生物化学课件-核酸的结构和功能

1第二章核酸的结构和功能StructureandFunctionofNucleicAcid2

绚丽多彩的生物世界是怎么产生的？成千上万种不同性状和习性生物间有什么关系？这是自古以来，人们追问的问题。

————DNA3以核苷酸为基本组成单位生物大分子储存、携带和传递遗传信息核酸(nucleicacid)4脱氧核糖核酸/DNA(deoxyribonucleicacid,)核糖核酸/RNA(ribonucleicacid,)细胞核、线粒体、叶绿体质粒等胞液、胞核遗传信息、决定基因型DNA遗传信息的表达核酸的分类、分布及作用：

5第一节核酸的化学组成TheChemicalComponentofNucleicAcid6元素组成:C、H、O、N、P（9%～10%）分子组成—三部分碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖磷酸(phosphate)构成核酸的基本组成单位—核苷酸7一、碱基嘌呤(purine)

2种嘧啶(pyrimidine)3种对碱基的说明：8二、2种戊糖（RNA成分）核糖(ribose)（DNA成分）1´2´3´4´5´脱氧核糖(deoxyribose)原子编号：1'、2'9…核苷…脱氧核苷三、核苷(ribonucleoside)碱基种类及名称：核苷嘌呤9位N/嘧啶1位N与糖1'C形成糖苷键1ONNNH21´OHOCH2OHOH核糖10四、核苷酸(ribonucleotide)ONNNH2OCH2OHOHPOOOHOH结构举例核苷/脱氧核苷磷酸酯键核苷酸的结构：磷酸11核苷酸种类和名称：常见碱基部分可为5种碱基的一种核糖部分可为核糖或脱氧核糖酸的部分可为一磷酸、二磷酸、三磷酸或环磷酸中的一种根据三个组成部分12核苷酸的主要功能：核苷三磷酸——是合成核酸原料，又能提供能量。核苷二磷酸——活化中间代谢物,如UDP-葡萄糖等。核苷一磷酸——是核酸的组分,还是一些辅酶的成分。核苷环磷酸——在细胞信号转导中起重要作用。13小结：两类核酸的基本成分区别

RNA

DNA

磷酸

磷酸

磷酸

戊糖

D-核糖

D-2-脱氧核糖

嘌呤碱

腺(A)、鸟(G)

腺(A)、鸟(G)

嘧啶碱

胞(C)、尿(U)

胞(C)、胸腺(T)

两种核酸有异同，腺鸟胞磷能共用。RNA中为核糖，DNA中含有胸。

14小结：两类核酸的基本组成单位

RNA

DNA

AMPGMPCMPUMP

dAMPdGMPdCMPdTMP15五、核酸多个核苷酸（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，称为多聚核苷酸

(脱氧核苷酸)链，即RNA链。一个核苷酸（脱氧核苷酸）3的羟基与另一个核苷酸（脱氧核苷酸）

5的α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiesterbond)。1617整理：DNA和RNA组成的异同DNA和RNA的基本组成单位18第二节DNA的结构DimensionalStructureofDNA19核酸中核苷酸的排列顺序/碱基序列。连接键：3'，5'磷酸二酯键方向性：5'→3'定义：一、DNA的一级结构（染色体DNA的结构）20AG

P5PT

PG

PC

PT

POH3书写方法5

pApCpTpGpCpT-OH

35

A

C

T

G

C

T

3简化：再简化：21核酸分子大小表示法：碱基数目表示

base、kilobase、用于单链DNA或RNA碱基对数目

basepair(bp),kilobase

pair(kbp)用于双链DNA或RNA小的核酸片断（小于50bp）称寡核苷酸22

DNA一级结构的意义：编码生命的遗传信息

简单而又完美四个字“A

、

G

、C

、T”！惊叹：具有强大编码能力——DNA计算机神奇：演化整个生物界——生命语言蛋白质一级结构DNA一级结构计算机二进制编码符号20种氨基酸A/G/C/T0/1语言蛋白质语言核酸语言智能语言231962

NobelPrizeinPhysiologyorMedicine二、DNA的二级结构——doublehelix24（一）DNA双螺旋结构的研究背景

Chargaff规则的碱基组成分析

DNA纤维的X-线衍射图谱分析（1951）

[A]=[T]；[G]=[C]

