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1、生物化学生物化学BiochemistryBiochemistry:第第一一章章 核核酸酸化化学学: 第一节第一节 核酸通论核酸通论 第二节第二节 核酸的结构核酸的结构 第三节第三节 核酸的物理化学性质核酸的物理化学性质 第四节第四节 核酸的研究方法核酸的研究方法 :第一节第一节 核酸通论核酸通论一、一、核酸的发现与研究历史核酸的发现与研究历史二、二、核酸的种类和分布核酸的种类和分布三、三、核酸的生物功能核酸的生物功能:1868，瑞士科学家，瑞士科学家FriedrichMiescher细胞核细胞核化学的创始人和发化学的创始人和发现者）现者）-从脓球发从脓球发现现“核素核素”主要染主要染色质色质核
2、酸的发现核酸的发现:1889，R.Altmann提出了核酸名提出了核酸名称称并且已经认识并且已经认识到到“核素核素”乃乃“核酸核酸”与蛋白质的复合与蛋白质的复合体。体。发展了从酵母发展了从酵母和动物组织中制备和动物组织中制备不含蛋白质的核酸不含蛋白质的核酸方法方法核酸的发现核酸的发现:一、核酸的研究历史一、核酸的研究历史1879年年Kossel经过经过10年的努力年的努力,搞清楚核质搞清楚核质中有四种不同的组成中有四种不同的组成部分部分:A,T,C和和G。Kossel及同事在核酸及同事在核酸化学研究中作出了重化学研究中作出了重大贡献大贡献(碱基鉴定碱基鉴定),获获1910诺奖诺奖,但他认为但他
3、认为决定染色体功能的是决定染色体功能的是蛋白质蛋白质:Levene提出了核酸的提出了核酸的“磷酸磷酸-核糖核糖(碱基碱基)-磷磷酸的骨架结构酸的骨架结构1912年年,Levene提出提出核酸中含有等量的核酸中含有等量的4种核苷酸种核苷酸使研究脱离轨道使研究脱离轨道1930年年Levene发现动发现动物细胞的核酸含有一物细胞的核酸含有一种特殊的核糖即脱氧种特殊的核糖即脱氧核糖核糖一、核酸的发现与研究历史一、核酸的发现与研究历史:1928Griffithetal-肺肺炎双球炎双球菌转化菌转化实验实验:19441944年，年，AveryAvery等肺炎球菌转化实验等肺炎球菌转化实验:1952Hers
4、hey和和Chase-噬菌体标噬菌体标记实验记实验:Francis Crick (35y)Francis Crick (35y)JamesWatson(23y)剑桥大学剑桥大学CavendishLab.:大多数遗传学家认同基因是由大多数遗传学家认同基因是由DNA组成的；组成的；随后，随后，DNA的半保留复制和半不的半保留复制和半不连续复制机理也被阐明，为基因连续复制机理也被阐明，为基因工程的诞生奠定了坚实的理论基工程的诞生奠定了坚实的理论基础。础。:中心法则中心法则DNAmRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译反转录反转录Crick,F.H.,Symp.Soc.Expt.Biol.12:138,1
5、958:1966年年,Nirenberg等破译了遗传密码等破译了遗传密码:CohenCohen等的重组实验示意图等的重组实验示意图TcrNerEco RIEcoRI连接酶连接酶TcrNer双抗重组菌落双抗重组菌落基因工程发展史上首次实现了重组基因工程发展史上首次实现了重组DNA的细菌转化的细菌转化生物技术的诞生生物技术的诞生:1975年年,Sanger建立了酶法测序技术建立了酶法测序技术1976Maxam和和Gilbert建立了建立了DNA化学化学Sequencing1981年年,Cech发现了核酶发现了核酶RNA已成为最活跃的研究领域之一已成为最活跃的研究领域之一:DNASequencing
