杨荣武生物化学第六章 核酸的结构与功能

第六章核酸的结构与功能提要一、核酸的分类二、核酸的一级结构三、核酸的高级结构DNA的高级结构RNA的高级结构四、核酸与蛋白质的相互作用DNA与蛋白质形成的复合体RNA与蛋白质形成的复合体五、核酸的功能DNA——一种类型，一种功能

RNA——多种类型，多种功能

编码RNA和非编码(NcRNA)核酸的分类DNA和RNA的结构异同C自发脱氨基变成U修复酶能够识别这些突变，以用C取代这些U。如何区分正常的U和突变而来的U?使用T就很容易解决以上问题。CU为什么DNA的第四个碱基通常是T?RNA临近的-OH使其更容易DNA缺乏2'-OH更加稳定

遗传物质必须更加稳定RNA需要的时候合成，不需要的时候需要迅速降解。为什么DNA2'-脱氧，RNA不是?RNA处于单链状态，使其能够自我折叠成可以和蛋白质相媲美的各种类型的二级结构和三级结构，这是形成RNA结构多样性的基础，否则所有的RNA与DNA一样，只能形成千篇一律的双螺旋。RNA在三维结构的多样性使其在细胞内能行使多项生物学功能。DNA通常是双链的，使其能够充分地行使作为遗传物质这项唯一的功能为什么RNA通常单链，DNA通常双链？不同类型的RNA的功能和分布不同类型的RNA的功能和分布定义：核苷酸或碱基的排列顺序写法：从左到右，5'端到3'端意义：DNA一级结构贮存各种遗传信息核酸的一级结构构成DNA和RNA核苷酸的结构和连接方式DNA的二级结构主要是各种形式的螺旋，特别是B-型双螺旋，此外还有A-型双螺旋、Z-型双螺旋、三链螺旋和四链螺旋等DNA的二级结构HappyBirthday,

DoubleHelix

"MolecularStructureofNucleicAcids:

AStructureforDeoxyriboseNucleicAcid"

(Nature,April25,1953.volume171:737-738.)

"Thenovelfeatureofthestructureisthemannerinwhichthetwochainsareheldtogetherbythepurineandpyrimidinebases...The(bases)arejoinedtogetherinpairs,asinglebasefromonechainbeinghydrogen-bondedtoasinglebasefromtheotherchain,sothatthetwoliesidebyside...Oneofthepairmustbeapurineandtheotherapyrimidineforbondingtooccur....Onlyspecificpairsofbasescanbondtogether.Thesepairsare:adenine(purine)withthymine(pyrimidine),andguanine(purine)withcytosine(pyrimidine).""...inotherwords,ifanadenineformsonememberofapair,oneitherchain,thenontheseassumptionstheothermembermustbethymine;similarlyforguanineandcytosine.Thesequenceofbasesonasinglechaindoesnotappeartoberestrictedinanyway.However,ifonlyspecificpairsofbasescanbeformed,itfollowsthatifthesequenceofbasesononechainisgiven,thenthesequenceontheotherchainisautomaticallydetermined.""...Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegeneticmaterial.Thestructureitselfsuggestedthateachstrandcouldseparateandactasatemplateforanewstrand,thereforedoublingtheamountofDNA,yetkeepingthegeneticinformation,intheformoftheoriginalsequence,intact."已步入古稀之年的Watson（左）和Crick（右）在讨论DNA双螺旋结构模型DNA二级结构的主要形式为Watson和Crick于1953年提出的B型双螺旋，其主要内容是：DNA由两条呈反平行的多聚核苷酸链组成，两条链相互缠绕形成右手双螺旋；组成右手双螺旋的两条链是互补的，它们通过特殊的碱基对结合在一起，一条链上的A总是与另一条链的T，G总是和C配对。其中AT碱基对有二个氢键，GC碱基对有3个氢键；碱基对位于双螺旋的内部，并垂直于暴露在外的脱氧核糖磷酸骨架。碱基对之间通过疏水键和范德华力相互垛叠在一起，对双螺旋的稳定起一定的作用；双螺旋的表面含有明显的大沟和小沟（其宽度分别为2.2nm和1.2nm；双螺旋的其他常数包括相邻碱基对距离为0.34nm，并相差约36°。螺旋的直经为2nm，每一转完整的螺旋含有10个碱基对，其高度为3.4nm。B型双螺旋AT和GC碱基对的配对性质B-型DNA双螺旋结构的主要特征大沟和小沟的秘密X射线衍射数据Chargaff规则碱基的互变异构DNA双螺旋结构的证据物种A:TG:CA:G人1.001.001.56大麻哈鱼1.021.021.43小麦1.000.971.22酵母1.031.021.67大肠杆菌1.090.991.05粘质沙雷菌0.950.860.70不同物种DNA的A/T、G/C和A/G的比率氢键氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性作用的是碱基的堆集力。碱基堆集力这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相邻碱基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之间>嘌呤与嘧啶之间>嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化能提高碱基的堆积力。阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和双螺旋稳定的因素DNA的ABZ双螺旋和三螺旋A型双螺旋、B型双螺旋和Z型双螺旋的比较由AlexRich发现存在于DNA富含G:C的区域G为顺式构象C保持反式，但整个胞苷酸（碱基和脱氧核糖）翻转180度结果是G:C氢键在Z-DNA中得以保持!Z-DNA细胞内的DNA在特殊的条件下还可能形成其他几种非标准的二级结构。这些特殊的条件包括：DNA受到某些蛋白质的作用（如组蛋白）；DNA本身所具有的特殊基序，例如反向重复序列，回文结构，镜像重复，直接重复，高嘌呤序列，高嘧啶序列，富含A序列和富含G序列。（1）弯曲（2）十字形（3）三链螺旋与H-DNA（4）碱基翻转（5）四链螺旋与G-四联体（6）滑动错配DNA（SMP-DNA）DNA的非标准二级结构DNA弯曲十字形DNA的形成三螺旋DNA（H-DNA）Hoogsteen碱基对与Watson-Crick碱基对

DNA双螺旋上某一个位置的C发生的翻转DNA四连结构滑动错配DNA如果通过某种手段使得DNA双螺旋每一圈的碱基对数目多于或少于10对，将导致DNA双螺旋缠绕过多或缠绕不足；如果这时的DNA两端被固定或者DNA本来是共价闭环的，则DNA会因张力无法释放而自发地形成超螺旋结构。DNA超螺旋分为正超螺旋和负超螺旋，其中正超螺旋为左手超螺旋，由DNA双螺旋过度缠绕引起，负超螺旋为右手超螺旋，由DNA双螺旋缠绕不足引起。DNA的三级结构——超螺旋正超螺旋与负超螺旋DNA复制过程中正超螺旋DNA的形成从DNA双螺旋到染色体电镜下的核小体结构

核小体结构模型RNA的二级结构主要取决于它的碱基组成