第六章1-2 核酸

1、第六章第六章1 核酸核酸-核酸通論核酸通論核酸（核酸（nucleic acidnucleic acid）是重要的生物大）是重要的生物大分子，包括：核糖核酸（分子，包括：核糖核酸（RNARNA）和脫氧）和脫氧核糖核酸（核糖核酸（DNADNA）。）。 一、核酸化學(xué)研究史一、核酸化學(xué)研究史18691869年年 MiescherMiescher測(cè)定淋巴細(xì)胞蛋白質(zhì)組成時(shí)測(cè)定淋巴細(xì)胞蛋白質(zhì)組成時(shí), , 發(fā)發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸和鹽溶液的沉淀物現(xiàn)了不溶于稀酸和鹽溶液的沉淀物, , 并在所有并在所有細(xì)胞的核里都找到了此物質(zhì)細(xì)胞的核里都找到了此物質(zhì), , 故命名故命名“核質(zhì)核質(zhì)(Nuclein)”(Nuclein)”

2、。18791879年年 Kossel Kossel經(jīng)過經(jīng)過1010年的努力年的努力, ,闡明除蛋白質(zhì)外闡明除蛋白質(zhì)外核質(zhì)中有四種不同的組成部分核質(zhì)中有四種不同的組成部分: A,T, C : A,T, C 和和 G G。18891889年年 Altman Altman建議將建議將“核質(zhì)核質(zhì)”改名為改名為“核酸核酸(Nuclei acid)”, (Nuclei acid)”, 因?yàn)橐呀?jīng)認(rèn)識(shí)到因?yàn)橐呀?jīng)認(rèn)識(shí)到“核質(zhì)核質(zhì)” ” 乃乃“核酸核酸” ” 與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。19291929年年 Levene Levene 發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞的核酸含有一種特發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞的核酸含有一種特殊的核糖脫氧核

3、糖殊的核糖脫氧核糖, , 得出了一個(gè)錯(cuò)誤概念得出了一個(gè)錯(cuò)誤概念: : 植物核酸含核糖植物核酸含核糖, ,動(dòng)物核酸含脫氧核糖。這個(gè)錯(cuò)動(dòng)物核酸含脫氧核糖。這個(gè)錯(cuò)誤概念一直延續(xù)到誤概念一直延續(xù)到19381938年，這時(shí)方清楚年，這時(shí)方清楚RNARNA和和DNADNA的區(qū)別。的區(qū)別。LeveneLevene還提出了核酸的還提出了核酸的“磷酸核磷酸核糖糖( (堿基堿基) )磷酸磷酸”的骨架結(jié)構(gòu)的骨架結(jié)構(gòu), , 解決了解決了DNADNA分子分子的線性問題的線性問題, , 還在還在19351935年提出年提出“四核苷酸四核苷酸”, , 認(rèn)為這四種堿基的含量是一樣的。認(rèn)為這四種堿基的含量是一樣的。194419

4、44年年 AveryAvery研究肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化因子，證明研究肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化因子，證明DNADNA是細(xì)菌遺傳性狀的轉(zhuǎn)化因子。是細(xì)菌遺傳性狀的轉(zhuǎn)化因子。19501950年年 Chargaff,EChargaff,E和和Hotchkiss,R.D.Hotchkiss,R.D.采用紙層析采用紙層析法仔細(xì)分析了法仔細(xì)分析了DNADNA的組成成分的組成成分, , 得知得知A=T, A=T, G=C, A+G=C+TG=C, A+G=C+T19531953年年 Watson, CrickWatson, Crick根據(jù)根據(jù)DNADNA的的X X射線圖譜的研射線圖譜的研究結(jié)果究結(jié)果, , 提出了提出了DN

5、ADNA的雙螺旋模型的雙螺旋模型(Double (Double helix)helix)。幾星期后提出了半保留式復(fù)制模型。幾星期后提出了半保留式復(fù)制模型。19571957年年 Meselsnhe & StahlMeselsnhe & Stahl用密度梯度超離心法用密度梯度超離心法, , 證實(shí)半保留復(fù)制假說。證實(shí)半保留復(fù)制假說。19581958年年 KornbergKornberg得到高純度的得到高純度的 DNA polymerase, DNA polymerase, 這種酶需要一個(gè)模板這種酶需要一個(gè)模板DNADNA。年年 CairnsCairns將復(fù)制中的細(xì)菌將復(fù)制中的細(xì)菌DNADNA拍電鏡照