6、(序列分析）序列分析）-基因组计划基因组计划1990人类基因组计划正式启动人类基因组计划正式启动,这一计这一计划与划与“曼哈顿原子弹研制计划曼哈顿原子弹研制计划”、“阿波阿波罗登月计划并称为人类科学史上的罗登月计划并称为人类科学史上的“三大计划三大计划”。:2000年6月，宣布了人类基因组“工作草图的完成，那时，人类基因组计划只完成了85的基因组2019年4月14日，完成了构成人类基因组的31亿个DNA的全面而又非常精确的测序。:我国承担的工作区域，位于人类我国承担的工作区域，位于人类3 3号号染色体短臂上。由于该区域约占人类染色体短臂上。由于该区域约占人类整个基因组的整个基因组的1%1%，因
7、此简称，因此简称“1%“1%工程工程”。:水稻、拟南芥、小鼠等完成了测序水稻、拟南芥、小鼠等完成了测序进入后基因组时代进入后基因组时代 功能基因组学功能基因组学 结构基因组学结构基因组学 转录组学转录组学 蛋白质组学蛋白质组学:1868，德国科学家，德国科学家FriedrichMiescher从脓球发现从脓球发现“核素核素”主要染色质主要染色质1944Averyetal-肺炎球菌转化实验肺炎球菌转化实验1952Hershey,Chase-噬菌体标记实验噬菌体标记实验1950Chargaffetal-CHARGAFF1953Watson，Crick-DNA双螺旋双螺旋1973Boyer，Cohe
8、n-DNA体外重组体外重组1976DNASequencing(序列分析）序列分析）1990HumanGenomeProject后基因组时代后基因组时代一、核酸的研究历史一、核酸的研究历史:第一节第一节 概述概述一、一、核酸的发现与研究历史核酸的发现与研究历史二、二、核酸的种类和分布核酸的种类和分布三、核酸的生物学功能三、核酸的生物学功能:核酸分为两大类：核酸分为两大类：脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）核糖核酸核糖核酸RibonucleicAcidRNA）核酸的种类核酸的种类:脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸DNADNA）DNADNA为双链分子为双链分子( (大
9、多数大多数) )，其中大多数是，其中大多数是线形结构大分子，也有少部分呈环状结构线形结构大分子，也有少部分呈环状结构:核糖核酸核糖核酸RNARNA）RNARNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传信息的翻遗传信息的翻译和表达，分子译和表达，分子量要比量要比DNADNA小得多。小得多。RNARNA为单链分子。为单链分子。:mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNAmRNAmRNA：可以作为合成蛋白质的直接：可以作为合成蛋白质的直接模板。模板。- -种类多种类多, ,含量少含量少tRNAtRNA：在蛋白质合成中起转运：在蛋白质合成中起转运AAAA的的功能。功能。rRNArRNA：是构成
10、核糖体的成分，原核：是构成核糖体的成分，原核细胞中有细胞中有5S5S、16S16S、23S23S三种，真核三种，真核细胞中有细胞中有5S5S、5.8S5.8S、18S18S、28S28S四种。四种。-含量最多含量最多:根据根据RNARNA的功能，的功能，Types of RNATypes of RNARNAmRNAncRNANon-coding RNA. Transcribed RNA with a structural, functional or catalytic rolerRNARibosomal RNAParticipate in protein synthesistRNATrans
11、fer RNAInterface betweenmRNA & amino acidssnRNASmall nuclear RNAIncl. RNA thatform part of the spliceosomesnoRNASmall nucleolar RNAFound in nucleolus, involved in modificationof rRNAmiRNAMicro RNASmall RNA involvedregulation of expression OtherIncluding large RNAwith roles in chromotin structure and
