核酸的结构和功能

核酸的结构和功能核酸的结构和功能第1页学习目标：学会使用科学语言和方式来描述核酸分子结构。理解核酸分子结构与其功效属性之间关系。为学习相关DNA复制及基因表示分子机制打下基础。核酸的结构和功能第2页核酸——存在于细胞中一类大分子酸性物质。核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）核酸的结构和功能第3页RNA和DNA基础组成单位——单核苷酸（nucleotide）多核苷酸链。主要生理功效——RNA主要参加遗传信息表示。DNA是遗传信息载体。核酸的结构和功能第4页Section1TheChemicalCompositionandPrimaryStructureofNucleicAcid核酸的结构和功能第5页核酸水解产物核酸的结构和功能第6页1.嘧啶碱（pyrimidine）

(一)核苷酸中碱基组成(BasesinNucleotides)一、核苷酸是组成核酸基础单位

TheBasicUnitsofNucleicAcidsareNucleotides核酸的结构和功能第7页2.嘌呤碱（purine）

核酸的结构和功能第8页(二)戊糖与核苷(PentoseandNucleoside)1．戊糖（pentose）：

核酸的结构和功能第9页2．核苷（nucleoside）：

核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合（

，N糖苷键）而生成化合物。核酸的结构和功能第10页核酸的结构和功能第11页

“稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成核苷。核酸的结构和功能第12页(三)核苷酸结构与命名(Structureand

Nomenclature

of

Nucleotide)核苷酸——由核苷与磷酸脱水缩合后生成磷酸酯类化合物。核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸核苷酸5

-核苷酸2

-核苷酸3

-核苷酸核酸的结构和功能第13页最常见核苷酸是5

-核苷酸（5

常被省略）。核酸的结构和功能第14页

5

-核苷酸又可按其在5

位缩合磷酸基数目标多少，分为：

一磷酸核苷（核苷酸）二磷酸核苷三磷酸核苷核酸的结构和功能第15页环核苷酸分子结构环一磷酸鸟苷（环鸟苷酸）环一磷酸腺苷（环腺苷酸）核酸的结构和功能第16页核苷酸命名及缩写符号脱氧碱基磷酸基数目磷酸dAMPGDTTCU核酸的结构和功能第17页二、核酸一级结构是核苷酸排列次序

PrimaryStructureofNucleicAcidIsSequenceofNucleotides一分子核苷酸3

-位羟基与另一分子核苷酸5

-位磷酸基经过脱水可形成3

,5

-磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。核酸就是由许多核苷酸单位经过3

,5

-磷酸二酯键连接起来形成不含侧链长链状化合物，称为多核苷酸链。核酸的结构和功能第18页3',5'-磷酸二酯键形成核酸的结构和功能第19页核酸是含有方向性长链状化合物，多核苷酸链两端，一端称为5

-端，另一端称为3

-端。5′端3′端CGA核酸的结构和功能第20页DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。主要概念：primarystructureofDNADNA一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸排列次序及连接方式（3

,5

-磷酸二酯键）。核酸的结构和功能第21页RNA分子主要由AMP，GMP，CMP，UMP四种核糖核苷酸组成。主要概念：primarystructureofRNARNA一级结构就是指RNA分子中核糖核苷酸排列次序及连接方式。核酸的结构和功能第22页DNA一级结构：

5

-AGTCCATG-3

AGTCCATG3-TCAGGTAC-5RNA一级结构：

5

-AGUCCAUG-3

AGUCCAUG

核酸一级结构表示方法核酸的结构和功能第23页Section2DimensionalStructureandFunctionofDNA核酸的结构和功能第24页一、DNA二级结构——双螺旋结构模型

