动物生化第八章,核酸的化学结构.ppt

第八章 核酸的化学结构讲授内容第一节 核酸的化学组成与结构第二节 RNA分子的结构教学目标v v了解主要的嘌呤、嘧啶、核苷、核苷了解主要的嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸的结构。酸的结构。v v掌握掌握DNADNA和和RNARNA在组成、结构和功能在组成、结构和功能上的差异。上的差异。v v掌握掌握DNADNA双螺旋模型的要点，以及模双螺旋模型的要点，以及模型在生物学上的意义。型在生物学上的意义。核酸的概述 核酸是生物体的基本组成物质，是重要的生物核酸是生物体的基本组成物质，是重要的生物大分子，从高等的动、植物到简单的病毒都含有核大分子，从高等的动、植物到简单的病毒都含有核酸。酸。核酸的发现v v18681868年，瑞士的内科医生年，瑞士的内科医生F.MiescherF.Miescher从脓细胞核中从脓细胞核中提取到一种富含磷元素的酸性化合物，将其称为提取到一种富含磷元素的酸性化合物，将其称为“核素核素”(nucleinnuclein，脱氧核糖核蛋白，脱氧核糖核蛋白)v v18891889年，年，AltamannAltamann将其纯化，把其中不含蛋白的将其纯化，把其中不含蛋白的酸性物质成分称为酸性物质成分称为“核酸核酸”(nucleic acid)(nucleic acid)核酸的种类、分布v v 脱氧核糖核酸 脱氧核糖核酸(d deoxyribo eoxyribon nucleic ucleic a acid,cid,DNA DNA)在 在真 真核 核细 细胞 胞中 中DNA DNA主 主要 要存 存在 在于 于细 细胞 胞核 核内 内，DNA DNA与 与组 组蛋白结合形成染色体 蛋白结合形成染色体 少量的 少量的DNA DNA存在于核外的线粒体、叶绿体中 存在于核外的线粒体、叶绿体中v v 核糖核酸 核糖核酸(r ribo ibon nucleic ucleic a acid,RNA)cid,RNA)RNA RNA主 主要 要存 存在 在于 于细 细胞 胞质 质中 中，微 微粒 粒体 体含 含量 量最 最多 多，线 线粒 粒体含少量 体含少量 在细胞核中也含有少量的 在细胞核中也含有少量的RNA RNA，集中于核仁，集中于核仁 病 病毒 毒只 只含 含DNA DNA或 或RNA RNA，不 不可 可能 能即 即含 含DNA DNA又 又含 含RNA RNA，所以有的是，所以有的是DNA DNA病毒，有的是 病毒，有的是RNA RNA病毒。病毒。核酸的生物学功能 核酸最为重要的作用是遗传的作用 在二十世纪的上半叶，人们建立了基因遗传的染色体理论，认为基因存在于染色体上。但没有对基因的化学本质作出回答。细菌的转化试验v v19281928年英国年英国Frederick GriffithFrederick Griffith的肺炎双球菌转化试的肺炎双球菌转化试验验 v vGriffithGriffith认为认为“死细菌可能提供了死细菌可能提供了某些特异性的蛋白某些特异性的蛋白质质原料，使原料，使RR型细菌能够制造夹膜型细菌能够制造夹膜”。v v 1944 1944年 年，Avery Avery等用生物化学方法证明这 等用生物化学方法证明这种 种引起转化的物质是 引起转化的物质是DNA DNAv v 他们将 他们将S S 型细菌的 型细菌的DNA DNA提取物与 提取物与R R 型 型细菌混合在一起，在离体培养条件下，成 细菌混合在一起，在离体培养条件下，成功的使少数 功的使少数R R 型细菌定向转化为 型细菌定向转化为S S 型细 型细菌 菌v v 1957 1957年，年，Heinaz Heinaz Fraenki-Conrat Fraenki-Conrat和 和B.Singre B.Singre烟草花叶病毒 烟草花叶病毒试验 试验基因基因必须表现三种基本的功能必须表现三种基本的功能：遗传功能即基因的复制表型功能即基因的表达进化功能即基因的变异v v核酸核酸的功能与上述要求相对应的功能与上述要求相对应自我复制转录、翻译突变第一节 核酸的化学组成与结构 脱氧核糖核酸 脱氧核糖核酸(DNA)(DNA)核酸 核酸 核糖核酸 核糖核酸(RNA)(RNA)组蛋白 组蛋白染色体 染色体 蛋白质 蛋白质 非组蛋白 非组蛋白 少量的类脂与无机物质 少量的类脂与无机物质27%6%66%一、核酸的化学组成 若将核酸(DNA或RNA)逐步水解，则可生成多种中间产物。