12、imprintingsiRNASmall interfering RNAActive molecules in RNA interferencestRNASmall temporal RNA.RNA with a role in developmental timing:RNAi不仅是很多生物基因组所采用的一种不仅是很多生物基因组所采用的一种很古老的防卫方法，又是一种了解基因功很古老的防卫方法，又是一种了解基因功能的强大工具。在功能基因组研究、细胞能的强大工具。在功能基因组研究、细胞生物信号传导途径、新药作用机理研究和生物信号传导途径、新药作用机理研究和基因治疗疾病的方法等方面，基因治疗疾病的
13、方法等方面，RNAi有着广有着广泛的用途和市场前景。据爱尔兰都柏林的泛的用途和市场前景。据爱尔兰都柏林的一家研究机构称，市场预测仅一家研究机构称，市场预测仅RNAi试剂一试剂一项就将由项就将由2019年的年的40亿美元增加到亿美元增加到2019年年的的85亿美元。亿美元。: 98 98核中染色体中）核中染色体中） 真核真核 线粒体线粒体mDNAmDNA） 核外核外 叶绿体叶绿体ctDNActDNA）DNA DNA 拟核区域拟核区域 原核原核 核外：质粒核外：质粒plasmidplasmid） 病毒：病毒：DNADNA病毒病毒核酸的分布核酸的分布: 90 90细胞质中细胞质中 真核真核 线粒体线
14、粒体 叶绿体叶绿体RNA RNA 核仁核仁 原核原核 细胞质中细胞质中 病毒病毒RNARNA 核酸的分布核酸的分布注：生物细胞都含有注：生物细胞都含有DNA DNA 和和RNARNA；病毒中要么只含；病毒中要么只含DNADNA，要么只含，要么只含RNARNA:第一节第一节 概述概述一、一、核酸的发现与研究历史核酸的发现与研究历史二、二、核酸的种类和分布核酸的种类和分布三、核酸的生物学功能三、核酸的生物学功能:DNA功能功能:-是主要的遗传物是主要的遗传物质质;:1928Griffithetal-肺炎双肺炎双球菌转化球菌转化实验实验:19441944年，年，AveryAvery等肺炎球菌转化实验
15、等肺炎球菌转化实验:19441944年，年，AveryAvery等肺炎球菌转化实验等肺炎球菌转化实验首先，他们提取首先，他们提取S S型肺炎球菌的纯化的型肺炎球菌的纯化的DNA,DNA,加到加到R R细菌的培养物中细菌的培养物中, ,能使一部能使一部分分R R型获得合成型获得合成S S型细胞特有的夹膜多型细胞特有的夹膜多糖的能力糖的能力. .蛋白质和多糖没有这种转化能力蛋白质和多糖没有这种转化能力. .:19441944年，年，AveryAvery等肺炎球菌转化实验等肺炎球菌转化实验其次，用不同的降解蛋白的酶如胰岛其次，用不同的降解蛋白的酶如胰岛素、胰蛋白酶，但在转化上不受影响；素、胰蛋白酶，
16、但在转化上不受影响；用用RNARNA酶处理对转化也不受影响；这些酶处理对转化也不受影响；这些实验排除了蛋白质或实验排除了蛋白质或RNARNA不是转化中发不是转化中发挥作用的物质。相反，用挥作用的物质。相反，用DNADNA酶处理就酶处理就可以破坏有毒细胞提取物的转化能力，可以破坏有毒细胞提取物的转化能力，这些结果表明转化的物质是这些结果表明转化的物质是DNADNA。:以上的发现应该可以解决基因的本质，以上的发现应该可以解决基因的本质，但还有无法解释的，因为有个错误的但还有无法解释的，因为有个错误的观点，早期的实验认为观点，早期的实验认为DNA是四个碱是四个碱基的单调重复如基的单调重复如ACTG-
17、ACTG-ACTG，说服遗传学家认为其不可能是遗传，说服遗传学家认为其不可能是遗传物质。而且有争议的是可能转化物质物质。而且有争议的是可能转化物质中有蛋白的污染中有蛋白的污染(2%)，是否除了控制，是否除了控制R和和S的的其他基因也能转化，是否细菌的的其他基因也能转化，是否细菌的基因与其他高等生物的一样。进一的基因与其他高等生物的一样。进一步的证实：步的证实：:1952Hershey和和Chase-噬菌体标噬菌体标记实验记实验:RNA功能的多样性功能的多样性1.控制蛋白质的合成控制蛋白质的合成2.生物催化生物催化,染色体组装染色体组装;3.RNA的转录后加工与修饰的转录后加工与修饰;4.基因表
