生物化学第三章核酸的结构与功能课件

第三章核酸第三章核酸核酸（Nucleicacid）是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。DNA（Deoxyribonucleicacid）脱氧核糖核酸

存在于细胞核和线粒体，携带遗传信息，并通过复制传递给下一代。RNA（Ribonucleicacid）核糖核酸分布于细胞核、细胞质、线粒体，是DNA转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。核酸（Nucleicacid）是以核苷酸为基本组成单位的3.1核酸的组成成分元素组成主要元素组成：C、H、O、N、P（9~11%）蛋白质比较，核酸一般不含S，而P的含量较为稳定，占9-11%。基本构成单位：核苷酸(nucleotide)

戊糖（ribose）：核糖，脱氧核糖

碱基（base）：嘌呤碱，嘧啶碱

磷酸（phosphate）3.1核酸的组成成分元素组成核酸（DNA和RNA）核苷酸核苷和脱氧核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧啶核糖脱氧核糖核酸（DNA和RNA）核苷酸核苷和脱氧核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧3.1.1戊糖（DNA含脱氧核糖；RNA含核糖）3.1.1戊糖（DNA含脱氧核糖；RNA含核糖）3.1.2含氮碱碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中仅存在于RNA中仅存在于DNA中3.1.2含氮碱碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧两类核酸中除了以上各四种碱基的核苷酸外，还有一些其他修饰碱基，通常含量很少，所以称为稀有碱基。核酸中的稀有碱基是核酸生物合成后修饰产物。RNA中，特别是tRNA中含有较多的稀有碱基如二氢尿嘧啶（D）、1-甲基次黄嘌呤（m1I）、次黄嘌呤（I）、假尿嘧啶（ψ）等。两类核酸中除了以上各四种碱基的核苷酸外，还有一些其他修饰碱基嘌呤（Pu）嘧啶（Py）嘌呤（Pu）嘧啶（Py）（1）嘌呤碱（1）嘌呤碱生物化学第三章核酸的结构与功能课件（2）嘧啶碱（2）嘧啶碱4-硫尿嘧啶二氢尿嘧啶（D）4-硫尿嘧啶二氢尿嘧啶（D）生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件（3）碱基的互变异构体（3）碱基的互变异构体酮式烯醇式互变异构酮式烯醇式互变异构胺式亚胺式互变异构胺式亚胺式互变异构3.1.3核苷戊糖和含氮碱生成的糖苷DNA含β-D-2-脱氧核糖RNA含β-D-核糖糖与碱基之间的C-N键：C-N糖苷键，且都是β糖苷键C1－N1（嘧啶）C1－N9（嘌呤）碱基与糖环平面垂直3.1.3核苷戊糖和含氮碱生成的糖苷（1）核苷（ribonucleoside）

嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1＇通过β-N-糖苷键相连形成核苷：AR，GR，UR，CR（1）核苷（ribonucleoside）嘌呤N-（2）脱氧核苷（deoxyribonucleoside）嘌呤N-9或嘧啶N-1与脱氧核糖C-1＇通过β-N-糖苷键相连形成脱氧核苷：dAR，dGR，dTR，dCR（2）脱氧核苷（deoxyribonucleoside）生物化学第三章核酸的结构与功能课件（3）稀有核苷假尿苷，pseudouridine，ψ（3）稀有核苷假尿苷，pseudouridine，ψ3.1.4核苷酸核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）核苷的磷酸酯，磷酸位于C－5＇核苷酸的组成：含氮碱基、戊糖和磷酸。核苷酸的其他形式多磷酸核苷（NDP、NTP），环化核苷酸（cAMP、cGMP等）辅酶或辅基（NAD、NADP、FAD、CoA等，均含有AMP）活性代谢物（UDPG、CDP-胆碱等）

3.1.4核苷酸核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核生物化学第三章核酸的结构与功能课件5′-磷酸-脱氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷5′-磷酸-脱氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷生物化学第三章核酸的结构与功能课件pA，pT，pG，pC，pU分别表示相应的5´-核苷酸除了5´-核苷酸外，还有3´-核苷酸用Ap，Tp，Gp，Cp，Up表示生物体内游离的2´-核苷酸较少，用Gp2´表示相应的2´-核苷酸pA，pT，pG，pC，pU分别表示相应的5´-核苷八种核苷酸腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶TRNA

AMPGMPCMPUMP未发现DNAdAMPdGMPdCMP未发现dTMPM/单，D/二，T/三；P-磷酸RNA的名称为单/二/三苷酸，DNA在单/二/三前加脱氧两字。如：AMP称腺苷一磷酸（或腺苷酸）dAMP称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）稀有核苷酸与上类似八种核苷酸腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶TRNA生物化学第三章核酸的结构与功能课件核苷酸的其他形式cAMP3´,5´-环腺苷细胞间信使

cAMP

3´,5´-环腺嘌呤核苷一磷酸

cGMP

3´,5´-环鸟嘌呤核苷一磷酸

cAMP和cGMP的环状磷酯键是一个高能键：pH7.4时水解能约为43.9kJ/mol，比ATP水解能高得多。核苷酸的其他形式cAMP细胞间信使辅酶ⅠNAD+辅酶ⅡNADP+辅酶Ⅰ辅酶ⅡAMPADPATPAMPADPATPATP是重要的能量转换中间体ATP含两个高能磷酸键：水解时可释放大量自由能，推动体内各种需能反应。ATP也是磷酰化剂：磷酰化的底物具较高能量（活化分子），是许多生物化学反应的激活步骤。GTP游离存在于生物体内，也是一种高能化合物,具有类似ATP的结构主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体在许多情况下,ATP和GTP可以相互转换ATP是重要的能量转换中间体4种核糖核苷三磷酸（ATP,UTP,GTP,CTP）直接合成RNA的原料4种三磷酸脱氧核糖核苷（dATP，dGTP，dCTP，dTTP）则是直接合成DNA的原料。ATP在所有生物系统中化学能的贮藏和利用的能量通货有些核苷三磷酸参与特定的代谢过程如UTP参加者糖的互相转化与合成，CTP参加磷脂的合成，GTP参加蛋白质和嘌呤的合成等核苷酸的生物学功能4种核糖核苷三磷酸（ATP,UTP,GTP,CTP）直接合成3.2核酸的一级结构核酸中核苷酸的排列顺序，核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。3.2核酸的一级结构核酸中核苷酸的排列顺序，核苷酸的排列顺多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链。一个脱氧核苷酸3´的羟基与另一个核苷酸5´的α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键。方向：5´端→3´端（由左至右）多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为结构式线条式文字缩写5`

