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1、2019/4/29,分子生物学原理,第三章 核酸的结构与 功能 Nucleic Acid structure and Function,2019/4/29,分子生物学原理,什么是核酸?,核酸是遗传信息物质,2019/4/29,分子生物学原理,核酸的结构与功能,DNA(deoxyribonucleic acid),RNA(ribonucleic acid),nucleic acid,2019/4/29,分子生物学原理,DNA（deoxyribonucleic acid) RNA(ribonucleic acid),2019/4/29,分子生物学原理,核酸研究的历史,1869年，瑞士科学家Mies
2、cher在外科绷带上得到一种含磷酸很高的酸性化合物。 因 存在 于 核 中， 故命名为“核质” (nuclein)。 1889年，Altmann制备了不含蛋白质的核酸制品，首先使用了核酸(nucleic acid)这个名称。,2019/4/29,分子生物学原理,核酸研究的历史,19281932年，确立了核酸在生命现象中的地位。 1944年，转化作用的发现，证实： 核酸 遗传物质 1953年，Waston和Crick建立了双螺旋模型，这是核酸发展史上的重要里程碑。,2019/4/29,分子生物学原理,核酸研究的历史,早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一种成分，后逐步证明核酸中含有戊糖，磷酸和碱基，
3、是一种线状聚合物。,2019/4/29,分子生物学原理,DNA is the carrier of genetic information,2019/4/29,分子生物学原理,核 苷 酸 的 结 构,左 边 是 电 脑 模 型 ， 右 边 是 简 化 的 表 示 法,酯键,糖苷键,2019/4/29,分子生物学原理,Ribose and Deoxyribose,2019/4/29,分子生物学原理,第一节 核酸的化学 组成,2019/4/29,分子生物学原理,第一节 核酸的化学组成,碱基 水解 完全水解 核酸 单核苷酸 戊糖 磷酸,2019/4/29,分子生物学原理,核酸的化学组成,Nuclei
4、c acid nucleotide phosphate + nucleoside base + pentose ,purine 、pyrimidine,DNARNA,2019/4/29,分子生物学原理,The structure of base,嘌呤,嘧碇,核酸中的碱基是含氮杂环化合物：,2019/4/29,分子生物学原理,碱基的互变异构,酮式烯醇 C=O C-OH N N 氨基亚氨基 C-NH2 C=NH2 + +HN HN 受介质pH影响,2019/4/29,分子生物学原理,碱基的共轭双键,260nm波长的紫外吸收强。 核酸测定的基础。,2019/4/29,分子生物学原理,Ribose a
5、nd Deoxyribose,2019/4/29,分子生物学原理,pentose,2019/4/29,分子生物学原理,核苷是碱基与戊糖以糖苷键相连接形成的化合物：,核苷,2019/4/29,分子生物学原理,核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键相连接分别构成 核苷酸或脱氧核苷酸 按组成分类： 含有1个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸（NMP），如CMP 含有2个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸（NDP），如GDP 含有3个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸（NTP），如ATP,核苷酸,2019/4/29,分子生物学原理,核苷酸,许多单核苷酸在体内具有许多重要的生理功能 ATP是体内能量的直接来源和利用形式。 腺
6、苷酸是NAD、FAD、辅酶A等的组成成分。 cAMP与cGMP是细胞内信号转导过程中重要的调节因子。,2019/4/29,分子生物学原理,核苷酸的连接方式,Adenosine ADP ATP,AMP,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,第二节 核酸的一级结构,2019/4/29,分子生物学原理,核苷酸的连接,(连接酶),2019/4/29,分子生物学原理,DNA的一级结构是通过3,5-磷酸二酯键构成一个没有分支的线性大分子，其两个末端分别是5-末端（游离磷酸基）和3-末端（游离羟基）。是指DNA分子中核苷酸的排列顺序。 由于脱氧核苷酸之间的差别仅是其碱基的不
7、同，所以DNA分子碱基的排列顺序就代表了核苷酸的排列顺序。,DNA的一级结构,2019/4/29,分子生物学原理,5,3,DNA的 一级结构,2019/4/29,分子生物学原理,核酸的书写方法,5：左侧（上） 3：右侧（下） AUGGC和AGUGC的碱基组成相同，但表示二段不同的核酸序列。,2019/4/29,分子生物学原理,第三节 DNA的空间结构与功能,2019/4/29,分子生物学原理,Chargaff 规则,腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等， 即： A=T，G=C 不同生物种属的DNA,其碱基组成不同 同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。 提示
8、： A与T，G与C之间可能以互补的方式存在。,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,DNA的双螺旋结构,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,DNA的双螺旋结构,DNA分子由两条脱氧核糖核酸作骨架的双链组成，以右手螺旋方式盘旋 糖磷酸骨架均位于外侧，碱基在内侧碱基平面之间距离为0.34nm。螺旋一周为10碱基对，螺距为3.4nm。 双螺旋的两条链是反方向平行的。 碱基配对：G = C
