第三章核酸化学.课件.ppt

《第三章核酸化学.课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章核酸化学.课件.ppt（122页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、内容内容 第一节第一节 核酸的种类、分布与功能核酸的种类、分布与功能第二节第二节第二节第二节 核酸的分子结构核酸的分子结构核酸的分子结构核酸的分子结构第三节 核酸的理化性质第三章核酸化学第三章核酸化学内容和要求内容和要求:1 1、掌掌握握核核酸酸的的种种类类、化化学学组组成成和和分分子子结结构构，DNADNA的的一一级级结结构构的的特特点点、表表示示方方法法及及二二级级结结构构要要点点和和稳稳定定因因素素，RNARNA的二级结构，核酸的主要理化性质，的二级结构，核酸的主要理化性质，2 2、了了解解核核酸酸的的分分布布，DNADNA、RNARNA的的三三级级结结构构，核核酸酸分分离离纯化的一般方

2、法和理化特性的应用；核酸的生物学功能；纯化的一般方法和理化特性的应用；核酸的生物学功能；第一节 核酸的种类、分布与功能一、核酸的发现与研究 二、核酸的种类和分布三、核酸的生物功能一、核酸的发现与研究1 1、核酸的发现、核酸的发现v18681868年瑞士化学家年瑞士化学家米歇尔米歇尔（F.F.MiesherMiesher，1844184418951895）首先从脓细胞分离出）首先从脓细胞分离出细胞核细胞核，从中抽提得一种，从中抽提得一种含磷特别丰富的酸性物质含磷特别丰富的酸性物质，当时曾叫它做，当时曾叫它做核素核素。（细胞核化学的创始人以及（细胞核化学的创始人以及DNADNA的发现者）的发现者）

3、v18721872米歇尔年从鲑鱼的精子细胞核中，发现了大量类似的米歇尔年从鲑鱼的精子细胞核中，发现了大量类似的酸性物质酸性物质。随后有。随后有人在多种组织细胞中也发现了这类物质的存在。人在多种组织细胞中也发现了这类物质的存在。v18891889年年AltmannAltmann制备了不含蛋白质的制备了不含蛋白质的核酸。核酸。因为这类物质都是从因为这类物质都是从细胞核细胞核中提取中提取出来的，而且都具有酸性，因此称为出来的，而且都具有酸性，因此称为核酸核酸。v上世纪初，德国生理学家上世纪初，德国生理学家柯塞尔柯塞尔（KosselKossel，A.1853-1927 A.1853-1927）和他的学

4、生琼斯）和他的学生琼斯（JohnewJohnew，W.1865-1935 W.1865-1935）、）、列文列文（LeveneLevene，P.A.1896-1940 P.A.1896-1940）的研究才搞）的研究才搞清楚核酸的化学成分及其最简单的基本结构。证实它是由四种不同的碱基，清楚核酸的化学成分及其最简单的基本结构。证实它是由四种不同的碱基，即腺嘌呤即腺嘌呤（）（）、鸟嘌呤、鸟嘌呤（）、（）、胸腺嘧啶胸腺嘧啶（）（）和胞嘧啶和胞嘧啶（）（）及及核糖、核糖、磷酸磷酸等组成。其最简单的等组成。其最简单的单体结构是：单体结构是：碱基核糖磷酸碱基核糖磷酸构成的核苷酸。构成的核苷酸。v192919

5、29年确定核酸有两种：年确定核酸有两种：脱氧核糖核酸（）、核糖核酸（）。脱氧核糖核酸（）、核糖核酸（）。3.DNA双螺旋结构模型的建立v1953年J.D.Watson 和 F.Crick在前人所做工作的基础上提出DNA双螺旋结构模型该模型第一次揭示了该模型第一次揭示了DNA分子的结构分子的结构组成，开创了从分子水平揭示生命现象组成，开创了从分子水平揭示生命现象的新纪元。的新纪元。20世纪自然科学中最伟大的成就之一。世纪自然科学中最伟大的成就之一。二、二、核酸的种类和分布核酸的种类和分布 核酸按其所含戊糖种类不同而分为两大类：核酸按其所含戊糖种类不同而分为两大类：核酸按其所含戊糖种类不同而分为两

6、大类：核酸按其所含戊糖种类不同而分为两大类：（一）核酸的分类v脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid（DNA）v核糖核酸 ribonucleic acid（RNA）核糖核酸核糖核酸（RNA）：）：按功能不同分为三大类按功能不同分为三大类tRNAtRNA 转运转运RNARNA（15%15%）rRNArRNA 核糖体核糖体RNA RNA（80%80%）mRNA mRNA 信使信使RNA RNA（5%5%）小分子细胞核小分子细胞核RNA（snRNA）染色质染色质RNA（chRNA）1、脱氧核糖核酸、脱氧核糖核酸(DNA)：v原核生物细胞 染色体DNA(环状双链)：集中在拟核染色体外

