核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件

核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸的分類DNA——一種類型，一種功能

RNA——多種類型，多種功能

編碼RNA和非編碼(NcRNA)性質(zhì)RNADNA戊糖D-核糖2′-D-脫氧核糖堿基A、G、C、UA、G、C、T多聚核苷酸鏈的數(shù)目多為單鏈多為雙鏈雙螺旋A型B型和Z型種類多種只有一種功能功能多樣一種功能:充當遺傳物質(zhì)堿溶液下的穩(wěn)定性不穩(wěn)定，很容易水解穩(wěn)定DNA和RNA的結(jié)構(gòu)異同英文縮寫全稱功能存在mRNA信使RNA翻譯模板所有的細胞tRNA轉(zhuǎn)移RNA攜帶氨基酸，參與翻譯同上rRNA核糖體RNA核糖體組分，參與翻譯同上SnRNA小分子細胞核RNA參與真核mRNA前體的剪接真核細胞SnoRNA小分子細胞核仁RNA參與真核rRNA前體的后加工真核細胞7SLRNA7S長RNA參與蛋白質(zhì)的定向和分泌真核細胞tmRNA轉(zhuǎn)移信使RNA兼有mRNA和tRNA的功能原核細胞micRNA信使干擾互補RNA調(diào)節(jié)mRNA的翻譯原核細胞gRNA指導(dǎo)RNA參與真核mRNA的編輯某些真核細胞vRNA病毒RNA作為RNA病毒的遺傳物質(zhì)RNA病毒RNAi（microRNA和siRNA)干擾RNA調(diào)節(jié)基因的表達真核細胞Ribozyme核酶催化特定的生化反應(yīng)原核細胞、真核細胞和某些RNA病毒YRNA不明，與細胞質(zhì)某些特殊的蛋白質(zhì)形成核糖核酸蛋白復(fù)合物脊椎動物XistRNA調(diào)節(jié)雌性哺乳動物一條X染色體轉(zhuǎn)變成巴氏小體哺乳動物VRNA不明，與細胞質(zhì)某些特殊的蛋白質(zhì)形成鞍馬狀復(fù)合物真核細胞核酸的一級結(jié)構(gòu)什么是一級結(jié)構(gòu)？如何表示一級結(jié)構(gòu)？如何確定一級結(jié)構(gòu)?構(gòu)成DNA和RNA核苷酸的結(jié)構(gòu)和連接方式DNA&RNA的差別?為什么DNA含有T?

C自發(fā)脫氨基變成U修復(fù)酶能夠識別這些突變，以用C取代這些U。如何區(qū)分正常的U和突變而來的U?使用T就很容易解決以上問題。DNA&RNA的差別?為什么DNA2‘-脫氧，RNA不是?

RNA臨近的-OH使其更容易DNA缺乏2‘-OH更加穩(wěn)定

遺傳物質(zhì)必須更加穩(wěn)定RNA需要的時候合成，不需要的時候需要迅速降解。RNA一級結(jié)構(gòu)的測定目前用來測定RNA一級結(jié)構(gòu)的方法主要有：（1）先使用逆轉(zhuǎn)錄酶將待測RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，然后再使用Sanger的末端終止法進行測定；（2）用化學(xué)或/和酶學(xué)方法對放射性同位素標記的RNA進行部分消化后，再進行聚丙烯酰胺電泳分析；（3）質(zhì)譜法DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)主要是各種形式的螺旋，特別是B-型雙螺旋，此外還有A-型雙螺旋、Z-型雙螺旋、三鏈螺旋和四鏈螺旋等"MolecularStructureofNucleicAcids:

AStructureforDeoxyriboseNucleicAcid"

(Nature,April25,1953.volume171:737-738.)

