生物化學(xué)-13核酸結(jié)構(gòu)

核酸核苷酸核苷磷酸含氮堿基戊糖嘧啶（Pyrimidine）胞嘧啶Cytosine(DNA,RNA)尿嘧啶Uracil

(RNA)胸腺嘧啶Thymine

(DNA)嘌呤（Purine

）腺嘌呤Adenine

(DNA,RNA)鳥嘌呤Guanine

(DNA,RNA)含氮堿基（Nitrogenous

Base）戊糖（Pentose）組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為

β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖差異：2‘-OH

vs

2’-H核苷（nucleoside）核苷：戊糖+堿基核酸中的C-N糖苷鍵糖苷鍵均為型有核糖核苷（2’OH，組成RNA）和脫氧核糖核苷（2’H，組成DNA）稀有核苷多出現(xiàn)在tRNA中修飾核苷包括三種情況:由修飾堿基和糖組成的核苷由非修飾堿基和2-O-甲基核糖組成的核苷由堿基與糖連接方式特殊的核苷HNOONRHHHH5,6-dihydrouridine(D

or

hU)NCH3NH2ONdROHHOCH2HH

HOH

OCH3Ade5-Methyl-dC 2'-O-甲基腺苷(Am)Am表示甲基是修飾于核糖上H2HHHHOCHHN

NHOOO51'OH

OH假尿嘧啶核苷(pseudouridine)(ψ)修飾核苷的簡寫符號(hào)m2

N2取代位置核苷取代基取代基的數(shù)目一段RNA中pAmpm7GpDpψpTOH有幾個(gè)稀有堿基，幾個(gè)稀有核苷？核苷酸（nucleotide）核苷+磷酸戊糖+堿基+磷酸5’核糖核苷酸HH5’脫氧核糖核苷酸核酸（多聚核苷酸）Nucleic

Acids

-Polynucleotides多聚核苷酸是通過3’,5’-磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物多聚核苷酸鏈具有方向性，默認(rèn)閱讀方向?yàn)?′→3′RNA/DNADNA的結(jié)構(gòu)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)：脫氧核糖核酸的排列順序可以用堿基排列順序表示連接鍵：3’，5’-磷酸二酯鍵磷酸與戊糖順序相連形成主鏈骨架堿基形成側(cè)鏈2.0nm小溝大溝DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)—雙螺旋模型兩條鏈反向平行，右手螺旋兩條鏈根據(jù)堿基配對(duì)原則互補(bǔ)（A-T，G-C）堿基在內(nèi)，堿基平面垂直于螺旋軸戊糖與磷酸在外，以3’，5’-磷酸二酯鍵連接形成DNA的骨架雙螺旋直徑2nm，堿基堆積距離0.34nm，每轉(zhuǎn)一周為10堿基對(duì)（bp）堿基的性質(zhì)影響核酸的結(jié)構(gòu)堿基環(huán)上的許多原子參與

，大部分鍵具有雙鍵性質(zhì)，堿基環(huán)形成平面，在260nm有強(qiáng)吸收峰堿基具有疏水性，平行堆積時(shí)堿基之間產(chǎn)生堿基堆積力（疏水相互作用，范得華力）堿基之間可以形成氫鍵，A＝T，G≡C，GC連接更穩(wěn)定穩(wěn)定雙螺旋的力氫鍵（A＝T，G≡C）堿基堆積力（疏水相互作用及范德華力）離子鍵等（磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和）DNA變性劑破壞穩(wěn)定雙螺旋的力（熱、pH、脲/酰胺、）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義該模型最有價(jià)值的是確認(rèn)了堿基配對(duì)原則，是

遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)，是DNA

、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征。該模型的提出是上世紀(jì)生命科學(xué)的重大突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。DNA雙螺旋的不同構(gòu)象三種DNA雙螺旋構(gòu)象比較ABZ外型粗短適中細(xì)長螺旋方向右手右手左手螺旋直徑2.55nm2.37nm1.84nm堿基直升0.23nm0.34nm0.38nm堿基夾角32.7034.6060.00每圈堿基數(shù)1110.412與堿基對(duì)關(guān)系2.46nm3.32nm4.56nm堿基傾角1901090反式