1、碱基嘧啶碱 嘌呤碱2、戊糖3、核 苷v v 由一个戊糖和一个碱基缩合成 由一个戊糖和一个碱基缩合成 戊 戊糖 糖的 的第 第1 1位 位碳 碳原 原子 子与 与嘧 嘧啶 啶碱 碱的 的第 第1 1位 位氮 氮原 原子 子相连接 相连接 或嘌呤碱第 或嘌呤碱第9 9位氮原子相连接 位氮原子相连接v v RNA RNA中 中的 的核 核苷 苷称 称核 核糖 糖核 核苷 苷(或 或称 称核 核苷 苷)，包括 包括 腺苷、鸟苷、胞苷和尿苷 腺苷、鸟苷、胞苷和尿苷 分别以 分别以A A、G G、C C、U U表示 表示v v DNA DNA中的核苷称脱氧核糖核苷，包括 中的核苷称脱氧核糖核苷，包括 脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胞苷和脱氧胸苷 脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胞苷和脱氧胸苷 分 分别 别以 以dA dA、dG dG、dC dC、dT dT表 表示 示，“d”d”表 表示 示脱氧 脱氧核苷结构5、核苷酸5-腺苷酸（-AMP）两种核酸核苷酸的主要区别RNA DNA酸 酸 磷 磷 酸 酸 磷 磷 酸 酸糖 糖 D-D-核酸 核酸 D-2-D-2-脱氧核酸 脱氧核酸含 含氮 氮 碱 碱 嘌 嘌 呤 呤腺嘌呤 腺嘌呤 A A鸟嘌呤 鸟嘌呤 G G腺嘌呤 腺嘌呤 A A鸟嘌呤 鸟嘌呤 G G嘧 嘧 啶 啶胞嘧啶 胞嘧啶 C C尿嘧啶 尿嘧啶 U U胞嘧啶 胞嘧啶 C C胸腺嘧啶 胸腺嘧啶T T糖环上连接磷酸的位置v v 天然核酸中只发现 天然核酸中只发现5 5连接磷酸的核苷酸 连接磷酸的核苷酸核苷酸的磷酸化v v 核苷酸分子都只含有一个磷酸基，故统称为核苷一磷酸 核苷酸分子都只含有一个磷酸基，故统称为核苷一磷酸(NMP)(NMP)v v 但 但5 5核苷酸的磷酸基都可进一步磷酸化形成相应的核苷二磷 核苷酸的磷酸基都可进一步磷酸化形成相应的核苷二磷酸 酸(NDP)(NDP)和核苷三磷酸 和核苷三磷酸(NTP)(NTP)二、DNA的分子结构1、DNA分子的大小、形状v v 天然存在的天然存在的DNADNA分子最显著的特点是很长，分子分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在质量很大，一般在101066-10-101010DD。大肠杆菌 大肠杆菌v v染色体由 染色体由400 400万碱基对 万碱基对(base pair(base pair，bp bp)组成的双螺旋 组成的双螺旋DNA DNA单分 单分子 子v v分子质量为 分子质量为2.610 2.6106 6v vDNADNA分子的形状分子的形状 DNA DNA有的呈双股 有的呈双股(double strand DNA(double strand DNA，dsDNA dsDNA)线型分 线型分子，有些为环状，也有少数呈单股 子，有些为环状，也有少数呈单股(single strand(single strand，ssDNA ssDNA)环状 环状2、DNA的碱基组成v v DNA DNA分子中的碱基 分子中的碱基 主要是由腺嘌呤（主要是由腺嘌呤（A A）、鸟嘌呤（）、鸟嘌呤（G G）、胞嘧啶（）、胞嘧啶（C C）和胸腺嘧啶）和胸腺嘧啶（T T）四种碱基组成）四种碱基组成 少量的稀有碱基，如 少量的稀有碱基，如5 5甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（m5C m5C）等）等v v DNA DNA的碱基组成符合 的碱基组成符合碱基摩尔比例规律（碱基摩尔比例规律（碱基当量定律 碱基当量定律）腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A A T T 鸟 鸟嘌 嘌呤 呤与 与胞 胞嘧 嘧啶 啶(包 包括 括5 5甲 甲基 基胞 胞嘧 嘧啶 啶)的 的摩 摩尔 尔数 