"Thenovelfeatureofthestructureisthemannerinwhichthetwochainsareheldtogetherbythepurineandpyrimidinebases...The(bases)arejoinedtogetherinpairs,asinglebasefromonechainbeinghydrogen-bondedtoasinglebasefromtheotherchain,sothatthetwoliesidebyside...Oneofthepairmustbeapurineandtheotherapyrimidineforbondingtooccur....Onlyspecificpairsofbasescanbondtogether.Thesepairsare:adenine(purine)withthymine(pyrimidine),andguanine(purine)withcytosine(pyrimidine).""...inotherwords,ifanadenineformsonememberofapair,oneitherchain,thenontheseassumptionstheothermembermustbethymine;similarlyforguanineandcytosine.Thesequenceofbasesonasinglechaindoesnotappeartoberestrictedinanyway.However,ifonlyspecificpairsofbasescanbeformed,itfollowsthatifthesequenceofbasesononechainisgiven,thenthesequenceontheotherchainisautomaticallydetermined.""...Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegeneticmaterial.Thestructureitselfsuggestedthateachstrandcouldseparateandactasatemplateforanewstrand,thereforedoublingtheamountofDNA,yetkeepingthegeneticinformation,intheformoftheoriginalsequence,intact."已步入古稀之年的Watson（左）和Crick（右）在討論DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型B型雙螺旋DNA二級結(jié)構(gòu)的主要形式為JamesWatson和FrancisCrick于1953年提出的B型雙螺旋，其主要內(nèi)容是：（1）DNA由兩條呈反平行的多聚核苷酸鏈組成，兩條鏈相互纏繞形成右手雙螺旋；（2）組成右手雙螺旋的兩條鏈是互補的，它們通過特殊的堿基對結(jié)合在一起，堿基配對規(guī)則是一條鏈上的A總是與另一條鏈的T，G總是和C以氫鍵配對。其中AT堿基對有二個氫鍵，GC堿基對有3個氫鍵；（3）堿基對位于雙螺旋的內(nèi)部，并垂直于暴露在外的脫氧核糖磷酸骨架。堿基對之間通過疏水鍵和范德華力相互垛疊在一起，對雙螺旋的穩(wěn)定起一定的作用；（4）雙螺旋的表面含有明顯的大溝和小溝（，其寬度分別為2.2nm和1.2nm；（5）雙螺旋的其它常數(shù)包括相鄰堿基對距離為0.34nm，并相差約36°。螺旋的直經(jīng)為2nm，每一轉(zhuǎn)完整的螺旋含有10個堿基對，其高度為3.4nm。B-型DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特征DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的證據(jù)（1）X射線衍射數(shù)據(jù)（2）Chargaff規(guī)則（3）堿基的互變異構(gòu)DNA濕纖維的X射線衍射圖DNA分子中不同堿基之間的可能配對雙螺旋穩(wěn)定的因素（1）氫鍵氫鍵固然重要，但它們主要決定堿基配對的特異性，而對雙螺旋穩(wěn)定的貢獻不是最重要的。對雙螺旋穩(wěn)定起決定性作用的是堿基的堆集力。（2）堿基堆集力這是堿基對之間在垂直方向上的相互作用所產(chǎn)生的力。它包括疏水作用和范德華力。堿基間相互作用的強度與相鄰堿基之間環(huán)重疊的面積成正比?？偟内厔菔青堰逝c嘌呤之間>嘌呤與嘧啶之間>嘧啶與嘧啶之間。另外堿基的甲基化能提高堿基的堆積力。（3）陽離子或帶正電荷的化合物對磷酸基團的中和。DNA雙螺旋的ABZsA-DNAA-RNA大溝小溝A型雙螺旋B型雙螺旋Z型雙螺旋外形短而寬長而瘦長而細每堿基對上升距離0.23nm0.332±0.19nm0.38nm螺旋直經(jīng)2.55nm2.37nm1.84nm螺旋方向右手右手左手螺旋內(nèi)每重復(fù)單位的bp數(shù)112每圈bp數(shù)～11～1012堿基夾角32.7°34.6°60°/2螺距2.46nm3.32nm4.56nm堿基對傾角＋19°1.2°±4.1°－9°螺旋軸位置大溝穿過堿基對小溝大溝極度窄、很深很寬，深度中等平坦小溝很寬、淺窄，深度中等極度窄、很深糖苷鍵構(gòu)象反式反式C為反式，G為順式糖環(huán)折疊C3′內(nèi)式C2′內(nèi)式嘧啶C2′內(nèi)式，嘌呤C3′內(nèi)式存在雙鏈RNA，RNA/DNA雜交雙鏈，低濕度DNA（75％）雙鏈DNA（高濕度，92％）嘧啶和嘌呤交替存在的雙鏈DNA或DNA鏈上嘧啶和嘌呤交替存在的區(qū)域A型雙螺旋、B型雙螺旋和Z型雙螺旋的比較Z-DNA由AlexRich發(fā)現(xiàn)存在于DNA富含G:C的區(qū)域G為順式構(gòu)象C保持反式，但整個胞苷酸（堿基和脫氧核糖）翻轉(zhuǎn)180度結(jié)果是G:C氫鍵在Z-DNA中得以保持!DNA的非標準二級結(jié)構(gòu)細胞內(nèi)的DNA在特殊的條件下還可能形成其它幾種非標準的二級結(jié)構(gòu)。這些特殊的條件包括：DNA受到某些蛋白質(zhì)的作用（如組蛋白）；DNA本身所具有的特殊基序，例如反向重復(fù)序列，回文結(jié)構(gòu)，鏡像重復(fù)，直接重復(fù)，高嘌呤序列，高嘧啶序列，富含A序列和富含G序列。（1）彎曲（2）十字形（3）P-DNA（4）三鏈螺旋與H-DNA（5）四鏈螺旋與G-四聯(lián)體（5）滑動錯配DNA（SMP-DNA）十字形DNA的形成P-DNA與B-DNA的比較滑動錯配DNADNA的三級結(jié)構(gòu)——超螺旋如果通過某種手段使得DNA雙螺旋每一圈的堿基對數(shù)目多于或少于10對，將導(dǎo)致DNA雙螺旋纏繞過多或纏繞不足；如果這時的DNA兩端被固定或者DNA本來是共價閉環(huán)的，的張力無法釋放而自發(fā)地形成超螺旋結(jié)構(gòu)。DNA超螺旋分為正超螺旋和負超螺旋，其中正超螺旋為左手超螺旋，由DNA雙螺旋過度纏繞引起，負超螺旋為右手超螺旋，由DNA雙螺旋纏繞不足引起。DNA復(fù)制過程中正超螺旋DNA的形成從DNA雙螺旋到染色體電鏡下的核小體結(jié)構(gòu)

