第三章核酸化學(xué)

內(nèi)容第一節(jié)核酸的種類、分布與功能第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)第三章核酸化學(xué)內(nèi)容和要求:1、掌握核酸的種類、化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)，DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、表示方法及二級(jí)結(jié)構(gòu)要點(diǎn)和穩(wěn)定因素，RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，核酸的主要理化性質(zhì)，2、了解核酸的分布，DNA、RNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)，核酸分離純化的一般方法和理化特性的應(yīng)用；核酸的生物學(xué)功能；第一節(jié)核酸的種類、分布與功能一、核酸的發(fā)現(xiàn)與研究二、核酸的種類和分布三、核酸的生物功能一、核酸的發(fā)現(xiàn)與研究1、核酸的發(fā)現(xiàn)1868年瑞士化學(xué)家米歇爾（F.Miesher，1844－1895）首先從膿細(xì)胞分離出細(xì)胞核，從中抽提得一種含磷特別豐富的酸性物質(zhì)，當(dāng)時(shí)曾叫它做核素。（細(xì)胞核化學(xué)的創(chuàng)始人以及DNA的發(fā)現(xiàn)者）1872米歇爾年從鮭魚的精子細(xì)胞核中，發(fā)現(xiàn)了大量類似的酸性物質(zhì)。隨后有人在多種組織細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了這類物質(zhì)的存在。1889年Altmann制備了不含蛋白質(zhì)的核酸。因?yàn)檫@類物質(zhì)都是從細(xì)胞核中提取出來(lái)的，而且都具有酸性，因此稱為核酸。上世紀(jì)初，德國(guó)生理學(xué)家柯塞爾（Kossel，A.1853-1927）和他的學(xué)生瓊斯（Johnew，W.1865-1935）、列文（Levene，P.A.1896-1940）的研究才搞清楚核酸的化學(xué)成分及其最簡(jiǎn)單的基本結(jié)構(gòu)。證實(shí)它是由四種不同的堿基，即腺嘌呤（Ａ）、鳥嘌呤（Ｇ）、胸腺嘧啶（Ｔ）和胞嘧啶（Ｃ）及核糖、磷酸等組成。其最簡(jiǎn)單的單體結(jié)構(gòu)是：堿基－核糖－磷酸構(gòu)成的核苷酸。1929年確定核酸有兩種：脫氧核糖核酸（ＤＮＡ）、核糖核酸（ＲＮＡ）。2.核酸的早期研究核素的功能決定染色體功能的物質(zhì)？四核苷酸假說(shuō)DNA與RNA核酸的高度特異性3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立1953年J.D.Watson和F.Crich在前人所做工作的基礎(chǔ)上提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型該模型第一次揭示了DNA分子的結(jié)構(gòu)組成，開創(chuàng)了從分子水平揭示生命現(xiàn)象的新紀(jì)元。20世紀(jì)自然科學(xué)中最偉大的成就之一。二、核酸的種類和分布

核酸按其所含戊糖種類不同而分為兩大類：（一）核酸的分類脫氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）核糖核酸ribonucleicacid（RNA）核糖核酸（RNA）：按功能不同分為三大類tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（15%）rRNA核糖體RNA（80%）mRNA信使RNA（5%）小分子細(xì)胞核RNA（snRNA）染色質(zhì)RNA（chRNA）1、脫氧核糖核酸(DNA)：原核生物細(xì)胞染色體DNA(環(huán)狀雙鏈)：集中在擬核染色體外基因DNA(環(huán)狀雙鏈)：質(zhì)粒DNA真核生物細(xì)胞染色體DNA(線性雙鏈)：95%細(xì)胞核中染色體外基因(環(huán)狀雙鏈)：5%線粒體及葉綠體中。病毒含DNA的病毒(環(huán)狀雙鏈、線性雙鏈或單鏈)（二）核酸的分布：質(zhì)粒質(zhì)粒：是染色體外能夠進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳單位，包括真核生物的細(xì)胞器和細(xì)菌細(xì)胞中染色體以外的DNA分子。現(xiàn)在習(xí)慣上用來(lái)專指細(xì)菌、酵母菌和放線菌等生物中染色體以外的DNA分子。2、核糖核酸(RNA):其它：hnRNA

sRNAsnRNA(smallnuclearRNA)snoRNA(smallnucleoarRNA)scRNA(smallcytoplasmicRNA)

siRNA（smallinterferenceRNA）miRNA（microRNA）原核細(xì)胞內(nèi)RNA分散在細(xì)胞質(zhì)中真核細(xì)胞內(nèi)RNA75%細(xì)胞質(zhì)中15%線粒體及葉綠體中10%細(xì)胞核中二、核酸的生物學(xué)功能（一）DNA的生物學(xué)功能DNA是主要的遺傳物質(zhì)，對(duì)生物遺傳信息的保持有重大作用