3`首端末端pApGpCpTpG……pCpA-G-C-T-G……C结构式线条式文字缩写5`DNA的一级结构是由四种脱氧核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）通过3´,5´-磷酸二酯键连接起来的直线形或环状多聚体。通常一个染色体中就是一个DNA分子（通常为双链），最大有染色体DNA可超过108bp——也表示为100Mb、105Kb等人类基因组大小为3.2Gb，大约能为31000个蛋白质编码。实际上，编码序列只占基因组的1.1%到1.4%。RNA的一级结构是由四种核苷酸（AMP、GMP、CMP、TMP）通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来的直线形多聚体tRNAmRNAsnmRNAs和RNA组学：核内小RNA（snRNA）、核仁小RNA（snoRNA）、胞质小RNA（scRNA）、催化性小RNA（即ribozyme）、小片段干涉RNA（siRNA）DNA的一级结构生物化学第三章核酸的结构与功能课件3.3DNA的二级结构DNA双链的螺旋形空间结构称DNA的二级结构（secondarystructureofDNA）。1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构（DNAdoublehelix，duplex）模型。是20世纪自然科学最重要的发现之一，对生命科学的发展具有划时代的意义。3.3DNA的二级结构DNA双链的螺旋形空间结构称DNA的3.3.1双螺旋结构的实验依据X射线衍射数据关于碱基成对的证据：Chargaff规则不同生物种属的DNA的碱基组成不同同一个体的不同器官或组织的DNA碱基组成相同A=T，G≡C，A+C=G+T，A+G=C+TDNA的滴定曲线3.3.1双螺旋结构的实验依据X射线衍射数据AGCTA/TG/CG+C嘌呤/嘧啶大肠杆菌26.024.925.223.91.090.9950.11.04结核杆菌15.134.935.414.61.030.9970.31.00酵母31.718.317.432.60.971.0535.71.00牛29.021.221.228.71.011.0042.41.01猪29.820.720.729.11.021.0041.41.01人30.419.919.930.11.011.0039.81.01不同生物来源DNA碱基组分和相对比例AGCTA/TG/CG+C嘌呤/嘧啶大肠杆菌26.024.93.3.2双螺旋结构模型的要点3.3.2双螺旋结构模型的要点（1）两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴缠绕，为右手螺旋。一条链的5´-末端与另一条链的3´-末端相对亲水性的骨架位于双链的外侧疏水性的碱基位于双链的内侧（1）两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴缠绕，为右手螺旋（2）两条链上的碱基均在主链内侧，一条链上的A一定与另一条链上的T配对，G一定与C配对。A与T配对形成2个氢键，G与C配对形成3个氢键，螺旋直径为2nm氢键维持双链横向稳定性（2）两条链上的碱基均在主链内侧，一条链上的A一定与另一条链双螺旋模型的碱基配对双螺旋模型的碱基配对（3）成对碱基大致处于同一平面，该平面与螺旋轴基本垂直，糖环平面与螺旋轴基本平行，磷酸基连在糖环的外侧。相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。碱基平面之间有36°的错位。碱基堆积力维持双链纵向稳定性（3）成对碱基大致处于同一平面，该平面与螺旋轴基本垂直，糖环相邻两个碱基对会有重叠，产生了疏水性的碱基堆积力（basestackingforce）相邻两个碱基对会有重叠，产生了疏水性的碱基堆积力（b（4）由于碱基对并不处于两条主链的中间，而是向一侧突出，碱基对糖苷键的键角使两个戊糖之间的窄角为120°，广角为240°。碱基对上下堆积起来，窄角的一侧形成小沟（minorgroove），其宽度为1.2nm。广角的一侧形成大沟（majorgroove），其宽度为2.2nm。（4）由于碱基对并不处于两条主链的中间，而是向一侧突出，碱基生物化学第三章核酸的结构与功能课件（5）大多数天然DNA属双链DNA（dsDNA），少数病毒的DNA为单链DNA（ssDNA）。

（6）双链DNA分子主链上的化学键受碱基配对等因素影响旋转受到限制，使DNA分子比较刚硬，呈比较伸展的结构。碱基与中心轴并非垂直，而是有一定的倾斜角12~16中心轴嘌呤嘧啶碱基间夹角并非都是36，而是28~42。（5）大多数天然DNA属双链DNA（dsDNA），少数病毒的稳定双螺旋结构的因素（1）碱基堆积力形成疏水环境（主要因素）。（2）碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。（3）磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。（4）碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。稳定双螺旋结构的因素（1）碱基堆积力形成疏水环境（主要因素）双螺旋结构模型的要点总结1）反平行双链右手螺旋，直径=2nm，每圈10对核苷酸，螺距为3.4nm2）糖－Pi在螺旋线上，位于外侧，平行于轴，碱基伸向内部其平面垂直于轴，表面形成大沟、小沟3）两链之间A与T互补，G与C互补4）稳定因素为氢键和碱基堆积力双螺旋结构模型的理论意义1）DNA的复制，DNA遗传信息在生物世代间、细胞世代间的传递

2）遗传与变异，DNA分子的碱序列具有保守性和变异性，碱基对是突变的最小单位

3）生物的性状控制：蛋白质的生物合成时遗传密码与反密码互补配对

4）为现代分子生物学与基因工程奠定了理论基础双螺旋结构模型的要点总结双螺旋结构模型的理论意义3.3.3DNA二级结构的其他类型类型结晶状态螺距（nm）碱基距离（nm）每圈（bp数）旋转方向A相对湿度75%DNA钠盐2.80.25611右手B相对湿度92%DNA钠盐3.40.3410右手C相对湿度66%DNA钠盐3.10.3329.3右手Zd（GCGCGC）1.110.3712左手3.3.3DNA二级结构的其他类型类型结晶状态螺距碱基距生物化学第三章核酸的结构与功能课件回文结构：

