生物化學(xué)與分子生物學(xué)-核酸結(jié)構(gòu)功能

StructureandFunctionofNucleic核酸(nucleic第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及一級**第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與**第三節(jié)RNA的空間結(jié)構(gòu)與**第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)第五節(jié)核酸酶1868年FridrichMiescher1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳1990 啟動人 1994 2001年美英等國完成人 acid,DNA)(ribonucleicacid,

的與表達(dá)。某些TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid

核酸(DNA和 DNA的組成單位是脫氧核糖核苷酸RNA的組成單位是核糖核苷酸（ribonucleotide）

NN 789789

ON 5 3NN

OOO

OC

+酮 烯醇2NH2

N

+亞氨 氨O(jiān)O O3′O3′2′4′ 1′

O

O

糖苷

反式脫氧腺

順式脫氧腺

9 HH

H H 9 HO CH HH HH

O O

5′-磷酯

NN -

脫氧腺嘌呤核

N

NN dinucleotide,NAD+），AGCUAAGCT二、A是脫氧核苷酸通過35磷酸二酯鍵5的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)。多個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷CAG5′

O

DNA鏈的方向是5→交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨

O

3′,5′

O OHOHH H 3′三、RNA也是具有35-磷酸二酯鍵鍵連接形成的線性大分子，也具有5→3方構(gòu)成RNA的四種基本核苷酸是AMP、GMPCAGCAG核酸中核苷酸的排由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所A

5

OH5ACTGCT3ACTGC單鏈DNA和RNA分子的大小常用核苷酸數(shù)目（nucleotide，nt）表示；雙鏈核酸分子的大小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的FunctionofDNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級結(jié)構(gòu)一、DNA的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基Chargaff [A]=[T]，[G]=獲得了高質(zhì)量的DNA分子的X射線衍 （二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要兩條多聚核苷酸鏈在空間的 呈反向平行(anti-兩條鏈圍繞著同一個螺旋軸形成右手螺旋(right-脫氧核糖和磷酸基團(tuán)組成的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個大溝(majorgroove)和一個小溝(minorgroove)。 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的示意 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的俯視DNA的兩條鏈則互為互補(bǔ) 鳥嘌呤/胞嘧 ，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力(basestackinginteraction)。（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣（四）DNA的多鏈結(jié)在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被質(zhì)子化，可與鳥嘌呤的N-7原子形成氫鍵；同時，胞嘧啶的N-4的氫原子也可與鳥嘌呤的O-6形成氫鍵，Hoogsteen氫鍵，不破壞Watson-Crick氫鍵，H NGGGNGGGG N N HG-四鏈GTTTGTGTTTGTGGTTT T二、DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)原核生物DNA多為環(huán)狀的雙螺旋分子，以真核生物DNA以非常有序的形式存在于細(xì)胞在細(xì)胞周期的大部分時間里，DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細(xì)胞期，則

H4DNA 11115.5雙鏈第一層次折核小體構(gòu)截面第二層次截面30染色質(zhì)纖維30第三層次折第三層次折300染色質(zhì)纖300第四層次折1.4核基1.4形成截面 端粒 三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基是生物遺傳信息的載體，并為 供了模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是生 是攜帶遺傳信息的片段，它們的序列信息意義及其在整個分子上的排布特點(diǎn)將在第十三章詳具有高度穩(wěn)定性的特點(diǎn)，用來保持生物體系遺傳又表現(xiàn)出高度復(fù)雜性的特點(diǎn)，它可以發(fā)生各種重組和突變，適應(yīng)環(huán)境的變遷，為RNA的結(jié)構(gòu)與功StructureandFunctionof核糖體轉(zhuǎn)運(yùn)微胞質(zhì)小核小參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)核仁小rRNA的加工和修線粒體核糖體mt線粒體信使mt線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)mt一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模信使RNA(messengerRNA,mRNA)是細(xì)胞內(nèi)合生物體內(nèi)mRNA的豐度最小、種類最多、大小 mRNA的初級產(chǎn)物為不均一核RNA(hnRNA)， (intron)

(exon)5'非翻

編碼

3'非翻譯Atail)結(jié)構(gòu)。真核生物mRNA的5-端有特殊帽結(jié)

N N

3' mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白(cap 真核生物mRNA的3末端有多聚腺苷酸結(jié)合蛋白（poly(A)-bindingprotein，mRNA堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸從mRNA分子5末端起的第一個AUG開始，每個核苷酸為一組稱為子(codon)。位于起始子和終止子之間的核苷酸序列稱為開放閱讀框(openreadingframe,ORF)，決定了多肽鏈的氨基酸序列。在mRNA region，UTR），即5-二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈tRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或 tRNA的3-末端為tRNA。 C

上有反密碼 過堿基互補(bǔ)識別mRNA上的 子。

AUUA 子核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細(xì)胞rRNA與核糖體蛋白結(jié)合組成核糖體原核生物（以大腸桿菌為例真核生物（以小鼠肝為例小亞1542個核苷1874個核苷蛋白21占總重量的33占總重量的大亞2940個核苷4718個核苷120個核苷160個核苷120個核苷蛋白31占總重量的49占總重量的23S 5S50Slarge

3170S

30Ssmall

16S2118SrRNA 表達(dá)的調(diào)非編碼RNA（Non-codingRNA,ncRNA）長鏈非編碼RNA（long 短鏈（?。┓蔷幋aRNA（smallnon-codingRNA,有的lncRNA能使沉默，有的則激活的表達(dá)。non-messengerRNA） 核內(nèi)小RNA（smallnuclearRNA,snRNA）位于細(xì)胞核核仁小RNA（smallnucleolarRNAsnoRNA）：定位于胞質(zhì)小RNA（smallcytoplasmicRNA,scRNA）：存在催化性小RNA亦被稱為核酶（ribozyme）。是細(xì)胞有催化功能的一類小分子RNA，具有催化特定RNA降小干擾RNA（smallinterferingRNA，siRNA）是生物宿主對于外源侵入表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)行切割所產(chǎn)生的具有特定長度（21～23bp）和特定序列的小片段RNA。這些siRNA可以單鏈形式與外源表達(dá)的 細(xì)胞 細(xì)胞成內(nèi)質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞ThePhysicalandChemicalofNucleic一、核酸分子具 紫外吸核酸在波長260nm處有 A2601.0相當(dāng)50μg/ml雙鏈40μg/ml單鏈DNAssDNAorRNA)20μg/ml寡核苷酸DNA:A260/A280RNA:A260/A280二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過 雙鏈

部分解 雙鏈

單鏈單鏈增色效應(yīng)(hyperchromiceffect)：DNA變性

連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度相對于A260值作圖，所得的解鏈溫度(melting解鏈過程中，紫外吸光度的變化達(dá)到最大變化值的一半時所對應(yīng)三、變性的核酸可以復(fù)性或形成雜交雙