細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)1.DNA是主要的遺傳物質(zhì)（1）細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)前傳（轉(zhuǎn)化因子試驗(yàn)）1928年格里菲斯（Griffith，J.）肺炎雙球菌有兩種類型ⅢＳ型（有毒）外包有莢膜，不能被白血球吞噬ⅡＲ型（無(wú)毒）外無(wú)莢膜，容易被白血球吞噬注射毒性的SIII注射已殺死的無(wú)毒性的SIII+少量活R型菌株注射無(wú)毒性的RII型分離到有活的性的SIII轉(zhuǎn)化因子？（2）細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)細(xì)菌學(xué)家艾弗里（Avery，O.T.1877－1955），1944結(jié)果：DNA能使一部分ⅡR型細(xì)胞獲得合成ⅢS型細(xì)胞特有的莢膜多糖的能力。證明：DNA是轉(zhuǎn)化物質(zhì)“可能不是核酸自有的性質(zhì)，而是由于微量的、別的某些附著于核酸上的其它物質(zhì)引起了遺傳信息的作用”肺炎雙球菌的兩種類型ⅢＳ型（有毒）外包有莢膜，菌落光滑ⅡＲ型（無(wú)毒）外無(wú)莢膜，菌落粗糙（3）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)美國(guó)生理學(xué)家德爾布呂克（Delbuck，M.1906－1981）1952年赫希爾（Heishey，A.D.）和蔡斯（Chase，M.），用同位素標(biāo)記法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他們的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了ＤＮＡ就是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。35S標(biāo)記噬菌體外殼32P標(biāo)記噬菌體DNA（二）RNA的生物學(xué)功能tRNA起攜帶和轉(zhuǎn)移活化氨基酸的作用rRNA與各種蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體，它是合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器。mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板。1.指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成（參與遺傳信息的傳遞和表達(dá)）DNA轉(zhuǎn)錄形成3類主要的RNA2.遺傳物質(zhì)

在病毒中RNA也是遺傳物質(zhì)3.具有生物催化劑功能（核酶）二、核酸的化學(xué)組成（一）、核酸的元素組成

基本元素：CHONP核酸的元素組成有兩個(gè)特點(diǎn)：

1.一般不含S2.P含量較多，并且恒定（9%-10%）。

因此，實(shí)驗(yàn)室中用定磷法進(jìn)行核酸的定量分析。（DNA9.9%、RNA9.5%）（二）核酸的分子組成核酸（DNA和RNA）是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。核苷酸本身由核苷和磷酸組成,而核苷則由戊糖和堿基形成所以，核酸核苷酸磷酸核苷戊糖堿基水解核酸代表戊糖，對(duì)DNA而言為脫氧核糖，對(duì)RNA而言為核糖；

代表堿基

代表磷酸基核苷酸1、核苷的組成

組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。(1).戊糖OHOCHCOHHCOHHCH1'2'3'4'5'CH2OH核糖D-（直鏈?zhǔn)剑?/p>

OCCCCOHHHOHOHHH1'2'3'4'5'HOH2C核糖D-β-（呋喃式）a核糖

OCCCCOHHHOHHH1'2'3'4'5'HHOH2C脫氧核糖2D--β-（呋喃式）b脫氧核糖

OCHCHOHHCOHHCH1'2'3'4'5'CH2OH脫氧核糖2D--（直鏈?zhǔn)剑┼堰?2).堿基腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)嘧啶RNADNA尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C鳥嘌呤G腺嘌呤A核苷：AR,GR,UR,CR脫氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR2.核苷的結(jié)構(gòu)戊糖與嘧啶或嘌呤堿以C-N糖苷鍵連接而形成的糖苷就稱為核苷，通常是戊糖的C1′與嘧啶堿的N1或嘌呤堿的N9相連接。尿苷NONO11’OHOCH2HHHHOHOH2’3’4’5’1’9NNNNNH2OHHOHOCH2HHHH2’3’4’5’脫氧腺苷(1)核糖核苷AGCU99111‘1‘1‘1‘(2).脫氧核糖核苷基本核苷的命名、符號(hào)

