核酸的高级结构精选PPT.ppt

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1、关于核酸的高级结构第1页，讲稿共153张，创作于星期二第一节第一节概概述述第2页，讲稿共153张，创作于星期二 一、核酸的发现和研究历程一、核酸的发现和研究历程 第3页，讲稿共153张，创作于星期二|18681868年年，瑞士的一位年轻的科学家，瑞士的一位年轻的科学家 Fridrich MiescherFridrich Miescher（1844-18951844-1895）从从外科绷带上脓细胞外科绷带上脓细胞的细胞核中分的细胞核中分 离出一种有机物质，它的含磷量超离出一种有机物质，它的含磷量超 过过了了当当时时发发现现的的任任何何有有机机化化合合物物，并并有有很很强强的的酸酸性性，由由于于该

2、该物物质质是是 从从 细细 胞胞 核核 中中 分分 离离 出出 来来 的的，因因 此此 当当 时时 就就 称称 它它 为为“核核素素”（nucleinnuclein），MiescherMiescher所所分分离离到到的的核核素素就就是是我我们们今今天天所所指指的的脱氧核糖核蛋白。脱氧核糖核蛋白。|18891889年年，AltmannAltmann首首先先制制备备了了不不含含蛋蛋白白质质的的核核酸酸制制品品，因因为为是是从从细胞核中分离出来的酸性物质，所有叫细胞核中分离出来的酸性物质，所有叫核酸（核酸（nucleic acidnucleic acid）。第4页，讲稿共153张，创作于星期二后后来

3、来，研研究究发发现现细细胞胞质质、线线粒粒体体、叶叶绿绿体体、无无核核结结构构的的细细菌菌和和没没有有细细胞胞结结构构的的病病毒毒都都含含有有核核酸酸，从从此此“核核酸酸”这这一一名名称称保保留留并一直沿用至今。并一直沿用至今。核核酸酸作作为为生生物物体体的的一一种种化化学学物物质质，早早期期的的研研究究仅仅限限于于它它的的化化学学组成组成。虽虽然然早早在在2020世世纪纪4040年年代代，人人们们已已经经知知道道DNADNA是是由由四四种种核核苷苷酸酸组组成成的的多多聚聚体体长长链链，但但也也只只是是将将它它看看作作细细胞胞中中的的一一般般化化学学成成分分，且且由由于于这这四四种种核核苷苷酸

4、酸比比较较相相像像，化化学学结结构构看看来来也也十十分分简简单单，因因此此也也没没有有人人注注意意到到它它的的生生物物学学功功能能。当当时时普普遍遍认认为为，决决定定遗传特性的物质是蛋白质。遗传特性的物质是蛋白质。第5页，讲稿共153张，创作于星期二19441944年年，AveryAvery等等人人著著名名的的肺肺炎炎双双球球菌菌转转化化实实验验证证实实核核酸酸是是主要遗传物质。见图主要遗传物质。见图19521952年年，HersheyHershey等等人人用用同同位位素素标标记记法法研研究究T2T2噬噬菌菌体体的的感感染染作作用用，他他们们用用3232P P标标记记噬噬菌菌体体的的DNADN

5、A，用用3535S S标标记记蛋蛋白白质质，然然后后感感染染大大肠肠杆杆菌菌。结结果果发发现现只只有有3232P-DNAP-DNA进进入入细细菌菌细细胞胞，3535S S蛋蛋白白质留在细胞外，进一步质留在细胞外，进一步肯定了肯定了DNADNA的遗传作用。的遗传作用。19531953年年，WatsonWatson和和CrickCrick确确定定了了DNADNA的的双双螺螺旋旋结结构构，发发现现碱碱基基互互补配对原理，同时提出了补配对原理，同时提出了DNADNA半保留复制假说。半保留复制假说。第6页，讲稿共153张，创作于星期二基础知识基础知识l野野 生生 型型 肺肺 炎炎 双双 球球 菌菌(St

6、rep-Strep-tococcus tococcus pneumoniaepneumoniae)菌菌落落为为光光滑滑型型，一一种种突突变变型型为为粗粗糙糙型型，两两者者根根本本差差异异在在于于荚荚膜膜形成；形成；l荚荚膜膜的的主主要要成成分分是是多多糖糖，具具特特殊的抗原性；殊的抗原性；l不不同同抗抗原原型型是是遗遗传传的的、稳稳定定的的，一般情况下不发生互变。一般情况下不发生互变。荚膜荚膜菌落菌落 毒性毒性类型类型光滑型光滑型S S发达发达光滑光滑有有I,II,I,II,IIIIII粗糙型粗糙型R R无无粗糙粗糙无无I,III,II第7页，讲稿共153张，创作于星期二19441944年，年

