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1、第三章 核酸的结构与功能,Department of Biochemistry Hangzhou Medical College Guyisheng,（Structure and Function of Nucleic Acid),生物化学 Biochemistry,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【2】,概述,核酸(mucleic acid)是存在于细胞中的一类大分子酸性物质，包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类。 RNA和DNA都是以单核苷酸为基本单位所组成的多核苷酸长链。 DNA(
2、deoxyribonucleic acid)是遗传信息的载体；RNA(ribonucleic acid)主要参与遗传信息的表达（病毒中也可作为遗传信息的载体）。,比较,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【3】,第一节 核酸的化学组成,1、核酸的元素组成：C、H、O、N、P 2、核酸的基本结构单位核苷酸 3、核酸的水解产物：3种成分,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【4】,一、核苷酸中的碱基成分,主要有5种碱基：A、
3、G、C、U、T 还有稀有碱基 酮式和烯醇式互变异构体 氨基和亚氨基互变异构体 含共轭双键，260nm左右紫外吸收峰（定性、定量分析）,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【5】,碱基结构式,DNA： A、G、C、TRNA： A、G、C、U,稀有碱基,共轭,紫外光,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【6】,二、戊糖与核苷,1戊糖：-D-核糖、-D-2-脱氧核糖,2018/10/8,Department of Bioche
4、mistry,Hangzhou Medical College,【7】,核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的C-1 位上的-羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进行缩合，生成的化学键称为糖苷键。,核苷酸表,2核苷,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【8】,核苷结构式,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【9】,三、核苷酸（nucleotide）的结构与命名,核苷酸是由核苷与磷
5、酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。 由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2-核苷酸、3-核苷酸和5-核苷酸。最常见者为5-核苷酸（5 常被省略）。 含有一个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸（NMP） ；含有两个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸（NDP）； 含有三个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸（NTP）。,核苷酸表,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【10】,AMP与dCTP,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou M
6、edical College,【11】,cAMP（第二信使）,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【12】,第二节 核酸的一级结构,DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA的一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。RNA分子主要由AMP，GMP，CMP，UMP四种核糖核苷酸组成。RNA的一级结构就是指RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。,核酸的一级结构：多核苷酸链中核苷酸的排列顺序（核苷酸序列或碱基序列）,2018/10/8,Dep
7、artment of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【13】,核苷酸的连接方式,连接方式：一分子的核苷酸的3-位羟基与另一分子核苷酸的5-位磷酸基通过脱水可形成3,5-磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【14】,多核苷酸链：,核酸就是由许多核苷酸单位通过3,5-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物。 核酸具有方向性的长链状化合物，多核苷酸链的两端，一端称为5-端，另一端称为3-端。,2018/10/8,Dep
8、artment of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【15】,核酸一级结构的表示方法,2、文字简化式pApGpCpT pA-G -C-T pAGCT ,1、线条简化式,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【16】,第三节 DNA的空间结构与功能,一、DNA的二级结构双螺旋结构模型（double helix model）DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型。,Watson,2018/
9、10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【17】,（一）DNA双螺旋结构的研究背景：,19501953，Chargaff研究小组对DNA的化学组成进行了研究，发现： 不同生物种属的DNA碱基组成不同，且物种亲缘关系越远，差异越大； 同一个体（相同物种）不同组织器官中DNA碱基组成相同，且不因年龄、环境及营养而改变； DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。 这一规律被称为Chargaff原则。,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangz
10、hou Medical College,【18】,1. 为右手反向平行双螺旋； 2. 主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧； 3. 两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个氢键，G与C为三个氢键）； 4. 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力； 5. 螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。,（二）DNA双螺旋结构的特点（B型）：,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【19】,B型双螺旋DNA的结构特征,2018/10/8,Department of Biochemistry,H
11、angzhou Medical College,【20】,碱基配对与氢键形成,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【21】,（三）DNA双螺旋结构的多样性：,目前已知DNA双螺旋结构可分为A、B、C、D及Z型等数种，除Z型为左手双螺旋外，其余均为右手双螺旋。,螺旋模式,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【22】,二、DNA的超螺旋结构,（一）原核生物DNA的三级结构： 绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋。
12、如果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋三级结构。,超螺旋,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【23】,（二）真核生物中的核小体结构,在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【24】,组蛋白与核小体（nucleosome）,组蛋白有5种：H1、H2A、H2B、H3、H4 核心组蛋白（组蛋白八聚体）
13、 （H2A、H2B、H3、H4）2 核小体的核心颗粒（nucleosome core partiele ）,连接区（linker）,DNA双螺旋核小体串珠状多核小体细丝螺线管超螺线管染色单体,核小体,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【25】,核小体结构,核小体,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【26】,三、DNA的功能,遗传的 物质基础，携带与传递遗传信息 DNA的基本功能：作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制
14、以及基因信息的转录提供模板。 DNA复制：亲代DNA子代DNA，遗传性状的相对保守性。 转录、翻译：DNARNA蛋白质，表达特殊的生物学性状。,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【27】,基因与基因组,DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（gene）。 一个生物体的全部基因序列称为基因组（genome）。 基因组的大小与生物的复杂性有关，如病毒SV40的基因组大小为5.1103bp，大肠杆菌为5.7106bp，人为3109bp。,说明,2018/10/8,Department of Biochem
15、istry,Hangzhou Medical College,【28】,第四节 RNA的空间结构与功能,主要存在于细胞质中 RNA通常以单链形式存在，但也可形成局部的双螺旋结构。RNA分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样化。 主要的RNA种类有rRNA、mRNA、tRNA、HnRNA、SnRNA等。,种类表,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【29】,RNA的一般结构特征,分子比DNA小得多，仅含几十至数千个核苷酸。 一般是单链，碱基组成不遵守Chargaff 规则。 碱基组成上RNA分子中含有U，
16、U与T具有相同的结构信息量。 RNA核糖分子上C2-OH是游离的，是易发生不良反应的位置，因此RNA不如DNA稳定。,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【30】,一、mRNA的结构与功能,信使RNA（messenger RNA）细胞内含量较少，占总RNA的5%左右，但种类很多。 在细胞核内合成的初级产物称为HnRNA（不均一RNA）。 成熟的mRNA分子由编码区和非编码区组成。 mRNA的功能是把核内DNA的遗传信息（碱基序列）传送到胞质，指导蛋白质合成 。（含三联体密码，triplet code）,2018/10/8,Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College,【31】,真核生物mRNA的特殊结构：,5-末端的帽子结构：7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸(m7GpppNm)。促进核糖体与mRNA结合,加速翻译的起始速度,增强mRNA的稳定性 3-末端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴结构:参与mRNA从核内向胞质转移,增强mRNA稳定性 真核生物mRNA含有内含子，在核内需经过一系列的加工、修饰及剪接等去除内含子，转变为成熟的mRNA，进入胞浆,
