核酸的結(jié)構(gòu)與功能講座

煩惱有何懼怕，既然躲不掉，就調(diào)好心態(tài)與它共存。心向陽(yáng)光，何懼風(fēng)霜。

茫茫人海你我相遇就是緣分，歡迎下載！第二章

核酸的結(jié)構(gòu)與功能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(DNA)(RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過復(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第一節(jié)核酸的化學(xué)組成以及一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖磷酸(phosphate)堿基是含氮的雜環(huán)化合物。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤鳥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

嘌呤(Pu)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)

嘧啶(Py)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)堿基的互變異構(gòu)體

（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)戊糖嘌呤N-9或嘧啶N-1與核糖C-1通過β-N-糖苷鍵相連形成核苷。NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵1′1核苷9、人的價(jià)值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:33:22PM11、人總是珍惜為得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請(qǐng)。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯(cuò)的事來(lái)懲罰自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、一個(gè)人炫耀什么，說(shuō)明他內(nèi)心缺少什么。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/32023/2/303February202317、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸或脫氧核苷酸。NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵核苷酸多磷酸核苷酸環(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核苷酸衍生物二、DNA是脫氧核苷酸通過3,5-磷酸二酯鍵連接形成的大分子

核苷酸的連接方式是3’,5’-磷酸二酯鍵，即一個(gè)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。5′端3′端CANH2NNOPOHHOOOH3COOHPHOOOH3COOHNH2NNNN磷酸二酯鍵5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵三、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3,5-磷酸二酯鍵連接形成的線性大分子，也具有5→3方向性;RNA的戊糖是核糖；

RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。構(gòu)成RNA的四種基本核苷酸是AMP、GMP、CMP和UMP。四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序

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。單鏈DNA和RNA分子的大小常用核苷酸數(shù)目（nt）表示；雙鏈核酸分子的大小常用堿基(bp或kbp)數(shù)目來(lái)表示。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸。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。AGP5PTPGPCPTPOH3書寫方法：5pApCpTpGpCpT-OH

35ACTGCT

3第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間的相對(duì)位置關(guān)系。一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)不同生物種屬的DNA的堿基組成不同同一個(gè)體的不同器官或組織的DNA堿基組成相同。對(duì)于一特定組織的DNA，其堿基組分不隨年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境而變化[A]=[T]，[G]=[C]Chargaff規(guī)則（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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。（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.DNA由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成兩條多聚核苷酸鏈在空間的走向呈反向平行兩條鏈圍繞著同一個(gè)螺旋軸形成右手螺旋的結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑為2.37nm，螺距為3.54nm。2.核糖與磷酸位于外側(cè)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)的外側(cè)，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個(gè)大溝和一個(gè)小溝。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的示意圖DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的俯視圖3.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)DNA的兩條鏈則互為互補(bǔ)鏈堿基對(duì)平面與螺旋軸垂直4.堿基對(duì)的疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定相鄰兩個(gè)堿基對(duì)會(huì)有重疊，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力。堿基堆積力和互補(bǔ)堿基對(duì)的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。大溝與小溝堿基互補(bǔ)配對(duì)（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性旋向螺距(nm)堿基數(shù)（每圈）螺旋直徑（nm）骨架走行存在條件A型右手2.53112.55平滑體外脫水B型右手3.5410.42.37平滑DNA生理?xiàng)l件Z型左手4.56121.84鋸齒型CG序列三種DNA構(gòu)型的比較（四）DNA的多鏈結(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)。三鏈結(jié)構(gòu)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，因而自身形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。

正超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。

負(fù)超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。

（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)狀的雙螺旋分子

，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。（二）真核生物DNA以核小體為單位形成高度有序致密結(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)形式存在，在細(xì)胞分裂期，則形成高度致密的染色體。DNA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。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像DNA：約200bp