SecondaryStructureofDNA——Double-helixStructuralModelDNA双螺旋结构是DNA二级结构一个主要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来一个结构模型（获1962年度诺贝尔奖）。JamesWatson(L)andFrancisCrick(R),andthemodeltheybuiltofthestructureofDNA核酸的结构和功能第25页(一)对DNA双螺旋结构模型作出贡献科学家OswaldAvery(1877-1955)ErwinChargaff(1905-)核酸的结构和功能第26页Chargaff研究小组贡献1950～1953，Chargaff研究小组对DNA化学组成进行了分析研究，发觉：①DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，差异越大；②相同物种，不一样组织器官中DNA碱基组成相同，而且不因年纪、环境及营养而改变；③DNA分子中四种碱基摩尔百分比含有一定规律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为Chargaff规则。核酸的结构和功能第27页LinusPauling(1901-1994)RosalindFranklin(1920-1958)核酸的结构和功能第28页MauriceWilkins(1916-)1953年由Franklin和Wilkins等人完成研究工作，发觉了DNA晶体X线衍射图谱中存在两种周期性反射，并证实DNA是一个螺旋构象。Fig.51核酸的结构和功能第29页JamesDeweyWatson(1928-)FrancisCrick(1916-)核酸的结构和功能第30页(二)DNA双螺旋结构模型（Double-helixModelofDNA）当前已知DNA双螺旋结构可分为A、B、C、D及Z型等数种，除Z型为左手双螺旋外，其余均为右手双螺旋。

核酸的结构和功能第31页B型DNA双螺旋结构模式图核酸的结构和功能第32页碱基配对及氢键形成核酸的结构和功能第33页1.为右手、反平行双螺旋；2.主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；3.两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形成氢键，称为碱基互补标准（A与T为两个氢键，G与C为三个氢键）；4.螺旋稳定原因为氢键和碱基堆砌力；5.螺旋螺距为3.54nm，直径为2.37nm。

B型双螺旋DNA结构特点核酸的结构和功能第34页除B构象之外，DNA二级结构还包含右手双螺旋结构A构象、C构象和D构象等各种构象，以及左手双螺旋结构Z构象。AformZformBform(三)DNA双螺旋结构多态性核酸的结构和功能第35页二、DNA高级结构是超螺旋结构

SuperhelixisSuper-structureofDNA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。

核酸的结构和功能第36页绝大多数原核生物DNA都是共价封闭环状双螺旋。假如再深入盘绕则形成麻花状超螺旋结构。（一）原核生物DNA高级结构（Super-structureofDNAinProkaryote）核酸的结构和功能第37页（二）DNA在真核生物细胞核内组装（AssemblyofDNAinNucleiofEukaryoticCells）在真核生物中，双螺旋DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊串珠状结构，称为核小体（nucleosome）。核酸的结构和功能第38页核小体结构核酸的结构和功能第39页核小体、染色质与染色体核酸的结构和功能第40页三、DNA是遗传信息载体

DNAisaCarrierofInheritInformationDNA基础功效是作为遗传信息载体，为生物遗传信息复制以及基因信息转录提供模板。核酸的结构和功能第41页主要概念：geneDNA分子中含有特定生物学功效片段称为基因。主要概念：genome一个生物体全部DNA序列称为基因组。基因组大小与生物复杂性相关，如病毒SV40基因组大小为5.1×103bp，大肠杆菌为5.7×106bp，人为3.2×109bp。核酸的结构和功能第42页Section3StructureandFunctionofRNA核酸的结构和功能第43页RNA通常以单链形式存在，但也可形成局部双螺旋结构。RNA分子种类较多，分子大小改变较大，功效多样化。主要RNA种类有rRNA、mRNA、tRNA、HnRNA、SnRNA、SnoRNA、ScRNA等。

核酸的结构和功能第44页RNA种类、分布与功效核酸的结构和功能第45页一、mRNA是蛋白质合成模板

mRNAisaTemplateforProteinSynthesismRNA可形成局部双螺旋结构二级结构。mRNA在真核生物中初级产物称为hnRNA，经剪接过程转变为成熟mRNA。hnRNA内含子(intron)编码序列mRNA

