廖第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能人衛(wèi)版

第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofNucleicAcid1868年，米歇爾首次發(fā)現(xiàn)了重要的生命物質(zhì)之一—核酸。在1869年，F(xiàn).Mischer從細(xì)胞核中分離得到一種含磷很高的強(qiáng)酸性物質(zhì)，即現(xiàn)在被稱為核酸的物質(zhì)。1944年Avery等人通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1958Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)核酸的發(fā)展史第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及一級(jí)結(jié)構(gòu)一、核酸(nucleicacid)

？

以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，起攜帶和傳遞遺傳信息的作用。脫氧核糖核酸（DNA)：攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體基因型核糖核酸（RNA)：參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可以作為遺傳信息的載體

核酸分類核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成：戊糖P堿基核苷酸DNA的組成單位是脫氧核糖核苷酸RNA的組成單位是核糖核苷酸核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位

堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)

嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)戊糖脫氧核糖核糖（構(gòu)成DNA）（構(gòu)成RNA）脫氧核苷/核苷堿基和核糖（或脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（或脫氧核苷）。糖苷鍵NNNN9OOH(H)CHHOHHHH2H1'2'OOHHHH2H1'2'OOCHOHH(H)NN1嘌呤N-9/嘧啶N-1

與脫氧核糖C-1通過β-N-糖苷鍵相連形成核苷/脫氧核苷糖苷鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸或脫氧核苷酸。核苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-OO堿基核苷核苷一磷酸(NMP)α磷酯鍵核苷二磷酸(NDP)OPO-Oβ腺苷一磷酸(AMP)腺苷二磷酸(ADP)腺苷三磷酸(ATP)PO--OOγ核苷三磷酸(NTP)AH多磷酸核苷酸環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMP含核苷酸的生物活性物質(zhì)：NAD+、NADP+、CoASH、FAD等都含有AMP

體內(nèi)重要核苷酸衍生物構(gòu)成DNA的堿基、核苷以及核苷酸堿基脫氧核苷脫氧核苷酸A脫氧腺苷脫氧腺苷一磷酸dAMPG脫氧鳥苷脫氧鳥苷一磷酸dGMPC脫氧胞苷脫氧胞苷一磷酸dCMPT脫氧胸苷脫氧胸苷一磷酸dTMP構(gòu)成RNA的堿基、核苷以及核苷酸堿基

核苷

核苷酸A

腺苷

腺苷一磷酸(AMP)G

鳥苷

鳥苷一磷酸(GMP)C

胞苷

胞苷一磷酸(CMP)U

尿苷

尿苷一磷酸(UMP)二、DNA是脫氧核苷酸通過3,5-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸3的羥基與另一個(gè)核苷酸5的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵。多個(gè)脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸，即DNA鏈。

3,5-磷酸二酯鍵5′端3′端GAC交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架

RNA

DNA書寫方法四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)脫氧PPAPCPCPTPGOHCPTPAPA5'3pApCpTpGpCpTpApApC-OH3'5'ACTGCTAAC3'5''第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間的相對(duì)位置關(guān)系。一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)JamesWatson、FrancisCrick（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)Chargaff規(guī)則:1.不同生物個(gè)體的DNA，其堿基組成不同;2.同一個(gè)體不同器官或不同組織的DNA具有相同的堿基組成;3.對(duì)于一特定的組織的DNA，其堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境而變化;4.對(duì)于一特定的生物體，A=T、G=C（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)

1.DNA由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成2.核糖與磷酸位于外側(cè)。3.DNA雙鏈間形成互補(bǔ)堿基對(duì)（堿基互補(bǔ)規(guī)則—A-T、C-G。4.維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：橫向?yàn)闅滏I，縱向?yàn)閴A基間的堆積力。（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。

正超螺旋

盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。

負(fù)超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。

向左向右松弛型正超螺旋負(fù)超螺旋（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀的雙螺旋分子

，以負(fù)超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個(gè)超螺旋形成。（二）真核生物DNA以核小體為單位形成高度有序致密結(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。在細(xì)胞周期的大部分時(shí)間里，DNA以松散的染色質(zhì)形式存在，在細(xì)胞分裂期，則形成高度致密的染色體。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成染色體形成三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)