組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構(gòu)成核心組蛋白。雙螺旋DNA以左手超螺旋的方式繞核心顆粒1.75圈，纏繞在核心組蛋白表面，構(gòu)成核心顆粒。核心顆粒和連接區(qū)DNA(約60bp)及附著在連接區(qū)DNA上的組蛋白H1構(gòu)成核小體。2021/8/1237雙鏈DNA的折疊和組裝2021/8/1238DNA經(jīng)過多次折疊，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)。2021/8/1239真核生物的染色體兩個(gè)功能區(qū)端粒:染色體末端膨大的粒狀結(jié)構(gòu)，由染色體末端DNA（端粒DNA）與DNA結(jié)合蛋白構(gòu)成。與染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、完整性以及衰老和腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。著絲粒:兩個(gè)染色單體的連接位點(diǎn)，富含A、T序列。細(xì)胞分裂時(shí)，著絲?？煞珠_使染色體均等有序地進(jìn)入子代細(xì)胞。三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA是生物遺傳信息的載體，并為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄提供了模板。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)?；蚴菙y帶遺傳信息的DNA片段。DNA具有高度穩(wěn)定性的特點(diǎn)，用來(lái)保持生物體系遺傳的相對(duì)穩(wěn)定性。同時(shí)，DNA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，為自然選擇提供機(jī)會(huì)。

第三節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過程的調(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。動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要的RNA種類及功能RNA種類縮寫細(xì)胞內(nèi)位置功能核糖體RNArRNA細(xì)胞質(zhì)核糖體組成成分信使RNAmRNA細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)RNAtRNA細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸微RNAmicroRNA細(xì)胞質(zhì)翻譯調(diào)控胞質(zhì)小RNAscRNA/7SL-RNA細(xì)胞質(zhì)信號(hào)肽識(shí)別體的組成成分不均一核RNAhnRNA細(xì)胞核成熟mRNA的前體核小RNAsnRNA細(xì)胞核參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)核仁小RNAsnoRNA核仁rRNA的加工和修飾線粒體核糖體RNAmtrRNA線粒體核糖體組成成分線粒體信使RNAmtmRNA線粒體蛋白質(zhì)合成模板線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)RNAmttRNA線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸2021/8/1243一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板信使RNA(mRNA)是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的模板。生物體內(nèi)mRNA的豐度最小、種類最多、大小也各不相同、壽命最短。mRNA的初級(jí)產(chǎn)物為不均一核RNA(hnRNA)，含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。hnRNA經(jīng)過剪切后成為成熟的mRNA。從AUG開始，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帽子結(jié)構(gòu):m7GpppNm1.真核生物mRNA的5-端有特殊帽結(jié)構(gòu)

mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白(CBP)結(jié)合。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。2.真核生物mRNA的3末端有多聚腺苷酸尾mRNA的多聚A尾在細(xì)胞內(nèi)與poly(A)結(jié)合蛋白（PABP）結(jié)合存在。加尾過程mRNA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3.mRNA堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列從mRNA分子5末端起的第一個(gè)AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組稱為密碼子(codon)

。位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為開放閱讀框(ORF)，決定了多肽鏈的氨基酸序列。在mRNA的開放讀框的兩側(cè)，為非翻譯序列（UTR），即5-UTR和3-UTR。二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(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。1.tRNA中含有多種稀有堿基tRNA具有局部的莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)。2.tRNA含有莖環(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tRNA的倒L三級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的3-末端為CCA結(jié)尾。3-末端的A與氨基酸以酯鍵相連生成氨基酰-tRNA

。不同的tRNA結(jié)合不同的氨基酸。3.tRNA的3-末端連接氨基酸t(yī)RNA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。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。4.tRNA的反密碼子識(shí)別mRNA的密碼子三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所核蛋白體RNA(rRNA)是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核糖體蛋白結(jié)合組成核糖體，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。核糖體的組成原核生物（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%第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)一、核酸分子具有強(qiáng)烈的紫外吸收核酸在波長(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。堿基的紫外吸收光譜DNA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。核酸的高分子性質(zhì)粘度：DNA>RNAdsDNA>ssDNA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)。二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程某些理化因素導(dǎo)致DNA雙鏈互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵發(fā)生斷裂，DNA雙鏈解離為單鏈的過程。

定義DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。協(xié)同性的DNA解鏈高溫或極端的pHDNA的變性增色效應(yīng)：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DNA的解鏈曲線連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度相對(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(Tm)解鏈曲線的變化GC含量越高，Tm越大DNA越長(zhǎng)，Tm越大溶液離子強(qiáng)度增高，Tm值增加DNA越純，相變范圍越小pH和離子強(qiáng)度不變，根據(jù)Ｇ≡Ｃ含量，則可計(jì)算DNA樣品的Tm值Tm＝69.3+0.41*(Ｇ+Ｃ)％Tm＝4*(G+C)+2*(A+T),(小于20bp)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。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，這一過程稱為退火。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。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。核酸分子雜交核酸分子復(fù)性和雜交示意圖研究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。核酸分子雜交的應(yīng)用依據(jù)底