g改核酸的分子結(jié)構(gòu)

g改核酸的分子結(jié)構(gòu)第1頁/共28頁（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1.定義：

DNA的二級結(jié)構(gòu)指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1953年，J.Watson和F.Crick在前人研究工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)DNA纖維和DNA結(jié)晶的X-衍射圖譜分析及DNA堿基組成的定量分析以及DNA中堿基的物化數(shù)據(jù)測定，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測。第2頁/共28頁2．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)（1）DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向為5′→3′，而另一條鏈的方向為3′→5′，螺旋結(jié)構(gòu)上有大溝和小溝。第3頁/共28頁（2）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)，彼此以3'-5′磷酸二酯鍵連接，形成DNA分子的骨架。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)第4頁/共28頁（3）螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個堿基平面之間的距離為0.34nm，每10個核苷酸形成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為3.4nm。2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)第5頁/共28頁2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)（4）雙螺旋內(nèi)部的堿基按規(guī)則配對，堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結(jié)合，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結(jié)合，這種配對關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。A和T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。

雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)關(guān)系。第6頁/共28頁3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的生物學(xué)意義第一次闡述了遺傳信息的儲存方式及DNA復(fù)制的機(jī)理，以準(zhǔn)確的語言回答了DNA是如何成為遺傳物質(zhì)的。大大推動了分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展，被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。第7頁/共28頁4．DNA雙螺旋的穩(wěn)定因素DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理條件下是很穩(wěn)定的。維持這種穩(wěn)定性的主要因素包括：兩條DNA鏈之間堿基配對形成的氫鍵和堿基堆積力；另外，存在于DNA分子中的一些弱鍵在維持雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上也起一定的作用。即磷酸基團(tuán)上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽離子間形成的離子鍵及范德華力。改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。第8頁/共28頁5．DNA二級結(jié)構(gòu)的幾種構(gòu)象幾種DNA螺旋結(jié)構(gòu)的參數(shù)類

型

堿基傾角

堿基間距（nm）

每圈堿基數(shù)

螺

距(nm)螺旋直徑（nm）

B-DNA

A-DNAZ-DNA

0-119-209

0.34

0.23

0.38

10

11

123.32-3.4

2.46-2.53

4.56

2.0-2.37

2.55

1.8-1.84C-DNAD-DNAtsDNA

A-DNAB-DNA：在相對濕度為92%時的DNA鈉鹽。接近DNA在細(xì)胞中的構(gòu)象。A-DNA：在相對濕度為75%以下時的DNA纖維。Z-DNA：左手螺旋（A.Rich的工作）.ts-DNA：三股螺旋(在分子內(nèi)或分子間形成,分子內(nèi)形成時需要低pH下胞嘧啶質(zhì)子化,故稱H-DNA)第9頁/共28頁第10頁/共28頁（三）DNA的三級結(jié)構(gòu)定義：DNA的三級結(jié)構(gòu)指DNA分子（雙螺旋）通過扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象。包括不同二級結(jié)構(gòu)單元間、單鏈與二級結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNA的拓?fù)涮卣?。超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)的一種類型。超螺旋即DNA雙螺旋的螺旋。松弛形解鏈環(huán)形負(fù)超螺旋第11頁/共28頁（一）RNA一級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

RNA一級結(jié)構(gòu)研究最多的是tRNA、rRNA以及一些小分子的RNA。組成RNA的核苷酸也是以3′-5′磷酸二酯鍵連接。其中1.tRNA一級結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：分子量25000左右，大約由70－90個核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。分子中含有較多的修飾成分。3′-末端都具有CpCpAOH的結(jié)構(gòu)。5′端多為pG,也有pC。二、RNA的分子結(jié)構(gòu)第12頁/共28頁tRNA概述約占總RNA的10-15%。它在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息，并將相應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖核蛋白體的作用。已知每一個氨基酸至少有一個相應(yīng)的tRNA。tRNA分子的大小很相似，鏈長一般在73-93個核苷酸之間。第13頁/共28頁tRNA的高級結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)tRNA的二級結(jié)構(gòu)大都呈“三葉草”形狀，在結(jié)構(gòu)上具有某些共同之處，一般可將其分為四臂四環(huán)：包括氨基酸接受臂、反密碼（環(huán)）臂、二氫尿嘧啶（環(huán)）臂、TC（環(huán)）臂和可變環(huán)。除了氨基酸接受區(qū)外，其余每個區(qū)均含有一個突環(huán)和一個臂。

