第二章核酸的结构和功能

第二章核酸的结构和功能第一节核酸得化学组成及一级结构TheChemicalponentandPrimaryStructureofNucleicAcid核酸(nucleicacid)

就是以核苷酸为基本组成单位得生物大分子,携带和传递遗传信息。核酸得分类及分布存在于细胞核和线粒体内。存在于胞核、胞液和线粒体。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸核糖核酸携带遗传信息,决定细胞和个体得遗传型(genotype)。参与遗传信息得复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息得载体。核酸得基本组成单位就是核苷酸(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸碱基戊糖DNA得基本组成单位就是脱氧核糖核苷酸。RNA得基本组成单位就是核糖核苷酸。碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸就是构成核酸得基本组成单位每种核酸都含有四种碱基。嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)碱基嘧啶(pyrimidine)C4H4N2胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流

五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基得互变异构。这两种异构体得平衡关系受介质酸碱环境得影响。

核酸得基本组成单位就是核苷酸(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸碱基戊糖DNA得基本组成单位就是脱氧核糖核苷酸。RNA得基本组成单位就是核糖核苷酸。戊糖(构成RNA)核糖(ribose)(构成DNA)脱氧核糖(deoxyribose)碱基和核糖(或脱氧核糖)通过糖苷键连接形成核苷(nucleoside)(或脱氧核苷)。核酸得基本组成单位就是核苷酸(nucleotide)。磷酸核苷核酸核苷酸碱基戊糖DNA得基本组成单位就是脱氧核糖核苷酸。RNA得基本组成单位就是核糖核苷酸。核苷酸:AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸:dAMP,dGMP,dTMP,dCMP核苷(脱氧核苷)和磷酸以酯键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。碱基AdenineGuanineThymineCytosine(脱氧)核苷(Deoxy)adenosine(Deoxy)guanosine(Deoxy)thymidine(Deoxy)cytidine(脱氧)核苷酸(d)A(mono,di-,tri)phosphate(d)G(mono,di-,tri)phosphate(d)T(mono,di-,tri)phosphate(d)C(mono,di-,tri)phosphate1’多磷酸核苷酸:NMP,NDP,NTP环化核苷酸:cAMP,cGMP二、核酸得一级结构定义核酸中核苷酸得排列顺序。由于核苷酸间得差异主要就是碱基不同,所以也称为碱基序列。5´端3´端CGA核苷酸之间以3

,5

-磷酸二酯键连接形成多核苷酸链,即核酸。书写方法

DNA与RNA得区别核酸碱基戊糖DNAA、G、C、T脱氧核糖RNAA、G、C、U核糖第二节DNA得空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA一、DNA得二级结构——双螺旋结构碱基组成分析Chargaff规则:[A]=[T][G]=[C]碱基得理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理DNA纤维得X-线衍射图谱分析已知得核酸化学数据(二)DNA双螺旋结构模型要点1、两条链反向平行,围绕同一中心轴构成右手双螺旋(doublehelix)。螺旋直径2nm,表面有大沟和小沟。2、磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧,碱基垂直于螺旋轴而伸入内侧。每圈螺旋含10、5个碱基对(bp),螺距为3、54nm。PhosphodiesterBackbone碱基平面与纵轴垂直,糖环平面与纵轴平行3、两条链通过碱基间得氢键相连,A对T有两个氢键,C对G有三个氢键,这种A-T、C-G配对得规律,称为碱基互补规则。4、维持双螺旋稳定得因素:横向为氢键,纵向为碱基间得堆积力。C-GT-A碱基互补配对(三)DNA双螺旋结构得多样性Z型DNAB型DNAA型DNADNA二级结构多态性A-DNAB-DNAZ-DNA类型螺旋方向螺旋直径螺距(nm)每转碱基碱基对间碱基对与(nm)对数目直距离(nｍ)水平面倾角Ａ右２、55２、53１１０、２319°Ｂ右２、37３、5４１０、4０、３４1°Ｚ左１、８4４、５6１２０、３89°二、DNA得高级结构就是超螺旋结构DNA得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(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双螺旋方向相反意义DNA超螺旋结构整体或局部得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)DNA在真核生物细胞核内得组装真核生物染色质由DNA和蛋白质构成,其基本单位就是核小体(nucleosome)。核小体得组成DNA:约200bp组蛋白:H1H2A,H2BH3H4串珠状核小体结构串珠状核小体DNA双螺旋片段染色质纤维伸展形染色质片段密集形染色质片段整个染色体核小体螺线管真核生物染色体DNA组装三、DNA得功能DNA得基本功能就是以基因得形式荷载遗传信息,并作为基因复制和转录得模板。她就是生命遗传得物质基础,也就是个体生命活动得信息基础。基因从结构上定义,就是指DNA分子中得特定区段,其中得核苷酸排列顺序决定了基因得功能。小结DNA得一级结构DNA得空间结构磷酸核苷核酸核苷酸碱基戊糖DNARNA名称脱氧核糖核酸核糖核酸分布细胞核、线粒体细胞质、细胞核、线粒体功能携带遗传信息,决定细胞和个体得遗传型参与遗传信息得复制和表达碱基A、G、C、TA、G、C、U戊糖脱氧核糖核糖核苷酸/脱氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMPAMP、GMP、CMP、UMPDNA一级结构DNA二级结构DNA高级结构定义指核苷酸得排列顺序即碱基排列顺序即DNA双螺旋结构指在双螺旋结构基础上进一步扭曲成超螺旋功能1、DNA就就就是以基因得形式荷载遗传信息,并作为基因复制和转录得模板2、就就就是生命遗传得物质基础,也就就就是个体生命活动得信息基础※