核苷名稱由相應(yīng)的堿基名和戊糖名加苷而產(chǎn)生

全名為“某堿基核糖核苷”或“某堿基脫氧核糖核苷”

簡(jiǎn)化為“某苷”或“脫氧某苷”。如腺苷、脫氧腺苷。核苷符號(hào)依據(jù)相應(yīng)堿基而來(lái)，對(duì)于脫氧核苷則在堿基代號(hào)前加“d”。DNA、RNA分別有四種核苷3、磷酸OOO‖‖解離 ‖HO—P—OHHO—P——P—O－|||OHOHO－磷酸磷?；塑账幔篈MP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

在核酸內(nèi)，堿基與戊糖形成核苷，核苷再與磷酸形成核苷酸，許多核苷酸通過3’，5’-磷酸二酯鍵連接成多核苷酸鏈核苷酸都是核酸的基本結(jié)構(gòu)單位，它們都是5‘-核苷酸。4.核苷酸的結(jié)構(gòu)OOHOHOHHOCH2H2OH2O堿基磷酸戊糖糖苷鍵酯鍵核苷酸是核苷的磷酸酯

核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷含有3個(gè)可以被磷酸酯化的羥基(2ˊ、3ˊ和5ˊ)，而脫氧核苷含有2個(gè)這樣的羥基(3ˊ和5ˊ)。**磷酰基通常都是連接在5ˊ-羥基的氧原子上，因此不作特別指定時(shí)，提到一個(gè)核苷酸指的都是5ˊ-磷酸酯。例如腺苷的5ˊ-單磷酸酯就稱之腺苷一磷酸（AMP），也可簡(jiǎn)稱之腺苷酸。同樣，脫氧胞苷的5ˊ-磷酸酯可以稱之脫氧胞苷一磷酸（dCMP），簡(jiǎn)稱之脫氧胞苷酸。胸腺嘧啶的脫氧核苷的5ˊ-磷酸酯常稱之胸苷酸，但有時(shí)為了避免混淆，也稱之脫氧胸苷酸。下圖給出了出現(xiàn)在DNA和RNA中的主要的脫氧核糖核苷酸和核糖核苷酸，它們都是相應(yīng)核苷的5ˊ-磷酸酯。

核苷酸的名稱

某苷—（酯化位）—磷酸或（酯化位）—某苷酸如：腺苷-（5′）-磷酸或（5′）—腺苷酸核苷酸的代號(hào)一般以核苷號(hào)加“MP”形成，如5′—AMP。常見核苷酸多為5′—核苷酸，通常不寫出酯化位置（5′略去）。如5′—AMP寫成AMP。DNA和RNA分別有四種基本核苷酸。腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosinemonophosphate脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）Deoxyadenosinemonophosphate鳥嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOH四、細(xì)胞內(nèi)的其他核苷酸及核苷酸衍生物

1、多磷酸核苷酸

ADP、ATP、GDP、GTP等。ATP的重要生理功能：①參與能量代謝。②各種三磷酸核苷酸參與DNA、RAN的生物合成（作原料）；③參與其它合成。如UTP參加糖轉(zhuǎn)化、合成，CTP參與嘌呤、蛋白質(zhì)的合成；④作輔酶的結(jié)構(gòu)成分。如NAD＋、NADP＋。

核苷酸的磷酸化核苷一磷酸（NMP）核苷二磷酸（NDP）核苷三磷酸（NTP）

ADPAMPATPγβαNNNCHCCHNCOPOOPPOOOHHHOHOHHCCHO~HOOHOHOH~~OCH2NH21''2'35''4環(huán)狀腺苷酸（cAMP）

2、環(huán)化核苷酸1950年EarlSutherland（薩瑟蘭德）在激素研究中偶爾發(fā)現(xiàn)腺苷3′，5′—一磷酸，即cAMP充當(dāng)了激素第二信使的作用，并放大了激素信號(hào)。cGMP有人認(rèn)為它與cAMP的作用相拮抗。

