生物化學(xué) 核酸化學(xué)結(jié)構(gòu)

生物化學(xué)核酸化學(xué)結(jié)構(gòu)第1頁/共95頁核酸【目的與要求】1、了解核酸的發(fā)展簡史及核酸對生物體的重要意義。2、了解核酸的分類，掌握兩類核酸的化學(xué)組成特點及核苷酸的結(jié)構(gòu)。3、掌握DNA的一級結(jié)構(gòu)及一級結(jié)構(gòu)的意義；DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點；DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提出對生命科學(xué)的重要意義。了解DNA雙螺旋的一些特殊的構(gòu)型、與堿基組成有關(guān)的特殊結(jié)構(gòu)及意義。4、了解RNA的種類，重點掌握與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的三種RNA的功能；掌握tRNA的結(jié)構(gòu)以及與該結(jié)構(gòu)有關(guān)的生物學(xué)功能。第2頁/共95頁核酸5、掌握核酸紫外吸收的特性及熱變性的性質(zhì)，從核酸熱變性的基礎(chǔ)上理解DNA的復(fù)性與分子雜交，掌握DNA的熔解溫度、增色效應(yīng)的概念。6、了解核酸的化學(xué)反應(yīng)；各種核酸酶對核酸的水解作用；限制性內(nèi)切酶的作用特點及該酶的應(yīng)用。7、了解DNA一級結(jié)構(gòu)的測定原理。8、了解DNA在生物體內(nèi)的存在方式及由DNA構(gòu)成的染色體的結(jié)構(gòu)。第3頁/共95頁§2.1核酸概述一、核酸的發(fā)現(xiàn)與早期研究

1868年，瑞士的內(nèi)科醫(yī)生FriedrichMiescher從外科醫(yī)院包扎傷口的繃帶上的膿細胞核中提取到一種富含磷元素的酸性化合物，將其稱為核素(nuclein)；后來他又從鮭魚精子中分離出類似的物質(zhì)，并指出它是由一種堿性蛋白質(zhì)與一種酸性物質(zhì)組成的，此酸性物質(zhì)即是現(xiàn)在所知的核酸(nucleicacid)。第4頁/共95頁§2.1核酸概述第5頁/共95頁§2.1核酸概述

1944年,OswaldAvery,ColinMacleod和MaclynMcCarty發(fā)現(xiàn)，一種有夾膜、表面光滑、具致病性的肺炎球菌中提取的核酸DNA(deoxyribonucleicacid,脫氧核糖核酸)，可使另一種無夾膜，表面粗糙、不具致病性的肺炎球菌的遺傳性狀發(fā)生改變，轉(zhuǎn)變?yōu)橛袏A膜，具有致病性的肺炎球菌，且轉(zhuǎn)化率與DNA純度呈正相關(guān)，若將DNA預(yù)先用DNA酶降解，轉(zhuǎn)化就不發(fā)生。該項實驗徹底糾正了蛋白質(zhì)攜帶遺傳信息這一錯誤認識，確立了核酸是遺傳物質(zhì)的重要地位；第6頁/共95頁§2.1核酸概述第7頁/共95頁§2.1核酸概述

DNA遺傳作用的進一步肯定來自AlfredHershey和MarthaChase對一個感染大腸桿菌的病毒的研究。即用放謝性同位素32P標(biāo)記噬菌體DNA，35S標(biāo)記其蛋白質(zhì)外殼，再用標(biāo)記的噬菌體去感染培養(yǎng)的大腸桿菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進入細菌體內(nèi)，使細菌生長、繁殖發(fā)生變化的是32P標(biāo)記的DNA，而不是35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)，并且新繁殖生成的噬菌體不含35S，只含32P。第8頁/共95頁§2.1核酸概述第9頁/共95頁§2.1核酸概述1953年,Watson和Crick創(chuàng)立的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，不僅闡明了DNA分子的結(jié)構(gòu)特征，而且提出了DNA作為執(zhí)行生物遺傳功能的分子，從親代到子代的DNA復(fù)制(replication)過程中，遺傳信息的傳遞方式及高度保真性，為遺傳學(xué)進入分子水平奠定了基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代分子生物學(xué)發(fā)展史上最為輝煌的里程碑。第10頁/共95頁§2.1核酸概述第11頁/共95頁§2.1核酸概述