6、片。拍電鏡照片。Brenner, JacobBrenner, Jacob等人用等人用，標(biāo)記蛋標(biāo)記蛋白質(zhì)，用白質(zhì)，用標(biāo)記核酸的方法證實(shí)了一種新的標(biāo)記核酸的方法證實(shí)了一種新的RNARNA分子，命名為信使分子，命名為信使( messenger)RNA, ( messenger)RNA, 即即mRNAmRNA。年年 Holley Holley經(jīng)過經(jīng)過7 7年的努力測(cè)出酵母年的努力測(cè)出酵母Ala-Ala-tRNAtRNA序列。序列。年年 發(fā)現(xiàn)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)DNADNA限制性內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶。年年 DNADNA重組技術(shù)的建立。重組技術(shù)的建立。年年 雙脫氧雙脫氧DNADNA測(cè)序法的建立。測(cè)序法的建立。

7、年年 人類基因組計(jì)劃實(shí)施。人類基因組計(jì)劃實(shí)施。二、核酸的種類和分布二、核酸的種類和分布1.DNA1.DNA（1 1） 分布在細(xì)胞核中，與蛋白質(zhì)結(jié)分布在細(xì)胞核中，與蛋白質(zhì)結(jié)合為染色體，雙鏈線狀。合為染色體，雙鏈線狀。（2 2） 存在核區(qū)，裸露，雙鏈環(huán)狀。存在核區(qū)，裸露，雙鏈環(huán)狀。（3 3）（線粒體葉綠體）（線粒體葉綠體）裸露，雙鏈環(huán)狀。裸露，雙鏈環(huán)狀。（4 4）（染色體之外可自我復(fù)制的（染色體之外可自我復(fù)制的DNADNA）裸露，）裸露，雙鏈環(huán)狀。雙鏈環(huán)狀。（5 5） 裸露，形狀多樣。雙鏈線狀，雙鏈裸露，形狀多樣。雙鏈線狀，雙鏈環(huán)狀，單鏈線狀，單鏈環(huán)狀。環(huán)狀，單鏈線狀，單鏈環(huán)狀。2.2.（1 1）

8、核糖體）核糖體RNARNA（) ) 最多的一種最多的一種RNARNA，占總，占總RNARNA的的75-80%75-80%。（2 2）轉(zhuǎn)移）轉(zhuǎn)移RNARNA（） 分子最小的一種分子最小的一種RNARNA，占，占總總RNARNA的的15%15%。（3 3）信使）信使RNARNA（） 壽命最短的一種壽命最短的一種RNARNA，占，占總總RNARNA的的5%5%。（4 4）小分子）小分子RNARNA（） 58-300Nts,58-300Nts,分布廣，分布廣，含量少，占總含量少，占總RNARNA的的0.1-1%0.1-1%，功能多樣，如參，功能多樣，如參與與RNARNA前體加工、分泌蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、物質(zhì)運(yùn)輸

9、等。前體加工、分泌蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)取＃? 5） 結(jié)構(gòu)多樣。結(jié)構(gòu)多樣。三、核酸的功能三、核酸的功能DNADNA的功能的功能: :主要的遺傳物質(zhì)。主要的遺傳物質(zhì)。 細(xì)菌轉(zhuǎn)化作用細(xì)菌轉(zhuǎn)化作用 （transformation transformation ）肺炎球菌（肺炎球菌（pneumococcuspneumococcus） 19281928年細(xì)菌學(xué)家年細(xì)菌學(xué)家Griffith Griffith 細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn)細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn) 19441944年年AveryAvery細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 轉(zhuǎn)化作用：從一種細(xì)菌中得到轉(zhuǎn)化作用：從一種細(xì)菌中得到DNADNA通過一定途徑通過一定途徑進(jìn)入另一種細(xì)菌，從而引

