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1、核酸的结构原理核酸包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类，它们对生物体的遗传信息的传递、蛋白质的生物合成及生物的发育调控等生命过程起着决定性的作用。l核酸的结构与功能l染色体的结构l基因组核酸的结构与功能l核酸结构的研究简史l核酸的基本结构单位lDNA的结构lDNA的功能lRNA的结构lRNA的功能核酸结构的研究简史l1868年，瑞士的Friedrich Miescher从脓细胞核中提取得到结合蛋白质的核酸，称为核素（nuclein）l1889年，Richard Altmann得到不含蛋白质的核素，命名为核酸（nucleic acid）l1929年，Levene Jacobs得到
2、核酸的化学组成l1938年，Astbury开始DNA纤维衍射的工作l1944年，Avery等完成肺炎球菌转化试验，证明DNA是遗传物质l1950年前后，Chargaff和Markham分析了各种生物DNA的碱基组成，发现了DNA碱基组成规律：A=T, G=Cl1953年，James Watson和Francis Crick建立DNA双螺旋结构模型核酸结构的研究简史（续）l1970s年代初，建立DNA重组技术，产生了一门新的学科基因工程。l1970s年代末，开始进行人工合成DNA片段的结晶和晶体衍射的分析工作。l1978年发表了第一个DNA片段晶体结构，是一个四核苷酸片段。l1979年，A.Ri
3、ch测定了d(CGCGCG)片段的晶体结构，发现是一个左手双螺旋结构。l1980年，R.E.Dickerson测定了12聚核苷酸片段：d(CGCGAATTCGCG)的晶体结构，证实了Watson-Crick模型的正确性，同时也发现了一些不同的结构特征。l1992年，建立了核酸三维结构数据库NDB。l现在，X射线晶体学、NMR和计算机模拟方法都已经用于研究核酸的空间结构。核酸的基本结构单位l核酸是线性的多聚核苷酸（polynucleotide），核苷酸（nucleotide）是核酸的基本结构单位l核苷酸的结构n核苷l戊糖l碱基n磷酸戊糖l戊糖的类型nb-D-核糖 RNAnb-D-2-脱氧核糖 D
4、NA戊糖l糖环的折叠形式n内型（endo）与外型（exo）构象以C5作为参照n糖环的折叠形式有两大类l信封式（envelope form）nC2-endo（2E）nC3-endo（3E）nC2-exo （2E）nC3-exo （3E）l扭转式（twist form）nC2-endo-C3-exo（ , , ），又称S式nC2-exo-C3-endo（ , , ），又称N式内型（endo）与外型（exo）信封式构象扭转式构象呋喃糖环的折叠形式糖环的折叠影响核苷酸的空间构象l单体核苷酸中糖环折叠C3-endo与C2-endo各占一半的比例lB-DNA螺旋中糖环构象为C2-endolA-DNA螺旋中
5、糖环构象为C3-endolRNA螺旋中糖环构象为C3-endo碱基l腺嘌呤 Al鸟嘌呤 Gl胞嘧啶 Cl胸腺嘧啶 T l尿嘧啶 U碱基环的原子编号碱基的顺式和反式构象碱基的顺式和反式构象磷酸基团核苷酸的构象角DNA的结构lDNA的一级结构l双螺旋DNA的二级结构l超螺旋DNA的三级结构l三链和四链DNA的结构DNA的一级结构lDNA的一级结构是脱氧核糖核苷酸以3, 5-磷酸二酯键连接形成的长链l脱氧核糖和磷酸构成DNA的磷酸二酯主链，由糖苷键连接的碱基是DNA的侧链n磷酸基总是离子化的n核酸是聚阴离子n核苷酸链具有极性，方向：53n每个核苷酸中有6-7个自由旋转的单键l核苷酸的序列编码了DNA
6、中的遗传信息nChargaff规则：双链DNA中 A = T & G = C n核苷酸中的碱基可以被修饰：DNA中A和 C有时被甲基化DNA序列的测定lSanger法（双脱氧末端终止法）lMaxam-Gilbert法（化学降解法）DNA的双螺旋结构二级结构l双螺旋结构的三种类型nB-DNAnA-DNAnZ-DNAB型DNA的结构lB型DNA是天然DNA的最常见的构象，Watson-Crick双螺旋模型就是B型DNA的构象lB型DNA的结构特征n两条反平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕。n磷酸-脱氧核糖主链在外，碱基在内。碱基平面相互平行叠加，与中心轴垂直，碱基平面的间距为3.4。n每圈螺旋
7、含有10对碱基，螺距34。相邻两对碱基的夹角为36，螺旋的直径约为20。n两条链相对的碱基存在A-T, C-G的互补关系，A-T之间有两个氢键，C-G之间有三个氢键。n糖苷键是反式构型，脱氧核糖的折叠是2内型n在DNA双螺旋分子上交替存在大沟和小沟B型DNA的结构l1980年，Dickerson测定了12聚寡核苷酸片段的晶体结构，发现并不象Watson-Crick模型那样均一，在局部结构上有较大的差异。从而对Watson-Crick模型提出了一些补充：n相邻两个碱基之间的夹角可从28到42不等，而不是固定的36。n组成碱基对的两个碱基的分布并非在同一平面上，而是沿碱基对的长轴旋转一定角度，称为
8、螺旋桨状扭曲。n双螺旋局部的构象变化能导致双螺旋结构整体的变化，如弯曲和沟的加宽等。B型DNA的结构lWatson-Crick模型的意义nWatson-Crick模型阐明了遗传物质复制和传代的机制，对分子遗传学的形成和发展产生了深远的影响。A型DNA的结构lA-DNA是在相对湿度为75%以下时获得的DNA纤维的结构。后来在DNA的晶体结构中也发现A-DNA的存在。lA-DNA的结构特征n也是右手双螺旋结构n螺旋直径比B-DNA更大。n碱基排列更紧密，碱基平面间距为2.56，每圈螺旋有11对碱基，螺距28。n脱氧核糖的折叠形式为C3内型，而B-DNA为C2内型。n碱基对与中心轴的倾角不同，约为2
9、0，导致大沟和小构也有细微的差别。Z型DNA的结构l1979年A.Rich等人测定了人工合成的DNA片段d(CGCGCG)的晶体结构，发现它是一个左手双螺旋结构，称为Z-DNA。lZ-DNA的结构特征为：n是左手双螺旋构象。n糖-磷酸主链的走向呈Z字形。nZ-DNA较B-DNA细长，螺旋直径18，碱基平面间距3.7。每圈螺旋含12对碱基，螺距45。n鸟嘌呤碱基是顺式构象，胞嘧啶碱基仍是反式构象。nZ-DNA的糖环的折叠是C3内型，B-DNA是C2内型。nZ-DNA只有一条小沟，较深，含有较高的负电荷密度。lZ-DNA也可存在于天然DNA的特殊区域，可能在调控基因表达中起重要作用。A-DNAA-DNA、B-DNAB-DNA和和Z-DNAZ-DNA结构的比较结构的比较