18、达与细胞功能的调节基因表达与细胞功能的调节5.遗传信息的处理和进化遗传信息的处理和进化.6.遗传物质遗传物质;: 第一节 核酸通论 第二节 核酸的结构 第三节 核酸的物理化学性质 第四节 核酸的研究方法 :一、核酸的基一、核酸的基本组成单位本组成单位核苷酸核苷酸第二节第二节 核酸的结构核酸的结构:一、核酸的基本组成单位一、核酸的基本组成单位- -核苷酸核苷酸核糖核糖核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖脱氧核糖核苷酸核苷酸:1 1 碱基碱基 常见的嘧啶和嘌呤碱基常见的嘧啶和嘌呤碱基 稀有碱基稀有碱基:核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多有碱基的种类很多
19、.稀有碱基稀有碱基:2 2 核苷结构核苷结构核苷是由含氮碱基与半缩醛核苷是由含氮碱基与半缩醛OHOH基缩合而基缩合而成的糖苷，在核苷键中，糖的第一位成的糖苷，在核苷键中，糖的第一位C C分分别与嘧啶碱基的第一位别与嘧啶碱基的第一位N N或嘌呤碱基的第或嘌呤碱基的第九位九位N N原子相连，所以糖和碱基之间连接原子相连，所以糖和碱基之间连接键是键是C-NC-N糖苷键糖苷键. .:9911:1111: 组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为-D-核糖。12:CHOCOHHOHHCOHHC CH2OH链式结构链式结构环状结构环状结构12OCCOHHOHHCHC C
20、H2OHHHOOH-:3 3、核苷酸、核苷酸核苷酸结构核苷酸结构核苷酸种类核苷酸种类:1 1核苷酸结构核苷酸结构5533核苷酸是核苷的磷酸酯，生物体内：多是核苷酸是核苷的磷酸酯，生物体内：多是磷酸与核苷磷酸与核苷5位位-OH脱水形成磷酸酯键脱水形成磷酸酯键:2 2核苷酸种类核苷酸种类RNA RNA 可以形成可以形成3 3种种核苷酸核苷酸DNADNA可以形成可以形成2 2种核苷酸种核苷酸 任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。:常见的核苷酸常见的核苷酸RNA RNA 中含有中含有 腺苷酸腺苷酸 AMP AMP， 鸟苷酸鸟苷酸 GMP GMP，胞苷酸胞苷酸 CMP C
21、MP， 尿苷酸尿苷酸 UMP UMP，DNA DNA 中含有中含有 脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸 dAMP dAMP脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸 dGMP dGMP脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸 dCMP dCMP脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸 dTMP dTMP:细胞中有游离的多磷酸核苷酸细胞中有游离的多磷酸核苷酸:环化腺苷酸环化腺苷酸:重要的环化腺苷酸重要的环化腺苷酸ATPATP在腺苷酸环化酶作用下脱下一分子焦磷在腺苷酸环化酶作用下脱下一分子焦磷酸形成酸形成33，55环化腺苷酸环化腺苷酸cAMPcAMP）。哺乳）。哺乳动物体内的激素很多是通过动物体内的激素很多是通过cAMPcAMP起作用的，起作用的， 因而，因而， cAMP