10、起后者遺傳特性的改變。進(jìn)入另一種細(xì)菌，從而引起后者遺傳特性的改變。起轉(zhuǎn)化作用的物質(zhì)稱轉(zhuǎn)化因子。起轉(zhuǎn)化作用的物質(zhì)稱轉(zhuǎn)化因子。 噬菌體感染實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn) 19521952年美國(guó)年美國(guó)Hershey-Chase Hershey-Chase 噬菌體感染實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn) 35S- shell32P-DNARNARNA的功能的功能 RNA RNA分子在細(xì)胞中同時(shí)扮演著信息的媒介作用分子在細(xì)胞中同時(shí)扮演著信息的媒介作用和執(zhí)行者的作用，和執(zhí)行者的作用，mRNAmRNA為前者，為前者，rRNArRNA、tRNAtRNA和和snRNAsnRNA為后者。因此很自然的認(rèn)為生命的早期可以為后者。因此很自然的認(rèn)為生

11、命的早期可以稱為稱為。 1. 1. 遺傳密碼的中間擔(dān)體遺傳密碼的中間擔(dān)體(mRNA)(mRNA)2. 2. 核糖體的骨架結(jié)構(gòu)核糖體的骨架結(jié)構(gòu)(rRNA) (rRNA) 3. 3. 活化氨基酸的擔(dān)體活化氨基酸的擔(dān)體(tRNA)(tRNA)4. mRNA4. mRNA剪接等加工的活性成份剪接等加工的活性成份(snRNA)(snRNA)5. 5. 基因表達(dá)與細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)基因表達(dá)與細(xì)胞功能的調(diào)節(jié) 5. 5. 酶的活性成份酶的活性成份6. 6. 病毒基因組的擔(dān)體病毒基因組的擔(dān)體 核酸是由幾十個(gè)甚至幾千萬(wàn)個(gè)核酸是由幾十個(gè)甚至幾千萬(wàn)個(gè)核苷酸核苷酸聚合聚合而成的而成的具有一定空間結(jié)構(gòu)具有一定空間結(jié)構(gòu)的大分子

12、化合物。的大分子化合物。 核蛋白核蛋白 磷酸磷酸 核苷核苷 堿基堿基 戊糖戊糖 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 核酸核酸核苷酸核苷酸 第六章第六章2 2 核酸核酸-結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成一、組成一、組成 1 1堿基（堿基（basebase）：又稱含氮堿）：又稱含氮堿 （1 1）嘧啶堿（）嘧啶堿（pyrimidine, Pypyrimidine, Py） （2 2）嘌呤堿（）嘌呤堿（purine, Pupurine, Pu） 其它嘌呤（核酸的代謝產(chǎn)物）：其它嘌呤（核酸的代謝產(chǎn)物）：黃嘌呤、次黃嘌呤、尿酸等黃嘌呤、次黃嘌呤、尿酸等 （3 3）修飾堿基（）修飾堿基（modified basemodified base）也稱

13、稀有堿）也稱稀有堿基（基（minor baseminor base）: : 2 2戊糖（戊糖（pentosepentose） OHOH2CHOHHOHOHHHOHOH2CHOHHHOHHHOHOH2CHOHHOCH3OHHH-D-D-核糖核糖-D-2-D-2-脫氧核糖脫氧核糖 -D-2-O-D-2-O-甲基核糖甲基核糖3 3磷酸磷酸 （一）核苷（一）核苷（nucleosidenucleoside） 1 1核苷的結(jié)構(gòu)核苷的結(jié)構(gòu) 核苷：含核苷：含N N苷，苷，-苷苷 OHOH2CHHHbaseHOHOH二、核苷、核苷酸二、核苷、核苷酸核苷中戊糖與堿基的連接方式：核苷中戊糖與堿基的連接方式： OHO

14、H2CHHHHOHOHNNNNNH291 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 （adenosineadenosine）胞嘧啶脫氧核苷胞嘧啶脫氧核苷 （deoxycytidnedeoxycytidne）OHOH2CHHHHOHHN1NONH21OCH2HHOHHOHHNNONH2HOsyn-CytidineOCH2HHOHHOHHNNNH2HOanti-CytidineOOCH2HHOHHOHHHOsyn-AdenosineNNNNNH2OCH2HHOHHOHHHOanti-AdenosineNNNNNH2核苷核苷 核糖核苷（核苷）：核糖核苷（核苷）：A A、G G、C C、U U 脫氧核糖核苷（脫氧核苷）：

