核酸的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的分子結(jié)構(gòu)

（一）DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA是由數(shù)量龐大的四種脫氧核糖核苷酸通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來(lái)的直線形或環(huán)形多聚體。

DNA沒(méi)有側(cè)鏈，只有兩個(gè)末端分別稱為5’-末端(5’-P)和3’-末端(3’-OH)。DNA鏈具有方向性，書(shū)寫時(shí)方向5’→3’

表示一個(gè)核酸分子結(jié)構(gòu)的方法由繁至簡(jiǎn)有許多種。由于核酸分子結(jié)構(gòu)除了兩端和堿基排列順序不同外，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。因此，在核酸分子結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)式表示方法中，僅須注明一個(gè)核酸分子的哪一端是5’末端，哪一端是3’末端，末端有無(wú)磷酸基，以及核酸分子中的堿基順序即可。如未特別注明5’和3’末端，一般約定，堿基序列的書(shū)寫是由左向右書(shū)寫，左側(cè)是5’-末端，右側(cè)為3’-末端。

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)就是構(gòu)成DNA的各個(gè)單核苷酸之間連接鍵的性質(zhì)以及核苷酸的數(shù)目和排列順序。

短的核酸鏈(≤50)稱為寡核苷酸(oligonucleotide)，

更長(zhǎng)的核酸鏈稱為多核苷酸(polynucleotide)。

生物的遺傳信息就儲(chǔ)存記錄在DNA的核苷酸序列中。測(cè)定DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，也就是測(cè)定DNA的核苷酸序列。

（三）、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1、Watson-Crick模型(DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型)P57

1953年，由Watson和Crick提出。 他們所用的資料來(lái)自在相對(duì)濕度為92%時(shí)所得到的DNA鈉鹽纖維。這種DNA稱為B型DNA(B-DNA)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(B-DNA)的要點(diǎn)：

(1)兩條反向平行(走向相反，一條5’→3’，另一條3’→5’)的多核苷酸鏈圍繞同一個(gè)中心軸相互纏繞構(gòu)成雙螺旋結(jié)構(gòu)。兩條鏈均為右手螺旋。(2)嘧啶與嘌呤堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸與核糖在外側(cè)，彼此通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵相連接，形成DNA分子的骨架。堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)的平面與縱軸平行。(3)雙螺旋的直徑為2nm。順軸方向，每隔0.34nm有一個(gè)核苷酸，相鄰兩個(gè)核苷酸之間的夾角為36°。每一圈雙螺旋有10對(duì)核苷酸，每圈高度為3.4nm。

(4)、兩條鏈由堿基間的氫鍵相連。A與T配對(duì)，形成兩個(gè)氫鍵。G與C配對(duì)，形成三個(gè)氫鍵。所以GC之間的配對(duì)較為穩(wěn)定。這種堿基之間相互配對(duì)稱為堿基互補(bǔ)(basecomplementary)。

根據(jù)堿基互補(bǔ)原則，當(dāng)一條多核苷酸鏈的序列被確定以后，即可推知另一條互補(bǔ)鏈的序列。(5)由于堿基對(duì)排列的方向性，使得堿基對(duì)占據(jù)的空間是不對(duì)稱的，所以雙螺旋結(jié)構(gòu)上有兩條螺形凹溝，一條較深，稱為大溝(majorgroove)，

一條較淺，稱為小溝(minorgroove)。

2、維持DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用力(1)堿基堆積力(basestackingforce)

堿基堆積力是維持DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要作用力。堿基有規(guī)律的堆積可以使堿基之間發(fā)生締合，這種作用力稱為堿基堆積力。由于堿基的層層堆積，在DNA分子內(nèi)部形成一個(gè)疏水核心區(qū)，有助于氫鍵的形成。

(2)氫鍵

互補(bǔ)堿基對(duì)之間形成氫鍵：G≡C，A=T

(3)離子鍵 磷酸基團(tuán)上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽(yáng)離子之間形成離子鍵，消除了DNA自身各部位之間因負(fù)電荷而產(chǎn)生的斥力，增加了DNA分子的穩(wěn)定性。

1979年，Wang和Rich等人在研究人工合成的CGCGCG單晶的X-射線衍射圖譜時(shí)出人意料地發(fā)現(xiàn)這種六聚體的構(gòu)象與上面講到的完全不同。它是左手雙螺旋（Z-DNA)，與右手螺旋的不同是螺距延長(zhǎng)(4.5nm左右)，直徑變窄(1.8nm)，每個(gè)螺旋含12個(gè)堿基對(duì)，分子長(zhǎng)鏈中磷原子不是平滑延伸而是鋸齒形排列，有如“之”字形一樣，因此叫它Z構(gòu)象(英文字Zigzag的第一個(gè)字母)。 （四）、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)

在DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，雙螺旋的扭曲或再次螺旋就構(gòu)成了DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)，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Ｈ旧w包裝的結(jié)構(gòu)模型壓縮倍數(shù)