22、 cAMP被称为第二信使。被称为第二信使。:环化腺苷酸环化腺苷酸体内重要的环化核苷酸有体内重要的环化核苷酸有33，5-5-环化腺苷酸环化腺苷酸cAMPcAMP和和33，5-5-环化鸟苷酸环化鸟苷酸cGMPcGMP）；它们不）；它们不是核酸的组成成分，而是重要的调是核酸的组成成分，而是重要的调节物质。节物质。:* * 二二 核酸的共价结构核酸的共价结构(一一)核酸中核苷酸的连接方式核酸中核苷酸的连接方式(二二)DNA的一级结构的一级结构(三三)RNA的一级结构的一级结构:DNARNA5PdAPdCPdGPdTOH35PAPCPGPUOH或或5ACGTGCGT35ACGUAUGU3l5-5-磷酸端
23、常用磷酸端常用5-P5-P表示）；表示）；3-3-羟羟基端常用基端常用3-OH3-OH表示）表示）l多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是聚核苷酸链时，必须注明它的方向是5353或是或是3535。:1 1 概念：概念：DNADNA多核苷酸链中脱氧核苷酸多核苷酸链中脱氧核苷酸的组成和排列顺序为的组成和排列顺序为DNADNA一级结构。一级结构。 也可指也可指DNADNA分子中碱基的顺序因为分子中碱基的顺序因为DNADNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所以脱氧核苷酸的序列常上有区别，所以脱氧
24、核苷酸的序列常被认为是碱基序列被认为是碱基序列base sequence)base sequence)。( (二二) DNA) DNA的一级结构的一级结构: DNA DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于性即寓于DNADNA分子中四种核苷酸千变分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。（如：万化的不同排列组合之中。（如：41004100）( (二二) DNA) DNA的一级结构的一级结构:DNA一级结构的表示方法一级结构的表示方法5PAPCPGPCPTPGPTPAOH 3 5 ACGCTGTA 3a
25、、线条线条式缩式缩写写b、字母式缩写、字母式缩写OH:( (三三) )、RNARNA的一级结构的一级结构1 1、 RNA RNA的特点的特点2 2、 tRNA tRNA的分子结构的分子结构3 3、 rRNA rRNA4 4、 mRNA mRNA:碱基组成：碱基组成：A A、G G、C C、U U （A AU/GCU/GC）；）； 稳定性较差，易水稳定性较差，易水解；解； 分子较小。分子较小。:Transfer RNATransfer RNA约约占占总总RNARNA的的10-15%10-15%，相相对对于于mRNArRNAmRNArRNA分分子最小。子最小。它它在在蛋蛋白白质质生生物物合合成成中
26、中起起翻翻译译mRNAmRNA信信息息，并并将将相相应应的的氨氨基基酸酸转转运运到到核核糖糖体体，参参与与蛋蛋白质体的合成。白质体的合成。已知每一个氨基酸至少有一个相应的已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNAtRNA。:tRNAtRNA分子的一级结构特点分子的一级结构特点通常为通常为60-9560-95个核苷酸组成的单链，个核苷酸组成的单链，沉降系数为沉降系数为4S4S；55端为端为pGpG，33端为端为-CCAOH-CCAOH；有十几个位置的核苷酸是恒定的；有十几个位置的核苷酸是恒定的；有有10-20%10-20%稀有碱基。稀有碱基。:Ribosome RNA Ribosome RNA 约
27、占全部约占全部RNARNA的的80%80%，含量最多。，含量最多。与与多多种种蛋蛋白白质质结结合合成成核核糖糖体体，后后者者是是合合成蛋白质的场所。成蛋白质的场所。:原核生物原核生物真核生物真核生物核糖体核糖体rRNArRNA核糖体核糖体rRNArRNA 30s30s70s70s 50s50s16s16s5s 5s 、23s23s 40s 40s 80s80s 50s 50s 18s18s5s5s、5.8s5.8s、28s28s:约占总约占总RNARNA的的3%-5%3%-5%，含量最少，种类最多。，含量最少，种类最多。成熟成熟mRNAmRNA不含内含子，不含内含子，hnRNAhnRNA含有。
