脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷(nucleoside)

（或脫氧核苷）三、核苷核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脫氧核苷）和磷酸以酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

四、核苷酸

多磷酸核苷酸：

NMP，NDP，NTP

環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMP5′端3′端五、核酸核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA3′，５′磷酸二酯鍵：

指一個(gè)核苷酸的3′-OH與相鄰核苷酸5′-Pi脫水縮合形成的酯鍵第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofDNA一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列?；瘜W(xué)鍵？5′端3′端核苷酸之間以3

,5

-磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA書寫方法兩種最重要的生物大分子比較氨基酸核苷酸20種

A、C、G、T(DNA)

A、C、G、U

(RNA)肽鍵磷酸二酯鍵AA排列順序堿基序列二、三、四級(jí)雙螺旋、超螺旋

生命活動(dòng)貯存與表達(dá)遺傳信息直接執(zhí)行者決定蛋白結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)

核酸組成單位化學(xué)鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)功能二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)(1953年)（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景

堿基組成分析Chargaff規(guī)則：[A]=

[T][G]=

[C]

堿基的理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以氫鍵配對(duì)較合理DNA纖維的X-線衍射圖譜分析ErwinChargaff（1905－1995）DNA分子X射線衍射照片RosalindFranklin

（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.兩條鏈，反向平行，圍繞同一中心軸構(gòu)成右手螺旋。表面有大溝和小溝。2.磷酸-脫氧核糖骨架位于螺旋外側(cè)，堿基平面垂直于螺旋軸而伸入內(nèi)側(cè)

兩鏈通過堿基間的氫鍵相連，A－T有兩個(gè)氫鍵，C－G有三個(gè)氫鍵，這種A-T、C-G配對(duì)的規(guī)律，稱為堿基互補(bǔ)規(guī)則。親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。疏水性的堿基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。骨架與堿基堿基互補(bǔ)配對(duì)TAGC3.螺旋直徑2nm，。每圈螺旋含10個(gè)堿基對(duì)(bp)，螺距為3.4nm。4.維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：橫向?yàn)闅滏I，縱向?yàn)閴A基堆積力（主）。1.外觀：雙股鏈、反平行、右螺旋、大小溝；

直徑2nm、3.4nm螺距3.穩(wěn)定因素：橫向氫鍵：A－T兩條、G－C三條

縱向堿基堆砌力更重要

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：2.

主、側(cè)鏈：主鏈—磷酸戊糖、螺旋外側(cè)、戊糖平面平行假想軸。側(cè)鏈—內(nèi)側(cè)堿基互補(bǔ)堿基平面垂直假想軸。（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性Z型DNAB型DNAA型DNA三、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝（一）原核生物DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix

或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反（二）真核生物DNA在細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)雙鏈DNA的折疊和組裝DNA經(jīng)過多次折疊，被壓縮了8000～10000倍，組裝在直徑只有為數(shù)微米的細(xì)胞核內(nèi)。第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA與DNA相比，RNA種類繁多，分子量相對(duì)較小，一般以單鏈存在，但可以有局部二級(jí)結(jié)構(gòu)。其堿基組成特點(diǎn)是含有尿嘧啶(U)而不含胸腺嘧啶（T）動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要RNA的種類及功能一、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA

內(nèi)含子(intron)mRNA*mRNA成熟過程

外顯子(exon)壽命最短、種類最多*mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基鳥苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C′2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。2.大多數(shù)真核mRNA的3′末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。帽子結(jié)構(gòu)mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能mRNA的功能：作為蛋白質(zhì)合成的模板。從mRNA分子中，每3個(gè)核苷酸為一組決定一個(gè)AA稱為密碼子*mRNA的功能把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，作為蛋白質(zhì)生物合成的模版。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞*

tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)含稀有堿基較多

3′末端為—CCA-OH二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能分子量最小、含稀有堿基比例最高的一類RNA

稀有堿基*tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形

DHU環(huán)反密碼環(huán)

TΨC環(huán)氨基酸臂氨基酸臂額外環(huán)5′3′CAU5′3′5′3′*tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA的功能活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。*rRNA的結(jié)構(gòu)三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。含量最多真核生物5S

rRNA5.8SrRNA28SrRNA

18SrRNA

原核生物5S

rRNA

23SrRNA16SrRNA小亞基成分大亞基成分核蛋白體大小亞基所含的rRNA成分，S為沉降系數(shù)。核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)一、核酸的一般理化性質(zhì)元素組成:C、H、O、N、P核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性；DNA是線性高分子，粘度極大；核酸在波長(zhǎng)260nm處有強(qiáng)烈的吸收，是由堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。二、核酸的紫外吸收240－290nm范圍，最大吸收峰在260nm481216消光系數(shù)8×10－3AGTCU220240260280300320nm波長(zhǎng)各種堿基的紫外吸收光譜DNA或RNA的定量A260=1.0相當(dāng)于

50μg/ml雙鏈DNA(dsDNA)40μg/ml單鏈DNA(ssDNAorRNA)20μg/ml寡核苷酸確定樣品中核酸的純度

純

DNA:A260/A280=1.8

純

RNA:A260/A280=2.0紫外吸收的應(yīng)用三、DNA變性、復(fù)性與雜交在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。定義DNA變性的本質(zhì)是堿基堆積力的破壞和雙鏈間氫鍵的斷裂。（一）DNA變性高溫或極端的pHDNA的變性DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液A260增高的現(xiàn)象。解鏈曲線：在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對(duì)A260值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。

Tm：A260值達(dá)到最大值的一半時(shí)的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度。其大小與G+C含量成正比G+C含量越高，解鏈溫度就越高。解鏈曲線的變化定義在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條