7、，AveryAvery的转换转化实验的转换转化实验orand可分离可分离第8页，讲稿共153张，创作于星期二v19681968年，年，NirenbergNirenberg发现发现遗传密码。遗传密码。v19751975年，年，TeminTemin和和BaltimoreBaltimore发现发现逆转录酶。逆转录酶。v19811981年年，GilbertGilbert和和SangerSanger建建立立DNA DNA 测测序序方方法法。同同年年，CechCech发发现现四四膜膜虫虫rRNArRNA前前体体能能够够通通过过自自我我拼拼接接切切除除内内含含子子，表表明明RNARNA也也具具有有催催化化功

8、功能能，称称为为核核酶酶(ribozyme),(ribozyme),这这是是对对“酶酶一一定定是是蛋蛋白质白质”传统观点的一次大的冲击。传统观点的一次大的冲击。v19831983年年，SimonsSimons和和MizunoMizuno等等分分别别发发现现了了反反义义RNA(antisense RNA(antisense RNA)RNA)，表明，表明RNARNA还具有调节功能。还具有调节功能。第9页，讲稿共153张，创作于星期二v1985年年，Mullis发发明明PCR(PolymeraseChainReaction)技技术术,即即聚聚合合酶酶链链式式反反应应。此此项项技技术术是是模模仿仿DN

9、A在在生生物物体体内内的的自自然然复复制制过程过程,来扩增来扩增DNA片段片段。v1986年年，Gilbert提提出出“RNA世世界界”的的假假说说。这这一一假假说说认认为为，在在40亿亿年年前前的的太太古古代代，地地球球上上就就已已经经诞诞生生了了RNA自自我我复复制制系系统统“RNA世界世界”。v之之后后，RNA不不但但能能进进行行有有机机物物合合成成，而而且且还还能能与与原原始始地地球球上上出出现现的的蛋蛋白白质质相相互互作作用用，迎迎来来了了它它们们的的共共生生时时代代“RNA-蛋白质世界蛋白质世界”，最终逐渐形成原始生命。，最终逐渐形成原始生命。第10页，讲稿共153张，创作于星期二

10、l后来，后来，RNA将大多数催化功能交给更高活性的蛋白质，将遗将大多数催化功能交给更高活性的蛋白质，将遗传信息传递功能交给了在化学性质上更稳定的传信息传递功能交给了在化学性质上更稳定的DNA，久而久，久而久之，才演变成现在的生物世界，也就是之，才演变成现在的生物世界，也就是“DNA世界世界”。l1990年，年，美国政府出资美国政府出资30亿美元，用亿美元，用15年的时间完成年的时间完成人类基人类基因组计划因组计划(humangenomeproject,HGP)。1994年，中国人年，中国人类基因组计划启动。类基因组计划启动。2001年，美、英等国年，美、英等国完成人类基因组计完成人类基因组计划

11、基本框架。划基本框架。2003年年4月月14日，人类基因组计划胜利完成。日，人类基因组计划胜利完成。第11页，讲稿共153张，创作于星期二 核酸（核酸（nucleicacid）是以核苷酸为基本是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。传信息。二、核酸的概念二、核酸的概念第12页，讲稿共153张，创作于星期二三、核酸的种类与分布三、核酸的种类与分布根据核酸的化学组成可分为：根据核酸的化学组成可分为：1.1.脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acidDeoxyribonucleic acid，DNADNA）l部位：部位：

12、细胞核（细胞核（98%98%）、线粒体、叶绿体）、线粒体、叶绿体l功功能能：是是遗遗传传的的物物质质基基础础。能能携携带带遗遗传传信信息息，决决定定C C和和个个体体的的基基因型。因型。2.2.核糖核酸（核糖核酸（ribonucleic acidribonucleic acid，RNARNA）l部位：部位：主要细胞质主要细胞质 l功能：功能：参与参与C C内内DNADNA遗传信息的表达。在少数物种如某些病毒中也可遗传信息的表达。在少数物种如某些病毒中也可作为遗传信息的载体。作为遗传信息的载体。第13页，讲稿共153张，创作于星期二RNARNA又又可可根根据据分分子子大大小小和和生生物学功能不同

13、，分为物学功能不同，分为:信使核糖核酸信使核糖核酸（messengerRNA，mRNA）转运核糖核酸转运核糖核酸（TransferRNA，tRNA）核糖体核糖核酸核糖体核糖核酸（RibosomalRNA，rRNA）第14页，讲稿共153张，创作于星期二rRNArRNAtRNAtRNAmRNAmRNA比例比例80808282151516163 35 5沉降系数沉降系数原核：原核：5S5S、16S16S、23S23S；真核：真核：5S5S、18S18S、28S28S、5.8S5.8S4S4S6 625S25S代谢稳定性代谢稳定性稳定稳定稳定稳定不稳定不稳定存在形式存在形式与多种蛋白质形成与多种蛋白