数相 相等 等，即 即G G C C+m5C m5C 因 因此 此嘌 嘌呤 呤碱 碱基 基的 的总 总摩 摩尔 尔数 数等 等于 于嘧 嘧啶 啶碱 碱基 基的 的总 总数 数，即 即A A+G G T T+C C+m5C m5CDNA的碱基组成的特点v v 具有种的特异性 具有种的特异性 v v 没有器官和组织的特异性 没有器官和组织的特异性v v DNA DNA的碱基组成符合碱基摩尔比例规律 的碱基组成符合碱基摩尔比例规律v v 年龄、营养状况、环境的改变不影响 年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA DNA的碱基组成 的碱基组成3、DNA的一级结构v v概念概念 核酸的一级结构是指在其多核苷酸链中各个核苷酸之间的 核酸的一级结构是指在其多核苷酸链中各个核苷酸之间的连接方式、核苷酸的种类数量以及 连接方式、核苷酸的种类数量以及核苷酸的排列顺序 核苷酸的排列顺序v v意义意义 DNA DNA的遗传信息是由碱基的精确排列顺序决定的，生物的 的遗传信息是由碱基的精确排列顺序决定的，生物的遗传信息就储存于 遗传信息就储存于DNA DNA的核苷酸序列中 的核苷酸序列中v v7070年代后期，年代后期，SangerSanger和和GilbertGilbert等分别建立了等分别建立了DNADNA中中核苷酸顺序快速测定法，推动了核酸研究的进展核苷酸顺序快速测定法，推动了核酸研究的进展DNA分子的连接方式v v DNA DNA分子是由几千 分子是由几千到几干万个脱氧核 到几干万个脱氧核糖核苷酸线型联贯 糖核苷酸线型联贯而成的，没有分枝 而成的，没有分枝v v 联接的方式是在核 联接的方式是在核苷酸之间形成 苷酸之间形成3 3，5 5 磷酸二酯键 磷酸二酯键v v 形成的核苷酸链都 形成的核苷酸链都具一个 具一个5 5 端和一个 端和一个3 3 端 端4、DNA的二级结构v v 1953 1953年，瓦特森 年，瓦特森(Watson,J.D.)(Watson,J.D.)和克里 和克里克 克(Crick,F.)(Crick,F.)根据碱 根据碱基互补配对的规律以及 基互补配对的规律以及对 对DNA DNA分子的 分子的X X射线衍 射线衍射研究的成果，提出了 射研究的成果，提出了著名的 著名的DNA DNA双螺旋结 双螺旋结构模型 构模型v v 它是上世纪最重大的自 它是上世纪最重大的自然科学成果之一 然科学成果之一DNA分子特征v v 由两条 由两条平行 平行的多核苷酸链，以 的多核苷酸链，以相反的方向 相反的方向，围绕着同一个中心轴，以 围绕着同一个中心轴，以右手旋转 右手旋转方式构 方式构成一个双螺旋形状 成一个双螺旋形状v v 疏水 疏水的嘌呤和嘧啶碱基平面层迭于螺旋的 的嘌呤和嘧啶碱基平面层迭于螺旋的内侧，内侧，亲水 亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二 的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连形成的骨架位于外侧 酯键相连形成的骨架位于外侧v v 内侧 内侧碱基 碱基呈平面状，碱基平面与中心轴相 呈平面状，碱基平面与中心轴相垂直。每个平面上有两个碱基 垂直。每个平面上有两个碱基(每条各一个 每条各一个)形成碱基对。相邻碱基平面在螺旋轴之间 形成碱基对。相邻碱基平面在螺旋轴之间的距离为 的距离为3.4nm 3.4nm。旋转夹角为。旋转夹角为36 36。因此每。因此每10 10对核苷酸绕中心轴旋转一圈，故螺旋的 对核苷酸绕中心轴旋转一圈，故螺旋的螺距为 螺距为34nm 34nmDNA分子特征v v 双螺旋的直径为 双螺旋的直径为2nm 2nm，沿螺，沿螺旋的中心轴形成 旋的中心轴形成大沟 大沟和 和小沟 小沟交替出现 交替出现v v 两条链被 两条链被碱基对 碱基对之间形成的 之间形成的氢键 氢键而稳定的维系在一起。而稳定的维系在一起。