7、基因DNA(环状双链)：质粒DNAv真核生物细胞染色体DNA(线性双链)：95%细胞核中染色体外基因(环状双链)：5%线粒体及叶绿体中。v病毒含含DNA的的病毒(环状双链、线性双链或单链)（二）核酸的分布（二）核酸的分布：2、核糖核酸(RNA):其它：hnRNA:不均一核RNA，在细胞浆中起作用，作为蛋白质的氨基酸序列合成模板的是mRNA(messenger RNA)。hnRNA是mRNA的未成熟前体。snRNA(small nuclear RNA)snRNA(small nuclear RNA)snoRNA(small nucleoar RNA)snoRNA(small nucleoar R

8、NA)scRNA(small cytoplasmic RNA)scRNA(small cytoplasmic RNA)siRNA siRNA（small interference RNAsmall interference RNA）miRNA miRNA（micro RNAmicro RNA）原核细胞内原核细胞内RNA分散在细胞质中真核细胞内真核细胞内RNA75%细胞质中15%线粒体及叶绿体中10%细胞核中sRNA1.DNA是主要的遗传物质（1 1）细菌转化实验前传（转化因子试验）细菌转化实验前传（转化因子试验）v19281928年年 格里菲斯（格里菲斯（GriffithGriffith，J.

9、J.）v肺炎双球菌有两种类型肺炎双球菌有两种类型型（有毒）型（有毒）外包有荚膜，不能被白血球吞噬外包有荚膜，不能被白血球吞噬型（无毒）型（无毒）外无荚膜，容易被白血球吞噬外无荚膜，容易被白血球吞噬注射毒性的SIII注射已杀死的无毒性的注射已杀死的无毒性的SIII+SIII+少量活少量活R R型菌株型菌株注射无毒性的RII型分离到有活的分离到有活的性的性的SIIISIII转化因子？转化因子？（3 3）噬菌体感染实验）噬菌体感染实验v美国生理学家德尔布吕克（美国生理学家德尔布吕克（Delbuck Delbuck，M.1906M.190619811981）v19521952年赫希尔（年赫希尔（Hei

10、shey Heishey，A.D.A.D.）和蔡斯（）和蔡斯（Chase Chase，M.M.），），用同位素标记法进行实验。他们的实验进一步证明了用同位素标记法进行实验。他们的实验进一步证明了就是遗传物质基础就是遗传物质基础。3535S S标记标记 噬噬菌体外壳菌体外壳32P标记标记 噬菌体噬菌体DNA（二）RNA的生物学功能tRNA 起携带和转移活化氨基酸的作用rRNA 与各种蛋白质结合构成核糖体，它 是合成蛋白质的细胞器。mRNA 是蛋白质合成的模板。1.1.指导蛋白质的生物合成（参与遗传信息的传指导蛋白质的生物合成（参与遗传信息的传递和表达）递和表达）DNA转录形成3类主要的RNA2.

11、遗传物质遗传物质 在病毒中RNA也是遗传物质3.具有生物催化剂功能（核酶）具有生物催化剂功能（核酶）（二）（二）核酸的分子组成核酸的分子组成n核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是结构单元是核苷酸核苷酸。n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,n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酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基水水解解核核 酸酸代表代表戊糖戊糖戊糖戊糖，对，对DNA而言为而言为脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖，对，对RNA而言为而言为核糖核糖核糖核糖；代表代

12、表碱基碱基碱基碱基 代表代表磷酸基磷酸基磷酸基磷酸基核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸1、核苷的组成、核苷的组成 组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为所含的糖为 -D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNA所含的糖则为所含的糖则为-D-核糖。核糖。(1).戊糖戊糖OHOCHCOHHCOHHCH12345CH2OH核糖核糖D-（直链式）（直链式）OCCCCOHHHOHOHHH12345HOH2C核糖核糖D-（呋喃式）（呋喃式）a 核糖核糖 OCCCCOHHHOHHH12345HHOH2C脱氧核糖脱氧核糖2 2D D-（呋喃式）（呋喃式）b 脱氧核糖脱氧核糖 OCHCHOHHCOHHCH12

13、345CH2OH脱氧核糖脱氧核糖2 2D D-（直链式）（直链式）嘧啶嘧啶(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(thymine,T)嘧啶嘧啶RNARNADNADNA尿嘧啶尿嘧啶尿嘧啶尿嘧啶 U U胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶 T T胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶 C C鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤 G G腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤 A A核苷：核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR2.核苷的结构核苷的结构戊糖与嘧啶或嘌呤碱以C-NC-N糖苷键糖苷键连接而形成的糖苷就称为核苷，通常是戊糖的C1