DNA序列中以某一中心区域为对称轴，其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同的双螺旋结构。即对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复。回文结构能形成十字结构和发夹结构回文结构：AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATCTTAAGTTCCCTCTTCATATCTTCTCCCTTCCTAG镜像重复：

存在于同一股上的某些DNA区段的反向重复序列。此序列各单股中没有互补序列，不能形成十字型或发夹结构。AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAG三股螺旋（K.Hoogsteen1963）：通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合：oligo(Py):oligo(Pu)—oligo(Py/Pu)由于设计、合成的第三条连具有结合DNA特定位点的能力，有可能抑制基因的表达，这为药物的设计带来了希望。三股螺旋（K.Hoogsteen1963）：生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件3.4DNA的高级结构DNA双螺旋通过扭曲和折叠所形成的特定构象。超螺旋结构（superhelix

或supercoil）DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构正超螺旋（positivesupercoil）或负超螺旋（negativesupercoil）盘绕方向与DNA双螺旋方同相同或相反3.4DNA的高级结构DNA双螺旋通过扭曲和折叠所形成的特3.4.1环状DNA的超螺旋结构细菌的染色体DNA、病毒的DNA、质粒、真核生物的线粒体和叶绿体的DNA，为双链环形DNA

（double-strandcircularDNA，dcDNA）可进一步扭曲成超螺旋DNA（superhelixDNA），这种结构还可被称为共价闭环DNA

（covalentlyclosedcircularDNA，cccDNA）3.4.1环状DNA的超螺旋结构细菌的染色体DNA、病毒的超螺旋DNA的一条链断裂，分子将释放扭曲张力，形成松弛环形DNA

（relaxedcircularDNA），也称为开环DNA

（opencircularDNA，ocDNA）超螺旋DNA的两条链均断裂，就会转化为线形DNA

（linearDNA）超螺旋DNA的一条链断裂，分子将释放扭曲张力，形成松弛环形D正超螺旋负超螺旋（多见）双链环形DNADNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。正超螺旋负超螺旋双链环形DNADNA超螺旋结构整体或原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形式存在，平均每连环数（linkingnumber,L）DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数扭转数（twistingnumber,T）DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示超螺旋数（缠绕数,writhingnumber,W）比连环差（specificlinkingdifference,λ）表示DNA的超螺旋程度（Superhelixdensity）三者的关系式：L=T+W连环数（L）缠绕数（T）扭曲数（W）松驰环25250解链环23230超螺旋2325-2连环数（linkingnumber,L）连环数（L）缠生物化学第三章核酸的结构与功能课件拓扑异构酶：改变DNA拓扑异构体的L值。拓扑异构酶酶I（解旋酶）

能使双链负超螺旋DNA转变成松驰形环状DNA，每次催化使L增加1。

拓扑异构酶酶II（促旋酶）能使松驰环状DNA转变成负超螺旋形DNA，每次催化使L减少2。拓扑异构酶：改变DNA拓扑异构体的L值。3.4.2真核生物染色体结构在细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的染色质（chromatin）形式存在，在细胞分裂期，则形成高度致密的染色体（chromosome）3.4.2真核生物染色体结构在细胞周期的大部分时间里，DNDNA染色质呈现出的串珠样结构染色质的基本单位是核小体（nucleosome）DNA染色质呈现出的串珠样结构核小体的组成：

DNA：约200bp组蛋白：H1，H2A、H2B，H3，H4长约140bp的DNA分子绕核心部位1¾圈核小体的组成：长约140bp的DNA分子绕核心部位1¾圈生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件2nm2nm，10bp11nm，80bp30nm，1200bp300nm，75000bp2nm2nm，10bp11nm，80bp30nm，1200b100nm，4.5×105bp人的DNA大分子在染色质中反复折叠盘绕共压缩8000～10000倍700nm，1.35×107bp100nm，4.5×105bp人的DNA大分子在染色质中反复DNA的功能

DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。

基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。DNA的功能3.5DNA和基因组基因和基因组的概念病毒和细菌基因组的特点真核生物基因组的特点3.5DNA和基因组基因和基因组的概念3.5.1基因和基因组的概念DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。DNA分子中最小的功能单位称基因某生物所含的全部基因称该生物体的基因组3.5.1基因和基因组的概念DNA通过复制将遗传信息由亲代转录：生物体可用碱基配对的方式合成与DNA核苷酸序列相对应的RNA信使RNA

（messengerRNA，mRNA）：转录生成的RNA一部分用于指导蛋白质合成翻译：mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列，由mRNA指导蛋白质合成的过程核糖体RNA

（ribosomeRNA，rRNA）：核糖体中所含的RNA转移RNA（transferRNA，tRNA）：将氨基酸转运到核糖体的特定部位用于蛋白质合成的RNArRNA、tRNA和一些其他类型的RNA均由DNA转录生成转录：生物体可用碱基配对的方式合成与DNA核苷酸序列相对应的3.5.2病毒和细菌基因组的特点共同特点（1）基因组很小，结构简练，环型和线型DNA分子组成（2）大部分为蛋白质编码的基因，基因间隔序列很短（3）功能相关的基因常串联在一起，有共同的调控元件操纵子（Operon

）指启动基因、操纵基因和一系列紧密连锁的结构基因的总称，其中结构基因的表达受到操纵基因的调控。3.5.2病毒和细菌基因组的特点共同特点病毒基因组的特点

（1）基因组可由DNA组成，也可由RNA组成；但只可以由其中的一种组成。（2）不少病毒以RNA为遗传物质（3）存在重叠基因，一个基因编码几种蛋白质。病毒基因组的特点（1）正链RNA病毒

