第2章 核酸的结构与功能

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1、,2019年10月28日6时43分,2019年10月28日6时43分,第二章 核酸的结构与功能,核膜,染色体丝,核孔,核基质纤维,组蛋白与非组蛋白,DNA (2nm dm),核小体 (11nm dm),2019年10月28日6时43分,学习要点,第一节 核酸的化学组成,第二节 DNA的分子结构与功能,第三节 RNA的分子结构与功能,第四节 核酸的理化性质(自学）,2019年10月28日6时43分,学习要求,掌握核酸的分类、基本成分和基本单位核苷酸；核酸的一级结构；DNA 分子的组成和双螺旋结构。 熟悉RNA分子的组成和 tRNA的“三叶草”结构，RNA的分类和各种RNA的功能； 了解核酸的元素

2、组成和特征，核酸的紫外吸收特性和核酸的变性； 了解重要的核苷酸衍生物。,2019年10月28日6时43分,第一节 核酸的化学组成,2019年10月28日6时43分,核酸的元素组成,组成核酸的基本元素：C、H、O、N、P； 其中P 的含量比较稳定： 含磷量为9%10%。 通过测定P 的含量来推算核酸的含量 （定磷法）。 任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。,2019年10月28日6时43分,复习,分类 DNA RNA 化学组成 主要分布 功能,2019年10月28日6时43分,两类核酸的基本化学组成比较,DNA RNA 嘌呤碱 腺嘌呤 (A ) 腺嘌呤 (A) （Purine bases ） 鸟嘌

3、呤 (G) 鸟嘌呤 (G) 碱基 (Base) 嘧啶碱 胞嘧啶 (C) 胞嘧啶(C) （Pyrimidine bases） 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶 (U) 戊糖 D-2-脱氧核糖 D-核糖 (Pentose) 酸 磷酸 磷酸 (Acid),2019年10月28日6时43分,核酸的分类及分布 与功能,90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。,主要分布于细胞质，少量分布在细胞核。,(deoxyribonucleic acid, DNA),(ribonucleic acid, RNA),脱氧核糖核酸,核糖核酸,携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。,参与细

4、胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。,2019年10月28日6时43分,三、核酸的基本单位-核苷酸,核酸,核苷酸,核苷,磷酸,碱基,戊糖,核苷酸通式表示为：碱基戊糖磷酸,核苷,2019年10月28日6时43分,（一）核苷酸的组成成分,2019年10月28日6时43分,1、戊糖,RNA:核糖,DNA:脱氧核糖,2019年10月28日6时43分,2.碱基,嘌呤碱,嘧啶碱,腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T),尿嘧啶(U),:DNA特有,:RNA特有,两者均有,2019年10月28日6时43分,嘌呤,2019年10月28日6时43分,胞嘧啶（C） 两者

5、均有,尿嘧啶（U）： RNA特有,胸腺嘧啶（T） DNA特有,2019年10月28日6时43分,3、磷酸：DNA、RNA均有,RNA(AMP),DNA(dAMP),2019年10月28日6时43分,（二）核苷酸的结构,碱基与戊糖之间：糖苷键,核苷与磷酸之间：磷酸酯键,2019年10月28日6时43分,+,9,核苷：由戊糖和碱基以糖苷键连接而成,核苷戊糖碱基,腺苷,糖苷键,2019年10月28日6时43分,核苷,2019年10月28日6时43分,核苷酸=核苷磷酸,+,核苷酸：由磷酸与核 苷上戊糖5位碳原子 上的-OH脱水形成磷 酸酯键形成的结构。,磷酸酯键,2019年10月28日6时43分,核苷

6、酸的结构和命名,腺嘌呤核苷酸（ AMP）,脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）,OH,H,2019年10月28日6时43分,（三）核苷酸(NMP)种类 脱氧腺苷酸 dAMP 腺苷酸AMP 脱氧鸟苷酸 dGMP 鸟苷酸 GMP 脱氧胞苷酸 dCMP 胞苷酸 CMP 脱氧胸苷酸 dTMP 尿苷酸 UMP,DNA,RNA,通式：碱基+戊糖+磷酸,2019年10月28日6时43分,第二节 DNA的分子结构与功能,2019年10月28日6时43分,一、DNA的一级结构 （一）核苷酸的连接方式 磷酸二酯键,2019年10月28日6时43分,2019年10月28日6时43分,RNA,DNA,磷酸二酯键,碱基,碱基,

7、5末端,3末端,5,3,5,3,OH,OH,2019年10月28日6时43分,（二）DNA的一级结构,1.概念：多核苷酸链中是脱氧核糖核苷酸（或碱基）的排列顺序。,2019年10月28日6时43分,RNA： 5 pACAGU OH 3,2.多核苷酸链的字母式简写式：,DNA： 5 dpACAGT OH 3 或5 ACAGT 3 d代表脱氧； p代表5 端； A、G、C、T、U代表相应的核苷酸； OH 代表3末端； 一般默认53为正向（从左至右）,U,2019年10月28日6时43分,DNA的一级结构中碱基顺序本身就是遗传信息储存的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化

8、的不同排列组合之中。,2019年10月28日6时43分,二、DNA的空间结构,（一）DNA的二级结构：,DNA的空间结构,模型：双螺旋结构,提出:1953年 Watson和 Crick,2019年10月28日6时43分,DNA双螺旋结构的要点：,两条反向平行的多脱氧核苷酸链 两条链的走向分别为53和35,2019年10月28日6时43分,5C,磷酸与脱氧核糖在外 侧，构成的骨架。,碱基在双螺旋内侧。,碱基配对原则： 、 两链为互补链。 中间形成氢键,(可变),(不变),不变,可变,2019年10月28日6时43分,T,A,C,T,C,G,碱基配对原则:AT,GC,2019年10月28日6时43