核小體結(jié)構(gòu)模型RNA的二級結(jié)構(gòu)RNA的二級結(jié)構(gòu)主要取決于它的堿基組成，其二級結(jié)構(gòu)的多樣性可以和蛋白質(zhì)相媲美。少數(shù)病毒RNA由兩條互補的多聚核糖核苷酸鏈組成，它的二級結(jié)構(gòu)為A型雙螺旋。多數(shù)RNA僅由一條鏈組成，它們的二級結(jié)構(gòu)主要是由鏈內(nèi)堿基的互補性決定的：鏈內(nèi)互補的堿基可以相互作用形成鏈內(nèi)A型雙螺旋，非互補的堿基則游離在雙螺旋之外，形成各種二級結(jié)構(gòu)。在RNA雙螺旋內(nèi)常?？梢园l(fā)現(xiàn)GU堿基對。RNA分子中的GU堿基對RNA的三級結(jié)構(gòu)構(gòu)成RNA的三級結(jié)構(gòu)的主要元件有假節(jié)結(jié)構(gòu)、“吻式”發(fā)夾結(jié)構(gòu)和發(fā)夾環(huán)突觸結(jié)構(gòu)（等三種形式。tRNA則可形成倒L型三級結(jié)構(gòu)tRNAtRNA分子只由一條鏈組成，含有73~94個核苷酸，其中有不少是修飾的核苷酸或修飾的堿基，3′-端的最后三個核苷酸總是CCA，鏈內(nèi)的大多數(shù)堿基通過氫鍵相連，但幾乎所有的tRNA分子上不變的核苷酸都在三葉草結(jié)構(gòu)上非氫鍵區(qū)域。構(gòu)成tRNA二級結(jié)構(gòu)的要素有：環(huán)、莖和臂。一個典型tRNA的二級結(jié)構(gòu)像三葉草，含有四個環(huán)和四個莖。環(huán)由鏈內(nèi)沒有配對的堿基突出而成，莖則是鏈內(nèi)互補的堿基之間配對形成的局部A-型雙螺旋，臂則是緊靠著莖又不屬于環(huán)的非配對核苷酸。tRNA三級結(jié)構(gòu)形成的原因是D環(huán)上的堿基與不變堿基以及TψC環(huán)上的堿基之間的發(fā)生的氫鍵作用。這些氫鍵將D臂和TψC臂折疊到一起，并將三葉草二級結(jié)構(gòu)彎曲成穩(wěn)定的倒L型三級結(jié)構(gòu)。參與三級結(jié)構(gòu)形成的許多氫鍵并不是通常的AU和GC堿基對。RNA的倒L形三級結(jié)構(gòu)圖12-31tRNA三級結(jié)構(gòu)之中的氫鍵配對tRNA三級結(jié)構(gòu)之中的氫鍵配對tRNA三級結(jié)構(gòu)之中的氫鍵配對rRNA核糖體合成蛋白質(zhì)所有的核糖體都含有大小兩個亞基rRNA約占據(jù)核糖體的2/3高度的鏈內(nèi)互補序列導(dǎo)致大量的堿基配對

