生物化学核酸讲稿.ppt

关于生物化学核酸第一页，讲稿共九十一页哦核酸的发现：核酸的发现：1868年，瑞士青年科学家瑞士青年科学家 F.MiescherF.Miescher引引 言：核酸概述言：核酸概述从外科绷带上脓细胞从外科绷带上脓细胞的的细胞核中分离得到一细胞核中分离得到一种种含磷较高的酸性物含磷较高的酸性物质，质，称之为核素称之为核素（nucleinnuclein）核素实质是一种核糖核蛋白核素实质是一种核糖核蛋白第二页，讲稿共九十一页哦1944年年,Oswald Avery,Colin Macleod和和Maclyn McCarty发现，一种发现，一种有夹膜、表面光滑、具致病性的有夹膜、表面光滑、具致病性的肺炎球菌肺炎球菌中提取的核酸中提取的核酸DNA(deoxyribonucleic acid,脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸)，可使另一种，可使另一种无夹膜，表面粗糙、无夹膜，表面粗糙、不具致病性的肺炎球菌不具致病性的肺炎球菌的遗传性状发生改变，转变为的遗传性状发生改变，转变为有夹有夹膜，具有致病性的肺炎球菌膜，具有致病性的肺炎球菌，且转化率与，且转化率与DNA纯度纯度呈呈正相关正相关，若将，若将DNA预先用预先用DNA酶降解，转化就不酶降解，转化就不发生。该项实验彻底纠正了蛋白质携带遗传信息这发生。该项实验彻底纠正了蛋白质携带遗传信息这一错误认识，确立了核酸是遗传物质的重要地位；一错误认识，确立了核酸是遗传物质的重要地位；第三页，讲稿共九十一页哦第四页，讲稿共九十一页哦核酸的研究历史：核酸的研究历史：1889年，年，Altmann首先制备了不含蛋白的核酸制品并引入首先制备了不含蛋白的核酸制品并引入“核酸核酸”这一名词。这一名词。20世纪世纪20年代测定了核酸的化学组成，并将核酸分为年代测定了核酸的化学组成，并将核酸分为DNA和和RNA。1943年，年，E.Chargaff的工作：嘌呤：嘧啶的工作：嘌呤：嘧啶=1：1，由此，由此推理出碱基配对的理论。推理出碱基配对的理论。1944年，年，Avery的肺炎双球菌转化实验，证明遗传物质即的肺炎双球菌转化实验，证明遗传物质即为为DNA。1953年，年，Watson-Crick建立了建立了DNA的双螺旋结构模型。的双螺旋结构模型。遗传密码的阐明、内切核酸酶的发现、核酸的合成与遗传密码的阐明、内切核酸酶的发现、核酸的合成与分析技术、基因重组技术等的建立形成了分子生物学分析技术、基因重组技术等的建立形成了分子生物学的基本完整体系。的基本完整体系。第五页，讲稿共九十一页哦核核酸酸与与蛋蛋白白质质一一样样，是是一一切切生生物物有有机机体体不不可可缺缺少少的组成部分。的组成部分。核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。因此，核酸的研究是现代生物化学、分子生物学因此，核酸的研究是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。和医学的重要基础之一。引引 言：核酸概述言：核酸概述第六页，讲稿共九十一页哦克隆羊-dolly第七页，讲稿共九十一页哦第一节第一节 核酸的种类、分布与功能核酸的种类、分布与功能一、核酸的种类与分布一、核酸的种类与分布（一）核酸的种类（一）核酸的种类（RNARNA、DNADNA、）、）核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid-ribonucleic acid-RNARNA）:转移转移RNA(transfer RNA-RNA(transfer RNA-tRNAtRNA)、信、信使使RNA(messenger RNA-RNA(messenger RNA-mRNAmRNA)、核糖体、核糖体RNARNA（ribosomal RNA-ribosomal RNA-rRNArRNA）小分子细胞核小分子细胞核RNARNA（snRNAsnRNA）、染色质）、染色质RNARNA（chRNAchRNA）、）、反义反义RNARNA（antisense RNAantisense RNA）、）、双链双链RNARNA（dsRNAdsRNA）、）、细胞质小细胞质小RNARNA（scRNAscRNA）、）、具有催化活性的具有催化活性的RNARNA（ribozymeribozyme）、）、各种病毒各种病毒RNARNA功能功能 ：三者共同参与遗传信息的表达。：三者共同参与遗传信息的表达。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid-deoxyribonucleic acid-DNADNA）功能：遗传信息的载体，负责遗传信息的贮存和发布。功能：遗传信息的载体，负责遗传信息的贮存和发布。