14、与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。尿苷尿苷NONO11OHOCH2H HHHOH OH234519NNNNNH2OH HOHOCH2H HHH2345脱氧腺苷脱氧腺苷(2).脱氧核糖核苷基本核苷的命名、符号基本核苷的命名、符号 核苷名称由相应的碱基名和戊糖名加苷而产生 全名为“某碱基核糖核苷”或“某碱基脱氧核糖核苷”简化为“某苷”或“脱氧某苷”。如腺苷、脱氧腺苷。核苷符号依据相应碱基而来，对于脱氧核苷则在碱基代号前加“d”。DNA、RNA分别有四种核苷 核苷酸：核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP 在核酸内，碱基与戊糖形成核苷，

15、核在核酸内，碱基与戊糖形成核苷，核苷再与磷酸形成核苷酸，许多核苷酸通过苷再与磷酸形成核苷酸，许多核苷酸通过33，5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键连接成多核苷酸链连接成多核苷酸链 核苷酸都是核酸的基本结构单位，核苷酸都是核酸的基本结构单位，它们都是它们都是5-5-核苷酸。核苷酸。4.核苷酸的结构核苷酸的结构OOHOHOHHOCH2HH2 2OOHH2 2OO碱基碱基碱基碱基磷酸磷酸磷酸磷酸戊糖戊糖戊糖戊糖糖苷键糖苷键糖苷键糖苷键酯键酯键酯键酯键核苷酸是核苷的磷酸酯核苷酸是核苷的磷酸酯核苷酸是核苷的磷酸酯核苷酸是核苷的磷酸酯 核核苷苷酸酸是是核核苷苷的的磷磷酸酸酯酯。核核苷苷含含有有3个个可可以以被被

16、磷磷酸酸酯酯化化的的羟羟基基(2、3和和5)，而而脱脱氧氧核核苷苷含含有有2个个这这样样的的羟羟基基(3和和5)。*磷磷磷磷酰酰酰酰基基基基通通常常都都是是连连接接在在5-羟羟基基的的氧氧原原子子上上，因因此此不不作作特特别别指定时，提到一个核苷酸指的都是指定时，提到一个核苷酸指的都是5-磷酸酯。磷酸酯。例如腺苷的例如腺苷的5-单磷酸酯就称之腺苷一磷酸（单磷酸酯就称之腺苷一磷酸（AMP），也），也可简称之腺苷酸。同样，脱氧胞苷的可简称之腺苷酸。同样，脱氧胞苷的5-磷酸酯可以称之脱氧磷酸酯可以称之脱氧胞苷一磷酸（胞苷一磷酸（dCMP），简称之脱氧胞苷酸。胸腺嘧啶的脱氧），简称之脱氧胞苷酸。胸腺嘧

17、啶的脱氧核苷的核苷的5-磷酸酯常称之胸苷酸，但有时为了避免混淆，也称磷酸酯常称之胸苷酸，但有时为了避免混淆，也称之脱氧胸苷酸。之脱氧胸苷酸。下图给出了出现在下图给出了出现在DNA和和RNA中的主要的脱氧核糖核苷酸中的主要的脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸，它们都是相应和核糖核苷酸，它们都是相应核苷的核苷的5-5-磷酸酯磷酸酯。核苷酸的名称 某苷某苷（酯化位）（酯化位）磷酸磷酸 或或 （酯化位）（酯化位）某苷酸某苷酸 如：腺苷-（5）-磷酸 或 （5）腺苷酸核苷酸的代号 一般以核苷号加“MP”形成，如5AMP。常见核苷酸多为5核苷酸，通常不写出酯化位置（5略去）。如5 AMP写成AMP。DNA和RNA

18、分别有四种基本核苷酸。腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosine monophosphate脱氧腺嘌呤核苷酸（脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）Deoxyadenosine monophosphate鸟嘌呤核苷酸（鸟嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOH四、细胞内的其他核苷酸及核苷酸衍生物 1、多磷酸核苷酸、多磷酸核苷酸 ADP、ATP、GDP、GTP等。等。ATP的重要生理功能：的重要生

19、理功能：参与能量代谢。参与能量代谢。各种三磷酸核苷酸参与各种三磷酸核苷酸参与DNA、RAN的生物合成（作原的生物合成（作原料）；料）；参与其它合成。如参与其它合成。如UTP参加糖转化、合成，参加糖转化、合成，CTP参与参与嘌呤、蛋白质的合成；嘌呤、蛋白质的合成；作辅酶的结构成分。如作辅酶的结构成分。如NAD、NADP。核苷酸的磷酸化核苷酸的磷酸化核苷一磷酸核苷一磷酸（NMP）核苷二磷酸核苷二磷酸（NDP）核苷三磷酸核苷三磷酸（NTP）ADPAMPATPNNNCHCCHNCOPOOPPOOOHHHOHOHHCCHOHOOHOHOHOCH2NH212354环状腺苷酸环状腺苷酸（cAMP）2、环化核

