核酸通论课件

第十二章核酸通论NucleicAcid一、核酸的发现和研究简史二、核酸的种类和分布三、核酸的生物学功能主要内容（一）核酸的分类、分布和功能脱氧核糖核酸（DNA）Chapter12核酸通论二、核酸的种类和分布核糖核酸（RNA）核糖体RNA（rRNA）：构成核糖体的骨架,起装配和催化作用转移RNA（tRNA）：携带氨基酸并识别密码子

信使RNA（mRNA）：携带DNA的遗传信息并作为蛋白质合成的模板小RNA（sRNA）：与遗传信息的表达和表达调控有关

参与蛋白质的合成Chapter13核酸的结构

核酸的基本结构单位是核苷酸

核苷酸戊糖碱基磷酸RNA与DNA成分的差别仅在于糖和一个嘧啶。在DNA分子中以D-2-脱氧核糖代替了RNA的D-核糖，以胸腺嘧啶代替了RNA的尿嘧啶。核糖(Ribose)构成RNA脱氧核糖(Deoxyribose)构成DNAβ-D-核糖β-D-2-脱氧核糖΄΄΄΄΄΄΄΄΄΄戊糖H核苷酸的结构和命名腺嘌呤核苷酸（AMP）

Adenosinemonophosphate脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）

Deoxyadenosinemonophosphate鸟嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOHC5´3´结构式（一）、核酸的一级结构

核苷酸连接方式:磷酸二酯键(3′→5′磷酸二酯键)。两个末端:C5′的磷酸基（5′-磷酸端,5’-P）

C3’的羟基（3′-羟基端、3’-OH）。方向性:5′→3′或是3′→5′。脱氧核苷酸之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序5533核酸分子中核苷酸之间的共价键3-5磷酸二酯键（一）、RNA的一级结构和类别

四RNA的结构Chapter13核酸的结构RNA1．RNA分子中各核苷之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构真核生物mRNA的一级结构NCH3OHOH7-甲基鸟苷NCH3CH2PPPCH2OHOHOCH3OCH3CH2P7-甲基鸟苷mRNA5’端5’-5’三磷酸酯键帽子结构（一）、DNA的一级结构

DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为5´→3´。

RNA与DNA的差异

DNA

RNA糖脱氧核糖核糖碱基AGCTAGCU不含稀有碱基含稀有碱基（double-helicalstructure）

1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。2．DNA双螺旋结构模型（二）DNA的二级结构三DNA的结构Chapter13核酸的结构两条反平行链以右手螺旋方向绕同一中心轴缠绕

磷酸与脱氧核糖以3’,5’磷酸二酯键相连形成DNA外侧骨架；碱基在内，其平面垂直于螺旋轴并以A=T,G=C方式通过氢键互补配对。DNA双螺旋结构模型磷酸与脱氧核糖以3’,5’磷酸二酯键相连形成DNA外侧骨架；碱基在内，其平面垂直于螺旋轴并以A=T,G=C方式通过氢键互补配对。5´3´5´3´磷酸核糖碱基两条反平行链以右手螺旋方向绕同一中心轴缠绕DNA双螺旋结构模型碱基互补原则：指腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）配对，这种配对关系成为碱基互补原则。两条反平行链以右手螺旋方向绕同一中心轴缠绕磷酸与脱氧核糖以3’,5’磷酸二酯键相连形成DNA外侧骨架；碱基在内，其平面垂直于螺旋轴并以A=T,G=C方式通过氢键互补配对。直径=2nm，螺距=3.4nm，每圈螺旋包含10bp。碱基堆积力和氢键是维持DNA二级结构的主要作用力,

氢键维持DNA双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。P486（二）DNA的二级结构三DNA的结构Chapter13核酸的结构DNA双螺旋结构模型三种DNA双螺旋构象比较AB

Z外型

粗短适中细长螺旋方向

右手右手左手螺旋直径

2.55nm2.37nm1.84nm碱基直升

0.23nm0.34nm0.38nm碱基夹角

32.7034.6060.00每圈碱基数

1110.412轴心与碱基对关系2.46nm3.32nm4.56nm碱基倾角

19°1°9°糖苷键构象

反式反式C/T反式,G顺式大沟

很窄很深很宽较深平坦小沟

很宽、浅窄、深较窄很深P489DNA分子内的三链结构铰链DNA

DNA分子间的三链结构多聚嘌呤多聚嘧啶5三螺旋DNA（H-DNA）常出现在调控区、DNA复制的起点和终点

当DNA的一段多聚嘧啶或嘌呤核苷酸的组成为镜像重复时可回折产生三螺旋DNA。在形成分子内三股螺旋时胞嘧啶需发生质子化过程，故称为H-DNA。（二）DNA的二级结构三DNA的结构P490三DNA的结构（二）、DNA的二级结构

