核酸的結(jié)構(gòu)與功能本

核酸的結(jié)構(gòu)與功能本第一頁，共七十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)核酸的分子組成第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)第四節(jié)核酸酶第二頁，共七十五頁，2022年，8月28日脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）－細(xì)胞核、線粒體－攜帶遺傳信息核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）

－細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核－遺傳信息表達(dá)和蛋白質(zhì)合成某些病毒攜帶遺傳信息核酸（nucleicacid，NA）p41第三頁，共七十五頁，2022年，8月28日

1928年英國FredGriffith肺炎球菌實驗

探索遺傳物質(zhì)核酸研究的歷史p41

1868年瑞士FriedrichMiescher

發(fā)現(xiàn)核酸（肺炎敗血癥）（檢到活S菌株）第四頁，共七十五頁，2022年，8月28日1944年Avery等肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗DNA功能的認(rèn)識

p41第五頁，共七十五頁，2022年，8月28日1952年Hershey、Chase噬菌體感染細(xì)菌實驗證實DNA是遺傳信息的攜帶者p41第六頁，共七十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)核酸的分子組成核酸元素組成：C、H、O、N、P（9～10％）p41第七頁，共七十五頁，2022年，8月28日核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖p41核苷酸一、核酸的基本組成單位——核苷酸（nucleotide）（nucleoside）第八頁，共七十五頁，2022年，8月28日嘌呤（purine）A（adenine）G（guanine）嘧啶（pyrimidine）C（cytosine）T（thymine）U（uracil）稀有堿基甲基化衍生物1.堿基第九頁，共七十五頁，2022年，8月28日p42—CH3—CH3OH5-甲基胞嘧啶5-羥甲基胞嘧啶假尿嘧啶核苷次黃嘌呤二氫尿嘧啶7-甲基鳥嘌呤第十頁，共七十五頁，2022年，8月28日DNA戊糖：

-D-2脫氧核糖2.戊糖RNA戊糖：

-D核糖核酸中的戊糖均為-呋喃型p42第十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日

-Ｄ-2脫氧核糖Ｈ

-Ｄ核糖p43第十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日3.核苷戊糖的C1-OH與嘧啶N1或嘌呤N9

上的-H脫水相連形成核苷戊糖的原子編號加’p43第十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日4.核苷酸核苷中戊糖的C5’-OH與磷酸縮合形成5’核苷酸（NMP）進(jìn)一步結(jié)合磷酸可形成NDP、NTPp43第十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日常見的核苷酸/脫氧核苷酸（NMP/dNMP）第十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日核苷酸可形成環(huán)化形式，參與細(xì)胞內(nèi)代謝調(diào)節(jié)和跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)p44第十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日連接方式：3’-OH和5’-磷酸形成

3’,5’-磷酸二酯鍵方向性：5’-磷酸末端（頭端）

3’-OH末端（尾端）習(xí)慣書寫：按5’3’方向二、多核苷酸的連接及表示方式p45第十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日p45第十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)（primarystructure）：核酸分子的核苷酸序列。二級結(jié)構(gòu)（secondarystructure）：核酸中規(guī)則、穩(wěn)定的局部空間結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）：在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步形成高級結(jié)構(gòu)，如超螺旋結(jié)構(gòu)。p45第十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日一、核酸的一級結(jié)構(gòu)遺傳信息儲存于DNA分子的核苷酸排列順序，也就是堿基序列。2003年4月14日，美、英、法、日、意、中同時宣布：人類30億堿基DNA序列已測定出來p45第二十頁，共七十五頁，2022年，8月28日DNA分子攜帶2類遺傳信息：1.有功能活性的序列可通過轉(zhuǎn)錄指導(dǎo)RNA的合成，其中