第14頁/共28頁(1)氨基酸接受區(qū)

包含有tRNA的3’-末端和5’-末端，3’-末端的最后3個核苷酸殘基都是CCA，A為腺苷酸。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。

(2)反密碼區(qū)

與氨基酸接受區(qū)相對，一般環(huán)中含有7個核苷酸殘基，臂中含有5對堿基。其中環(huán)中正中的3個核苷酸殘基稱為反密碼子。第15頁/共28頁（3)二氫尿嘧啶區(qū)

該區(qū)含有二氫尿嘧啶。環(huán)由8-12個核苷酸組成，臂由3-4對堿基組成。

(4)TC區(qū)

該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對，假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC)由7個核苷酸組成，通過由5對堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與tRNA的其余部分相連。除個別例外，幾乎所有tBNA在此環(huán)中都含有TC。(5)可變區(qū)

位于反密碼區(qū)與TC區(qū)之間，不同的tRNA該區(qū)變化較大，一般有3-18個核苷酸組成。第16頁/共28頁2、tRNA的三級結(jié)構(gòu)在三葉草型二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突環(huán)上未配對的堿基由于整個分子的扭曲而配成對，目前已知的tRNA的三級結(jié)構(gòu)均為倒L形。第17頁/共28頁第18頁/共28頁第19頁/共28頁2.mRNA約占總RNA的5%。不同細(xì)胞的mRNA的鏈長和分子量差異很大。它的功能是將DNA的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。第20頁/共28頁mRNA一級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)真核：5’-末端有“帽子”、3’-末端有polyA片段和非編碼區(qū)和非編碼區(qū)原核：5’-末端無“帽子”、3’-末端無polyA片段（病毒除外）有非編碼區(qū)有非編碼區(qū)polyA片段：指20-250個多聚腺苷酸。“帽子”結(jié)構(gòu)：5’-末端的G被甲基化，通過焦磷酸與另一個發(fā)生了核糖上甲基化的核苷酸以5’、5’-磷酸二酯鍵相連。第21頁/共28頁極大多數(shù)真核細(xì)胞mRNA在3‘-末端有一段長約200核苷酸的polyA。polyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的mRNA一般無polyA，但某些病毒mBNA也有3’-polyA,polyA可能有多方面功能,與mRNA從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關(guān)；與mRNA的半壽期有關(guān)，新合成的RNA其polyA鏈較長，而衰老的mRNA，polyA鏈縮短。第22頁/共28頁mRNA5’-末端的“帽子”結(jié)構(gòu)

m7G5’ppp

5’Np(O型)

m7G5’ppp

5’NmpNp(I型)

m7G5’ppp

5’NmpNmpNp(II型)可能功能：抗核酸酶的水解；與蛋白質(zhì)合成起始有關(guān)；作為mRNA與核糖體40S亞基結(jié)合的信號。第23頁/共28頁3.rRNA(核糖體RNA)約占全部RNA的80%，是核糖核蛋白體的主要組成部分。rRNA的功能與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)，可分別與mRNA、tRNA作用，催化肽鍵的形成。第24頁/共28頁rRNA動物細(xì)胞核糖體rRNA有四類：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。許多rRNA的一級結(jié)構(gòu)及由一級結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出來的二級結(jié)構(gòu)都已闡明，但是對許多rRNA的功能迄今仍不十分清楚。與tRNA不同，rRNA的甲基化多發(fā)生在核糖上。真核生物的rRNA中修飾核苷比原核生物多。第25頁/共28頁(二)RNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RNA是單鏈分子，因此，在RNA分子中，并不遵守堿基種類的數(shù)量比例關(guān)系，即分子中的嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。RNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)（類似A-DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)），不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)