生物化学第14章 核酸的结构

1、第第1414章章 核酸的结构核酸的结构The structure of Nucleic Acid核酸的结构核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基水水解解核酸的结构核核 酸酸代表，对DNA而言为，对RNA而言为； 代表 代表核苷酸核苷酸1、核苷酸核酸的结构核酸的结构 核酸的结构核苷酸1、碱基：稀有碱基，多为甲基化碱基，在tRNA中较多5-甲基胞嘧啶次黄嘌呤黄嘌呤核酸的结构核苷酸2、核苷：碱基与核糖或脱氧核糖以糖苷键相连形成核苷碱基与戊糖连接部位核酸的结构核苷酸2、核苷：碱基与核糖或脱氧核糖以糖苷键相连形成核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷胞嘧啶脱氧核苷核酸的结构核苷酸2、核苷：碱基与核糖或脱

2、氧核糖以糖苷键相连形成核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷核酸的结构核苷酸3、核苷酸：核苷中的戊糖羟基被磷酸化形成核苷酸5-腺嘌呤核苷酸AMP3-腺嘌呤核苷酸核酸的结构核苷酸3、核苷酸：核苷中的戊糖羟基被磷酸化形成核苷酸5-腺核苷三磷酸ATP3，5-环化腺苷酸cAMP2、核酸的共价结构核酸的结构核酸的共价结构1、核酸中核苷酸的连接方式：3，5-磷酸二酯键相连核酸的结构核酸的共价结构1、核酸中核苷酸的连接方式：核酸的结构核酸的共价结构1、核酸中核苷酸的连接方式：戊糖P53首端首端末端末端PPPPPP 核酸的结构核酸的共价结构2、DNA和RNA的一级结构 DNA和RNA均为3，5-磷酸二酯键连接的线型多聚核苷

3、酸链。 RNA种类很多，一级结构也各不相同。 RNA一级结构研究最多的是tRNA、rRNA以及一些小分子的RNA。核酸的结构核酸的共价结构2、DNA和RNA的一级结构tRNA一级结构具有以下特点：v分子量25000左右，大约由7090个核苷酸组成，沉降系数为4S左右。v分子中含有较多的稀有碱基。v3-末端都具有CpCpAOH的结构。 5端多为pG,也有pC。核酸的结构核酸的共价结构2、DNA和RNA的一级结构mRNA一级结构的特点：真核生物：单顺反子、 5 -末端有“帽子” 和非编码区， 3 -末端有polyA片段和非编码区原核生物：多顺反子、 5 -末端无“帽子”，有非编码区 3 -末端无p

4、olyA片段（病毒除外），有非编码区顺反子： mRNA上具有翻译功能的核苷酸顺序。polyA片段：指20-250个多聚腺苷酸。“帽子”结构： 5-末端的G被甲基化，通过焦磷酸与另一个发生了核糖上甲基化的核苷酸以5、 5-磷酸二酯键相连核酸的结构核酸的共价结构核酸的结构核酸的共价结构2、DNA和RNA的一级结构rRNA一级结构的特点： 动物细胞核糖体rRNA有四类：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的二级结构都已阐明。与tRNA不同，rRNA的甲基化多发生在核糖上。真核生物的rRNA中修饰核苷比原核生物多。3、DNA的高级结构

5、核酸的结构一次改变生物学进程的比赛一次改变生物学进程的比赛核酸的结构DNA的高级结构1、DNA碱基组成的Chargaff规则 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，A=T； 鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数相等，G=C； 含氨基的碱基等于含酮基的碱基，A+C=G+C； 嘌呤的总数等于嘧啶的总数，A+G=T+C2、DNA的二级结构核酸的结构DNA的高级结构核酸的结构DNA的高级结构2、DNA的二级结构DNA双螺旋模型的主要特征：1、二条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链均为右手螺旋；2、嘌呤和嘧啶位于双螺旋的内侧，磷酸位于外侧，彼此通过3，5磷酸二酯键相连形成DNA骨架，习惯上将C3C5为正向；两

6、条链配对偏向一侧，形成一条大沟和一条小沟；核酸的结构DNA的高级结构2、DNA的二级结构 DNA双螺旋模型的主要特征：3、双螺旋平均直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，二个核苷酸之间的夹角为36o，即沿中心轴每旋转一圈有10个核苷酸，每一圈的高度为3.4nm；4、二条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢键而结合在一起；A与T配对（二个氢键），G与C配对（三个氢键），因此GC连接稳定；此配对称为碱基互补配对规律； 腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧胸腺嘧啶啶鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶核酸的结构DNA的高级结构2、DNA的二级结构 DNA双螺旋模型的主要特征：5、碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。但是根据碱基

