生物化学第二章核酸的结构和功能

生物化学第二章核酸的结构和功能第一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日核酸(nucleicacid)

以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，它具有严密空间构象和重要生理功能（携带和传递遗传信息）。

第二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日核酸核糖核酸mＲＮＡtＲＮＡrＲＮＡＤＮＡ９０％存在于细胞核内，贮存和传递遗传信息。ＲＮＡ９８％存在于细胞质中，参与蛋白质的合成。核酸的分类与分布(ribonucleicacid,ＲＮＡ)(deoxyribonucleicacid,ＤＮＡ)脱氧核糖核酸第三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日第一节核酸的化学组成及其一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日

核酸核苷酸

核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧啶核糖脱氧核糖

一、组成核酸的基本单位---核苷酸

（组成基本单位）第五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日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

核酸的化学组成:1.元素组成C、H、O、N、P（9~10%）2.分子组成第六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)第七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日戊糖:（组成RNA）1´2´3´4´5´核糖(ribose)（组成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)第九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日DNA和RNA分子组成的区别:核糖A、G、C、URNA脱氧核糖A、G、C、TDNA碱基核糖核酸第十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日

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(ribonucleoside)。核苷:NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷键第十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸(ribonucleotide)或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide):NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷键酯键第十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日多磷酸核苷酸:第十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信号转导中的第二信使。cAMP核苷酸衍生物:第十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日

概念:

核苷酸在核酸分子中从5′端到3′端的排列顺序。5′端3′端CGA二、核酸的一级结构化学键:3′5′磷酸二酯键核酸链的方向是5

→3第十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日AGP5PTPGPCPTPOH3书写方法：5

ACTGCT

31、核酸分子的大小常用碱基数目（对）来表示。2、小的核酸片段(<50bp)常被称为寡核苷酸。3、自然界中的DNA和RNA的长度可以高达几十万个碱基，称多核苷酸（链）。第十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日一、DNA的二级结构

目录2.37nm3.54nm10.5对碱基碱基配对规则：

[A]=

[T][G]

[C]相邻碱基相距0.34nm每一圈10.5对碱基每一圈高度3.54nm反向平行的双螺旋结构（右手）5′3′3′5′氢键和疏水键共同维系DNA双螺旋结构的稳定第十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日碱基互补配对:胸腺嘧啶(T)/腺嘌呤(A)第十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日碱基互补配对:胞嘧啶(C)/鸟嘌呤(G)第二十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日DNA双螺旋结构的多样性：左手螺旋常见的右手螺旋降湿的右手螺旋第二十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日二、DNA的高级结构超螺旋结构(superhelix或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋(positivesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。负超螺旋(negativesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。

第二十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构原核生物DNA多为环状结构，以负超螺旋的形式存在，平均每200对碱基就形成一个超螺旋。第二十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日（二）真核生物DNA的超螺旋结构（高度有序和高度致密的结构）1、真核生物DNA以非常有序的形式存在于细胞核内。2、在细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的染色质形式存在，在细胞分裂期则形成高度致密的染色体。第二十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日DNA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染色质的电镜图像:第二十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日DNA：约200bp（150+60）

组蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小体的组成:第二十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日60bp150bp1.75圈八聚体第二十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日第二十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日真核生物的染色体:第二十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日

1、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。2、基因---DNA分子中特定功能的区段。三、DNA的基本生理功能第三十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日第三节

RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA第三十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日1、RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。2、RNA通常以单链的形式存在，但局部有复杂的二级结构或三级结构。3、RNA比DNA小的多。4、RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多样性。概述：第三十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日RNA的种类、分布、功能第三十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日1、信使RNA(messengerRNA,mRNA)是合成蛋白质的模板。