14、质形成核糖核蛋白体，位核糖核蛋白体，位于粗面内质网上或于粗面内质网上或以单体形式存在以单体形式存在与氨基酸结合或与氨基酸结合或以游离状态存在以游离状态存在与核糖体结合或与核糖体结合或单独存在单独存在存在部位存在部位细胞质细胞质细胞质细胞质细胞质细胞质生理功能生理功能蛋白质合成的场蛋白质合成的场所所在蛋白质合成在蛋白质合成过程中运输活过程中运输活化的氨基酸化的氨基酸蛋白质合成的蛋白质合成的模板模板第15页，讲稿共153张，创作于星期二第二节第二节核酸的化学组成核酸的化学组成TheChemicalComponentofNucleicAcid第16页，讲稿共153张，创作于星期二戊糖戊糖含含N N碱

15、基碱基一、一、核酸的水解核酸的水解核酸核酸核苷酸核苷酸 水解水解 磷酸磷酸嘧啶碱嘧啶碱嘌呤碱嘌呤碱核苷核苷核糖核糖 （戊糖）（戊糖）脱氧核糖脱氧核糖 (脱氧戊糖脱氧戊糖)1、核酸的彻底水解：、核酸的彻底水解：第17页，讲稿共153张，创作于星期二核酸的基本构成核酸的基本构成核酸核酸Nucleicacid核苷酸核苷酸Nucleotide核苷核苷Nucleoside碱基碱基Base核糖核糖Ribose脱氧核糖脱氧核糖Deoxyribose嘧啶碱嘧啶碱Purinebases胸腺嘧啶胸腺嘧啶thymine胞嘧啶胞嘧啶cytosine尿嘧啶尿嘧啶uracil嘌呤碱嘌呤碱Pyrimidinebases腺嘌

16、呤腺嘌呤adenine鸟嘌呤鸟嘌呤guanine磷酸磷酸phosphoricacid戊糖戊糖pentose第18页，讲稿共153张，创作于星期二2、核酸的化学组成、核酸的化学组成1）元素组成）元素组成C、H、O、N、P（910%）2）分子组成）分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱、嘧啶碱嘌呤碱、嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖、脱氧核糖核糖、脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)第19页，讲稿共153张，创作于星期二二二.戊糖和碱基的结构戊糖和碱基的结构第20页，讲稿共153张，创作于星期二(一一)戊糖戊糖DNADNA：戊糖为：戊糖为-D-2-D-2脱氧核糖脱氧核糖RNARNA：戊糖为：戊

17、糖为-D-D-核糖。核糖。第21页，讲稿共153张，创作于星期二（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)第22页，讲稿共153张，创作于星期二(二二)碱基（碱基（base）第23页，讲稿共153张，创作于星期二1.1.嘌呤嘌呤 (purine)(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)第24页，讲稿共153张，创作于星期二2.2.嘧啶嘧啶(pyrimidine)(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thym

18、ine,T)第25页，讲稿共153张，创作于星期二l含氧的碱基有含氧的碱基有烯醇式烯醇式和和酮式酮式两种互变异构体，在生理两种互变异构体，在生理pH条条件下主要以件下主要以酮式酮式存在。体内核酸大分子中的碱基也以酮式存在。存在。体内核酸大分子中的碱基也以酮式存在。l尿嘧啶的互变异构作用如下：尿嘧啶的互变异构作用如下：酮式酮式烯醇式烯醇式OHOH第26页，讲稿共153张，创作于星期二第27页，讲稿共153张，创作于星期二注注意意：嘌嘌呤呤和和嘧嘧啶啶中中均均含含有有共共轭轭双双键键，因因此此对对 260nm波长的紫外线有特异吸收峰。波长的紫外线有特异吸收峰。第28页，讲稿共153张，创作于星期二

19、三、核苷的形成三、核苷的形成核核苷苷是是由由戊戊糖糖与与含含氮氮碱碱基基经经脱脱水水缩缩合合而而生生成成的的化化合合物物（糖苷）。（糖苷）。由由碱碱基基和和核核糖糖或或脱脱氧氧核核糖糖通通过过糖苷键糖苷键连接而成。连接而成。连连接接部部位位：糖糖的的C-1C-1，嘌嘌呤呤-N9-N9，嘧啶，嘧啶-N1-N1。第29页，讲稿共153张，创作于星期二u核苷：核苷：用单字符号（用单字符号（A,G,U,CA,G,U,C）表示）表示u脱氧核苷：脱氧核苷：在单字符号前加一小写得在单字符号前加一小写得d d（dA,dG,dT,dCdA,dG,dT,dC）l在在大大多多数数情情况况下下，核核苷苷是是由由核核糖

