生物化学 课件 第3章 核酸的结构与功能

第3章

核酸的结构与功能核酸的分子组成第一节第一节节标题主要元素：C、H、O、N、P一、核酸的元素组成二、核酸的基本单位——核苷酸（一）核苷的组成

1.碱基嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)嘧啶胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)DAN含有：A、T、C、GRNA含有：A、U、C、G2.戊糖（1）两者在结构上的区别仅在于第2位碳原子；脱氧核糖1´核糖2´3´4´5´OHH2´3´4´5´1´H（2）RNA：核糖

DNA：脱氧核糖3.核苷核糖核苷脱氧核糖核苷碱基核糖核苷脱氧核糖核苷腺嘌呤腺嘌呤核苷（腺苷）腺嘌呤脱氧核苷（脱氧腺苷）鸟嘌呤鸟嘌呤核苷（鸟苷）鸟嘌呤脱氧核苷（脱氧鸟苷）胞嘧啶胞嘧啶核苷（胞苷）胞嘧啶脱氧核苷（脱氧胞苷）尿嘧啶尿嘧啶核苷（尿苷）—胸腺嘧啶—胸腺嘧啶脱氧核苷（脱氧胸苷）表3-1各种常见的核苷（二）核苷酸核糖核苷酸AMP、GMP、

UMP、CMP脱氧核糖核苷酸

dAMP、dGMP、dTMP、dCMPPP碱基核苷核苷酸A腺苷腺苷一磷酸（腺苷酸,AMP）G鸟苷鸟苷一磷酸（鸟苷酸,GMP）C胞苷胞苷一磷酸（胞苷酸,CMP）U尿苷尿苷一磷酸（尿苷酸,UMP）表3-2构成RNA的主要碱基、核苷与核苷酸的名称及代号碱基核苷核苷酸A脱氧腺苷

脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸,dAMP）G脱氧鸟苷脱氧鸟苷一磷酸（脱氧鸟苷酸,dGMP）C脱氧胞苷脱氧胞苷一磷酸（脱氧胞苷酸,dCMP）T脱氧胸苷脱氧胸苷一磷酸（脱氧胸苷酸,dTMP）表3-3构成DNA的主要碱基、核苷与核苷酸的名称及代号三、体内某些重要的核苷酸及其衍生物磷酸酯键多磷酸核糖核苷酸：NMP、NDP、NTP四、核酸分子中核苷酸的连接方式（一）

3,,5,-磷酸二酯键的生成前一个的核苷酸的3,-羟基与下一个核苷酸的5,-磷酸基脱水缩合生成。（二）特点

1.有两个末端5,-末端(-P)，3,-末端(-OH)2.书写时将5’-末端写在左侧（头），3,-末端写在右侧（尾）。3.按照规则，以5’3,方向为正向。第二节核酸的结构与功能一、DNA的结构与功能（一）DNA的一级结构

定义：指DNA分子中脱氧核苷酸从5′-末端到3′-末端的排列顺序。

由于脱氧核苷酸之间的差别仅在于碱基的不同，所以DNA的一级结构就是它的碱基

排列顺序，又称碱基序列。5

pApCpTpGpCpT-OH3

5

ACTGCT3

DNA一级结构的表示方式：

二、DNA的二级结构（一）DNA双螺旋结构模型要点1.反向平行的右手双螺旋

（1）

一条链为5′→3′，另一条链为3′→5′

（2）基本参数：直径为2nm；每一个螺距有10个碱基对，每两个相邻的碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm，故螺距为3.4nm。3.4nm2nm（2）双螺旋间的碱基互补配对

外侧：由磷酸与脱氧核糖组成的亲水性骨架；

内侧：疏水的碱基；配对原则：A-T、G-C

氢键：

A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。DNA双螺旋结构示意图脱氧核糖磷酸基团碱基（3）稳定力