在 在DNA DNA中碱基总是由腺嘌呤 中碱基总是由腺嘌呤与胸腺嘧啶配对 与胸腺嘧啶配对(用 用AT AT表 表示 示)，由鸟嘌呤与胞嘧啶配对，由鸟嘌呤与胞嘧啶配对(用 用GC)GC)表示 表示 特森和克里克提出的双螺旋构型称为 特森和克里克提出的双螺旋构型称为B B DNA DNA B B DNA DNA是 是DNA DNA在生理状态下的构型 在生理状态下的构型 当 当DNA DNA在高盐浓度下时，则以 在高盐浓度下时，则以A A DNA DNA形式存在 形式存在 A A DNA DNA是 是DNA DNA的脱水构型，它也是右手螺旋，但每螺圈含 的脱水构型，它也是右手螺旋，但每螺圈含有 有11 11个核苷酸对。个核苷酸对。A A DNA DNA比较短和密。比较短和密。现在还发现，某些 现在还发现，某些DNA DNA序列可以左手螺旋的形式存在，序列可以左手螺旋的形式存在，称为 称为Z Z DNA DNA。DNA构型之变异5、DNA的三级结构DNA的三级结构指双螺旋进一步扭曲真核生物的染色质 真核生物的染色质DNA DNA，以染色质形式存在于细胞核中，以染色质形式存在于细胞核中三、DNA的一些性质1.1.DNA DNA微溶于水，呈酸性，加碱促进溶解，但不溶于有机溶 微溶于水，呈酸性，加碱促进溶解，但不溶于有机溶剂。剂。2.2.由于 由于DNA DNA分子很长，形成溶液后呈现粘稠状，分子很长，形成溶液后呈现粘稠状，DNA DNA愈长粘 愈长粘稠度愈大。在加入乙醇后可用玻璃棒将粘稠的 稠度愈大。在加入乙醇后可用玻璃棒将粘稠的DNA DNA搅缠起 搅缠起来。来。3.3.DNA DNA的溶液是呈粘稠状，但 的溶液是呈粘稠状，但DNA DNA的双螺旋结构实际上显得 的双螺旋结构实际上显得僵直具有刚性，经不起剪切力的作用，易断裂成碎片。这 僵直具有刚性，经不起剪切力的作用，易断裂成碎片。这也是目前难以获得完整大分子 也是目前难以获得完整大分子DNA DNA的原因。的原因。4.4.溶液状态的 溶液状态的DNA DNA易受 易受DNA DNA酶作用而降解。抽干水分的 酶作用而降解。抽干水分的DNA DNA性质却十分稳定。性质却十分稳定。v v核酸的变性 核酸的变性是指氢键的断裂，是指氢键的断裂，DNA DNA的双螺旋结构分开，成为 的双螺旋结构分开，成为两条单链的 两条单链的DNA DNA分子，即改变了 分子，即改变了DNA DNA的二级结构，但并不破 的二级结构，但并不破坏一级结构。坏一级结构。v v 如加热、加酸、加碱、改变溶液的 如加热、加酸、加碱、改变溶液的pH pH，加乙醇、丙酮或尿，加乙醇、丙酮或尿素等有机溶剂或试剂，都可引起变性。素等有机溶剂或试剂，都可引起变性。v v变性后的 变性后的DNA DNA，其生物活性丧失，其生物活性丧失(如细菌 如细菌DNA DNA的转化活性明 的转化活性明显下降 显下降)，同时发生一系列理化性质的改变。，同时发生一系列理化性质的改变。粘度下降；粘度下降；沉降系数增加；沉降系数增加；比旋下降；比旋下降；紫外光吸收值升高（紫外光吸收值升高（增色效应 增色效应）。）。5、变性解链温度Tm 通常将 通常将50 50的 的DNA DNA分子发生变性时的温度称为解链温度，一般用 分子发生变性时的温度称为解链温度，一般用“Tm Tm”符号表示。符号表示。DNA DNA的 的Tm Tm值一般在 值一般在70 70一 一85 85 之间 之间。6、光吸收v v 核酸中的嘌呤、嘧啶都具有共轭的双键，在 核酸中的嘌呤、嘧啶都具有共轭的双键，在260nm 260nm处对紫外光 处对紫外光有一个最大吸收峰 有一个最大吸收峰v v DNA DNA变性后，在 变性后，在260nm 260nm处的紫外光吸收值升高，称为 处的紫外光吸收值升高，称为增色效 增色效应 应 由于双螺旋分子碱基相互堆积，加以氢键的吸引而处于双螺旋的内部，由于双螺旋分子碱基相互堆积，加以氢键的吸引而处于双螺旋的内部，使光的吸收受到压抑，其值低于等摩尔的碱基在溶液中的光吸收 使光的吸收受到压抑，其值低于等摩尔的碱基在溶液中的光吸收 变性后，氢键断开，碱基堆积破坏、碱基暴露，于是紫外光的吸收就明 变性后，氢键断开，碱基堆积破坏、碱基暴露，于是紫外光的吸收就明显升高，约可增加 显升高，约可增加30 30一 一40 40或更高一些 或更高一些7、复性v v DNA DNA的变性是可逆过程，在适当的条件下，变性 的变性是可逆过程，在适当的条件下，变性DNA DNA分 分开的两条链又重新缔合而恢复成双螺旋结构，这个过程称 开的两条链又重新缔合而恢复成双螺旋结构，这个过程称为 为复性 复性。