第八页，讲稿共九十一页哦真核生物真核生物原核生物原核生物 DNA细胞核（95%）线粒体、叶绿体（5%）核质区（拟核）RNA细胞质（75%）线粒体、叶绿体（15%）细胞核（10%）细胞质（二）核酸的分布（二）核酸的分布第九页，讲稿共九十一页哦二、核酸的生物学功能二、核酸的生物学功能（一）一）DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质19281928年，英国科学家年，英国科学家GriffithGriffith发现肺炎链球菌使小鼠死亡的发现肺炎链球菌使小鼠死亡的原因是引起肺炎。细菌的毒性是原因是引起肺炎。细菌的毒性是由细胞表面中的多糖所决定的。由细胞表面中的多糖所决定的。第十页，讲稿共九十一页哦二、核酸的生物学功能二、核酸的生物学功能（一）一）DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质19441944年，年，O.T.AveryO.T.Avery（美）（美）肺炎链球菌的肺炎链球菌的转化转化实验实验,首次首次证明证明DNADNA是细菌遗传性状的转化是细菌遗传性状的转化因子。因子。十年后证明十年后证明DNADNA是遗传物是遗传物质质SRS+RS S菌体的菌体的DNA+RDNA+RS第十一页，讲稿共九十一页哦转化作用：转化作用：感受态的微生物或离体培养的细胞感受态的微生物或离体培养的细胞获得外源获得外源DNADNA并产生新的形状特征。并产生新的形状特征。第十二页，讲稿共九十一页哦（一）一）DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质19521952年，美国冷泉港年，美国冷泉港 Hershey-ChaseHershey-Chase噬菌体浸染细菌的实验。噬菌体浸染细菌的实验。第十三页，讲稿共九十一页哦（二）（二）RNARNA生物学功能生物学功能RNARNA的功能：的功能：1.1.参与蛋白质的合成参与蛋白质的合成 rRNA(75-80%)rRNA(75-80%)tRNA(10-15%)tRNA(10-15%)mRNA(2-5%)mRNA(2-5%)2.2.遗传物质遗传物质3.3.具有生物催化剂功能具有生物催化剂功能第十四页，讲稿共九十一页哦第二节：核酸的化学组成第二节：核酸的化学组成一、核酸的元素组成一、核酸的元素组成 基本元素：基本元素：C H O N C H O N P P 核酸的元素组成有两个特点：核酸的元素组成有两个特点：1.1.一般不含一般不含S S。2.P2.P含量较多，并且恒定（含量较多，并且恒定（9%-10%9%-10%）。）。因此，实验室中用因此，实验室中用定磷法定磷法进行核酸的定量进行核酸的定量分析。（分析。（DNA9.9%DNA9.9%、RNA9.5%RNA9.5%）第十五页，讲稿共九十一页哦二二 核酸的分子组成核酸的分子组成核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是一种线性多聚核苷酸，它的）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是基本结构单元是核苷酸核苷酸。核苷酸本身由核苷酸本身由核苷核苷和和磷酸磷酸组成组成,而核苷则由而核苷则由戊糖戊糖和和碱基碱基形成形成 所以，所以，核酸核酸核苷酸核苷酸磷磷酸酸核苷核苷戊糖戊糖 碱基碱基第十六页，讲稿共九十一页哦1 1核苷酸核苷酸（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基 腺嘌呤腺嘌呤 鸟鸟嘌呤嘌呤 嘌呤嘌呤 Adenine guanine A G9NNNN12346587第十七页，讲稿共九十一页哦1 1核苷酸核苷酸（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基 尿嘧啶尿嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺胸腺嘧啶嘧啶 uracil cytosine thymine NN654321嘧啶嘧啶U C TU C TH3C第十八页，讲稿共九十一页哦DNADNA的碱基组成的碱基组成：A G C TA G C TRNARNA的碱基组成：的碱基组成：A G C UA G C U第十九页，讲稿共九十一页哦核酸中除了核酸中除了5 5类基本的碱基外，还有一些含量甚类基本的碱基外，还有一些含量甚少的碱基，称为少的碱基，称为稀有碱基。稀有碱基。1 1核苷酸核苷酸组成核酸的组成核酸的稀有碱基稀有碱基NNNNONNNH2OCH3I Im m5 5C Chmhm5 5C CDHUDHU第二十页，讲稿共九十一页哦1 1核苷酸核苷酸碱基的结构特征碱基的结构特征碱碱基基都都具具有有芳芳香香环环的的结结构构特特征征。