生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件

第2章

核酸的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofNucleicAcid第2章

核酸的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFun1主要內(nèi)容第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)第五節(jié)核酸酶主要內(nèi)容第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)23學(xué)習(xí)指導(dǎo)重點(diǎn)：1.核酸的化學(xué)組成；2.DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)與二級(jí)結(jié)構(gòu)；3.RNA的主要類型及功能；4.核酸的理化性質(zhì)。難點(diǎn)：1.真核生物染色體的結(jié)構(gòu).2.核酸的理化性質(zhì)。進(jìn)展：

1.核酶的發(fā)現(xiàn)及其重要的生物學(xué)意義.23:05:143學(xué)習(xí)指導(dǎo)重點(diǎn)：06:54:303第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第一節(jié)4核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。核酸是遺傳信息的載體(Appendix1：)核酸(nucleicacid)是以核苷酸為基本組成單51868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提取核素。1944年Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法。1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)。1990年美國(guó)啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃(HGP)。1994年中國(guó)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。2001年美英等國(guó)完成人類基因組計(jì)劃。核酸研究的發(fā)展簡(jiǎn)史1868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提6核酸的分類及分布存在于細(xì)胞核和線粒體

分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過(guò)復(fù)制傳遞給下一代。是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體核酸的分類及分布存在于細(xì)胞核和線粒體分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)7一、核酸分子（DNA和RNA）的化學(xué)組成NucleicAcid(NA)

Polynucleotidechain(polyNt)Nucleotide(Nt)basicunitMono-phosphate(Mp)Nucleoside(Ns)Deoxy-ribose(Ribose

)BasePurin(pu)Pyrimidine(py)Adenine(A)Thymine(T)

Guanine(G)Uracil(U)

Cytosine(C)DNA與RNA結(jié)構(gòu)相似，但在組成成份上略有不同。核酸（DNA和RNA）是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。核酸核苷酸磷酸（脫氧）核苷戊糖堿基脫氧核糖（核糖）嘌呤嘧啶一、核酸分子（DNA和RNA）的化學(xué)組成8分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖磷酸(phosphate)核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。堿基分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)9嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine,G)嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A10嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)僅存在于RNA中僅存在于DNA中嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,11D-2-脫氧核糖D-核糖脫氧核糖(deoxyribose)（構(gòu)成DNA）核糖(ribose)（構(gòu)成RNA）戊糖D-2-脫氧核糖D-核糖脫氧核糖(deoxyribose)（12嘌呤N-9或嘧啶N-1與（脫氧）核糖C-1通過(guò)β-N-糖苷鍵相連形成（脫氧）

核苷[(deoxy)ribonucleoside]（脫氧）核苷NNNN9NH2O(O)HOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)嘌呤N-9或嘧啶N-1與（脫氧）核糖C-1通過(guò)β-N-糖苷13核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucl14多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸15環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。cAMP核苷酸衍生物環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。16AdenineNucleotidesAreComponentsofManyEnzyme

CofactorsCoenzymeA(CoA)functionsinacylgrouptransferreactions.AdenineNucleotidesAreCompon17二、DNA是脫氧核苷酸通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸3的羥基與另一個(gè)核苷酸5的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)。