cAMP

cGMP3、輔酶核苷酸

NAD+NADP+FMNFADCoA一、多核苷酸鏈：基本單位：核苷酸連接方式:3’,5’-磷酸二酯鍵分子形態(tài):長(zhǎng)鏈狀聚合物有方向性:具5’-端和3’-端第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)二、DNA的分子結(jié)構(gòu)（一）DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)1.定義：DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種脫氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定順序，通過3′,5′磷酸二酯鍵(一個(gè)核苷酸的3′—羥基和相鄰一個(gè)核苷酸的5′—磷酸基團(tuán)以酯鍵相連。)連成的直線形或環(huán)形分子。

2.DNA的書寫順序是5‘——3’。

3.DNA中有4種類型的核苷酸，有n個(gè)核苷酸組成的DNA鏈中可能有的不同序列總數(shù)為4n。3`，5`-磷酸二酯鍵124、DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法——結(jié)構(gòu)式/線條式/字母式（1）結(jié)構(gòu)式（堿基用單字母表示）戊糖3`-OH5`-磷酸PA核苷酸5`3`首端末端PPPPPP

AGCTGCOH（2）線條式（堿基用單字母表示磷酸基團(tuán)用P表示）5′-磷酸端（常用5’-P表示），3′-羥基端（常用3’-OH表示）；多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是5′→3′或是3′→5′；戊糖用垂直豎線表示，五個(gè)C從上到下依次為1′→5′。在討論有關(guān)核酸問題時(shí)，一般只關(guān)心其中堿基的種類和順序，所以上式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：5′PAPCPGPCPTPGPTPA3′

或5′ACGCTGTA3′(二)、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)（雙螺旋）定義：DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1、Chargaff規(guī)則（20世紀(jì)40~50年代）不同物種間DNA堿基組成一般是不同的；同一物種不同組織DNA樣品堿基組成相同；一個(gè)物種的DNA堿基組成不會(huì)因個(gè)體的年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境改變而改變；任何一種DNA樣品中，A的量=T的量，G的量=C的量，因此A+G=C=T，A+G+C+T=100%。例如：G+C含量為40%，則G=20%、C=20%、A=30%、T=30%2.雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景（1）堿基組成的Chargaff規(guī)則：（2）Franklin和Wilkins獲得了高質(zhì)量的DNA的X線衍射照片，顯示出DNA是螺旋形分子。（3）1952年底,美國(guó)著名的化學(xué)大師鮑林(LinusPauling)發(fā)表了自己構(gòu)建的DNA三螺旋結(jié)構(gòu)。（4）1953年Watson和Crick總結(jié)前人的研究成果，提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。

3、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)（Watson,Crick,1953）DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤。螺旋直徑為2nm，形成大溝(majorgroove)及小溝(minorgroove)相間。磷酸與核糖通過磷酸二酯鍵連接，形成DNA分子骨架，位于DNA分子外側(cè)，嘌呤與嘧啶位于雙螺旋內(nèi)側(cè)。堿基平面和縱軸垂直，糖環(huán)的平面與縱軸平行。堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì)（互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T;G

C）。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10.5對(duì)堿基。當(dāng)一條多核苷酸鏈的序列確定后，可確定另外一條互補(bǔ)鏈的序列穩(wěn)定因素：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l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(duì)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(yáng)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。4.DNA結(jié)構(gòu)的多樣性常見DNA:B-DNA右手螺旋（Watson-Crick模型結(jié)構(gòu)）A-DNA右手螺旋Z-DNA左手螺旋DNA各種構(gòu)象在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)變C型、D型、E型均接近B型，可以看做與B型同一族。B-DNA：相對(duì)濕度92%形成，每周10.4個(gè)核苷酸對(duì)A-DNA：相對(duì)濕度75%形成，每周11個(gè)核苷酸對(duì)，粗短，大溝很深Z-DNA：左手螺旋每周12個(gè)核苷酸對(duì)，細(xì)長(zhǎng)

在某些天然DNA中已發(fā)現(xiàn)了Z—DNA片段，并執(zhí)行某種細(xì)胞功能，但不十分清楚，可能與基因表達(dá)、調(diào)控有關(guān)。B—DNA和Z—DNA之間可以相互轉(zhuǎn)化。