20、糖或或脱脱氧氧核核糖糖的的C1-羟羟基基与与嘧嘧啶啶碱碱N1或或嘌嘌呤呤碱碱N9进进行行缩缩合合，故故生生成成的的化化学学键键称称为为，N糖糖苷苷键键由由碱碱基基和和核核糖糖（脱脱氧氧核核糖糖）通通过过糖糖苷苷键键连连接接形形成核苷（脱氧核苷）。成核苷（脱氧核苷）。11 核苷的表示方法核苷的表示方法核苷的表示方法核苷的表示方法第30页，讲稿共153张，创作于星期二嘧啶碱：嘧啶碱：C C1 1 N N1 1，嘌呤碱：，嘌呤碱：C C1 1 N N9 9。核酸中的核苷与脱氧核苷均为核酸中的核苷与脱氧核苷均为-型型碱基平面与核糖平面互相垂直碱基平面与核糖平面互相垂直第31页，讲稿共153张，创作于星

21、期二腺苷腺苷(A)脱氧胞苷脱氧胞苷(dC)1,N9-糖苷键糖苷键1,N1-糖苷键糖苷键11N-9N-1第32页，讲稿共153张，创作于星期二第33页，讲稿共153张，创作于星期二四、四、核苷酸的结构与命名核苷酸的结构与命名第34页，讲稿共153张，创作于星期二1.1.核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸:核核苷苷（脱脱氧氧核核苷苷）和和磷磷酸酸脱脱水水缩缩合合后后生生成成的的磷磷酸酸酯酯类类化化合合物物，以以磷磷酸酸酯酯键键连连接接形形成成。即即核核苷苷的的磷磷酸酸酯。包括核苷酸和脱氧核苷酸。酯。包括核苷酸和脱氧核苷酸。H磷酸磷酸脱氧胞苷脱氧胞苷(dC)H2O磷酸酯键磷酸酯键第35页，讲稿共153张，创作

22、于星期二核苷酸的分子结构核苷酸的分子结构第36页，讲稿共153张，创作于星期二l2.生生物物体体内内多多为为5，-核核苷苷酸酸，即即P基基团团位位于于糖糖的的C-5，上。上。第37页，讲稿共153张，创作于星期二3.3.5-5-核核苷苷酸酸又又可可按按其其在在55位位缩缩合合的的磷磷酸酸基基的的多多少少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。第38页，讲稿共153张，创作于星期二第39页，讲稿共153张，创作于星期二l4.有些核酸中还含有稀有碱基，这些碱基大多是有些核酸中还含有稀有碱基，这些碱基大多是在上述嘌呤或嘧啶碱的在上述嘌呤或

23、嘧啶碱的不同部位甲基化不同部位甲基化或进行或进行其其它的化学修饰它的化学修饰而形成的衍生物。而形成的衍生物。，第40页，讲稿共153张，创作于星期二核苷酸与脱氧核苷酸核苷酸与脱氧核苷酸核苷酸与脱氧核苷酸核苷酸与脱氧核苷酸第41页，讲稿共153张，创作于星期二5.5.核苷酸还有环化的形式。它们主要是核苷酸还有环化的形式。它们主要是l3，5环化腺苷酸环化腺苷酸(cAMP,adenosine3,5cyclicmonophosphate)l3，5环化鸟苷酸环化鸟苷酸(cGMP,guanosine3，5cyclicmonophosphate)l环化核苷酸在细胞内代谢的调节和跨细胞膜信号中起着十分环化核苷

24、酸在细胞内代谢的调节和跨细胞膜信号中起着十分重要的作用。重要的作用。第42页，讲稿共153张，创作于星期二5端端3端端6 6、核苷酸的连接、核苷酸的连接 核核酸酸是是由由许许多多单单核核苷苷酸酸聚聚合合形形成成的的多多核核苷苷酸酸链链，没没有有分分支支。核核苷苷酸酸之之间间以以33，55磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接形形成成多多核核苷苷酸酸链链。核核苷苷酸链的方向是酸链的方向是5533。CGA第43页，讲稿共153张，创作于星期二l 3 3，5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键 33，5-5-磷磷酸酸二二酯酯键键是是由由一一个个核核苷苷酸酸的的55位位磷磷酸酸与与另另一一个个核核苷酸的苷酸的3-OH 3

25、-OH 形成的。形成的。55端端3端端CGA第44页，讲稿共153张，创作于星期二l由由相相间间排排列列的的戊戊糖糖和和磷磷酸酸构构成成核核酸大分子的主链。酸大分子的主链。l代代表表其其特特性性的的碱碱基基则则可可以以看看成成是是有有次次序序的的链链接接在在其其主主链链上上的的侧侧链链基基团。团。l主主链链上上的的磷磷酸酸基基是是酸酸性性的的，在在细细胞胞的的pHpH条条件件下下带带负负电电荷荷；而而嘌嘌呤呤和和嘧嘧啶啶碱碱基基相相对对不不溶溶于于水水而而具具有有疏水性质。疏水性质。55端端3端端CGA第45页，讲稿共153张，创作于星期二注意：注意：1.1.由由于于生生物物体体中中主主要要为