7、配对原则，当一条多核苷酸链的序列被确定后，即可决定另一条互补链的序列，这就表明，遗传信息是由碱基的序列所携带。 核酸的结构DNA的高级结构核酸的结构DNA的高级结构2、DNA的二级结构 影响双螺旋DNA稳定性的主要作用力是：疏水相互作用碱基堆积力（范德华力）氢键静电排斥力核酸的结构DNA的高级结构核酸的结构DNA的高级结构2、DNA的二级结构 A-DNAB-DNAZ-DNA核酸的结构DNA的高级结构2、DNA的二级结构 A-DNA：是在RH75%所得到的DNA纤维结构。 A-DNA也是由反向的二条多核苷酸链组成的双螺旋结构，也为右手螺旋，但螺旋体宽而短，碱基对与中心轴的倾角也不同，呈19o，每

8、一圈螺旋有11个核苷酸，而不是10.4个，每一圈螺旋的距离是2.5nm而不是3.4nmDNA螺旋的分子直径为2.6nm。核酸的结构DNA的高级结构2、DNA的二级结构 Z-DNA：因其结构呈Z型而称为Z型DNA，它是一左手双螺旋结构，明显要比B型DNA细长，螺旋直径为1.8nm，一圈的螺距为4.5nm，它的结构上只有一条大沟而无小沟，在胞嘧啶（C）与鸟嘌呤（G）交替的DNA片断中，尤其是CGCGCG寡聚体时出现Z-DNA； 天然B-DNA结构中可能局部出现Z-DNA，说明二者是可以互换的。核酸的结构DNA的高级结构2、DNA的二级结构 三股螺旋H-DNA结构核酸的结构DNA的高级结构3、DNA

9、的超螺旋 是DNA双螺旋通过扭曲和折叠形成的特定构象。超螺旋是DNA三级结构的一种形式。核酸的结构DNA的高级结构3、DNA的三级结构环状DNA的拓扑学特征：1.互绕数（intertwining number,） 连环数指在双螺旋DNA中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数，以表示。2.螺旋圈数（helical turn，） 指DNA分子在松弛状态下的螺旋数，以表示。3.超螺旋数（superhelical number）以表示。 =+ DNA分子具有相同的结构，但值不同，所以称它们为拓扑异构体。拓扑异构酶能够催化它们之间的转换。 DNA负超螺旋易于解链，在DNA复制、重组和转录等过程中都需要

10、两条链解开，所以负超螺旋利于这些功能的实施。核酸的结构DNA的高级结构3、DNA的三级结构解链环形解链环形=23=23=23=23W=0W=0松弛环形松弛环形=25=25=25=25=0=0负超螺旋负超螺旋=23=23=25=25=-2=-2核酸的结构DNA的高级结构3、DNA的三级结构环状DNA的拓扑学特征：4、比超螺旋（specific superhelix） 以表示。用它表示DNA的超螺旋程度。 =（-）/0 细胞DNA通常处于负螺旋状态，其约为-0.05至-0.07 DNADNA拓扑异构拓扑异构：除互绕数不同外（如上述：除互绕数不同外（如上述=25=25，=23=23），其他性质均相同

11、的），其他性质均相同的DNADNA分子。分子。双螺旋双螺旋DNADNA在拓扑异构变化中在拓扑异构变化中相同，是相同，是不同导不同导致致不同。不同。DNADNA拓扑异构现象拓扑异构现象：为：为DNADNA超螺旋状态与解旋状态之超螺旋状态与解旋状态之间的相互转换，不发生碱基组成或顺序（一级结构）间的相互转换，不发生碱基组成或顺序（一级结构）的任何变化，是的任何变化，是DNADNA复制、重组或转录时所必需的。复制、重组或转录时所必需的。核酸的结构DNA的高级结构核酸的结构DNA的高级结构拓扑异构酶：拓扑异构酶：引起引起DNADNA拓扑异构之间转变的酶，可拓扑异构之间转变的酶，可改变改变DNADNA拓