C、T反式，G順式糖苷鍵構(gòu)象

反式大溝

很窄很深

很寬較深小溝

很寬、淺

窄、深平坦較窄很深DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指雙螺旋DNA分子通過

和折疊所形成的特定構(gòu)象原核生物：環(huán)狀雙鏈DNA形成超螺旋真核生物：線性雙鏈DNA生物體內(nèi)的核酸通常都與蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物，以

白（nucleoprotein）的形式存在。DNA分子與蛋白質(zhì)結(jié)合后被組裝到有限的空間中環(huán)狀DNA細(xì)菌

DNA是環(huán)狀雙鏈DNA提取過程中可獲得三種形式的DNA超螺旋DNA（supercoiled

DNA），又稱共價(jià)閉環(huán)DNA開環(huán)DNA，雙鏈環(huán)狀DNA的一條鏈斷裂線性DNA，環(huán)狀DNA的雙鏈斷裂螺旋和超螺旋電話線螺旋超螺旋L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形152010523

1L=23,T=23,W=0解鏈環(huán)形5

10

152025L=23,T=25,W=–2負(fù)超螺旋152310

15

20右手旋轉(zhuǎn)擰松兩匝后的線形DNADNA超螺旋的形成超螺旋狀態(tài)的定量描述L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1520105L=T+WL——連環(huán)數(shù)（linkingnumber），DNA雙螺旋中一條鏈以右手螺旋與另一條鏈纏繞的次數(shù)。T——DNA分子中的螺旋數(shù)（twisting

number）W——超螺旋數(shù)或纏繞數(shù)（writhing

number）23

1L=23,T=25,W=–2負(fù)超螺旋除連環(huán)數(shù)（L）不同外其他性質(zhì)均相同的DNA分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體（topoisomerase）。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶通過改變DNA的L值而影響其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。細(xì)胞內(nèi)拓?fù)洚悩?gòu)酶的含量受嚴(yán)格的控制，使細(xì)胞內(nèi)DNA保持在一定的超螺旋水平。DNA超螺旋結(jié)構(gòu)形成的意義使DNA形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中；推動(dòng)DNA結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以滿足功能上的需要。如負(fù)超螺旋分子所受張力會(huì)引起互補(bǔ)鏈分開導(dǎo)致局部變性，利于

和轉(zhuǎn)錄。真核細(xì)胞DNA的包裝真核細(xì)胞

DNA中，DNA與組蛋白結(jié)合成核小體的結(jié)構(gòu)單位。核小體再進(jìn)一步包裝，通過螺旋再螺旋，再螺旋將DNA高度壓縮。真核生物

DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)DNA（2nm）核小體鏈（

11nm，每個(gè)核小體200bp）纖絲（

30nm，每圈6個(gè)核小體）突環(huán)（

150nm，每個(gè)突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（

300nm

，6個(gè)突環(huán)）螺旋圈（

700nm，每圈30個(gè)玫瑰花結(jié)）（

1400nm，每個(gè)

含10個(gè)螺旋圈）RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)RNA分子中核苷酸的排列順序RNA分子也是以3′-5′磷酸二酯鍵連接而成的線型多聚核苷酸OHOH5′3′5′O3′HDNA和RNA的差異糖DNA脫氧核糖RNA核糖堿基AGCT不含或很少AGCU含稀有堿基含稀有堿基為什么DNA含有T?C能自動(dòng)脫氨變?yōu)閁，修復(fù)酶能識(shí)別這種突變而將U替換為C。為區(qū)分DNA里本來的U還是C脫氨產(chǎn)生的U，所以DNA里沒有U，而是T（5-甲基U）thymine為什么DNA

2‘-deoxy而RNA不是?RNA中的鄰近OH

(2‘3’)使得RNA容易水解，不穩(wěn)定DNA沒有2‘OH，更穩(wěn)定，作為遺傳物質(zhì)DNA需要更加穩(wěn)定RNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)堿基組成

A、G、C、U稀有堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解多為單鏈結(jié)構(gòu)，局部形成螺旋（莖環(huán)結(jié)構(gòu)）（A＝U/G≡C）分子較小RNA的類別信使RNA（messenger