病毒RNA进入细胞后可直接指导合成蛋白质

例如：冠状病毒和脊髓灰质炎病毒等（2）负链RNA病毒

病毒RNA进入细胞后需先合成互补的RNA然后合成蛋白质

例如：狂犬病病毒等，侵入宿主细胞后，依靠携带的复制酶合成正链RNA，再翻译产生病毒蛋白质，并复制病毒RNA（3）双链RNA病毒

以双链RNA的负链为模板合成正链RNA，用以指导蛋白质的合成

例如：呼肠孤病毒（4）逆转录病毒

以RNA为模板合成cDNA,再由cDNA为模板合成双链DNA，转录mRNA后指导蛋白质的合成

例如：白血病病毒和肉瘤病毒等（1）正链RNA病毒单链正股RNA病毒（－）ssRNA亲代病毒（＋）ssRNA早期蛋白（＋）ssRNAdsRNA复制中间型（－）ssRNA（＋）ssRNA大量子代（＋）ssRNA晚期蛋白装配子代病毒单链正股RNA病毒（－）ssRNA亲代病毒（＋）ssRNA早单股负股RNA病毒病毒自身携带依赖RNA的RNA多聚酶亲代（－ssRNA）（＋）mRNA蛋白质（＋）ssRNA子代（－）sRNA子代病毒多聚酶单股负股RNA病毒病毒自身携带依赖RNA的RNA多聚酶亲代（逆转录病毒病毒RNA逆转录酶双股DNA整合至宿主细胞（前病毒）mRNA病毒RNA结构蛋白装配子代病毒RNA:DNA转录酶聚合酶逆转录病毒病毒RNA逆转录酶双股DNA整合至宿主细胞（前病毒逆转录病毒致癌机理（＋）RNA肿瘤病毒（＋）RNA（－）DNA（±）DNA

整合到宿主基因组宿主癌基因活化宿主癌变逆转录病毒致癌机理（＋）RNA肿瘤病毒（＋）RNA（－细菌基因组的特点

（1）细菌染色体基因组：通常仅一条环状双链DNA分子组成（2）编码蛋白质的基因都是单拷贝的（3）基因组中有多种调控区，和少量重复序列（4）基因组中存在可移动的DNA序列（转座子）质粒：某些细菌中独立于染色体外的能自主复制的共价环状双链DNA。可作为基因工程的载体细菌基因组的特点3.5.3真核生物基因组的特点真核基因组结构庞大哺乳类动物基因组DNA约3×109碱基对。人编码基因约4万个，编码序列仅占总长的1%。不存在操纵子结构一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。多种调控因子构成复杂的调控系统。3.5.3真核生物基因组的特点真核基因组结构庞大真核基因组含有大量的重复序列高度重复序列：重复率达106

次，亦称为称为卫星DNA

中度重复序列：重复率约103~104次，平均350次，大多数中度重复序列与其他序列间隔排列，称作散布重复序列散布重复序列主要包括短散布元件、长散布元件和转座子少数中度重复序列成串排列在一个区域，称作串联重复序列串联重复序列主要包括小卫星DNA、微卫星DNA和rDNA（丝粒序列和端粒序列）

低度重复序列：编码细胞骨架蛋白等蛋白质的基因只有数个

单一序列：绝大多数编码蛋白质的基因只有一个或几个存在非编码序列和间隔区（断裂基因）真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码序列，往往是基因表达的调控区。在编码基因内部尚有内含子（intron）、外显子（exon）之分，因此真核基因是不连续的。真核基因组含有大量的重复序列3.6RNA的结构和功能RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。RNA比DNA小的多。RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多样性。3.6RNA的结构和功能RNA与蛋白质共同负责基因的表达和细胞核和胞液线粒体功能核蛋白体RNArRNAmtrRNA核蛋白体组分信使RNAmRNAmtmRNA蛋白质合成模板转运RNAtRNAmttRNA转运氨基酸核内不均一RNAHnRNA成熟mRNA的前体核内小RNASnRNA参与hnRNA的剪接、转运核仁小RNASnoRNArRNA的加工、修饰胞浆小RNAscRNA/7SL-RNA蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分RNA的种类、分布、功能细胞核和胞液线粒体功能核蛋白体RNArRNAmtrRNA核RNA的结构特征大多数天然RNA分子是核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连形成的一条单链，其许多区域自身发生回折，使可以配对的一些碱基相遇，而由A与U、G与C之间的氢键连接起来，形成局部双螺旋（二级结构）；不能形成配对的碱基则形成环状突起。进而折叠形成三级结构。RNA的结构特征3.6.1tRNA（转运RNA）在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体，将氨基酸转呈给mRNA。细胞内一般有50种以上不同的tRNA，有些真核生物细胞甚至可多达100多种。由74～95核苷酸组成，占细胞总RNA的15%稀有碱基多，分子量小，具有很好的稳定性3.6.1tRNA（转运RNA）在蛋白质合成过程中作为各种二级结构模型：

三叶草型组成：四环一臂氨基酸臂DHU环反密码环TC环额外环tRNA具有局部的茎环（stemloop）结构或发卡（hairpin）结构

某些位置上的核苷酸在不同的tRNA分子中很少变化，称不变核苷酸二级结构模型：tRNA具有局部的茎环（steml“三叶草”结构特征:1）四环四臂（四环一臂）2）氨基酸臂互补碱基7对，5´末端为－PG，3´末端为CCA－OH3）二氢尿嘧啶环

8-12单核苷酸，2个二氢尿嘧啶（D）4）反密码环

7个单核苷酸组成，反密码子中常含有次黄嘌啉（I）5）额外环含3-18核苷酸6）TΨC环含7个单核苷酸，包括一个假尿嘧啶（Ψ）和T

7）修饰碱基

含有多少不等数量种类的修饰碱基，“三叶草”结构特征:稀有碱基二氢尿嘧啶次黄嘌啉假尿嘧啶m7-甲基鸟嘌呤稀有碱基二氢尿嘧啶次黄嘌啉假尿嘧啶m7-甲基鸟嘌呤氨基酸臂功能：结合氨基酸反密码子环功能：识别mRNA的密码子DHU环功能：与核糖体rRNA结合TΨC环额外环（可变环）tRNA的功能：

结合活化氨基酸（3´－CCA－OH），搬运氨基酸到核糖体；识别mRNA密码子。参与蛋白质的翻译。氨基酸臂反密码子环DHU环TΨC环额外环tRNA的功能：tRNA的三级结构：倒L形tRNA三维结构与其功能密切相关位点tRNA的倒L结构与核糖体上的空穴相符，TψC环中GTψC与核糖体中5srRNA相应区段有碱基互补关系L型分子表面化学基团的排列，与一些酶（氨基酰-tRNA合成酶）和蛋白质与tRNA分子的相互识别有关。tRNA的三级结构：tRNA三维结构与其功能密切相关位点3.6.2rRNA（核蛋白体RNA）核蛋白体RNA（ribosomalRNA，rRNA）是细胞内含量最多的RNA（>80％）。rRNA与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体（ribosome），为蛋白质的合成提供场所S:沉降系数以每单位重力的沉降时间表示，并且通常为1～200×10-13秒范围，10-13这个因子叫做沉降单位S，即1S=10-13秒，如血红蛋白的沉降系数约为4×10-13秒或4S。