如当温度高于 如当温度高于Tm Tm约 约5 5 时，时，DNA DNA的两条链由于布朗运动而完全分 的两条链由于布朗运动而完全分开。如果将此热溶液迅速冷却，则两条链继续保持分开，称为 开。如果将此热溶液迅速冷却，则两条链继续保持分开，称为淬 淬火 火；若将此溶液缓慢冷却（称 若将此溶液缓慢冷却（称退火 退火）到适当的低温，则两条链可发生）到适当的低温，则两条链可发生特异性的重新组合而恢复到原来的双螺旋结构。特异性的重新组合而恢复到原来的双螺旋结构。DNA DNA的复性一般只适用于均一的病毒和细菌的 的复性一般只适用于均一的病毒和细菌的DNA DNA，至于哺乳动，至于哺乳动物细胞中的非均一 物细胞中的非均一DNA DNA，很难恢复到原来的结构状态。，很难恢复到原来的结构状态。8、核酸的分子杂交v v 不同来源的多核苷酸链间，经变性分离、退火处理后，若有 不同来源的多核苷酸链间，经变性分离、退火处理后，若有互补的碱基顺序，就能发生杂交形成 互补的碱基顺序，就能发生杂交形成DNA DNADNA DNA杂合体，杂合体，或 或DNARNA DNARNA杂合体，这一过程称为 杂合体，这一过程称为核酸的分子杂交 核酸的分子杂交。v v 如果杂交的一条链是人工特定（已知核苷酸顺序）的 如果杂交的一条链是人工特定（已知核苷酸顺序）的DNA DNA或 或RNA RNA的序列，并经放射性同位素或其它方法标记，称为 的序列，并经放射性同位素或其它方法标记，称为探针 探针(probe)(probe)。v v 利用杂交方法，使 利用杂交方法，使“探针 探针”与特定未知的序列发生 与特定未知的序列发生“退火 退火”形成杂合体，即可达到寻找和鉴定特定序列的目的。形成杂合体，即可达到寻找和鉴定特定序列的目的。第二节 RNA的分子结构一、RNA的类型 v v RNA RNA在各种生物的细胞中，依不同的功能和性质，都含 在各种生物的细胞中，依不同的功能和性质，都含有三类主要的 有三类主要的RNA RNA：mRNA mRNA rRNA rRNA tRNA tRNA 它们都参与蛋白质的生物合成。近年来也有许多报 它们都参与蛋白质的生物合成。近年来也有许多报道认为 道认为RNA RNA具有催化活性。具有催化活性。1.mRNAv v 占细胞中 占细胞中RNA RNA总量的 总量的3 3 5 5，分子质量极不均一，一般在，分子质量极不均一，一般在0.52 10 0.52 106 6，一分子的 一分子的 mRNA mRNA可被翻译成 可被翻译成1 1种或 种或1 1组蛋白质，组蛋白质，其大小相差很多。其大小相差很多。v v 是合成蛋白质的模板。传递 是合成蛋白质的模板。传递DNA DNA的遗传信息，决定着每一种 的遗传信息，决定着每一种蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序，所以细胞内 蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序，所以细胞内mRNA mRNA的种类 的种类很多。很多。v v mRNA mRNA是三类 是三类RNA RNA中最不稳定的，它代谢活跃、更新迅速。中最不稳定的，它代谢活跃、更新迅速。原核生物（如大肠杆菌）原核生物（如大肠杆菌）mRNA mRNA的半衰期只有几分钟，真核 的半衰期只有几分钟，真核细胞中的则寿命较长，可达几小时以上。细胞中的则寿命较长，可达几小时以上。2、rRNAv v 是细胞中含量最多的一类 是细胞中含量最多的一类RNA RNA，占细胞中 占细胞中RNA RNA总量的 总量的80 80左右，是构成核糖体的骨架。左右，是构成核糖体的骨架。v v 核糖体（核糖体（ribosome ribosome）或称核蛋白体，是一种亚细胞结构，或称核蛋白体，是一种亚细胞结构，直径为 直径为1020nm 1020nm的微小颗粒。的微小颗粒。rRNA rRNA约占核糖体的 约占核糖体的60 60，其余 其余40 40为蛋白质。为蛋白质。大肠杆菌核糖体中有三类 大肠杆菌核糖体中有三类rRNA rRNA，5SrRNA 5SrRNA，16SrRNA 16SrRNA，23SrRNA 23SrRNA。