嘌嘌呤呤环环和和嘧嘧啶啶环环均呈平面或接近于平面的结构。均呈平面或接近于平面的结构。碱碱基基的的芳芳香香环环与与环环外外基基团团可可以以发发生生酮酮式式烯烯醇醇式式或或胺式胺式亚胺式互变异构。亚胺式互变异构。第二十一页，讲稿共九十一页哦胺胺式式亚亚胺胺式式互互变变异异构构第二十二页，讲稿共九十一页哦酮酮式式烯烯醇醇式式互互变变异异构构已公认：氢原子在碱基上有固定的位置已公认：氢原子在碱基上有固定的位置第二十三页，讲稿共九十一页哦1 1核苷酸核苷酸（2 2）戊糖）戊糖组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNADNA所含的戊糖所含的戊糖为为-D-2-D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNARNA所含的戊糖则所含的戊糖则为为-D-D-核糖。核糖。第二十四页，讲稿共九十一页哦1 1核苷酸核苷酸（3 3）核苷）核苷 nucleosidenucleoside核苷由戊糖和碱基缩合而成，嘌呤的核苷由戊糖和碱基缩合而成，嘌呤的N9N9或嘧啶的或嘧啶的N1N1与戊糖与戊糖C-1C-1-OH-OH以以C-NC-N糖苷键相连接糖苷键相连接。dAdANNNNNH2OH HOHOCH2H HHH9 9NONOOHOCH2H HHHOH O HU1第二十五页，讲稿共九十一页哦假尿苷假尿苷 胸腺嘧啶核糖核苷胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（稀有核苷（tRNA）第二十六页，讲稿共九十一页哦1 1核苷酸核苷酸（4 4）核苷酸）核苷酸nucleotidenucleotide核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNADNA或或RNARNA结构单元的核苷酸分别是结构单元的核苷酸分别是5-5-磷酸磷酸-脱氧核糖核苷和脱氧核糖核苷和5-5-磷酸磷酸-核糖核苷。核糖核苷。第二十七页，讲稿共九十一页哦2 2核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的结构如下：是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的结构如下：（1 1）ATP(ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸)第二十八页，讲稿共九十一页哦(2)GTP(2)GTP(鸟嘌呤核糖核苷三磷酸鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)第二十九页，讲稿共九十一页哦（3 3）环化核苷酸）环化核苷酸cAMP cAMP 和和 cGMPcGMPcAMP(3,5-cAMP(3,5-环环腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷一一磷磷酸酸)和和 cGMP(cGMP(3,5-3,5-环环鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷一一磷磷酸酸)的的主主要要功功能能是是作作为为细胞之间传递信息的信使。细胞之间传递信息的信使。cAMP cAMP 和和 cGMP cGMP 的的环环状状磷磷酯酯键键是是一一个个高高能能键键。在在 pH pH 7.4 7.4 条条件件下下,cAMP cAMP 和和 cGMP cGMP 的的水水解解能能约约为为43.9 43.9 kj/molkj/mol，比，比 ATP ATP 水解能高得多。水解能高得多。第三十页，讲稿共九十一页哦（4 4）辅酶核苷酸）辅酶核苷酸NADNAD+NADP NADP+FMN FAD CoA FMN FAD CoA第三十一页，讲稿共九十一页哦（1 1）参与）参与DNADNA、RNARNA的合成、蛋白质的合成、糖与的合成、蛋白质的合成、糖与磷脂的合成。磷脂的合成。（2 2）在能量转化中起重要作用，）在能量转化中起重要作用，ATPATP是生物体内是生物体内能量的通用货币。能量的通用货币。（3 3）是构成多种辅酶的成分：）是构成多种辅酶的成分：NADNAD、NADPNADP、FADFAD、FMNFMN和和CoACoA。（4 4）参与细胞中的代谢与调节（）参与细胞中的代谢与调节（cAMPcAMP、cGMPcGMP）。）。3 3核苷酸的生物学作用核苷酸的生物学作用第三十二页，讲稿共九十一页哦4 4多聚核苷酸多聚核苷酸多多聚聚核核苷苷酸酸是是通通过过核核苷苷酸酸的的5-5-磷磷酸酸基基与与另另一一分分子子核核苷苷酸酸的的C C3 3-OH-OH形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键相相连连而而成的链状聚合物。