分子生物学2-核酸

第二章 核酸的结构与功能第二章 核酸的结构与功能南京中医药大学 周坤福 电话：/85811768 邮箱： 核酸 （ nucleic acid） 是一类重要的生物大分子，是生物遗传的物质基础。脱氧核糖核酸 （ deoxyribonucleic acid, DNA）， 主要存在于 细胞核 内，是遗传信息的储存和携带者，是遗传的物质基础。核糖核酸 （ ribonucleic acid, RNA）， 主要分布在 细胞质 中，参与遗传信息表达的各过程。核酸 核苷核苷单 核苷酸 磷酸碱基戊糖第一节 核酸的化学组成戊 糖 （ ribose）-D-核糖 -D-2-脱氧核糖碱基 （ base）嘧啶嘧啶pyrimidine嘌呤嘌呤purine胞嘧啶（ C）（ 2-氧 -4-氨基嘧）胸腺嘧啶（ T）（ 5-甲基尿嘧啶）尿嘧啶（ U）(2,4-二氧嘧啶 )鸟嘌呤（ G）（ 2-氨基 -6-氧嘌呤）腺嘌呤（ A）（ 6-氨基嘌呤）稀有碱基假尿嘧啶核苷 次黄 嘌呤核苷 二氢 尿嘧啶核苷 甲基鸟嘌呤核苷核苷碱基戊糖糖苷键purine： N9-1 pyrimidine： N1-C1 8种核苷核苷酸核苷酸l 核苷与磷酸缩合生成的磷酸酯。l 自然界所发现的核苷酸主要为核苷 C5上羟基与磷酸形成的酯键，称为5核苷酸或 一磷酸核苷。l 核苷酸 是核酸的基本组成单位。 二磷酸核苷和三磷酸核苷多为核苷酸有关代谢中间产物或酶活性及代谢的调节物质。 三磷酸核苷 是参与核酸合成的直接形式，并同时为生理储能和供能的重要形式。 AMP、 ADP、 ATPGMP、 GDP、 GTPCMP、 CDP、 CTPUMP、 UDP、 UTPdAMP、 dADP、 dATPdGMP、 dGDP、 dGTPdCMP、 dCDP、 dCTPdTMP、 dTDP、 dTTPRNA DNA第二节第二节 DNA 的的 分子结分子结 构构 DNA的碱基组成A、 G、 C、 TA=TA + G = C + T单核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接成大分子 多核苷酸。5-末端： P3 -末端： OH*DNA分子中分子中脱氧核苷酸脱氧核苷酸 的排列的排列顺序，即顺序，即 碱基碱基 的排的排列顺序。列顺序。DNA的一级结构的一级结构（ primary structure)书写方式1. 线条简化式2. 文字简化式 pApGpCpT pA- G C - T pAGCT 方向： 5 3 两条反向平行的脱氧核苷酸链绕同一中心轴，右手螺旋。 磷酸 -戊糖骨架位于外侧，两条链上的碱基以 A=T、 G=C相连，构成碱基平面，位于螺旋内侧。 10个碱基对旋转一周，螺距为3.4nm， 螺旋直径为 2.0nm。 大沟（ major groove）， 小沟（ minor groove） 氢键：维持双螺旋横向稳定碱基堆砌力：维持纵向稳定DNA的二级结构（ secondary structure)Watson-Crick double helix model特征：DNA的三级结构（ tertiary tructure ）原核生物 DNA超螺旋共价封闭环状双螺旋再进一步螺旋。 真核生物的三级结构是该 DNA双链盘绕在组蛋白上的负超旋。这种以组蛋白为核心绕以 DNA片段的颗粒称为 核小体 （ nucleosome）。 完整的核小体由两部分组成，即 核小体核心 （nucleosome core）， 以及连接各核心颗粒之间的区域称 连接区 （linker）。真核生物 DNA双螺旋 核小体 串珠状多核小体细丝 螺线管 超螺线管 染色单体基因 （ gene)是一个功能性遗传单位，是合成一个有功能蛋白或 RNA所必需的全部 DNA序列。基因组 （ genome） 指细胞或生物体的一套完整单个的遗传物质。一个基因组包括一整套基因。结构基因（ structural gene） 编码蛋白质或 RNA。DNA的功能生物遗传信息的携带者、生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板。RNA的一般特征的一般特征 主要存在于主要存在于 细胞质细胞质 中中一般是一般是 单链分子单链分子 与与 DNA在碱基组成上的区别是在碱基组成上的区别是 RNA分子中含有分子中含有的是的是 U， U与与 T具有相同的结构信息量具有相同的结构信息量 RNA核糖分子上核糖分子上 C2-OH 是游离的，是一个易是游离的，是一个易发生不良反应的位置，因此发生不良反应的位置，因此 RNA不如不如 DNA稳定稳定第三节 RNA的结构和功能RNA 的的 种种 类类tRNA (transfer RNA) 细胞内 分子量最小 的一类核酸，约占总 RNA的 15% 含有 10-20%的 稀有碱基 细胞内 tRNA的种类很多，每一种氨基酸都有其相应的一种或几种 tRNA 二级结构为 “ 三叶草 ” 的结构 三级结构呈倒 L形 重要的功能是参与 转运氨基酸 ，解译 mRNA的密码“ 三叶草 ” 形的二级结构功能部位：反密码环 : 反密码子氨基酸臂： 3-CCA-OH倒 L形的三级结构mRNA (messenger RNA) 细胞内含量较少的一类细胞内含量较少的一类 RNA， 占总占总 RNA的的 5%左右，左右，但种类很多。但种类很多。 功能：功能： 将核内将核内 DNA的碱基顺序（遗传信息）按的碱基顺序（遗传信息）按 碱基碱基互补原则互补原则 抄录并转送到胞质的核糖体上，用以决定蛋抄录并转送到胞质的核糖体上，用以决定蛋白质合成的氨基酸顺序。白质合成的氨基酸顺序。 三联密码：三联密码： mRNA分子上每三个核苷酸为一组，决分子上每三个核苷酸为一组，决定肽链上的一个氨基酸定肽链上的一个氨基酸 。 5- 末端的帽结构： m7G-ppp5-Np 促进核糖体与 mRNA的结合加速翻译的起始速度、增强 mRNA的稳定性 3- 末端的 polyA结构 :参与 mRNA从核内向胞质的转移、增强 mRNA的稳定性 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。真核生物 mRNA的特殊结构：rRNA (ribosomal RNA) 细胞内细胞内 含量最多含量最多 的的 RNA， 约占约占 RNA总量的总量的 80%左右。左右。 rRNA不能单独行使功能，必须与蛋白质结合后形成不能单独行使功能，必须与蛋白质结合后形成 核糖体核糖体 (ribosome)， 作为作为蛋白质合成的场所。某些低等真核生物的细胞核蛋白质合成的场所。某些低等真核生物的细胞核 rRNA的前体在成熟过程中可以的前体在成熟过程中可以自我剪接，称为自我剪接，称为 核酶核酶 (ribozyme)。 原核细胞原核细胞 rRNA包括：包括： 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA+ 蛋白质蛋白质 + 蛋白质蛋白质 大亚基大亚基 小亚基小亚基 真核细胞真核细胞 rRNA包括：包括