生物化学核酸的结构与功能

关于生物化学核酸的结构与功能第一页，共四十三页，2022年，8月28日核酸的分类、分布及功能

分布于细胞核，线粒体，叶绿体，质粒等分布于胞核、胞液(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸

核糖核酸是生物体遗传信息的携带者参与细胞内DNA遗传信息的表达第二页，共四十三页，2022年，8月28日第1节核酸的化学组成一、核酸的组成元素和组成成分元素组成C、H、O、N、P（9~10%）核酸的基本单位是核苷酸。

第三页，共四十三页，2022年，8月28日（一）戊糖图3-1核酸中戊糖的结构第四页，共四十三页，2022年，8月28日（二）碱基图3-2核酸中主要碱基的结构

第五页，共四十三页，2022年，8月28日（三）磷酸图3-3磷酸H3PO4的结构第六页，共四十三页，2022年，8月28日两类核酸分子组成的异同点组分RNADNA磷酸磷酸戊糖核糖脱氧核糖碱基嘌呤AG嘧啶UCT第七页，共四十三页，2022年，8月28日二、核酸的基本组成单位——核苷酸

核苷酸：核苷与磷酸通过磷酸酯键相连而成的化合物图3-4构成核酸的8种核苷酸结构图第八页，共四十三页，2022年，8月28日三、体内重要的核苷酸与功能（一）多磷酸核苷图3-5AMP、ADP、ATP的结构关系示意图第九页，共四十三页，2022年，8月28日（二）环核苷酸图3-6环化核苷酸结构式第十页，共四十三页，2022年，8月28日（三）辅酶中的核苷酸核苷酸还可通过辅酶而参与物质代谢，如NAD+、FAD、CoA等辅酶分子中都含有腺苷酸。第十一页，共四十三页，2022年，8月28日第2节DNA的分子结构与功能一、DNA的一级结构DNA的一级结构即4种脱氧核糖核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP和dTMP）的排列顺序。连接两个核苷酸的化学键是3´，5´-磷酸二酯键。多个核苷酸借3´，5´-磷酸二酯键连接成多核苷酸链，也就是核酸。第十二页，共四十三页，2022年，8月28日二、DNA的空间结构DNA“双螺旋结构”要点如下：①由两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴形成的右手螺旋结构。②两条多核苷酸链通过碱基间的氢键连接，配对方式为碱基互补规则。③磷酸和脱氧核糖基骨架位于螺旋的外侧，各碱基在螺旋的内侧。碱基平面垂直于螺旋的纵轴。(一)DNA的二级结构-双螺旋结构第十三页，共四十三页，2022年，8月28日④螺旋每旋转一周含10个碱基对，螺旋的直径为2nm，螺距为3.4nm。两个相邻碱基之间堆砌的距离为0.34nm，其旋转的夹角为36°。⑤维持DNA双螺旋结构稳定性的因素主要是碱基对之间的氢键和碱基平面之间的碱基堆积力。第十四页，共四十三页，2022年，8月28日图3-8DNA的双螺旋结构模型(A)及碱基互补规则示意图(B)第十五页，共四十三页，2022年，8月28日（二）DNA的超螺旋结构DNA分子在双螺旋结构的基础上进一步盘曲所形成的空间构象，称为超螺旋结构。图3-9原核生物DNA的超螺旋结构模式图（A）真核生物的核小体结构示意图（B）第十六页，共四十三页，2022年，8月28日DNA的超螺旋结构（三级结构）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

第十七页，共四十三页，2022年，8月28日意义DNA超螺旋结构整体或局部的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。第十八页，共四十三页，2022年，8月28日1.原核生物DNA的环状超级结构第十九页，共四十三页，2022年，8月28日第二十页，共四十三页，2022年，8月28日天然的DNA都呈负超螺旋超螺旋的生物学意义：

使DNA高度致密从而得以压缩容纳在有限的空间内；能够引起结构的改变以满足功能上的需要。第二十一页，共四十三页，2022年，8月28日2.真核生物DNA分子的高级结构真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是核小体(nucleosome)。核小体的组成：DNA：约200bp组蛋白：H2AH2BH3H4各2个第二十二页，共四十三页，2022年，8月28日三、DNA的功能DNA的遗传信息以基因的形式存在基因（gene）：DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。基因组（genome）：一个生物的全部基因序列。第二十三页，共四十三页，2022年，8月28日第3节RNA的分子结构与功能RNA的一级结构：