大多数蛋白质和核酸的沉降系数在4S和40S之间，核糖体及其亚基在30S和80S之间，多核糖体在100S以上3.6.2rRNA（核蛋白体RNA）核蛋白体RNA（rib原核生物（70S）真核生物（80S）小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%核蛋白体的组成原核生物（70S）真核生物（80S）小亚基30S40SrRN大肠杆菌的核蛋白体大肠杆菌的核蛋白体真核生物核蛋白体rRNA的功能：作为核糖体的骨架催化肽键的形成真核生物核蛋白体rRNA的功能：生物化学第三章核酸的结构与功能课件3.6.3mRNA和hnRNA信使RNA（messengerRNA,mRNA）是合成蛋白质的模板。不均一核RNA（hnRNA）含有内含子（intron）和外显子（exon）。外显子是氨基酸的编码序列，而内含子是非编码序列。hnRNA经过剪切后成为成熟的mRNA。3.6.3mRNA和hnRNA信使RNA（messengemRNA成熟过程hnRNA

内含子（intron）mRNA外显子（exon）内含子（intron）：基因中不编码的居间序列外显子（exon）：编码的片段mRNA成熟过程hnRNA内含子mRNA外显子（mRNA的结构特点

mRNA可形成局部双螺旋结构的二级结构。

mRNA在真核生物中的初级产物称为HnRNA5´端的7－甲基鸟苷三磷酸（m7GTP）帽子

3´端的多聚腺苷酸（polyA）尾

mRNA分子中带有遗传密码mRNA的结构特点帽子结构：m7GpppNmmRNA的帽结构可以与帽结合蛋白（capbindingprotein，CBP）结合。帽子结构：m7GpppNmmRNA的帽结构可以与帽结合蛋白（真核生物的mRNA的3-末端转录后加上一段长短不一的聚腺苷酸。功能：mRNA核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系翻译起始的调控帽子结构和多聚A尾的功能真核生物的mRNA的3-末端转录后加上一段长短不mRNA的功能：把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞mRNA的功能：DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞3.6.4snRNA和snoRNAsnRNAs细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA。与蛋白质连在一起以核糖核蛋白形式存在主要作用是HnRNA的加工修饰。snoRNA

存在在核仁区，与rRNA前体的加工修饰有关3.6.4snRNA和snoRNAsnRNAs3.6.5asRNA和RNAiasRNA（又称反义RNA）可以通过特定的互补序列与特定的mRNA结合，抑制mRNA的翻译，随后在真核细胞中，亦发现了asRNA，并发现asRNA除主要在翻译水平抑制基因表达外，还可以抑制DNA的复制与转录。asRNA已用于抑制导致水果腐烂的酶，延长水果保存期等，并可能为某些疾病的治疗提供新途径。RNAi（小片段干扰RNA）是生物宿主对外源侵入的基因表达的双链RNA进行切割所产生的特定长度和特定核酸序列的小片段RNA。可以与外源基因表达的mRNA相结合，并诱发这些mRNA的降解3.6.5asRNA和RNAiasRNA（又称反义RNA）3.6.6非编码RNA的多样性高等真核生物的转录产物超过97%是不编码蛋白质不编码蛋白质，以RNA形式发挥作用的RNA称非编码RNA（non-codingRNA，ncRNA）ncRNA种类繁多

（1）根据ncRNA的功能分类

（2）根据ncRNA在细胞内的分布分类

（3）根据ncRNA的大小分类3.6.6非编码RNA的多样性高等真核生物的转录产物超过9（1）根据ncRNA的功能分类

①催化RNA（cataliticRNA，cRNA）亦称核酶，是有催化功能的RNA分子。现在发现的核酶大部分参加RNA的加工和成熟，但已发现可催化肽键合成的RNA，23SrRNA具肽酰转移酶活性，说明RNA的催化功能是一个很值得研究的领域。②类似mRNA的RNA即3´端有PolyA，无典型ORF，不编码蛋白质的RNA分子。是一类与细胞的生长和分化、胚胎的发育、肿瘤的形成和抑制密切相关的调节因子。③指导RNA（guideRNA，gRNA）是指导mRNA编辑的小RNA分子，多用来指导在mRNA转录产物中加入U的过程。④tmRNAtmRNA溉有tRNA的功能，又有mRNA的功能，翻译时既可以转运氨基酸，又可作合成肽链的模板。⑤端粒酶RNA（telomeraseRNA）端粒酶由RNA和蛋白质构成，其中的RNA是真核染色体端粒复制的模板。⑥信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）RNA是SRP的组成部分，与细胞内蛋白质的转运有关。⑦微小RNA（microRNA，miRNA）由基因组DNA非编码区转录，长度约22nt，在基因表达、细胞周期及个体发育的调控中发挥重要作用。

⑧小干扰RNA（smallinterferinRNA，siRNA）

一种与microRNA大小相似的外源双链RNA分子，在RNA干扰（RNAi）途径中介导靶mRNA的降解。（1）根据ncRNA的功能分类（2）根据ncRNA在细胞内的分布分类①核小RNA（snRNA）包括剪接体snRNA（Ul，U2，U4，U5，U6）和U7snRNA，前者是mRNA前体剪接体的重要组分，后者负责组蛋白前体mRNA3'-末端的形成。②核仁小RNA（snoRNA）是最丰富的一类ncRNA，主要参与rRNA及其他RNA的修饰、加工、成熟等过程。③胞质小RNA（smallcytoplasmicRNA，scRNA）

