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核酸结构与功能本讲稿第一页，共二十五页二、化学组成与基本单位二、化学组成与基本单位核酸核酸(DNA和和RNA)核苷酸核苷酸(基本组成单位）基本组成单位）核苷和脱氧核苷核苷和脱氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖n核酸组成核酸组成 本讲稿第二页，共二十五页构成构成RNA 构成构成 DNAn戊糖戊糖(ribose)(deoxyribose)本讲稿第三页，共二十五页一、一、DNADNA的一级结构的一级结构DNA的一级结构的一级结构 由由dAMP、dGMP、dCMP、dTMP四种脱氧核苷四种脱氧核苷酸通过酸通过3，5-磷酸二酯键磷酸二酯键按一定顺序排列而成的高分按一定顺序排列而成的高分子化合物。子化合物。即：即：DNA分子中脱氧核苷酸残基的排列顺序（简称分子中脱氧核苷酸残基的排列顺序（简称碱基序列。碱基序列。本讲稿第四页，共二十五页5-末端末端3-末端末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键本讲稿第五页，共二十五页A G P5 P T PG PC PT P OH 3 n核酸分子结构表示方法：核酸分子结构表示方法：5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 本讲稿第六页，共二十五页两两条条多多聚聚核核苷苷酸酸链链在在空空间间的的走走向向呈呈反反向向平平行行(anti-parallel)。两两条条链链围围绕绕着着同同一一个个螺螺旋旋轴轴形形成成右右手手螺螺旋旋(right-handed)的的结构。双螺旋结构的直径为结构。双螺旋结构的直径为2.37nm，螺距为，螺距为3.54nm。脱脱氧氧核核糖糖和和磷磷酸酸基基团团组组成成的的亲亲水水性性骨骨架架位位于于双双螺螺旋旋结结构构的的外侧外侧，疏水的碱基位于，疏水的碱基位于内侧内侧。双双螺螺旋旋结结构构的的表表面面形形成成了了一一个个大大沟沟(major groove)和和一一个个小沟小沟(minor groove)。DNA双螺旋结构模型主要内容双螺旋结构模型主要内容1.1.DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构是反向平行、右手螺旋的双链结构本讲稿第七页，共二十五页n碱基互补配对碱基互补配对:鸟嘌呤鸟嘌呤/胞嘧啶胞嘧啶本讲稿第八页，共二十五页n碱基互补配对碱基互补配对:腺嘌呤腺嘌呤/胸腺嘧啶胸腺嘧啶本讲稿第九页，共二十五页相相邻邻两两个个碱碱基基对对会会有有重重叠叠，产产生生了了疏疏水水性性的的碱碱基堆积力基堆积力(base stacking interaction)。碱碱基基堆堆积积力力和和互互补补碱碱基基对对的的氢氢键键共共同同维维系系着着DNA结构的稳定。结构的稳定。3.疏水作用力和氢键共同维系着疏水作用力和氢键共同维系着DNA双螺旋结构双螺旋结构的稳定。的稳定。本讲稿第十页，共二十五页三、三、DNA的三级结构与功能的三级结构与功能超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。双螺旋方同相同。负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。双螺旋方向相反。（一）（一）DNADNA超螺旋超螺旋本讲稿第十一页，共二十五页（二）染色质和核小体（二）染色质和核小体真核生物真核生物DNA以非常有序的形式存在于细胞核内。以非常有序的形式存在于细胞核内。在在细细胞胞周周期期的的大大部部分分时时间间里里，DNA以以松松散散的的染染色色质质(chromatin)形形式式存存在在，在在细细胞胞分分裂裂期期，则则形形成成高高度度致密的染色体致密的染色体(chromosome)。本讲稿第十二页，共二十五页四、四、DNA的变性、复性与分子杂交的变性、复性与分子杂交核酸的酸碱及溶解度性质核酸的酸碱及溶解度性质核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸的高分子性质核酸的高分子性质粘度：粘度：DNARNA dsDNA ssDNA沉沉降降行行为为:不不同同构构象象的的核核酸酸分分子子的的沉沉降降的的速速率率有有很很大大差差异异，这这是是超超速速离离心心法法提提取取和和纯纯化化核核酸酸的的理论基础。