15、脫氧核糖核苷（脫氧核苷）： dAdA、dGdG、dCdC、dT dT 天然核苷：一般為反式構(gòu)象天然核苷：一般為反式構(gòu)象 2 2修飾核苷（修飾核苷（modified nucleosidemodified nucleoside）：）： 也稱稀有核苷（也稱稀有核苷（minor nucleosideminor nucleoside） 修飾核苷包括三種情況修飾核苷包括三種情況: : （1 1）由）由修飾堿基修飾堿基和糖組成的核苷和糖組成的核苷 （2 2）由非修飾堿基和）由非修飾堿基和2-O-2-O-甲基核糖甲基核糖組成的核苷組成的核苷 （3 3）由堿基與糖）由堿基與糖連接方式特殊連接方式特殊的核苷的核苷

16、 NNNNNHCH3dRN6-Methyl-dA（1）HNNHO5,6-dihydrouridineORHHH(D or hU)（2）OCH2HHOHHOCH3HHO2-O-甲基腺苷Ade(Am)NNCH3NH25-Methyl-dCOdR（3）OCH2HHOHHOHHHO (pseudouridine)HNNHOO51假尿嘧啶核苷()NNNNORW(Y)核苷NRH3CCH3(Wyosine)HNNNCORQ 核苷(Queuosine)RH2N 還有一些核苷，它們的堿基不是嘌呤環(huán)，還有一些核苷，它們的堿基不是嘌呤環(huán)，但可把它們看作是鳥苷的衍生物，如但可把它們看作是鳥苷的衍生物，如Y Y核苷、核

17、苷、Q Q核苷。核苷。 修飾核苷的簡(jiǎn)寫符號(hào)修飾核苷的簡(jiǎn)寫符號(hào) 少數(shù)修飾核苷用單字符號(hào)如少數(shù)修飾核苷用單字符號(hào)如 D D、I I；但；但大多數(shù)修飾核苷是將堿基取代基、取代位置和取大多數(shù)修飾核苷是將堿基取代基、取代位置和取代數(shù)目寫在核苷單字符號(hào)的左邊，用小寫英文字代數(shù)目寫在核苷單字符號(hào)的左邊，用小寫英文字母代表取代基。母代表取代基。 m N22取代位置核苷取代基的數(shù)目取代基取代基用下列小寫英文字母表示取代基用下列小寫英文字母表示 : :甲基甲基m m 乙?；阴；鵤c ac 氨基氨基n n 甲硫基甲硫基ms ms 羥基羥基o o或或h h 硫基硫基s s 異戊烯基異戊烯基i i 羧基羧基c c 例

18、：例：HNNORSHNNOROCH2OHs4 Uom5 U或hm5 U注意：注意：例例: 2-O-: 2-O-甲基腺苷甲基腺苷 Am Am 含修飾核糖的核苷即含修飾核糖的核苷即2-O-2-O-甲基核苷的甲基核苷的表示方法，在核苷符號(hào)的右下方注上一個(gè)小表示方法，在核苷符號(hào)的右下方注上一個(gè)小寫寫m m。（二）核苷酸（二）核苷酸（nucleotide, Ntnucleotide, Nt） 1 1核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸的結(jié)構(gòu) （1 1）（核糖）核苷酸（）（核糖）核苷酸（ribonucleotideribonucleotide）：）： 22，33，55核糖核苷酸核糖核苷酸(2(2 -AMP)-AMP)(3(

19、3 -AMP)-AMP)(5(5 -AMP)-AMP)（2 2）脫氧（核糖）核苷酸（）脫氧（核糖）核苷酸（deoxyribonucleotidedeoxyribonucleotide）33，55脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸Deoxyadenosine 3- Deoxyadenosine 3- monphosphatemonphosphate(3- dAMP)(3- dAMP)Deoxyadenosine Deoxyadenosine 5- monphosphate 5- monphosphate (5- dAMP)(5- dAMP)1 1ATPATP類的高能磷酸化合物類的高能磷酸化合物 （三）

20、核苷酸的重要衍生物（三）核苷酸的重要衍生物2 2環(huán)狀核苷酸環(huán)狀核苷酸 胞內(nèi)胞內(nèi) ATP cAMP + PPi ATP cAMP + PPi 磷酸二酯酶磷酸二酯酶 5 5 -AMP -AMP 腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶 （ACAC）3 3核苷多磷酸類核苷多磷酸類 第三節(jié)第三節(jié) 核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)v核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)：核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)：v核酸的二級(jí)結(jié)構(gòu)：核酸的二級(jí)結(jié)構(gòu)：v核酸的三級(jí)結(jié)構(gòu)：核酸的三級(jí)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)層次一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)v一級(jí)結(jié)構(gòu)為核苷酸排列順序。一級(jí)結(jié)構(gòu)為核苷酸排列順序。v連接方式：連接方式：v無分枝無分枝v方向：方向： 5 3 5 3 v糖和磷酸是多核苷酸主