mRNA可指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成2.調(diào)控序列能被蛋白質(zhì)分子識別和結(jié)合，調(diào)控基因的表達(dá)p45第二十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日DNA的甲基化DNA分子中，某些堿基可以通過加上一個甲基而被修飾，稱為DNA的甲基化。原核生物：對酶切位點修飾，防止DNA被降解真核生物：通常發(fā)生在CG二核苷酸序列的C上，調(diào)控基因表達(dá)（多抑制基因表達(dá)）意義：“CG島”：基因組中存在的成簇、穩(wěn)定的CG重復(fù)序列，其特征：①CG含量高；②大部分非甲基化；③位于多數(shù)管家基因5’端調(diào)控區(qū)第二十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日雙螺旋(doublehelix)結(jié)構(gòu)模型1953年，JamesWatson&FrancisCrick二、DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能p46（一）DNA的二級結(jié)構(gòu)第二十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究基礎(chǔ)Chargaff規(guī)則1.A=T，G=C2.不同種屬的DNA堿基組成不同3.同一個體不同器官組織的堿基組成相同F(xiàn)ranklin&Wilkins的X線衍射圖譜顯示DNA是螺旋形分子p46第二十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日

①DNA分子是由兩條多核苷酸單鏈以相反的方向互相纏繞形成的右手螺旋結(jié)構(gòu)；雙螺旋表面有大溝和小溝。2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點：p46第二十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日大溝小溝p46第二十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日②

雙螺旋的直徑為2.4nm，每個螺旋含10.5個堿基對，高度約3.54nm；親水的糖-磷酸骨架位于螺旋外側(cè)；疏水的堿基位于螺旋內(nèi)側(cè)，堿基平面與螺旋長軸垂直。p46第二十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日p463.54nm1.2nm第二十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日③

兩條鏈通過堿基間的氫鍵連接，遵從堿基互補配對原則，即：A-T（形成兩個氫鍵）G-C（形成三個氫鍵）。p46第二十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日④

維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素為氫鍵和堿基堆積力（即疏水作用）。p46第三十頁，共七十五頁，2022年，8月28日第三十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)具有多樣性

螺距（nm）殘基數(shù)直徑（nm）螺旋方向

A型(75%,Na)2.86112.3右旋B型(92%,Na)3.5410.52.4

右旋C型(66%,Li)3.089.331.9右旋D/Rhybrid2.558.5Z型4.0121.8左旋（解鏈和調(diào)控）p47第三十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日ABZ表面結(jié)構(gòu)的變化對DNA與蛋白質(zhì)的相互作用有重要意義第三十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日4.DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)三鏈結(jié)構(gòu)：T*A/T配對，C+*G/C配對“*”為Hoogsteen氫鍵四鏈結(jié)構(gòu)：真核生物線性DNA3’-端GT重復(fù)序列的G間以“*”氫鍵連接p48第三十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日DNA在細(xì)胞內(nèi)以雙螺旋為基礎(chǔ)進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)折疊形成超螺旋結(jié)構(gòu)（supercoiledstructure），稱為DNA三級結(jié)構(gòu)。*雙螺旋繞數(shù)減少引起的稱負(fù)超螺旋*雙螺旋繞數(shù)增加引起的稱正超螺旋（二）DNA的三級結(jié)構(gòu)——超螺旋結(jié)構(gòu)p49超螺旋意義：①體積壓縮②影響雙螺旋的解鏈程序及與其它分子的作用第三十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日雙螺旋旋轉(zhuǎn)過度，通過整體左旋來解去過度的螺旋正超螺旋

左旋負(fù)超螺旋

右旋雙螺旋右旋不足，部分堿基不能配對,通過整體右旋補足第三十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日松弛型超螺旋部分解鏈閉環(huán)DNA：都以負(fù)超螺旋形式存在常見于細(xì)菌質(zhì)粒、某些病毒、線粒體DNA等p50第三十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日真核生物線性DNA：形成核小體是常見的三級結(jié)構(gòu)形式p50第三十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日核小體:10nm×6nm，盤狀小顆粒，由核小體核心和連接區(qū)組成核小體核心：

組蛋白H2A、H2B、H3、H4各2

分子組成的八聚體，表面繞有146堿基對（basepair,bp),3

以1-圈DNA正超螺旋組成

4連接區(qū)：

組蛋白H1和約20-80bpDNA鏈連結(jié)p50第三十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日

