第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能

第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能第1頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二章

核酸的結(jié)構(gòu)和功能StructureandFunctionofNucleicAcidThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofHMU第2頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第3頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核酸(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。第4頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核酸的分類及分布

存在于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)。存在于胞核、胞液和線粒體。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的遺傳型(genotype)。參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。第5頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核酸的基本組成單位是核苷酸

(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸堿基戊糖DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸。第6頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

堿基嘌呤

嘧啶腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位每種核酸都含有四種堿基。第7頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基第8頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月嘧啶(pyrimidine)C4H4N2胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第9頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

五種堿基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亞氨基的互變異構(gòu)。這兩種異構(gòu)體的平衡關(guān)系受介質(zhì)酸堿環(huán)境的影響。

第11頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核酸的基本組成單位是核苷酸

(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸堿基戊糖DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸。第12頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月戊糖（構(gòu)成RNA）核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)第13頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月堿基和核糖（或脫氧核糖）通過(guò)糖苷鍵連接形成核苷(nucleoside)

（或脫氧核苷）。第14頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核酸的基本組成單位是核苷酸

(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸堿基戊糖DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸。第15頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脫氧核苷）和磷酸以酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

第16頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月堿基AdenineGuanineThymineCytosine（脫氧）核苷(Deoxy)adenosine(Deoxy)guanosine(Deoxy)thymidine(Deoxy)cytidine（脫氧）核苷酸(d)A(mono,di-,tri)phosphate(d)G(mono,di-,tri)phosphate(d)T(mono,di-,tri)phosphate(d)C(mono,di-,tri)phosphate1’第17頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

多磷酸核苷酸：

NMP，NDP，NTP第18頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMP第19頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)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。第20頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5′端3′端CGA核苷酸之間以3,5-磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。第21頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月書寫方法第22頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

DNA與RNA的區(qū)別核酸堿基戊糖DNAA、G、C、T脫氧核糖RNAA、G、C、U核糖第23頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第24頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)第25頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

堿基組成分析Chargaff規(guī)則：[A]=[T][G]=[C]

堿基的理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以氫鍵配對(duì)較合理DNA纖維的X-線衍射圖譜分析第26頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月已知的核酸化學(xué)數(shù)據(jù)第27頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.兩條鏈反向平行，圍繞同一中心軸構(gòu)成右手雙螺旋(doublehelix)。螺旋直徑2nm，表面有大溝和小溝。2.磷酸-脫氧核糖骨架位于螺旋外側(cè)，堿基垂直于螺旋軸而伸入內(nèi)側(cè)。每圈螺旋含10.5個(gè)堿基對(duì)

(bp)，螺距為3.54nm。第28頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PhosphodiesterBackbone第29頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行第30頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.兩條鏈通過(guò)堿基間的氫鍵相連，A對(duì)T有兩個(gè)氫鍵，C對(duì)G有三個(gè)氫鍵，這種A-T、C-G配對(duì)的規(guī)律，稱為堿基互補(bǔ)規(guī)則。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。第31頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C-GT-A堿基互補(bǔ)配對(duì)第32頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第33頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性Z型DNAB型DNAA型DNA第34頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)多態(tài)性A-DNAB-DNAZ-DNA類型螺旋方向螺旋直徑螺距(nm)每轉(zhuǎn)堿基堿基對(duì)間堿基對(duì)與

(nm)對(duì)數(shù)目直距離(nｍ）水平面傾角Ａ右２．55２．53１１０．２319°Ｂ右２．37３．5４１０.4０．３４1°Ｚ左１.８4４．５6１２０．３89°第35頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反第36頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第38頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。第39頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第40頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物染色質(zhì)由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4第43頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第44頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月串珠狀核小體結(jié)構(gòu)第45頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月串珠狀核小體DNA雙螺旋片段染色質(zhì)纖維伸展形染色質(zhì)片段密集形染色質(zhì)片段整個(gè)染色體第46頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核小體螺線管真核生物染色體DNA組裝第47頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。基因從結(jié)構(gòu)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。第48頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的空間結(jié)構(gòu)磷酸核苷核酸核苷酸堿基戊糖第49頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNARNA名稱脫氧核糖核酸核糖核酸分布細(xì)胞核、線粒體細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、線粒體功能攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的遺傳型參與遺傳信息的復(fù)制和表達(dá)堿基A、G、C、TA、G、C、U戊糖脫氧核糖核糖核苷酸/脫氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMPAMP、GMP、CMP、UMP第50頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)定義指核苷酸的排列順序即堿基排列順序即DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)指在雙螺旋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲成超螺旋功能1、DNA是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板2、是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)※