26、为游游离离的的5-5-磷磷酸酸核核糖糖 (即即用用于于合合成成核核酸酸的的单单核核苷苷酸酸为为55核核苷苷酸酸)，因因此此，核核苷苷酸酸链链的的合合成成方方向向是是由由5 35 3。2.DNA2.DNA、RNARNA均均构构成成不不分分支支的的线线性性大大分分子子，其其中中磷磷酸酸基基和和(脱脱氧氧)戊戊糖糖基基构构成成DNADNA、RNARNA链链的的骨骨架架，可可变变部部分分是是碱碱基基排排列列顺顺序。序。55端端3端端CGA55端端3端端CGA第46页，讲稿共153张，创作于星期二第47页，讲稿共153张，创作于星期二第三节第三节DNA的结构的结构StructureofDNA第48页，讲

27、稿共153张，创作于星期二lDNA的一级结构的一级结构:基本结构基本结构lDNA的二级结构的二级结构空间结构空间结构lDNA的三级结构的三级结构第49页，讲稿共153张，创作于星期二一、一、DNA的一级结构的一级结构概念：概念：核酸中核酸中4种核苷酸的连接及排列顺序。种核苷酸的连接及排列顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同，所所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。第50页，讲稿共153张，创作于星期二(一一)基因和基因组基因和基因组基基因因：DNADNA分分子子中中的的某某一一区区段段，经经复复制制可可传传给给子子代代，经转录和翻译往往可合成蛋白质。经转录和翻译

28、往往可合成蛋白质。基基因因组组（genomegenome）：一一个个生生物物体体的的全全部部基基因因序序列列。人的基因组约有人的基因组约有3030亿亿bpbp。第51页，讲稿共153张，创作于星期二(二二二二)原核生物和真核生物原核生物和真核生物DNADNADNADNA一级结构的比较一级结构的比较一级结构的比较一级结构的比较第52页，讲稿共153张，创作于星期二1.1.原核生物原核生物原核生物原核生物DNADNA一级结构的特点一级结构的特点一级结构的特点一级结构的特点l(1)(1)原核生物的基因组小；原核生物的基因组小；l(2)(2)结构相对简单；结构相对简单；l(3)(3)基因为连续的基因为

29、连续的DNADNA片段。片段。第53页，讲稿共153张，创作于星期二2.真核生物真核生物DNA一级结构的特点一级结构的特点第54页，讲稿共153张，创作于星期二l(1)(1)大量重复序列：根据重复次数的多少分为：大量重复序列：根据重复次数的多少分为：高高度度重重复复序序列列：可可重重复复几几百百万万次次，多多数数为为小小于于10bp10bp的的短短序序列列。一一般般位位于于异异染染色色质质上上，多多数数不不编编码码蛋蛋白白质质或或RNARNA，可可能能与与染染色色体体结结构构的形成及基因表达的调控有关。的形成及基因表达的调控有关。中中度度重重复复序序列列：在在DNADNA分分子子中中可可重重复

30、复几几十十次次到到几几千千次次，主主要要rRNArRNA、tRNAtRNA基因和某些蛋白质基因属于此类。基因和某些蛋白质基因属于此类。单单考考贝贝序序列列：在在整整个个DNADNA分分子子中中质质出出现现一一次次或或少少数数几几次次，主主要要是是编编码码蛋蛋白白质质的的结结构构基基因因，主主要要转转录录mRNAmRNA。在在人人体体细细胞胞中中约约占占DNADNA总数的一半。总数的一半。第55页，讲稿共153张，创作于星期二l l(2)(2)(2)(2)基因的不连续性基因的不连续性基因的不连续性基因的不连续性真真核核结结构构基基因因的的两两侧侧，存存在在一一些些不不被被转转录录的的非非编编码序

31、列，它们多为调控区。码序列，它们多为调控区。而而基基因因内内部部也也有有很很多多非非编编码码序序列列，称称内内含含子子。相相应应的，编码序列称的，编码序列称外显子外显子。第56页，讲稿共153张，创作于星期二断断裂裂基基因因-真真核核生生物物结结构构基基因因，由由若若干干个个编编码码区区和和非非编编码码区区互互相相间间隔隔开开但但又又连连续续镶镶嵌嵌而而成成，去去除除非非编编码码区区再再连连接接后后，可可翻翻译译出出由由连连续续氨氨基基酸酸组组成成的的完完整整蛋蛋白白质质，这些基因称为断裂基因这些基因称为断裂基因(splite gene)(splite gene)。CABD编码区编码区A、B、

32、C、D(外显子外显子)非编码区非编码区(内含子内含子)第57页，讲稿共153张，创作于星期二外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟达为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。的核酸序列。第58页，讲稿共153张，创作于星期二二、二、DNA的二级结构的二级结构 DNADNADNADNA的的二二级级结结构构是是指指两两条条多多核核苷苷酸酸链链反反向向平行盘绕所生成的双螺旋结构。平行盘绕所生成的

