g改-第三章第三节：核酸的分子结构.ppt

一、DNA的分子结构 （一）DNA的一级结构 1.定义：指DNA分子中多个脱氧核苷酸的排列顺 序。即数目庞大的四种碱基的排列顺序。 DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物 界物种的多样性即寓于DNA分子中四种脱氧核苷酸千变万化的不同排 列组合之中。 2.DNA的碱基组成（Chargaff定则）： （1）在所有的DNA中，A=T，G=C 即A+G=T+C （2）DNA的碱基组成具有种的特异性，即不同 生物物种的DNA具有自己独特的碱基组成，但没 有组织和器官的特异性。 3.DNA一级结构的表示方法： 第三节：核酸的分子结构第三节：核酸的分子结构 3.DNA一级结构的表示方法 ： （1）结构式表示法： （2）线条式表示法 ： （3）字母式表示法：书与文献中 nDNA测序的生物学意义 DNA是遗传信息的储存者和发布者，遗传 信息是由碱基序列体现的，碱基序列略有 改变，即可引起遗传信息的显著改变。所 以DNA测序是研究DNA 功能的基础，非常重要。 nDNA测序的实验方法（20世纪70年代三大进 展促进了DNA的测序工作限制性核酸内 切酶的发现；改进多核苷酸片段的电泳分 离法；DNA的克隆技术） 酶法和化学法（Sanger和Gilbert法） 4.DNA一级结构的研究方法： DNA的化学法测序 n片段5-32P-GCATGCAT-3待测DNA片段，经特 异性切割后： G G+A C C+T 3 T A C G T A C G 5 G+A切割后： 32P-GC 32P-GCAT 32P-GCATGC 32P G切割后： 32P 32P-GCAT C切割后： 32P-G 32P-GCATG C+T切割后： 32P-G 32P-GCA 32P-GCATG 32P-GCATGCA （二）DNA的二级结构 1.定义： DNA的二级结构指DNA的双螺旋结构 。 1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的基础上，根据 DNA纤维和DNA结晶的X-衍射图谱 分析及DNA碱基组成的定量分析 以及DNA中碱基的物化数据测定 ，提出了著名的DNA双螺旋结构 模型，并对模型的生物学意义作 出了科学的解释和预测。 2DNA双螺旋结构的特点 （二）DNA的二级结构 n（1）DNA分子 由两条多聚脱 氧核糖核苷酸 链(简称DNA单 链)组成。两 条链沿着同一 根轴平行盘绕 ，形成右手双 螺旋结构。螺 旋中的两条链 方向相反，即 其中一条链的 方向为 53，而 另一条链的方 向为35 ，螺旋结构上 有大沟和小沟 。 （2）嘌呤碱和 嘧啶碱 基位于螺旋的内 侧，磷 酸和脱氧核糖基 位于螺 旋外侧，彼此以 3 -5 磷酸二酯键连接 ，形成 DNA分子的骨架 。碱基 环平面与螺旋轴 垂直， 糖基环平面与碱 基环平 面成90角。 2.DNA双螺旋结构的要点 （3）螺旋横截 面的直径约为 2nm，每条链 相邻两个碱基 平面之间的距 离为0.34 nm ，每10个核苷 酸形成一个螺 旋，其螺矩（ 即螺旋旋转一 圈）高度为 3.4 nm。 2.DNA双螺旋结构的要点 2.DNA双螺旋结构 的要点 （4）双螺旋内部的 碱基按规则配对 ，碱基的相互结 合具有严格的配 对规律，即腺嘌 呤（A）与胸腺嘧 啶（T）结合，鸟 嘌呤（G）与胞嘧 啶（C）结合，这 种配对关系，称 为碱基互补。A和 T之间形成两个氢 键，G与C之间形 成三个氢键。 双螺旋的两条链 是互补关系。 3.DNA双螺旋结构提出的生物学意义 n第一次阐述了遗传信息的储存方式及DNA 复制的机理，以准确的语言回答了DNA是 如何成为遗传物质的。大大推动了分子 生物学和分子遗传学的发展，被誉为20 世纪最伟大的发现之一。 4DNA双螺旋的稳定因素 nDNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定 的。 n维持这种稳定性的主要因素包括：两条 DNA链之间碱基配对形成的氢键和碱基 堆积力； n另外，存在于DNA分子中的一些弱键在 维持双螺旋结构的稳定性上也起一定的 作用。即磷酸基团上的负电荷与介质中 的阳离子间形成的离子键及范德华力。 n改变介质条件和环境温度，将影响双螺 旋的稳定性。 5DNA二级结构的几种构象 n几种DNA螺旋结构的参数 类 型 碱基倾角 碱基间距 （nm） 每圈碱基数 螺 距 (nm) 螺旋直径 （nm） B-DNA A-DNA Z-DNA 0-1 19-20 9 0.34 0.23 0.38 10 11 12 3.32-3.4 2.46-2.53 4.56 2.0-2.37 2.55 1.8-1.84 C-DNA D-DNA tsDNA A-DNA B-DNA：在相对湿度为92%时的DNA钠盐。接近DNA在细胞中的构象。 A-DNA：在相对湿度为75%以下时的DNA纤维。 Z-DNA：左手螺旋（A.Rich的工作）.ts-DNA：三股螺旋(在分子内或分子间 形成,分子内形成时需要低 pH下胞嘧啶质子化,故称H-DNA) （三）DNA的三级结构 定义： DNA的三级结构指DNA分子（双螺旋）通 过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括不同二级 结构单元间、单链与二级结构单元间的相互作用 以及DNA的拓扑特征。