9、A = T。 稳定力：互补碱基之间的氢键 疏水性堆积力-碱基堆积力,B型-DNA,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,DNA的三级结构,原核生物和真核生物线粒体、叶绿体中的DNA是共价封闭的环状双螺旋，再形成超螺旋。,环状双螺旋,超螺旋,2019/4/29,分子生物学原理,DNA的三级结构,真核生物中DNA的三级结构与蛋白质有关。 和DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白。 组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两个分子形
10、成八聚体，被两圈140-145碱基对的DNA所围绕。形成核小体。 H1位于核小体之间的连接区，组成串珠状结构。,2019/4/29,分子生物学原理,DNA的三级结构,核小体,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,DNA的功能,基因：就是DNA大分子的一个片段，有复制、转录等主要功能，是生物遗传繁殖的物质基础。 DNA的功能：作为生物遗传信息复制的模版和基因转录的模版。 一个生物体的全部基因序列称为基因组。,2019/4/29,分子生物学原理,DNA功能是储存遗传信息，保证每一种生物机体合成它们独特的蛋白质和RNA，使机体按一
11、定时间和空间顺序来合成细胞成分。 DNA is the storehouse,or cellular library that contains the information required to build a cell or organism.,2019/4/29,分子生物学原理,生物体内DNA的大小,2019/4/29,分子生物学原理,第四节 RNA的空间结构 与功能,2019/4/29,分子生物学原理,结构：RNA由一条多核苷酸链组成，经卷曲盘绕可形成局部双螺旋二级结构和三级结构,RNA的结构和功能,动物细胞内主要RNA的分布与功能,蛋白质合成的场所,2019/4/29,分子生物学
12、原理,一、信使RNA（ mRNA）,传递DNA遗传信息的RNA称为信使RNA （mRNA）。 细胞核内初合成的mRNA前体是不均一核RNA（hnRNA），经剪接生成成熟的mRNA。去掉内含子（intron）转录后产物，留下外显子（extron）转录后产物，重新连在一起。,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,mRNA的结构特点：,大多数真核mRNA的5-端在转录后均加上一个帽子结构。mRNA的帽子结构可保护mRNA免受核酸酶从5端的降解作用，并在翻译起始中起重要作用。 绝大多数真核mRNA的3-端有200多个腺苷酸残基的尾巴（Poly A），其作用在于增加mR
13、NA的稳定性和维持其翻译活动。,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,m7GpppG,2019/4/29,分子生物学原理,mRNA的功能,mRNA的功能是把核内DNA的碱基顺序（即遗传信息）按照碱基互补原则，抄录并转移到细胞质，决定蛋白质合成过程中的氨基酸排列顺序。 mRNA通过三个核苷酸联成的密码子编码氨基酸。,2019/4/29,分子生物学原理,二、转运RNA（ tRNA） tRNA的结构特点： tRNA分子中含有较多的稀有碱基：DHU、和mG、 mA等 所有的tRNA均是线性多核苷酸链，局部片断由于碱基互补而形成局部双螺旋区，而非互补区则形成环状结构。整
14、个tRNA的二级结构呈现三叶草结构 tRNA中的3个环分别是DHU环、TC环和反密码环 tRNA的三级结构呈现倒L型，一端为氨基酸臂，另一端为反密码子,2019/4/29,分子生物学原理,tRNA的功能,其功能是携带蛋白质合成所需的氨基酸，并按mRNA上的密码顺序“ 对号入座”地将其转运到mRNA分子上。,2019/4/29,分子生物学原理,tRNA的三叶草结构,2019/4/29,分子生物学原理,tRNA的三级结构,tRNA的三级结构 均呈倒L字母形，其3末端含CAA-OH的氨基酸臂位于一端，反密码环位于另一端。 tRNA的三级结构的稳定力是核苷酸之间的各种氢键。,2019/4/29,分子生
15、物学原理,三、核蛋白体RNA( rRNA) rRNA与蛋白质结合形成的核蛋白是细胞内蛋白质合成的场所。 rRNA 分子大小不均一，真核细胞的rRNA有4种，其沉降系数分别为28S、58S、5S和18S。大约与70种蛋白质结合而存在于的核蛋白体的大小亚基中 rRNA的二级结构为茎环样结构。,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,2019/4/29,分子生物学原理,四、核酶(ribozyme),rRNA前体的自我剪接是由内含子催化的，其本质是RNA。具有酶的催化活力的RNA就称为核酶，核酶的发现改变了酶都是蛋白质的传统概念。,2019/4/29,分子生物学原理,第五节 核酸的理化性质及其应用,2019/4/29,分子生物学原理,核酸的一般性质 核酸分子通常表现为较强的酸性。 由于DNA分子细长，其在溶液中的粘度很高；RNA分子比DNA短，在溶液中的粘度低于DNA。 核酸的紫外线吸收 核酸分子中的碱基都含有共轭双键，在260nm波长处有最大紫外光吸收。 蛋白质在280nm波长处有最大吸收，所以可利用溶液260nm和280nm处吸收光度（A）的比值来估计核酸的纯度。,2019/4/29,分子生物学原理,DNA的理化性质及其应用,变性 复性 增色效应 减色效应 解链温度 杂交 探针,2019/4/29,分子生物学原理,DNA的理化