7

6

405共計(jì)8400DNA核小體螺線管超螺線管染色單體一級(jí)包裝二級(jí)包裝三級(jí)包裝四級(jí)包裝二、

RNA的種類和分子結(jié)構(gòu)P64（一）、RNA的類型1、rRNA(ribosomalRNA)

占細(xì)胞中全部RNA的80%，是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所，存在于核蛋白體內(nèi)。原核生物和真核生物的核蛋白體亞基比較原核生物（E.coli）真核生物核蛋白體70S80S大亞基50S60S小亞基30S40S大亞基組成23S,5SrRNA

+34種Pr28S,5.8S,5SrRNA+40種Pr小亞基組成16SrRNA+21種Pr18SrRNA+30種Pr2.tRNA(transferRNA)

是細(xì)胞中一類最小的RNA，約占細(xì)胞中

RNA總量的15%。在蛋白質(zhì)生物合成中起攜帶氨基酸的作用，它的名稱也由此而來(lái)。但它的生理功能不僅僅是轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，它在蛋白質(zhì)生物合成的起始作用中，在DNA逆轉(zhuǎn)錄合成及其它代謝調(diào)節(jié)中也起重要作用。3.信使RNA(messengerRNA，mRNA)P64

它是蛋白質(zhì)生物合成的模板。含量少，約占RNA總量的3%~5%，代謝活躍，更新迅速，半衰期較短。（二）、RNA的結(jié)構(gòu)特征P65(1)RNA基本組成單位是AMP，GMP，CMP，UMP。(2)每分子RNA由多個(gè)NMP組成，連接鍵為3’,5’-磷酸二酯鍵。(3)RNA主要是單鏈結(jié)構(gòu)，但會(huì)形成局部雙鏈（hairpinstructure，發(fā)夾結(jié)構(gòu)）。(4)RNA容易被堿水解。(三)、參與蛋白質(zhì)生物合成的RNA結(jié)構(gòu)

1、tRNA的結(jié)構(gòu)每種氨基酸都有2~6種相應(yīng)的tRNA，書(shū)寫時(shí)在右上角注上氨基酸縮寫符號(hào)，如tRNAPhe代表轉(zhuǎn)運(yùn)苯丙氨酸的tRNA。

共同特點(diǎn)： 1.分子量在25KD左右，由70~90個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)在4S左右； 2.堿基組成中有較多的稀有堿基； 3.3’-末端都為—pCCAOH，用來(lái)接受活化的氨基酸。所以這個(gè)末端稱為接受末端；4.5’-末端大多為pGGG—,也有為pCCC—的。5.二級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草形(cloverleaf)。雙螺旋區(qū)構(gòu)成了葉柄，突環(huán)(loop)區(qū)好像是三葉草的三片小葉。由于雙螺旋結(jié)構(gòu)所占比例甚高，tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。三葉草形結(jié)構(gòu)由氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼環(huán)、額外環(huán)和TψC環(huán)等五部分組成。P66的三葉草模型(1)氨基酸臂

(aminoacidarm)由七對(duì)堿基組成，富含鳥(niǎo)嘌呤，末端為—CCA，在蛋白質(zhì)生物合成時(shí)，用于連接活化的相應(yīng)氨基酸。(2)二氫尿嘧啶環(huán)

(dihydrouridineloop,DhUloop)由8~12個(gè)核苷酸組成，含有兩個(gè)二氫尿嘧啶，因此得名。通過(guò)有3~4對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(二氫尿嘧啶臂)與tRNA的其余部分相連。 (3)反密碼環(huán)(anticodonloop)由7個(gè)核苷酸組成，環(huán)中部為反密碼子，由三個(gè)堿基組成。次黃嘌呤核苷酸常出現(xiàn)于反密碼子中。反密碼環(huán)通過(guò)有5對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(反密碼臂)與tRNA的其余部分相連。 (4)額外環(huán)(extraloop)由3~18個(gè)核苷酸組成，不同的tRNA具有不同大小的額外環(huán)，所以它是tRNA分類的重要指標(biāo)。 (5)假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TψC環(huán))由7個(gè)核苷酸組成，通過(guò)有5對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(TψC臂)與tRNA的其余部分相連。6.三級(jí)結(jié)構(gòu)的形狀象一個(gè)倒寫的L字母

2、mRNA的結(jié)構(gòu)

mRNA為傳遞DNA的遺傳信息并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的一類RNA分子。即mRNA是以DNA為模板合成的；mRNA又是蛋白質(zhì)合成的模板（這兩部分內(nèi)容在第九章中將會(huì)詳細(xì)討論）。每一種多肽都由一種特定的mRNA負(fù)責(zé)編碼，所以細(xì)胞內(nèi)mRNA種類很多，但就每一種mRNA而言含量又十分低，同時(shí)mRNA半衰期也較短。所以也可以說(shuō)明為什么mRNA的發(fā)現(xiàn)比rRNA和tRNA要遲。分子量大小不一，由幾百至幾千個(gè)核苷酸組成。極大多數(shù)真核細(xì)胞mRNA在3’末端有一段長(zhǎng)約200個(gè)堿基的多聚腺