2、核内不均一RNA(hnRNA)是mRNA的前体,含有内含子(intron)和外显子(exon),经过剪接后成为成熟的mRNA。

3、外显子是氨基酸的编码序列，内含子是非编码序列。

4、种类多(105种),含量少(占2~5%),寿命短。一、mRNA的结构特点与功能第三十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日hnRNA内含子(intron)mRNAmRNA成熟过程:

外显子(exon)第三十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日1、成熟的mRNA由氨基酸编码区和非翻译区构成。2、5-末端帽子结构(cap)和3-末端多聚A尾结构

。3、编码区从AUG

开始，每三个核苷酸为一组编码称为三联体密码(codon)。成熟的真核生物mRNA:第三十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日

大部分真核细胞mRNA的5'末端都以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷为起始结构

（一）帽子结构(m7GpppNm)帽结构能与帽结合蛋白(CBP)结合。（二）3'末端多聚腺苷酸结构

真核生物的mRNA的3'-末端转录后加上一段(80---250个)长短不一的多聚腺苷酸(polyA)。第三十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日加尾过程:第三十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日1、帮助mRNA从核内向胞质转运2、参与翻译起始的调控3、维系mRNA的稳定性

帽子结构和多聚A尾的功能:第三十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日（三）mRN的作用

指导蛋白质合成过程氨基酸的排列顺序1、从mRNA分子5'末端起的第一个AUG开始，每3个核苷酸为一组称为密码子(codon)或三联体密码(tripletcode)。2、AUG

为起始密码子；

UAA.UAG.UGA为终止密码子。3、位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为开放阅读框(ORF)，决定了多肽链的氨基酸序列。第四十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日转运RNA(tRNA)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。由74～95核苷酸组成；占细胞总RNA的15%；具有很好的稳定性。二、tRNA的结构特点与功能第四十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日tRNA的局部具有茎环结构(三叶草形)或发卡结构。（一）tRNA的二级结构氨基酸臂DHU环反密码环附加叉TψC环第四十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日tRNA的倒L三级结构:第四十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日tRNA的3-末端都是以CCA结尾。3-末端的A与氨基酸共价连结，tRNA作为氨基酸的载体。不同的tRNA结合不同的氨基酸。（二）tRNA的功能1、3-末端连接氨基酸第四十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日tRNA反密码子环上的反密码子依照碱基互补的原则识别mRNA上的密码子。2、反密码子识别mRNA的密码子第四十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日核蛋白体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。三、rRNA的结构特点与功能第四十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日核蛋白体的组成:原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）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%第四十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日蛋白质合成时形成的复合体（原核生物）真核生物核糖体没有E位第四十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日核内小RNA核仁小RNA胞质小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA

snmRNAs的种类四、snmRNAs

细胞的不同部位存在许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。参与hnRNA的加工剪接及参与了基因表达的调控snmRNAs的功能第四十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期日核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节第五十页，共六十五页，编辑于2023年，星期日

碱基的共轭双键在波长260nm

处有强烈的吸光特性，这一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子的紫外吸光作用第五十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期日1、DNA或RNA的定量A260=1.0相当于50μg/ml双链DNA(dsDNA)40μg/ml单链DNA(ssDNAorRNA)20μg/ml寡核苷酸2、确定样品中核酸的纯度

纯

DNA:A260/A280=1.8

纯

RNA:A260/A280=2.0紫外吸收的应用:第五十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期日二、DNA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。

定义:DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。第五十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期日协同性的DNA解链高温或极端的pHDNA的变性:第五十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期日部分变性DNA的电镜图像:第五十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期日增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。DNA解链时的紫外吸收变化:第五十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期日DNA的解链曲线:加热解链过程中，紫外吸光度达到最大值的一半时所对应的温度。解链温度(Tm)第五十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期日G+C含量越高，解链温度就越高。解链曲线的变化:第五十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期日三、变性核酸的复性及分子杂交1、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)

。3、减色效应：DNA复性时，其溶液OD260降低。2、热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing)

。（一）变性核酸的复性第五十九页，共六十五页，编辑于2023年，星