成的链状聚合物。由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNADNA链；链；由核糖核苷酸聚合而成的则称为由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNARNA链。链。第三十三页，讲稿共九十一页哦NNNNNH2 O HO CH2H HHH OPOOOHNNNNNH2 OH HO CH2H HHH -OP=OO第三十四页，讲稿共九十一页哦 多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点在在多多聚聚核核苷苷酸酸中中，两两个个核核苷苷酸酸之之间间形形成成的的磷磷酸酸二二酯键通常称为酯键通常称为3535磷酸二酯键。磷酸二酯键。多多聚聚核核苷苷酸酸链链一一端端的的C C5 5带带有有一一个个自自由由磷磷酸酸基基，称称为为5-5-磷磷酸酸端端（常常用用5 5-P-P表表示示）；另另一一端端C C3 3带带有有自自由由的的羟羟基基，称称为为3-3-羟羟基基端端（常常用用3 3 -OH-OH表示）。表示）。多多聚聚核核苷苷酸酸链链具具有有方方向向性性，当当表表示示一一个个多多聚聚核核苷苷酸酸链链时时，必必须须注注明明它它的的方方向向是是5353或或是是3535。第三十五页，讲稿共九十一页哦一、一、DNADNA的分子结构的分子结构（一）（一）DNADNA的一级结构的一级结构 1.1.定义：指定义：指DNADNA分子中多个脱氧核苷酸的排列顺序。即数目分子中多个脱氧核苷酸的排列顺序。即数目庞大的四种碱基的排列顺序。庞大的四种碱基的排列顺序。DNADNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNADNA分分子中四种脱氧核苷酸千变万化的不同排列组合之中。子中四种脱氧核苷酸千变万化的不同排列组合之中。2.DNA2.DNA的碱基组成（的碱基组成（ChargaffChargaff定则）：定则）：（1 1）在所有的）在所有的DNADNA中，中，A=TA=T，G=C G=C 即即A+G=T+CA+G=T+C （2 2）DNADNA的碱基组成具有种的特异性，即不同生物物种的的碱基组成具有种的特异性，即不同生物物种的DNADNA具有自己独特的碱基组成，但没有组织和器官的特具有自己独特的碱基组成，但没有组织和器官的特异性。异性。3.DNA3.DNA一级结构的表示方法：一级结构的表示方法：第三节：核酸的分子结构第三节：核酸的分子结构第三十六页，讲稿共九十一页哦3.DNA3.DNA一级结构的表示方法：一级结构的表示方法：（1 1）结构式表示法：）结构式表示法：（2 2）线条式表示法：）线条式表示法：（3 3）字母式表示法：）字母式表示法：书与文献中书与文献中第三十七页，讲稿共九十一页哦DNADNA测序的生物学意义测序的生物学意义 DNADNA是遗传信息的储存者和发布者，遗传信息是是遗传信息的储存者和发布者，遗传信息是由碱基序列体现的，碱基序列略有改变，即可引由碱基序列体现的，碱基序列略有改变，即可引起遗传信息的显著改变。所以起遗传信息的显著改变。所以DNADNA测序是研究测序是研究DNADNA 功能的基础，非常重要。功能的基础，非常重要。DNADNA测序的实验方法测序的实验方法（2020世纪世纪7070年代三大进展促年代三大进展促进了进了DNADNA的测序工作的测序工作限制性核酸内切酶的发限制性核酸内切酶的发现；改进多核苷酸片段的电泳分离法；现；改进多核苷酸片段的电泳分离法；DNADNA的克的克隆技术隆技术）酶法和酶法和化学法化学法（SangerSanger和和GilbertGilbert法）法）4.DNA4.DNA一级结构的研究方法：一级结构的研究方法：第三十八页，讲稿共九十一页哦DNADNA的化学法测序的化学法测序片段片段5-5-3232P-GCATGCAT-3P-GCATGCAT-3待测待测DNADNA片段，经特异性切割后：片段，经特异性切割后：G G+A C C+T3TACGTACG5G+A切割后：3232P-GCP-GC 32 32P-GCATP-GCAT 32 32P-GCATGC P-GCATGC 32 32P PG切割后：3232P P 32 32P-GCATP-GCAT C切割后：3232P-GP-G 32 32P-GCATGP-GCATGC+T切割后：3232P-GP-G 32 32P-GCAP-GCA 32 32P-GCATGP-GCATG 3232P-GCATGCAP-GCATGCA第三十九页，讲稿共九十一页哦（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构1.1.