9、分,5,A,C,T,G,T,A,A,C,G,T,二级结构的参数,2019年10月28日6时43分,维持DNA双螺旋结构稳定的因素： 纵向：碱基堆积力：主要因素 横向：氢键、离子键,2019年10月28日6时43分,DNA双螺旋结构的多样性,Watson和Crick当年提出的是理想化的DNA双螺旋模型，后来发现其各项参数均与实际的DNA双螺旋结构有一定差异。,2019年10月28日6时43分,DNA互补双螺旋结构的意义： 自身复制的功能，通过复制 可以合成与其一模一样的DNA分子 。,2019年10月28日6时43分,(H2A、H2B、H3、H4）2 核心组蛋白（八聚体） DNA盘绕在外 核心颗

10、粒 H1 核小体 串联 串珠状结构 螺旋化 染色体,（二）DNA的三级结构核小体: Pr+DNA,2019年10月28日6时43分,2019年10月28日6时43分,第三节 RNA的分子结构与功能,2019年10月28日6时43分,RNA的分子结构 （一） RNA的一级结构 由核糖核苷酸按一定的数目、比例和特定的排列顺序，通过磷酸二酯键连接而成的多核苷酸长链。 维系键：磷酸二酯键,形式：多核苷酸长链 （单链）,2019年10月28日6时43分,RNA的空间结构,RNA双链部分、DNA与RNA 间碱基配对原则： AU, G C,存在形式:单股多核苷酸链 (主）,A,C,G,U,A,2019年10

11、月28日6时43分,RNA的分类,RNA的种类、分布、功能,核蛋白体,RNA,信使,RNA,转运,RNA,核内不均一,RNA,核内小,RNA,胞浆小,RNA,细胞核和胞液,线粒体,功,能,rRNA,mRNA,mt,rRNA,tRNA,mt,mRNA,mt,tRNA,HnRNA,SnRNA,SnoRNA,scRNA/7SL,-,RNA,核蛋白体组分,蛋白质合成模板,转运氨基酸,成熟,mRNA,的前体,参与,hnRNA,的剪接、转运,rRNA,的加工、修饰,蛋白质内质网定位合成,的信号识别体的组分,核仁小,RNA,核蛋白体,RNA,信使,RNA,转运,RNA,核内不均一,RNA,核内小,RNA,R

12、NA,细胞核和胞液,线粒体,功,能,rRNA,mRNA,mt,rRNA,tRNA,mt,mRNA,mt,tRNA,HnRNA,SnRNA,SnoRNA,scRNA/7SL,-,RNA,核蛋白体组分,蛋白质合成模板,转运氨基酸,成熟,mRNA,的前体,参与,hnRNA,的剪接、转运,rRNA,的加工、修饰,蛋白质内质网定位合成,的信号识别体的组分,核仁小,RNA,根据RNA的功能可分为mRNA、tRNA、rRNA等多种。,2019年10月28日6时43分,1、转运RNA(tRNA)： 蛋白质合成时携带活化氨 基酸,3、核糖体RNA(rRNA): 与蛋白质结合构成核糖体, 蛋白质合成场所,2、信使

13、RNA(mRNA)： 蛋白质合成中起模板作用,分类,2019年10月28日6时43分,(一) mRNA结构特点,1.帽子结构：m7GpppN,2.多聚A尾 大多数真核mRNA的3末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构。,4. 编码区与非编码区,3.帽子结构和多聚A尾的功能 mRNA核内向胞质的转位；mRNA的稳定性维系；翻译起始的调控 。,一、mRNA,含量最少，种类最多,2019年10月28日6时43分,2019年10月28日6时43分,(二) mRNA的功能 1.构成遗传密码，传递DNA所携带的遗传信息。 2.用连续三个核苷酸作为密码子以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。,2019年10月

14、28日6时43分,(一) tRNA的一级结构特点 1.含 1020% 稀有碱基，如 DHU、 TC。 2. 3末端为 CCA-OH； 5末端大多数为pG。,二、tRNA,2019年10月28日6时43分,(二) tRNA的二级结构,1. tRNA的二级结构为平面卷曲的三叶草构型。,2.由单链卷曲形成局部环状双链。 3.反密码环，带有反密码子可破译遗传密码。 4.氨基酸臂，直接结合被活化的氨基酸。,2019年10月28日6时43分,识别mRNA上密码,3端为-CCA,蛋白质合成时连接活化的氨基酸,1、tRNA 二级结构:三叶草形,2019年10月28日6时43分,(三)tRNA的三级结构 倒L形

15、,(四) tRNA的功能 破译遗传密码；活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。,X线衍射结构证明，tRNA的共同三级结构为倒L形。,2019年10月28日6时43分,tRNA,三级结构倒L形,2019年10月28日6时43分,(二) rRNA由单链卷曲构成的多茎环结构。,三、rRNA,(三)rRNA参与组成核糖体的大、小亚基，作为蛋白质生物合成的场所。,(一) rRNA占总RNA的80以上。,(四)根据沉降系数，rRNA在原核生物中有 5S,23S,16S 三种；在真核生物中有 5S,28S,5.8S,18S四种。,2019年10月28日6时43分,四、体内小分子RNA与RNA组学,(一) snmRNAs 除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA (small non-messenger RNAs, snmRNAs)。包括核内小RNA、核仁小RNA、胞质小RNA、催化性小RNA、小片段干涉 RNA。参与hnRNA和rRNA的加工和转运。,RNA组学是研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功能。生物的不同细胞、不