生物化學 課件 第3章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能

第3章

核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸的分子組成第一節(jié)第一節(jié)節(jié)標題主要元素：C、H、O、N、P一、核酸的元素組成二、核酸的基本單位——核苷酸（一）核苷的組成

1.堿基嘌呤腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)嘧啶胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)DAN含有：A、T、C、GRNA含有：A、U、C、G2.戊糖（1）兩者在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別僅在于第2位碳原子；脫氧核糖1′核糖2′3′4′5′OHH2′3′4′5′1′H（2）RNA：核糖

DNA：脫氧核糖3.核苷核糖核苷脫氧核糖核苷堿基核糖核苷脫氧核糖核苷腺嘌呤腺嘌呤核苷（腺苷）腺嘌呤脫氧核苷（脫氧腺苷）鳥嘌呤鳥嘌呤核苷（鳥苷）鳥嘌呤脫氧核苷（脫氧鳥苷）胞嘧啶胞嘧啶核苷（胞苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）尿嘧啶尿嘧啶核苷（尿苷）—胸腺嘧啶—胸腺嘧啶脫氧核苷（脫氧胸苷）表3-1各種常見的核苷（二）核苷酸核糖核苷酸AMP、GMP、

UMP、CMP脫氧核糖核苷酸

dAMP、dGMP、dTMP、dCMPPP堿基核苷核苷酸A腺苷腺苷一磷酸（腺苷酸,AMP）G鳥苷鳥苷一磷酸（鳥苷酸,GMP）C胞苷胞苷一磷酸（胞苷酸,CMP）U尿苷尿苷一磷酸（尿苷酸,UMP）表3-2構(gòu)成RNA的主要堿基、核苷與核苷酸的名稱及代號堿基核苷核苷酸A脫氧腺苷

脫氧腺苷一磷酸（脫氧腺苷酸,dAMP）G脫氧鳥苷脫氧鳥苷一磷酸（脫氧鳥苷酸,dGMP）C脫氧胞苷脫氧胞苷一磷酸（脫氧胞苷酸,dCMP）T脫氧胸苷脫氧胸苷一磷酸（脫氧胸苷酸,dTMP）表3-3構(gòu)成DNA的主要堿基、核苷與核苷酸的名稱及代號三、體內(nèi)某些重要的核苷酸及其衍生物磷酸酯鍵多磷酸核糖核苷酸：NMP、NDP、NTP四、核酸分子中核苷酸的連接方式（一）

3,,5,-磷酸二酯鍵的生成前一個的核苷酸的3,-羥基與下一個核苷酸的5,-磷酸基脫水縮合生成。（二）特點

1.有兩個末端5,-末端(-P)，3,-末端(-OH)2.書寫時將5’-末端寫在左側(cè)（頭），3,-末端寫在右側(cè)（尾）。3.按照規(guī)則，以5’3,方向為正向。第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能一、DNA的結(jié)構(gòu)與功能（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)

定義：指DNA分子中脫氧核苷酸從5′-末端到3′-末端的排列順序。

由于脫氧核苷酸之間的差別僅在于堿基的不同，所以DNA的一級結(jié)構(gòu)就是它的堿基

排列順序，又稱堿基序列。5

pApCpTpGpCpT-OH3

5

ACTGCT3

DNA一級結(jié)構(gòu)的表示方式：

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點1.反向平行的右手雙螺旋

（1）

一條鏈為5′→3′，另一條鏈為3′→5′

（2）基本參數(shù)：直徑為2nm；每一個螺距有10個堿基對，每兩個相鄰的堿基對平面之間的垂直距離為0.34nm，故螺距為3.4nm。3.4nm2nm（2）雙螺旋間的堿基互補配對

外側(cè)：由磷酸與脫氧核糖組成的親水性骨架；

內(nèi)側(cè)：疏水的堿基；配對原則：A-T、G-C

氫鍵：

A與T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖脫氧核糖磷酸基團堿基（3）穩(wěn)定力

橫向穩(wěn)定性：氫鍵；

縱向穩(wěn)定性：堿基平面間的疏水性堿基堆積力2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性B-DNA：相對濕度92%，右手螺旋，即Watson

和Crick提出的模型結(jié)構(gòu)，最穩(wěn)定A-DNA：相對濕度72%，右手螺旋Z-DAN：左手螺旋（三）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)1.原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)正超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方向相同負超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反原核生物DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)2.真核生物DNA高度有序和高度致密的染色質(zhì)（染色體）真核生物染色體的基本單位是核小體。DNA折疊、盤繞形成高度有序和致密的染色體核小體組蛋白：H1、H2A、

