第14章 核酸的结构.ppt

1、第14章 核酸的结构,The structure of Nucleic Acid,一本“唤起生物学革命的小册子”,核酸的结构,核酸的结构,一次改变生物学进程的比赛,核酸的结构,核酸,核苷酸,水 解,核酸的结构,核 酸,核苷酸,1、核苷酸,核酸的结构,戊糖,核酸的结构,碱基,RNA,DNA,嘧啶环,嘌呤环,尿嘧啶 U,胸腺嘧啶 T,胞嘧啶 C,鸟嘌呤 G,腺嘌呤 A,核酸的结构核苷酸,1、碱基：稀有碱基，多为甲基化碱基，在tRNA中较多,5-甲基胞嘧啶,次黄嘌呤,黄嘌呤,核酸的结构核苷酸,2、核苷：碱基与核糖或脱氧核糖以糖苷键相连形成核苷,碱基与戊糖连接部位,核酸的结构核苷酸,2、核苷：碱基与核

2、糖或脱氧核糖以糖苷键相连形成核苷,胞嘧啶核苷,尿嘧啶核苷,胞嘧啶脱氧核苷,核酸的结构核苷酸,2、核苷：碱基与核糖或脱氧核糖以糖苷键相连形成核苷,鸟嘌呤核苷,腺嘌呤核苷,核酸的结构核苷酸,3、核苷酸：核苷中的戊糖羟基被磷酸化形成核苷酸,5-腺嘌呤核苷酸 AMP,3-腺嘌呤核苷酸,核酸的结构核苷酸,3、核苷酸：核苷中的戊糖羟基被磷酸化形成核苷酸,5-腺核苷三磷酸 ATP,3，5-环化腺苷酸 cAMP,2、核酸的共价结构,核酸的结构核酸的共价结构,1、核酸中核苷酸的连接方式：,3，5-磷酸 二酯键相连,核酸的结构核酸的共价结构,1、核酸中核苷酸的连接方式：,核酸的结构核酸的共价结构,1、核酸中核苷酸

3、的连接方式：,A,核苷酸,首端,末端,核酸的结构核酸的共价结构,2、DNA和RNA的一级结构 DNA和RNA均为3，5-磷酸二酯键连接的线型多聚核苷酸链。 RNA种类很多，一级结构也各不相同。 RNA一级结构研究最多的是tRNA、rRNA以及一些小分子的RNA。,核酸的结构核酸的共价结构,2、DNA和RNA的一级结构,tRNA一级结构具有以下特点： 分子量25000左右，大约由7090个核苷酸组成，沉降系数为4S左右。 分子中含有较多的稀有碱基。 3-末端都具有CpCpAOH的结构。 5端多为pG,也有pC。,核酸的结构核酸的共价结构,2、DNA和RNA的一级结构,mRNA一级结构的特点： 真

4、核生物：单顺反子、 5 -末端有“帽子” 和非编码区， 3 -末端有polyA片段和非编码区 原核生物：多顺反子、 5 -末端无“帽子”，有非编码区 3 -末端无polyA片段（病毒除外），有非编码区 顺反子： mRNA上具有翻译功能的核苷酸顺序。 polyA片段：指20-250个多聚腺苷酸。 “帽子”结构： 5-末端的G被甲基化，通过焦磷酸与另一个发生了核糖上甲基化的核苷酸以5、 5-磷酸二酯键相连,核酸的结构核酸的共价结构,核酸的结构核酸的共价结构,2、DNA和RNA的一级结构,rRNA一级结构的特点： 动物细胞核糖体rRNA有四类：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SR

5、NA。许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的二级结构都已阐明。与tRNA不同，rRNA的甲基化多发生在核糖上。真核生物的rRNA中修饰核苷比原核生物多。,3、DNA的高级结构,核酸的结构DNA的高级结构,1、DNA碱基组成的Chargaff规则,腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，A=T； 鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数相等，G=C； 含氨基的碱基等于含酮基的碱基，A+C=G+C； 嘌呤的总数等于嘧啶的总数，A+G=T+C,2、DNA的二级结构,核酸的结构DNA的高级结构,核酸的结构DNA的高级结构,2、DNA的二级结构,DNA双螺旋模型的主要特征： 1、二条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕

6、，两条链均为右手螺旋； 2、嘌呤和嘧啶位于双螺旋的内侧，磷酸位于外侧，彼此通过3，5磷酸二酯键相连形成DNA骨架，习惯上将C3C5为正向；两条链配对偏向一侧，形成一条大沟和一条小沟；,核酸的结构DNA的高级结构,2、DNA的二级结构,DNA双螺旋模型的主要特征： 3、双螺旋平均直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，二个核苷酸之间的夹角为36o，即沿中心轴每旋转一圈有10个核苷酸，每一圈的高度为3.4nm； 4、二条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢键而结合在一起；A与T配对（二个氢键），G与C配对（三个氢键），因此GC连接稳定；此配对称为碱基互补配对规律；,核酸的结构DNA的高级结构,2、D

