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1、1 1 核酸的核酸的结构与功能结构与功能1.1 核酸的种类、分布和化学组成1.2 DNA的结构1.3 RNA的结构1.4 核酸的性质1.2 DNA1.2 DNA的结构的结构1 1、DNADNA的一级结构的一级结构2 2、DNADNA的二级结构的二级结构3 3、DNADNA的高级结构的高级结构1 1、DNADNA的一级结构的一级结构概念概念 由数量极其庞大的由数量极其庞大的四种脱氧的单核苷酸按四种脱氧的单核苷酸按照一定的顺序，以照一定的顺序，以3,53,5磷酸二酯键磷酸二酯键(phosphodiester)(phosphodiester)彼此彼此连接而形成的线形或环连接而形成的线形或环形多核苷酸
2、链。形多核苷酸链。 核苷酸数核苷酸数5050寡核苷酸寡核苷酸(oligonucleotide)(oligonucleotide)核苷酸数核苷酸数5050多聚核苷酸多聚核苷酸(polynucleotide)(polynucleotide)方向性方向性(directionality)5端端(5terminus)3端端(3terminus)5 ACTGCT3 书写方法书写方法竖线式竖线式5 pApCpTpGpCpT-OH3 文字式文字式2、DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构模型的主要依据双螺旋结构模型的主要依据双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素DNA双
3、螺旋构象的多态性双螺旋构象的多态性非经典非经典DNA结构结构双螺旋结构模型的主要依据双螺旋结构模型的主要依据 DNADNA纤维的纤维的X-X-光衍射图谱分析光衍射图谱分析 电位滴定电位滴定 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则规则: :A A= =T T G G= =C C 戊糖糖环与戊糖糖环与DNADNA分子纵轴平行，分子纵轴平行，而碱基平面与纵轴垂直。而碱基平面与纵轴垂直。DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点 p146 由两条反向平行由两条反向平行(antiparalled)的脱氧多核苷的脱氧多核苷酸链围绕同一中心轴，构成酸链围绕同一中
4、心轴，构成右右手手双螺旋结构。双螺旋结构。有两个沟：有两个沟：大沟和小沟大沟和小沟(majorgroove&minorgroove)。两股单链两股单链“糖糖-磷酸磷酸”构成构成骨架骨架，居双螺旋外侧；碱基，居双螺旋外侧；碱基位于双螺旋内侧，并与中心位于双螺旋内侧，并与中心轴垂直。糖环平面与中轴平轴垂直。糖环平面与中轴平行。行。每圈螺旋含每圈螺旋含10个核苷酸残个核苷酸残基基，螺距：，直径，螺距：，直径:2nm。顺。顺轴方向每隔有一个核苷酸，轴方向每隔有一个核苷酸，两个核苷酸之间的夹角为两个核苷酸之间的夹角为36。一条多核苷酸链上的嘌呤一条多核苷酸链上的嘌呤碱基与另一条链上的嘧啶碱碱基与另一条链
5、上的嘧啶碱基以基以氢键相连氢键相连，匹配成对。，匹配成对。原则：原则：A=T;G C一条链为另一条链的一条链为另一条链的互补链互补链这两个沟这两个沟槽使碱基槽使碱基外露，其外露，其大小足够大小足够容纳蛋白容纳蛋白质分子，质分子，这对这对DNADNA与蛋白质与蛋白质的相互作的相互作用用非常重非常重要。要。双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素 p148碱基对间的氢键碱基对间的氢键: :维持双链横向稳定性维持双链横向稳定性碱基的堆集力碱基的堆集力: :维持双链纵向稳定性维持双链纵向稳定性 离子键（盐键）：由磷酸基团上的负电荷与介质中离子键（盐键）：由磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子或阳离子化合
6、物（如的阳离子或阳离子化合物（如MgMg2+2+、含碱性氨基酸的、含碱性氨基酸的蛋白质等）之间所形成的。蛋白质等）之间所形成的。DNADNA双螺旋构象的多态性双螺旋构象的多态性 p148DNABhelixDNAZhelixDNAAhelix回文结构（回文结构（palindromepalindrome）p163发卡结构（发卡结构（hairpinhairpin）十字形结构（十字形结构（cruciformcruciform）镜像重复结构（镜像重复结构（mirror repeatmirror repeat）三链螺旋（三链螺旋（triplex)triplex)非经典非经典DNADNA结构结构当反向重复序
7、列在当反向重复序列在DNA两条链中以二重对两条链中以二重对称存在时叫作回文结构。如：称存在时叫作回文结构。如：镜像结构镜像结构TTAGCACGTGCTAAAATCGTGCACGATTTTAGCACCACGATTAATCGTGGTGCTAA回文结构回文结构当反向重复序列在当反向重复序列在DNA一条链中时叫作镜一条链中时叫作镜像结构。如：像结构。如：DNADNA回文序列及几种结构形式回文序列及几种结构形式回文序列回文序列发夹式结构发夹式结构十字形结构十字形结构中心区域中心区域三链三链DNADNA三条链中，通常是一条同型寡聚核苷酸与寡聚嘧啶核三条链中，通常是一条同型寡聚核苷酸与寡聚嘧啶核苷酸苷酸-寡