后來的研究又發(fā)現(xiàn)了另一類核酸：核糖核酸RNA(ribonucleicacid)，RNA在遺傳信息的傳遞中起著重要的作用。從此，核酸研究的進展日新月異，如今，由核酸研究而產(chǎn)生的分子生物學(xué)及其基因工程技術(shù)已滲透到醫(yī)藥學(xué)、農(nóng)業(yè)、化工等領(lǐng)域的各個學(xué)科，人類對生命本質(zhì)的認識進入了一個嶄新的天地。第12頁/共95頁§2.1核酸概述二、核酸的種類、分布和含量

(一)種類

DNA(DeoxyribonucleicacidDNA)，脫氧核糖核酸RNA（RibonucleicacidRNA）：核糖核酸RNA主要有下幾種：1、rRNA(ribosomeRNA)，核糖體RNA，細胞中最主要的RNA，占細胞中總RNA80%左右。大腸桿菌rRNA中有三種，分別是：16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA；真核細胞rRNA中有四種，分別是：28SrRNA、18SrRNA、5.8SrRNA、5SrRNA。核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。第13頁/共95頁§2.1核酸概述第14頁/共95頁§2.1核酸概述（二）分布（三）含量

DNA含量恒定，RNA含量與細胞生長狀態(tài)有關(guān)。第15頁/共95頁§2.1核酸概述2、tRNA(transferRNA)，轉(zhuǎn)移RNA，是細胞中最小的一種RNA分子，占細胞總RNA的15%左右。是結(jié)構(gòu)研究最清楚的一類RNA。在蛋白質(zhì)的生物合成中，tRNA起攜帶氨基酸的作用。

3、mRNA(messengerRNA)，信使RNA，占細胞總RNA的5%左右，含量最少，代謝活躍。mRNA在蛋白質(zhì)的生物合成中起模板作用。它將DNA的遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)。另外，在細胞質(zhì)里還存在胞質(zhì)小RNA(scRNA).

上述RNA存在于細胞質(zhì)，另外在細胞核里面還存在一些RNA，如核不均一RNA（hnRNA）、核內(nèi)小RNA（snRNA）、核仁小RNA、反義RNA（asRNA）等。

第16頁/共95頁§2.1核酸概述三、核酸的功能1、核酸是生物體遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)，DNA是大多數(shù)生物體的遺傳物質(zhì)。2、RNA主要參與蛋白質(zhì)的生物合成。3、RNA的功能多樣性。主要有：參與基因表達的調(diào)控、催化作用、遺傳信息的加工、病毒RNA是遺傳信息的載體。4、核酸與分子病第17頁/共95頁§2.1核酸概述第18頁/共95頁§2.1核酸概述第19頁/共95頁§2.2核酸的分子組成一、元素組成

組成核酸的元素有C、H、O、N、P等，與蛋白質(zhì)比較，其組成上有兩個特點：一是核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含量較多并且恒定，約占9～11%。因此，核酸定量測定的經(jīng)典方法，是以測定P含量來代表核酸量。第20頁/共95頁§2.2核酸的分子組成第21頁/共95頁§2.2核酸的分子組成二、基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸（一）核酸的水解核酸經(jīng)水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸的基本單位。核酸就是由很多單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核苷酸可被水解產(chǎn)生核苷和磷酸，核苷還可再進一步水解，產(chǎn)生戊糖和含氮堿基。如下圖所示：第22頁/共95頁§2.2核酸的分子組成(二)核酸水解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)1、堿基：

核苷酸中的堿基均為含氮雜環(huán)化合物，它們分別屬于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤堿(purine)主要是鳥嘌呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A)，嘧啶堿(pyrimidine)主要是胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T)。第23頁/共95頁§2.2核酸的分子組成堿基的結(jié)構(gòu)式如下圖所示:第24頁/共95頁§2.2核酸的分子組成第25頁/共95頁§2.2核酸的分子組成