（三）、DNA的三级结构

（一）、DNA的一级结构

（四）、DNA与蛋白质复合物的结构

Chapter13核酸的结构•DNA的三级结构定义:指DNA分子(双螺旋)通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。

P490(三)、DNA的三级结构三DNA的结构Chapter13核酸的结构拓扑学是数学中一个重要的、基础的分支。起初它是几何学的一支，研究几何图形在连续变形下保持不变的性质(所谓连续变形，形象地说就是允许伸缩和扭曲等变形，但不许割断和粘合)；现在已发展成为研究连续性现象的数学分支。绝大多数DNA是以超螺旋的形式存在的螺旋和超螺旋电话线螺旋超螺旋L=25,T=25,W=0松弛环形1152010523L=23,T=23,W=0解链环形15101520231510152025超螺旋121482316131510152023右手旋转拧松两匝后的线形DNADNA超螺旋的形成(环状DNA分子)超螺旋型DNA的形成：

超螺旋（扭紧）、负超螺旋（扭松）从能量来讲，超螺旋更容易形成从生物学意义来讲，超螺旋型DNA具有更为致密的结构，可以将DNA分子压缩在一个极小的体积内.生物体内，天然存在的DNA分子多为负超螺旋。超螺旋状态的定量描述T——扭转数,DNA分子中的Watson－Crick螺旋数W——超螺旋数或缠绕数L——连环数，DNA双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。公式:L=T+WL=25,T=25,W=0松弛环形1152010523L=23,T=25,W=–2负超螺旋12148231613P491L=23,T=23,W=0解链环形1510152023原核生物两类拓扑异构酶除连环数（L）不同外其他性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体（topoisomerase）。DNA拓扑异构酶通过改变DNA的L值而影响其拓扑结构。

拓扑异构酶I能使超螺旋DNA转变成松弛型环状DNA，每催化一次可消除一个负超螺旋，能使L增加１，通过使DNA的一条链发生断裂和再连接，反应无需供给能量。

拓扑异构酶II(促旋酶)可使松弛型环状DNA转变成负超螺旋DNA，每催化一次，L减少２，可引入负超螺旋。它可以使DNA的两条链同时断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要ATP提供能量。细胞内两类拓扑异构酶的含量受严格的控制，使细胞内DNA保持在一定的超螺旋水平。P492三DNA的结构（二）、DNA的二级结构

（三）、DNA的三级结构

（一）、DNA的一级结构

（四）、DNA与蛋白质复合物的结构

Chapter13核酸的结构（四）DNA与蛋白质复合物的结构核蛋白(DNP)1病毒：P4922细菌拟核（nucleoid）细菌染色体DNA为双链环状，结合碱性蛋白和少量RNA。形成突环结构，组装成致密的小体——拟核P493三DNA的结构Chapter13核酸的结构（四）DNA与蛋白质复合物的结构真核生物的DNA分子在细胞生活周期的大部分时间里都是以染色质的形式存在的。染色质是一种纤维状结构，叫做染色质丝。染色质的基本结构单位是核小体。3真核染色体DNA组装核小体由组蛋白核心和缠绕其上的DNA链组成，组蛋白核心是由组蛋白H2A，H2B，H3和H4各两分子构成的致密八聚体，DNA链以左手螺旋在组蛋白核心上缠绕一又四分之三圈，长度为146bp。两个核小体之间的连接DNA长度随不同核小体而略有不同，约60bp。每个核小体重复单位的DNA约为200bp3真核染色体DNA组装P494DNA链进一步折叠成染色质纤丝，每圈六个核小体，直径为30nm细胞间期的染色质主要以这种形式存在.DNA分子经多级折叠和盘绕，压缩将近一万倍，这样才使每个染色体中几厘米长(如人染色体的DNA分子平均长度为4cm)的DNA分子容纳在直径数微米(如人细胞核的直径为6－7μm)的细胞核中。真核染色体的折叠原则：在螺旋的基础上形成螺旋，再形成螺旋四RNA的高级结构tRNA的结构二氢尿嘧啶环反密码环TC环额外环(可变的)tRNA的二级结构

三叶草形反密码子氨基酸臂tRNA的三级结构

倒L形rRNA的结构特征rRNA一级结构的一个特征就是甲基化残基的存在，主要的修饰位点在β-D-核糖的C2'-OH。二级结构的模型也已构建出来，rRNA分子内部局部碱基互补，形成许多“茎－环”结构，为核糖体蛋白的结合与组装提供了结构基础。图1-16