血红蛋白多肽链为α螺旋链的发现（1951）背景知识：25争论焦点：DNA是双螺旋、三螺旋，还是四螺旋呢？磷酸与戊糖组成的骨架处在外侧，还是在内侧呢？碱基配对:A-A、T-T，还是A-T呢？26

碱基的理化数据分析（1952）A-T、G-C以氢键配对较合理研究方法：

拼图法（象“搭积木”游戏一样）27（二）B-DNA(Watson-Crick)结构要点：分析结构图要点小结：

1953年4月25日《Nature》杂志发表了Watson与Crick的DNA双螺旋结构假说的短文28（三）DNA双螺旋结构的多样性研究意义

DNA双螺旋结构模型完美地说明了遗传物质的遗传、生化和结构的主要特征，它的提出是生物学史上划时代的事件。从此，遗传学的历史和生物学的历史正式从细胞阶段进入了分子阶段。29超螺旋结构意义:DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构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。

二、DNA的高级结构是超螺旋结构30大多原核生物的DNA是共价封闭的环形DNA双螺旋，在细胞内进一步盘绕成类核。环状和超螺旋DNA结构示意图（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构31

研究表明：DNA若完全展开的话，有将近2米，而细胞的尺寸是微米级的。那么DNA是如何存在于细胞内部的呢？

（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的结构32核小体的构成核心颗粒连接区核心组蛋白：组蛋白八聚体H2A、H2B、H3、H4各2分子DNA双螺旋分子(150bp)在核心组蛋白缠绕1.75圈DNA（60bp）组蛋白H1

连接核心颗粒核小体由DNA和蛋白质构成是真核生物染色质的基本单位33核小体的折叠及染色体组装—2nm11nm30nm300nm1400nm700nm逐级盘曲折叠34DNA压缩了8000～10000倍核小体螺线管染色质纤维超螺线管35三、DNA的功能是DNA分子中特定区段核苷酸的排列顺序，即碱基序列信息，它决定了基因的功能。基因：基因组：一个遗传体系所有基因总和的一整套遗传信息。以基因的形式储存、携带和传递遗传信息。36整理：DNA一级结构：概念化学键方向DNA双螺旋结构要点核小体37第三节

RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA38

RNA特点：

RNA种类、分布、功能：3953AUG……………UAA密码子编码区5非翻译区3非翻译区m7GpppAAA…An帽子结构多聚A尾1.哺乳类动物mRNA结构示意图：一、信使RNA（mRNA）402.真核细胞mRNA结构特点：5´帽子结构：m7Gpppm2′Npm2′Np—3´末端多聚A尾polyA编码区hnRNA剪掉内含子，外显子拼接。413.mRNA的功能把DNA的遗传信息，转录成mRNA的密码、指导蛋白质合成的氨基酸排列顺序。DNA（遗传信息）转录mRNA（密码载体）翻译蛋白质(氨基酸序列)422.tRNA的二级结构—三叶草形3.tRNA的三级结构—倒L形二、转运RNA（tRNA）1.tRNA的一级结构特点434.tRNA的功能：把活化的aa搬运到核糖体，tRNA的反密码子与mRNA的密码子特异性结合，使氨基酸对号入座。mRNA3´5´321

3´aa5´氨基酰-tRNA441.rRNA的结构：参与组成核蛋白体，为蛋白质生物合成的场所。2.rRNA的种类：3.rRNA的功能：多个茎环结构组成三、核蛋白体RNA（rRNA）45局部双链tRNArRNAmRNA三叶草形、倒L形含稀有碱基多反密码子CCA—OH3'呈花状5'—m7GpppNm、3'—polyA编码序列单链局部双链结构蛋白质合成的模板搬运活化的aa到核糖体组成核蛋白体分子大小不一,量<10%,代谢快分子量小120碱基稳定分子大120碱基量>80%,稳定三种RNA内容小结功能46整理：三种RNA的功能tRNA的二、三级结构特点rRNA的种类及大小核蛋白体组成47ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节核酸的理化性质48DNA变性的图示：理化因素，DNA双链间氢键断裂，成两条单链。定义：一、核酸分子具有强烈的紫外吸收二、DNA变性是双链解离为单链的过程增（高）色效应：

DNA变性时其溶液OD260增高的现象49DNA热