多個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA鏈。二、DNA是脫氧核苷酸通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成的大185′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵19交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5→3交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)20三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也是多個(gè)核苷酸分子通過(guò)酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也21定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5′端3′端CGA四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序定義5′端3′端CGA四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序22DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)：核苷酸排列順序組成：4種dNMP（dAMP，dGMP，dCMP，dTMP）連接方式：3’,5’-磷酸二酯鍵連接5’-ACGTA-3’,ACGTA,或5’pApCpGpTpA-OH3’形態(tài)：4種dNMP排列為特定的多核苷酸長(zhǎng)鏈書(shū)寫(xiě)方法：DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)：核苷酸排列順序組成：4種dNMP（dAMP23核酸分子大小表示：堿基(base或kilobase)數(shù)目。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長(zhǎng)度可以高達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)堿基。DNA和RNA的區(qū)別核糖G、C、A、URNA脫氧核糖G、C、A、TDNA堿基核糖核酸核酸分子大小表示：堿基(base或kilobase)數(shù)目。24小結(jié)核酸包括DNA和RNA。DNA攜帶遺傳信息，RNA參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。核酸的基本組成單位是核苷酸。核酸的基本結(jié)構(gòu)。小結(jié)核酸包括DNA和RNA。25生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件26第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第二節(jié)27核酸分子的空間結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)；DNA分子的核苷酸組成與排列（sequence）1977F.Sangerφχ174的全序列分析二級(jí)結(jié)構(gòu)；D.S.DNADoubleHelixmodelA,B,Z….,Linear,circle…T.S.DNA(TriplexStrands)Tet.SDNA(TetraplexStrands)superhelixDNA(Negative,Positive)三級(jí)結(jié)構(gòu)；（高級(jí)結(jié)構(gòu)）核酸分子的空間結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)；DNA分子的核苷酸組成與排列（28DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatialstructure)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對(duì)位置關(guān)系。DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystru29一、DNA的主要二級(jí)結(jié)構(gòu)：右手雙螺旋Crick,Watson,1953一、DNA的主要二級(jí)結(jié)構(gòu)：右手雙螺旋Crick,Watso30Chargaff規(guī)則：DNA的堿基組成中[A]=[T]，[G]=[C]獲得了高質(zhì)量的DNA分子的X射線衍射照片。提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)(doublehelix)模型。1952年年末Franklin和Wilkins拍到了一張十分清晰的DNA結(jié)晶X衍射照片沃森（1928～）克里克(1916~2004)威爾金斯(1916～)富蘭克林(1920~1958)堿基的理化數(shù)據(jù)分析：A-T，C-G配對(duì)合理。（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景Chargaff規(guī)則：DNA的堿基組成中[A]=[31DNA堿基組成——查格夫法則不同種屬DNA的4種堿基組成不同；同一種屬、不同組織DNA具有相同的堿基組成；給定種屬DNA的堿基組成不隨機(jī)體的年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境變化而改變；無(wú)論種屬如何，其細(xì)胞DNA中總有A=T，G=C，即有A+G=T+C。DNA堿基組成——查格夫法則不同種屬DNA的4種堿基組成不同32生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件33AGCTA/TG/CG+C嘌呤/嘧啶大腸桿菌26.024.925.223.91.090.9950.11.04結(jié)核桿菌15.134.935.414.61.030.9970.31.00酵母31.718.317.432.60.971.0535.71.00牛29.021.221.228.71.011.0042.41.01豬29.820.720.729.11.021.0041.41.01人30.419.919.930.11.011.0039.81.01不同生物來(lái)源DNA堿基組分和相對(duì)比例查格夫法則：A=T,G=C，這一規(guī)律暗示A與T，G與C相互配對(duì)的可能性，為Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供了重要依據(jù)。AGCTA/TG/CG+C嘌呤/嘧啶大腸桿菌26.024.934兩條鏈呈反向平行(anti-parallel)，右手螺旋(right-handed)。直徑為2nm，螺距為3.4nm。親水性骨架位于外側(cè)，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。表面：一大溝(majorgroove)和一小溝(minorgroove)。Crick,Watson,1953（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.DNA是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)兩條鏈呈反向平行(anti-parallel)，右手螺旋(r35親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。疏水性的堿基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。骨架與堿基親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。骨架與堿基36堿基配對(duì)關(guān)系稱為互補(bǔ)堿基對(duì)(complementarybasepair)。(A與T,G與C分別以兩對(duì)和三對(duì)氫鍵配對(duì))DNA的兩條鏈則互為互補(bǔ)鏈(complementarystrand)。堿基對(duì)平面與螺旋軸垂直。鳥(niǎo)嘌呤/胞嘧啶鳥(niǎo)嘌呤/胞嘧啶腺嘌呤/胸腺嘧啶腺嘌呤/胸腺嘧啶2.DNA雙鏈之間形成了互補(bǔ)堿基對(duì)堿基配對(duì)關(guān)系稱為互補(bǔ)堿基對(duì)(complementaryba37大溝與小溝大溝與小溝38氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性；疏水性的堿基堆積力(basestackinginteraction)維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。堿基堆積作用力3.疏水作用力和氫鍵共同維系著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性；疏水性的堿基堆積力(basesta39雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提供了DNA復(fù)制的機(jī)制雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提供了DNA復(fù)制的機(jī)制40DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)41（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性42通常富含G+C的DNA比G+C含量少的DNA穩(wěn)定陽(yáng)離子（如Mg2+）或DNA結(jié)合蛋白質(zhì)的結(jié)合可增加DNA的穩(wěn)定性通常富含G+C的DNA比G+C含量少的DNA穩(wěn)定43旋向螺距(nm)堿基數(shù)（每圈）螺旋直徑（nm）骨架走行存在條件A型右手2.3112.5平滑體外脫水B型右手3.4102.3平滑DNA生理?xiàng)l件Z型左手4.5121.8鋸齒型CG序列三種DNA構(gòu)型的比較旋向螺距堿基數(shù)螺旋直徑骨架存在條件A型右手2.3112.5平44（四）DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被質(zhì)子化，可與鳥(niǎo)嘌呤的N-7原子形成氫鍵；同時(shí)，胞嘧啶的N-4的氫原子也可與鳥(niǎo)嘌呤的O-6形成氫鍵，這種氫鍵被稱為Hoogsteen氫鍵。Hoogsteen氫鍵Hoogsteen氫鍵，不破壞Watson-Crick氫鍵，由此形成了C＋GC的三鏈結(jié)構(gòu)(triplex)。（四）DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子45三鏈結(jié)構(gòu)三鏈結(jié)構(gòu)46H-DNA的結(jié)構(gòu)：DNA三股螺旋結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組的起始位點(diǎn)或調(diào)節(jié)位點(diǎn)，如啟動(dòng)子區(qū)。第三股鏈的存在可能使一些調(diào)控蛋白或RNA聚合酶等難以與該區(qū)段結(jié)合，從而阻遏有關(guān)遺傳信息的表達(dá)。H-DNA的結(jié)構(gòu)：DNA三股螺旋結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄47鳥(niǎo)嘌呤之間通過(guò)Hoogsteen氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)(tetraplex)。四鏈結(jié)構(gòu)鳥(niǎo)嘌呤之間通過(guò)Hoogsteen氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)(te48真核生物DNA3-末端是富含GT的多次重復(fù)序列，因而自身形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。真核生物DNA3-末端是富含GT的多次重復(fù)序列，因而自身形49DNA超螺旋結(jié)構(gòu)（superhelix或supercoil）DNA雙螺旋鏈再盤(pán)繞正超螺旋（positivesupercoil）：盤(pán)繞方向與雙螺旋方向相同負(fù)超螺旋（negativesupercoil）：盤(pán)繞方向與雙螺旋方向相反意義：DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)DNA超螺旋結(jié)構(gòu)（superhelix或supercoil）50生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件51（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，以負(fù)超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個(gè)超螺旋形成。（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，52DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象53（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)真核生物DNA以非常有序的形式存在于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞周期的大部分時(shí)間里，DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細(xì)胞分裂期，則形成高度致密的染色體(chromosome)。（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)真核生物DNA54DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像55DNA：約200bp

