研究生分子生物学工作基础

研究生分子生物学工作基础

核酸化学一，核酸分为核糖核苷酸（RNA）和脱氧核糖核苷酸（DNA），它们的基本组成单位是核苷酸DNA和RNA组成的差异

碱基戊糖磷酸DNAAGCT

脱氧核糖----RNAAGCU

核糖----二、核苷酸及其连接

三、DNA的结构1．DNA的一级结构DNA的一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及其连接方式。由于DNA中核苷酸彼此之间的差别仅见于碱基部分，因此DNA的一级结构又指其碱基排列顺序，即DNA序列(sequence)2．DNA的空间结构（1）DNA双螺旋结构DNA双螺旋结构特点如下。i，DNA分子由两条反向平行（一条是5

一3

、另一条是3

一5

走向）的多核苷酸链围绕同一个中心轴盘曲而成，两条链均为右手螺旋。DNA链的骨架由交替出现的亲水的脱氧核糖基和磷酸基构成，位于双螺旋的外侧；碱基位于双螺旋的内侧。ii，两条多核苷酸链间以配对碱基之间形成的氢键相联系：一条链中的A与对侧链的T配对，形成两个氢键；G与C配对，形成三个氢键；氢键方向与长轴垂直。这种碱基配对（basepairing）又称碱基互补（Fig.3-10），所以组成DNA的两条链为互补链。iii，碱基对平面在螺旋中的位置与螺旋轴几乎垂直，相邻碱基对沿轴旋转36о，上升0.34nm。每个螺旋结构含10个碱基对，螺旋的螺距为3.4nm，直径是2.0nm。DNA两股链之间的螺旋状凹陷一面较浅，称为小沟(minorgroove)；对侧较深，称为大沟(majorgroove)(Fig.3-11)。近年研究证明，大、小沟携带了其他分子可识别的信息，是蛋白质-DNA相互作用的基础。IV，DNA双螺旋结构的稳定主要由互补碱基对之间的氢键和碱基堆积力来维持。（2）DNA的超螺旋结构与染色质组装

在细胞中，双螺旋还可以进一步盘曲形成更加复杂的、多种形式的空间结构，其中以超螺旋（supercoil）最常见

由于双螺旋本身具有方向性，因此，超螺旋的旋转方向不同可形成两种不同手性的超螺旋：负超螺旋(negativesupercoil)，其超螺旋方向与双螺旋方向相反，即左手超螺旋，这是生物体中最常见的DNA超螺旋形式；正超螺旋(positivesupercoil)，其超螺旋方向与双螺旋方向相同，即右手超螺旋，目前仅发现于一种嗜热菌Sulfolobus体内

真核细胞基因组DNA的超级结构与染色质的组装密切相关。首先，由双螺旋DNA与一组称为组蛋白(histones)的蛋白质共同构成核小体(nucleosome)。在一个典型的核小体中，大约有200个碱基对，其中146个碱基对与由组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两分子组成核小体的核心紧密缠绕；组蛋白H1则与处于核小体之间的连接DNA（linkerDNA）相连。在电子显微镜下，可观察到核小体成串存在，呈念珠状。在细胞分裂期间，形成核小体是DNA长度压缩的第一步。其次，在核小体形成的基础上，DNA链进一步折叠成每圈6个核小体、直径为30nm的纤维状结构。这种30nm纤维再扭曲成襻，许多襻环绕核骨架(nuclearscaffold)形成棒状的染色质。核骨架中含有以组蛋白H1和拓扑异构酶ⅡI为主的多种蛋白。四、RNA的结构一级结构单股多聚核苷酸链中核糖核苷酸的排列顺序和共价连接就是RNA的一级结构。二级结构尽管RNA分子是单股多聚核苷酸链，但是可有局部双链结构三级结构是在二级结构形式基础上折叠形成的空间构象，其中常见的形式之一就是“假结”（pseudoknot）（Fig.3-16B）。RNA分子的折叠（folding）结构不仅在结构上与蛋白质相似，而且在功能方面也有类似之处，即具有折叠形式的RNA有分子识别、结合或催化功能，例如具有三级结构形式的tRNA和核酶（ribozyme）

1．mRNA的结构m7GpppAAAAAAAADNAhnRNAmRNAAUGAUGUAAUCG5

untranslationregion3

untranslationregion←Translationregion→↑↑AUGAUGUAAUAGUGAUAAUAGUGAAAAAAAmRNA2．tRNA的结构3．rRNA的结构4．非编码蛋白质RNA

除了参与蛋白质生物合成的mRNA,tRNA和rRNA外，细胞中还存在另一类非编码蛋白质的RNA(non-codingRNA,ncRNA)，此类RNA的一个共同特点是缺乏长的开放读码框架（ORF），不具有编码蛋白质的能力。至今，200多种ncRNA已经被证实。研究表明，这些ncRNA在基因表达以及应激信号传导等方面起着重要的调节作用。因此