廖第二章核酸的结构与功能

1868年，米歇尔首次发现了重要的生命物质之一—核酸。在1869年，F.Mischer从细胞核中分离得到一种含磷很高的强酸。性物质，即现在被称为核酸的物质。1879年，Kossel发现了核酸中的碱基。1912，Levene提出核酸中含有四种核苷酸，四种核苷酸组成结构单位。1989年Altmann,发展了从酵母和动物组织中制备不含蛋白质的核酸的方法，并提出核酸这一名称。1944年Avery等人通过细菌转化试验证明了DNA是遗传物质。1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构。1958Crick提出遗传信息传递的中心法则。1968年Nirenberg发现遗传密码。1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法。1985年Mullis发明PCR技术核酸的发展史当前1页，总共60页。第一节核酸的化学组成及一级结构当前2页，总共60页。一、核酸(nucleicacid)

？

以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，起携带和传递遗传信息的作用。脱氧核糖核酸（DNA)：携带遗传信息，决定细胞和个体基因型核糖核酸（RNA)：参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可以作为遗传信息的载体

核酸分类当前3页，总共60页。核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脱氧核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧啶核糖脱氧核糖核酸组成：戊糖P碱基核苷酸DNA的组成单位是脱氧核糖核苷酸RNA的组成单位是核糖核苷酸核苷酸是构成核酸的基本组成单位

当前4页，总共60页。碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）存在于DNA和RNA中仅存在于RNA中仅存在于DNA中碱基当前5页，总共60页。嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)6622当前6页，总共60页。

嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)444222当前7页，总共60页。OHOHOHH2OHCHOCCCCHHHCHOCCCCHOHOHH2OHHHHCCCCCOHH2OHHHHOOHHOHOCCCCCHH2OHHHHOHHOH戊糖脱氧核糖核糖当前8页，总共60页。戊糖P碱基核苷酸糖苷键磷酯键当前9页，总共60页。脱氧核苷/核苷碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（或脱氧核苷）。糖苷键NNNN9OOH(H)CHHOHHHH2H1'2'OOHHHH2H1'2'OOCHOHH(H)NN1嘌呤N-9/嘧啶N-1

与脱氧核糖C-1通过β-N-糖苷键相连形成核苷/脱氧核苷糖苷键当前10页，总共60页。核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸或脱氧核苷酸。核苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷键酯键当前11页，总共60页。OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-OO碱基核苷核苷一磷酸(NMP)α磷酯键核苷二磷酸(NDP)OPO-Oβ腺苷一磷酸(AMP)腺苷二磷酸(ADP)腺苷三磷酸(ATP)PO--OOγ核苷三磷酸(NTP)AH多磷酸核苷酸当前12页，总共60页。构成DNA的碱基、核苷以及核苷酸碱基脱氧核苷脱氧核苷酸A脱氧腺苷脱氧腺苷一磷酸dAMPG脱氧鸟苷脱氧鸟苷一磷酸dGMPC脱氧胞苷脱氧胞苷一磷酸dCMPT脱氧胸苷脱氧胸苷一磷酸dTMP当前13页，总共60页。构成RNA的碱基、核苷以及核苷酸碱基

核苷

核苷酸A

腺苷

腺苷一磷酸(AMP)G

鸟苷

鸟苷一磷酸(GMP)C

胞苷

胞苷一磷酸(CMP)U

尿苷

尿苷一磷酸(UMP)当前14页，总共60页。环化核苷酸:cAMP，cGMP含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoASH、FAD等都含有AMP

体内重要核苷酸衍生物当前15页，总共60页。二、DNA是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接形成的大分子一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键。多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链。当前16页，总共60页。

3,5-磷酸二酯键5´端3´端GAC当前17页，总共60页。RNA

DNA当前18页，总共60页。四、核酸的一级结构脱氧PPAPCPCPTPGOHCPTPAPA5'3pApCpTpGpCpTpApApC-OH3'5'ACTGCTAAC3'5''当前19页，总共60页。第二节DNA的空间结构与功能当前20页，总共60页。DNA的空间结构又分为二级结构和高级结构。DNA的空间结构构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系。当前21页，总共60页。一、DNA的二级结构是双螺旋结构JamesWatson、FrancisCrick当前22页，总共60页。（一）DNA双螺旋结构的实验基础Chargaff规则:1.不同生物个体的DNA，其碱基组成不同;2.同一个体不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成;3.对于一特定的组织的DNA，其碱基组成不随年龄、营养状态和环境而变化;4.对于一特定的生物体，A=T、G=C当前23页，总共60页。（二）DNA双螺旋结构模型要点

1.两条反向平行的多核苷酸围绕同一中心轴相互缠绕，均为右手螺旋。2.核糖与磷酸位于外侧。3.DNA双链间形成互补碱基（碱基互补规则—A-T、C-G）。4.维持双螺旋稳定的因素，横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力，碱基堆积距离为0.34nm。当前24页，总共60页。（三）DNA双螺旋结构的多样性当前25页，总共60页。二、DNA的高级结构是超螺旋结构超螺旋结构DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。