20、苷酸、环化核苷酸 1950年Earl Sutherland（萨瑟兰德）在激素研究中偶尔发现腺苷3，5一磷酸，即cAMP充当了激素第二信使的作用，并放大了激素信号。cGMP 有人认为它与cAMP的作用相拮抗。cAMP cGMP3 3、辅酶核苷酸、辅酶核苷酸NADNAD+NADP NADP+FMN FAD CoA FMN FAD CoA一、多核苷酸链：一、多核苷酸链：基本单位：核苷酸基本单位：核苷酸连接方式连接方式:3,5-:3,5-磷酸二酯磷酸二酯键键分子形态分子形态:长链状聚合物长链状聚合物有方向性有方向性:具具5-5-端和端和3-3-端端第二节第二节 核酸的分子结构核酸的分子结构二、二、DN

21、A的分子结构的分子结构（一）（一）DNA的一级结构的一级结构1.定义：DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定顺序，通过3 3,5,5磷酸二酯键磷酸二酯键(一个核苷酸的一个核苷酸的33羟基羟基和相邻一个核苷酸的和相邻一个核苷酸的55磷酸基团以酯键相连。磷酸基团以酯键相连。)连成的直线形或环形分子。2.DNA的书写顺序是53。3.DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为4n。33，55-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键124、DNA一级结构的表示方法结构式/线条式/字母式（1）结构式（碱基用单

22、字母表示）戊糖3-OH3-OH5-5-磷酸磷酸PA A核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸53首端首端末端末端PPPPPP A G C T G CA G C T G C OH OH（2）线条式（碱基用单字母表示 磷酸基团用P表示）l5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P表示），表示），3-3-羟基端（常用羟基端（常用3-OH3-OH表示）；表示）；l多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是明它的方向是5353或是或是3535；l戊糖用垂直竖线表示，五个戊糖用垂直竖线表示，五个C C从上到下依次为从上到下依次为1515

23、。在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：5 PAPCPGPCPTPGPTPA 3 或 5 ACGCTGTA 3(二二)、DNA DNA的二级结构的二级结构（双螺旋）（双螺旋）定义：定义：DNA的二级结构指DNA的双螺旋结构。1、Chargaff 规则（规则（20世纪世纪4050年代）年代）v不同物种间不同物种间DNADNA碱基组成一般是不同的；碱基组成一般是不同的；v同一物种不同组织同一物种不同组织DNADNA样品碱基组成相同；样品碱基组成相同；v一一个个物物种种的的DNA

24、DNA碱碱基基组组成成不不会会因因个个体体的的年年龄龄、营营养养状状态和环境改变而改变；态和环境改变而改变；v任何一种任何一种DNADNA样品中，样品中，A A的量的量=T=T的量，的量，G G的量的量=C=C的量的量，因此因此 A+G=C=T A+G=C=T，A+G+C+T=100%A+G+C+T=100%。例如：例如：G+CG+C含量为含量为40%40%，则，则G=20%G=20%、C=20%C=20%、A=30%A=30%、T=30%T=30%2.双螺旋结构的研究背景（1）碱基组成的Chargaff规则：（2）Franklin和Wilkins获得了高质量的DNA的X线衍射照片，显示出DN

25、A是螺旋形分子。（3）1952 年底,美国著名的化学大师鲍林(Linus Pauling)发表了自己构建的DNA 三螺旋结构。（4）1953年Watson和Crick总结前人的研究成果，提出了DNA的双螺旋结构模型。3、DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）uDNADNA分分子子由由两两条条相相互互平平行行但但走走向向相相反反的的脱脱氧氧多多核核苷苷酸酸链链组组成成，两两链链以以-脱脱氧氧核核糖糖-磷磷酸酸-为为骨骨架架，以以右右手手螺螺旋旋方方式式绕绕同同一一公公共共轴轴盘盘。螺螺旋旋直直径径为为2 2nm，形形成成大大沟沟(major groove

26、)及及小小沟沟(minor groove)相间。相间。u磷磷酸酸与与核核糖糖通通过过磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接，形形成成DNADNA分分子子骨骨架架，位位于于DNADNA分分子子外外侧侧，嘌嘌呤呤与与嘧嘧啶啶位位于于双双螺螺旋旋内内侧侧。碱碱基基平平面面和和纵纵轴垂直，糖环的平面与纵轴平行。轴垂直，糖环的平面与纵轴平行。u碱碱基基垂垂直直螺螺旋旋轴轴居居双双螺螺旋旋内内側側，与与对对側側碱碱基基形形成成氢氢键键配配对对（互互补补配配对对形形式式：A=T;GA=T;G C C）。u相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm0.34nm，螺旋一圈螺螺旋一圈螺距距3.4nm3.4nm，一圈，一圈