8、聚嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合。第三股的碱基寡聚嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合。第三股的碱基可与可与Waston-Crick碱基中的嘌呤碱形成碱基中的嘌呤碱形成Hoogsteen配对。配对。DNA分子内分子内的三链结构的三链结构多聚嘌呤多聚嘌呤多聚嘧啶多聚嘧啶DNA三链间三链间的碱基配对的碱基配对T-A-TC-G-CHoogsteen配对配对PyPu*PyPuPy*PuH-DNA3、DNA的高级结构的高级结构线状或环状基因组线状或环状基因组DNA DNA p148DNADNA超螺旋（超螺旋（superhelicalsuperhelical）p150核染色质的组成核染色质的组成 p154DNADNA的
9、超螺旋：的超螺旋：螺旋轴本身的扭曲螺旋轴本身的扭曲 （当（当DNADNA处在某种结构张力时出现）处在某种结构张力时出现）正超螺旋正超螺旋: :每圈螺旋碱基对数小于每圈螺旋碱基对数小于螺旋结构处于紧缠状态螺旋结构处于紧缠状态负超螺旋负超螺旋: :每圈螺旋碱基对数大于每圈螺旋碱基对数大于螺旋结构处于松缠状态螺旋结构处于松缠状态（对于右手螺旋（对于右手螺旋DNADNA分子来说）分子来说）种类种类螺螺旋旋和和超超螺螺旋旋电电话话线线螺旋螺旋超螺旋超螺旋核小体核小体(nucleosome) (nucleosome) p154p154A、存在于真核细胞、存在于真核细胞B、核小体的组成核小体的组成DNA：约
10、约200bp组蛋白组蛋白:H1H2A，H2BH3H4组蛋白含有大量的组蛋白含有大量的碱性氨基酸碱性氨基酸，所以组蛋白成，所以组蛋白成为多聚阳离子，能够和为多聚阳离子，能够和DNA的多聚阴离子磷酸骨架的多聚阴离子磷酸骨架相互作用形成不带电的核蛋白。相互作用形成不带电的核蛋白。各各2 2分子分子Amodelforchromosomestructure,humanchromosome41.3 RNA1.3 RNA的结构的结构RNARNA的碱基组成的碱基组成 44种主要的碱基种主要的碱基：A A、G G、C C、U U多种稀有碱基多种稀有碱基RNARNA的碱基组成没有严格规律的碱基组成没有严格规律碱基
11、配对：碱基配对：A-UA-U、G-CG-C RNA RNA通常是单链线型分子，但可通常是单链线型分子，但可自身回折形成自身回折形成局部双螺旋局部双螺旋( (二级结二级结构构) )，进而折叠，进而折叠( (三级结构三级结构) )。表：表：RNA的类型的类型名称名称英英文文简简写写转移转移RNAtransferRNAtRNA信使信使RNAmessengerRNAmRNA 核糖体核糖体RNAribosomalRNArRNA小核小核RNAsmall nuclearRNAsnRNA核内不均一核内不均一RNAhnRNA一、一、mRNAp164真核生物真核生物mRNA结构特点结构特点3末端有一末端有一个长约
12、个长约200核苷核苷酸的酸的polyA(多多聚腺苷酸）结聚腺苷酸）结构。构。5末端有一末端有一个特殊的个特殊的5帽子结构帽子结构。基本情况：分子量大、种类多、含量少、最不稳定基本情况：分子量大、种类多、含量少、最不稳定原核与真核原核与真核mRNAmRNA比较比较原核生物原核生物mRNAmRNA特征特征： 前导序列前导序列+ +翻译区翻译区（多顺反子）（多顺反子）+ +末端序列末端序列真核生物真核生物mRNAmRNA特征特征： “帽帽子子”（m m7 7G-5ppp5-N-3pG-5ppp5-N-3p）+ +单单顺顺反反子子+ +“尾尾巴巴”（Poly APoly A）原核与真核原核与真核mRN
13、AmRNA比较比较原核生物原核生物mRNAmRNA起始密码子的上游约起始密码子的上游约1010个核苷酸处，有个核苷酸处，有一段富含嘌呤核苷酸的序列，称为一段富含嘌呤核苷酸的序列，称为前导序列前导序列，又称，又称SDSD序列序列。该序列与翻译的起始有关，是核糖体该序列与翻译的起始有关，是核糖体16S rRNA16S rRNA结合的部位。结合的部位。polyA和帽子结构的功能和帽子结构的功能polyA与与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关；与从细胞核到细胞质的转移有关；与mRNA的半寿期有关（新生的半寿期有关（新生mRNA的的polyA较长，而较长，而衰老的衰老的mRNApolyA较短）。较短）。