33、双螺旋结构。第59页，讲稿共153张，创作于星期二研究背景研究背景:DNADNA双双螺螺旋旋结结构构模模型型的的提提出出，揭揭示示了了生生物物界界遗遗传传性性状状得得以以世世代代相相传传的的分分子子奥奥秘秘，标标志志着着当当代代分分子子生物学的诞生，是科学史上最伟大的事件之一。生物学的诞生，是科学史上最伟大的事件之一。（一）（一）Watson和和Crick提出的双螺旋结构提出的双螺旋结构第60页，讲稿共153张，创作于星期二 WatsonWatson和和CrickCrick将将当当时时人人们们对对于于DNADNA分分子子特特性性的的认认识识和和获获得得的的各各种种数数据据在在理理论论上上综综合

34、合分分析析计计算算，经经过过刻刻苦苦努努力力，并并充充分分发发挥挥出出超超凡凡想想象象力力，终终于于推推论论出出这这一一模模型型。所所以以，他他们们在在19621962年年获获诺诺贝贝尔尔奖奖时时引引用用了了牛牛顿顿的的名名言言“我我（们们）之之所所以以看看得远些，只因为站在巨人的肩膀上得远些，只因为站在巨人的肩膀上”。l因此，这一模型也称为因此，这一模型也称为“Watson-CrickWatson-Crick结构模型结构模型”。l他们主要的依据是什么呢？他们主要的依据是什么呢？l是下列三点：是下列三点：第61页，讲稿共153张，创作于星期二第62页，讲稿共153张，创作于星期二1.Charg

35、aff规则：规则：应用层析法对多种生物应用层析法对多种生物DNA的碱基组成进行了分析，发现：的碱基组成进行了分析，发现：l（1）在）在DNA中中A=TG=C。这是这是Chargaff规则的主要内容。规则的主要内容。l（2）不同生物种属的）不同生物种属的DNA碱基组成不同。碱基组成不同。l（3）同一个体不同器官、不同组织的）同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。具有相同的碱基组成。2.碱基间可以形成氢键碱基间可以形成氢键A、T之之间间可可以以生生成成两两个个氢氢键键，G、C之之间间可可以以生生成成三三个个氢氢键键。研研究究氢氢键，可以帮助判断键，可以帮助判断DNA的构象，如当时已

36、经了解的的构象，如当时已经了解的-螺旋。螺旋。第63页，讲稿共153张，创作于星期二第64页，讲稿共153张，创作于星期二DNADNA双螺旋结构模型主要内容：双螺旋结构模型主要内容：l1.DNA1.DNA分分子子是是由由两两条条多多核核苷苷酸酸链链围围绕绕一一个个共共同同的的轴轴而而形形成成的的螺旋体；螺旋体；l2.2.两两条条链链都都是是右右手手螺螺旋旋，它它们们的的骨骨架架均均由由脱脱氧氧核核糖糖和和磷磷酸酸组组成；成；l3.3.碱碱基基对对在在螺螺旋旋内内侧侧，通通过过大大沟沟和和小小沟沟可可接接近近它它们们，脱脱氧氧核糖基和核糖基和P P基骨架在骨架基骨架在骨架外侧外侧；第65页，讲稿

37、共153张，创作于星期二l4.4.整整个个螺螺旋旋体体的的直直径径为为2nm2nm，螺螺距距3.4nm3.4nm，碱碱基基平平面面距距离离0.34nm0.34nm，即即每每个个螺螺圈圈含含1010个个螺螺旋旋。单单股股DNADNA链链的的方方向向取取决决于于核核苷苷酸酸单单体体间间磷磷酸酸二二酯酯键键的的走走向向，习习惯惯上上走走向向常常是是5 5 33，与与之之相相对对应应的的链链必必为为由由3 5 3 5，因此，因此DNADNA分子中的两条链反向平行。分子中的两条链反向平行。第66页，讲稿共153张，创作于星期二l5.5.两条链以碱基间氢键而连结。两条链以碱基间氢键而连结。A-TA-T配对

38、、形成二个氢键。配对、形成二个氢键。G-CG-C配对、形成三个氢键。配对、形成三个氢键。-这这称称为为“碱碱基基互互补补规规律律”。第67页，讲稿共153张，创作于星期二碱基互补配对碱基互补配对TAGC第68页，讲稿共153张，创作于星期二l6.DNA6.DNA双螺旋的维系：双螺旋的维系：横向稳定横向稳定-由互补碱基间氢键维系由互补碱基间氢键维系 纵纵向向稳稳定定-碱碱基基平平面面间间的的疏疏水水的的碱碱基基堆堆积积力力维维系系（通通过过相相邻邻碱碱基基 -电电子子形形成成的的疏疏水水作作用用）。注注：从从总总能能量量上上说说，碱碱基基堆堆积积力力占占的的能能量量比比例例更更大大些些。第69页