核酸中五種堿基中的酮基和氨基，均位于堿基環(huán)中氮原子的鄰位，可以發(fā)生酮式-烯醇式或氨基-亞氨基之間的結(jié)構(gòu)互變。這種互變異構(gòu)在基因的突變和生物的進化中具有重要作用。

第26頁/共95頁§2.2核酸的分子組成

有些核酸中還含有修飾堿基(modifiedcomponent)或稀有堿基（unusualcomponent），這些堿基大多是在上述嘌呤或嘧啶堿的不同部位被甲基化(methylation)或進行其它的化學(xué)修飾而形成的衍生物。一般這些堿基在核酸中的含量稀少，在各種類型核酸中的分布也不均一。DNA中的修飾堿基主要見于噬菌體DNA，如5-甲基胞嘧啶(m5C)，5-羥甲基胞嘧啶hm5C；RNA中以tRNA含修飾堿基最多，如1-甲基腺嘌呤(m1A)，2,2-二甲基鳥嘌呤(m22G)和5,6-二氫尿嘧啶(DHU)等。

第27頁/共95頁§2.2核酸的分子組成第28頁/共95頁§2.2核酸的分子組成

嘌呤和嘧啶環(huán)中含有共軛雙鍵，對260nm左右波長的紫外光有較強的吸收。堿基的這一特性常被用來對堿基、核苷、核苷酸和核酸進行定性和定量分析.第29頁/共95頁§2.2核酸的分子組成2、戊糖

核酸中的戊糖有核糖(ribose)和脫氧核糖(deoxyribose)兩種，分別存在于核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸中。為了與堿基標(biāo)號相區(qū)別，通常將戊糖的C原子編號都加上“

′”，如C1′表示糖的第一位碳原子。核糖的結(jié)構(gòu)如下：第30頁/共95頁§2.2核酸的分子組成3、核苷

戊糖與嘧啶或嘌呤堿以糖苷鍵連接就稱為核苷，通常是戊糖的C1′與嘧啶堿的N1或嘌呤堿的N9相連接。

第31頁/共95頁§2.2核酸的分子組成4、核苷酸及其衍生物的結(jié)構(gòu)（1）核苷酸的結(jié)構(gòu)式如下圖第32頁/共95頁§2.2核酸的分子組成（2）脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)如下圖所示：第33頁/共95頁§2.2核酸的分子組成（3）(脫氧)核苷二磷酸、(脫氧)核苷三磷酸、雙脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)

ADP、ATP是生物體中重要的能量轉(zhuǎn)換體。ddNTP在DNA的序列測定中使用。第34頁/共95頁§2.2核酸的分子組成（4）環(huán)化核苷酸cAMP、cGMP：被稱為第二信使，有放大激素的作用。（5）、輔酶：NAD+、NADP+、FAD、FMN、HSC0A是核酸的衍生物，在物質(zhì)代謝和能量代謝中起重要作用。第35頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)一、DNA一級結(jié)構(gòu)核酸分子中核苷酸的連接方式：3‘,5’-磷酸二酯鍵第36頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第37頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)(一)DNA一級結(jié)構(gòu)的概念