組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成DNA：約200bp核小體的組成56核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)57雙鏈DNA的折疊和組裝雙鏈DNA的折疊和組裝58DNA經(jīng)過(guò)多次折疊，被壓縮了8000～10000倍，組裝在直徑只有為數(shù)微米的細(xì)胞核內(nèi)。DNA經(jīng)過(guò)多次折疊，被壓縮了8000～10000倍，組裝在直59真核生物的染色體真核生物的染色體60DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和61第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能Structureand62RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過(guò)程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在，但有復(fù)雜的局部二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多樣性。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過(guò)程的調(diào)控。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)63RNA的種類、分布、功能微RNAmicroRNA翻譯調(diào)控RNA的種類、分布、功能微RNA64信使RNA(messengerRNA,mRNA)是合成蛋白質(zhì)的模板。不均一核RNA(hnRNA)含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。外顯子是氨基酸的編碼序列，而內(nèi)含子是非編碼序列。hnRNA經(jīng)過(guò)剪切后成為成熟的mRNA。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板信使RNA(messengerRNA,mRNA)是合成蛋65hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNAmRNA成熟過(guò)程

外顯子(exon)hnRNA內(nèi)含子mRNAmRNA成熟過(guò)程外顯子66從AUG開(kāi)始，每三個(gè)核苷酸為一組編碼了一個(gè)氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼(codon)。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。5-末端的帽子(cap)結(jié)構(gòu)和3-末端的多聚A尾(poly-Atail)結(jié)構(gòu)。成熟的真核生物mRNA從AUG開(kāi)始，每三個(gè)核苷酸為一組編碼了一個(gè)氨基酸，稱為三聯(lián)67帽子結(jié)構(gòu):m7GpppNm（一）大部分真核細(xì)胞mRNA的5'末端都以7-甲基鳥(niǎo)嘌呤-三磷酸核苷為起始結(jié)構(gòu)mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白(capbindingprotein，CBP)結(jié)合。帽子結(jié)構(gòu):m7GpppNm（一）大部分真核細(xì)胞mRNA的5'68加帽過(guò)程加帽過(guò)程69真核生物的mRNA的3-末端轉(zhuǎn)錄后加上一段長(zhǎng)短不一的聚腺苷酸。（二）在真核生物mRNA的3'末端有多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)真核生物的mRNA的3-末端轉(zhuǎn)錄后加上一段長(zhǎng)短不一的聚腺70加尾過(guò)程加尾過(guò)程71mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能72（三）mRNA依照自身的堿基順序指導(dǎo)蛋白質(zhì)氨基酸順序的合成從mRNA分子5'末端起的第一個(gè)AUG開(kāi)始，每3個(gè)核苷酸為一組稱為密碼子(codon)或三聯(lián)體密碼(tripletcode)。AUG被稱為起始密碼子；決定肽鏈終止的密碼子則稱為終止密碼子。位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為開(kāi)放閱讀框(openreadingframe,ORF)，決定了多肽鏈的氨基酸序列。（三）mRNA依照自身的堿基順序指導(dǎo)蛋白質(zhì)氨基酸順序的合成從73（四）mRNA的成熟過(guò)程是hnRNA的剪接過(guò)程卵清蛋白mRNA的成熟（四）mRNA的成熟過(guò)程是hnRNA的剪接過(guò)程卵清蛋白mRN74轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74～95核苷酸組成；占細(xì)胞總RNA的15%；具有很好的穩(wěn)定性。二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合75（一）tRNA中含有多種稀有堿基（一）tRNA中含有多種稀有堿基76tRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡(hairpin)結(jié)構(gòu)。（二）tRNA具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)TψC環(huán)附加叉74-95nttRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡(ha77

NucleotidesequenceofyeasttRNAAla.