21、鏈，堿基是側(cè)鏈。糖和磷酸是多核苷酸主鏈，堿基是側(cè)鏈。v堿基順序代表核苷酸順序。堿基順序代表核苷酸順序。v排列順序中儲(chǔ)藏了信息。排列順序中儲(chǔ)藏了信息。v順序測(cè)定：測(cè)定堿基的順序。順序測(cè)定：測(cè)定堿基的順序。v人類基因組人類基因組3232億堿基對(duì)。億堿基對(duì)。蛇毒蛇毒牛脾牛脾RNA分子與分子與DNA分子分子的區(qū)別只在一個(gè)羥基，的區(qū)別只在一個(gè)羥基，T vs U， 但就這點(diǎn)區(qū)但就這點(diǎn)區(qū)別，別，RNA分子的化學(xué)分子的化學(xué)性質(zhì)比性質(zhì)比DNA活潑得多?；顫姷枚?。 1.1.基因組較小，大部分為結(jié)構(gòu)基因，每個(gè)基因基因組較小，大部分為結(jié)構(gòu)基因，每個(gè)基因出現(xiàn)頻率低，很少有重復(fù)序列。出現(xiàn)頻率低，很少有重復(fù)序列。2. 2.

22、 功能相關(guān)基因串聯(lián)在一起組成操縱子，并轉(zhuǎn)功能相關(guān)基因串聯(lián)在一起組成操縱子，并轉(zhuǎn)錄在同一錄在同一 mRNAmRNA中（多順反子中（多順反子, ,乳糖操縱子乳糖操縱子Z Z編碼編碼-半乳糖苷酶；半乳糖苷酶；Y Y編碼編碼-半乳糖苷透過酶；半乳糖苷透過酶；A A編碼編碼-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶）。半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶）。3. 3. 基因連續(xù)，無內(nèi)含子?；蜻B續(xù)，無內(nèi)含子。A AB BC CD DE EF FG G1.1.重復(fù)重復(fù) 序列序列單拷貝序列單拷貝序列：只出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次。：只出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次。中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列 ：重復(fù)幾十次到幾百次。：重復(fù)幾十次到幾百次。高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列 ：

23、可重復(fù)上千次。：可重復(fù)上千次。高度重復(fù)序列一般富含高度重復(fù)序列一般富含A-TA-T或或G-CG-C，富含，富含A-TA-T的在密度梯度離心時(shí)在離心管中形的在密度梯度離心時(shí)在離心管中形成的區(qū)帶比主體成的區(qū)帶比主體DNADNA更靠近管口；富含更靠近管口；富含G-CG-C的更靠近管底，稱為的更靠近管底，稱為衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNA（satellite DNAsatellite DNA）富含富含A-TA-T富含富含G-CG-C主體主體DNADNA2. 2. 有斷裂基因：由于基因中內(nèi)含子的存在。有斷裂基因：由于基因中內(nèi)含子的存在。mRNA1 872bp內(nèi)含子（內(nèi)含子（intron)：基因中不為多肽編碼，不在

24、：基因中不為多肽編碼，不在mRNA中出現(xiàn)。中出現(xiàn)。ABCDEG7 700bpF外顯子（外顯子（exons）：為多肽編碼的基因片段。）：為多肽編碼的基因片段。例外例外：組蛋白基因：組蛋白基因(histongene)(histongene)和干擾素基因和干擾素基因(interferon gene)(interferon gene)沒有內(nèi)含子。沒有內(nèi)含子。transcription二、二、DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（一）雙螺旋模型的依據(jù)（一）雙螺旋模型的依據(jù)vChargaff DNAChargaff DNA堿基組成的等比規(guī)律。堿基組成的等比規(guī)律。vDNADNA纖維的纖維的X X射線衍射分析。射