外显子(exon)编码序列核酸的结构和功能第46页大多数真核成熟mRNA分子含有经典5

-端7-甲基鸟苷三磷酸（m7GTP）帽子结构和3

-端多聚腺苷酸(polyA)尾巴结构。

核酸的结构和功能第47页真核生物mRNA5

-端帽子结构m7GTP核酸的结构和功能第48页真核生物mRNA3

-端polyA结构核酸的结构和功能第49页mRNA分子中带有遗传密码，其功效是为蛋白质合成提供模板（template）。主要概念：geneticcodonmRNA分子中每三个相邻核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码。核酸的结构和功能第50页二、tRNA是蛋白质合成氨基酸载体

tRNAisaCarrierofAminoAcidsforProteinSynthesistRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多RNA，其稀有碱基含量可多达20%。tRNA是保守性最强RNA。tRNA是单链核酸，但其分子中一些局部也可形成双螺旋结构。

核酸的结构和功能第51页(一)tRNA二级结构tRNA二级结构因为局部双螺旋形成而展现“三叶草”形，故称为“三叶草”结构。核酸的结构和功能第52页携带氨基酸识别并结合氨基酰tRNA合成酶识别mRNA上密码识别并结合核糖体氨基酸臂DHU臂反密码臂可变臂TΨC臂核酸的结构和功能第53页(二)tRNA三级结构核酸的结构和功能第54页三、以rRNA为组分核糖体是蛋白质合成场所

RibosomeContainingrRNAisaPlaceforProteinSynthesisrRNA是细胞中含量最多RNA，占总量80%。rRNA与蛋白质一起组成核糖体（核蛋白体），作为蛋白质生物合成场所。核酸的结构和功能第55页核酸的结构和功能第56页大肠杆菌16SrRNA二级结构核酸的结构和功能第57页四、snmRNA参加基因表示调控

snmRNATakesPartinRegulationofGeneExpression细胞内不一样部位存在其它种类小分子RNA统称为非mRNA小RNA（snmRNA）。RNA组学主要研究细胞中snmRNA种类、结构与功效。核酸的结构和功能第58页这些snmRNA主要功效是参加基因表示调控。核酸的结构和功能第59页主要概念：ribozyme一些小分子RNA含有催化特定RNA降解活性，这种含有催化作用小RNA被称为核酶。核酶通常含有特殊分子结构，如锤头结构。核酸的结构和功能第60页核酶锤头结构核酸的结构和功能第61页Section4ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcids核酸的结构和功能第62页核酸含有酸性；粘度大；能吸收紫外光，最大吸收峰为260nm。故常见紫外分光光度法测定核酸含量。一、核酸能吸收紫外光NucleicAcidscouldAbsorbUltraviolet核酸的结构和功能第63页二、DNA变性是双链解离为单链过程

DenaturationofDNAisaProcessofDouble-helixSeparatedintoSingleChains主要概念：denaturationofDNA在理化原因作用下，DNA双螺旋两条互补链涣散而分开成为单链，从而造成DNA理化性质及生物学性质发生改变，这种现象称为DNA变性。引发DNA变性原因主要有：①高温，②强酸强碱，③有机溶剂等。核酸的结构和功能第64页①增色效应（hyperchromiceffect）：指DNA变性后对260nm紫外光光吸收度增加现象；②旋光性下降；③粘度降低；④生物学功效丧失或改变。DNA变性后性质改变核酸的结构和功能第65页主要概念：meltingtemperatureofDNA加热DNA溶液，使其对260nm紫外光吸收度突然增加，到达其最大值二分之一时温度，就是DNA变性温度（融解温度，Tm）。核酸的结构和功能第66页Tm高低与DNA分子中G+C含量相关，G+C含量越高，则Tm越高。核酸的结构和功能第67页三、DNA复性与分子杂交

RenaturationofDNAandMolecularHybridization将热变性后DNA溶液迟缓冷却，在低于变性温度约25～30℃条件下保温一段时间（退火，annealing），则变性两条单链DNA能够重新互补而形成原来双螺旋结构并恢复原有性质。将变性DNA经退火处理，使其重新形成双螺旋结构过程，称为DNA复性。核酸的结构和功能第68页