动物细胞核糖体 动物细胞核糖体RNA RNA有四类：有四类：5SrRNA 5SrRNA，5.8SrRNA 5.8SrRNA，18SrRNA 18SrRNA，28SrRNA 28SrRNA。3、tRNAv v tRNA tRNA 约 约占 占RNA RNA总 总量 量的 的15 15，通 通常 常以 以游 游离 离的 的状 状态 态存 存在 在于 于细 细胞 胞质中。质中。v v 它 它的 的功 功能 能主 主要 要是 是携 携带 带活 活化 化了 了的 的氨 氨基 基酸 酸，并 并将 将其 其转 转运 运到 到与 与核 核糖 糖体结合的 体结合的mRNA mRNA上用以合成蛋白质。上用以合成蛋白质。v v 细 细胞 胞内 内tRNA tRNA种 种类 类很 很多 多，每 每一 一种 种氨 氨基 基酸 酸都 都有 有特 特异 异转 转运 运它 它的 的一 一种或几种 种或几种tRNA tRNA。二、RNA的碱基组成v v RNA RNA中的碱基包括 中的碱基包括腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶 腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶v v 不同来源的 不同来源的RNA RNA，碱基组成变化较大，碱基组成变化较大v v 还有几十种稀有碱基，其中以各种甲基化的碱基和假尿嘧啶 还有几十种稀有碱基，其中以各种甲基化的碱基和假尿嘧啶（）尤为丰富）尤为丰富三、一级结构v v RNA RNA分子是由几十到几干个核糖核苷酸线型联贯而成的，没 分子是由几十到几干个核糖核苷酸线型联贯而成的，没有分枝 有分枝v v 联接的方式是在核苷酸之间形成 联接的方式是在核苷酸之间形成3 3，5 5 磷酸二酯键 磷酸二酯键v v 形成的核苷酸链都具一个 形成的核苷酸链都具一个5 5 端和一个 端和一个3 3 端 端四、二级结构绝大部分 绝大部分RNA RNA以单链形式 以单链形式存在 存在，但可以折叠起来形成，但可以折叠起来形成若干双链区域。在这些区域 若干双链区域。在这些区域内，凡互补的碱基对间可以 内，凡互补的碱基对间可以形成氢键 形成氢键(图 图3 3 10)10)但有一些以 但有一些以RNA RNA为遗传物 为遗传物质的动物病毒含有双链 质的动物病毒含有双链RNA RNA。tRNA二级结构v v tRNA tRNA皆由 皆由70 70-90-90个核苷酸组成，有较多的稀有碱基核苷酸。个核苷酸组成，有较多的稀有碱基核苷酸。在三类 在三类RNA RNA中它的分子质量最小。中它的分子质量最小。v v 3 3，-末端为 末端为-C-C-AOH,-C-C-AOH,用来接受活化的氨基酸。用来接受活化的氨基酸。v v 根据碱基排列模式，呈三叶草式（根据碱基排列模式，呈三叶草式（clover leaf clover leaf）。双链互补）。双链互补区构成三叶草的叶柄，突环好象三片小叶。大致分为五部分 区构成三叶草的叶柄，突环好象三片小叶。大致分为五部分 氨基酸臂 氨基酸臂 二氢尿嘧啶环 二氢尿嘧啶环 反密码子环 反密码子环 额外环 额外环 TC TC环 环名词术语v v核苷（核苷（nucleosidenucleoside）:是由嘌呤或嘧啶碱基通过共价键与戊糖连接组是由嘌呤或嘧啶碱基通过共价键与戊糖连接组成的化合物。核糖与碱基一般都是由糖的异头碳与成的化合物。核糖与碱基一般都是由糖的异头碳与嘧啶的嘧啶的N-1N-1或嘌呤的或嘌呤的N-9N-9之间形成的之间形成的-N-N-糖苷键连接糖苷键连接的。的。v v核苷酸（核苷酸（nucleotidenucleotide）：核苷的戊糖成分中的羟基）：核苷的戊糖成分中的羟基磷酸化形成的化合物。磷酸化形成的化合物。v v 磷酸二酯键（磷酸二酯键（phosphodiester phosphodiester linkage linkage）：）：一种化学基团，指一分子磷酸与两个醇（羟基）酯化形成的两个酯 一种化学基团，指一分子磷酸与两个醇（羟基）酯化形成的两个酯键。该酯键成了两个醇之间的桥梁。例如一个核苷的 键。该酯键成了两个醇之间的桥梁。例如一个核苷的3 3羟基与另一个核 羟基与另一个核苷的 苷的5 5羟基与同一分子磷酸酯化，就形成了一个磷酸二酯键。