25、線衍射分析。v堿基、核苷酸的結(jié)晶學(xué)資料和物理化學(xué)數(shù)據(jù)。堿基、核苷酸的結(jié)晶學(xué)資料和物理化學(xué)數(shù)據(jù)。（1 1）DNADNA堿基組成的定量分析堿基組成的定量分析 2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代年代chargaffchargaff規(guī)則規(guī)則 DNA DNA堿基組成有種的特異性，但沒有組織、堿基組成有種的特異性，但沒有組織、器官特異性。器官特異性。 A=T A=T；G=CG=C；A+G=T+C A+G=T+C DNADNA中的四種堿基及它們間的氫鍵中的四種堿基及它們間的氫鍵胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶鳥嘌呤鳥嘌呤腺嘌呤腺嘌呤TCAGCH3RNARNA分子中的四個(gè)堿基分子中的四個(gè)堿基（2 2） DNADNA纖維

26、的纖維的X X射線衍射分析射線衍射分析（二）（二）DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（double-helical structuredouble-helical structure） 19531953年年WatsonWatson和和CrickCrick提出了提出了DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)。 （2 2）堿基、糖、磷酸的位置。）堿基、糖、磷酸的位置。 DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)： （1 1）兩條反向平行的多核苷酸鏈，）兩條反向平行的多核苷酸鏈，右手雙螺旋。右手雙螺旋。 （4 4）雙螺旋的直徑雙螺旋的直徑(2.0nm)(2.0nm)，螺，螺距距(3.4nm)(3.4

27、nm)，堿基堆積距離，堿基堆積距離(0.34nm)(0.34nm)，堿基夾角，堿基夾角(36(36o o) )，螺旋，螺旋周堿基數(shù)周堿基數(shù)(10)(10)。 （3 3）大溝（深溝）大溝（深溝）, ,小溝（淺溝）小溝（淺溝） （5 5）堿基配對(duì)）堿基配對(duì) A-TA-T；C-GC-G（6 6）堿基的序列）堿基的序列 Watson-CrickWatson-Crick的的DNADNA雙螺旋雙螺旋（三）（三） DNA DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素（1 1）互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵）互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵 （2 2）堿基堆積力（）堿基堆積力（base-stacking forcesbase-sta

28、cking forces） （3 3）磷酸基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽(yáng)離子之間）磷酸基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽(yáng)離子之間形成的離子鍵形成的離子鍵 。（四）（四）DNADNA雙螺旋的種類雙螺旋的種類 Watson Crick DNAWatson Crick DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)（B B型型DNADNA） 當(dāng)當(dāng)DNADNA纖維纖維相對(duì)濕度相對(duì)濕度和和鹽的種類鹽的種類改變時(shí)，改變時(shí)，DNADNA的的構(gòu)象發(fā)生改變。構(gòu)象發(fā)生改變。 不同不同DNADNA纖維的空間結(jié)構(gòu)纖維的空間結(jié)構(gòu) 類型類型結(jié)晶狀態(tài)結(jié)晶狀態(tài)A ANaNa鹽，相對(duì)濕度鹽，相對(duì)濕度75%75%時(shí)結(jié)晶時(shí)結(jié)晶B BNaNa鹽，相對(duì)濕度鹽，相對(duì)濕度

29、92%92%時(shí)結(jié)晶時(shí)結(jié)晶C C鋰鹽，相對(duì)濕度鋰鹽，相對(duì)濕度66%66%時(shí)結(jié)晶時(shí)結(jié)晶A-DNAA-DNA： 與與B-DNAB-DNA相同處：相同處：與與B-DNAB-DNA不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：（1 1）螺體寬而短，直徑）螺體寬而短，直徑2.55nm2.55nm；1111個(gè)核苷酸一圈，個(gè)核苷酸一圈，螺距螺距2.46nm2.46nm。 （2 2）堿基的傾角大一些：傾角）堿基的傾角大一些：傾角1919。 A-DNAA-DNA：RNARNA分子中的雙螺旋區(qū)；分子中的雙螺旋區(qū)；DNA-RNADNA-RNA雜交分子。雜交分子。 A-DNA A-DNA和和B-DNAB-DNA之間可以相互轉(zhuǎn)換，推測(cè)在轉(zhuǎn)之間可以相互