并非所有DNA都呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，如噬菌體DNA，單鏈。雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)參數(shù)類型旋轉(zhuǎn)方向螺旋直徑（nm）螺距（nm）每轉(zhuǎn)堿基對(duì)數(shù)目堿基對(duì)間垂直距離（nm）堿基對(duì)與水平面傾角A－DNAB－DNAZ－DNA右右左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.2720o0o7o5、三鏈DNA—DNA的三股螺旋及三股發(fā)辮（H-DNA）⑴在DNA雙螺旋基礎(chǔ)上形成。通常僅是一段三鏈區(qū)，而不是整個(gè)分子成三鏈。⑵按來(lái)源分為：分子間三股螺旋（插入），分子內(nèi)三股螺旋（雙鏈之一回折）⑶三鏈區(qū)的堿基配對(duì)C≡G=CC≡G=GT=A=TT=A=A4、某些其它類型的DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)竹峰高產(chǎn)高峰竹；龍海大騰大海龍。（三）DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)1、定義：

DNA的三級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)單元間、單鏈與二級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)的一種類型。超螺旋即DNA雙螺旋的螺旋。線狀DNA形成的紐結(jié)、超螺旋和多重螺旋環(huán)狀DNA形成的結(jié)、超螺旋和連環(huán)類型線狀DNA形成的超螺旋環(huán)狀DNA形成的超螺旋用兩手分別捏住線性DNA分子的兩端，捻動(dòng)其中的一端或兩端同時(shí)向相反的方向捻動(dòng)。當(dāng)向右捻動(dòng)時(shí)（即沿右手螺旋方向捻動(dòng)），等于緊旋（所謂的“上勁”）。處于這樣狀態(tài)的DNA分子相對(duì)于它的松弛狀態(tài)是一種超過原有旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀態(tài)，所以稱為過旋。當(dāng)將處于松弛狀態(tài)（B構(gòu)型）的雙螺旋向左捻動(dòng)時(shí)（即沿右手螺旋相反方向捻動(dòng)），等于解旋（所謂的“卸勁”）。處于這樣狀態(tài)的DNA分子相對(duì)于它的松弛狀態(tài)是一種沒有達(dá)到原有旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀態(tài)，所以稱之欠旋。當(dāng)將線性過旋或欠旋的雙螺旋DNA連接形成一個(gè)環(huán)時(shí)，都會(huì)自動(dòng)形成額外的超螺旋來(lái)抵消過旋或欠旋造成的應(yīng)力，目的是維持B構(gòu)象。過旋DNA會(huì)自動(dòng)形成額外左手螺旋，而欠旋形成額外右手螺旋，稱為負(fù)超螺旋。2、超螺旋的形成

向左捻向右捻松弛型正超螺旋負(fù)超螺旋細(xì)胞中的環(huán)狀DNA一般呈負(fù)超螺旋，即：右旋螺旋不足導(dǎo)致部分堿基不形成配對(duì)，分子通過整體拓?fù)鋵W(xué)上的右旋來(lái)補(bǔ)足右旋螺旋的不足。正超螺旋為雙螺旋旋轉(zhuǎn)過度，通過分子整體的左旋來(lái)解去過度的螺旋。

3、超螺旋的作用：（１）可以影響DNA雙鏈的解螺旋。（２）比伸展的ＤＡＮ分子更緊密，體積小。結(jié)構(gòu)上使DNA有更緊密的形狀，在組裝中具重要作用。

負(fù)超螺旋可以通過DNA的局部解旋消除，解旋區(qū)域通常發(fā)生在富含A/T的地方，因?yàn)檫@些部位穩(wěn)定性比富含G/C的區(qū)域差。DNA是負(fù)超螺旋時(shí)，解旋過程更容易進(jìn)行。4、DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)生物體內(nèi)的核酸通常與蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物，以核蛋白的形式存在。DNA分子十分巨大，將它組裝在有限的空間內(nèi)，需要高度組織，用壓縮比來(lái)表示。即：DNA分子長(zhǎng)度與組裝后特定結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度之比稱為壓縮比。（1）.病毒：病毒顆粒主要由蛋白質(zhì)和核酸（脂質(zhì)、糖類）組成。動(dòng)物病毒主要為DNA病毒，植物病毒主要為RNA病毒。核酸是遺傳物質(zhì)，而蛋白質(zhì)與病毒宿主的專一性有關(guān)，同時(shí)可以保護(hù)核酸免受損傷。

（2）.細(xì)菌的擬核細(xì)菌基因組為雙鏈環(huán)狀DNA，與堿性蛋白和少量RNA結(jié)合，形成突環(huán)結(jié)構(gòu)。其DNA分子的長(zhǎng)度大約是其菌體長(zhǎng)度的1000倍。所以細(xì)菌DNA在細(xì)胞內(nèi)緊密纏繞形成致密的小體，稱為擬核（nucleoid）.

