动物生物化学农业第8章1 4节核酸

第八章核酸的结构Structure

of

Nucleic

Acid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。核酸(nucleic

acid)一、核酸的发现和研究工作进展1868年Fridrich

Miescher从脓细胞中提取“核素”1944年Avery等人证实DNA是遗传物质1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构1968年Nirenberg发现遗传密码1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA

测序方法1985年Mullis发明PCR

技术1990年美国启动人类基因组计划(HGP)1994年中国人类基因组计划启动2001年美、英等国完成人类基因组计划基本框架二、核酸的分类及分布90%以上分布于细胞核，其余分布于分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic

acid,

核外如线粒体，叶绿体，质粒等。DNA)(ribonucleic

acid,

RNA)脱氧核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。第一节核酸的化学组成与结构The

Chemical

Component

and

Structureof

Nucleic

Acid核酸的化学组成元素组成C、H、O、N、P（9~10%）分子组成——碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱——戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖——磷酸(phosphate)嘌呤(purine)1

N23N546N789NHNNNHNNH2NHNHNN

NH2腺嘌呤(adenine,

A)O鸟嘌呤(guanine,

G)碱基NH13

N25

46嘧啶(pyrimidine)NNH2NH

O胞嘧啶(cytosine,

C)NHONHNH

O尿嘧啶(uracil,U)ONH

O胸腺嘧啶(thymine,

T)H3C戊糖1´3´

2´4´5´OHOHO

CH2OHOH核糖(ribose)（构成RNA）OHOHO

CH2OH脱氧核糖(deoxyribose)（构成DNA）核苷：AR,GR,

UR,CR脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的结构1.

核苷(ribonucleoside)的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。OHO

CH2OH

OHNNH2O1´1NOHHOOP

HOOOOCCHH22OOHHOOHHNNNNNNHH22OO核苷酸：AMP,

GMP,

UMP,

CMP脱氧核苷酸：dAMP,

dGMP,

dTMP,

dCMP2.

核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD

等都含有AMPNCH2OOH

OHNNNNH2OHO

P

OOHAMPNOH

OHNN体内重要的游离核苷酸及其衍生N

物NH2OOOH

OH多磷酸核苷酸：NMPHO，NP

DOP，P

NOTPCH2O环化核苷酸:

cAMP，cGMP含核苷酸的生物活性物AD质P：NO

CH2OO

OHNNNNH2POOHcAMPNADP+NAD+5´端3´端3.核苷酸的连接核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。CGA二、核酸的一级结构定义核酸中核苷酸的排列顺序。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。5′端3′端CGADNA分子的大小DNA的碱基组成(1)

具有种的特异性不同生物来源的DNA碱基组成不同，表现在A＋T/G＋C比值的不同；种系发生越接近的生物，碱基组成也越接近；没有组织和器官的特异性同一生物的不同组 织的DNA碱基组成相同；

几乎所有的DNA，无论种属来源如何，其腺嘌呤摩尔含量与胸腺嘧啶摩尔含量相同(A)=（T），鸟嘌呤摩尔含量与胞嘧啶摩尔含量相同

(G)=（C），总的嘌呤摩尔含量与总的嘧啶摩尔含量相同(［A

＋G］=［C

＋T］)；

DNA碱基组成不随生物的年龄、营养状态或者环境变化而改变。5¢

PA

G

T

G

C

TP

P

P

P

POH

3¢书写方法5¢

pApCpTpGpCpT-OH

3¢5¢

A

C

T

G

C

T

3¢目录

第二节DNA的空间结构与功能Dimensional

Structure

andFunction

of

DNADNA的二级结构-双螺旋结构DNA双螺旋结构的研究背景和历史意义DNA双螺旋结构模型要点DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装DNA的超螺旋结构原核生物DNA的高级结构DNA在真核生物细胞核内的组装DNA的功能一、DNA的二级结构——双螺旋结构（一）DNA双螺旋结构的研究背景碱基组成分析Chargaff

规则：[A]=[T][G]

”

[C]碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理DNA纤维的X-线衍射图谱分析目录

（二）

DNA双螺旋结构模型要点（Watson,

Crick,

1953）DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。螺旋直径为2nm，形成大沟(majorgroove)及小沟(minorgroove)相间。目录

（二）

DNA双螺旋结构模型要点（Watson,

Crick,

1953）碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T;

G”C）。相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈

10对碱基。目录

碱基互补配对TAGC（二）

DNA双螺旋结构模型要点（Watson,

Crick,

1953）氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。目录

（三）DNA双螺旋结构的多样性目录

二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装（一）DNA的超螺旋结构超螺旋结构(superhelix

或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋(positive

supercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同负超螺旋(negative

supercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反意义DNA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。（二）原核生物DNA的高级结构（三）DNA在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是核小体(nucleosome)。核小体的组成DNA：约200bp组蛋白：H1H2A，H2BH3H4三、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。第三节RNA的结构与功能Structure

and

Function

of

RNARNA的种类、分布、功能胞浆小RNA细胞核和胞液

线粒体

功

能mtrRNAmttRNArRNAmRNAtRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA核蛋白体组分mtmRNA

蛋白质合成模板转运氨基酸成熟mRNA的前体参与hnRNA的剪接、转运rRNA的加工、修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分核蛋白体RNA信使RNA转运RNA核内不均一RNA核内小RNA核仁小RNA—、信使RNA的结构与功能hnRNA内含子

(intron)mRNA*

mRNA成熟过程外显子(exon)目录

mRNA结构特点大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。帽子结构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*

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翻译蛋白原核细胞

真核细胞tRNA的一级结构特点含10~20%稀有碱基，如DHU3´末端为—CCA-OH5´末端大多数为G具有Ty

C二、转运RNA的结构与功能NNHNHNNOCH3CH3NNNHNHNCH2

CH

CCH3CH3NHONH

OHHHHNHN,N二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶SNH

O4-巯尿嘧啶稀有碱基*

tRNA的二级结构——三叶草形氨基酸臂DHU环反密码环额外环TΨC环氨基酸臂额外环tRNA的三级结构——倒L形tRNA的功能活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。三、核蛋白体RNA的结构与功能rRNA的结构rRNA的功能参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。*

rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物5S

rRNA28S

rRNA5.8S

rRNA18S

rRNA原核生物5S

rRNA23S

rRNA16S

rRNA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50S60SrRNA23S2940个核苷酸28S4718个核苷酸5S120个核苷酸5.85S5S160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%核酸的理化性质The

Physical

and

Chemical

Charactersof

Nucleic

Acid第四节目录

DNA微溶于水，呈酸性，易溶于微碱性的溶液中，但不溶于有机溶剂，故常用乙醇来沉淀DNA。DNA分子很长，溶液呈粘稠状。DNA分子本身具有刚性，易受剪切力的作用。DNA易受DNA酶作用而降解。DNA或RNA的定量

OD260=1.0相当于50μg/ml双链DNA40μg/ml单链DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸判断核酸样品的纯度DNA纯品:

OD260/OD280

=

1.8RNA纯品:

OD260/OD280

=

2.0OD260的应用目录

二、DNA的变性(denaturation)定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、

酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：OD260增高比旋度下降酸碱滴定曲线改变粘度下降浮力密度升高生物活性丧失目录

DNA变性的本质是双链间氢键的断裂例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。目录

热变性解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260（absorbance，A，A260代表溶液