(Thisstructurewasdeducedin1965byRobertW.Holleyandhiscolleagues)TransferRNAs:Nucleotidesequenceofyeas78tRNA的倒L三級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的倒L三級(jí)結(jié)構(gòu)79tRNA的3-末端都是以CCA結(jié)尾。3-末端的A與氨基酸共價(jià)連結(jié)，tRNA成為了氨基酸的載體。不同的tRNA可以結(jié)合不同的氨基酸。（三）tRNA的3-末端連接氨基酸t(yī)RNA的3-末端都是以CCA結(jié)尾。（三）tRNA的3-80tRNA的反密碼子環(huán)上有一個(gè)由三個(gè)核苷酸構(gòu)成的反密碼子(anticodon)。tRNA上的反密碼子依照堿基互補(bǔ)的原則識(shí)別mRNA上的密碼子。（四）tRNA的反密碼子識(shí)別mRNA的密碼子tRNA的反密碼子環(huán)上有一個(gè)由三個(gè)核苷酸構(gòu)成的反密碼子(an81核蛋白體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核蛋白體蛋白結(jié)合組成核蛋白體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。三、以rRNA為組分的核蛋白體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所核蛋白體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細(xì)胞82核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為83大腸桿菌的核蛋白體大腸桿菌的核蛋白體8418SrRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)18SrRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)85蛋白質(zhì)合成時(shí)形成的復(fù)合體蛋白質(zhì)合成時(shí)形成的復(fù)合體86RNA組學(xué)是研究細(xì)胞內(nèi)snmRNA的種類、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)空狀態(tài)下snmRNAs表達(dá)譜的變化，以及與功能之間的關(guān)系。四、snmRNA參與了基因表達(dá)的調(diào)控細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。snmRNAsRNA組學(xué)是研究細(xì)胞內(nèi)snmRNA的種類、結(jié)構(gòu)和功能。同一生87核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA參與hnRNA的加工剪接snmRNAs的種類snmRNAs的功能核內(nèi)小RNA參與hnRNA的加工剪接snmRNAs的種類sn88核酶某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，這種具有催化作用的小RNA亦被稱為核酶(ribozyme)或催化性RNA(catalyticRNA)。核酶某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，這種具有催89siRNA是生物宿主對(duì)外源侵入的基因表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)行切割所產(chǎn)生的特定長(zhǎng)度和特定核酸序列的小片段RNA。siRNA可以與外源基因表達(dá)的mRNA相結(jié)合，并誘發(fā)這些mRNA的降解?；诖藱C(jī)理，人們發(fā)明了RNA干擾(RNAinterference，RNAi)技術(shù)。小片段干擾RNAsiRNA是生物宿主對(duì)外源侵入的基因表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)行切割90原核生物基因表達(dá)的特異性五、核酸在真核細(xì)胞和原核細(xì)胞中表現(xiàn)了不同的時(shí)空特性原核生物基因表達(dá)的特異性五、核酸在真核細(xì)胞和原核細(xì)胞中表現(xiàn)了91真核生物基因表達(dá)的特異性真核生物基因表達(dá)的特異性92小結(jié)DNA為雙鏈結(jié)構(gòu)，RNA的結(jié)構(gòu)以單鏈為主。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)為雙螺旋結(jié)構(gòu)。mRNA、tRNA、rRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能。小結(jié)DNA為雙鏈結(jié)構(gòu)，RNA的結(jié)構(gòu)以單鏈為主。93生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件94核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)第四節(jié)95核酸的酸堿及溶解度性質(zhì)核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性?？捎秒娪净螂x子交換（色譜）進(jìn)行分離核酸的高分子性質(zhì)粘度：DNA>RNAdsDNA>ssDNA線性大分子（粘度高,抗剪切力差）沉降行為:不同構(gòu)象的核酸分子的沉降的速率有很大差異，這是超速離心法提取和純化核酸的理論基礎(chǔ)。核酸的一般理化性質(zhì)（在中性溶液中帶負(fù)電荷），核酸的酸堿及溶解度性質(zhì)核酸的一般理化性質(zhì)（在中性溶液中帶負(fù)電96核酸在波長(zhǎng)260nm處有強(qiáng)烈的吸收，是由堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有強(qiáng)烈的紫外吸收以A260/A280進(jìn)行定性、定量DNA和RNA溶液中加入溴化乙錠(EB)，在紫外下發(fā)出熒光核酸在波長(zhǎng)260nm處有強(qiáng)烈的吸收，是由堿基的共軛雙鍵所97堿基的紫外吸收光譜堿基的紫外吸收光譜98DNA或RNA的定量A260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA(dsDNA)40μg/ml單鏈DNA(ssDNAorRNA)20μg/ml寡核苷酸確定樣品中核酸的純度

純DNA:A260/A280=1.8 純RNA:A260/A280=2.0紫外吸收的應(yīng)用DNA或RNA的定量紫外吸收的應(yīng)用99二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過(guò)程在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)成兩條單鏈的過(guò)程。定義DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過(guò)程在某些理化因素作用下，D100協(xié)同性的DNA解鏈高溫或極端的pHDNA的變性核酸變性與蛋白質(zhì)變性的本質(zhì)一樣，只涉及自身空間結(jié)構(gòu)的變化，而不改變本身一級(jí)結(jié)構(gòu)。協(xié)同性的DNA解鏈高溫或極端的pHDNA的變性核酸變性與蛋白101部分變性DNA的電鏡圖像部分變性DNA的電鏡圖像102增色效應(yīng)(hyperchromiceffect)：DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。DNA解鏈時(shí)的紫外吸收變化增色效應(yīng)(hyperchromiceffect)：DNA變103Thermaldenaturationofdouble-strandedDNAandRNA.Increases:25－40%.Increases:1.1%Thermaldenaturationofdouble104DNA的解鏈曲線連續(xù)加熱DNA的過(guò)程中以溫度相對(duì)于A260值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。解鏈過(guò)程中，紫外吸光度的變化達(dá)到最大變化值的一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。解鏈溫度(meltingtemperature，Tm)DNA的解鏈曲線連續(xù)加熱DNA的過(guò)程中以溫度相對(duì)于A260值105G+C含量越高，解鏈溫度就越高。解鏈曲線的變化TmvsGCContentFormulaforEvaluationGC%ofDNA:（G+C）%=(Tm-69.3)X2.44Marmur-Dotyformula（馬默多蒂關(guān)系式）

G+C含量越高，解鏈溫度就越高。解鏈曲線的變化Tmvs10660708090100110G+C(%oftotalnucleotides)Tm(oC)100806040200FormulaforEvaluationGC%ofDNA:（G+C）%=(Tm-69.3)X2.44Marmur-Dotyformula（馬默多蒂關(guān)系式）

69.3TmvsGCContent607080107三、變性的核酸可以復(fù)性或形成雜交雙鏈當(dāng)變性條件緩慢地除去后，兩條解離的互補(bǔ)鏈可重新配對(duì)，恢復(fù)原來(lái)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一現(xiàn)象稱為DNA復(fù)性(renaturation)。減色效應(yīng)：DNA復(fù)性時(shí)，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過(guò)程稱為退火(annealing)。三、變性的核酸可以復(fù)性或形成雜交雙鏈當(dāng)變性條件緩慢地除去后，108生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件109減色效應(yīng)——hypochromiceffectRenaturationofDNAbyfastand