12、扑异构体的拓扑异构体的值，有两类：值，有两类：类：使双链超螺旋类：使双链超螺旋DNADNA转变成松弛型环状转变成松弛型环状DNADNA，每，每一次催化作用可消除一个负超螺旋，一次催化作用可消除一个负超螺旋，值增加值增加1 1。类：使松弛型环状类：使松弛型环状DNADNA转变成负超螺旋型转变成负超螺旋型DNADNA，每，每次催化作用使次催化作用使减少减少2 2，又称促旋酶。，又称促旋酶。两类酶含量严格控制，使细胞内两类酶含量严格控制，使细胞内DNADNA保持一定超螺保持一定超螺旋水平。旋水平。 核酸的结构DNA的高级结构4、DNA的四级结构（DNA与蛋白质复合物的结构）病毒、细菌拟核和真核生物的

13、染色体都存在DNA的组装和一定程度的压缩。病毒：通常只有几个至几十个基因，主要由核酸和蛋白质组成，有时还含有脂质和糖类。病毒的侵染性由核酸决定。核酸位于内部，蛋白质包裹着核酸为衣壳，有的还有脂蛋白被膜。核小体是真核生物染色质的基本结构单位，由核小体链形成纤维，进而折叠螺旋化，组装成不同层次结构的染色质和染色体。DAN分子十分巨大，要组装到有限的空间，压缩比达1000-2000，组装成染色体则高达8000-10000。 核酸的结构DNA的高级结构4、DNA的四级结构（DNA与蛋白质复合物的结构）核酸的结构DNA的高级结构核酸的结构DNA的高级结构4、DNA的四级结构核小体核小体纤丝纤丝突环与玫突

14、环与玫瑰花结瑰花结螺旋圈螺旋圈核酸的结构DNA的高级结构4、DNA的四级结构2.4、 RNA的高级结构核酸的结构RNA的高级结构1、RNA高级结构的特点 RNA通常是单链线型分子。 RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构（类似A-DNA双螺旋结构），不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地称为“发夹型”结构或茎环结构。核酸的结构RNA的高级结构RNA可自身回折形成局部双螺旋（二级结构），进而折叠（三级结构），除tRNA外，几乎全部细胞中的RNA都与蛋白质形成核蛋白复合物（四级结构）。 核酸的结构RNA的高级结构2、tRNA的二级结构 tRNA在蛋白质生物合成中主要起转运氨基酸和识

15、别密码子的作用，除此之外还在蛋白质合成起始、DNA反转录合成及其代谢调节中起重要作用。每一种氨基酸都有一种或几种与其相对应的tRNA。核酸的结构RNA的高级结构2、tRNA的二级结构 tRNAtRNA的二级结构大都呈的二级结构大都呈“ 三叶草三叶草” 形状，在结形状，在结构上具有某些共同之处，构上具有某些共同之处，一般可将其分为四臂四环：一般可将其分为四臂四环：包括氨基酸接受臂、反密包括氨基酸接受臂、反密码（环）臂、二氢尿嘧啶码（环）臂、二氢尿嘧啶（环）臂、假尿嘧啶（环）臂、假尿嘧啶- -胸腺胸腺嘧啶核糖核苷嘧啶核糖核苷（环）（环）臂臂和和可变环。除了氨基酸接受可变环。除了氨基酸接受区外，其余

16、每个区均含有区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。一个突环和一个臂。 核酸的结构RNA的高级结构(1)氨基酸接受区包含有tRNA的3-末端和5-末端， 3-末端的最后3个核苷酸残基都是CCA，A为腺苷酸。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。(2)反密码区与氨基酸接受区相对，一般环中含有7个核苷酸残基，臂中含有5对碱基。其中环中正中的3个核苷酸残基称为反密码子。2、tRNA的二级结构 核酸的结构RNA的高级结构（3)3)二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区 该区含有二氢尿嘧啶。环由该区含有二氢尿嘧啶。环由8-8-1212个核苷酸组成，臂由个核苷酸组成，臂由3-43-4对碱基对碱基组成。

17、组成。 (4) (4) T T C C区区 该区与二氢尿嘧啶区相对，该区与二氢尿嘧啶区相对， 假假尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷胸腺嘧啶核糖核苷环环( (T T C)C)由由7 7个核苷酸组成，通过个核苷酸组成，通过由由5 5对碱基组成的双螺旋区对碱基组成的双螺旋区( (T T C C臂臂) )与与tRNAtRNA的其余部分相连。除个的其余部分相连。除个别例外，几乎所有别例外，几乎所有tRNAtRNA在此环中在此环中都含有都含有T T C C 。 (5)(5)可变区可变区 位于反密码区与位于反密码区与T T C C区之间，区之间，不同的不同的tRNAtRNA该区变化较大，一般该区变化较大，一般有有3-183-18个核苷酸组成。个核苷酸组成。在三叶草型二级结构的基础上，突环上未在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，配对的碱基由于