1、第十二章 核酸通論,Nucleic Acid,一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究簡(jiǎn)史 二、核酸的種類和分布 三、核酸的生物學(xué)功能,主要內(nèi)容,Chapter12 核酸通論,（一）核酸的分類、分布和功能,（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,Chapter13 核酸的結(jié)構(gòu),核

2、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。,Pyrimidines,Cytosine,Thymine,Uracil,1 五種基本堿基,戊糖,H,核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名,腺嘌呤核苷酸（ AMP） Adenosine monophosphate,脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP） Deoxyadenosine monophosphate,H,OH,C,（一）、 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu),核苷酸連接方式:磷酸二酯鍵(35磷酸二酯鍵) 。 兩個(gè)末端: C5的磷酸基（ 5-磷酸端,5

3、-P） C3 的羥基（ 3-羥基端、3-OH）。 方向性:53或是35。,脫氧核苷酸之間的連接方式（3-5磷酸二酯鍵）和排列順序,C,線條式,字母式,核酸分子中核苷酸之間的共價(jià)鍵,3 -5 磷酸二酯鍵,（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),RNA,1RNA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),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-5ppp5-N-3p）+單順?lè)醋?+“尾巴”（Poly A）,mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu),真核生物mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu),N,CH

4、3,CH2,P,P,P,CH2,OH,OH,OCH3,OCH3,CH2,P,7-甲基鳥苷,mRNA 5 端,5 - 5 三 磷酸酯鍵,帽子結(jié)構(gòu),（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53。,RNA 與 DNA 的差異 DNA RNA 糖 脫氧核糖 核糖 堿基 AGCT AGCU 不含稀有堿基 含稀有堿基,原核生物和真核生物染色體DNA結(jié)構(gòu)比較： 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,P48

5、3,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,（double-helical structure）,1953年Watson和Crick提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。,2DNA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),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,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

6、式通過(guò)氫鍵互補(bǔ)配對(duì)。,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,螺旋直徑為2nm， 螺距為3.4 nm。 相鄰堿基平面距離為0.34 nm 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)。,3.4 nm,2nm,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,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

7、則。,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,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

8、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.,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,3DNA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),三種DNA雙

9、螺旋構(gòu)象比較,P489,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),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),P490,三 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), 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)

10、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?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,螺旋和超螺旋電話線,螺旋,DNA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

11、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。,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+W,P491,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，通過(guò)使DNA的一條

12、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，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。,P492,三 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),（四）DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu),核蛋白( DNP) 1 病毒：,P492,2 細(xì)菌擬核（nucleoid）,細(xì)菌

13、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),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,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200bp,3 真核染色體DNA組裝,P494,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.,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DNA分子容納在直徑數(shù)微米(如人細(xì)胞核的直徑為67m)的細(xì)胞核中。,真核染色體的折疊原則：在螺旋的基礎(chǔ)上形成螺旋，再形成螺旋,四 RNA的高級(jí)結(jié)構(gòu),tRNA的結(jié)構(gòu),二氫尿嘧啶環(huán),反密碼環(huán),TC 環(huán),額