slowcooling.將熱變性的DNA驟然冷卻至低溫時(shí)，DNA不可能復(fù)性。變性的DNA緩慢冷卻時(shí)可復(fù)性，因此又稱為“退火”。退火溫度＝Tm－25℃減色效應(yīng)——hypochromiceffectRenatu110一般地,DNA復(fù)性最優(yōu)溫度為：Tm-25℃Nucleation——成核現(xiàn)象,晶核形成一般地,DNA復(fù)性最優(yōu)溫度為：Tm-25℃Nucleat111不同種類的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系，在適宜的條件可以在不同的分子間形成雜化雙鏈(heteroduplex)。這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成，也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成。這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。核酸分子雜交(hybridization)不同種類的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中，只要兩種112核酸分子雜交Thedouble-strandednucleicacidproducedbyhybridizationiscalledahybrid（雜交體）.NucleicAcidsfromDifferentSpeciesCanFormHybridsHybrid——雜交體hybridduplex——雜化雙鏈核酸分子雜交Thedouble-strandednucl113研究DNA分子中某一種基因的位置。監(jiān)定兩種核酸分子間的序列相似性。檢測(cè)某些專一序列在待檢樣品中存在與否。Probetechniqueareaccessiblefordiagnosisofhereditarydiseasesandinvestigationoftumors.核酸分子雜交的應(yīng)用研究DNA分子中某一種基因的位置。核酸分子雜交的應(yīng)用114第五節(jié)

核酸酶

Nuclease第五節(jié)

核酸酶

Nuclease115依據(jù)底物不同分類DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：專一降解DNA。RNA酶(ribonuclease,RNase)：專一降解RNA。依據(jù)切割部位不同核酸內(nèi)切酶：分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶。核酸外切酶：5′→3′或3′→5′核酸外切酶。核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。依據(jù)底物不同分類核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。1165’5’3’3’外切位點(diǎn)外切位點(diǎn)內(nèi)切位點(diǎn)內(nèi)切位點(diǎn)5’5’3’3’外切位點(diǎn)外切位點(diǎn)內(nèi)切位點(diǎn)內(nèi)切位點(diǎn)117參與DNA的合成、修復(fù)以及RNA的剪接。清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，以及侵入細(xì)胞的外源性核酸。降解食物中的核酸。體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶。核酸酶的功能參與DNA的合成、修復(fù)以及RNA的剪接。核酸酶的功能118*核酶（ribozyme）*核酶（ribozyme）119核酶催化性DNA(DNAzyme)人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段，也能序列特異性降解RNA。催化性RNA(ribozyme)

作為序列特異性的核酸內(nèi)切酶降解mRNA。核酶催化性DNA(DNAzyme)人工合120生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件121本章總結(jié)核酸包括DNA和RNA。DNA攜帶遺傳信息，RNA參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。核酸的基本組成單位是核苷酸。核酸的基本結(jié)構(gòu)。DNA為雙鏈結(jié)構(gòu)，RNA的結(jié)構(gòu)以單鏈為主。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)為雙螺旋結(jié)構(gòu)。mRNA、tRNA、rRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能。DNA的理化性質(zhì)。本章總結(jié)核酸包括DNA和RNA。122思考題核酸分子的化學(xué)組成？DNA與RNA結(jié)構(gòu)化學(xué)組成上的主要區(qū)別是什么？DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)及高級(jí)結(jié)構(gòu)的定義？多聚核苷酸是通過(guò)什么方式將核苷酸相連而成的鏈狀聚合物？DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)？（作業(yè)）影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素？三種主要的RNA及其功能?DNA變性、核酸分子雜交，DNA的Tm值與其所含的G+C比例的關(guān)系？核酶的本質(zhì)是什么？思考題核酸分子的化學(xué)組成？123生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件124DNA是主要的遺傳物質(zhì)RNA也是遺傳物質(zhì)----煙草花葉病毒（tobaccomosaicvirus,TMV）Protein?Prion?蛋白質(zhì)可以自我復(fù)制？可以遺傳？DNA是遺傳物質(zhì)(Appendix1：)DNA是主要的遺傳物質(zhì)Prion?DNA是遺傳物質(zhì)(Ap125證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)一：1944年，Avery的經(jīng)典試驗(yàn)證明細(xì)菌的遺傳物質(zhì)為DNA實(shí)驗(yàn)二：1952年，Hershey和Chase的經(jīng)典試驗(yàn)證明T2噬菌體的遺傳物質(zhì)為DNA證明DNA是遺傳物質(zhì)的兩大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)一：1944年，126Neitherheat-killedS-typenorliveR-typebacteriacankillmice,butsimultaneousinjectionofbothcankillmicejustaseffectivelyastheliveS-type.實(shí)驗(yàn)一：細(xì)菌轉(zhuǎn)化過(guò)程的核心是DNANeitherheat-killedS-typenor127TheDNAofS-typebacteriacantransformR-typebacteriaintothesameS-type.TheDNAofS-typebacteriacan128轉(zhuǎn)化過(guò)程的核心是DNA轉(zhuǎn)化過(guò)程的核心是DNA129ThegeneticmaterialofphageT2isDNA.實(shí)驗(yàn)二：T2噬菌體的遺傳物質(zhì)被證明是DNAThegeneticmaterialofphage130T2噬菌體的遺傳物質(zhì)被證明是DNA(搗碎實(shí)驗(yàn))。T2噬菌體的遺傳物質(zhì)被證明是DNA(搗碎實(shí)驗(yàn))。131EukaryoticcellscanacquireanewphenotypeastheresultoftransfectionbyaddedDNA.附：實(shí)驗(yàn)三：外加DNA使真核細(xì)胞獲得了新的表型Eukaryoticcellscanacquirea132通過(guò)外加DNA，真核細(xì)胞獲得了新的表型。注：由于歷史的原因，在真核生物中操作這樣的試驗(yàn)被稱為轉(zhuǎn)染(Transfection)，與細(xì)菌的轉(zhuǎn)化相對(duì)應(yīng)。通過(guò)外加DNA，真核細(xì)胞獲得了新的表型。注：由于歷史的原因，133已知生物及大多數(shù)病毒中的遺傳物質(zhì)是DNA。但是，有些病毒使用代替的核酸一RNA作位遺傳物質(zhì)。(盡管它的化學(xué)結(jié)構(gòu)與DNA有一些細(xì)微的不同，但RNA能起到同樣的作用。)因此，遺傳物質(zhì)的本質(zhì)是核酸。事實(shí)上，除了RNA病毒以外，其遺傳物質(zhì)是DNA。小結(jié)：主要遺傳物質(zhì)是DNA已知生物及大多數(shù)病毒中的遺傳物質(zhì)是DNA。小結(jié)：主要遺傳物質(zhì)134第2章