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。当前26页，总共60页。向左

向右松弛型正超螺旋负超螺旋原核生物DNA环状超螺旋结构当前27页，总共60页。（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构原核生物DNA多为环状的双螺旋分子

，以负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。当前28页，总共60页。（二）真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序致密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。在细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的染色质形式存在，在细胞分裂期，则形成高度致密的染色体。当前29页，总共60页。DNA染色质呈现出的串珠样结构。染色质的基本单位是核小体。DNA染色质的电镜图像当前30页，总共60页。组蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小体的组成核小体重复单位：约200bp约150bp约60bp当前31页，总共60页。染色体形成压缩6倍压缩6倍，每圈6个核小体压缩40倍压缩1000倍直径400nm当前32页，总共60页。三、DNA是遗传信息的物质基础DNA是生物遗传信息的载体，并为基因复制和转录提供了模板基因是携带遗传信息的DNA片段DNA具有高度稳定性、高度复杂性的特点当前33页，总共60页。

第三节

RNA的结构与功能当前34页，总共60页。动物细胞内主要的RNA种类及功能RNA种类缩写细胞内位置功能核糖体RNA

rRNA细胞质核糖体组成成分信使RNAmRNA细胞质蛋白质合成模板转运RNAtRNA细胞质转运氨基酸微RNAmicroRNA细胞质翻译调控胞质小RNAscRNA/7SL-RNA细胞质信号肽识别体的组成成分不均一核RNAhnRNA细胞核成熟mRNA的前体核小RNAsnRNA细胞核参与hnRNA的剪接、转运核仁小RNAsnoRNA核仁rRNA的加工和修饰线粒体核糖体RNAmtrRNA线粒体核糖体组成成分线粒体信使RNAmtmRNA线粒体蛋白质合成模板线粒体转运RNAmttRNA线粒体转运氨基酸当前35页，总共60页。一、mRNA是蛋白质合成中的模板信使RNA(messengerRNA,mRNA)是细胞内合成蛋白质的模板。生物体内mRNA的丰度最小、种类最多、大小也各不相同、寿命最短。mRNA的初级产物为不均一核RNA(hnRNA)，含有内含子(intron)和外显子(exon)。hnRNA经过剪切后成为成熟的mRNA。当前36页，总共60页。

mRNA成熟过程hnRNA内含子(intron)mRNA

外显子(exon)当前37页，总共60页。成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。5-末端的帽子(cap)结构和3-末端的多聚A尾(poly-Atail)结构。

mRNA的碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列成熟的真核生物mRNA当前38页，总共60页。帽子结构和多聚A尾的功能：

1.mRNA核内向胞质的转位2.mRNA的稳定性维系3.翻译起始的调控

当前39页，总共60页。转运RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体,将氨基酸转呈给mRNA。由74～95核苷酸组成；占细胞总RNA的15%；具有很好的稳定性。二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体当前40页，总共60页。tRNA中含有多种稀有碱基稀有碱基（rarebase）是指除A、G、C、U外的一些碱基。双氢尿嘧啶DHU假尿嘧啶核苷Ψ甲基化鸟嘌呤假尿嘧啶核苷C-5与戊糖的C-1原子相连。当前41页，总共60页。

tRNA二级结构-三叶草型1.DHU环2.反密码环3.额外环4.TΨC环5.氨基酸臂当前42页，总共60页。tRNA的3-末端为CCA结尾。3-末端的A与氨基酸以酯键相连生成氨基酰-tRNA

。不同的tRNA结合不同的氨基酸。

tRNA的3-末端连接氨基酸当前43页，总共60页。

tRNA三级结构—倒L形当前44页，总共60页。核糖体RNA(ribosomalRNA，rRNA)是细胞内含量最多的RNA(>80％)。rRNA与核糖体蛋白结合组成核糖体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所当前45页，总共60页。核糖体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基

30S

40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.8S5S4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%当前46页，总共60页。四、其他非编码RNA参与基因表达的调控非编码RNA（

Non-codingRNA,ncRNA）不编码蛋白质但具有重要生物学功能的RNA分子。ncRNA功能参与转录调控、RNA的剪切和修饰、mRNA的稳定和翻译调控、蛋白质的稳定和转运、染色体的形成和结构稳定等细胞重要功能当前47页，总共60页。

第四节

核酸的理化性质当前48页，总共60页。核酸在波长260nm处有强烈的吸收，是由碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有强烈的紫外吸收当前49页，总共60页。碱基的紫外吸收光谱当前50页，总共60页。

OD260的应用：1.DNA或RNA的定量50μg/ml双链DNA40μg/ml单链DNA（RNA）20μg/ml寡核苷酸OD260=1.02.判断核酸样品的纯度DNA纯品:

OD260/OD280=1.8RNA纯品:

OD260/OD280=2.0当前51页，总共60页。二、DNA变性是双链解离为单链的过程某些理化因素导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，DNA双链解离为单链的过程。

定义DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。当前52页，总共60页。方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。部分解链双链DNADNA变性当前53页，总共60页。1.OD260增高（增色效应）

2.粘度下降3.比旋度下降

4.浮力密度升高

5.生物活性丧失

变性后其它理化性质变化：增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象当前54页，总共