27、1010.5.5对碱基。对碱基。u当一条多核苷酸链的序列确定后，可确当一条多核苷酸链的序列确定后，可确定另外一条互补链的序列定另外一条互补链的序列稳定因素：DNADNA双螺旋结构在生理条件下是很双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。稳定的。维持这种稳定性的主要因素包括：维持这种稳定性的主要因素包括：两条两条DNADNA链之间碱基配对形成的链之间碱基配对形成的氢氢键和碱基堆积力；键和碱基堆积力；另外，存在于另外，存在于DNADNA分子中的一些弱分子中的一些弱键在维持双螺旋结构的稳定性上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的负

28、电荷与介质中的阳离子间形成的离子键及范德华力。成的离子键及范德华力。改变介质条件和环境温度，将影改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。响双螺旋的稳定性。4.DNA结构的多样性v常见DNA:B-DNA 右手螺旋（Watson-Crick模型结构）A-DNA 右手螺旋Z-DNA 左手螺旋vDNA各种构象在一定的条件下可以相互转变vC型、D型、E型均接近B型，可以看做与B型同一族。vB-DNA：相对湿度92%形成，每周10.4个核苷酸对vA-DNA：相对湿度75%形成，每周11个核苷酸对，粗短，大沟很深vZ-DNA：左手螺旋每周12个核苷酸对，细长 在某些天然DNA中已发现了ZDNA片段，并

29、执行某种细胞功能，但不十分清楚，可能与基因表达、调控有关。BDNA和ZDNA之间可以相互转化。并非所有DNA都呈双螺旋结构，如噬菌体DNA，单链。双螺旋双螺旋DNADNA的结构参数的结构参数类型旋转方向螺旋直径（nm）螺距（nm）每转碱基对数目碱基对间垂直距离（nm）碱基对与水平面倾角ADNABDNAZDNA右右左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.27200 07 75、三链DNADNA的三股螺旋及三股发辫（H-DNA）在DNA双螺旋基础上形成。通常仅是一段三链区，而不是整个分子成三链。按来源分为：分子间三股螺旋（插入），分子内三股螺旋（双链之一回折）三链区

30、的碱基配对 CG=C CG=G T=A=T T=A=A4 4、某些其它类型的、某些其它类型的DNADNA二级结构二级结构竹峰高产高峰竹；龙海大腾大海龙。（三）（三）（三）（三）DNA DNA DNA DNA的三级结构的三级结构的三级结构的三级结构1 1、定义：、定义：DNA DNA的三级结构指的三级结构指DNADNA分子（双螺旋）通过扭曲分子（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用以及间、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNADNA的拓的拓扑特征。扑特征。超螺旋是超螺旋是DNADNA三级结构的

31、一种类型。超螺旋三级结构的一种类型。超螺旋即即DNADNA双螺旋的螺旋。双螺旋的螺旋。线状DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋环状DNA形成的结、超螺旋和连环类型线状DNA形成的超螺旋环状DNA形成的超螺旋 用两手分别捏住线性用两手分别捏住线性DNA分子的两端，捻动其中的一端分子的两端，捻动其中的一端或两端同时向相反的方向捻动。当或两端同时向相反的方向捻动。当向右捻动向右捻动向右捻动向右捻动时（即沿右手螺旋时（即沿右手螺旋方向捻动），等于方向捻动），等于紧旋紧旋紧旋紧旋（所谓的（所谓的“上劲上劲”）。处于这样状态的）。处于这样状态的DNA分子相对于它的松弛状态是一种超过原有旋转状态的状分子相对于

32、它的松弛状态是一种超过原有旋转状态的状态，所以称为态，所以称为过旋过旋过旋过旋。当将处于松弛状态（当将处于松弛状态（B构型）的双螺旋向构型）的双螺旋向左捻动左捻动左捻动左捻动时（即沿时（即沿右手螺旋相反方向捻动），等于右手螺旋相反方向捻动），等于解旋解旋解旋解旋（所谓的（所谓的“卸劲卸劲”）。）。处于这样状态的处于这样状态的DNA分子相对于它的松弛状态是一种没有达分子相对于它的松弛状态是一种没有达到原有旋转状态的状态，所以称之到原有旋转状态的状态，所以称之欠旋欠旋欠旋欠旋。当当将将线线性性过过旋旋或或欠欠旋旋的的双双螺螺旋旋DNA连连接接形形成成一一个个环环时时，都都会会自自动动形形成成额额外