第51頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第52頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月真核細(xì)胞內(nèi)主要RNA的種類及功能※

第53頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第54頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板二、tRNA是蛋白質(zhì)合成的氨基酸載體三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所※

第55頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板mRNA初級(jí)產(chǎn)物不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA）※

第56頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AAAAAA第57頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月58

大部分真核細(xì)胞mRNA的5’-末端都以7-甲基鳥嘌呤-三磷酸核苷（m7GpppN）為起始結(jié)構(gòu)第58頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月帽子結(jié)構(gòu)第59頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可以與帽結(jié)合蛋白結(jié)合第60頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基鳥苷，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。2.大多數(shù)真核mRNA的3′末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。第61頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位維系mRNA的穩(wěn)定性翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能第62頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.mRNA依照自身的堿基順序指導(dǎo)蛋白質(zhì)氨基酸順序的合成從mRNA分子5'末端起的第一個(gè)AUG開始，每3個(gè)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。第63頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.mRNA的成熟過(guò)程是hnRNA的剪接過(guò)程hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA

外顯子(exon)第64頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月mRNA的成熟過(guò)程是hnRNA的剪接過(guò)程第65頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。從AUG開始，每三個(gè)核苷酸為一組編碼了一個(gè)氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼(codon)。成熟的真核生物mRNA第66頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*

tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由74~95個(gè)核苷酸組成含稀有堿基較多

3′末端為—CCA-OH具有TC二、tRNA是蛋白質(zhì)合成的氨基酸載體※

第67頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

稀有堿基第68頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂額外環(huán)第69頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA的功能活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。第70頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*rRNA的結(jié)構(gòu)三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所*rRNA的功能參與組成核糖體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。※

第71頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核糖體的組成原核生物真核生物小亞基30S40SrRNA16S18S蛋白質(zhì)21種33種大亞基50S60SrRNA23S5S28S5.8S5S蛋白質(zhì)31種49種核糖體70S80S第72頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、snmRNA參與了基因表達(dá)的調(diào)控除了上述三種RNA外，細(xì)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mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs，snmRNAs)。

snmRNAs第73頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第74頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Science298:2296(2002)Nature420:732(2002)第75頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第76頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月snmRNAs的種類核內(nèi)小RNA(snRNA)核仁小RNA(snoRNA)胞質(zhì)小RNA(scRNA)催化性小RNA小片段干擾RNA(siRNA)snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工和轉(zhuǎn)運(yùn)以及基因表達(dá)過(guò)程的調(diào)控等。第77頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月是研究細(xì)胞中snmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)。同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。RNA組學(xué)(RNomics)第78頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、核酸的在原核與真核細(xì)胞中的時(shí)空特性

第79頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)第80頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、核酸的一般理化性質(zhì)核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性；DNA是線性高分子，粘度極大；在260nm波長(zhǎng)有最大吸收峰，是由堿基的共軛雙鍵決定的。這一特性常用作核酸的定性、定量分析。第81頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第82頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當(dāng)于50g/ml雙鏈DNA40g/ml單鏈DNA（或RNA）20g/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0OD260的應(yīng)用第83頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過(guò)程。變性因素：過(guò)量酸，堿，加熱等。變性后理化性質(zhì)的主要改變：OD260增高 粘度下降第84頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂第85頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。第86頁(yè)，課件共96頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解鏈曲線：在連續(xù)加熱DNA的過(guò)程中以溫度對(duì)A260值作圖，所得的曲線