14、帽子结构和帽子结构和polyA都有抗核酸外切酶降解的作用。都有抗核酸外切酶降解的作用。帽子结构可能与蛋白质合成的正确起始及核糖体与帽子结构可能与蛋白质合成的正确起始及核糖体与mRNA的结合有关。的结合有关。mRNA的功能的功能（作为蛋白质生物合成的直接模板）（作为蛋白质生物合成的直接模板）把把DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息，按按碱碱基基互互补补配配对对原原则则，抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体，用用以以决决定定其其合合成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸排列顺序。排列顺序。DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转
15、录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞原核生物原核生物mRNA的功能的功能（作为蛋白质生物合成的直接模板）（作为蛋白质生物合成的直接模板）把把DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息，按按碱碱基基互互补补配配对对原原则则，抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体，用用以以决决定定其其合合成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸排列顺序。排列顺序。真核生物真核生物二、二、tRNAtRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形氨基酸臂氨基酸臂DHU环环(二氢二氢尿嘧啶环）尿嘧啶环）反密码环反密码环可变环可变环TC环环酵母酵母tRNAPhe由由7对碱基组成，富含鸟嘌呤对碱基
16、组成，富含鸟嘌呤3末端有末端有CCA-OH,是携带氨基酸的部位是携带氨基酸的部位5末端大多为末端大多为pG，也有，也有pC由由812个核苷酸组成个核苷酸组成具有两个二氢尿嘧啶具有两个二氢尿嘧啶通过通过34对碱基组成对碱基组成的双螺旋区（也称二氢的双螺旋区（也称二氢尿嘧啶臂）与尿嘧啶臂）与tRNA分子分子的其余部分相连的其余部分相连由由7个核苷酸组成个核苷酸组成环中部为反密码子，环中部为反密码子，由由3个碱基组成。个碱基组成。通过由通过由5对碱基组成对碱基组成的双螺旋区（反密码的双螺旋区（反密码臂）与臂）与tRNA的其余部的其余部分连接。分连接。反密码子可识别信反密码子可识别信使使RNA的密码子
17、的密码子由由318个核苷酸组成个核苷酸组成不同的不同的tRNA具有不同具有不同大小的可变环，所以是大小的可变环，所以是tRNA分类的重要指标。分类的重要指标。假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环核糖核苷环由由7个核苷酸组成，通过由个核苷酸组成，通过由5对碱基组成的双螺旋区（对碱基组成的双螺旋区（TC臂）与臂）与tRNA的其余部分的其余部分相连相连除个别例外，几乎所有除个别例外，几乎所有tRNA在此环中都含有在此环中都含有TC*tRNA的三级结构的三级结构倒倒L形形*tRNA的功能的功能活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，参参与与蛋蛋白质的翻译。白质的翻译。tRNA三级
18、结构为倒三级结构为倒L型，接受氨基酸的型，接受氨基酸的3CCA位于位于L的一端，反密码子环位于另一端，在二级结构基础上又形成的一端，反密码子环位于另一端，在二级结构基础上又形成一些新的碱基对，使三叶草型结构发生扭曲。一些新的碱基对，使三叶草型结构发生扭曲。TC环DHU环三、三、rRNArRNArRNArRNA的结构特点的结构特点1.1.含量最丰富含量最丰富, ,约占总约占总RNARNA的的80%80%2. 2. 结构最复杂结构最复杂3. 3. 核糖体由核糖体由大小两个亚基大小两个亚基构成构成, ,两亚基呈不两亚基呈不 规则形状。规则形状。Theproposedsecondarystructur
19、eforE. coli16SrRNA16SrRNA的二级结构：的二级结构：(a)真细菌真细菌(E.coli),(b)古细菌古细菌(沃氏沃氏(嗜嗜)盐富饶菌盐富饶菌 H.volcanii),(c)真核细胞真核细胞(啤酒酵母啤酒酵母S.cerevisiae,ayeast)真核生物真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA*rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数）rRNA是构成核糖体的骨架是构成核糖体的骨架60S大大亚亚基基50S大大亚亚基基40S小亚基小亚基30S小亚基小亚基核内小分子核内小分子RNA(snRNA)p169仅在真核生物细胞（主要在细胞核）中发现，大仅在真核生物细胞（主要在细胞核）中发现，大约含约含100200100200个核苷酸，能与一些特殊的蛋白质形成稳个核苷酸，能与一些特殊的蛋白质形成稳定的复合物（核内小分子核糖核蛋白体，定的复合物（核内小分子核糖核蛋白体，snRNPssnRNPs）。）。 snRNPssnRNPs在真核生物基因转录产物（在真核生物基因转录产物（hnRNAhnRNA）加工为成熟）加工为成熟的的mRNAmRNA中起重要作用。中起重要作用。
