核酸的結構和功能

關于核酸的結構和功能第一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一核酸(nucleicacid)P60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。第二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一核酸的分類及分布90%以上分布于細胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質粒等。90%分布胞液，10%分布胞核(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型(genotype)。參與細胞內DNA遺傳信息的表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。注：生物細胞都含有DNA和RNA；病毒中只含DNA或只含RNA。第三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)核酸的分子組成TheChemicalComponent第四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一核酸的化學組成P60主要元素：C、H、O、N、P與蛋白質比較，核酸一般不含S，而P的含量較為穩(wěn)定，占9—11%實驗室中用定磷法進行核酸的定量分析。（DNA9.2%、RNA9.0%）第五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一核酸的基本組成單位是核苷酸

(nucleotide)。堿基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸。第六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一嘌呤

嘧啶

堿基腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸的結構每種核酸都含有四種堿基。第七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基第八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產物。二氫尿嘧啶（DHU）第十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一修飾堿基的簡寫符號

(為1時可以不寫)第十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

五種堿基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亞氨基的互變異構。這兩種異構體的平衡關系受介質酸堿環(huán)境的影響。在生理pH下，在生物體內，堿基多以酮式存在。

第十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一戊糖（構成RNA）核糖(ribose)（構成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)第十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一堿基和核糖（或脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷(nucleoside)

（或脫氧核苷）。第十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一修飾核苷/稀有核苷修飾核苷包括三種情況:

（1）由修飾堿基和糖組成的核苷（2）由非修飾堿基和2'-O-甲基核糖組成的核苷

（3）由堿基與糖連接方式特殊的核苷

第十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一（1）（2）二氫尿嘧啶核苷

(Am)第十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一（3）(ψ)尿嘧啶(uracil,U)第十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一取代基用下列小寫英文字母表示:甲基m乙酰基ac氨基n甲硫基ms羥基o或h硫基s異戊烯基i羧基c第十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脫氧核苷）和磷酸以酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

第十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

多磷酸核苷酸：P63NMP，NDP，NTP第二十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

a.環(huán)化核苷酸:

核糖3’-,5’-成環(huán)。

cAMP，cGMP體內重要的游離核苷酸及其衍生物功能：

第二信使，激素、一些藥物、神經遞質通過其發(fā)揮生理作用。第二十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一b.多磷酸核苷酸：

指含兩個以上磷酸基的核苷酸,如ADP、ATP、GDP、GTP、UDP和UTP等.

ATP在細胞能量代謝上起著極其重要的作用。

UTP參與糖原合成作用以供給能量,

UDP有攜帶轉運葡萄糖的作用。

GDP和GTP為蛋白質生物合成的起始和延伸提供能量。AMPADPATP第二十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一c.含核苷酸的生物活性物質：

NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP;NAD+及FAD是生物氧化體系的重要組成成分，在傳遞氫原子或電子中有著重要作用。CoA作為有些酶的輔酶成分,參與糖有氧氧化及脂肪酸氧化過程。

NADP+NAD+第二十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一第二節(jié)DNA的空間結構與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第二十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一一、核酸的一級結構P64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。第二十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一5′端3′端核苷酸之間以3,5-磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA

通常把長度小于50個核苷酸構成的核苷酸鏈稱為寡核苷酸，更長的則稱為多聚核苷酸。第二十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一書寫方法第二十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

核苷酸鏈具有方向性，當表示一個核苷酸鏈時，必須注明它的方向是5′→3′

。若兩鏈反向平行，則需注明每條鏈的走向。如：

5’A-T-G-C-C-T-G-A3’

3’T-A-C-G-G-A-C-T5’一、核苷酸讀向第二十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

DNA與RNA的區(qū)別核酸堿基戊糖DNAA、G、C、T脫氧核糖RNAA、G、C、U核糖第二十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一二、DNA的二級結構——雙螺旋結構第三十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一Chargaff定則

（1950s,E.Chargaff發(fā)現(xiàn)）p64DNA堿基組成符合：A=T；G=C；

A+G=T+C。物種不同，DNA堿基組成不同；物種親緣愈接近，堿基組成也愈接近，該比率越相近似。Ⅲ.同一生物體的不同組織的DNA的堿基組成相同;沒有器官和組織的特異性，年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響DNA的堿基組成。提出DNA雙螺旋結構模型的根據

第三十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一（一）DNA雙螺旋結構的研究背景

堿基組成分析Chargaff規(guī)則：[A]=[T][G]=[C]

堿基的理化數據分析A-T、G-C以氫鍵配對較合理DNA纖維的X-線衍射圖譜分析第三十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一已知的核酸化學數據p661個堿基對

(bp)第三十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一（二）DNA雙螺旋結構模型要點1.兩條鏈反向平行，圍繞同一中心軸構成右手雙螺旋(doublehelix)。螺旋直徑2nm，表面有大溝和小溝。2.磷酸-脫氧核糖骨架位于螺旋外側(骨架），堿基垂直于螺旋軸而伸入內側（側鏈）。每圈螺旋含10個堿基對

(bp)，螺距為3.4nm。第三十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行第三十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一3.兩條鏈通過堿基間的氫鍵相連，A對T有兩個氫鍵，C對G有三個氫鍵，這種A-T、C-G配對的規(guī)律，稱為堿基互補規(guī)則。4.維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：橫向為氫鍵，縱向為堿基間的堆積力。第三十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一堿基互補配對TAGC第三十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一（三）DNA雙螺旋結構的多樣性Z型DNAB型DNAA型DNA體外脫水CG間隔排列區(qū)段正常生理條件下第三十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一H-DNA:三條鏈局部螺旋第三十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一三、DNA的超螺旋結構及其在染色質中的組裝（一）DNA的超螺旋結構P68超螺旋結構(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結構。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同