羟基与同一分子磷酸酯化，就形成了一个磷酸二酯键。v v 脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA,deoxyribonucleic acid DNA,deoxyribonucleic acid）:含有特殊脱氧核糖核苷酸序列的聚脱氧核苷酸，脱氧核苷酸之间是 含有特殊脱氧核糖核苷酸序列的聚脱氧核苷酸，脱氧核苷酸之间是通过 通过3,5-3,5-磷酸二酯键连接的。磷酸二酯键连接的。DNA DNA是遗传信息的载体。是遗传信息的载体。v v 核糖核酸（核糖核酸（RNA,ribonucleic acid RNA,ribonucleic acid）:通过 通过3,5-3,5-磷酸二酯键连接形成的特殊核糖核苷酸序列的聚核糖核苷 磷酸二酯键连接形成的特殊核糖核苷酸序列的聚核糖核苷酸。酸。v v 核糖体核糖核酸（核糖体核糖核酸（rRNA rRNA,ribosomal,ribosomal robonucleic robonucleic acid acid）：）：作为核糖体组成成分的一类 作为核糖体组成成分的一类RNA RNA，rRNA rRNA是细胞内最丰 是细胞内最丰富的 富的RNA RNA。v v 信使核糖核酸（信使核糖核酸（mRNA,messenger ribonucleic acid mRNA,messenger ribonucleic acid）：）：一类用作蛋白质合成模板的 一类用作蛋白质合成模板的RNA RNA。v v 转移核糖核酸（转移核糖核酸（tRNA tRNA,transfer ribonucleic acid,transfer ribonucleic acid）：）：v v 碱基对（碱基对（base pair base pair）：）：通过碱基之间氢键配对的核酸链中的两个核苷酸，例如 通过碱基之间氢键配对的核酸链中的两个核苷酸，例如A A与 与T T或 或U U，以及，以及G G与 与C C配对。配对。v v 查格夫法则（查格夫法则（Chargaffs rules Chargaffs rules）：）：所有 所有DNA DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等，（中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等，（A A T T），鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔含量相等（），鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔含量相等（G G C C），即嘌呤的），即嘌呤的总含量与嘧啶的总含量相等（总含量与嘧啶的总含量相等（A A G G T T C C）。）。DNA DNA的碱基 的碱基组成具有种的特异性，但没有组织和器官的特异性。另外生 组成具有种的特异性，但没有组织和器官的特异性。另外生长发育阶段、营养状态和环境的改变都不影响 长发育阶段、营养状态和环境的改变都不影响DNA DNA的碱基组 的碱基组成。成。v v DNA DNA双螺旋 双螺旋(DNA double helix)(DNA double helix)：一种核酸的构象，在该构象中，两条反向平行的多核苷 一种核酸的构象，在该构象中，两条反向平行的多核苷酸链围绕彼此缠绕形成一个右手的双螺旋结构。碱基位于双 酸链围绕彼此缠绕形成一个右手的双螺旋结构。碱基位于双螺旋内侧 螺旋内侧,磷酸与糖基在外侧，通过磷酸二酯键相连 磷酸与糖基在外侧，通过磷酸二酯键相连,形成核 形成核酸的骨架。碱基平面与假想的中心轴垂直 酸的骨架。碱基平面与假想的中心轴垂直,糖环平面则与轴 糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋。双螺旋的直径为 平行。两条链皆为右手螺旋。双螺旋的直径为2nm 2nm，碱基堆，碱基堆积距离为 积距离为0.34nm 0.34nm，两核苷酸之间的夹角是，两核苷酸之间的夹角是36 36，每对螺旋由，每对螺旋由10 10对碱基组成，碱基按 对碱基组成，碱基按A-T,G-C A-T,G-C配对互补，彼此以氢键相连 配对互补，彼此以氢键相连系。