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1、第二章 核酸的结构与功能,Structure and Function of Nucleic Acid,第一节 核酸的分子组成 第二节 核酸的分子结构及功能 第三节 核酸的理化性质 第四节 核酸酶,本章内容,核 酸(nucleic acid),是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。,核酸的分类及分布,核酸的分子组成 Molecular Component of Nucleic Acid,第一节,1、元素组成,主要元素组成： C、H、O、N、P(9%10%),与蛋白质比较，核酸一般不含S，而P的含量较为稳定，占9%10%。,一、核苷酸的分子组成,2. 分子组成,碱基(base
2、)：嘌呤碱，嘧啶碱,戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖,磷酸(phosphate),碱基(base)是含氮的杂环化合物。,碱基,嘌呤(purine，Pu),腺嘌呤(adenine, A),鸟嘌呤(guanine, G),嘧啶(pyrimidine，Py),胞嘧啶(cytosine,C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),戊糖 核糖（ribose）、脱氧核糖（deoxyribose） RNA中：,D 核糖 DNA中：,D,2 脱氧核糖,DNA 与RNA的异同,核苷(ribonucleoside),碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。,核苷酸：
3、 AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。,核苷酸(ribonucleotide),多磷酸核苷酸 NMP，NDP，NTP,环化核苷酸：cAMP、cGMP,cAMP,核苷酸衍生物,核苷酸通过3,5 -磷酸二酯键连接成核酸大分子,二、核酸的分子组成,多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA链；多聚核苷酸，即RNA链。,C,G,A,第二节 核酸的分子结构 Molecular Structure of
4、Nucleic Acid,一 、核酸的一级结构,由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。,核酸的一级结构是核 苷酸的排列顺序,书写方法,DNA的空间结构又分为二级结构(secondary structure)和高级结构。,DNA的空间结构(spatial structure),所有原子在三维空间的相对位置关系,构成DNA的空间结构。,二、DNA的空间结构与功能,DNA的二级结构 双螺旋结构,DNA双螺旋结构要点,1. 两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径2.4nm，表面有大沟和小沟。 2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基垂直于
5、螺旋轴而伸入内侧。每圈螺旋含10.5个碱基对 (bp)，螺距为3.54nm。,3. 两条链通过碱基间的氢键相连，A对T含有两个氢键，C对G含有三个氢键，这种配对的规律，称为碱基互补规则。 4. 维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力。,碱基互补配对,T,A,G,C,DNA双螺旋结构的多样性,超螺旋结构是DNA的高级结构,超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。,正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。,负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
6、。,原核生物DNA的环状超螺旋结构,原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形式存在,DNA在真核生物细胞核内组装成 高度有序和致密的结构,核小体的组成,真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是 核小体(nucleosome)。,核小体的组成 DNA：约200bp 组蛋白 H1 H2A，H2B H3 H4,三、DNA是承载遗传信息的物质基础,DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。,基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。,四、RNA的结构与功能,1.信使RNA(
7、messenger RNA, mRNA)是合成蛋白质的直接模板。 2.核不均一RNA(hnRNA) 3.hnRNA经过剪切后成为成熟的mRNA。,(一)mRNA是蛋白质合成的直接模板,5-末端甲基化鸟苷酸的帽子(cap)结构m7GpppNm- 3-末端的多聚腺苷酸(polyA) 结构，称为多聚A尾。 3.成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。,成熟的真核生物mRNA的结构特点,帽子结构,m7GpppNmp,mRNA核内向胞质的转位 维系mRNA的稳定性 参与翻译起始的调控,帽子结构和多聚A尾的功能,tRNA的一级结构特点 含稀有碱基较多 3末端为 CCA-OH 5末端大多数为G 由709
8、0个核苷酸组成,(二)tRNA是蛋白质合成时 氨基酸的转运工具,稀有碱基,tRNA的二级结构 三叶草形,氨基酸臂,额外环,氨基酸臂 DHU环 反密码子环 TC环 额外环,tRNA的三级结构倒L型,tRNA的反密码子环上有一个由三个核苷酸构成的反密码子(anticodon)。 tRNA上的反密码子依照碱基互补的原则识别mRNA上的密码子。,tRNA的反密码子识别mRNA的密码子,rRNA与核糖体蛋白结合组成核糖体(ribosome)，作为蛋白质生物合成的场所。,(三)rRNA与蛋白质构成的核糖体 是蛋白质合成的场所,18S rRNA的二级结构,蛋白质合成时形成的复合体,核酸的理化性质 The P
9、hysical and Chemical Characteristics of Nucleic Acid,第三节,一、核酸的一般理化性质,核酸为多元酸，具有较强的酸性 DNA是线性高分子，黏度极大 在260nm波长有最大吸收峰，是由碱基的共轭双键决定的。这一特性常用作核酸的定性、定量分析。,二、DNA的变性(denaturation),定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。 实质：氢键的断裂，一级结构无改变,目 录,DNA的变性,双链DNA,部分解链,单链DNA,大部解链,DNA的解链曲线,Tm：紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(m
10、elting temperature, Tm)。其大小与G+C含量成正比。,三、DNA的复性与分子杂交,DNA复性(renaturation)的定义 在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。,热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing) 。,不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。,核酸分子杂交(hybridization),核 酸 酶 Nuclease,第 四 节,核酸酶是指所有可以水解核酸的
11、酶 依据底物不同分类 DNA酶(deoxyribonuclease, DNase) RNA酶 (ribonuclease, RNase) 依据催化部位不同分类 核酸内切酶： 限制性核酸内切酶 非特异性核酸内切酶 核酸外切酶： 53或35核酸外切酶。,本章要点 核苷酸的分子组成 DNA的分子结构与功能：二级结构 RNA的分子结构与功能：三种RNA的结构特点 核酸的理化性质：紫外吸收、变性及复性、Tm 杂交 deoxyribonucleic acid， ribonucleic acid nucleotide，,复习题,DNA的双螺旋结构有何特点？ RNA主要有哪几种？各有何功能？请说出mRNA、tRNA的结构特点。 何谓Tm值、 核酸变性 和核酸杂交？,试题,名词解释 氨基酸的等电点 肽键 2.问答题 （1）何谓蛋白质的三级结构？维系三级结构稳定的力是什么？ （2）举例说明蛋白质结构与功能的关 系。,