定义：定义：DNADNA的二级结构指的二级结构指DNADNA的双螺旋结构。的双螺旋结构。19531953年年，J.J.WatsonWatson和和F.F.Crick Crick 在在前前人人研研究究工工作作的的基基础础上上，根根据据DNADNA纤纤维维和和DNADNA结结晶晶的的X-X-衍衍射射图图谱谱分分析析及及DNADNA碱碱基基组组成成的的定定量量分分析析以以及及DNADNA中中碱碱基基的的物物化化数数据据测测定定，提提出出了了著著名名的的DNADNA双双螺螺旋旋结结构构模模型型，并并对对模模型型的生物学意义作出了科学的解释和预测。的生物学意义作出了科学的解释和预测。第四十页，讲稿共九十一页哦第四十一页，讲稿共九十一页哦2 2DNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构（1 1）DNADNA分分子子由由两两条条多多聚聚脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸链链(简简称称DNADNA单单链链)组组成成。两两条条链链沿沿着着同同一一根根轴轴平平行行盘盘绕绕，形形成成右右手手双双螺螺旋旋结结构构。螺螺旋旋中中的的两两条条链链方方向向相相反反，即即其其中中 一一 条条 链链 的的 方方 向向 为为5353，而而另另一一条条链链的的方方向向为为3535，螺螺旋旋结结构构上上有有大大沟沟和和小小沟。沟。第四十二页，讲稿共九十一页哦（2 2）嘌嘌呤呤碱碱和和嘧嘧啶啶碱碱基基位位于于螺螺旋旋的的内内侧侧，磷磷酸酸和和脱脱氧氧核核糖糖基基位位于于螺螺旋旋外外侧侧，彼彼此此以以3 3-5-5 磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接，形形成成DNADNA分分子子的的骨骨架架。碱碱基基环环平平面面与与螺螺旋旋轴轴垂垂直直，糖糖基基环环平平面面与与碱碱基基环环平平面面成成9090角。角。2.DNA2.DNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点第四十三页，讲稿共九十一页哦（3 3）螺旋横截面的直）螺旋横截面的直径约为径约为2 nm2 nm，每条，每条链相邻两个碱基平链相邻两个碱基平面之间的距离为面之间的距离为0.34 nm0.34 nm，每，每1010个核个核苷酸形成一个螺旋，苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为转一圈）高度为3.4 3.4 nmnm。2.DNA2.DNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点第四十四页，讲稿共九十一页哦2.DNA2.DNA双螺旋结构双螺旋结构的要点的要点（4 4）双螺旋内部的碱基双螺旋内部的碱基按规则配对，碱基的相按规则配对，碱基的相互结合具有严格的配对互结合具有严格的配对规律，即腺嘌呤（规律，即腺嘌呤（A A）与）与胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）结合，鸟）结合，鸟嘌呤（嘌呤（G G）与胞嘧啶）与胞嘧啶（C C）结合，这种配对关）结合，这种配对关系，称为碱基互补。系，称为碱基互补。A A和和T T之间形成两个氢键，之间形成两个氢键，G G与与C C之间形成三个氢键。之间形成三个氢键。双螺旋的两条链是互补双螺旋的两条链是互补关系。关系。第四十五页，讲稿共九十一页哦3.DNA3.DNA双螺旋结构提出的生物学意义双螺旋结构提出的生物学意义第一次阐述了遗传信息的储存方式及第一次阐述了遗传信息的储存方式及DNADNA复制复制的机理，以准确的语言回答了的机理，以准确的语言回答了DNADNA是如何成为是如何成为遗传物质的。大大推动了分子生物学和分子遗遗传物质的。大大推动了分子生物学和分子遗传学的发展，被誉为传学的发展，被誉为2020世纪最伟大的发现之一。世纪最伟大的发现之一。第四十六页，讲稿共九十一页哦4 4DNADNA双螺旋的稳定因素双螺旋的稳定因素DNADNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。维持这种稳定性的主要因素包括：两条维持这种稳定性的主要因素包括：两条DNADNA链之间碱链之间碱基配对形成的基配对形成的氢键和碱基堆积力氢键和碱基堆积力；另外，存在于另外，存在于DNADNA分子中的一些弱键在维持双螺旋分子中的一些弱键在维持双螺旋结构的稳定性上也起一定的作用。即磷酸基团上结构的稳定性上也起一定的作用。即磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子间形成的离子键及范的负电荷与介质中的阳离子间形成的离子键及范德华力。