28、含有。mRNAmRNA从从DNADNA转录遗传信息，并作为蛋白质合转录遗传信息，并作为蛋白质合成的模板，决定蛋白质的氨基酸顺序。成的模板，决定蛋白质的氨基酸顺序。mRNAmRNA:原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的一般为单顺真核生物的一般为单顺反子，即一个反子，即一个mRNA中只含有一中只含有一条多肽链信息，能指导一个蛋白条多肽链信息，能指导一个蛋白质的生物合成；质的生物合成；:真核细胞真核细胞mRNAmRNA的一般结构为：的一般结构为：AUG起始起始密码密码帽状帽状构造构造非翻非翻译区译区翻译区翻译区UGAUAGUAA非翻非翻译区译区polyA5端有甲基化的帽子端有甲基化的帽子(
29、m7GpppNpN;m7GpppNmpN；m7GpppNmpNmpN);3端有端有polyA尾巴；尾巴；:真核细胞真核细胞mRNAmRNA的一般结构为：的一般结构为：AUG起始起始密码密码帽状帽状构造构造非翻非翻译区译区翻译区翻译区UGAUAGUAA非翻非翻译区译区polyApolyA尾巴尾巴:从细胞核到细胞质的运输有关从细胞核到细胞质的运输有关半衰期半衰期,寿命寿命:5端有甲基化的帽子端有甲基化的帽子m7GpppNpN型型m7GpppNmpN（I型）型）m7GpppNmpNmpNII型）型）H-CH3:5端有甲基化的帽子端有甲基化的帽子m7GpppNpN;m7GpppNmpN；m7GpppN
30、mpNmpNCH3:真核细胞真核细胞mRNAmRNA的一般结构为：的一般结构为：AUG起始起始密码密码帽状帽状构造构造非翻非翻译区译区翻译区翻译区UGAUAGUAA非翻非翻译区译区polyA帽子帽子:防止降解防止降解;有利于核糖体的识别与结合有利于核糖体的识别与结合,使翻译使翻译得以正确起始得以正确起始:原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构的结构 原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构与真核细胞显著不同：的结构与真核细胞显著不同：55端无帽状结构端无帽状结构33端不含端不含polyApolyA结构结构一般为多顺反子结构，即一个一般为多顺反子结构，即一个mRNAmRNA中常含中常含有几个蛋白质
31、信息，能指导几个蛋白有几个蛋白质信息，能指导几个蛋白质的生物合成。质的生物合成。:三、三、DNADNA的高级结构的高级结构( (一一) DNA) DNA的双螺旋的双螺旋1 B1 B型型2 Z2 Z型型3 A3 A型型( (二二)DNA)DNA的超螺旋的超螺旋( (三三)DNA)DNA与蛋白质的复合体与蛋白质的复合体: B B型型 依据依据1 1：DNADNA碱基组成的碱基组成的ChargaffChargaff定则定则 (1950s(1950s）I.I.A=T;G=CA=T;G=CII.II.DNADNA碱基组成符合：碱基组成符合：A+C=T+G; A+G=C+TA+C=T+G; A+G=C+T
32、III.III.不对称比率：不对称比率：A+T/G+CA+T/G+C；物种不同，；物种不同，DNADNA碱基组成不同，物种亲缘愈接近，碱基组成不同，物种亲缘愈接近，碱基组成也愈接近，该比率越相近似。碱基组成也愈接近，该比率越相近似。IV.IV.具有种的特异性，没有器官和组织的具有种的特异性，没有器官和组织的特异性，年龄、营养状况、环境的改特异性，年龄、营养状况、环境的改变不影响变不影响DNADNA的碱基组成。的碱基组成。:X X衍射图衍射图直接证据直接证据依据依据2 2：依据依据3 3：碱基不可滴定：碱基不可滴定相关数据相关数据: Wilkins, Franklin 和他们的同事的X-衍射片子
