第13章核酸的结构师姐找帮助真题资源

1、第13章 核酸的结构 核酸（DNA和RNA）是线性多聚核苷酸，基本结构单元是核DNA与RNA结构相似，组成成份上略有不同苷酸核酸的组成碱基戊糖核苷磷酸水解核苷酸核酸核酸代表戊糖，对DNA而言为脱氧核糖，对RNA而言为核糖；代表碱基代表磷酸基核苷酸嘌呤碱：腺嘌呤、鸟嘌呤嘧啶碱：胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶稀有碱基：（一） 碱基一、核苷酸（nucleotide)嘌呤环嘧啶环（1）嘌呤碱(cytosine)(thymine)(uracil)（2）嘧啶碱RNADNA 腺嘌呤A 鸟嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿嘧啶U胺式亚胺式互变异构酮式烯醇式互变异构嘌呤次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、N2、N2-二甲基鸟嘌呤。嘧

2、啶5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶都是基本碱基的化学修饰型（3）稀有碱基l DNA含-D-2-脱氧核糖l RNA含-D-核糖HOCH2OOHHOCH2OOH HHHHHHHH OHOHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖（二）核苷：核糖+碱基核苷 nucleoside 糖与碱基之间的C-N键：C-N糖苷键， 且都是糖苷键。 C1N1（嘧啶） C1N9（嘌呤） 碱基与糖环平面垂直。核苷 nucleosideNH2OHNH2OH NNNNNNNNH2NNNHONHONHOCH2OHOCH2OHOCH2OHOCH2OHHHHHHHHHHHHHHHH OHOHOHOHOHOHOHO

3、H腺嘌呤核苷鸟嘌呤核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷核苷 nucleoside稀有核苷：1、2-0-甲基-核糖-核苷2、稀有碱基 DHU3、连接方式 （假尿嘧啶核苷）假尿苷，pseudouridine， 磷酸碱基戊糖（三） 核苷酸碱基酯键H2O磷酸核苷键H2O戊糖HCH2OH OHOOP ONHNNNNOHNONOHOHHOHO酯 键5碱基连接（核苷键）4132（对DNA为H）核苷酸M/单，D/二，T/三；P-磷酸RNA的名称为单/二/三苷酸， DNA在单/二/三前加脱氧两字。如AMP称腺苷一磷酸(或腺苷酸）dAMP称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）稀有核苷酸与上类似腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧

4、啶TRNAAMPGMPCMPUMP未发现DNAdAMPdGMPdCMP未发现dTMP八种核苷酸（四）核苷酸的衍生物（1）ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。NH2NNOOONONO- PO- PO- POCH2O-O-O-HHHHOHOH三磷酸腺苷 (ATP) 是重要的能量转换ATP含两个高能磷酸键：水解时 可大量自由能，推动体内各种需能反应。ATP也是磷酰化剂： 磷酰化的底物具较高能量（活化），是许多生物化学反应的激活步骤。ATP的性质 生物体内游离存在，也是一种高能化合物 具有类似ATP的结构主要是作为蛋白质中磷酰基供体在许多情况下, ATP 和 G

5、TP 可以相互转换(2)GTP (鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)cAMP3,5环腺嘌呤核苷一磷酸cGMP 3,5-环鸟嘌呤核苷一磷酸细胞间信使cAMP 和 cGMP 的环状磷酯键是一个高能键：pH7.4时水解能约为43.9水解能kJ。/mol，比ATP（3）cAMP 和 cGMP DNA一级结构是指DNA上的核苷酸排列顺序。(核苷酸相当于氨基酸、单糖的）（一）DNA的一级结构二、 核酸的共价结构首3脱H2O脂键相连5尾 3，5-磷酸二酯键 （1） 核苷酸间以3-5磷酸二酯键相连（2） 一端称为5-磷酸端（5-P表示） 一端称为3-羟基端（3-OH表示）（3） 多聚核苷酸链具有方向性，表示时，需注明方向

6、：53或是35DNA一级结构的简写形式AAGCTGC3-OHPPPPOHP5-磷酸PP戊糖5首端3末端核苷酸pApCpTpG-pA-C-T-G核苷酸顺序又称碱基顺序核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连形成的长链（二） RNA的一级结构研究最多：tRNA、rRNA及一些小RNA。1、tRNA特点：约由7393个核苷酸组成中含有较多的修饰成分（10-20%）3-末端都具有CCAOH的结构5-末端磷酸化，常为G（pC）RNA一级结构特点tRNA的功能：结合活化氨基酸（ 3´-CCA-OH搬运氨基酸到核糖体；），识别mRNA子。参与蛋白质的翻译。（1）真核细胞mRNA5´末端帽子结构：m7

7、GpppN3´末端有多聚腺苷酸尾巴结构(polyA)单顺反子（一条mRNA链上有一个编码区）2、mRNA一级结构的特点：5帽子3polyA子m7GppAAAAAA5端非翻译区3非翻译区编码区真核生物mRNA的共价结构p-AUG GUGUAA帽子结构 功能帽子结构：识别翻译起始polyA：维持mRNA的稳定性（2）原核细胞mRNA原核生物mRNA为多顺反子，无修饰碱基。多顺反子mRNA(polycistronic mRNA)：一条mRNA链上有多个编码区mRNA的功能蛋白质的模板。* rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA

8、原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA3、rRNA一级结构特点 rRNA的功能作为核糖体的骨架；催化肽键的形成。4、其他小RNA及RNA组学1、snmRNAs除上述三种RNA外的其他种类的小RNA，统称为非mRNA小RNA(smallnon-messenger RNAs, snmRNAs)。核内小RNA（snRNA）核仁小RNA （snoRNA）胞质小RNA （scRNA）催化性小RNA（即ribozyme）snmRNAs小片段snmRNAs的功能RNA （siRNA）参与hnRNA和rRNA的和转运。核不均一RNARNA组学：RNA组学研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功

9、能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。已知核酸的化学结构碱基组成分析Chargaff 规则：A = T G º C嘌呤碱 = 嘧啶碱的X-射线衍射图谱分析DNA（一）DNA双螺旋结构的研究背景三、DNA的高级结构ChargaffDNA碱基组成具有：生物种的特异性；无组织/特异性；不受生长发育、营养状况及环境条件的影响。Chargaff规则：（1） A=T（2） G=C（3） A+C=G+T（4） A+G=C+T腺嘌呤胸腺嘧啶其他组合易相互排斥如G:T胞嘧啶鸟嘌呤DNA 一 股的 核 苷 酸序 列 与 另一 股 的 序列

10、 互 补： A-T、G-CFranklin, Rosalind Elsie (1920-58),British biophysicist. Born in London, shewaseducated in physical chemistry at Newnham College,Cambridge.Franklin conductedX-ray diffraction studiesonthe structure ofthe DNA molecule, the carrier ofhereditary information, while workinginthe laboratory o

11、f British biophysicist Maurice Wilkins. Thisworkenabled AmericanbiochemistJames Dewey Watson and the British Francis Crick to determine the helical structureof the DNA molecule.James Watson (left)and Francis Crick, 1953(二）DNA结型双螺旋35小沟大沟53大 部 分 DNA 所 具 有 的 双 螺 旋 结 构 ， 亦 称 为 B 型反向、平行、右手螺旋链间碱基配对相连每10个碱

12、基对螺旋上升一周疏水碱基位于内部相邻碱基平面互相平行，垂直于螺旋轴（1）两条反向平行的多核苷酸链同一中心轴缠绕，为右手螺旋。1、结构特征（2）碱基位于双螺旋的内侧， 磷酸和核糖在外侧，通过3，5磷酸二酯成骨架。碱基平面与纵轴垂直， 糖环平面与纵轴平行。大沟：宽1.2nm，深0.85nm， 小沟：宽0.6nm，深0.75nm。（3）主要参数双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两个核苷酸之间的夹角36°，每圈螺旋含10个核苷酸，螺距3.4nm。双螺旋的补充：（1） 夹角和碱基对的数目变化（2） 碱基对沿长轴旋转一定的角度（4） 两条核苷酸链依靠碱基间形成的氢键而结合。ATG

13、C（5） 碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。但根据碱基配对原则，一条核苷酸链序列可决定另一条互补链的序列。碱基堆积力形成疏水环境（主要因素） 。碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正 离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小的。2、稳定双螺旋结构的因素3、DNA双螺旋结构的多样性DNA的类型类型结晶状态螺距(nm)碱基距离(nm)每圈bp数旋转方向A相对湿度75%DNA钠盐2.80.25611右手B相对湿度92%DNA钠盐 相对湿度66%DNA锂盐d(GCGCGC)3

14、.40.3410右手C3.10.3329.3右手Z4.440.3712左手通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合：oligo(Py): oligo(Pu)oligo(Py/Pu)4、三股螺旋DNAK. Hoogsteen1963P 490图13-11 H-DNA的结构DNA双螺旋通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括：不同 单链与结构单元间的相互作用结构单元间的相互作用DNA的拓扑特征超螺旋是DNA三级结构的主要形式。（三）DNA的三级结构一条链断裂：开环（ocDNA) 环形DNA 两条链断裂：线型(linearDNA)1、环状DNA的三种典型构象P491 图13-1

15、2（1）、松弛环形DNA（2）、解链环形DNA（3）、 正超螺旋与负超螺旋DNAMOV : PBCA0267501supercoiling of DNA2、 三种环形DNA的拓扑学特性连环数（linking number , L）DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数扭转数（twisting number , T）DNA中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示超螺旋数（缠绕数 , writhing number , W）L=T+W连环数（L）缠绕数（T）扭曲数W松驰环25250解链环23230超螺旋2325-2比连环差（specific linking difference

16、 , ）表示DNA的超螺旋程度(Superhelix density)=（LL0）/L0= 每一圈初级螺旋（10bp，360°）出现超螺旋数L0是指松驰环形DNA的L值3、拓扑异构酶改变DNA拓扑异构体的L值。拓扑异构酶酶I（解旋酶）能使双链负超螺旋DNA转变成松驰形环状DNA，每次 催化使L值增加1。拓扑异构酶酶II（促旋酶）能使松驰环状DNA转变成负超螺旋形DNA，每次催化 使L减少2。的D真核细胞1、（四）DNA与蛋白质的复合体（H2A、H2B、H3、H4）2含拓扑异构酶（及H1）与DNA及转录有关2、原核细胞的拟核3、4、核糖体细菌拟核的突环结构RNA和蛋白质突环由双链DNA结合碱性蛋白质所组成RNA通常是单链线形自身回折形成局部双螺旋（进而折叠（三级结构）结构） 多数形成白复合物（四级结构），如核糖体、拼接体、编辑体等。RNA是具有性的RNA复合物四、RNA的高级结构RNA中的碱基配对原则A-UG-CA-U G-C双螺旋区（