33、外的的超超螺螺旋旋来来抵抵消消过过旋旋或或欠欠旋旋造造成成的的应应力力，目目的的是是维维持持B构构象象。过过旋旋DNA会会自自动动形形成成额额外外左左手手螺螺旋旋，而而欠欠旋旋形形成额外右手螺旋，称为负超螺旋。成额外右手螺旋，称为负超螺旋。2 2 2 2、超螺旋的形成超螺旋的形成超螺旋的形成超螺旋的形成 向左捻向左捻向右捻向右捻松弛型松弛型正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋细胞中的环状细胞中的环状DNADNA一般呈负超螺旋一般呈负超螺旋，即：，即：右旋螺旋不足导致部分碱基不形成配对，分子通右旋螺旋不足导致部分碱基不形成配对，分子通过整体拓扑学上的右旋来补足右旋螺旋的不足。过整体拓扑学上的右旋来补

34、足右旋螺旋的不足。正超螺旋为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左正超螺旋为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左旋来解去过度的螺旋。旋来解去过度的螺旋。3 3、超螺旋的作用：、超螺旋的作用：（）可以影响（）可以影响DNADNA双链的解螺旋。双链的解螺旋。（）比伸展的分子更紧密，体积小。结构上使（）比伸展的分子更紧密，体积小。结构上使DNADNA有更紧密的形状，在组装中具重要作用。有更紧密的形状，在组装中具重要作用。负超螺旋可以通过负超螺旋可以通过DNADNA的局部解旋消除的局部解旋消除，解旋区解旋区域通常发生在富含域通常发生在富含A/TA/T的的地方，因为这些部位稳定地方，因为这些部位稳定性比富含性比富

35、含G/CG/C的区域差的区域差。DNA是负超螺旋时，解旋过程更容易进行。4 4、DNA DNA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生物体内的核酸通常与蛋白质结合形成复合物，以核蛋白的形式存在。，以核蛋白的形式存在。DNA DNA分子十分巨大，将它组装在有限的空间分子十分巨大，将它组装在有限的空间内，需要高度组织，用压缩比来表示。即：内，需要高度组织，用压缩比来表示。即：DNADNA分子长度与组装后特定结构长度之比称为压缩比。分子长度与组装后特定结构长度之比称为压缩比。（1 1）.病毒：病毒：病毒颗粒主要由蛋白质和核酸（脂质、糖病毒颗粒主要由蛋白质和

36、核酸（脂质、糖类）组成。类）组成。动物病毒主要为动物病毒主要为DNADNA病毒，植物病毒主要病毒，植物病毒主要为为RNARNA病毒。核酸是遗传物质，而蛋白质与病毒宿主病毒。核酸是遗传物质，而蛋白质与病毒宿主的专一性有关，同时可以保护核酸免受损伤。的专一性有关，同时可以保护核酸免受损伤。（2 2）.细菌的拟核细菌的拟核 细菌基因组为双链环状细菌基因组为双链环状DNADNA，与碱性蛋白和少，与碱性蛋白和少量量RNARNA结合，形成突环结构。其结合，形成突环结构。其DNADNA分子的长度分子的长度大约是其菌体长度的大约是其菌体长度的10001000倍。所以倍。所以细菌细菌DNADNA在细在细胞内紧密

37、缠绕形成致密的小体，称为拟核胞内紧密缠绕形成致密的小体，称为拟核（nucleoidnucleoid）.染染色色质质的的主主要要蛋蛋白白质质成成分分通通称称为为组组蛋蛋白白。大大多多数数真真核核细细胞胞中中都都含含有有H1、H2A、H2B、H3和和H4 5种种组组蛋蛋白白。当当染染色色质质用用低低离离子子强强度度的的溶溶液液处处理理时时，染染色色质质去去折折叠叠后后电电子子显显微微镜镜照照片片象象是是一一条条线线上上穿穿了了许许多多“珠珠”子子一一样样。“珠珠子子”是是DNA-组组蛋蛋白白的复合体，称为核小体，而的复合体，称为核小体，而“线线”是双螺旋是双螺旋DNA。每每个个核核小小体体是是由由

38、各各2分分子子的的H2A、H2B、H3和和H4的的八八聚聚体体和和大大约约200个个DNA碱碱基基对对组组成成，DNA大大约约缠缠绕绕1.75圈圈，有有146个个DNA的的碱碱基基对对处处于于与与组组蛋蛋白白复复合合体体紧紧密密结结合合的的状状态态，形形成成一一个个核核核核小小小小体体体体核核核核心心心心颗颗颗颗粒粒粒粒。核核心心颗颗粒粒之之间间的的“线线”称称之之连连接接DNA，大大约约有有54个个碱碱基基对对长长。第第5个个组组蛋蛋白白H1既既与与连连接接DNA结结合合，又又和和核小体核心颗粒结合。核小体核心颗粒结合。（3 3 3 3）真核生物的染色体）真核生物的染色体）真核生物的染色体）

