第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能

第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能第一節(jié)核酸得化學組成及一級結(jié)構(gòu)TheChemicalponentandPrimaryStructureofNucleicAcid核酸(nucleicacid)

就是以核苷酸為基本組成單位得生物大分子,攜帶和傳遞遺傳信息。核酸得分類及分布存在于細胞核和線粒體內(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,決定細胞和個體得遺傳型(genotype)。參與遺傳信息得復制與表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息得載體。核酸得基本組成單位就是核苷酸(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸堿基戊糖DNA得基本組成單位就是脫氧核糖核苷酸。RNA得基本組成單位就是核糖核苷酸。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、核苷酸就是構(gòu)成核酸得基本組成單位每種核酸都含有四種堿基。嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基嘧啶(pyrimidine)C4H4N2胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)9大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流

五種堿基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亞氨基得互變異構(gòu)。這兩種異構(gòu)體得平衡關(guān)系受介質(zhì)酸堿環(huán)境得影響。

核酸得基本組成單位就是核苷酸(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸堿基戊糖DNA得基本組成單位就是脫氧核糖核苷酸。RNA得基本組成單位就是核糖核苷酸。戊糖(構(gòu)成RNA)核糖(ribose)(構(gòu)成DNA)脫氧核糖(deoxyribose)堿基和核糖(或脫氧核糖)通過糖苷鍵連接形成核苷(nucleoside)(或脫氧核苷)。核酸得基本組成單位就是核苷酸(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸堿基戊糖DNA得基本組成單位就是脫氧核糖核苷酸。RNA得基本組成單位就是核糖核苷酸。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)。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’多磷酸核苷酸:NMP,NDP,NTP環(huán)化核苷酸:cAMP,cGMP二、核酸得一級結(jié)構(gòu)定義核酸中核苷酸得排列順序。由于核苷酸間得差異主要就是堿基不同,所以也稱為堿基序列。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。書寫方法

DNA與RNA得區(qū)別核酸堿基戊糖DNAA、G、C、T脫氧核糖RNAA、G、C、U核糖第二節(jié)DNA得空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA一、DNA得二級結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基組成分析Chargaff規(guī)則:[A]=[T][G]=[C]堿基得理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以氫鍵配對較合理DNA纖維得X-線衍射圖譜分析已知得核酸化學數(shù)據(jù)(二)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點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個堿基對(bp),螺距為3、54nm。PhosphodiesterBackbone堿基平面與縱軸垂直,糖環(huán)平面與縱軸平行3、兩條鏈通過堿基間得氫鍵相連,A對T有兩個氫鍵,C對G有三個氫鍵,這種A-T、C-G配對得規(guī)律,稱為堿基互補規(guī)則。4、維持雙螺旋穩(wěn)定得因素:橫向為氫鍵,縱向為堿基間得堆積力。C-GT-A堿基互補配對(三)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)得多樣性Z型DNAB型DNAA型DNADNA二級結(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)堿基堿基對間堿基對與(nm)對數(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°二、DNA得高級結(jié)構(gòu)就是超螺旋結(jié)構(gòu)DNA得超螺旋結(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雙螺旋方同相同負超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部得拓撲學變化及其調(diào)控對于DNA復制和RNA轉(zhuǎn)錄過程具有關(guān)鍵作用。(二)DNA在真核生物細胞核內(nèi)得組裝真核生物染色質(zhì)由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成,其基本單位就是核小體(nucleosome)。核小體得組成DNA:約200bp組蛋白:H1H2A,H2BH3H4串珠狀核小體結(jié)構(gòu)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)片段整個染色體核小體螺線管真核生物染色體DNA組裝三、DNA得功能DNA得基本功能就是以基因得形式荷載遺傳信息,并作為基因復制和轉(zhuǎn)錄得模板。她就是生命遺傳得物質(zhì)基礎(chǔ),也就是個體生命活動得信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義,就是指DNA分子中得特定區(qū)段,其中得核苷酸排列順序決定了基因得功能。小結(jié)DNA得一級結(jié)構(gòu)DNA得空間結(jié)構(gòu)磷酸核苷核酸核苷酸堿基戊糖DNARNA名稱脫氧核糖核酸核糖核酸分布細胞核、線粒體細胞質(zhì)、細胞核、線粒體功能攜帶遺傳信息,決定細胞和個體得遺傳型參與遺傳信息得復制和表達堿基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、UMPDNA一級結(jié)構(gòu)DNA二級結(jié)構(gòu)DNA高級結(jié)構(gòu)定義指核苷酸得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)上進一步扭曲成超螺旋功能1、DNA就就就是以基因得形式荷載遺傳信息,并作為基因復制和轉(zhuǎn)錄得模板2、就就就是生命遺傳得物質(zhì)基礎(chǔ),也就就就是個體生命活動得信息基礎(chǔ)※