rRNA充當核糖體蛋白的支架大腸桿菌的23SrRNA是轉(zhuǎn)肽酶!一級結(jié)構(gòu)上相似性并不高，但它們的二級結(jié)構(gòu)卻驚人地相似。核糖體的整體構(gòu)象由rRNA決定，核糖體蛋白質(zhì)一般正好位于RNA螺旋之間16SrRNA的二級結(jié)構(gòu)原核生物核糖體小亞基rRNA的三維結(jié)構(gòu)原核生物核糖體大亞基rRNA的三維結(jié)構(gòu)mRNADNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，蛋白質(zhì)的翻譯模板原核生物多為多順反子真核生物多為單順反子，5′-端具有帽子，3′-端具有多聚腺苷酸尾巴。出現(xiàn)在mRNA分子上最多的二級結(jié)構(gòu)部件也是莖環(huán)結(jié)構(gòu)。mRNA分子的二級結(jié)構(gòu)，特別是兩端的二級結(jié)構(gòu)對于翻譯有影響，而某些mRNA借助于末端特殊的二級結(jié)構(gòu)對基因的表達進行調(diào)控。核酸的理化性質(zhì)紫外吸收酸堿解離變性復(fù)性和雜交DNA的變性和復(fù)性變性核酸的變性是指核酸受到加熱、極端的pH或離子強度的降低等因素或特殊的化學(xué)試劑的作用，其雙螺旋區(qū)的氫鍵斷裂，變成單鏈的過程，其中并不涉及共價鍵斷裂。核酸在變性時，紫外吸收和浮力密度升高，粘度降低，生物活性（主要是RNA）降低和喪失，其中紫外吸收增加的現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)。雙鏈DNA熱變性是在很窄的溫度內(nèi)發(fā)生的，與晶體在熔點時突然熔化的情形相似，因此DNA也具有“熔點”，用Tm表示。Tm實際是DNA的雙螺旋有一半發(fā)生熱變性時相應(yīng)的溫度。DNA的Tm值受到DNA的均一性、G-C含量、離子強度和特殊的化學(xué)試劑的影響。GC含量對DNATm的影響DNA分子中的GC含量與DNATm之間的關(guān)系曲線復(fù)性核酸變性在一定條件下也是可逆的。當各種變性因素不復(fù)存在的時候，變性時解開的互補單鏈全部或部分恢復(fù)到天然雙螺旋結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象稱為復(fù)性。熱變性DNA一般經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，此過程被稱為退火。伴隨著DNA復(fù)性的是其浮力密度和紫外吸收的減少、粘度的增加和生物活性的恢復(fù)，其中紫外吸收減少的現(xiàn)象被稱為減色效應(yīng)。影響DNA復(fù)性的因