核酸的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofNucleicAcid第2章

核酸的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFun135主要內(nèi)容第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)第五節(jié)核酸酶主要內(nèi)容第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)136137學(xué)習(xí)指導(dǎo)重點(diǎn)：1.核酸的化學(xué)組成；2.DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)與二級(jí)結(jié)構(gòu)；3.RNA的主要類型及功能；4.核酸的理化性質(zhì)。難點(diǎn)：1.真核生物染色體的結(jié)構(gòu).2.核酸的理化性質(zhì)。進(jìn)展：

1.核酶的發(fā)現(xiàn)及其重要的生物學(xué)意義.23:05:143學(xué)習(xí)指導(dǎo)重點(diǎn)：06:54:30137第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第一節(jié)138核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。核酸是遺傳信息的載體(Appendix1：)核酸(nucleicacid)是以核苷酸為基本組成單1391868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提取核素。1944年Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法。1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)。1990年美國(guó)啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃(HGP)。1994年中國(guó)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。2001年美英等國(guó)完成人類基因組計(jì)劃。核酸研究的發(fā)展簡(jiǎn)史1868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提140核酸的分類及分布存在于細(xì)胞核和線粒體

分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過(guò)復(fù)制傳遞給下一代。是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體核酸的分類及分布存在于細(xì)胞核和線粒體分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)141一、核酸分子（DNA和RNA）的化學(xué)組成NucleicAcid(NA)

Polynucleotidechain(polyNt)Nucleotide(Nt)basicunitMono-phosphate(Mp)Nucleoside(Ns)Deoxy-ribose(Ribose

)BasePurin(pu)Pyrimidine(py)Adenine(A)Thymine(T)

Guanine(G)Uracil(U)

Cytosine(C)DNA與RNA結(jié)構(gòu)相似，但在組成成份上略有不同。核酸（DNA和RNA）是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。核酸核苷酸磷酸（脫氧）核苷戊糖堿基脫氧核糖（核糖）嘌呤嘧啶一、核酸分子（DNA和RNA）的化學(xué)組成142分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖磷酸(phosphate)核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。堿基分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)143嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine,G)嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A144嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)僅存在于RNA中僅存在于DNA中嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,145D-2-脫氧核糖D-核糖脫氧核糖(deoxyribose)（構(gòu)成DNA）核糖(ribose)（構(gòu)成RNA）戊糖D-2-脫氧核糖D-核糖脫氧核糖(deoxyribose)（146嘌呤N-9或嘧啶N-1與（脫氧）核糖C-1通過(guò)β-N-糖苷鍵相連形成（脫氧）

核苷[(deoxy)ribonucleoside]（脫氧）核苷NNNN9NH2O(O)HOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)嘌呤N-9或嘧啶N-1與（脫氧）核糖C-1通過(guò)β-N-糖苷147核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucl148多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸149環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。cAMP核苷酸衍生物環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。150AdenineNucleotidesAreComponentsofManyEnzyme

CofactorsCoenzymeA(CoA)functionsinacylgrouptransferreactions.AdenineNucleotidesAreCompon151二、DNA是脫氧核苷酸通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸3的羥基與另一個(gè)核苷酸5的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)。