RNA，mRNA）：在蛋白質(zhì)中起模板作用；核糖體RNA（ribosomal

RNA，rRNA）：與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體（ribosome）,核糖體是蛋白質(zhì)的場(chǎng)所；轉(zhuǎn)移RNA（transfor

RNA，tRNA）：在蛋白質(zhì)時(shí)起著攜帶活化氨基酸的作用。mRNA是蛋白質(zhì) 的模板原核生物的一條mRNA上有多個(gè)編碼區(qū)，可以翻譯成多條多肽鏈（多順反子mRNA）5’pppA/G5’

UTRAUG

UAACistron1AUG

UAACistron2AUG

UAACistron3

3’UTRA

polycistronic

mRNAIntercistronic

non-coding

sequences真核生物的mRNA只編碼一條多肽鏈（單順反子mRNA）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：5’

UTR3’UTRm7Gppp(A)n=2005’-末端有一個(gè)甲基化的鳥苷酸，稱為‘帽子’3’-末端有一段長達(dá)200個(gè)核苷酸左右的多聚腺苷酸(polyA)，稱為“尾巴”，A

monocistronic

mRNAAUG

UAAOpen

reading

frame

(ORF)帽子的結(jié)構(gòu)及類型：5′-capcap0:

m7G5′ppp5′

Npcap1:

m7G5′ppp5′

NmpNpcap2:

m7G5′ppp5′

NmpNmpNptRNA轉(zhuǎn)移RNA，蛋白質(zhì)

時(shí)識(shí)別

子和轉(zhuǎn)移活化氨基酸，一種氨基酸對(duì)應(yīng)最少一種RNA種類很多，共同特點(diǎn)：小，長度只有73-93核苷酸有保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)特征，呈三葉草形（cloverleaf

），四臂四環(huán)三級(jí)結(jié)構(gòu)為倒L形含有很多稀有堿基（稀有核苷）如：次黃苷（I），假尿苷（），雙氫尿嘧啶核苷（D），胸苷（T）以及甲基化的堿基tRNA

的二級(jí)結(jié)構(gòu)反子,識(shí)別mRNA上的子反環(huán)氨基酸臂可變環(huán)TψC環(huán)3’末端都具有pCpCpAOH的結(jié)構(gòu),接受活化的氨基酸D環(huán)DDItRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)rRNA的結(jié)構(gòu)占RNA總量的80％與蛋白質(zhì)組成核糖體，

2/3rRNA,1/3蛋白質(zhì)，是蛋白質(zhì)

的場(chǎng)所；有的rRNA還是ribozyme（比如E.

coli

的23S

rRNA

催化肽鍵的形成）以沉降系數(shù)表示rRNA分子大小核糖體核糖體由大小兩個(gè)亞基組成原核生物核糖體70S50S30S5SrRNA23SrRNA34種蛋白質(zhì)16S

rRNA21種蛋白質(zhì)80S60S40S28SrRNA49種蛋白質(zhì)18SrRNA33種蛋白質(zhì)真核生物核糖體5SrRNA5.8SrRNA核酸的物理化學(xué)性質(zhì)核酸的水解核酸的磷酸二酯鍵和糖苷鍵可以被水解室溫條件下，DNA在堿中變性，但不水解，RNA水解，水解產(chǎn)物為

2’-和3’-核苷酸的混合物。加酸加熱條件下，DNA和RNA能完全水解核酸的酶水解核酸水解酶的分類根據(jù)底物：核糖核酸酶（ribonuclease,

RNase）脫氧核糖核酸酶（deoxyribonuclease,

DNase）根據(jù)作用方式：核酸內(nèi)切酶（endonuclease）核酸外切酶（exonuclease）根據(jù)磷酸二酯鍵斷裂的方式核糖核酸酶類牛胰核糖核酸酶（pancreatic

ribonuclease,簡稱RNase

A或RNase

I）核糖核酸酶T1（ribonuclease

T1，簡稱RNaseT1）主要作用點(diǎn)為Gp殘基核糖核酸酶T2（ribonuclease

T2，簡稱RNase

T2）