概念：構(gòu)成DNA的脫氧核苷酸按照一定的排列順序，通過3’,5’-磷酸二酯鍵相連形成的線形結(jié)構(gòu)。第38頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)(二)真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點1.真核生物基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲存于細胞核內(nèi)，除配子細胞外，體細胞內(nèi)的基因組是雙份的(即雙倍體，diploid)，即有兩份同源的基因組。2.真核細胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子(monocistron)，即一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、翻譯成一個mRNA分子，一條多肽鏈。第39頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)3.存在大量重復(fù)序列，即在整個DNA中有許多重復(fù)出現(xiàn)的核苷酸順序，重復(fù)序列長度可長可短，短的僅含兩個核苷酸，長的多達數(shù)百、乃至上千。重復(fù)頻率也不盡相同：（1） 高度重復(fù)序列：重復(fù)頻率可達106次，約5～100bp，這種序列G-C含量高于DNA的其它結(jié)構(gòu)，因此在氯化銫密度梯度離心時，常在DNA的主峰旁顯示一個小峰，此小峰稱為衛(wèi)星峰，故將這部分DNA稱為衛(wèi)星DNA。（2） 中度重復(fù)序列：重復(fù)頻率可達103～104次，長度約100～300bp，rRNA基因、tRNA基因、組蛋白基因等，大多為中度重復(fù)序列。此外在這類重復(fù)序列中，還有一類可移動的片段，稱為逆轉(zhuǎn)座子（retroposon），它們可能在進化過程中發(fā)揮重要作用。第40頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)（3） 單拷貝或低度重復(fù)序列：指在整個基因組中只出現(xiàn)一次或很少幾次的核苷酸序列。在真核細胞中，除組蛋白以外，其它所有蛋白質(zhì)都是由DNA中這種單拷貝序列決定的。這種序列大小不等，每一個順序決定一個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，稱之為結(jié)構(gòu)基因。在人基因組中占約60～65%，因此所含信息量最大。第41頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)4.基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。5.基因是不連續(xù)的，在真核生物結(jié)構(gòu)基因的內(nèi)部存在許多不編碼蛋白質(zhì)的間隔序列(interveningsequences)，稱為內(nèi)含子(intron)，編碼區(qū)則稱為外顯子(exon)。內(nèi)含子與外顯子相間排列，轉(zhuǎn)錄時一起被轉(zhuǎn)錄下來，然后RNA中的內(nèi)含子被切掉，外顯子連接在一起成為成熟的mRNA，作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的模板。6.基因組遠大于原核生物的基因組。第42頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)（三）原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點1.基因組較小，沒有核膜包裹，且形式多樣，如病毒基因組可能是DNA，也可能是RNA，可能是單鏈的，也可能是雙鏈的，可能是閉環(huán)分子，也可能是線性分子；細菌染色體基因組則常為環(huán)狀雙鏈DNA分子，并與其中央的RNA和支架蛋白構(gòu)成一致密的區(qū)域，稱為類核(nucleoid)。2.功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因常常串連在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一個mRNA分子中，稱為多順反子mRNA(polycistronicmRNA)，然后再加工成各種蛋白質(zhì)的模板mRNA。第43頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)3.DNA分子絕大部分用于編碼蛋白質(zhì)，不編碼部分(又稱間隔區(qū))通常包含控制基因表達的順序。例如，噬菌體ψX174中只有5%是非編碼區(qū)。4.基因重疊是病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點，即同一段DNA片段能夠編碼兩種甚至三種蛋白質(zhì)分子。5.除真核細胞病毒外，基因是連續(xù)的，即不含內(nèi)含子序列。第44頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

（一）DNA的堿基組成（Chargaff法則）

本世紀(jì)20年代，Levene研究了核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)并提出四核苷酸假說；40年代末，Avery,Hershey和Chase的實驗嚴密地證實了DNA就是遺傳物質(zhì)；50年代初，Chargaff應(yīng)用紫外分光光度法結(jié)合紙層析等簡單技術(shù)，對多種生物DNA作堿基定量分析，發(fā)現(xiàn)DNA堿基組成有如下規(guī)律：第45頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)不同生物來源的DNA四種堿基比例關(guān)系DNA來源腺嘌呤（A）胸腺嘧啶（T）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）（A+T）/（G+C）大腸桿菌25.424.824.125.71.01小麥27.327.122.822.71.21鼠28.628.421.421.51.33豬：肝29.429.720.520.51.43胸腺30.028.920.420.7脾29.629.220.420.8酵母31.332.918.717.51.079第46頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)1.同一生物的不同組織的DNA堿基組成相同；2.同一種生物DNA堿基組成不隨生物體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)或者環(huán)境變化而改變；3.幾乎所有的DNA，無論種屬來源如何，其腺嘌呤摩爾含量與胸腺嘧啶摩爾含量相同［A］=［T］，鳥嘌呤摩爾含量與胞嘧啶摩爾含量相同［G］=［C］，總的嘌呤摩爾含量與總的嘧啶摩爾含量相同［A］＋［G］=［C］＋［T］。4.不同生物來源的DNA堿基組成不同，表現(xiàn)在A＋T/G＋C比值的不同。這些結(jié)果后來為DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提供了一個有力的佐證。DNA堿基組成規(guī)律：