分布在细胞质，主要在蛋白质合成过程中起作用。

④新近发现的Cajal小体（Cajalbodies，CBs）小RNA是CRs特异性小RNA，能与U族snRNA喊基配对，可能参与Ul、U2、U4、U5位点特异性的2´-O-核糖甲基化和假尿嘧啶形成。（3）根据ncRNA的大小分类①21～25nt的ncRNA包括microRNA（miRNA）家族和小干扰RNA（siRNA）家族两种类型，是真核细胞基因表达的重要调控因子，是曰前备受关注、研究最多和进展最快的一类ncRNA。②100～200nt的smallRNA是细菌细胞的翻译调节因子。

③大于10000nt的ncRNA参与高级真核生物的基因沉默。（2）根据ncRNA在细胞内的分布分类DNARNA组成ACGT脱氧核糖ACGU核糖一级结构碱基序列碱基序列空间结构双螺旋、超螺旋、蛋白质－核酸的非共价结合等局部双螺旋mRNA：5´-帽子，3´-polyA，rRNA：大、小亚基组成核糖体tRNA：三叶草、倒L型结构功能遗传信息的储存遗传信息的表达DNARNA组成ACGTACGU一级结构碱基序列碱基序列空间3.7核酸的性质核酸的化学结构和作为高聚物大分子决定着其物理化学性质核酸的糖苷键和磷酸二酯键可被酸、碱或各自相应的核酸酶水解成为各种成分，其水解程度因水解条件而异核酸和核苷酸既有磷酸基团，又有碱性基团，都是两性电解质——酸碱性质DNA和RNA都微溶于水，不溶于有机溶剂，提取分离核酸时，可用乙醇将核酸从溶液中常沉淀出来核酸的紫外吸收特性因其所含碱基而引起核酸的变性与复性与其双螺旋结构有关。3.7核酸的性质核酸的化学结构和作为高聚物大分子决定着其物3.7.1一般理化性质核酸的酸碱及溶解度性质

核酸为多元酸，具有较强的酸性DNA由于不存在2´－OH，不能被碱水解核酸的高分子性质

粘度：DNA>RNAdsDNA>ssDNA

沉降行为：不同构象的核酸分子的沉降的速率有很大差异，这是超速离心法提取和纯化核酸的理论基础3.7.1一般理化性质核酸的酸碱及溶解度性质核酸的水解（1）酸水解糖苷键比磷酸二酯键更易被酸水解嘌呤碱基的糖苷键比嘧啶碱基的糖苷键对酸更不稳定（2）碱水解相对而言DNA一般对碱稳定RNA的磷酸酯键易被碱水解，产生核苷酸。是由于RNA的核糖上有2´-OH基，在碱作用下形成磷酸三酯。磷酸三酯极不稳定，随即水解产生，产生2´,3´-环磷酸酯，再水解成2´-核苷酸，3´-核苷酸KOH较好。水解后用HClO4中和，由于KClO4溶解度较小，溶液中大部分K＋即被除去。酯键糖苷键核酸的水解酯键糖苷键（3）酶水解

非特异性（既能水解DNA又能水解RNA）——磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（5´端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（3´端外切3得5）

专一性水解磷酸二酯键——核酸酶核酸酶的分类①按作用底物分：RNase（牛胰核糖核酸酶、核糖核酸酶T1、核糖核酸酶T2）

DNase（牛胰脱氧核糖核酸酶Ⅰ、牛脾脱氧核糖核酸酶）②按作用方式分：核酸内切酶核酸外切酶（5´→3´外切酶、3´→5´外切酶）③断裂磷酸二酯键的方式④其他：双链酶、单链酶（3）酶水解3.7.2紫外吸收性质碱基含有共轭双键两类核酸的紫外吸收谱均为260~290nm其最高吸收峰接近260nm常用作核酸的定性和定量分析3.7.2紫外吸收性质碱基含有共轭双键生物化学第三章核酸的结构与功能课件（1）对待测样品是否纯的判断可用紫外分光光度计读出260nm和280nm的A值，计算A260/A280，从此值大小判断样品的纯度，纯的DNA的A260/A280应为1.8；纯的RNA应为2.0。（2）对纯核酸样品的定量测定只要测出260nm的A值，即可计算含量。通常以1个A单位相当于50ug/ml双螺旋DNA；或40ug/ml的单链DNA（或RNA）；或20ug/ml的寡核苷酸（或单核苷酸）（3）判断DNA是否变性产生增色效应核酸水解为核苷酸，紫外吸收值通常增加30%～40%，这种现象被称作增色效应小量DNA或RNA的紫外吸收法定量测定（1）对待测样品是否纯的判断小量DNA或RNA的紫外吸收法3.7.3核酸结构的稳定性碱基对间的氢键氢键的集合能量很大，如果不能同时打开许多氢键，局部打开的氢键有恢复原有状态的趋势，保持分子构象不变。维持着核酸横向结构。碱基堆积力嘌呤环和嘧啶环之间存在较强的范德华作用力；双螺旋内部的碱基对高度疏水，使环境中的水在螺旋外围形成水壳，有助于螺旋的稳定。碱基平面间的范德华作用力和疏水作用力的统称，维持核酸纵向结构。环境中的正离子正离子可与磷酸基团结合，消除静电斥力3.7.3核酸结构的稳定性碱基对间的氢键3.7.4核酸的变性在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。破坏了氢键和碱基堆积力，使核酸分子高级结构改变、理化性质及生物活性发生改变，不涉及磷酸二酯键断裂，一级结构不变。变性后，260nm的紫外吸收值明显增加，即产生增色效应3.7.4核酸的变性在某些理化因素作用下，DNA双链解开成DNA的变性核苷酸骨架上3´，5´-磷酸二酯键的断裂称为降解DNA的变性核苷酸骨架上3´，5´-磷酸二酯键的断裂称为降解生物化学第三章核酸的结构与功能课件DNA解链时的紫外吸收变化完全变性后核酸紫外吸收值增加：

天然DNA↑25~40%、RNA↑约1.1%实质：碱基暴露RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性质变化没有DNA那样明显DNA解链时的紫外吸收变化完全变性后核酸紫外吸收值增加：热变性变性过程是“跃变式”的，而非渐变如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度（meltingtemperature,Tm）。热变性变性过程是“跃变式”的，而非渐变如果在连续加热Tm的影响因素