H2B、H3、H4DNA（四）DNA的功能DNA的基本功能是作為生物遺傳信息的攜帶者，是復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板，并通過DNA的堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序。

遺傳信息是以基因的形式存在的，基因就是DNA分子中有轉(zhuǎn)錄活性的特定區(qū)段。二、RNA的結(jié)構(gòu)與功能（一）信使RNA（mRNA）的結(jié)構(gòu)與功能mRNA的5′帽子和3′尾巴結(jié)構(gòu)

3′-末端的尾巴結(jié)構(gòu)：有數(shù)十至數(shù)百個腺苷酸連接而成的多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)，

稱為多聚腺苷酸尾或多聚A尾（ployA尾）m7GpppmRNA5′帽子3′尾巴AAAAA......5′-末端的帽子結(jié)構(gòu)：7-甲基鳥苷三磷酸（m7GpppN）

意義：與維持mRNA的穩(wěn)定性及從細胞核向細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運有關(guān)1.5′端帽子和3′端尾巴結(jié)構(gòu)2.功能：蛋白質(zhì)生物合成的直接模板mRNA的5′帽子和3′尾巴結(jié)構(gòu)m7GpppmRNA5′帽子3′尾巴AUGGCA密碼子密碼子：mRNA上每3個相鄰的核苷酸組成一個密碼子，指導蛋白質(zhì)合成過程中氨基酸的順序.（二）轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）的結(jié)構(gòu)與功能1.tRNA富含稀有堿基包括雙氫尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（pseudouridine，ψ）、次黃嘌呤（I）和甲基化的嘌呤（如mG、mA）等。2.二級結(jié)構(gòu)為“三葉草”型

特點：①反密碼環(huán)含有反密碼子；

②3′-末端的CCA結(jié)構(gòu)可以連接氨

基酸，稱氨基酸臂。3.三級結(jié)構(gòu)呈倒“L”型

在蛋白質(zhì)生物合成過程中反密碼子與mRNA的密碼子通過堿基互補原則相互識別，將其所攜帶的氨基酸正確運送到核糖體上合成多肽鏈。4.tRNA是氨基酸的載體（三）rRNA的結(jié)構(gòu)與功能1.rRNA的結(jié)構(gòu)2.rRNA的功能

主要是與核糖體蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，形成核糖體。核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所，起裝配機的作用。

表3-4核糖體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸18S1874個核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸120個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸160個核苷酸120個核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%RNA種類含量結(jié)構(gòu)特點功能mRNA占細胞總RNA的2%～5%分子大小不一，具有5′端帽子和3′端尾巴結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)生物合成的直接模板tRNA占細胞總RNA的15%二級結(jié)構(gòu)為“三葉草”型；三級結(jié)構(gòu)呈倒“L”型氨基酸的載體rRNA占細胞總RNA的80%以上原核生物含有23S、5S和16S三種rRNA；真核生物有28S、5.8S5S和18S四種rRNArRNA與核糖體蛋白組成核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所表3-5三種主要RNA的結(jié)構(gòu)與功能（四）非編碼小RNA（smallnon-messengerRNA，snmRNA）1.核酶定義：一類具有催化作用的小RNA，在RNA合成后的剪接修飾中發(fā)揮重要作用。2.小干擾RNA（smallinterferingRNA，siRNA）

定義：生物宿主對外源侵入基因表達的雙鏈RNA進行切割所產(chǎn)生的特定長度和特定核酸序列的小片段RNA。第三節(jié)

核酸的理化性質(zhì)及其應(yīng)用一、核酸的一般性質(zhì)（一）兩性電解質(zhì)酸性：磷酸基堿性：堿基（二）紫外線吸收1.原因：

堿基（含共軛雙鍵）2.最大吸收峰：260nm應(yīng)用：判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0三、DNA的變性與復(fù)性1.定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。2.因素：加熱、高壓、強酸、強堿以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。（一）DNA的變性3.增色效應(yīng)：DNA在變性過程中有更多的共軛雙鍵得以暴露，使DNA在260nm處的吸光度增高。熱變性

Tm：A260達到最大吸光度一半時的環(huán)境溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。G+C含量越高，Tm值越大。A260（二）DNA的復(fù)性1.DNA復(fù)性：

當變性條件緩慢的去處后，兩條解離的互補鏈可重新配對