4种核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP和UMP）的排列顺序。第二十四页，共四十三页，2022年，8月28日RNA分子结构特点：1.分子较小，一般以单链形式存在，可以通过回折形成局部双螺旋结构；2.碱基配对原则：A与U配对，G与C配对；3.回折处不能配对的碱基膨出呈环状（这种短的双螺旋结构区域和环被形象称为茎环结构或发夹结构）。第二十五页，共四十三页，2022年，8月28日RNA根据结构特点和在遗传信息的表达过程中的作用不同

可分为三类：是DNA遗传信息的传递着，将DNA遗传信息从细胞核带到细胞质，并作为蛋白质合成的模板指导蛋白质的生物合成。一、信使RNA（messengerRNA，mRNA）

第二十六页，共四十三页，2022年，8月28日mRNA结构特点有：（一）含量少，种类多（约占3%，种类达105种）（二）5´端的“帽子结构”（与蛋白质生物合成的起始有关）（三）3´端的“尾巴结构”（与mRNA的稳定性有关）第二十七页，共四十三页，2022年，8月28日图3-10真核mRNA5’端甲基化的帽子结构第二十八页，共四十三页，2022年，8月28日二、转运RNA（transferRNA，tRNA）

tRNA是分子量最小的RNA，一般由70～90个核苷酸组成。占总RNA15%。

含有的稀有碱基：二氢尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（Ψ）、次黄嘌呤（I）、胸腺嘧啶（T）第二十九页，共四十三页，2022年，8月28日tRNA二级结构为三叶草形结构，包括四个双螺旋区、三个环及一个附加叉。第三十页，共四十三页，2022年，8月28日tRNA分子的三级结构在二级结构的基础上进一步盘曲折叠而成倒“L”型，一端为氨基酸臂，另一端为反密码环。第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日

tRNA的主要功能：

将转运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的生物合成。一种tRNA一般只转运某一特定的氨基酸，但一种氨基酸可由几种tRNA转运。第三十二页，共四十三页，2022年，8月28日三、核糖体RNA

（ribosomalRNA，rRNA）rRNA是细胞中含量最多的一类RNA。核糖体由大小两个亚基组成。rRNA的主要功能：与多种蛋白质结合成核糖体，核糖体为蛋白质的合成提供场所。第三十三页，共四十三页，2022年，8月28日四、核内小RNA和核酶核内小RNA（smallnuclearRNA，snRNA):

真核细胞内存在的一类碱基数小于300的小分子RNA核酶（ribozyme）:具有自身催化作用的RNA第三十四页，共四十三页，2022年，8月28日第4节核酸的理化性质DNA是线性高分子，粘度极大，而RNA分子远小于DNA，粘度也小很多。核酸分子中有酸性的磷酸基及含氮碱基，为两性电解质。因磷酸基的酸性很强，故核酸具有较强的酸性。各种核酸分子大小不同，所带电荷也不同。一、核酸的一般性质第三十五页，共四十三页，2022年，8月28日二、核酸的紫外吸收性质核酸、核苷酸、核苷都具有紫外吸收特性，最大吸收峰在260nm附近。各种碱基的紫外吸收光谱（pH7.0）第三十六页，共四十三页，2022年，8月28日三、核酸的变性和复性核酸的变性：在某些理化因素作用下，DNA分子中互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构解开变成单链的过程。加温缓慢降温（变性）（复性）第三十七页，共四十三页，2022年，8月28日DNA的增色效应：DNA变性时，随着解链程度逐渐增大，DNA的紫外吸光度值也随之增加，这种现象称为DNA的增色效应。解链温度（meltingtemperature，Tm）：紫外吸收达到最大吸收值50%时的温度，称熔点或解链温度。

第三十八页，共四十三页，2022年，8月28日DNA的复性：DNA发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再次形成氢键，恢复完整的双螺旋结构。减色效应：核酸复性时紫外吸光度值下降。退火：DNA热变性后缓慢冷却处理的过程。

第三十九页，共四十三页，2022年，8月28日核酸分子杂交：当不同来源的核酸分子变性后一起复性时，只要核酸