德华力。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。第四十七页，讲稿共九十一页哦5 5DNADNA二级结构的几种构象二级结构的几种构象几种几种DNA螺旋结构的参数螺旋结构的参数类类型型 碱基倾角碱基倾角 碱基间距碱基间距（nm）每圈碱基数每圈碱基数 螺螺距距(nm)螺旋直径螺旋直径（nm）B-DNA A-DNAZ-DNA 0-1 19-20 9 0.340.230.381011123.32-3.42.46-2.534.56 2.0-2.372.551.8-1.84C-DNAD-DNAtsDNA A-DNAA-DNAB-DNA：在相对湿度为在相对湿度为92%92%时的时的DNADNA钠盐。接近钠盐。接近DNADNA在细胞中的构象。在细胞中的构象。A-DNA：在相对湿度为在相对湿度为75%75%以下时的以下时的DNADNA纤维。纤维。Z-DNAZ-DNA：左手螺旋（左手螺旋（A.RichA.Rich的工作）的工作）.ts-DNAts-DNA：三股螺旋：三股螺旋(在分子内或分子间形成在分子内或分子间形成,分分子内形成时需要低子内形成时需要低 pHpH下胞嘧啶质子化下胞嘧啶质子化,故称故称H-DNA)H-DNA)第四十八页，讲稿共九十一页哦第四十九页，讲稿共九十一页哦（三）（三）DNADNA的三级结构的三级结构一、定义一、定义：DNADNA的三级结构指的三级结构指DNADNA分子（双螺旋）通过扭曲和折叠所形分子（双螺旋）通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括不同二级结构单元间、单链与二级结构单元间的相互作成的特定构象。包括不同二级结构单元间、单链与二级结构单元间的相互作用以及用以及DNADNA的拓扑特征。的拓扑特征。超螺旋是超螺旋是DNADNA三级结构的一种类型。超螺旋即三级结构的一种类型。超螺旋即DNADNA双螺双螺旋的螺旋。旋的螺旋。二、环状二、环状DNADNA的拓扑学特征：的拓扑学特征：松弛形松弛形解链环形解链环形负超螺旋负超螺旋第五十页，讲稿共九十一页哦1.1.链环数链环数（linking numberlinking number）链环数指在双螺旋链环数指在双螺旋DNADNA中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数，以绕的次数，以L L表示。表示。2.2.扭转数扭转数（缠绕数：（缠绕数：twisting numbertwisting number）扭转数是指扭转数是指DNADNA分子中分子中Watson-CrickWatson-Crick的螺旋数，以的螺旋数，以T T表示。表示。3.3.超螺旋数超螺旋数（writhing numberwrithing number）以）以W W表示。表示。所以：所以：L=T+WL=T+W 请看上页的例子。请看上页的例子。DNADNA分子具有相同的结构，但分子具有相同的结构，但L L值值不同，所以称它们为拓扑异不同，所以称它们为拓扑异构体。拓扑异构酶能够催化它们之间的转换。构体。拓扑异构酶能够催化它们之间的转换。DNADNA负超螺旋易于解链，在负超螺旋易于解链，在DNADNA复制、重组和转录等过程中都复制、重组和转录等过程中都需要两条链解开，所以负超螺旋利于这些功能的实施。需要两条链解开，所以负超螺旋利于这些功能的实施。第五十一页，讲稿共九十一页哦解链环形解链环形L=23L=23T=23T=23W=0W=0松弛环形松弛环形L=25L=25T=25T=25W=0W=0负超螺旋负超螺旋L=23L=23T25T25W=-2W=-2第五十二页，讲稿共九十一页哦4.4.比连环差比连环差比连环差以比连环差以 表示。用它表示表示。用它表示DNADNA的超螺旋程度。的超螺旋程度。=（L-LL-L0 0）/L/L0 0 L L0 0表示松弛环形表示松弛环形DNADNA的的L L值，如在上述超螺旋中，值，如在上述超螺旋中，L=23L=23，L L0 0=25 =25 所以所以=-0.08 =-0.08 可以视为可以视为DNADNA的超螺旋密度的超螺旋密度。天然。天然DNADNA的超螺旋密度一般在的超螺旋密度一般在-0.030.03到到-0.09-0.09。负号表示超螺旋周为。负号表示超螺旋周为左手螺旋。左手螺旋。第五十三页，讲稿共九十一页哦（一）（一）RNARNA一级结构的特点一级结构的特点 RNA RNA一级结构研究最多的是一级结构研究最多的是tRNAtRNA、rRNArRNA以及一些小分子的以及一些小分子的RNARNA。组成。组成RNARNA的核苷酸也是以的核苷酸也是以3-5 3-5 磷酸二酯键连接。磷酸二酯键连接。