维持 系。维持DNA DNA双螺旋结构稳定的力主要是碱基堆积力。双螺 双螺旋结构稳定的力主要是碱基堆积力。双螺旋表面有两条宽窄、深浅不一的一个大沟和一个小沟。旋表面有两条宽窄、深浅不一的一个大沟和一个小沟。v v 大沟 大沟(major groove)(major groove)和小沟 和小沟(minor groove)(minor groove)：绕 绕B-DNA B-DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称 双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称之大沟，窄沟称之小沟。大沟、小沟都是由于碱基对堆积和 之大沟，窄沟称之小沟。大沟、小沟都是由于碱基对堆积和糖 糖-磷酸骨架扭转造成的。磷酸骨架扭转造成的。v v DNA DNA超螺旋（超螺旋（DNA DNA supercoiling supercoiling）:DNA DNA本身的卷曲，一般是 本身的卷曲，一般是DNA DNA双螺旋的弯曲、欠旋 双螺旋的弯曲、欠旋（负超螺旋）或过旋（正超螺旋）的结果。（负超螺旋）或过旋（正超螺旋）的结果。v v 染色质 染色质(chromatin)(chromatin)：是存在于真核生物间期细胞核内，易被碱性染料着色的 是存在于真核生物间期细胞核内，易被碱性染料着色的一种无定形物质。染色质中含有作为骨架的完整的双链 一种无定形物质。染色质中含有作为骨架的完整的双链DNA DNA，以及组蛋白、非组蛋白和少量的，以及组蛋白、非组蛋白和少量的RNA RNA。v v 染色体 染色体(chromosome)(chromosome)：是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、凝缩 是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、凝缩和精细包装形成的具有固定形态的遗传物质存在形式。简言 和精细包装形成的具有固定形态的遗传物质存在形式。简言之，染色体是一个大的单一的双链 之，染色体是一个大的单一的双链DNA DNA分子与相关蛋白质组 分子与相关蛋白质组成的复合物，成的复合物，DNA DNA中含有许多基因，贮存和传递遗传信息。中含有许多基因，贮存和传递遗传信息。v vDNADNA变性变性(DNA(DNA denaturationdenaturation)：DNADNA双链解链分离双链解链分离成两条单链的现象。成两条单链的现象。v v退火（退火（annealingannealing）:即即DNADNA由单链复性变成双链结构的过程。来源由单链复性变成双链结构的过程。来源相同的相同的DNADNA单链经退火后完全恢复双链结构，同源单链经退火后完全恢复双链结构，同源DNADNA之间、之间、DNADNA和和RNARNA之间退火后形成杂交分子。之间退火后形成杂交分子。v v 融解温度 融解温度(melting temperature,Tm)(melting temperature,Tm)：双链 双链DNA DNA融解彻底变成单链 融解彻底变成单链DNA DNA的温度范围的中点温 的温度范围的中点温度。度。v v 增色效应（增色效应（hyperchromic hyperchromic effect effect）：）：当双螺旋 当双螺旋DNA DNA融解（解链）时，融解（解链）时，260nm 260nm处紫外吸收增 处紫外吸收增加的现象。加的现象。v v 减色效应（减色效应（hypochromic hypochromic effect effect）：随着核酸复性，紫外吸）：随着核酸复性，紫外吸收降低的现象。收降低的现象。v v基因（gene）:也称之顺反子（cistron）。泛指被转录的一个DNA片段。在某些情况下，基因常用来指编码一个功能蛋白或RNA分子的DNA片段 思考题v v一段双链DNA包含1000个碱基，其组成中G+C占58%，那么在DNA的该区域中胸腺嘧啶残基有多少？v v两个DNA分子，其长度相等，碱基组成不同，一个含有20%（A+T），另一个含有60%（A+T），哪个分子的Tm较高？