生物化学与原理1核酸2ppt课件

1 核酸的结构与功能,1.1 核酸的种类、分布和化学组成 1.2 DNA的结构 1.3 RNA的结构 1.4 核酸的性质,1.2 DNA的结构,1、DNA的一级结构,2、DNA的二级结构,3、DNA的高级结构,1、DNA的一级结构,概念 由数量极其庞大的四种脱氧的单核苷酸按照一定的顺序，以3,5磷酸二酯键(phosphodiester)彼此连接而形成的线形或环形多核苷酸链。,核苷酸数50寡核苷酸(oligonucleotide) 核苷酸数50多聚核苷酸(polynucleotide),方向性(directionality) 5端(5terminus)3端(3 terminus),5 A C T G C T 3,书写方法,竖线式,2、DNA的二级结构,双螺旋结构模型的主要依据,双螺旋结构模型的要点,双螺旋结构的稳定因素,DNA双螺旋构象的多态性,非经典DNA结构,双螺旋结构模型的主要依据,DNA纤维的X-光衍射图谱分析,电位滴定,碱基组成分析 Chargaff 规则:A=T G=C,戊糖糖环与DNA分子纵轴平行，而碱基平面与纵轴垂直。,DNA双螺旋结构模型,双螺旋结构模型的要点 p146,由两条反向平行(antiparalled)的脱氧多核苷酸链围绕同一中心轴，构成右手双螺旋结构。 有两个沟：大沟和小沟(major groove & minor groove)。,两股单链“糖-磷酸”构成骨架，居双螺旋外侧；碱基位于双螺旋内侧，并与中心轴垂直。糖环平面与中轴平行。,每圈螺旋含10个核苷酸残基，螺距：3.4nm，直径:2nm。顺轴方向每隔0.34nm有一个核苷酸，两个核苷酸之间的夹角为36。,一条多核苷酸链上的嘌呤碱基与另一条链上的嘧啶碱基以氢键相连，匹配成对。原则： A=T; GC 一条链为另一条链的互补链,这两个沟槽使碱基外露，其大小足够容纳蛋白质分子，这对DNA与蛋白质的相互作用非常重要。,双螺旋结构的稳定因素 p148,碱基对间的氢键:维持双链横向稳定性,碱基的堆集力:维持双链纵向稳定性 ,离子键（盐键）：由磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子或阳离子化合物（如Mg2+、含碱性氨基酸的蛋白质等）之间所形成的。,DNA双螺旋构象的多态性 p148,DNA B helix,DNA Z helix,DNA A helix,回文结构（palindrome）p163 发卡结构（hairpin） 十字形结构（cruciform） 镜像重复结构（mirror repeat） 三链螺旋（triplex),非经典DNA结构,当反向重复序列在DNA两条链中以二重对称存在时叫作回文结构。如：,镜像结构,TTAGCAC GTGCTAA AATCGTG CACGATT,TTAGCAC CACGATT AATCGTG GTGCTAA,回文结构,当反向重复序列在DNA一条链中时叫作镜像结构。如：,DNA回文序列及几种结构形式,回文序列,发夹式结构,十字形结构,中心区域,三链DNA,三条链中，通常是一条同型寡聚核苷酸与寡聚嘧啶核苷酸-寡聚嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合。第三股的碱基可与Waston-Crick碱基中的嘌呤碱形成Hoogsteen配对。,DNA分子内的三链结构,多聚嘌呤,多聚嘧啶,Hoogsteen配对,PyPu*Py PuPy*Pu H-DNA,3、 DNA的高级结构,线状或环状基因组DNA p148 DNA超螺旋（superhelical）p150 核染色质的组成 p154,DNA的超螺旋：螺旋轴本身的扭曲 （当DNA处在某种结构张力时出现）,正超螺旋:每圈螺旋碱基对数小于10.5 螺旋结构处于紧缠状态 负超螺旋:每圈螺旋碱基对数大于10.5 螺旋结构处于松缠状态 （对于右手螺旋DNA分子来说）,种类,螺旋和超螺旋电话线,螺旋,超螺旋,核小体(nucleosome) p154,A、存在于真核细胞,B、核小体的组成 DNA： 约200bp 组蛋白: H1 H2A，H2B H3 H4,组蛋白含有大量的碱性氨基酸，所以组蛋白成为多聚阳离子，能够和DNA的多聚阴离子磷酸骨架相互作用形成不带电的核蛋白。