生物化學(xué)核酸的結(jié)構(gòu)與功能

關(guān)于生物化學(xué)核酸的結(jié)構(gòu)與功能第1頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五核酸的分類、分布及功能

分布于細(xì)胞核，線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等分布于胞核、胞液(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸是生物體遺傳信息的攜帶者參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)第2頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五第1節(jié)核酸的化學(xué)組成一、核酸的組成元素和組成成分元素組成C、H、O、N、P（9~10%）核酸的基本單位是核苷酸。

第3頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五（一）戊糖圖3-1核酸中戊糖的結(jié)構(gòu)第4頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五（二）堿基圖3-2核酸中主要堿基的結(jié)構(gòu)

第5頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五（三）磷酸圖3-3磷酸H3PO4的結(jié)構(gòu)第6頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五兩類核酸分子組成的異同點(diǎn)組分RNADNA磷酸磷酸戊糖核糖脫氧核糖堿基嘌呤AG嘧啶UCT第7頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五二、核酸的基本組成單位——核苷酸

核苷酸：核苷與磷酸通過磷酸酯鍵相連而成的化合物圖3-4構(gòu)成核酸的8種核苷酸結(jié)構(gòu)圖第8頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五三、體內(nèi)重要的核苷酸與功能（一）多磷酸核苷?qǐng)D3-5AMP、ADP、ATP的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖第9頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五（二）環(huán)核苷酸圖3-6環(huán)化核苷酸結(jié)構(gòu)式第10頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五（三）輔酶中的核苷酸核苷酸還可通過輔酶而參與物質(zhì)代謝，如NAD+、FAD、CoA等輔酶分子中都含有腺苷酸。第11頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五第2節(jié)DNA的分子結(jié)構(gòu)與功能一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)即4種脫氧核糖核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP和dTMP）的排列順序。連接兩個(gè)核苷酸的化學(xué)鍵是3′，5′-磷酸二酯鍵。多個(gè)核苷酸借3′，5′-磷酸二酯鍵連接成多核苷酸鏈，也就是核酸。第12頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五二、DNA的空間結(jié)構(gòu)DNA“雙螺旋結(jié)構(gòu)”要點(diǎn)如下：①由兩條反相平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸形成的右手螺旋結(jié)構(gòu)。②兩條多核苷酸鏈通過堿基間的氫鍵連接，配對(duì)方式為堿基互補(bǔ)規(guī)則。③磷酸和脫氧核糖基骨架位于螺旋的外側(cè)，各堿基在螺旋的內(nèi)側(cè)。堿基平面垂直于螺旋的縱軸。(一)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)第13頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五④螺旋每旋轉(zhuǎn)一周含10個(gè)堿基對(duì)，螺旋的直徑為2nm，螺距為3.4nm。兩個(gè)相鄰堿基之間堆砌的距離為0.34nm，其旋轉(zhuǎn)的夾角為36°。⑤維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素主要是堿基對(duì)之間的氫鍵和堿基平面之間的堿基堆積力。第14頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五圖3-8DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(A)及堿基互補(bǔ)規(guī)則示意圖(B)第15頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五（二）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子在雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤曲所形成的空間構(gòu)象，稱為超螺旋結(jié)構(gòu)。圖3-9原核生物DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)模式圖（A）真核生物的核小體結(jié)構(gòu)示意圖（B）第16頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)（三級(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

第17頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過程具有關(guān)鍵作用。第18頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五1.原核生物DNA的環(huán)狀超級(jí)結(jié)構(gòu)第19頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五第20頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五天然的DNA都呈負(fù)超螺旋超螺旋的生物學(xué)意義：

使DNA高度致密從而得以壓縮容納在有限的空間內(nèi)；能夠引起結(jié)構(gòu)的改變以滿足功能上的需要。第21頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五2.真核生物DNA分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成：DNA：約200bp組蛋白：H2AH2BH3H4各2個(gè)第22頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五三、DNA的功能DNA的遺傳信息以基因的形式存在基因（gene）：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?；蚪M（genome）：一個(gè)生物的全部基因序列。第23頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五第3節(jié)RNA的分子結(jié)構(gòu)與功能RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)：