核小體彼此相連成串珠狀染色質(zhì)細(xì)絲，進(jìn)一步螺旋化形成中空的線圈狀螺線管，每圈螺旋由6個核小體組成，即染色質(zhì)纖維。再進(jìn)一步盤曲、折疊形成染色單體。p50第四十頁，共七十五頁，2022年，8月28日第四十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日三、RNA的結(jié)構(gòu)和功能RNA的結(jié)構(gòu)特點：①基本單位：4種核糖核苷酸，含稀有堿基②基本結(jié)構(gòu)鍵：3’,5’-磷酸二酯鍵③二級結(jié)構(gòu)：單鏈，有局部雙螺旋（發(fā)夾結(jié)構(gòu)）④遵循堿基配對原則U-A、C-G配對，但不嚴(yán)格，存在U-G⑤分子?。簬资畘2萬個NMPp51第四十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日RNA的骨架結(jié)構(gòu)第四十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日按RNA的結(jié)構(gòu)和功能不同分類：*

信使RNA（mRNA）*轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）*核糖體RNA（rRNA）*核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）*核小RNA（snRNA）p52第四十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日（一）信使RNA

從DNA轉(zhuǎn)錄遺傳信息，可作為蛋白質(zhì)生物合成的模板的RNA稱為信使RNA（messengerRNA,mRNA）。含量最少（1~5%）；種類最多（幾萬種）；大小差異大（500-20000個base）；壽命短。p52第四十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日1.真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的特點（1）5’-末端有帽子（cap）結(jié)構(gòu)：m7Gppp

轉(zhuǎn)錄后加的，同時第2、3位核苷酸的2’-OH也被甲基化。意義：保護(hù)和促進(jìn)翻譯的作用。N2N3N4p53第四十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日（2）3’-末端有多聚腺苷酸的尾（polyAtail)20-200個核苷酸，轉(zhuǎn)錄后無模板添加。

意義：維持mRNA的穩(wěn)定性和翻譯模板活性。（3）分子中可能有修飾堿基：如m6Ap53第四十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日（4）分子中有編碼區(qū)/可讀框（openreadingframe,ORF）和非編碼區(qū)/非翻譯區(qū)（untranslatedregion,UTR）：

5’端UTR：有翻譯信號

3’端UTR：有時富AU序列，可能與mRNA不穩(wěn)定有關(guān)p53第四十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日2.原核生物mRNA結(jié)構(gòu)的特點（1）多順反子即1分子mRNA編碼幾種蛋白質(zhì)；兩端有

UTR，編碼序列之間有間隔序列，可被核糖體識別、結(jié)合（2）5’端無帽子結(jié)構(gòu)，3’端無多聚腺苷酸尾（3）一般無修飾堿基p53第四十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日（二）轉(zhuǎn)運RNA轉(zhuǎn)運RNA（transferRNA,tRNA）的作用是在蛋白質(zhì)合成過程中按照mRNA指定的順序?qū)被徇\送到核糖體進(jìn)行肽鏈的合成。p53第五十頁，共七十五頁，2022年，8月28日（1）占15%左右，分子量最小（73-93核苷酸）（2）含較多稀有堿基：（7-15個/分子）多為堿基的甲基化產(chǎn)物。意義：

*防止堿基對形成，易與其他分子反應(yīng)；

*增加疏水性，便于結(jié)合酶及核糖體tRNA的共同特征：p53第五十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日第五十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日G（3）5’末端多為pG，3’-末端都是-CCAp53第五十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日（4）

tRNA的二級結(jié)構(gòu)形狀類似于三葉草4個環(huán)，4個臂p54第五十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日*

與5SrRNA結(jié)合*真核起始tRNA為

AΨCG或AUCGp54第五十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日（5）tRNA的三級結(jié)構(gòu)呈倒L型維持三級結(jié)構(gòu)的力量：氫鍵、堿基堆積力、非標(biāo)準(zhǔn)配對、核糖2’羥基形成的氫鍵p54第五十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日