39、真核生物的染色体-真核细胞核内真核细胞核内真核细胞核内真核细胞核内DNADNADNADNA被被被被包装形成染色质包装形成染色质包装形成染色质包装形成染色质H2A、H2B、H3和和H4形成形成八聚体八聚体组蛋白和组蛋白和DNA形成核小体形成核小体真核生物的染色质丝真核生物的染色质丝组蛋白八聚体：组蛋白八聚体：H2A H2B H3 H4各各2个分子个分子 从从DNADNA到染色质丝，到染色质丝，DNADNA压缩了近压缩了近100100倍，若从倍，若从DNADNA到到最后凝缩成染色体，最后凝缩成染色体，DNADNA压缩压缩了近万倍。了近万倍。螺旋管螺旋管 与伸展开的与伸展开的B-DNA长度相比，长度

40、相比，DNA包装成核小体后，包装成核小体后，长度被压缩了长度被压缩了10倍。倍。串珠状的核小体核心颗粒本身可以卷曲成一个螺旋管串珠状的核小体核心颗粒本身可以卷曲成一个螺旋管状，产生一种称之状，产生一种称之30nm纤维结构。纤维结构。纤维结构可以形成大的环，在一个大的染色体上大约纤维结构可以形成大的环，在一个大的染色体上大约存在着多达存在着多达2000个环。个环。环可以附着在环可以附着在RNA-蛋白质的支架（蛋白质的支架（Scaffold）上，象）上，象是被固定一样，可以形成超螺旋。是被固定一样，可以形成超螺旋。超螺旋还可形成附加的额外的超螺旋，使得超螺旋还可形成附加的额外的超螺旋，使得DNA一

41、步一步一步地被压缩。一步地被压缩。真核生真核生物染色物染色体体DNADNA组组装不同装不同层次的层次的结构结构 DNA双链以左手螺旋缠绕在组蛋白形成的八聚双链以左手螺旋缠绕在组蛋白形成的八聚体核心上即体核心上即核小体核小体 念珠状结构念珠状结构 核小体链进一步盘绕、核小体链进一步盘绕、折叠形成染色质丝折叠形成染色质丝 组成突环组成突环 玫瑰花结玫瑰花结 螺线圈螺线圈 由螺线圈组装成染色单体。由螺线圈组装成染色单体。真核生物的染色体的组装过程：真核生物的染色体的组装过程：RNA的一级结构是由数量极其庞大的四种核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定顺序，通过3,5磷酸二酯键连成的线形分子

42、，其表示方法与DNA相同。许多RNA单链可以在许多区域发生单链自身的回折，同一链上的碱基配对，从而产生部分双螺旋结构和各种有一定代表性的空间构象。在RNA双螺旋区域，碱基配对原则是：A-，G-C之间形成氢键，不能配对的碱基所在区域则呈环状突起。RNA的三级结构是在茎环结构基础上进一步扭曲折叠而成的复杂结构。三、三、RNA的结构的结构(一）、结构共性一）、结构共性1.碱基组成碱基组成 A、G、C、U（AU/GC）稀有碱基稀有碱基较多，稳定性较差，易水解较多，稳定性较差，易水解2.多为单链结构，少数局部形成螺旋多为单链结构，少数局部形成螺旋3.分子较小分子较小4.分类分类lmRNA（hnRNA 核

43、不均一核不均一RNA）ltRNA lrRNA（snRNA/asRNA）l少数少数RNA病毒病毒RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能（二）（二）RNA的一级结构的一级结构 RNA分分子子中中各各核核苷苷之之间间的的连连接接方方式式（3-5磷磷酸酸二二酯酯键键）和和排排列列顺顺序序叫叫做做RNA的一级结构的一级结构OHOHOH53 RNA与与DNA的差异的差异 DNA RNA糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱基碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基不含稀有碱基 含稀有碱基含稀有碱基（三）tRNA的结构1.tRNA的一级结构 1.由7493个（多为76个）核苷酸组成单链，沉降系数为4S；(沉降

44、系数又称为沉降常数，指离心力场中沉降分子下沉的速度，1S=1x10-13秒，S常用来表示核酸分子，蛋白质分子和糖体等的大小）2.具有不变的（恒定的）核苷酸:U8、G18、G19 3.含较多的修饰核苷酸（稀有碱基）；4.5端多为PG ；3端多为CCAOH（用来接受活化的氨基酸，又称为接受末端）2.tRNA的二级结构三叶草结构 具有四臂四环 3端为CCAOH 序列 ，5端为PG 3.tRNA的三级结构倒L形结构 稀有碱基：5-甲基胞嘧啶(m5C)1-甲基腺嘌呤(m1A)次黄嘌呤(I)二氢尿嘧啶(D)假尿嘧啶()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）假尿嘧啶环核

