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1、生化第三章第 三 章 核酸的结构与功能 Structure and Function of Nucleic Acid核酸 (nucleic acid): 单核苷酸为基本单位组成的生物大分子。是生物遗传的物质基础。核酸：脱氧核糖核酸（DNA） 核糖核酸（RNA）：mRNA tRNA rRNA第一节 核酸的化学组成和一级结构The Chemical Component of Nucleic Acid核酸的化学组成 1. 元素组成：C、H、O、N、P（910%）2. 分子组成： 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖(ribose)：核糖(ribose)（构成RNA），脱氧核糖(deoxyribos
2、e)（构成DNA） 磷酸(phosphate)嘌呤(purine) 腺嘌呤(adenine, A) 鸟嘌呤(guanine, G)嘧啶(pyrimidine) 尿嘧啶(uracil, U) 胞嘧啶(cytosine, C) 胸腺嘧啶(thymine, T)一、核苷酸的结构1. 核苷(ribonucleoside)的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR2. 核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 核苷酸：AMP, G
3、MP, UMP, CMP脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 体内重要的游离核苷酸及其衍生物l 多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸: cAMP，cGMPl 含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP二、核酸的一级结构 定义：核酸中核苷酸的排列顺序。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。核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。第二节 DNA的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA一、 DNA的二级结构双螺旋结构（一）DNA双螺旋结构提
4、出的依据（二） DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）DNA分子是反向平行的互补双链结构，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕公共轴盘旋。螺旋直径为2nm，形成大沟及小沟相间。碱基垂直螺旋轴在内侧，与对侧碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T; GC） 。相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。（三）DNA双螺旋结构的多样性二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装（一）DNA的超螺旋结构 （supercoil） DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋DNA双
5、螺旋（在拓扑异构酶的作用下）负超螺旋（二）原核生物DNA的三级结构（三）DNA在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由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的功能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。基因：是指DNA分子中的特定区段，包含有编码生物活性产物的信息单位。 第三节 RNA的结构与功能 Structure and Function of RNARNA的种类、分布、功能一 、信使RNA的结构与功能* mRNA含量较少 (占细胞总RNA的35 ),种类最多
6、 内含子(intron) 外显子(exon)* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。真核生物mRNA结构特点1. 5末端形成帽子结构：m7GpppNm-。2. 3末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。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 二、转运RNA的结构与功能 tRNA是细胞内分子量最小的RNA（占总RNA的15） 含 1020% 稀有碱基包括双氢尿嘧啶(DHU)、假尿嘧啶()和甲基化的嘌呤等 稀有碱基：N,N二甲基鸟嘌呤、双氢尿嘧啶、N6
7、-异戊烯腺嘌呤、 4-巯尿嘧啶tRNA的二级结构三叶草形：氨基酸臂、DHU环、反密码环、额外环、TC环tRNA的三级结构 倒L形* tRNA的功能：活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。三、核糖体RNA的结构与功能细胞内含量最多的RNA,占RNA总量的80以上 rRNA的功能 ：参与组成核糖体，作为蛋白质生物合成的场所。四 、其他小分子RNA及RNA组学除了上述三种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)。 snmRNAs的种类：核内小RNA、核仁小RNA、胞质小RNA、催化性
8、小RNA、小片段干涉 RNA snmRNAs的功能： 参与hnRNA和rRNA的加工和转运。RNA组学：研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。 第四节 核酸的理化性The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid一、 A260的应用1. DNA或RNA的定量A260=1.0, 相当于50g/ml双链DNA、40g/ml单链DNA（或RNA）、20g/ml寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度DNA纯品: A260/A280 比值= 1.8 R
9、NA纯品: A260/A280比值= 2.0二、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。方法：过量酸，碱，加热，尿素、酰胺、有机溶剂(如乙醇、丙酮)等。变性后理化性质变化：A260增高、粘度下降、生物活性丧失DNA变性的本质是双链间氢键的断裂 增色效应：DNA变性时其溶液A260增高的现象。例：变性引起紫外吸收值的改变 解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图，所得的曲线。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，又称熔解温度(melting temperature, Tm)。其大小与G+C含量成
10、正比。三、DNA的复性与分子杂交 DNA复性(renaturation) ：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。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing) 。核酸分子杂交(hybridization) 在DNA复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。这种现象称为核酸分子杂交。核酸分子杂交的应用： 1.研究DNA分子中某一种基因的位置 2.鉴定两种核酸分子间的序列相似性 3.检测某些专一序列存在与否 4.是基因芯片技
11、术的基础 第 六 节 核 酸 酶 Nuclease核酸酶：是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类 ：DNA酶(deoxyribonuclease, DNase) 、RNA酶 (ribonuclease, RNase) 依据切割部位不同：核酸内切酶、核酸外切酶核酸酶的功能 u 参与DNA的合成、修复及RNA剪接等u 负责清除多余的、结构和功能异常的核酸u 降解食物中的核酸以利吸收 u 体外重组DNA技术中的重要工具酶 核酶（ribozyme)催化性RNA (ribozyme) 作为序列特异性的核酸内切酶降解mRNA。 催化性DNA (DNAzyme) 人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异
12、性降解RNA。 （一）核酶：具有催化活性的RNA (1) 1982年，Cech首先发现四膜虫L19RNA既有RNA酶活性，又有RNA聚合酶活性。 随后的研究表明：L19RNA具备酶促催化的几个特征：高度的底物专一性、遵循Michaelis-Menten动力学、对竞争性抑制剂的敏感性(2) 1992年，Piccirilli等发现L19RNA具有氨酰酯酶的活性，催化氨酰酯水解。(3) L19RNA还有限制性内切酶作用(4) 1997年，Zhang和Cech用人造的RNA分子催化合成了肽链，表明RNA具有肽基转移酶活性。(5) 原核生物RNaseP和兔肌1，4- a-葡聚糖分枝酶 均包括RNA+蛋白组分，起催化作用的都是RNA。（二）核酶的研究意义与应用前景RNA既能携带遗传信息，又有生物催化功能。RNA可能早于蛋白质和DNA，是生命起源中首先出现的生物大分子。 切割癌基因、致病病毒基因