39、，讲稿共153张，创作于星期二第70页，讲稿共153张，创作于星期二第71页，讲稿共153张，创作于星期二第72页，讲稿共153张，创作于星期二（二）其它类型的（二）其它类型的DNA双螺旋结构双螺旋结构 DNADNA的的Watson-CrickWatson-Crick结结构构模模型型是是最最常常见见的的，也也是是最最稳稳定定的的，称称为为B-DNAB-DNA。另另外外，还还少少量量A-DNAA-DNA及及左左旋旋的的Z-DNAZ-DNA等。等。在在体体内内，不不同同构构象象的的DNADNA在在功功能能上上有有所所差差异异，可可能能参与基因表达的调节和控制。参与基因表达的调节和控制。第73页，讲

40、稿共153张，创作于星期二第74页，讲稿共153张，创作于星期二lB-DNAB-DNA：在在相相对对湿湿度度为为92%92%时时所所得得到到的的DNADNA钠钠盐盐纤纤维维，这这种种DNADNA称为称为-。lA-DNAA-DNA：在在相相对对湿湿度度为为75%75%时时所所得得到到的的DNADNA钠钠盐盐纤纤维维，这这种种DNADNA称称为为-。l主要区别：主要区别：B-DNAB-DNA的的碱碱基基由由脱脱氧氧核核糖糖-磷磷酸酸骨骨架架伸伸向向螺螺旋旋的的中中心心轴轴，碱基平面和轴垂直。碱基平面和轴垂直。A-DNAA-DNA的碱基平面相对于中心轴约有的碱基平面相对于中心轴约有2525的倾斜。的

41、倾斜。第75页，讲稿共153张，创作于星期二Z-DNA的发现的发现l19791979年年RichRich和和WangWang对对带带有有简简单单交交替替顺顺序序的的DNADNA片片段段作作了了研研究究，发发现现该该晶晶体体中中的的两两分分子子可可通通过过Watson-CrickWatson-Crick碱碱基基配配对对，形形成成一一种种明明显显而而独独特特的的左左旋旋双双螺螺旋旋规规则则结结构构，而而且且通通过过相相邻邻片片段段顶顶端端的的相相互互衔衔接接，可可形形成成无无限限长长度度的的反反向向平平行行双双股股左左手手螺螺旋旋，因因为为其其核核糖糖-磷磷酸酸骨骨架架中中磷磷酸酸基基走走向向呈呈

42、“Z”Z”字字形形锯锯齿齿状状结结构构，故故定定名名为为Z-DNAZ-DNA。第76页，讲稿共153张，创作于星期二Z-DNA的结构特征的结构特征lB-DNAB-DNA是一个整齐的螺旋结构，是一个整齐的螺旋结构，Z-DNAZ-DNA却近似圆柱形却近似圆柱形。l在在B-DNAB-DNA中中，碱碱基基对对沿沿螺螺旋旋轴轴的的平平均均距距离离为为3.4A3.4A，每每隔隔1010个个碱碱基基对对螺螺旋旋上上升升一一圈圈，螺螺距距为为34A34A，而而Z-DNAZ-DNA中中，碱碱基基对对虽虽仍仍以以3.4A3.4A的的间间距距进进行行堆堆砌砌，但但由由于于它它们们相相对对于于螺螺旋旋轴轴有有77的的

43、倾倾斜斜，致致使使碱碱基基对对沿沿轴轴的的间间距距变变成成3.7A3.7A，而而螺螺旋旋圈圈里里包包含含着着1212个碱基对，所以其螺距为个碱基对，所以其螺距为44.6A44.6A。lB-DNAB-DNA的直径为的直径为20A20A，而，而Z-DNAZ-DNA得只有得只有18A18A。Z-DNAZ-DNA具有更为细长的结构。具有更为细长的结构。第77页，讲稿共153张，创作于星期二Z-DNAZ-DNA的结构特征的结构特征l从从螺螺旋旋顶顶上上往往下下看看，Z-DNAZ-DNA的的鸟鸟嘌嘌呤呤碱碱基基呈呈六六角角对对称称，鸟鸟嘌嘌呤呤残基的咪唑部位和磷酸根构成圆柱形分子的外壁；残基的咪唑部位和磷

44、酸根构成圆柱形分子的外壁；l与与B-DNAB-DNA不不同同的的是是：其其磷磷酸酸根根虽虽然然位位于于螺螺旋旋外外壁壁，但但鸟鸟嘌嘌呤呤的的位置靠近分子的中心，呈位置靠近分子的中心，呈五角五角对称。对称。与与B-DNAB-DNA相比，相比，Z-DNAZ-DNA的特征为：的特征为：lZ-DNAZ-DNA为左旋；为左旋；l磷酸根的磷酸根的Z Z字形走向；字形走向；lZ-DNAZ-DNA的大沟消失，小沟加深。的大沟消失，小沟加深。第78页，讲稿共153张，创作于星期二lB-DNAB-DNA螺螺旋旋结结构构的的周周围围是是由由糖糖基基和和磷磷酸酸基基组组成成的的双双螺螺旋旋骨骨架架，大大沟沟、小小沟沟