DNA是生物遺傳信息的載體，并為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄提供了模板基因是攜帶遺傳信息的DNA片段DNA具有高度穩(wěn)定性、高度復(fù)雜性的特點(diǎn)

第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要的RNA種類及功能RNA種類縮寫細(xì)胞內(nèi)位置功能核糖體RNA

rRNA細(xì)胞質(zhì)核糖體組成成分信使RNAmRNA細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)RNAtRNA細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸微RNAmicroRNA細(xì)胞質(zhì)翻譯調(diào)控胞質(zhì)小RNAscRNA/7SL-RNA細(xì)胞質(zhì)信號(hào)肽識(shí)別體的組成成分不均一核RNAhnRNA細(xì)胞核成熟mRNA的前體核小RNAsnRNA細(xì)胞核參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)核仁小RNAsnoRNA核仁rRNA的加工和修飾線粒體核糖體RNAmtrRNA線粒體核糖體組成成分線粒體信使RNAmtmRNA線粒體蛋白質(zhì)合成模板線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)RNAmttRNA線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板信使RNA(messenger

RNA,mRNA)是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的模板。生物體內(nèi)mRNA的豐度最小、種類最多、大小也各不相同、壽命最短。mRNA的初級(jí)產(chǎn)物為不均一核RNA(hnRNA)，含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。hnRNA經(jīng)過剪切后成為成熟的mRNA。

mRNA成熟過程hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA

外顯子(exon)成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。5-末端的帽子(cap)結(jié)構(gòu)和3-末端的多聚A尾(poly-Atail)結(jié)構(gòu)。

mRNA的堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列成熟的真核生物mRNA帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能：

1.mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位2.mRNA的穩(wěn)定性維系3.翻譯起始的調(diào)控

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74～95核苷酸組成；占細(xì)胞總RNA的15%；具有很好的穩(wěn)定性。二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體tRNA中含有多種稀有堿基稀有堿基（rarebase）是指除A、G、C、U外的一些堿基。雙氫尿嘧啶假尿嘧啶核苷甲基化鳥嘌呤

tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)-三葉草型1.氨基酸臂2.DHU環(huán)3.反密碼環(huán)4.額外環(huán)5.TΨC環(huán)tRNA的3-末端為CCA結(jié)尾。3-末端的A與氨基酸以酯鍵相連生成氨基酰-tRNA

。不同的tRNA結(jié)合不同的氨基酸。

tRNA的3-末端連接氨基酸

tRNA三級(jí)結(jié)構(gòu)—倒L形核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核糖體蛋白結(jié)合組成核糖體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所核糖體的組成原核生物（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種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.8S5S4718個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%四、其他非編碼RNA參與基因表達(dá)的調(diào)控非編碼RNA（

Non-codingRNA,ncRNA）不編碼蛋白質(zhì)但具有重要生物學(xué)功能的RNA分子。ncRNA功能參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA的剪切和修飾、mRNA的穩(wěn)定和翻譯調(diào)控、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)運(yùn)、染色體的形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等細(xì)胞重要功能

第四節(jié)

核酸的理化性質(zhì)核酸在波長260nm處有強(qiáng)烈的吸收，是由堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有強(qiáng)烈的紫外吸收堿基的紫外吸收光譜

OD260的應(yīng)用：1.DNA或RNA的定量50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（RNA）20μg/ml寡核苷酸OD260=1.02.判斷核酸樣品的純度DNA純品:

OD260/OD280=1.8RNA純品:

OD260/OD280=2.0二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程某些理化因素導(dǎo)致DNA雙鏈互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵發(fā)生斷裂，DNA雙鏈解離為單鏈的過程。

定義DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。部分解鏈雙鏈DNADNA變性1.OD260增高（增色效應(yīng)）

2.粘度下降3.比旋度下降

4.浮力密度升高

5.生物活性喪失

變性后其它理化性質(zhì)變化：增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象解鏈溫度(meltingtemperature，Tm)Tm