30、轉(zhuǎn)換，推測(cè)在轉(zhuǎn)錄時(shí)，錄時(shí)，DNADNA分子發(fā)生分子發(fā)生BABA的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。 反向的兩條多核苷酸鏈，右手螺旋。反向的兩條多核苷酸鏈，右手螺旋。C C型型DNADNA的一些數(shù)據(jù)與的一些數(shù)據(jù)與B B型型DNADNA很相似。很相似。 C-DNAC-DNA：4 4DNADNA雙螺旋的研究進(jìn)展雙螺旋的研究進(jìn)展 （1 1）Z-DNA Z-DNA 1979 1979年美國(guó)年美國(guó)ARichARich等人發(fā)現(xiàn)了左旋等人發(fā)現(xiàn)了左旋DNADNA（左手（左手DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)）雙螺旋結(jié)構(gòu)）晶體晶體X-X-光衍射分析光衍射分析 d(Cd(Cp p G Gp p C Cp p G Gp p C Cp p G Gp

31、p) )Z-DNAZ-DNA的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：（1 1）螺體細(xì)而長(zhǎng)，）螺體細(xì)而長(zhǎng)，直徑直徑1.84nm1.84nm；1212個(gè)核苷酸一圈，個(gè)核苷酸一圈，螺距螺距4.56nm4.56nm。（2 2）只有小溝，）只有小溝，沒有大溝。沒有大溝。（3 3）存在順式核）存在順式核苷。苷。 Z-DNAZ-DNA的生物功能：的生物功能：Zig-zagZig-zag之字之字與基因表達(dá)、基因調(diào)控有關(guān)。與基因表達(dá)、基因調(diào)控有關(guān)。 （2 2）三螺旋）三螺旋DNA DNA 三、三、DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)vDNADNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的特定構(gòu)象就是三雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的特定構(gòu)象就是三級(jí)結(jié)構(gòu)。級(jí)結(jié)構(gòu)。是是D

32、NADNA中最常見的三級(jí)結(jié)構(gòu)。中最常見的三級(jí)結(jié)構(gòu)。v超螺旋有超螺旋有（表現(xiàn)為右手超螺旋）和（表現(xiàn)為右手超螺旋）和（表現(xiàn)為左手超螺旋）（表現(xiàn)為左手超螺旋） 。正超螺旋和負(fù)超螺旋正超螺旋和負(fù)超螺旋DNADNA雙螺旋為右旋螺旋。雙螺旋為右旋螺旋。細(xì)胞中的環(huán)狀細(xì)胞中的環(huán)狀DNADNA一般一般呈負(fù)超螺旋，即右旋呈負(fù)超螺旋，即右旋螺旋不足導(dǎo)致部分堿螺旋不足導(dǎo)致部分堿基不形成配對(duì)，分子基不形成配對(duì)，分子通過整體拓?fù)鋵W(xué)上的通過整體拓?fù)鋵W(xué)上的右旋來補(bǔ)足右旋螺旋右旋來補(bǔ)足右旋螺旋的不足，在數(shù)學(xué)上呈的不足，在數(shù)學(xué)上呈1 1：1 1，即分子整體右旋一，即分子整體右旋一圈來補(bǔ)雙螺旋上的一圈來補(bǔ)雙螺旋上的一圈不足。正超螺

33、旋為圈不足。正超螺旋為雙螺旋旋轉(zhuǎn)過度，通雙螺旋旋轉(zhuǎn)過度，通過分子整體的左旋來過分子整體的左旋來解去過度的螺旋。解去過度的螺旋。DNADNA的拓?fù)鋵W(xué)（的拓?fù)鋵W(xué)（topologytopology）性質(zhì)）性質(zhì)v連環(huán)數(shù)（連環(huán)數(shù)（linking number，L ）：纏繞次數(shù)。）：纏繞次數(shù)。v扭轉(zhuǎn)數(shù)（扭轉(zhuǎn)數(shù)（twisting number，T ）：）：Watson-Crick螺旋數(shù)。螺旋數(shù)。v超螺旋數(shù)（超螺旋數(shù)（writhing number，W）：）： L = T + Wv比連環(huán)差（比連環(huán)差（specific linking difference，）：）： 超螺旋數(shù)程度。超螺旋數(shù)程度。 =（L - L