染色質(zhì)的主要蛋白質(zhì)成分通稱為組蛋白。大多數(shù)真核細(xì)胞中都含有H1、H2A、H2B、H3和H45種組蛋白。當(dāng)染色質(zhì)用低離子強(qiáng)度的溶液處理時(shí)，染色質(zhì)去折疊后電子顯微鏡照片象是一條線上穿了許多“珠”子一樣。“珠子”是DNA-組蛋白的復(fù)合體，稱為核小體，而“線”是雙螺旋DNA。每個(gè)核小體是由各2分子的H2A、H2B、H3和H4的八聚體和大約200個(gè)DNA堿基對(duì)組成，DNA大約纏繞1.75圈，有146個(gè)DNA的堿基對(duì)處于與組蛋白復(fù)合體緊密結(jié)合的狀態(tài)，形成一個(gè)核小體核心顆粒。核心顆粒之間的“線”稱之連接DNA，大約有54個(gè)堿基對(duì)長(zhǎng)。第5個(gè)組蛋白H1既與連接DNA結(jié)合，又和核小體核心顆粒結(jié)合。（3）真核生物的染色體---真核細(xì)胞核內(nèi)DNA被包裝形成染色質(zhì)H2A、H2B、H3和H4形成八聚體組蛋白和DNA形成核小體真核生物的染色質(zhì)絲組蛋白八聚體：H2AH2BH3H4各2個(gè)分子從DNA到染色質(zhì)絲，DNA壓縮了近10倍，若從DNA到最后凝縮成染色體，DNA壓縮了近萬(wàn)倍。螺旋管

與伸展開的B-DNA長(zhǎng)度相比，DNA包裝成核小體后，長(zhǎng)度被壓縮了10倍。串珠狀的核小體核心顆粒本身可以卷曲成一個(gè)螺旋管狀，產(chǎn)生一種稱之30nm纖維結(jié)構(gòu)。纖維結(jié)構(gòu)可以形成大的環(huán)，在一個(gè)大的染色體上大約存在著多達(dá)2000個(gè)環(huán)。環(huán)可以附著在RNA-蛋白質(zhì)的支架（Scaffold）上，象是被固定一樣，可以形成超螺旋。超螺旋還可形成附加的額外的超螺旋，使得DNA一步一步地被壓縮。

真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)

DNA雙鏈以左手螺旋纏繞在組蛋白形成的八聚體核心上即核小體念珠狀結(jié)構(gòu)核小體鏈進(jìn)一步盤繞、折疊形成染色質(zhì)絲組成突環(huán)玫瑰花結(jié)螺線圈由螺線圈組裝成染色單體。真核生物的染色體的組裝過程：RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定順序，通過3′,5′—磷酸二酯鍵連成的線形分子，其表示方法與DNA相同。許多RNA單鏈可以在許多區(qū)域發(fā)生單鏈自身的回折，同一鏈上的堿基配對(duì)，從而產(chǎn)生部分雙螺旋結(jié)構(gòu)和各種有一定代表性的空間構(gòu)象。在RNA雙螺旋區(qū)域，堿基配對(duì)原則是：A-Ｕ，G-C之間形成氫鍵，不能配對(duì)的堿基所在區(qū)域則呈環(huán)狀突起。RNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是在莖環(huán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲折疊而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。三、RNA的結(jié)構(gòu)(一）、結(jié)構(gòu)共性堿基組成A、G、C、U（A＝U/G≡C）稀有堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解多為單鏈結(jié)構(gòu)，少數(shù)局部形成螺旋分子較小分類mRNA（hnRNA

核不均一RNA）tRNA

rRNA（snRNA/asRNA）少數(shù)RNA病毒RNA的種類、分布、功能（二）RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