多個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA鏈。二、DNA是脫氧核苷酸通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成的大1525′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵153交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5→3交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)154三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也是多個(gè)核苷酸分子通過(guò)酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也155定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5′端3′端CGA四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序定義5′端3′端CGA四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序156DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)：核苷酸排列順序組成：4種dNMP（dAMP，dGMP，dCMP，dTMP）連接方式：3’,5’-磷酸二酯鍵連接5’-ACGTA-3’,ACGTA,或5’pApCpGpTpA-OH3’形態(tài)：4種dNMP排列為特定的多核苷酸長(zhǎng)鏈書(shū)寫(xiě)方法：DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)：核苷酸排列順序組成：4種dNMP（dAMP157核酸分子大小表示：堿基(base或kilobase)數(shù)目。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長(zhǎng)度可以高達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)堿基。DNA和RNA的區(qū)別核糖G、C、A、URNA脫氧核糖G、C、A、TDNA堿基核糖核酸核酸分子大小表示：堿基(base或kilobase)數(shù)目。158小結(jié)核酸包括DNA和RNA。DNA攜帶遺傳信息，RNA參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。核酸的基本組成單位是核苷酸。核酸的基本結(jié)構(gòu)。小結(jié)核酸包括DNA和RNA。159生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件160第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第二節(jié)161核酸分子的空間結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)；DNA分子的核苷酸組成與排列（sequence）1977F.Sangerφχ174的全序列分析二級(jí)結(jié)構(gòu)；D.S.DNADoubleHelixmodelA,B,Z….,Linear,circle…T.S.DNA(TriplexStrands)Tet.SDNA(TetraplexStrands)superhelixDNA(Negative,Positive)三級(jí)結(jié)構(gòu)；（高級(jí)結(jié)構(gòu)）核酸分子的空間結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)；DNA分子的核苷酸組成與排列（162DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatialstructure)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對(duì)位置關(guān)系。DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystru163一、DNA的主要二級(jí)結(jié)構(gòu)：右手雙螺旋Crick,Watson,1953一、DNA的主要二級(jí)結(jié)構(gòu)：右手雙螺旋Crick,Watso164Chargaff規(guī)則：DNA的堿基組成中[A]=[T]，[G]=[C]獲得了高質(zhì)量的DNA分子的X射線衍射照片。提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)(doublehelix)模型。1952年年末Franklin和Wilkins拍到了一張十分清晰的DNA結(jié)晶X衍射照片沃森（1928～）克里克(1916~2004)威爾金斯(1916～)富蘭克林(1920~1958)堿基的理化數(shù)據(jù)分析：A-T，C-G配對(duì)合理。（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景Chargaff規(guī)則：DNA的堿基組成中[A]=[165DNA堿基組成——查格夫法則不同種屬DNA的4種堿基組成不同；同一種屬、不同組織DNA具有相同的堿基組成；給定種屬DNA的堿基組成不隨機(jī)體的年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境變化而改變；無(wú)論種屬如何，其細(xì)胞DNA中總有A=T，G=C，即有A+G=T+C。DNA堿基組成——查格夫法則不同種屬DNA的4種堿基組成不同166生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件167AGCTA/TG/CG+C嘌呤/嘧啶大腸桿菌26.024.925.223.91.090.9950.11.04結(jié)核桿菌15.134.935.414.61.030.9970.31.00酵母31.718.317.432.60.971.0535.71.00牛29.021.221.228.71.011.0042.41.01豬29.820.720.729.11.021.0041.41.01人30.419.919.930.11.011.0039.81.01不同生物來(lái)源DNA堿基組分和相對(duì)比例查格夫法則：A=T,G=C，這一規(guī)律暗示A與T，G與C相互配對(duì)的可能性，為Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供了重要依據(jù)。AGCTA/TG/CG+C嘌呤/嘧啶大腸桿菌26.024.9168兩條鏈呈反向平行(anti-parallel)，右手螺旋(right-handed)。直徑為2nm，螺距為3.4nm。親水性骨架位于外側(cè)，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。表面：一大溝(majorgroove)和一小溝(minorgroove)。Crick,Watson,1953（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.DNA是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)兩條鏈呈反向平行(anti-parallel)，右手螺旋(r169親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。疏水性的堿基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。骨架與堿基親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。骨架與堿基170堿基配對(duì)關(guān)系稱為互補(bǔ)堿基對(duì)(complementarybasepair)。(A與T,G與C分別以兩對(duì)和三對(duì)氫鍵配對(duì))DNA的兩條鏈則互為互補(bǔ)鏈(complementarystrand)。堿基對(duì)平面與螺旋軸垂直。鳥(niǎo)嘌呤/胞嘧啶鳥(niǎo)嘌呤/胞嘧啶腺嘌呤/胸腺嘧啶腺嘌呤/胸腺嘧啶2.DNA雙鏈之間形成了互補(bǔ)堿基對(duì)堿基配對(duì)關(guān)系稱為互補(bǔ)堿基對(duì)(complementaryba171大溝與小溝大溝與小溝172氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性；疏水性的堿基堆積力(basestackinginteraction)維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。堿基堆積作用力3.疏水作用力和氫鍵共同維系著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性；疏水性的堿基堆積力(basesta173雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提供了DNA復(fù)制的機(jī)制雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提供了DNA復(fù)制的機(jī)制174DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)175（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性176通常富含G+C的DNA比G+C含量少的DNA穩(wěn)定陽(yáng)離子（如Mg2+）或DNA結(jié)合蛋白質(zhì)的結(jié)合可增加DNA的穩(wěn)定性通常富含G+C的DNA比G+C含量少的DNA穩(wěn)定177旋向螺距(nm)堿基數(shù)（每圈）螺旋直徑（nm）骨架走行存在條件A型右手2.3112.5平滑體外脫水B型右手3.4102.3平滑DNA生理?xiàng)l件Z型左手4.5121.8鋸齒型CG序列三種DNA構(gòu)型的比較旋向螺距堿基數(shù)螺旋直徑骨架存在條件A型右手2.3112.5平178（四）DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被質(zhì)子化，可與鳥(niǎo)嘌呤的N-7原子形成氫鍵；同時(shí)，胞嘧啶的N-4的氫原子也可與鳥(niǎo)嘌呤的O-6形成氫鍵，這種氫鍵被稱為Hoogsteen氫鍵。Hoogsteen氫鍵Hoogsteen氫鍵，不破壞Watson-Crick氫鍵，由此形成了C＋GC的三鏈結(jié)構(gòu)(triplex)。（四）DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子179三鏈結(jié)構(gòu)三鏈結(jié)構(gòu)180H-DNA的結(jié)構(gòu)：DNA三股螺旋結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組的起始位點(diǎn)或調(diào)節(jié)位點(diǎn)，如啟動(dòng)子區(qū)。第三股鏈的存在可能使一些調(diào)控蛋白或RNA聚合酶等難以與該區(qū)段結(jié)合，從而阻遏有關(guān)遺傳信息的表達(dá)。H-DNA的結(jié)構(gòu)：DNA三股螺旋結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄181鳥(niǎo)嘌呤之間通過(guò)Hoogsteen氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)(tetraplex)。四鏈結(jié)構(gòu)鳥(niǎo)嘌呤之間通過(guò)Hoogsteen氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)(te182真核生物DNA3-末端是富含GT的多次重復(fù)序列，因而自身形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。真核生物DNA3-末端是富含GT的多次重復(fù)序列，因而自身形183DNA超螺旋結(jié)構(gòu)（superhelix或supercoil）DNA雙螺旋鏈再盤(pán)繞正超螺旋（positivesupercoil）：盤(pán)繞方向與雙螺旋方向相同負(fù)超螺旋（negativesupercoil）：盤(pán)繞方向與雙螺旋方向相反意義：DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)DNA超螺旋結(jié)構(gòu)（superhelix或supercoil）184生物化學(xué)-核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件185（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，以負(fù)超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個(gè)超螺旋形成。（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，186DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象187（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)真核生物DNA以非常有序的形式存在于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞周期的大部分時(shí)間里，DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細(xì)胞分裂期，則形成高度致密的染色體(chromosome)。（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)真核生物DNA188DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像189DNA：約200bp

