生化核酸结构与功能

生化核酸结构与功能1第一页，共五十九页，2022年，8月28日核酸(nucleicacid)

是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。第二页，共五十九页，2022年，8月28日二、核酸的分类及分布

90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。(DNA)(RNA)脱氧核糖核酸

核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。第三页，共五十九页，2022年，8月28日第一节核酸的化学组成及一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第四页，共五十九页，2022年，8月28日一、核酸的化学组成1.元素组成C、H、O、N、P2.分子组成——碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱——戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖——磷酸(phosphate)第五页，共五十九页，2022年，8月28日嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)碱基第六页，共五十九页，2022年，8月28日嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第七页，共五十九页，2022年，8月28日Pentose第八页，共五十九页，2022年，8月28日Nucleoside第九页，共五十九页，2022年，8月28日Nucleotide第十页，共五十九页，2022年，8月28日第十一页，共五十九页，2022年，8月28日二、核酸的一级结构定义核酸中核苷酸的排列顺序,也称为碱基序列。5′端3′端CGA第十二页，共五十九页，2022年，8月28日AGP5PTPGPCPTPOH3书写方法5pApCpTpGpCpT-OH

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ACTGCT

3第十三页，共五十九页，2022年，8月28日第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第十四页，共五十九页，2022年，8月28日一、DNA的二级结构——双螺旋结构第十五页，共五十九页，2022年，8月28日WATSONCRICK第十六页，共五十九页，2022年，8月28日（一）DNA双螺旋结构的研究背景

碱基组成分析Chargaff规则：[A]=

[T][G]

[C]

碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理DNA纤维的X-线衍射图谱分析第十七页，共五十九页，2022年，8月28日（二）DNA双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。螺旋直径为2.37nm。第十八页，共五十九页，2022年，8月28日碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T;GC）。相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.54nm，一圈10.5对碱基。（二）DNA双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）第十九页，共五十九页，2022年，8月28日氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。（二）DNA双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）第二十页，共五十九页，2022年，8月28日（三）DNA双螺旋结构的多样性第二十一页，共五十九页，2022年，8月28日二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装（一）DNA的超螺旋结构超螺旋结构DNA双螺旋链再盘绕形成超螺旋结构。正超螺旋

盘绕方向与DNA双螺旋方同相同负超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方向相反第二十二页，共五十九页，2022年，8月28日第二十三页，共五十九页，2022年，8月28日（二）原核生物DNA的高级结构第二十四页，共五十九页，2022年，8月28日（三）DNA在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由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：H1H2A，H2BH3H4第二十五页，共五十九页，2022年，8月28日第二十六页，共五十九页，2022年，8月28日三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。基因:指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。基因组第二十七页，共五十九页，2022年，8月28日

第三节

RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA第二十八页，共五十九页，2022年，8月28日RNA的种类、分布、功能第二十九页，共五十九页，2022年，8月28日一、信使RNA的结构与功能hnRNA内含子(intron)mRNA*mRNA成熟过程

外显子(exon)第三十页，共五十九页，2022年，8月28日*mRNA结构特点1.大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。2.大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。第三十一页，共五十九页，2022年，8月28日帽子结构第三十二页，共五十九页，2022年，8月28日mRNA核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系翻译起始的调控帽子结构和多聚A尾的功能第三十三页，共五十九页，2022年，8月28日DNAmRNA蛋白转录翻译*mRNA的功能把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。第三十四页，共五十九页，2022年，8月28日*

tRNA的一级结构特点核苷酸残基数在60－90之间；含10~20%稀有碱基，如DHU3´末端为—CCA-OH5´末端大多数为pG二、转运RNA的结构与功能第三十五页，共五十九页，2022年，8月28日

稀有碱基第三十六页，共五十九页，2022年，8月28日*tRNA的二级结构——三叶草形

氨基酸臂

DHU环反密码环额外环

TΨC环第三十七页，共五十九页，2022年，8月28日*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。第三十八页，共五十九页，2022年，8月28日第三十九页，共五十九页，2022年，8月28日*rRNA的结构三、核蛋白体RNA的结构与功能*rRNA的功能参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。第四十页，共五十九页，2022年，8月28日*rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA第四十一页，共五十九页，2022年，8月28日四、其他非编码RNA除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非编码RNA(non-codingRNAs,nmRNAs)。

ncRNAs第四十二页，共五十九页，2022年，8月28日核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节第四十三页，共五十九页，2022年，8月28日一.核酸的紫外吸收第四十四页，共五十九页，2022年，8月28日1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相当于50μg/ml双链DNA40μg/ml单链DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度DNA纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品:OD260/OD280=2.0OD260的应用第四十五页，共五十九页，2022年，8月28日二、DNA的变性(denaturation)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。理化因素：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：OD260增高 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸碱滴定曲线改变 生物活性丧失第四十六页，共五十九页，2022年，8月28日DNA变性的本质是双链间氢键的断裂第四十七页，共五十九页，2022年，8月28日例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。第四十八页，共五十九页，2022年，8月28日Tm：紫外光吸收值达到最大变化值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(Tm)。其大小与G+C含量成正比。第四十九页，共五十九页，2022年，8月28日三、DNA的复性与分子杂交DNA复性(renaturation)在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，称为复性。减色效应DNA复性时，其溶液OD260降低。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，称为退火(annealing)。第五十页，共五十九页，2022年，8月28日在DNA变性后的复性过程中，将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。核酸分子杂交(hybridization)第五十一页，共五十九页，2022年，8月28日DNA-DNA杂交双链分子变性复性不同来源的DNA分子第五十二页，共五十九页，2022年，8月28日第五十三页，共五十九页，2022年，8月28日核酸分子杂交的应用研究DNA分子中某一种基因的位置测定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础第五十四页，共五十九页，2022年，8月28日

第五节

核酸酶

Nuclease第五十五页，共五十九页，2022年，8月28日核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类DNA酶(DNase)：专一降解DNA。RNA酶(RNase)：专一降解RNA。依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。第五十六页，共五十九页，2022年，8月28日参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收体外重组DNA技术中的重要工具酶

核酸酶的功能第五十七页，共五十九页，2022年，8月28日

核酶催化性DNA(DNAzyme)人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解RNA。催化性RNA(