45、交交替替出出现现，大大、小小沟沟均均有有着着光光滑滑而而连连续续的的磷磷酸酸基基组成的边缘，沟的底部是碱基组成的凹面。组成的边缘，沟的底部是碱基组成的凹面。lZ-DNAZ-DNA不不仅仅没没有有大大沟沟，而而且且由由于于鸟鸟嘌嘌呤呤的的咪咪唑唑基基和和磷磷酸酸基基构构成成一一个个圆圆形形的的凸凸面面，致致使使这这一一部部分分还还多多少少有有些些外外翻翻，大大沟沟相相应应消消失失；而而在在对对应应于于B-DNAB-DNA小小沟沟的的地地方方则则形形成成一一条条深深沟沟，顺顺着着分分子子轴轴延延伸伸下下去去，这这条条沟沟有有锯锯齿齿形形的的磷磷酸酸根根边边缘缘，沟沟两两边边磷磷酸酸根之间的间根之间

46、的间 距距8.5A8.5A，深约，深约9A9A，直达中心轴，小沟加，直达中心轴，小沟加 深。深。第79页，讲稿共153张，创作于星期二Z-DNAZ-DNA的研究概况的研究概况l19811981年年，RichRich等等人人用用溴溴取取代代鸟鸟嘌嘌呤呤的的第第8 8位位氢氢原原子子，使使溴溴代代的的多多聚聚CGCG稳稳定定地地处处于于左左旋旋状状态态，并并以以其其作作为为诱诱导导物物，从从兔兔和和鼠鼠身上取得了左旋身上取得了左旋DNADNA抗体，抗体，l将将这这种种抗抗体体用用荧荧光光化化合合物物进进行行标标记记，发发现现它它与与果果蝇蝇唾唾腺腺染色体的许多部位结合，染色体的许多部位结合，l在在

47、显显微微镜镜下下可可看看到到染染色色体体上上有有许许多多明明亮亮的的条条带带，这这说说明明在在天天然然DNADNA中确有中确有DNADNA处于左旋，处于左旋，l后后来来发发现现在在某某些些植植物物的的细细胞胞核核及及人人类类胎胎儿儿球球蛋蛋白白基基因因等等数数十十种种基基因因中中，也也发发现现Z-DNAZ-DNA的的存存在在，但但含含量量很很少少，约约占占DNADNA总量的总量的5%5%。第80页，讲稿共153张，创作于星期二l研究表明，研究表明，Z-DNAZ-DNA构象出现在构象出现在基因基因55端的调控区端的调控区。l如如人人类类C-MYCC-MYC（肌肌动动蛋蛋白白基基因因）表表达达时时

48、，就就会会在在C-MYCC-MYC基基因因的的启动子附近出现三个启动子附近出现三个Z-DNAZ-DNA区域区域。l因因此此，推推出出Z-DNAZ-DNA与与基基因因的的表表达达调调控控相相关关，但但如如果果C-MYCC-MYC转转录停止，这些区域将快速回复到录停止，这些区域将快速回复到B-DNAB-DNA。l此外，发现组成此外，发现组成Z-DNAZ-DNA的序列在的序列在原核生物原核生物中较为少见。中较为少见。Z-DNAZ-DNAZ-DNAZ-DNA的研究概况的研究概况第81页，讲稿共153张，创作于星期二（三）（三）（三）（三）DNADNADNADNA的可变构象的可变构象l除除Z-DNAZ-

49、DNA外外，研研究究表表明明，因因环环境境因因素素的的改改变变、蛋蛋白白质质的的结结合合以以及及超超螺螺旋旋张张力力的的作作用用，某某些些特特定定的的DNADNA片片段段还还可可能能想想出出其其他他的的可变可变DNADNA构型。如：构型。如：十字形结构（十字形结构（cruciforms)cruciforms)三链三链DNA(intramolecular triplexes)DNA(intramolecular triplexes)四链四链DNA(quadruplexes)DNA(quadruplexes)脱链脱链DNA(slipped-strand DNA)DNA(slipped-strand

50、 DNA)平行链平行链DNA(parallelstranded DNA)DNA(parallelstranded DNA)非配对非配对DNADNA结构结构(unpaired DNA structures)(unpaired DNA structures)第82页，讲稿共153张，创作于星期二十字形结构十字形结构l反反向向重重复复（5-35-3方方向向）部部位位两两条条链链之之间间的的氢氢键键断断开开，链链内内互互补补的的碱碱基基之之间间重重新新形形成成氢氢键键，形形成成两两个个类类似似发发夹夹的臂，臂的顶端有的臂，臂的顶端有3-43-4个非配对碱基。个非配对碱基。l十字形结构包含两条特别长的十