第47頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第48頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)（二）

DNA的二級結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)Watson,Crick

（1953）在Chargaff法則及Wilkins,Franklin的X線衍射工作基礎(chǔ)上提出DNA的雙螺旋（doublehelix）結(jié)構(gòu)模型：

(1)DNA雙螺旋中的兩股鏈走向是反平行的，一股鏈?zhǔn)?′→3′走向，另一股鏈?zhǔn)?′→5′走向。兩股DNA鏈圍繞一假想的共同軸心形成一右手螺旋結(jié)構(gòu)，雙螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2.0nm。表面形成一條大溝，一條小溝。

大溝與小溝是蛋白質(zhì)識別DNA的堿基序列，與其發(fā)生作用的基礎(chǔ)。

第49頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)(2)鏈的骨架(backbone)由交替出現(xiàn)的親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成，位于雙螺旋的外側(cè)。堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，兩股鏈中的嘌呤和嘧啶堿基以其疏水的、近于平面的環(huán)形結(jié)構(gòu)彼此密切相近，平面與雙螺旋的長軸相垂直。(3)一股鏈中的嘌呤堿基與另一股鏈中位于同一平面的嘧啶堿基之間以氫鏈相連，稱為堿基互補配對或堿基配對(basepairing)，堿基對層間的距離為0.34nm。堿基互補配對總是出現(xiàn)于A與T之間(A=T)，形成兩個氫鍵；或者出現(xiàn)于G與C之間(G=C)，形成三個氫鍵。第50頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)如圖所示:第51頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)堿基配對的結(jié)構(gòu)如圖所示:第52頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出，被認為是本世紀(jì)生命科學(xué)史最重要的貢獻之一，同時也是自然科學(xué)史上的重大貢獻。它直接解釋了生物遺傳信息的傳遞與表達的規(guī)律，使生命科學(xué)從此進入一個嶄新的時代即分子生物學(xué)時代。第53頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)(三)DNA二級結(jié)構(gòu)的多態(tài)性

所謂DNA二級結(jié)構(gòu)的多態(tài)性，是指DNA不僅具有多種形式的雙螺旋結(jié)構(gòu)，而且還能形成三鏈、四鏈結(jié)構(gòu)，說明DNA的結(jié)構(gòu)是動態(tài)的，而不是靜態(tài)的。核酸的構(gòu)型的多樣性是由于核酸主干鏈上各鍵和堿基的旋轉(zhuǎn)造成的，而多鏈的DNA是特定的堿基序列導(dǎo)致的結(jié)果。第54頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第55頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)1.DNA雙螺旋的不同構(gòu)型：(1)B-DNA螺旋：標(biāo)準(zhǔn)的

Watson,Crick雙螺旋，細胞正常狀態(tài)下DNA存在的構(gòu)型。(2)A-DNA螺旋：DNA在75%相對濕度的鈉鹽中的構(gòu)型。(3)C-DNA螺旋：DNA在66%相對濕度的鋰鹽中的構(gòu)型。(4)Z-DNA螺旋：左手的DNA螺旋，這種螺旋可能在基因表達或遺傳重組中起作用。第56頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第57頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)雙螺旋堿基傾角／（°）堿基夾角（°）堿基間距/nm螺距／nm每輪堿基數(shù)

大溝

小溝B-DNA036.00.343.610.5很寬、較深窄、深Z-DNA9-60.00.384.5612平坦較窄、很深A(yù)-DAN2032.70.2562.811很窄、很深很寬、淺C-DNA6380.3313.19.3較寬、較深很窄、很深第58頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)⒉與DNA堿基順序相關(guān)的特殊二級結(jié)構(gòu):(1)回文序列所謂回文序列就是指DNA某一片段旋轉(zhuǎn)180。后,順序不變的序列，回文序列中的單鏈可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。雙鏈可形成十字架結(jié)構(gòu)。這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)或十字架結(jié)構(gòu)在大腸桿菌細胞DNA中已有發(fā)現(xiàn).第59頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)核酸分子中的回文序列第60頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)