含量最多，約占RNA總量80%；有特定二級結(jié)構(gòu)，也可形成三級結(jié)構(gòu)。（三）核糖體RNA

核糖體RNA（ribosomalRNA,rRNA）與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體（ribosome），是蛋白質(zhì)合成的場所，起“裝配機”的作用。p54第五十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日原核生物16SrRNA的二級結(jié)構(gòu)第五十八頁，共七十五頁，2022年，8月28日34種50種p54第五十九頁，共七十五頁，2022年，8月28日（四）細(xì)胞內(nèi)其他RNA1.具有催化活性的RNAP551982年，Cech等，原生動物四膜蟲26SrRNA的剪接成熟過程在沒有蛋白質(zhì)（酶）的條件下可進(jìn)行自我剪接。這種有催化作用的RNA被稱為核酶（ribozyme）。第六十頁，共七十五頁，2022年，8月28日p55

（1）長鏈非編碼RNA（lncRNA）：＞200nt2.其他非編碼RNA（non-codingRNA，ncRNA）

結(jié)構(gòu)類似mRNA但無可讀框在轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后等水平調(diào)控基因表達(dá)參與分化發(fā)育、物質(zhì)代謝及腫瘤、神經(jīng)疾病發(fā)生等第六十一頁，共七十五頁，2022年，8月28日

核小RNA（snRNA）：U1，2，4，5，6

核質(zhì)，參與mRNA剪接核仁小RNA（snoRNA）：U16，24

核仁，參與rRNA前體的甲基化質(zhì)內(nèi)小RNA（scRNA）：胞質(zhì)，參與形成信號識別顆粒，引導(dǎo)含信號肽的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微小RNA（miRNA）小干擾RNA（siRNA）（2）短鏈（?。┓蔷幋aRNA（sncRNA）：＜200ntp55第六十二頁，共七十五頁，2022年，8月28日特點miRNAsiRNA前體內(nèi)源性發(fā)夾結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物內(nèi)源或外源雙鏈RNA（dsRNA）誘導(dǎo)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)22nt左右的單鏈分子22nt左右的雙鏈分子加工酶Dicer或類似Dicer的酶復(fù)合體Dicer功能與蛋白質(zhì)組成RISC，抑制翻譯與蛋白質(zhì)組成RISC，降解mRNA（RNAi）作用位點mRNA的3’-UTRmRNA的任何部位靶mRNA結(jié)合不需完全互補需完全互補生物學(xué)效應(yīng)調(diào)控分化發(fā)育過程抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染p56第六十三頁，共七十五頁，2022年，8月28日一、核酸的一般理化性質(zhì)

第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)p57

核酸為兩性電解質(zhì)，含酸性的磷酸基及含氮堿基，酸性較強，酸性條件下穩(wěn)定核酸屬大分子，粘度大核酸提取困難：

DNA易斷裂，RNA易被降解第六十四頁，共七十五頁，2022年，8月28日

堿基含共軛雙鍵，有吸收紫外線的性質(zhì)，最大吸收峰在260nm處，可進(jìn)行定性、定量分析。二、紫外吸收p57第六十五頁，共七十五頁，2022年，8月28日50μg雙鏈DNA40μgRNA33μg單鏈DNAA260=1.0相當(dāng)于：紫外吸收的應(yīng)用1.核酸的定量2.判斷核酸樣品的純度純DNA：A260/A280=1.8純RNA：A260/A280=2.0p57第六十六頁，共七十五頁，2022年，8月28日三、核酸的變性、復(fù)性和雜交*DNA雙鏈堿基之間的氫鍵屬次級鍵，易被破壞*氫鍵的形成是自由能降低的過程，可自發(fā)形成DNA變性和復(fù)性的基礎(chǔ)：p57第六十七頁，共七十五頁，2022年，8月28日

維持DNA雙螺旋穩(wěn)定的堿基堆積力和氫鍵被破壞，導(dǎo)致D