生物化学：第2章 核酸的结构与功能

StructureandFunctionofNucleicAcid第二

章

核酸的结构和功能核酸(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。核酸的分类及分布

存在于细胞核和线粒体内。存在于胞核、胞液和线粒体。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸

核糖核酸遗传信息载体，决定细胞和个体的遗传型。参与遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。第一节核酸的化学组成及一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid核酸的基本组成单位是核苷酸

(nucleotide)。碱基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸RNA的基本组成单位是核糖核苷酸嘌呤

嘧啶

碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸的结构每种核酸都含有四种碱基。嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)一、碱基嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)NNOHOH二、戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´OHOCH2OHOHOH核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)1´2´3´4´5´碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷(nucleoside)

（或脱氧核苷）三、核苷核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。

四、核苷酸

多磷酸核苷酸：

NMP，NDP，NTP

环化核苷酸:cAMP，cGMP5´端3´端五、核酸核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。CGA3´，５´磷酸二酯键：

指一个核苷酸的3´-OH与相邻核苷酸5´-Pi脱水缩合形成的酯键第二节DNA的结构与功能StructureandFunctionofDNA一、核酸的一级结构定义核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。化学键？5´端3´端核苷酸之间以3

,5

-磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。CGA书写方法两种最重要的生物大分子比较氨基酸核苷酸20种

A、C、G、T(DNA)

A、C、G、U

(RNA)肽键磷酸二酯键AA排列顺序碱基序列二、三、四级双螺旋、超螺旋

生命活动贮存与表达遗传信息直接执行者决定蛋白结构蛋白质

核酸组成单位化学键一级结构空间结构功能二、DNA的二级结构——双螺旋结构(1953年)（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ErwinChargaff（1905－1995）DNA分子X射线衍射照片RosalindFranklin

（二）DNA双螺旋结构模型要点1.两条链，反向平行，围绕同一中心轴构成右手螺旋。表面有大沟和小沟。2.磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基平面垂直于螺旋轴而伸入内侧

两链通过碱基间的氢键相连，A－T有两个氢键，C－G有三个氢键，这种A-T、C-G配对的规律，称为碱基互补规则。亲水性的骨架位于双链的外侧。疏水性的碱基位于双链的内侧。骨架与碱基碱基互补配对TAGC3.螺旋直径2nm，。每圈螺旋含10个碱基对(bp)，螺距为3.4nm。4.维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱基堆积力（主）。1.外观：双股链、反平行、右螺旋、大小沟；

直径2nm、3.4nm螺距3.稳定因素：横向氢键：A－T两条、G－C三条

纵向碱基堆砌力更重要

DNA双螺旋结构要点：2.

主、侧链：主链—磷酸戊糖、螺旋外侧、戊糖平面平行假想轴。侧链—内侧碱基互补碱基平面垂直假想轴。（三）DNA双螺旋结构的多样性Z型DNAB型DNAA型DNA三、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装（一）原核生物DNA的超螺旋结构超螺旋结构(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（二）真核生物DNA在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核小体串珠样的结构双链DNA的折叠和组装DNA经过多次折叠，被压缩了8000～10000倍，组装在直径只有为数微米的细胞核内。第三节

RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA与DNA相比，RNA种类繁多，分子量相对较小，一般以单链存在，但可以有局部二级结构。其碱基组成特点是含有尿嘧啶(U)而不含胸腺嘧啶（T）动物细胞内主要RNA的种类及功能一、信使RNA的结构与功能hnRNA

内含子(intron)mRNA*mRNA成熟过程

外显子(exon)寿命最短、种类最多*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。帽子结构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mRNA的功能：作为蛋白质合成的模板。从mRNA分子中，每3个核苷酸为一组决定一个AA称为密码子*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，作为蛋白质生物合成的模版。DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞*

tRNA的一级结构特点含稀有碱基较多

3´末端为—CCA-OH二、转运RNA的结构与功能分子量最小、含稀有碱基比例最高的一类RNA

稀有碱基*tRNA的二级结构——三叶草形

DHU环反密码环

TΨC环氨基酸臂氨基酸臂额外环5′3′CAU5′3′5′3′*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。*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。含量最多真核生物5S

rRNA5.8SrRNA28SrRNA

18SrRNA

原核生物5S

rRNA

23SrRNA16SrRNA小亚基成分大亚基成分核蛋白体大小亚基所含的rRNA成分，S为沉降系数。核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节一、核酸的一般理化性质元素组成:C、H、O、N、P核酸为多元酸，具有较强的酸性；DNA是线性高分子，粘度极大；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。二、核酸的紫外吸收240－290nm范围，最大吸收峰在260nm481216消光系数8×10－3AGTCU220240260280300320nm波长各种碱基的紫外吸收光谱DNA或RNA的定量A260=1.0相当于

50μg/ml双链DNA(dsDNA)40μg/ml单链DNA(ssDNAorRNA)20μg/ml寡核苷酸确定样品中核酸的纯度

纯

DNA:A260/A280=1.8

纯

RNA:A260/A280=2.0紫外吸收的应用三、DNA变性、复性与杂交在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。定义DNA变性的本质是碱基堆积力的破坏和双链间氢键的断裂。（一）DNA变性高温或极端的pHDNA的变性DNA的紫外吸收光谱增色效应：DNA变性时其溶液A260增高的现象。解链曲线：在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图，所得的曲线称为解链曲线。

Tm：A260值达到最大值的一半时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度。其大小与G+C含量成正比G+C含量越高，解链温度就越高。解链曲线的变化定义在适当条件下，变性DNA的两条