RNA分子中各核苷之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)OHOHOH5′3′RNA與DNA的差異

DNA

RNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU不含稀有堿基含稀有堿基（三）tRNA的結(jié)構(gòu)tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

1.由74~93個(gè)（多為76個(gè)）核苷酸組成單鏈，沉降系數(shù)為4S；(沉降系數(shù)又稱為沉降常數(shù)，指離心力場(chǎng)中沉降分子下沉的速度，1S=1x10-13秒，S常用來(lái)表示核酸分子，蛋白質(zhì)分子和糖體等的大?。?/p>

2.具有不變的（恒定的）核苷酸:U8、G18、G193.含較多的修飾核苷酸（稀有堿基）；

4.5ˊ端多為PG；3ˊ端多為CCAOH

（用來(lái)接受活化的氨基酸，又稱為接受末端）2.tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草結(jié)構(gòu)

具有四臂四環(huán)

3ˊ端為CCAOH序列，5ˊ端為PG

3.

tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形結(jié)構(gòu)稀有堿基：5-甲基胞嘧啶(m5C)1-甲基腺嘌呤(m1A)次黃嘌呤(I)二氫尿嘧啶(D)假尿嘧啶(ψ)假尿苷

胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（tRNA）假尿嘧啶環(huán)核苷是指堿基并非尿嘧啶作為DNA的稀有堿基存在核苷中糖被甲基化糖與堿基之間的連接與正常不同（山東大學(xué)2000年）tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的二級(jí)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(gè)區(qū)均含有一個(gè)突環(huán)和一個(gè)臂。

tRNA的三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)124葉子反密碼子環(huán)反密碼子載運(yùn)氨基酸臂稀有堿基RNA中的堿基配對(duì)原則A-U

G-C3額外環(huán)二氫尿嘧啶環(huán)（DHU）次黃嘌呤不同的tRNA具有不同的額外環(huán)，所以額外環(huán)是tRNA分類的重要指標(biāo)假尿嘧啶核苷——胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(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(gè)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(duì)，一般環(huán)中含有7個(gè)核苷酸殘基，臂中含有5對(duì)堿基。其中環(huán)中正中的3個(gè)核苷酸殘基稱為反密碼子。

功能：反密碼子可以與mRNA上的密碼子相互識(shí)別（3)二氫尿嘧啶區(qū)

該區(qū)含有二氫尿嘧啶。環(huán)由8-12個(gè)核苷酸組成，臂由3-4對(duì)堿基組成。功能：與氨基酰-tRNA合成酶的結(jié)合有關(guān)

(4)TC區(qū)

該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對(duì)，假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC)由7個(gè)核苷酸組成，通過由5對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與tRNA的其余部分相連。除個(gè)別例外，幾乎所有tBNA在此環(huán)中都含有TC。功能：與核糖體的結(jié)合有關(guān)

(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(gè)核苷酸組成。功能：與核糖體的結(jié)合有關(guān)

tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)呈倒“L”形，3—CCA-ＯＨ末端位于L的短線一端，反密碼環(huán)位于L的長(zhǎng)線一端，DHU和TψC環(huán)形成L的轉(zhuǎn)角。作用力：（１）氫鍵和堿基的上下堆積，以及疏水性等使得倒“L”結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在。（２）除了堿基對(duì)的氫鍵外，還有非尋常的氫鍵：不互補(bǔ)的堿基間G—G、A—A、A—C等的氫鍵；核糖磷酸骨架與堿基骨架之間的氫鍵。（四）mRNA的結(jié)構(gòu)

信使RNA（messengerRNA，mRNA）

不均一核RNA（heterogeneounuclearRNA，hnRNA）：在細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA的初級(jí)產(chǎn)物，經(jīng)過剪接成為成熟的mRNA并移到細(xì)胞質(zhì)。

mRNA的功能：是把核內(nèi)DNA的堿基順序按照堿基互補(bǔ)的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。AAAA……Anm7GpppAUGGUGUAA………………5′3′5′帽子結(jié)構(gòu)密碼子3′多聚A尾

5′非編碼區(qū)編碼區(qū)3′非編碼區(qū)真核生物mRNA：原核生物基因組的特點(diǎn)通常只有一個(gè)“染色體DNA分子”基因是連續(xù)的，沒有內(nèi)含子功能相關(guān)的基因組成操縱子，