33、和数据Waston 和CrickLinus Pauling:同一期上同一期上Nature杂志发表了杂志发表了WatsonCrick提出的双螺旋模型的提出的双螺旋模型的要点要点WilkinsFranklin和他们的同事显和他们的同事显示示X-衍射数据的文章衍射数据的文章.:qWatson Watson 和和 Crick Crick 于于19531953年提出了年提出了DNA DNA 双双螺旋结构模型，说明螺旋结构模型，说明了了DNA DNA 的二级结构。的二级结构。（即（即B B型型DNADNA）:DNADNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点1 1）q螺旋中的两条链反向平行，即其中一条螺旋中
34、的两条链反向平行，即其中一条链的方向为链的方向为5353，而另一条链的方，而另一条链的方向为向为3535，两条链共同围绕一个假，两条链共同围绕一个假想的中心轴呈右手双螺旋结构。想的中心轴呈右手双螺旋结构。 :DNADNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点2 2）q疏水的碱基位于双螺旋的内侧，亲疏水的碱基位于双螺旋的内侧，亲水的磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外水的磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。侧。:q由于碱基对排列的由于碱基对排列的方向性，使得碱基方向性，使得碱基对占据的空间是不对占据的空间是不对称的，因而，在对称的，因而，在双螺旋的表面形成双螺旋的表面形成大小两个凹槽，分大小两个凹槽，分别称为大沟
35、和小沟，别称为大沟和小沟，二者交替出现。二者交替出现。DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点2）:DNADNA双螺旋结构模型要点）双螺旋结构模型要点）q双螺旋横截面的直径双螺旋横截面的直径约为约为2 nm2 nm，相邻两个，相邻两个碱基平面之间的距离碱基平面之间的距离轴距为轴距为0.34 nm0.34 nm，每，每1010个核苷酸形成个核苷酸形成一个螺旋，其螺距一个螺旋，其螺距即螺旋旋转一圈的即螺旋旋转一圈的高度为高度为3.4 nm3.4 nm。:DNADNA双螺旋结构模型要点）双螺旋结构模型要点）q由于几何形状的限制，碱基对只能由嘌由于几何形状的限制，碱基对只能由嘌呤和嘧啶配对，即呤和嘧
36、啶配对，即A A与与T T，G G与与C C。这种配。这种配对关系，称为碱基互补。对关系，称为碱基互补。A A和和T T之间形成之间形成两个氢键，两个氢键， G G与与C C之间形成三个氢键。之间形成三个氢键。:氢键、碱基堆积力氢键、碱基堆积力即疏水作用和环境即疏水作用和环境中正离子的作用。中正离子的作用。稳定双螺旋结构的作用力稳定双螺旋结构的作用力DNA双螺旋结构模型要点5）:通常生理状态下通常生理状态下DNA是像是像WatsonCrick的模型即的模型即B-型，但还有型，但还有A-型型Z-型；型；DNA分子纤维暴露于不同的湿分子纤维暴露于不同的湿度下也可以产生不同的构型，度下也可以产生不同
37、的构型，92%-B；75%时，时，DNA的钠盐推断是的钠盐推断是A-型；型；:A型型DNA双螺旋结构双螺旋结构右手右手A型结构中碱基平面与螺旋主轴型结构中碱基平面与螺旋主轴不是垂直的，每对碱基的升高较不是垂直的，每对碱基的升高较少，碱基间的夹角也小，螺距缩少，碱基间的夹角也小，螺距缩短，二者区别短，二者区别:DNA的的B型和型和A型双螺旋结构参数型双螺旋结构参数A型型B型型螺旋直径螺旋直径2.552.37碱基夹角碱基夹角32.734.6碱基对升高碱基对升高0.23nm0.34nm螺距螺距2.46nm3.4nm每螺内碱基数每螺内碱基数11个个10.4个个大沟大沟很狭很狭深深宽深宽深小沟小沟宽浅宽
38、浅狭狭深深:Z-DNA1979年，年，A.Rich等人用等人用X射线衍射分析射线衍射分析法分析人工合成的法分析人工合成的DNA小片段晶体时，小片段晶体时，发现发现d(CGCGCG)是左旋的双螺旋结构，是左旋的双螺旋结构，因为磷酸基在多核苷酸骨架上的分布呈因为磷酸基在多核苷酸骨架上的分布呈“Z字型，又称为字型，又称为ZDNA。:Z-DNA主要特点是：两条多核苷酸链绕成一个主要特点是：两条多核苷酸链绕成一个左手螺旋；糖磷酸骨架链的走向呈左手螺旋；糖磷酸骨架链的走向呈Z Z字型；字型；分子外表只有一道沟槽，（大沟消失，分子外表只有一道沟槽，（大沟消失，小沟加深；碱基对在分子轴外测，并构小沟加深；碱基