,各2分子,A model for chromosome structure, human chromosome 4,1.3 RNA的结构,RNA的碱基组成 4种主要的碱基：A、G、C、U 多种稀有碱基,RNA的碱基组成没有严格规律 碱基配对：A-U、G-C,RNA通常是单链线型分子，但可自身回折形成局部双螺旋(二级结构)，进而折叠(三级结构)。,表：RNA的类型,一、mRNA p164, 真核生物mRNA结构特点,3末端有一个长约200核苷酸的polyA(多聚腺苷酸）结构。,5末端有一个特殊的5帽子结构。,基本情况：分子量大、种类多、含量少、最不稳定,帽子结构通常有三种类型 O型（m7G5ppp5Np） ：末端核苷酸的核糖未甲基化 型（m7G5ppp5NmpNp） ：末端一个核苷酸的核糖甲基化 型（m7G5ppp5NmpNmpNp） ：末端两个核苷酸的核糖均甲基化,（G代表鸟苷；N代表任意核苷；m在字母左侧表示碱基被甲基化，在字母右侧表示核糖被甲基化；右上角数字表示甲基化位置）,原核与真核mRNA比较,原核生物mRNA特征： 前导序列+翻译区（多顺反子）+末端序列 真核生物mRNA特征： “帽子”（m7G-5ppp5-N-3p）+单顺反子+“尾巴”（Poly A）,原核与真核mRNA比较,原核生物mRNA起始密码子的上游约10个核苷酸处，有一段富含嘌呤核苷酸的序列，称为前导序列，又称SD序列。该序列与翻译的起始有关，是核糖体16S rRNA结合的部位。,polyA和帽子结构的功能,polyA与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关；与mRNA的半寿期有关（新生mRNA的polyA较长，而衰老的mRNA polyA较短）。 帽子结构和polyA都有抗核酸外切酶降解的作用。 帽子结构可能与蛋白质合成的正确起始及核糖体与mRNA的结合有关。,mRNA的功能（作为蛋白质生物合成的直接模板） 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。,原核生物,mRNA的功能（作为蛋白质生物合成的直接模板） 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。,真核生物,二、tRNA,tRNA的二级结构 三叶草形 氨基酸臂 DHU环(二氢 尿嘧啶环） 反密码环 可变环 TC环,酵母 tRNA Phe,由7对碱基组成，富含鸟嘌呤 3末端有CCA-OH, 是携带氨基酸的部位 5末端大多为pG，也有pC,由812个核苷酸组成 具有两个二氢尿嘧啶 通过34对碱基组成的双螺旋区（也称二氢尿嘧啶臂）与tRNA分子的其余部分相连,由7个核苷酸组成 环中部为反密码子，由3个碱基组成。 通过由5对碱基组成的双螺旋区（反密码臂）与tRNA的其余部分连接。 反密码子可识别信使RNA的密码子,由318个核苷酸组成 不同的tRNA具有不同大小的可变环，所以是tRNA分类的重要指标。,假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环 由7个核苷酸组成，通过由5对碱基组成的双螺旋区（T C臂）与tRNA的其余部分相连 除个别例外，几乎所有tRNA在此环中都含有T C,* 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。,tRNA三级结构为倒L型，接受氨基酸的3CCA位于L的一端，反密码子环位于另一端，在二级结构基础上又形成一些新的碱基对，使三叶草型结构发生扭曲。,三、rRNA,rRNA的结构特点,含量最丰富,约占总RNA的80%,2. 结构最复杂,3. 核糖体由大小两个亚基构成,两亚基呈不 规则形状。,The proposed secondary structure for E. coli 16S rRNA,16S rRNA 的二级结构：(a) 真细菌 (E. coli), (b) 古细菌 (沃氏(嗜)盐富饶菌 H. volcanii), (c) 真核细胞 (啤酒酵母S. cerevisiae, a yeast),真核生物 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA,原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA,* rRNA的种类（根据沉降系数）