①G-C对含量

G-C对含3个氢键，A-T对含2个氢键，故G-C对相对含量愈高，Tm亦愈高②溶液的离子强度

离子强度较低的介质中，Tm较低。在纯水中，DNA在室温下即可变性。需核酸变性时，常采用离子强度较低的缓冲溶液。③溶液的pH

高pH下，碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力，pH大于11.3时，DNA完全变性。pH低于5.0时，DNA易脱嘌呤，对单链DNA进行电泳时，常在凝胶中加入NaOH以维持变性状态。④变性剂甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏氢键，妨碍碱基堆积，使Tm下降。对单链DNA进行电泳时，常使用上述变性剂。Tm的影响因素①G-C对含量G-C对含3个氢键，A3.7.5核酸的复性当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为DNA复性（renaturation）。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火（annealing）。减色效应：DNA复性时，其溶液A260降低。3.7.5核酸的复性当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件（1）Tm为25℃为较适合的复性温度（1）单链片段浓度越高，随机碰撞的频率越高，复性速度越快。（2）较大的单链片段扩散困难，链间错配频率高，复性较慢。（3）片段内的重复序列多，则容易形成互补区，因而复性较快。真核DNA的重复序列就是通过复性动力学研究发现的。（4）维持溶液一定的离子强度，消除磷酸基负电荷造成的斥力，可加快复性速度。复性影响因素（1）Tm为25℃为较适合的复性温度复性影响因素3.7.6核酸的分子杂交在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链（heteroduplex）杂交双链可以在DNA与DNA链之间形成，也可在RNA与DNA链之间形成杂交的本质：一定条件下使互补核酸链实现复性3.7.6核酸的分子杂交在DNA变性后的复性过程中，如果将生物化学第三章核酸的结构与功能课件利用探针（probe）与靶DNA杂交，可识别靶DNA中的特异核苷酸序列探针：探针是指带有某些标记物（如放射性同位素32P，荧光物质异硫氰酸荧光素等）的特异性核酸序列片段利用探针（probe）与靶DNA杂交，可识别靶DNA杂交双链可以在DNA与DNA链之间形成，也可在RNA与DNA链之间形成。杂交双链可以在DNA与DNA链之间形成，也可在RNASouthern印迹（杂交）①DNA的电泳②电泳结果的凝胶上的DNA条带转移到硝酸纤维素早滤膜（醋酸纤维素滤膜）上③将滤膜上的DNA变性后固定④将变性的DNA滤膜在适当条件下与探针杂交⑤杂交结果的显示Northern印迹（杂交）是将RNA分子从凝胶转移到硝酸纤维素膜或其它化学修饰的活性滤纸上，从而进行核酸杂交的一种实验方法。Western印迹法基本原理是通过特异性抗体对凝胶电泳处理过的细胞或生物组织样品进行着色。通过分析着色的位置和着色深度获得特定蛋白质在所的位置。杂交与PCR结合，能够检出含量极低的DNASouthern印迹（杂交）生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件在现代分子生物学实验中，探针的制备和使用是分子杂交技术的基础，核酸分子杂交作为一项基本技术，已应用于核酸结构与功能研究的各个方面医学上，分子杂交技术主要用于：遗传性疾病的基因诊断（genediagnosis）恶性肿瘤的基因分析传染病病原体的检测其他方面研究DNA分子中某一种基因的位置测定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础在现代分子生物学实验中，探针的制备和使用是分子杂交技3.8核酸序列的测定目前应用的两种快速序列测定技术是Sanger等（1977）提出的酶法（链终止法）及Maxam和Gilbert（1977）提出的化学降解法。1968年吴瑞设计出一种引物-延伸测序策略，并于1971年测定了λ噬菌体两个粘性末端的完整序列1977年Sanger在引物-延伸策略基础上，发明了快速测定DNA序列的末端终止法1983年Mullis完善了聚合酶链反应（PCR）扩增DNA的方法1988年M.Smith根据K.Mullis方法，发明碱基定点突变技术3.8核酸序列的测定目前应用的两种快速序列测定技术是San3.8.1链终止法测序技术F.Sanger于1977年发明的一种简单快速DNA序列测定新方法；策略是把确定逐个核苷酸的序列测定变为以测定片段长度推测序列。酶法的技术基础主要有

（1）用凝胶电泳分离DNA单链片断时，小片断移动快，大片断移动慢，用适当的方法可分离分子大小仅差一个核苷酸的DNA片断。

（2）用合适的聚合酶可以在试管内合成单链DNA模板的互补链。反应体系中除单链模板外，还应包括合适的引物，4种脱氧核苷三磷酸和若干种适量的无机离子

3.8.1链终止法测序技术F.Sanger于1977年发明

SangerDNA序列测定方法的要点：①把待测DNA样品分出四份，分别置于编号试管；②加入底物dNTP、聚合酶、5´被放射性标记的DNA引物；③给各试管分别加入一种ddNTP；④保温反应后，从各管分别取样，并在同一块凝胶上进行PAGE分离、放射性自显影；⑤根据显带拼读碱基序列。通过F.Sanger法，有经验的工作者可以测定含有200～300核苷酸的DNA顺序。SangerDNA序列测定方法的要点：2´，3´-双脱氧核糖核苷酸，ddNTP碱基有A、C、G、T对应四种碱基有四种双脱氧核苷三磷酸ddATP、ddCTP等，由于ddNTP的3´位无-OH，不可能形成磷酸二酯键，故合成自然中断。2´，3´-双脱氧核糖核苷酸，ddNTP碱基有A、C、G、T双脱氧法的特点

需要单链模板、寡核苷酸引物和高质量的DNA聚合酶优点

简单、快速。缺点①聚合反应会因为二级结构而提前终止，常常测不到准确的DNA序列；②由于需要经模板与引物结合后，才能反应并测序，因此对于寡聚核苷酸DNA序列，例如对引物DNA的序列不能测定；③该法直接分析的是合成的新链序列，而不是模板链，因此不能分析模板中甲基化部位；④需要适当的引物和能合成单链模板的载体。双脱氧法的特点3.8.2焦磷酸测序技术1987年Nyren等发展起来一种新型的DNA测序技术基本原理