横向稳定性：氢键；

纵向稳定性：碱基平面间的疏水性碱基堆积力2.DNA双螺旋结构的多样性B-DNA：相对湿度92%，右手螺旋，即Watson

和Crick提出的模型结构，最稳定A-DNA：相对湿度72%，右手螺旋Z-DAN：左手螺旋（三）DNA的超螺旋结构1.原核生物DNA的环状超螺旋结构正超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方向相同负超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方向相反原核生物DNA的超螺旋结构2.真核生物DNA高度有序和高度致密的染色质（染色体）真核生物染色体的基本单位是核小体。DNA折叠、盘绕形成高度有序和致密的染色体核小体组蛋白：H1、H2A、

H2B、H3、H4DNA（四）DNA的功能DNA的基本功能是作为生物遗传信息的携带者，是复制和转录的模板，并通过DNA的碱基序列决定蛋白质的氨基酸顺序。

遗传信息是以基因的形式存在的，基因就是DNA分子中有转录活性的特定区段。二、RNA的结构与功能（一）信使RNA（mRNA）的结构与功能mRNA的5′帽子和3′尾巴结构

3′-末端的尾巴结构：有数十至数百个腺苷酸连接而成的多聚腺苷酸结构，

称为多聚腺苷酸尾或多聚A尾（ployA尾）m7GpppmRNA5′帽子3′尾巴AAAAA......5′-末端的帽子结构：7-甲基鸟苷三磷酸（m7GpppN）

意义：与维持mRNA的稳定性及从细胞核向细胞质转运有关1.5′端帽子和3′端尾巴结构2.功能：蛋白质生物合成的直接模板mRNA的5′帽子和3′尾巴结构m7GpppmRNA5′帽子3′尾巴AUGGCA密码子密码子：mRNA上每3个相邻的核苷酸组成一个密码子，指导蛋白质合成过程中氨基酸的顺序.（二）转运RNA（tRNA）的结构与功能1.tRNA富含稀有碱基包括双氢尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（pseudouridine，ψ）、次黄嘌呤（I）和甲基化的嘌呤（如mG、mA）等。2.二级结构为“三叶草”型

特点：①反密码环含有反密码子；

②3′-末端的CCA结构可以连接氨

基酸，称氨基酸臂。3.三级结构呈倒“L”型

在蛋白质生物合成过程中反密码子与mRNA的密码子通过碱基互补原则相互识别，将其所携带的氨基酸正确运送到核糖体上合成多肽链。4.tRNA是氨基酸的载体（三）rRNA的结构与功能1.rRNA的结构2.rRNA的功能

主要是与核糖体蛋白质结合在一起，形成核糖体。核糖体是蛋白质合成的场所，起装配机的作用。

表3-4核糖体的组成原核生物（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%RNA种类含量结构特点功能mRNA占细胞总RNA的2%～5%分子大小不一，具有5′端帽子和3′端尾巴结构蛋白质生物合成的直接模板tRNA占细胞总RNA的15%二级结构为“三叶草”型；三级结构呈倒“L”型氨基酸的载体rRNA占细胞总RNA的80%以上原核生物含有23S、5S和16S三种rRNA；真核生物有28S、5.8S5S和18S四种rRNArRNA与核糖体蛋白组成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所表3-5三种主要RNA的结构与功能（四）非编码小RNA（smallnon-messengerRNA，snmRNA）1.核酶定义：一类具有催化作用的小RNA，在RNA合成后的剪接修饰中发挥重要作用。2.小干扰RNA（smallinterferingRNA，siRNA）

定义：生物宿主对外源侵入基因表达的双链RNA进行切割所产生的特定长度和特定核酸序列的小片段RNA。第三节

核酸的理化性质及其应用一、核酸的一般性质（一）两性电解质酸性：磷酸基碱性：碱基（二）紫外线吸收1.原因：

碱基（含共轭双键）2.最大吸收峰：260nm应用：判断核酸样品的纯度DNA纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品:OD260/OD280=2.0三、DNA的变性与复性1.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。2.因素：加热、高压、强酸、强碱以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。（一）DNA的变性3.增色效应：DNA在变性过程中有更多的共轭双键得以暴露，使DNA在260nm处的吸光度增高。热变性

Tm：A260达到最大吸光度一半时的环境温度，又称融解温度(meltingtemperature,Tm)。G+C含量越高，Tm值越大。A260（二）DNA的复性1.DNA复性：

当变性条件缓慢的去处后，两条解离的互补链可重新配对