4種核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP和UMP）的排列順序。第24頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五RNA分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.分子較小，一般以單鏈形式存在，可以通過回折形成局部雙螺旋結(jié)構(gòu)；2.堿基配對(duì)原則：A與U配對(duì)，G與C配對(duì)；3.回折處不能配對(duì)的堿基膨出呈環(huán)狀（這種短的雙螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)域和環(huán)被形象稱為莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā)夾結(jié)構(gòu)）。第25頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五RNA根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和在遺傳信息的表達(dá)過程中的作用不同

可分為三類：是DNA遺傳信息的傳遞著，將DNA遺傳信息從細(xì)胞核帶到細(xì)胞質(zhì)，并作為蛋白質(zhì)合成的模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成。一、信使RNA（messengerRNA，mRNA）

第26頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：（一）含量少，種類多（約占3%，種類達(dá)105種）（二）5′端的“帽子結(jié)構(gòu)”（與蛋白質(zhì)生物合成的起始有關(guān)）（三）3′端的“尾巴結(jié)構(gòu)”（與mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)）第27頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五圖3-10真核mRNA5’端甲基化的帽子結(jié)構(gòu)第28頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transferRNA，tRNA）

tRNA是分子量最小的RNA，一般由70～90個(gè)核苷酸組成。占總RNA15%。

含有的稀有堿基：二氫尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（Ψ）、次黃嘌呤（I）、胸腺嘧啶（T）第29頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)為三葉草形結(jié)構(gòu)，包括四個(gè)雙螺旋區(qū)、三個(gè)環(huán)及一個(gè)附加叉。第30頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五tRNA分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤曲折疊而成倒“L”型，一端為氨基酸臂，另一端為反密碼環(huán)。第31頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五

tRNA的主要功能：

將轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的生物合成。一種tRNA一般只轉(zhuǎn)運(yùn)某一特定的氨基酸，但一種氨基酸可由幾種tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)。第32頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五三、核糖體RNA

（ribosomalRNA，rRNA）rRNA是細(xì)胞中含量最多的一類RNA。核糖體由大小兩個(gè)亞基組成。rRNA的主要功能：與多種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體，核糖體為蛋白質(zhì)的合成提供場所。第33頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五四、核內(nèi)小RNA和核酶核內(nèi)小RNA（smallnuclearRNA，snRNA):

真核細(xì)胞內(nèi)存在的一類堿基數(shù)小于300的小分子RNA核酶（ribozyme）:具有自身催化作用的RNA第34頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五第4節(jié)核酸的理化性質(zhì)DNA是線性高分子，粘度極大，而RNA分子遠(yuǎn)小于DNA，粘度也小很多。核酸分子中有酸性的磷酸基及含氮堿基，為兩性電解質(zhì)。因磷酸基的酸性很強(qiáng)，故核酸具有較強(qiáng)的酸性。各種核酸分子大小不同，所帶電荷也不同。一、核酸的一般性質(zhì)第35頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五二、核酸的紫外吸收性質(zhì)核酸、核苷酸、核苷都具有紫外吸收特性，最大吸收峰在260nm附近。各種堿基的紫外吸收光譜（pH7.0）第36頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五三、核酸的變性和復(fù)性核酸的變性：在某些理化因素作用下，DNA分子中互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解開變成單鏈的過程。加溫緩慢降溫（變性）（復(fù)性）第37頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五DNA的增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)，隨著解鏈程度逐漸增大，DNA的紫外吸光度值也隨之增加，這種現(xiàn)象稱為DNA的增色效應(yīng)。解鏈溫度（meltingtemperature，Tm）：紫外吸收達(dá)到最大吸收值50%時(shí)的溫度，稱熔點(diǎn)或解鏈溫度。

第38頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五DNA的復(fù)性：DNA發(fā)生熱變性后，經(jīng)緩慢降溫，如放置室溫逐漸冷卻，解開的互補(bǔ)鏈之間對(duì)應(yīng)的堿基對(duì)再次形成氫鍵，恢復(fù)完整的雙螺旋結(jié)構(gòu)。減色效應(yīng)：核酸復(fù)性時(shí)紫外吸光度值下降。退火：DNA熱變性后緩慢冷卻處理的過程。

第39頁，共43頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)52分，星期五核酸分子雜交：當(dāng)不同來源的核酸分子變性后一起復(fù)性時(shí)，只要核酸單鏈含有一定的互補(bǔ)堿基序列，即