引物与模板DNA退火后，在DNA聚合酶（DNApolymerase）、ATP硫酸化酶（ATPsulfurylase）、荧光素酶（luciferase）和腺苷三磷酸双磷酸酶（apyrase）4种酶的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一次荧光信号的释放偶联起来，通过检测荧光信号的释放和强度，达到实时测定DNA序列的目的。3.8.2焦磷酸测序技术1987年Nyren等发展起来一种

反应体系由反应底物、待测单链、测序引物和4种酶构成。反应体系由反应底物、待测单链、测序引物和4种酶构成。3.8.3化学法测序由A.Maxam和W.Gilbert创立的DNA化学测序方法制备了4套脱氧寡核苷酸，把一种碱基特异性化学试剂加到纯化的3’或5’末端标记脱氧寡核苷酸中，使DNA在一或二个特殊的核苷酸处随机断裂由于只有末端标记的片段在随后的测序胶放射自显影中被看到，所以DNA梯度被看到3.8.3化学法测序由A.Maxam和W.Gilbert创生物化学第三章核酸的结构与功能课件第三章核酸第三章核酸核酸（Nucleicacid）是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。DNA（Deoxyribonucleicacid）脱氧核糖核酸

存在于细胞核和线粒体，携带遗传信息，并通过复制传递给下一代。RNA（Ribonucleicacid）核糖核酸分布于细胞核、细胞质、线粒体，是DNA转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。核酸（Nucleicacid）是以核苷酸为基本组成单位的3.1核酸的组成成分元素组成主要元素组成：C、H、O、N、P（9~11%）蛋白质比较，核酸一般不含S，而P的含量较为稳定，占9-11%。基本构成单位：核苷酸(nucleotide)

戊糖（ribose）：核糖，脱氧核糖

碱基（base）：嘌呤碱，嘧啶碱

磷酸（phosphate）3.1核酸的组成成分元素组成核酸（DNA和RNA）核苷酸核苷和脱氧核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧啶核糖脱氧核糖核酸（DNA和RNA）核苷酸核苷和脱氧核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧3.1.1戊糖（DNA含脱氧核糖；RNA含核糖）3.1.1戊糖（DNA含脱氧核糖；RNA含核糖）3.1.2含氮碱碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中仅存在于RNA中仅存在于DNA中3.1.2含氮碱碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧两类核酸中除了以上各四种碱基的核苷酸外，还有一些其他修饰碱基，通常含量很少，所以称为稀有碱基。核酸中的稀有碱基是核酸生物合成后修饰产物。RNA中，特别是tRNA中含有较多的稀有碱基如二氢尿嘧啶（D）、1-甲基次黄嘌呤（m1I）、次黄嘌呤（I）、假尿嘧啶（ψ）等。两类核酸中除了以上各四种碱基的核苷酸外，还有一些其他修饰碱基嘌呤（Pu）嘧啶（Py）嘌呤（Pu）嘧啶（Py）（1）嘌呤碱（1）嘌呤碱生物化学第三章核酸的结构与功能课件（2）嘧啶碱（2）嘧啶碱4-硫尿嘧啶二氢尿嘧啶（D）4-硫尿嘧啶二氢尿嘧啶（D）生物化学第三章核酸的结构与功能课件生物化学第三章核酸的结构与功能课件（3）碱基的互变异构体（3）碱基的互变异构体酮式烯醇式互变异构酮式烯醇式互变异构胺式亚胺式互变异构胺式亚胺式互变异构3.1.3核苷戊糖和含氮碱生成的糖苷DNA含β-D-2-脱氧核糖RNA含β-D-核糖糖与碱基之间的C-N键：C-N糖苷键，且都是β糖苷键C1－N1（嘧啶）C1－N9（嘌呤）碱基与糖环平面垂直3.1.3核苷戊糖和含氮碱生成的糖苷（1）核苷（ribonucleoside）

嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1＇通过β-N-糖苷键相连形成核苷：AR，GR，UR，CR（1）核苷（ribonucleoside）嘌呤N-（2）脱氧核苷（deoxyribonucleoside）嘌呤N-9或嘧啶N-1与脱氧核糖C-1＇通过β-N-糖苷键相连形成脱氧核苷：dAR，dGR，dTR，dCR（2）脱氧核苷（deoxyribonucleoside）生物化学第三章核酸的结构与功能课件（3）稀有核苷假尿苷，pseudouridine，ψ（3）稀有核苷假尿苷，pseudouridine，ψ3.1.4核苷酸核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）核苷的磷酸酯，磷酸位于C－5＇核苷酸的组成：含氮碱基、戊糖和磷酸。核苷酸的其他形式多磷酸核苷（NDP、NTP），环化核苷酸（cAMP、cGMP等）辅酶或辅基（NAD、NADP、FAD、CoA等，均含有AMP）活性代谢物（UDPG、CDP-胆碱等）

3.1.4核苷酸核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核生物化学第三章核酸的结构与功能课件5′-磷酸-脱氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷5′-磷酸-脱氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷生物化学第三章核酸的结构与功能课件pA，pT，pG，pC，pU分别表示相应的5´-核苷酸除了5´-核苷酸外，还有3´-核苷酸用Ap，Tp，Gp，Cp，Up表示生物体内游离的2´-核苷酸较少，用Gp2´表示相应的2´-核苷酸pA，pT，pG，pC，pU分别表示相应的5´-核苷八种核苷酸腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶TRNA

AMPGMPCMPUMP未发现DNAdAMPdGMPdCMP未发现dTMPM/单，D/二，T/三；P-磷酸RNA的名称为单/二/三苷酸，DNA在单/二/三前加脱氧两字。如：AMP称腺苷一磷酸（或腺苷酸）dAMP称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）稀有核苷酸与上类似八种核苷酸腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶TRNA生物化学第三章核酸的结构与功能课件核苷酸的其他形式cAMP3´,5´-环腺苷细胞间信使

cAMP

3´,5´-环腺嘌呤核苷一磷酸

cGMP

3´,5´-环鸟嘌呤核苷一磷酸

cAMP和cGMP的环状磷酯键是一个高能键：pH7.4时水解能约为43.9kJ/mol，比ATP水解能高得多。核苷酸的其他形式cAMP细胞间信使辅酶ⅠNAD+辅酶ⅡNADP+辅酶Ⅰ辅酶ⅡAMPADPATPAMPADPATPATP是重要的能量转换中间体AT