其中其中1.tRNA1.tRNA一级结构具有以下特点：一级结构具有以下特点：分子量分子量2500025000左右，大约由左右，大约由70709090个核苷酸组成，沉降系数个核苷酸组成，沉降系数为为4S4S左右。左右。分子中含有较多的修饰成分分子中含有较多的修饰成分。3-3-末端都具有末端都具有CpCpAOHCpCpAOH的结构。的结构。5 5 端多为端多为pG,pG,也有也有pCpC。二、二、RNARNA的分子结构的分子结构第五十四页，讲稿共九十一页哦tRNAtRNA概述概述约占总约占总RNARNA的的10-15%10-15%。它它在在蛋蛋白白质质生生物物合合成成中中起起翻翻译译氨氨基基酸酸信信息息，并并将将相相应应的的氨氨基基酸酸转转运运到到核核糖糖核核蛋蛋白白体体的的作作用。用。已知每一个氨基酸至少有一个相应的已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNAtRNA。tRNAtRNA分分子子的的大大小小很很相相似似，链链长长一一般般在在73-9373-93个个核苷酸之间。核苷酸之间。第五十五页，讲稿共九十一页哦2.mRNA2.mRNA约占总约占总RNARNA的的5%5%。不同细胞的不同细胞的mRNAmRNA的链长和分子量差异很大。的链长和分子量差异很大。它它的的功功能能是是将将DNADNA的的遗遗传传信信息息传传递递到到蛋蛋白白质质，指指导蛋白质的合成。导蛋白质的合成。第五十六页，讲稿共九十一页哦m mRNARNA一级结构的特点一级结构的特点真核：真核：单顺反子、单顺反子、5-5-末端有末端有“帽子帽子”、3 -3 -末端有末端有polyApolyA片段片段 和非编码区和非编码区 和非编码区和非编码区原核：原核：多顺反子多顺反子 5-5-末端无末端无“帽子帽子”、3 -3 -末端末端 无无polyApolyA片段片段 （病毒除外）（病毒除外）有非编码区有非编码区 有非编码区有非编码区顺反子：顺反子：mRNAmRNA上具有翻译功能的核苷酸顺序。上具有翻译功能的核苷酸顺序。polyApolyA片段：片段：指指20-25020-250个多聚腺苷酸。个多聚腺苷酸。“帽子帽子”结构：结构：5-5-末端的末端的G G被甲基化，通过焦磷酸与另一个发生了核糖被甲基化，通过焦磷酸与另一个发生了核糖上甲基化的核苷酸以上甲基化的核苷酸以55、5-5-磷酸二酯键相连。磷酸二酯键相连。第五十七页，讲稿共九十一页哦极大多数真核细胞极大多数真核细胞mRNAmRNA在在3-3-末端有一段长约末端有一段长约200200核核苷酸的苷酸的polyApolyA。polyApolyA是在转录后经是在转录后经polyApolyA聚合酶的作聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的用而添加上去的。原核生物的mRNAmRNA一般无一般无polyApolyA，但，但某些病毒某些病毒mBNAmBNA也有也有3-polyA,3-polyA,polyApolyA可能有多方面功能可能有多方面功能,与与mRNAmRNA从细胞核到细胞质的转移有关；与从细胞核到细胞质的转移有关；与mRNAmRNA的半寿期的半寿期有关，新合成的有关，新合成的RNARNA其其polyApolyA链较长，而衰老的链较长，而衰老的mRNAmRNA，polyApolyA链缩短。链缩短。第五十八页，讲稿共九十一页哦mRNAmRNA5-5-末端的末端的“帽子帽子”结结构构 m7G 5ppp 5 Np (O型)m7G 5ppp 5 NmpNp (I型)m7G 5ppp 5 NmpNmpNp(II型)可能功能：可能功能：抗核酸酶的水解；与蛋白质合成起始有关；作为抗核酸酶的水解；与蛋白质合成起始有关；作为mRNAmRNA与核糖体与核糖体40S40S亚基结合的信号。亚基结合的信号。第五十九页，讲稿共九十一页哦3.rRNA(3.rRNA(核糖体核糖体RNA)RNA)约占全部约占全部RNARNA的的80%80%，是核糖核蛋白体的主要组成部分。是核糖核蛋白体的主要组成部分。rRNA rRNA 的的功功能能与与蛋蛋白白质质生生物物合合成成相相关关，可可分分别别与与 mRNAmRNA、tRNAtRNA作作用用，催催化化肽肽键键的的形形成。成。第六十页，讲稿共九十一页哦rRNA动物细胞核糖体动物细胞核糖体rRNArRNA有四类：有四类：5SrRNA5SrRNA，5.8SrRNA5.8SrRNA，18SrRNA18SrRNA，28SRNA28SRNA。许多。许多rRNArRNA的一的一级结构及由一级结构推导出来的二级结构都已级结构及由一级结构推导出来的二级结构都已阐明，但是对许多阐明，但是对许多rRNArRNA的功能迄今仍不十分清的功能迄今仍不十分清楚。与楚。与tRNAtRNA不同，不同，rRNArRNA的甲基化多发生在核的甲基化多发生在核糖上。糖上。