第02章核酸的結(jié)構(gòu)與功能

第二章

核酸的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofNucleicAcid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。元素組成：C、H、O、N、P核酸的分類及分布存在于細(xì)胞核和線粒體

分布于細(xì)胞核、細(xì)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，決定細(xì)胞和個體的基因型(genotype)。

遺傳信息的載體是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物,傳遞遺傳信息RNA也可作為遺傳信息的載體第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid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分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖磷酸(phosphate)一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤A鳥嘌呤G尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)堿基的互變異構(gòu)體

戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)

核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵嘌呤N-9

或嘧啶N-1與核糖C-1

通過糖苷鍵相連形成核苷。核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵多磷酸核苷酸如:環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。cAMP核苷酸衍生物二、DNA是脫氧核苷酸通過3

,5

-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個脫氧核苷酸3-OH與另一個核苷酸5-Pi縮合形成3

,5

-磷酸二酯鍵。多個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸，即DNA鏈。5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也是多個核苷酸分子通過酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。定義核酸中核苷酸的排列順序，即堿基序列。5′端3′端CGA四、核酸的一級結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序AGP5

PTPGPCPTPOH3

書寫方法：5

pApCpTpGpCpT-OH

3

5

ACTGCT

3

核酸分子的大小常用堿基(base或kilobase)數(shù)目來表示。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長度可以高達(dá)幾十萬個堿基。DNA和RNA的區(qū)別核糖G、C、A、URNA脫氧核糖G、C、A、TDNA堿基核糖核酸dNMPNMP第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNADNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)和高級結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatialstructure)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對位置關(guān)系。一、DNA的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)[A]=[T]，[G]=[C]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。Chargaff規(guī)則（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景獲得了高質(zhì)量的DNA分子的X射線衍射照片ErwinChargaff（1905－1995）Chargaff’srule：

A%＝T%G%＝C%DNA分子X射線衍射照片RosalindFranklin

1953年：WatsonandCrickDNA雙螺旋（doublehelix）結(jié)構(gòu)模型（二）B-DNA(Watson-Crick)結(jié)構(gòu)要點：先分析結(jié)構(gòu)圖要點小結(jié)：（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性（四）DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)Hoogsteen氫鍵三鏈結(jié)構(gòu)四鏈結(jié)構(gòu)二、DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(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。（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，以負(fù)超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個超螺旋形成。DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)真核生物DNA以非常有序的形式存在于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)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(xì)胞分裂期，則形成高度致密的染色體(chromosome)。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成核小體的構(gòu)成核心顆粒連接區(qū)核心組蛋白：組蛋白八聚體H2A、H2B、H3、H4各2分子DNA雙螺旋分子(140bp)在核心組蛋白纏繞1.75圈DNA（60bp）組蛋白H1

連接核心顆粒核小體結(jié)構(gòu)圖核小體的折疊及染色體組裝—2nm11nm30nm300nm1400nm700nm逐級盤曲折疊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)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(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。三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)第三節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNARNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在，但有復(fù)雜的局部二級結(jié)構(gòu)或三級結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多樣性。RNA的種類、分布、功能信使RNA(messengerRNA,mRNA)是合成蛋白質(zhì)的模板。其前體hnRNA含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。

外顯子是氨基酸的編碼序列，而內(nèi)含子是非編碼序列。壽命最短的RNA一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNAmRNA成熟過程

外顯子(exon)5

-末端的m7Gppp帽子結(jié)構(gòu)3

-末端的polyA尾。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)。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。

成熟的真核生物mRNAmRNA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(gòu)和多聚A尾的功能mRNA的功能把DNA的遺傳信息，轉(zhuǎn)錄成mRNA的密碼、指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的氨基酸排列順序。DNA（遺傳信息）轉(zhuǎn)錄mRNA（密碼載體）翻譯蛋白質(zhì)(氨基酸序列)3.tRNA的三級結(jié)構(gòu)—倒L形二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體1.tRNA的一級結(jié)構(gòu)2.tRNA的二級結(jié)構(gòu)—三葉草形4.tRNA的功能：把活化的aa搬運到核糖體，tRNA