負超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反

第四十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一意義DNA超螺旋結構整體或局部的拓撲學變化及其調控對于DNA復制和RNA轉錄過程具有關鍵作用。(如負超螺旋分子所受張力會引起互補鏈分開導致局部變性，利于復制和轉錄。)第四十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一第四十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一（三）DNA在真核生物細胞核內的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質構成，其基本單位是核小體(nucleosome)。P69核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4第四十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一串珠狀核小體結構第四十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一串珠狀核小體DNA雙螺旋片段染色質纖維伸展形染色質片段密集形染色質片段整個染色體第四十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一核小體螺線管真核生物染色體DNA組裝第四十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復制和轉錄的模板。它是生命遺傳的物質基礎，也是個體生命活動的信息基礎?；驈慕Y構上定義，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。第四十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一肺炎雙球菌的轉化實驗OswaldAvery(1944)第四十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

實驗二，噬菌體的標記實驗第四十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

第五十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

第五十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

第五十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)

RNA的結構與功能StructureandFunctionofRNA第五十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一RNA的結構與功能組成：4種核苷酸（AUGC），有稀有堿基；連接：3,5-磷酸二酯鍵形成：一般以DNA為模板合成，有例外。結構：RNA主要是單鏈結構，局部可卷曲形成雙鏈螺旋結構，或稱發(fā)夾結構。堿基氫鍵配對A＝U，G≡C。

DNARNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU

不含稀有堿基含稀有堿基雙鏈單鏈，局部雙鏈RNA與DNA的差異第五十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一動物細胞內主要RNA的種類及功能第五十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一一、信使RNA的結構與功能hnRNA內含子(intron)mRNA*mRNA成熟過程

外顯子(exon)第五十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一*mRNA結構特點1.大多數真核mRNA的5′末端均在轉錄后加上一個7-甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的C′2也是甲基化，形成帽子結構：m7GpppNm-。2.大多數真核mRNA的3′末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結構，稱為多聚A尾。第五十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一帽子結構第五十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一加速翻譯起始的調控mRNA的穩(wěn)定性維系mRNA核內向胞質的轉位帽子結構和多聚A尾的功能mRNA的功能：作為蛋白質合成的模板。第五十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一特點：含量少：占細胞內RNA的2%-5%種類多：可達105種。不同的基因表達不同的mRNA.壽命短：半衰期1.5分鐘大小差異大第六十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一*

tRNA的一級結構特點含稀有堿基較多

3′末端為—CCA-OH5′末端大多數為G

由73~93個核苷酸組成二、轉運RNA的結構與功能第六十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

稀有堿基第六十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一*tRNA的二級結構——三葉草形氨基酸臂額外環(huán)第六十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一第六十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一*tRNA的三級結構——倒L形*tRNA的功能活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質的翻譯。第六十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一*rRNA的結構三、核蛋白體RNA的結構與功能*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質生物合成的場所。

約占全部RNA的80%，含量最多。與多種蛋白質結合成核糖體。第六十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一核糖體的組成原核生物真核生物小亞基30S40SrRNA16S18S蛋白質21種33種大亞基50S60SrRNA23S5S28S5.8S5S蛋白質33種49種核糖體70S80S第六十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一特點：含量多：占細胞內RNA的80%-85%種類少：壽命短：更新慢、壽命長第六十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一四、其他小分子RNA及RNA組學除了上述三種RNA外，細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)。

snmRNAs第六十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一snmRNAs的種類核內小RNA(snRNA)核仁小RNA(snoRNA)胞質小RNA(scRNA)催化性小RNA小片段干擾RNA(siRNA)snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的轉錄后加工和轉運以及基因表達過程的調控等。第七十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一是研究細胞中snmRNAs的種類、結構和功能的科學。同一生物體內不同種類的細胞、同一細胞在不同時間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達具有時間和空間特異性。RNA組學(RNomics)第七十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一核酸的理化性質ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)第七十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一一、核酸的一般理化性質核酸為多元酸，具有較強的酸性；DNA是線性高分子，粘度極大；在260nm波長有最大吸收峰，是由堿基的共軛雙鍵決定的。這一特性常用作核酸的定性、定量分析。第七十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一一般理化性質兩性電解質核酸含酸性的磷酸基團，又含弱堿性的堿基，為兩性電解質，可發(fā)生兩性解離；溶解性DNA白色纖維狀固體，RNA白色粉末狀固體，都微溶于水，不溶于一般有機試劑（乙醇沉淀核酸），鈉鹽易溶于水。粘度高一般DNA比RNA粘度高。水解性可被酸、堿或酶水解，DNA比RNA對稀堿穩(wěn)定。RNA的等電點比DNA低的原因，RNA分子中核糖基2′-OH通過氫鍵促進了磷酸基上質子的解離，DNA沒有這種作用第七十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一第七十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當于50g/ml雙鏈DNA40g/ml單鏈DNA（或RNA）20g/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0OD260的應用第七十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。變性因素：過量酸，堿，加熱等。變性后理化性質的主要改變：OD260增高 粘度下降第七十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一DNA變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂第七十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一DNA的紫外吸收光譜增色效應：DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象。第七十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一

Tm：使雙鏈DNA解鏈度達到50%時所需的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。P73其大小與G+C含量成正比。第八十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期一三、DNA的復性與分子雜交

DNA復性(renaturation)的定義P73在適當條件下，變性DNA的兩條互補鏈可恢復天然的雙螺旋構象，這一現(xiàn)象稱為復性。減色效應DNA復性時，其溶液OD260降低。熱變性的DNA