真核生物的真核生物的rRNArRNA中修饰核苷比原核生物中修饰核苷比原核生物多。多。第六十一页，讲稿共九十一页哦(二二)RNA)RNA的高级结构特点的高级结构特点RNARNA是是单单链链分分子子，因因此此，在在RNARNA分分子子中中，并并不不遵遵守守碱碱基基种种类类的的数数量量比比例例关关系系，即即分分子子中中的的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。RNARNA分分子子中中，部部分分区区域域也也能能形形成成双双螺螺旋旋结结构构（类类似似A-DNAA-DNA双双螺螺旋旋结结构构），不不能能形形成成双双螺螺旋旋的的部部分分，则则形形成成突突环环。这这种种结结构构可可以以形形象象地地称为称为“发夹型发夹型”结构结构或或茎环结构。茎环结构。第六十二页，讲稿共九十一页哦在在RNARNA的的双双螺螺旋旋结结构构中中，碱碱基基的的配配对对情情况况不不象象DNADNA中中严严格格。G G 除除了了可可以以和和C C 配配对对外外，也也可可以以和和U U 配配对对。G-U G-U 配配对对形形成成的的氢氢键键较较弱弱。不不同同类类型型的的RNA,RNA,其其二二级级结结构构有有明明显的差异。显的差异。tRNAtRNA中中除除了了常常见见的的碱碱基基外外，还还存存在在一一些些稀稀有有碱碱基基，这这类类碱碱基基大大部部分分位位于于突突环环部部分分.第六十三页，讲稿共九十一页哦tRNAtRNA的高级结构的高级结构1 1、tRNAtRNA的二级结构的二级结构tRNAtRNA的二级结构大都呈的二级结构大都呈“三三叶草叶草”形状，在结构上具形状，在结构上具有某些共同之处，有某些共同之处，一般可将一般可将其分为四臂四环其分为四臂四环：包括氨基：包括氨基酸接受臂、反密码（环）臂、酸接受臂、反密码（环）臂、二氢尿嘧啶（环）臂、二氢尿嘧啶（环）臂、T T C C（环）（环）臂臂和可变环。除了氨和可变环。除了氨基酸接受区外，其余每个区基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。均含有一个突环和一个臂。第六十四页，讲稿共九十一页哦(1)(1)氨基酸接受区氨基酸接受区包含有包含有tRNAtRNA的的3-3-末端和末端和5-5-末端，末端，3-3-末端的最末端的最后后3 3个核苷酸残基都是个核苷酸残基都是CCACCA，A A为腺苷酸。氨基酸可与其为腺苷酸。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。起携带氨基酸的作用。(2)(2)反密码区反密码区与氨基酸接受区相对，一般与氨基酸接受区相对，一般环中含有环中含有7 7个核苷酸残基，个核苷酸残基，臂中含有臂中含有5 5对碱基。其中环对碱基。其中环中正中的中正中的3 3个核苷酸残基称个核苷酸残基称为为反密码子反密码子。第六十五页，讲稿共九十一页哦（3)3)二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区 该区含有二氢尿嘧啶。环由该区含有二氢尿嘧啶。环由8-128-12个核苷酸组成，臂由个核苷酸组成，臂由3-43-4对碱基组对碱基组成。成。(4)T(4)T C C区区 该区与二氢尿嘧啶区相对，该区与二氢尿嘧啶区相对，假假尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核胸腺嘧啶核糖核苷环苷环(T T C)C)由由7 7个核苷酸组成，个核苷酸组成，通过由通过由5 5对碱基组成的双螺旋对碱基组成的双螺旋区区(T T C C臂臂)与与tRNAtRNA的其余部分的其余部分相连。除个别例外，几乎所有相连。除个别例外，几乎所有tBNAtBNA在此环中都含有在此环中都含有T T C C 。(5)(5)可变区可变区 位于反密码区与位于反密码区与T T C C区之间，区之间，不同的不同的tRNAtRNA该区变化较大，该区变化较大，一般有一般有3-183-18个核苷酸组成。个核苷酸组成。第六十六页，讲稿共九十一页哦假尿苷假尿苷 胸腺嘧啶核糖核苷胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（稀有核苷（tRNA）第六十七页，讲稿共九十一页哦2 2、tRNAtRNA的三级结构的三级结构在三叶草型二级结构的基础上，突环上在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的成对，目前已知的tRNAtRNA的三级结构均为的三级结构均为倒倒L L形。形。第六十八页，讲稿共九十一页哦第六十九页，讲稿共九十一页哦第七十页，讲稿共九十一页哦三、三、DNADNA与蛋白质复合物的结构与蛋白质复合物的结构 生物体内的核酸通常与蛋白质结合形成复合物