超螺旋是DNA三级结构的一 种类型。超螺旋即DNA双螺旋的螺旋。 松弛形解链环形负超螺旋 （一）RNA一级结构的特点 RNA一级结构研究最多 的是tRNA、rRNA以及 一些小分子的RNA。组 成RNA的核苷酸也是以 3 -5 磷酸二酯键 连接。其中 1.tRNA一级结构具有以 下特点： n分子量25000左右，大 约由7090个核苷酸 组成，沉降系数为4S 左右。 n分子中含有较多的修 饰成分。 n3 -末端都具有 CpCpAOH的结构。 5 端多为pG,也有pC。 二、RNA的分子结构 tRNA概述 n约占总RNA的10-15%。 n它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸 信息，并将相应的氨基酸转运到核糖 核蛋白体的作用。 n已知每一个氨基酸至少有一个相应的 tRNA。 ntRNA分子的大小很相似，链长一般在 73-93个核苷酸之间。 2.mRNA n约占总RNA的5%。 n不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很大 。 n它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质 ，指导蛋白质的合成。 mRNA一级结构的特点 真核：单顺反子、 5 -末端有“帽子” 、 3 -末端 有polyA片段 和非编码区 和非编码 区 原核：多顺反子 5 -末端无“帽子” 、 3 -末端 无polyA片段 （病毒除外） 有非编码区 有非编码区 顺反子： mRNA上具有翻译功能的核苷酸顺序。 polyA片段：指20-250个多聚腺苷酸。 “帽子”结构： 5-末端的G被甲基化，通过焦磷酸与 另一个发生了核糖上甲基化的核苷酸以5、 5-磷酸 二酯键相连。 n极大多数真核细胞mRNA在3-末端有一 段长约200核苷酸的polyA。polyA是在转 录后经polyA聚合酶的作用而添加上去的 。原核生物的mRNA一般无polyA，但某些 病毒mBNA也有3-polyA, polyA可能有 多方面功能,与mRNA从细胞核到细胞质的 转移有关；与mRNA的半寿期有关，新合 成的RNA其polyA链较长，而衰老的mRNA ，polyA链缩短。 mRNA5 -末端的“帽子” 结构 m7G 5ppp 5 Np (O型) m7G 5ppp 5 NmpNp (I型) m7G 5ppp 5 NmpNmpNp (II型) n可能功能：抗核酸酶的水解；与蛋白质 合成起始有关；作为mRNA与核糖体40S 亚基结合的信号。 3.rRNA (核糖体RNA) n约占全部RNA的80%， n是核糖核蛋白体的主要组成部分。 nrRNA 的功能与蛋白质生物合成相 关，可分别与 mRNA、tRNA作用， 催化肽键的形成。 rRNA 动物细胞核糖体rRNA有四类：5SrRNA， 5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。许多rRNA的一 级结构及由一级结构推导出来的二级结构都 已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今仍不十 分清楚。与tRNA不同，rRNA的甲基化多发生 在核糖上。真核生物的rRNA中修饰核苷比原 核生物多。 (二) RNA的高级结构特点 nRNA是单链分子，因此，在RNA分子中 ，并不遵守碱基种类的数量比例关系 ，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等 于嘧啶碱基的总数。 nRNA分子中，部分区域也能形成双螺旋 结构（类似A-DNA双螺旋结构），不能 形成双螺旋的部分，则形成突环。这 种结构可以形象地称为“发夹型”结 构或茎环结构。 n在RNA的双螺旋结构中，碱基的配 对情况不象DNA中严格。G 除了可 以和C 配对外，也可以和U 配对。 G-U 配对形成的氢键较弱。不同类 型的RNA, 其二级结构有明显的差 异。 ntRNA中除了常见的碱基外，还存在 一些稀有碱基，这类碱基大部分位 于突环部分. tRNA的高级结构 1、tRNA的二级结 构 ntRNA的二级结构大 都呈“ 三叶草” 形状，在结构上具 有某些共同之处， 一般可将其分为四 臂四环：包括氨基 酸接受臂、反密码 （环）臂、二氢尿 嘧啶（环）臂、TC （环）臂和可变环 。除了氨基酸接受 区外，其余每个区 均含有一个突环和 一个臂。 (1)氨基酸接受区 包含有tRNA的3-末端和 5-末端， 3-末端的最 后3个核苷酸残基都是CCA ，A为腺苷酸。氨基酸可与 其成酯，该区在蛋白质合 成中起携带氨基酸的作用 。 (2)反密码区 与氨基酸接受区相对，一 般环中含有7个核苷酸残基 ，臂中含有5对碱基。其中 环中正中的3个核苷酸残基 称为反密码子。 （3)二氢尿嘧啶区 该区含有二氢尿嘧 啶。环由8-12个核 苷酸组成，臂由3-4 对碱基组成。 (4) TC区 该区与二氢尿嘧啶 区相对， 假尿嘧啶 核