39、对在分子轴外测，并构成分子的凸面；双螺旋体比较细长）。成分子的凸面；双螺旋体比较细长）。:Z-DNA和和B-DNA的主要区别的主要区别项目项目B-DNAB-DNAZ-DNAZ-DNA螺旋方向螺旋方向右旋右旋左旋左旋每圈核苷酸数每圈核苷酸数10.410.41212直径直径nmnm2.372.371.841.84碱基轴向距离碱基轴向距离nmnm0.340.340.380.38螺距螺距nmnm3.43.44.564.56:( (二二) DNA) DNA的超螺旋的超螺旋:DNADNA三级结构的主要形式是三级结构的主要形式是超螺旋超螺旋超螺旋是指双螺旋进一步超螺旋是指双螺旋进一步扭曲或再螺旋的构象扭曲或
40、再螺旋的构象正超螺旋变紧和负超正超螺旋变紧和负超螺旋变松）螺旋变松）:WhiteWhite方程：方程： L=T+W L=T+WL LLinking numberLinking number）：连环数或称拓扑环绕数，）：连环数或称拓扑环绕数，指双螺旋指双螺旋DNADNA中一条链绕另一条链的总次数。中一条链绕另一条链的总次数。T TTwisting numberTwisting number）：扭曲数，即双螺旋的）：扭曲数，即双螺旋的圈数。圈数。W WWrithing numberWrithing number）：缠绕数，即超螺旋数。）：缠绕数，即超螺旋数。超螺旋的量度可以用超螺旋密度超螺旋的量度
41、可以用超螺旋密度来表示：来表示： = =（L-TL-T）/T/T拓扑异构酶拓扑异构酶 :（三DNA与蛋白质复合物的结构 植物病毒植物病毒噬菌体噬菌体:平均每200bp的DNA绕核小体左旋1.75转，因此真核生物的DNA分子为正超螺旋核小体的电镜照片核小体的电镜照片真核生物真核生物:真核生物的超螺旋：真核生物的超螺旋：从核小体从核小体-DNA-DNA双螺旋盘绕在组蛋白上形双螺旋盘绕在组蛋白上形成的一种超螺旋结构。成的一种超螺旋结构。 140bp 140bp的双螺旋的双螺旋DNADNA缠绕于缠绕于4 4种组蛋白种组蛋白形成的八聚形成的八聚体体 - -核小体核小体理论：理论：140bp0.34nm1
42、40bp0.34nm47.6nm47.6nm， 实际核小体为直径实际核小体为直径9nm9nm（DNADNA分子长度被压缩了分子长度被压缩了5-65-6倍。）倍。） 60bp 60bp的双螺旋的双螺旋DNADNA及组蛋白及组蛋白1-1-间隔间隔区区:从核小体到染色体从核小体到染色体 核小体可进一步盘绕成核小体可进一步盘绕成30nm30nm纤丝纤丝, ,每圈每圈6 6个个 核小体核小体: 人体每个细胞中长约人体每个细胞中长约1 1米多的米多的DNADNA双螺旋双螺旋链经许多核小体组成的串珠样纤维经多层次链经许多核小体组成的串珠样纤维经多层次螺旋化，最终压缩了约螺旋化，最终压缩了约84008400倍
43、形成染色单体。倍形成染色单体。4646个染色单体长仅个染色单体长仅200m200m左右，储于细胞核左右，储于细胞核中。中。:四四 RNA RNA的高级结构的高级结构在某些区域形成短的双螺旋区在某些区域形成短的双螺旋区发夹结构）；发夹结构）；:5CC:识别氨酰识别氨酰tRNA合成酶合成酶核糖体的识别有关核糖体的识别有关分类指标分类指标:tRNAtRNA的三级结构的三级结构-倒倒L L型型指指t tR RN NA A的的三三叶叶草草型型结结构构进进一一步步扭扭曲曲折折叠叠形形成成一一种种形形状状象象倒倒L L型型字字母母的的三三维维结结构构。D D环环和和T T C C环环构构成成“L L的的拐拐角角，使使携携带带在在3 3端端的的氨氨基基酸酸与与反反密密码码子子在在空空间间上上更更接接近近。:tRNAtRNA倒倒L L型结构的基本特征型结构的基本特征:rRNA的高级结构 :