34、0）/ L0 =（23 - 25）/ 25 = - 0.08260/10.4vDNADNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：雙鏈超螺旋：雙鏈超螺旋DNADNA轉(zhuǎn)變成松弛轉(zhuǎn)變成松弛環(huán)環(huán)DNADNA，催化一次，消除一個(gè)負(fù)超螺旋，催化一次，消除一個(gè)負(fù)超螺旋，L L值增值增加加1 1。vDNADNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：松弛環(huán)：松弛環(huán)DNADNA轉(zhuǎn)變成雙鏈超螺轉(zhuǎn)變成雙鏈超螺旋旋DNADNA，催化一次，催化一次，L L值減少值減少2 2。平均每平均每200bp的的DNA繞核小繞核小體左旋體左旋1.8圈，因此真核生圈，因此真核生物的物的DNA分子為負(fù)超螺旋。分子為負(fù)超螺旋。 RNA RNA分子一般為單鏈分子，因此容易

35、形成自由能分子一般為單鏈分子，因此容易形成自由能為最小的獨(dú)特的二級(jí)結(jié)構(gòu)為最小的獨(dú)特的二級(jí)結(jié)構(gòu), , 其雙鏈部分符合其雙鏈部分符合Watson-ClickWatson-Click雙螺旋模型。雙螺旋模型。 正因?yàn)楠?dú)特的二級(jí)結(jié)構(gòu)和多余的正因?yàn)楠?dú)特的二級(jí)結(jié)構(gòu)和多余的22羥基的存在，羥基的存在，一些一些 RNARNA分子具有自我切斷、自我連接，或切斷分子具有自我切斷、自我連接，或切斷其他核酸分子、連接其他核酸分子的活性，第一其他核酸分子、連接其他核酸分子的活性，第一個(gè)可以自我復(fù)制的分子被認(rèn)為是個(gè)可以自我復(fù)制的分子被認(rèn)為是分子。分子。 不同種類的不同種類的RNARNA結(jié)構(gòu)各不一樣。結(jié)構(gòu)各不一樣。四、四、R

36、NARNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)v原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNAmRNA結(jié)構(gòu)的共性：?jiǎn)捂溕旖Y(jié)構(gòu)的共性：?jiǎn)捂溕煺共环种?，分子?nèi)部不形成互補(bǔ)雙鏈。展不分支，分子內(nèi)部不形成互補(bǔ)雙鏈。v原核生物為多順反子原核生物為多順反子mRNAmRNA，無修飾堿基。，無修飾堿基。v真核生物為單順反子真核生物為單順反子mRNAmRNA， 5 5端有帽子結(jié)構(gòu)端有帽子結(jié)構(gòu)（ 5 5- cap- cap），），3 3端有多聚腺苷酸（端有多聚腺苷酸（3 3- -polyApolyA），有少數(shù)修飾堿基（甲基化）。），有少數(shù)修飾堿基（甲基化）。（一）（一）mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因1結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)

37、基因2結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因3轉(zhuǎn)錄終止子轉(zhuǎn)錄終止子DNA真核生物真核生物mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 啟動(dòng)子啟動(dòng)子外顯子外顯子內(nèi)含子內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄終止子轉(zhuǎn)錄終止子 真核細(xì)胞的基因順序中插入了很多不編真核細(xì)胞的基因順序中插入了很多不編碼的廢物（碼的廢物（, 或叫或叫），這些序列得到轉(zhuǎn)錄后在），這些序列得到轉(zhuǎn)錄后在mRNA成熟之前被成熟之前被除去。除去。真核生物基因是真核生物基因是()：()與與()。 真核生物真核生物mRNAmRNA的帽子結(jié)構(gòu)的帽子結(jié)構(gòu)5 5 -cap-cap：m m7 7G(5G(5 )pppNmp )pppNmp cap0: mcap0: m7 7G(5G(5 )pppNp )pppNp cap1: mcap1: m7 7G(5G(5 )pppNmpNp )pppNmpNp cap2: mcap2: m7 7G(5G(5 )pppNmpNmpNp )pppNmpNmpNp 5 5 -cap-cap的功能的功能 (1) (1) 防止防止mRNAmRNA被核酸酶降解。被核酸酶降解。(2) (2) 為為mRNAmRNA翻譯活性所必需。翻譯活性所必需。(3) (3) 與蛋白質(zhì)合成的正確起始有關(guān)。與蛋白質(zhì)合成的正確起始有關(guān)。3 3 -polyA : polyA-polyA : polyA的殘基數(shù)的殘基數(shù)2020200200個(gè)，或更多。個(gè)，或更多。polyApolyA的功