第三節(jié)

RNA得結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA真核細胞內(nèi)主要RNA得種類及功能※

一、mRNA就是蛋白質(zhì)合成得模板二、tRNA就是蛋白質(zhì)合成得氨基酸載體三、以rRNA為組分得核糖體就是蛋白質(zhì)合成得場所※

一、mRNA就是蛋白質(zhì)合成得模板mRNA初級產(chǎn)物不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)※

AAAAAA58大部分真核細胞mRNA得5’-末端都以7-甲基鳥嘌呤-三磷酸核苷(m7GpppN)為起始結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白結(jié)合*mRNA結(jié)構(gòu)特點1、大多數(shù)真核mRNA得5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個7-甲基鳥苷,形成帽子結(jié)構(gòu):m7GpppNm-。2、大多數(shù)真核mRNA得3′末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu),稱為多聚A尾。mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)得轉(zhuǎn)位維系mRNA得穩(wěn)定性翻譯起始得調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾得功能3、mRNA依照自身得堿基順序指導蛋白質(zhì)氨基酸順序得合成從mRNA分子5'末端起得第一個AUG開始,每3個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;決定肽鏈終止得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得核苷酸序列稱為開放閱讀框(openreadingframe,ORF),決定了多肽鏈得氨基酸序列。4、mRNA得成熟過程就是hnRNA得剪接過程hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA

外顯子(exon)mRNA得成熟過程就是hnRNA得剪接過程5

-末端得帽子(cap)結(jié)構(gòu)和3

-末端得多聚A尾(poly-Atail)結(jié)構(gòu)。成熟得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)。成熟得真核生物mRNA*tRNA得一級結(jié)構(gòu)特點由74~95個核苷酸組成含稀有堿基較多3′末端為—CCA-OH具有T

C二、tRNA就是蛋白質(zhì)合成得氨基酸載體※

稀有堿基*tRNA得二級結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂額外環(huán)*tRNA得三級結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA得功能活化、搬運氨基酸到核糖體,參與蛋白質(zhì)得翻譯。*rRNA得結(jié)構(gòu)三、以rRNA為組分得核糖體就是蛋白質(zhì)合成得場所*rRNA得功能參與組成核糖體,作為蛋白質(zhì)生物合成得場所?！?/p>

核糖體得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四、snmRNA參與了基因表達得調(diào)控除了上述三種RNA外,細胞得不同部位存在得許多其她種類得小分子RNA,統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。snmRNAsScience298:2296(2002)Nature420:732(2002)snmRNAs得種類核內(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得功能參與hnRNA和rRNA得轉(zhuǎn)錄后加工和轉(zhuǎn)運以及基因表達過程得調(diào)控等。就是研究細胞中snmRNAs得種類、結(jié)構(gòu)和功能得科學。同一生物體內(nèi)不同種類得細胞、同一細胞在不同時間、不同狀態(tài)下snmRNAs得表達具有時間和空間特異性。RNA組學(RNomics)五、核酸得在原核與真核細胞中得時空特性

核酸得理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)一、核酸得一般理化性質(zhì)核酸為多元酸,具有較強得酸性;DNA就是線性高分子,粘度極大;在260nm波長有最大吸收峰,就是由堿基得共軛雙鍵決定得。這一特性常用作核酸得定性、定量分析。1、DNA或RNA得定量OD260=1、0相當于50

g/ml雙鏈DNA40

g/ml單鏈DNA(或RNA)20

g/ml寡核苷酸2、判斷核酸樣品得純度DNA純品:OD260/OD280=1、8RNA純品:OD260/OD280=2、0OD260得應(yīng)用二、DNA得變性(denaturation)定義:在某些理化因素作用下,DNA雙鏈解開成兩條單鏈得過程。變性因素:過量酸,堿,加熱等。變性后理化性質(zhì)得主要改變:OD260增高 粘度下降DNA變性得本質(zhì)就是雙鏈間氫鍵得斷裂DNA得紫外吸收光譜增色效應(yīng):DNA變性時其溶液OD260增高得現(xiàn)象。解鏈曲線:在連續(xù)加熱DNA得過程中以溫度對A260值作圖,所得得曲線稱為解鏈曲線。Tm:紫外光吸收值達到最大值得50%時得溫度稱為DNA得解鏈溫度,又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。其大小與G+C含量成正比。三、DNA得復性與分子雜交

DNA