組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成DNA：約200bp核小體的組成190核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)191雙鏈DNA的折疊和組裝雙鏈DNA的折疊和組裝192DNA經(jīng)過(guò)多次折疊，被壓縮了8000～10000倍，組裝在直徑只有為數(shù)微米的細(xì)胞核內(nèi)。DNA經(jīng)過(guò)多次折疊，被壓縮了8000～10000倍，組裝在直193真核生物的染色體真核生物的染色體194DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和195第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能Structureand196RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過(guò)程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在，但有復(fù)雜的局部二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多樣性。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過(guò)程的調(diào)控。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)197RNA的種類、分布、功能微RNAmicroRNA翻譯調(diào)控RNA的種類、分布、功能微RNA198信使RNA(messengerRNA,mRNA)是合成蛋白質(zhì)的模板。不均一核RNA(hnRNA)含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。外顯子是氨基酸的編碼序列，而內(nèi)含子是非編碼序列。hnRNA經(jīng)過(guò)剪切后成為成熟的mRNA。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板信使RNA(messengerRNA,mRNA)是合成蛋199hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNAmRNA成熟過(guò)程

外顯子(exon)hnRNA內(nèi)含子mRNAmRNA成熟過(guò)程外顯子200從AUG開(kāi)始，每三個(gè)核苷酸為一組編碼了一個(gè)氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼(codon)。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。5-末端的帽子(cap)結(jié)構(gòu)和3-末端的多聚A尾(poly-Atail)結(jié)構(gòu)。成熟的真核生物mRNA從AUG開(kāi)始，每三個(gè)核苷酸為一組編碼了一個(gè)氨基酸，稱為三聯(lián)201帽子結(jié)構(gòu):m7GpppNm（一）大部分真核細(xì)胞mRNA的5'末端都以7-甲基鳥(niǎo)嘌呤-三磷酸核苷為起始結(jié)構(gòu)mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白(capbindingprotein，CBP)結(jié)合。帽子結(jié)構(gòu):m7GpppNm（一）大部分真核細(xì)胞mRNA的5'202加帽過(guò)程加帽過(guò)程203真核生物的mRNA的3-末端轉(zhuǎn)錄后加上一段長(zhǎng)短不一的聚腺苷酸。（二）在真核生物mRNA的3'末端有多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)真核生物的mRNA的3-末端轉(zhuǎn)錄后加上一段長(zhǎng)短不一的聚腺204加尾過(guò)程加尾過(guò)程205mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能206（三）mRNA依照自身的堿基順序指導(dǎo)蛋白質(zhì)氨基酸順序的合成從mRNA分子5'末端起的第一個(gè)AUG開(kāi)始，每3個(gè)核苷酸為一組稱為密碼子(codon)或三聯(lián)體密碼(tripletcode)。AUG被稱為起始密碼子；決定肽鏈終止的密碼子則稱為終止密碼子。位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為開(kāi)放閱讀框(openreadingframe,ORF)，決定了多肽鏈的氨基酸序列。（三）mRNA依照自身的堿基順序指導(dǎo)蛋白質(zhì)氨基酸順序的合成從207（四）mRNA的成熟過(guò)程是hnRNA的剪接過(guò)程卵清蛋白mRNA的成熟（四）mRNA的成熟過(guò)程是hnRNA的剪接過(guò)程卵清蛋白mRN208轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74～95核苷酸組成；占細(xì)胞總RNA的15%；具有很好的穩(wěn)定性。二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合209（一）tRNA中含有多種稀有堿基（一）tRNA中含有多種稀有堿基210tRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡(hairpin)結(jié)構(gòu)。（二）tRNA具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)TψC環(huán)附加叉74-95nttRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡(ha211

NucleotidesequenceofyeasttRNAAla.

(Thisstructurewasdeducedin1965byRobertW.Holleyandhiscolleagues)TransferRNAs:Nucleotidesequenceofyeas212tRNA的倒L三級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的倒L三級(jí)結(jié)構(gòu)213tRNA的3-末端都是以CCA結(jié)尾。3-末端的A與氨基酸共價(jià)連結(jié)，tRNA成為了氨基酸的載體。不同的tRNA可以結(jié)合不同的氨基酸。（三）tRNA的3-末端連接氨基酸t(yī)RNA的3-末端都是以CCA結(jié)尾。（三）tRNA的3-214tRNA的反密碼子環(huán)上有一個(gè)由三個(gè)核苷酸構(gòu)成的反密碼子(anticodon)。tRNA上的反密碼子依照堿基互補(bǔ)的原則識(shí)別mRNA上的密碼子。（四）tRNA的反密碼子識(shí)別mRNA的密碼子tRNA的反密碼子環(huán)上有一個(gè)由三個(gè)核苷酸構(gòu)成的反密碼子(an215核蛋白體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核蛋白體蛋白結(jié)合組成核蛋白體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。三、