第三节

RNA得结构与功能StructureandFunctionofRNA真核细胞内主要RNA得种类及功能※

一、mRNA就是蛋白质合成得模板二、tRNA就是蛋白质合成得氨基酸载体三、以rRNA为组分得核糖体就是蛋白质合成得场所※

一、mRNA就是蛋白质合成得模板mRNA初级产物不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)※

AAAAAA58大部分真核细胞mRNA得5’-末端都以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷(m7GpppN)为起始结构帽子结构可以与帽结合蛋白结合*mRNA结构特点1、大多数真核mRNA得5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷,形成帽子结构:m7GpppNm-。2、大多数真核mRNA得3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构,称为多聚A尾。mRNA核内向胞质得转位维系mRNA得稳定性翻译起始得调控帽子结构和多聚A尾得功能3、mRNA依照自身得碱基顺序指导蛋白质氨基酸顺序得合成从mRNA分子5'末端起得第一个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)。

AUG被称为起始密码子;决定肽链终止得密码子则称为终止密码子。位于起始密码子和终止密码子之间得核苷酸序列称为开放阅读框(openreadingframe,ORF),决定了多肽链得氨基酸序列。4、mRNA得成熟过程就是hnRNA得剪接过程hnRNA内含子(intron)mRNA

外显子(exon)mRNA得成熟过程就是hnRNA得剪接过程5

-末端得帽子(cap)结构和3

-末端得多聚A尾(poly-Atail)结构。成熟得mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。从AUG开始,每三个核苷酸为一组编码了一个氨基酸,称为三联体密码(codon)。成熟得真核生物mRNA*tRNA得一级结构特点由74~95个核苷酸组成含稀有碱基较多3´末端为—CCA-OH具有T

C二、tRNA就是蛋白质合成得氨基酸载体※

稀有碱基*tRNA得二级结构——三叶草形氨基酸臂额外环*tRNA得三级结构——倒L形*tRNA得功能活化、搬运氨基酸到核糖体,参与蛋白质得翻译。*rRNA得结构三、以rRNA为组分得核糖体就是蛋白质合成得场所*rRNA得功能参与组成核糖体,作为蛋白质生物合成得场所。※

核糖体得组成原核生物真核生物小亚基30S40SrRNA16S18S蛋白质21种33种大亚基50S60SrRNA23S5S28S5、8S5S蛋白质31种49种核糖体70S80S四、snmRNA参与了基因表达得调控除了上述三种RNA外,细胞得不同部位存在得许多其她种类得小分子RNA,统称为非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。snmRNAsScience298:2296(2002)Nature420:732(2002)snmRNAs得种类核内小RNA(snRNA)核仁小RNA(snoRNA)胞质小RNA(scRNA)催化性小RNA小片段干扰RNA(siRNA)snmRNAs得功能参与hnRNA和rRNA得转录后加工和转运以及基因表达过程得调控等。就是研究细胞中snmRNAs得种类、结构和功能得科学。同一生物体内不同种类得细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs得表达具有时间和空间特异性。RNA组学(RNomics)五、核酸得在原核与真核细胞中得时空特性

核酸得理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节一、核酸得一般理化性质核酸为多元酸,具有较强得酸性;DNA就是线性高分子,粘度极大;在260nm波长有最大吸收峰,就是由碱基得共轭双键决定得。这一特性常用作核酸得定性、定量分析。1、DNA或RNA得定量OD260=1、0相当于50

g/ml双链DNA40

g/ml单链DNA(或RNA)20

g/ml寡核苷酸2、判断核酸样品得纯度DNA纯品:OD260/OD280=1、8RNA纯品:OD260/OD280=2、0OD260得应用二、DNA得变性(denaturation)定义:在某些理化因素作用下,DNA双链解开成两条单链得过程。变性因素:过量酸,碱,加热等。变性后理化性质得主要改变:OD260增高 粘度下降DNA变性得本质就是双链间氢键得断裂DNA得紫外吸收光谱增色效应:DNA变性时其溶液OD260增高得现象。解链曲线:在连续加热DNA得过程中以温度对A260值作图,所得得曲线称为解链曲线。Tm:紫外光吸收值达到最大值得50%时得温度称为DNA得解链温度,又称融解温度(meltingtemperature,Tm)。其大小与G+C含量成正比。三、DNA得复性与分子杂交

DNA