理论基础。核酸的紫外吸收性质：核酸的紫外吸收性质：A260本讲稿第十三页，共二十五页（一）（一）DNADNA变性（变性（denaturation)denaturation)在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开双链解开成两条单链成两条单链的过程。的过程。n定义定义DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。变性的本质是双链间氢键的断裂。本讲稿第十四页，共二十五页增增色色效效应应(hyperchromic effect)：DNA变变性性时时其其溶液溶液OD260增高增高的现象。的现象。nDNA解链时的紫外吸收变化解链时的紫外吸收变化本讲稿第十五页，共二十五页（二）（二）DNA的复性（的复性（renaturation）当当变变性性条条件件缓缓慢慢地地除除去去后后，两两条条解解离离的的互互补补链链可可重重新新配配对对，恢恢复复原原来来的的双双螺螺旋旋结结构构，这这一一现现象象称称为为DNA复性复性(renaturation)。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热热变变性性的的DNA经经缓缓慢慢冷冷却却后后即即可可复复性性，这这一一过程称为过程称为退火退火(annealing)。本讲稿第十六页，共二十五页（三）分子杂交（三）分子杂交（hybridization）不不同同种种类类的的DNA单单链链分分子子或或RNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，在在适适宜宜的的条条件件可可以以在在不不同同的的分分子子间间形形成成杂杂化化双双链链(heteroduplex)。这这种种杂杂化化双双链链可可以以在在不不同同的的DNA与与DNA之之间间形形成成，也也可可以以在在DNA和和RNA分分子子间间或或者者RNA与与RNA分分子子间间形成。这种现象称为形成。这种现象称为核酸分子杂交核酸分子杂交。本讲稿第十七页，共二十五页研究研究DNA分子中某一种基因的位置。分子中某一种基因的位置。监定两种核酸分子间的序列相似性。监定两种核酸分子间的序列相似性。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。n核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用本讲稿第十八页，共二十五页nRNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能本讲稿第十九页，共二十五页n帽子结构帽子结构:m7GpppNm 大部分真核细胞大部分真核细胞mRNAmRNA的的55末端都以末端都以7-7-甲甲基鸟嘌呤基鸟嘌呤-三磷酸核苷为起始结构，三磷酸核苷为起始结构，33末端末端有多聚腺苷酸结构。有多聚腺苷酸结构。本讲稿第二十页，共二十五页mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 n帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能本讲稿第二十一页，共二十五页tRNA具具有有局局部部的的茎茎环环(stem-loop)结结构构或或发发卡卡(hairpin)结构。结构。2 2、tRNA具有茎环结构具有茎环结构tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形氨基酸臂氨基酸臂DHU环环反密码环反密码环TC环环附加叉附加叉本讲稿第二十二页，共二十五页ntRNA的倒的倒L三级结构三级结构本讲稿第二十三页，共二十五页核核蛋蛋白白体体RNA(ribosomal RNA，rRNA)是是细细胞胞内内含量最多的含量最多的RNA(80)。rRNA与与核核蛋蛋白白体体蛋蛋白白结结合合组组成成核核蛋蛋白白体体(ribosome，又称核糖体，又称核糖体)，为蛋白质的合成提供场所。，为蛋白质的合成提供场所。三、核蛋白体三、核蛋白体RNARNA（rRNA）本讲稿第二十四页，共二十五页n核酶核酶某某些些小小RNA分分子子具具有有催催化化特特定定RNA降降解解的的活活性性，这这种种具具有有催催化化作作用用的的小小RNARNA亦亦被被称称为为核核酶酶(ribozyme)或催化性或催化性RNA(catalytic RNA)。本讲稿第二十五页，共二十五页