生物化學(xué)第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能

生物化學(xué)第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能核酸核糖核酸mＲＮＡtＲＮＡrＲＮＡＤＮＡ９０％存在于細(xì)胞核內(nèi),貯存和傳遞遺傳信息。ＲＮＡ９８％存在于細(xì)胞質(zhì)中,參與蛋白質(zhì)得合成。核酸得分類與分布(ribonucleicacid,ＲＮＡ)(deoxyribonucleicacid,ＤＮＡ)脫氧核糖核酸第一節(jié)核酸得化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalponentandPrimaryStructureofNucleicAcid

核酸核苷酸

核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖

一、組成核酸得基本單位---核苷酸

(組成基本單位)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

核酸得化學(xué)組成:1、元素組成C、H、O、N、P(9~10%)2、分子組成嘌呤(purine,Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)嘧啶(pyrimidine,Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)戊糖:（組成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（組成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)DNA和RNA分子組成得區(qū)別:核糖A、G、C、URNA脫氧核糖A、G、C、TDNA堿基核糖核酸10大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流

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(ribonucleoside)。核苷:NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide):NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵多磷酸核苷酸:環(huán)化核苷酸:cAMP、cGMP,就是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中得第二信使。cAMP核苷酸衍生物:

概念:

核苷酸在核酸分子中從5′端到3′端得排列順序。5′端3′端CGA二、核酸得一級(jí)結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵:3′5′磷酸二酯鍵核酸鏈得方向就是5

→3

AGP5

PTPGPCPTPOH3

書寫方法:5

ACTGCT

3

1、核酸分子得大小常用堿基數(shù)目(對(duì))來(lái)表示。2、小得核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸。3、自然界中得DNA和RNA得長(zhǎng)度可以高達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)堿基,稱多核苷酸(鏈)。第二節(jié)DNA得空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA一、DNA得二級(jí)結(jié)構(gòu)

目錄2、37nm3、54nm10、5對(duì)堿基堿基配對(duì)規(guī)則:

[A]=

[T][G]

[C]相鄰堿基相距0、34nm每一圈10、5對(duì)堿基每一圈高度3、54nm反向平行得雙螺旋結(jié)構(gòu)(右手)5′3′3′5′氫鍵和疏水鍵共同維系DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)得穩(wěn)定堿基互補(bǔ)配對(duì):胸腺嘧啶(T)/腺嘌呤(A)堿基互補(bǔ)配對(duì):胞嘧啶(C)/鳥嘌呤(G)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)得多樣性:左手螺旋常見得右手螺旋降濕得右手螺旋二、DNA得高級(jí)結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。(一)原核生物DNA得環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀結(jié)構(gòu),以負(fù)超螺旋得形式存在,平均每200對(duì)堿基就形成一個(gè)超螺旋。(二)真核生物DNA得超螺旋結(jié)構(gòu)(高度有序和高度致密得結(jié)構(gòu))1、真核生物DNA以非常有序得形式存在于細(xì)胞核內(nèi)。2、在細(xì)胞周期得大部分時(shí)間里,DNA以松散得染色質(zhì)形式存在,在細(xì)胞分裂期則形成高度致密得染色體。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出得串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)得基本單位就是核小體(nucleosome)。

DNA染色質(zhì)得電鏡圖像:DNA:約200bp(150+60)

組蛋白:H1H2A,H2BH3H4核小體得組成:60bp150bp1、75圈八聚體真核生物得染色體:1、DNA得基本功能就是以基因得形式荷載遺傳信息,并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄得模板。她就是生命遺傳得物質(zhì)基礎(chǔ),也就是個(gè)體生命活動(dòng)得信息基礎(chǔ)。2、基因---DNA分子中特定功能得區(qū)段。三、DNA得基本生理功能第三節(jié)

RNA得結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA1、RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因得表達(dá)和表達(dá)過程得調(diào)控。2、RNA通常以單鏈得形式存在,但局部有復(fù)雜得二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。3、RNA比DNA小得多。4、RNA得種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多樣性。概述:RNA得種類、分布、功能1、信使RNA(messengerRNA,mRNA)就是合成蛋白質(zhì)得模板。

2、核內(nèi)不均一RNA(hnRNA)就是mRNA得前體,含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon),經(jīng)過剪接后成為成熟得mRNA。

3、外顯子就是氨基酸得編碼序列,內(nèi)含子就是非編碼序列。

4、種類多(105種),含量少(占2~5%),壽命短。一、mRNA得結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNAmRNA成熟過程:

外顯子(exon)1、成熟得mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非翻譯區(qū)構(gòu)成。2、5

-末端帽子結(jié)構(gòu)(cap)和3

-末端多聚A尾結(jié)構(gòu)

。3、編碼區(qū)從AUG開始,每三個(gè)核苷酸為一組編碼稱為三聯(lián)體密碼(codon)。成熟得真核生物mRNA:

大部分真核細(xì)胞mRNA得5'末端都以7-甲基鳥嘌呤-三磷酸核苷為起始結(jié)構(gòu)(一)帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppNm)帽結(jié)構(gòu)能與帽結(jié)合蛋白(CBP)結(jié)合。(二)3'末端多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)

真核生物得mRNA得3'-末端轉(zhuǎn)錄后加上一段(80---250個(gè))長(zhǎng)短不一得多聚腺苷酸(polyA)。加尾過程:1、幫助mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)2、參與翻譯起始得調(diào)控3、維系mRNA得穩(wěn)定性

帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾得功能:(三)mRN得作用指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成過程氨基酸得排列順序1、從mRNA分子5'末端起得第一個(gè)AUG開始,每3個(gè)核苷酸為一組稱為密碼子(codon)或三聯(lián)體密碼(tripletcode)。2、AUG為起始密碼子;

UAA、UAG、UGA為終止密碼子。3、位于起始密碼子和終止密碼子之間得核苷酸序列稱為開放閱讀框(ORF),決定了多肽鏈得氨基酸序列。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸得載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74～95核苷酸組成;占細(xì)胞總RNA得15%;具有很好得穩(wěn)定性。二、tRNA得結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能tRNA得局部具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)(三葉草形)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)。(一)tRNA得二級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)附加叉TψC環(huán)tRNA得倒L三級(jí)結(jié)構(gòu):tRNA得3-末端都就是以CCA結(jié)尾。3-末端得A與氨基酸共價(jià)連結(jié),tRNA作為氨基酸得載體。不同得tRNA結(jié)合不同得氨基酸。(二)tRNA得功能1、3-末端連接氨基酸t(yī)RNA反密碼子環(huán)上得反密碼子依照堿基互補(bǔ)得原則識(shí)別mRNA上得密碼子。2、反密碼子識(shí)別mRNA得密碼子核蛋白體RNA(ribosomalRNA,rRNA)就是細(xì)胞內(nèi)含量最多得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)得合成提供場(chǎng)所。三、rRNA得結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能核蛋白體得組成: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種占總重量得40%33種占總重量得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種占總重量得30%49種占總重量得35%蛋白質(zhì)合成時(shí)形成得復(fù)合體(原核生物)真核生物核糖體沒有E位核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA

snmRNAs得種類四、snmRNAs

細(xì)胞得不同部位存在許多其她種類得小分子RNA,統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。參與hnRNA得加工剪接及參與了基因表達(dá)得調(diào)控snmRNAs得功能核酸得理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)

堿基得共軛雙鍵在波長(zhǎng)260nm處有強(qiáng)烈得吸光特性,這一特性常用作核酸得定性和定量分析。一、核酸分子得紫外吸光作用1、DNA或RNA得定量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2、確定樣品中核酸得純度

純

DNA:A260/A280=1、8

純

RNA:A260/A280=2、0紫外吸收得應(yīng)用:二、DNA得變性在某些理化因素作用下,DNA雙鏈解開成兩條單鏈得過程。

定義:DNA變性得本質(zhì)就是雙鏈間氫鍵得斷裂。協(xié)同性得DNA解鏈高溫或極端得pHDNA得變性:部分變性DNA得電鏡圖像:增色效應(yīng):DNA變性時(shí)其溶液OD260增高得現(xiàn)象。DNA解鏈時(shí)得紫外吸收變化:DNA得解鏈曲線:加熱解鏈過程中,紫外吸光度達(dá)到最大值得一半時(shí)所對(duì)應(yīng)得溫度。解鏈溫度(Tm)G+C含量越高,解鏈溫度就越高。解鏈曲線得變化:三、變性核酸得復(fù)性及分子雜交1、當(dāng)變性條件緩慢地除去后,兩條解離得互補(bǔ)鏈可重新配對(duì),恢復(fù)原來(lái)得雙螺旋結(jié)構(gòu),這一現(xiàn)象稱為DNA復(fù)性(renaturation)。3、減色效