回文序列中的單鏈可形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)第61頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)雙鏈回文序列可形成十字架結(jié)構(gòu)第62頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)（2）鏡象結(jié)構(gòu)

所謂鏡象結(jié)構(gòu)就是指DNA某一片段在一條鏈上出現(xiàn)顛倒重復(fù)的序列。第63頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)

多嘌呤-多嘧啶的鏡象序列可形成三螺旋結(jié)構(gòu)(H-螺旋或Hoogsteen螺旋):該螺旋常處在許多真核細胞基因的表達調(diào)節(jié)區(qū)。可能與基因表達的調(diào)節(jié)有關(guān).第64頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第65頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第66頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)2、四鏈DNA：可能存在于真核細胞染色體的端粒中。第67頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)

穩(wěn)定DNA二級結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵（橫向作用力）堿基堆積力（縱向作用力）第68頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)

三、

DNA的三級結(jié)構(gòu)和真核細胞

DNA的組裝(一)DNA的三級結(jié)構(gòu):超螺旋

雙螺旋DNA進一步扭曲盤繞則形成其三級結(jié)構(gòu)，超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)的主要形式。自從1965年Vinograd等人發(fā)現(xiàn)多瘤病毒的環(huán)形DNA的超螺旋以來，現(xiàn)已知道絕大多數(shù)原核生物都是共價封閉環(huán)(covalentlyclosedcircle,CCC)分子，這種雙螺旋環(huán)狀分子再度螺旋化成為超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)。第69頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)

有些單鏈環(huán)形染色體(如φ×174)或雙鏈線形染色體(如噬菌體入)，在其生活周期的某一階段，也必將其染色體變?yōu)槌菪问?。對于真核生物來說，雖然其染色體多為線形分子但其DNA均與蛋白質(zhì)相結(jié)合，兩個結(jié)合點之間的DNA形成一個突環(huán)(loop)結(jié)構(gòu)，類似于CCC分子，同樣具有超螺旋形式。超螺旋按其方向分為正超螺旋和負超螺旋兩種。真核生物中，DNA與組蛋白八聚體形成核小體結(jié)構(gòu)時，存在著負超螺旋。研究發(fā)現(xiàn)，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓撲異構(gòu)酶產(chǎn)生的。第70頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第71頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第72頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第73頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第74頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)(二)真核細胞染色體的組裝

染色體的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體。核小體是由DNA和組蛋白組成的。

組蛋白有五種，H2A,H2B,H3,H4各兩分子構(gòu)成一個八聚體，其外再由雙螺旋DNA繞其旋轉(zhuǎn)1.75圈(為DNA的三級結(jié)構(gòu))，約含140bp。稱為核小體的核心顆粒(coreparticle)。兩個核心顆粒之間由一段雙螺旋DNA鏈(約60bp)相連，稱為連接部。組蛋白H1結(jié)合在此部位。若干個核小體再螺旋形成核小體纖維，再進一步螺旋化形成染色體。從雙螺旋DNA到染色體，DNA總共壓縮了約8000～10000倍.第75頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第76頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)核小體結(jié)構(gòu)如圖所示:第77頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第78頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第79頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)第80頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)染色體組裝的層次如下圖所示：第81頁/共95頁§2.3核酸的分子結(jié)構(gòu)

四、RNA的分子結(jié)構(gòu)

(一)RNA的一級結(jié)構(gòu)：

組成RNA的核苷酸按特定序列通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接的線性結(jié)構(gòu)。

對于RNA的一級結(jié)構(gòu)，研究最多的是tRNA。tRNA的5，-末端總是磷酸化，而且常是pG；3，-末端最后三個氨基酸順序相同，總是CCAOH；tRNA中含有較多的稀有堿基，每分子含7～15個，稀有堿基中最常見的是甲基化的堿基。第