CH2核酸的結(jié)構與功能,2h

STRUCTUREANDFUNCTIONOFNUCLEICACID第二章核酸結(jié)構和功能孫達權CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!本章組成L1核酸的化學組成及一級結(jié)構L2

DNA的結(jié)構與功能L3

RNA的結(jié)構與功能L4核酸的理化性質(zhì)L5常用的核酸分離純化技術CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!重點、難點：基本概念:核苷酸

,DNA、RNA,Tm等

DNA雙螺旋結(jié)構模型的要點；mRNA、tRNA、rRNA的結(jié)構特點及功能；

DNA變性與復性等核酸重要的理化性質(zhì)及其應用。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!核酸的元素組成特點:

一般不含有S元素。含P元素較多且恒定,可用于測定核酸含量。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!存在于細胞核和線粒體分布于細胞核、細胞質(zhì)、線粒體(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過復制傳遞給下一代。是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的復制與表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體一、核酸可以分為核糖核酸及脫氧核糖核苷酸CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!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CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!1、嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!3、“稀有堿基”（tRNA中最多）5mCCH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!

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)。（三）核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵1′1AR,GR,UR,CRCH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。（四）核苷酸(ribonucleotide)1、核糖核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP2、脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMPNNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細胞信號轉(zhuǎn)導中的第二信使。cAMP4、核苷酸衍生物CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!交替的磷酸基團和戊糖構成了RNA/DNA的骨架(backbone)。核苷酸鏈的方向是5

→3CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!AGP5PTPGPCPTPOH3書寫方法5-pApCpTpGpCpT-OH35-ACTGCT-3CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!DNA的空間結(jié)構又分為二級結(jié)構(secondarystructure)和高級結(jié)構。DNA的空間結(jié)構(spatialstructure)構成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對位置關系。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!Doublehelix：Thenaturalcoiledconformationoftwoplementary,antiparallelDNAchainsbytheformationofA-TandG-Cbasepairs.CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!（二）DNA雙螺旋結(jié)構模型要點（B型）CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!相鄰兩個堿基對會有重疊，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力(basestackinginteraction)。堿基堆積力和互補堿基對的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構的穩(wěn)定。3.疏水作用力和氫鍵共同維系著DNA雙螺旋結(jié)構的穩(wěn)定。堿基堆積作用力CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!二、DNA的三級結(jié)構是超螺旋結(jié)構超螺旋結(jié)構(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)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。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!DNA超螺旋結(jié)構的電鏡圖象CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!核小體串珠樣的結(jié)構coreparticlesParticlesresultingfrommicrococcalnucleasedigestionofnucleosomes,consistingof140-bpDNAandthehistoneoctamerofanucleosome.CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!DNA的基本功能是以基因的形式負載遺傳信息，并作為基因復制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎，也是個體生命活動的信息基礎?；驈慕Y(jié)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。三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!第三節(jié)RNA的結(jié)構與功能StructureandFunctionofRNACH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!RNA的種類、分布、功能CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA2、mRNA成熟過程：

外顯子(exon)卵清蛋白mRNA的成熟CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!帽子結(jié)構:

m7GpppNmmRNA的帽結(jié)構可以與帽結(jié)合蛋白(capbindingprotein，CBP)結(jié)合。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構和多聚A尾的功能CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!轉(zhuǎn)運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70～120核苷酸組成；占細胞總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CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!*tRNA的一級結(jié)構特點含10~20%稀有堿基（最多），如DHU3′末端為-CCA-OH5′末端大多數(shù)為G

具有TCCH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!tRNA的二級結(jié)構主要特征：1.三環(huán)四臂（部分還有額外環(huán)）2.氨基酸臂3′端有CCA-OH的共有結(jié)構3.D環(huán)上有二氫尿嘧啶（D）4.反密碼環(huán)上的反密碼子與mRNA相互作用5.可變環(huán)上的核苷酸數(shù)目可以變動6.TψC環(huán)含有T和ψ7.含有修飾堿基和不變核苷酸CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!tRNA的倒L三級結(jié)構CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸18S1874個核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸120個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸160個核苷酸120個核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!四、小分子RNA參與了基因表達的調(diào)控細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為非編碼小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs),其功能是調(diào)節(jié)基因表達。snmRNAsCH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!RNA具有酶活性的發(fā)現(xiàn)SidneyAltman，ThomasR.Cech

（1939-）（1947-）TheNobelPrizeinChemistry1989fortheirdiscoveryofcatalyticpropertiesofRNA

CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!一、核酸是具有很強酸性的生物大分子核酸的酸堿及溶解度性質(zhì)核酸為多元酸，具有較強的酸性。核酸的高分子性質(zhì)CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!堿基的紫外吸收光譜CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!協(xié)同性的DNA解鏈高溫或極端的pHDNA的變性CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!增色效應(hyperchromiceffect)：DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象。DNA解鏈時的紫外吸收變化CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!G+C含量越高，解鏈溫度就越高。解鏈曲線的變化CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!核酸分子雜交CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!酚-氯仿、酚-異戊醇抽提法層析法（離子交換/凝膠/親和層析）密度梯度離心法凝膠電泳法CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!1869MiescherisolatedDNAforthefirsttime.確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎是DNA核酸(nucleicacid)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。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!節(jié)核酸的化學組成及其一級結(jié)構TheChemicalComponentsandPrimaryStructureofNucleicAcidCH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!二、核苷酸是構成核酸的基本組成單位CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。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（一）堿基CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!2、嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!（二）戊糖（構成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!脫氧核苷1′1HdAR,dGR,dTR,dCR嘌呤N-9