45、苷是指假尿嘧啶环核苷是指A.碱基并非尿嘧啶碱基并非尿嘧啶B.作为作为DNA的稀有碱基存在的稀有碱基存在C.核苷中糖被甲基化核苷中糖被甲基化D.糖与碱基之间的连接与正常不同糖与碱基之间的连接与正常不同（山东大学（山东大学20002000年）年）tRNAtRNA的二级结构的二级结构vtRNAtRNA的二级结构大都呈的二级结构大都呈“三叶草三叶草”形状，在结构形状，在结构上具有某些共同之处，上具有某些共同之处，一一般可将其分为四臂四环般可将其分为四臂四环：包括氨基酸接受臂、反密包括氨基酸接受臂、反密码（环）臂、二氢尿嘧啶码（环）臂、二氢尿嘧啶（环）臂、（环）臂、T T C C（环）（环）臂臂和可变环

46、。除了氨基酸接和可变环。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。有一个突环和一个臂。tRNAtRNA的三叶草型二级结构的三叶草型二级结构124叶子叶子叶子叶子反密码子环反密码子环 反密码子反密码子载运氨基酸载运氨基酸载运氨基酸载运氨基酸臂臂稀有碱基稀有碱基稀有碱基稀有碱基RNA中的碱基配对原则 A-U G-C3额外环额外环二氢尿嘧二氢尿嘧啶环啶环（DHUDHU）次黄嘌呤次黄嘌呤不同的不同的tRNA具有不同的具有不同的额外环额外环，所，所以额外环是以额外环是tRNA分类的分类的重要指标重要指标假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环(1)(1)氨基酸接受区氨基酸接受区包

47、含有包含有tRNAtRNA的的3-3-末端和末端和5-5-末端，末端，3-3-末端的最后末端的最后3 3个核苷酸残基都个核苷酸残基都是是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起携带氨基酸的作用。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，一般环中含与氨基酸接受区相对，一般环中含有有7 7个核苷酸残基个核苷酸残基，臂中含有，臂中含有5 5对碱对碱基。其中环中正中的基。其中环中正中的3 3个核苷酸残个核苷酸残基称为反密码子。基称为反密码子。功能：反密码子可以与功能：反密码子可以与mRNAmRNA上的上

48、的密码子相互识别密码子相互识别 （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个核苷酸个核苷酸组成，臂由组成，臂由3-43-4对碱基组成。对碱基组成。功能：与氨基酰功能：与氨基酰-tRNA-tRNA合成酶的结合有关合成酶的结合有关 (4)T(4)T C C区区 该区与二氢尿嘧啶区相对，假尿嘧啶核苷该区与二氢尿嘧啶区相对，假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环胸腺嘧啶核糖核苷环(T T C)C)由由7 7个核苷个核苷酸酸组成，通过由组成，通过由5 5对碱基组成的双螺旋区对碱基组成的双螺旋区(T T C C臂臂)与与tRNAtRNA的其余部分相连。除个

49、别的其余部分相连。除个别例外，几乎所有例外，几乎所有tBNAtBNA在此环中都含有在此环中都含有T T C C。功能：与核糖体的结合有关功能：与核糖体的结合有关 (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，不同的区之间，不同的tRNAtRNA该区变化较大，一般有该区变化较大，一般有3-183-18个核苷酸组成。个核苷酸组成。功能：与核糖体的结合有关功能：与核糖体的结合有关 tRNA tRNA的三级结构的三级结构 呈倒“L”形，3CCA-末端位于L的短线一端，反密码环位于L的长线一端，DHU和TC环形成L的转角。作用力：（）氢键和碱基的上下堆积，以及疏水性等使得倒

50、“L”结构稳定存在。（）除了碱基对的氢键外，还有非寻常的氢键：不互补的碱基间GG、AA、AC等的氢键；核糖磷酸骨架与碱基骨架之间的氢键。（四）mRNA的结构信使RNA（messenger RNA，mRNA）不均一核RNA（heterogeneou nuclear RNA，hnRNA）：在细胞核内合成的mRNA的初级产物，经过剪接成为成熟的mRNA并移到细胞质。mRNA的功能：是把核内DNA的碱基顺序按照碱基互补的原则，抄录并转送至胞质，指导蛋白质的合成。AAAA Anm7GpppAUG GUGUAA535 帽子结构帽子结构 密码子密码子 3 多聚多聚A尾尾 5 5 非编码区非编码区 编码区编码