或嘧啶N-1與脫氧核糖C-1通過β-N-糖苷鍵相連形成脫氧核苷(deoxyribonucleoside)。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!3、多磷酸核苷酸CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!三、核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個核苷酸或脫氧核苷酸的3的羥基與另一個核苷酸或脫氧核苷酸5的α-磷酸基團縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)。多個核苷酸或脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構成了具有方向性的線性分子，稱為多聚核苷酸或多聚脫氧核苷酸，即RNA鏈或DNA鏈。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!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。5′端3′端CGA四、核酸的一級結(jié)構是核苷酸的排列順序CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!第二節(jié)DNA的結(jié)構與功能DimensionalStructureandFunctionofDNACH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!一、DNA的二級結(jié)構是雙螺旋結(jié)構WatsonandCrick:1953年提出雙螺旋結(jié)構模型,TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!不同生物種屬的DNA的堿基組成不同同一個體的不同器官或組織的DNA堿基組成相同。[A]=[T]，[G]=[C]Chargaff規(guī)則（一）DNA雙螺旋結(jié)構的研究背景獲得了高質(zhì)量的DNA分子的X射線衍射照片。提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(doublehelix)模型。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!兩條多聚核苷酸鏈在空間的走向呈反向平行(anti-parallel)。兩條鏈圍繞著同一個螺旋軸形成右手螺旋(right-handed)的結(jié)構。雙螺旋結(jié)構的直徑為2nm，螺距為3.4nm。脫氧核糖和磷酸基團組成的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構的外側(cè)，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。雙螺旋結(jié)構的表面形成了一個大溝(majorgroove)和一個小溝(minorgroove)。1.

DNA是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!2.

DNA雙鏈之間形成了互補堿基對堿基配對關系稱為互補堿基對(plementarybasepair)。DNA的兩條鏈則互為互補鏈(plementarystrand)。堿基對平面與螺旋軸垂直。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!Z（三）DNA雙螺旋結(jié)構的多樣性CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!（一）原核生物DNA的閉合環(huán)狀超螺旋結(jié)構原核生物DNA多為環(huán)狀，以負超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個超螺旋形成。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!右旋，再右旋右旋后，左旋CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!（二）真核生物DNA的高度有序、高度致密真核生物DNA以非常有序的形式存在于細胞核內(nèi)。在細胞周期的大部分時間里，DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細胞分裂期，則形成高度致密的染色體(chromosome)。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!DNA：約200bp組蛋白：H1

H2A，H2B

H3

H4核小體的組成核小體：是真核生物染色體的基本結(jié)構單元。

核心顆粒核小體連接區(qū)CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!真核生物的染色體8000-10000倍CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!兩種最重要的生物大分子比較

項目蛋白質(zhì)核酸組成單位氨基酸核苷酸種類20種ＡＡA、C、G、T(DNA)A、C、G、U(RNA)連接方式

肽鍵磷酸二酯鍵一級結(jié)構AA排列順序堿基序列空間結(jié)構二、三、四級結(jié)構雙螺旋、超螺旋、蛋白-核酸非共價結(jié)合功能

生命活動直接執(zhí)行者遺傳信息貯存、傳代、表達,決定蛋白結(jié)構CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!DNA并非是蛋白質(zhì)的直接合成模板,DNA首先需要轉(zhuǎn)錄成為RNA（細胞核），再由ＲＮＡ指導合成蛋白（細胞質(zhì)）。RNA通常以單鏈的形式存在，但有復雜的局部二級結(jié)構或三級結(jié)構。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構遠比DNA表現(xiàn)出多樣性。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!細胞質(zhì)中含量最少，約占３％。種類最多，一個基因往往有一種甚至多種mRNA。一級結(jié)構差異很大。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板1、mRNA的特點：CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構成。5-末端的帽子(cap)結(jié)構和3-末端的多聚A尾(poly-Atail)結(jié)構。從AUG開始，每三個核苷酸為一組編碼了一個氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼(codon)。3、成熟的真核生物mRNACH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!真核生物的mRNA

的3-末端轉(zhuǎn)錄后加上一段長短不一的聚腺苷酸。Poly（A）尾巴AAAAAAAAAAA……AAAAAACH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!4、mRNA依照自身的堿基順序指導蛋白質(zhì)氨基酸順序的合成從mRNA分子5'末端起的個AUG開始，每3個核苷酸為一組稱為密碼子(codon)或三聯(lián)體密碼(tripletcode)。AUG被稱為起始密碼子；決定肽鏈終止的密碼子則稱為終止密碼子。位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為開放閱讀框(openreadingframe,ORF)，決定了多肽鏈的氨基酸序列。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!（一）tRNA中含有多種稀有堿基CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!tRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構或發(fā)卡(hairpin)結(jié)構。（二）tRNA具有莖環(huán)結(jié)構tRNA的二級結(jié)構——三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)TψC環(huán)附加叉CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁!核蛋白體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細胞內(nèi)含量最多的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)的合成提供場所。三、以rRNA為組分的核蛋白體是蛋白質(zhì)合成的場所CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁!18SrRNA的二級結(jié)構CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁!核酶某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，這種具有催化作用的小RNA亦被稱為核酶(ribozyme)或催化性RNA(catalyticRNA)。CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第77頁!核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第78頁!核酸在波長260nm

處有強烈的吸收，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。二、核酸分子具有強烈的紫外吸收CH2核酸的結(jié)構與功能,2h共86頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第