7、NA的二级结构,DNA双螺旋模型的主要特征： 5、碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。但是根据碱基配对原则，当一条多核苷酸链的序列被确定后，即可决定另一条互补链的序列，这就表明，遗传信息是由碱基的序列所携带。,核酸的结构DNA的高级结构,核酸的结构DNA的高级结构,2、DNA的二级结构 影响双螺旋DNA稳定性的主要作用力是： 疏水相互作用 碱基堆积力（范德华力） 氢键 静电排斥力,核酸的结构DNA的高级结构,核酸的结构DNA的高级结构,2、DNA的二级结构,A-DNA,B-DNA,Z-DNA,核酸的结构DNA的高级结构,2、DNA的二级结构 A-DNA：是在RH75%所得到的DNA纤维结构。

8、 A-DNA也是由反向的二条多核苷酸链组成的双螺旋结构，也为右手螺旋，但螺旋体宽而短，碱基对与中心轴的倾角也不同，呈19o，每一圈螺旋有11个核苷酸，而不是10.4个，每一圈螺旋的距离是2.5nm而不是3.4nmDNA螺旋的分子直径为2.6nm。,核酸的结构DNA的高级结构,2、DNA的二级结构 Z-DNA：因其结构呈Z型而称为Z型DNA，它是一左手双螺旋结构，明显要比B型DNA细长，螺旋直径为1.8nm，一圈的螺距为4.5nm，它的结构上只有一条大沟而无小沟，在胞嘧啶（C）与鸟嘌呤（G）交替的DNA片断中，尤其是CGCGCG寡聚体时出现Z-DNA； 天然B-DNA结构中可能局部出现Z-DNA

9、，说明二者是可以互换的。,核酸的结构DNA的高级结构,2、DNA的二级结构,三股螺旋,H-DNA结构,核酸的结构DNA的高级结构,3、DNA的超螺旋 是DNA双螺旋通过扭曲和折叠形成的特定构象。超螺旋是DNA三级结构的一种形式。,核酸的结构DNA的高级结构,3、DNA的三级结构,环状DNA的拓扑学特征： 1.连环数（linking number） 连环数指在双螺旋DNA中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数，以L表示。 2.扭转数（缠绕数：twisting number） 扭转数是指DNA分子中Watson-Crick的螺旋数，以T表示。 3.超螺旋数（writhing number）以W表

10、示。 L=T+W DNA分子具有相同的结构，但L值不同，所以称它们为拓扑异构体。拓扑异构酶能够催化它们之间的转换。 DNA负超螺旋易于解链，在DNA复制、重组和转录等过程中都需要两条链解开，所以负超螺旋利于这些功能的实施。,核酸的结构DNA的高级结构,3、DNA的三级结构,解链环形L=23 T=23 W=0,松弛环形 L=25 T=25 W=0,负超螺旋 L=23 T25 W=-2,核酸的结构DNA的高级结构,3、DNA的三级结构,环状DNA的拓扑学特征： 4、比连环差（specific linking difference） 以表示。用它表示DNA的超螺旋程度。 =（L-L0）/L0 L0表

11、示松弛环形DNA的L值，如在上述超螺旋中，L=23，L0=25 所以=-0.08,DNA拓扑异构：除连环数不同外（如上述L=25，L=23），其他性质均相同的DNA分子。 双螺旋DNA在拓扑异构变化中T相同，是W不同导致L不同。 DNA拓扑异构现象：为DNA超螺旋状态与解旋状态之间的相互转换，不发生碱基组成或顺序（一级结构）的任何变化，是DNA复制、重组或转录时所必需的。,核酸的结构DNA的高级结构,核酸的结构DNA的高级结构,拓扑异构酶：引起DNA拓扑异构之间转变的酶，可改变DNA拓扑异构体的L值，有两类： 类：使双链超螺旋DNA转变成松弛型环状DNA，每一次催化作用可消除一个负超螺旋，L值

12、增加1。 类：使松弛型环状DNA转变成负超螺旋型DNA，每次催化作用使L减少2，又称促旋酶。 两类酶含量严格控制，使细胞内DNA保持一定超螺旋水平。,核酸的结构DNA的高级结构,4、DNA的四级结构（DNA与蛋白质复合物的结构）,病毒、细菌拟核和真核生物的染色体都存在DNA的组装和一定程度的压缩。 病毒：通常只有几个至几十个基因，主要由核酸和蛋白质组成，有时还含有脂质和糖类。病毒的侵染性由核酸决定。核酸位于内部，蛋白质包裹着核酸为衣壳，有的还有脂蛋白被膜。,核小体是真核生物染色质的基本结构单位，由核小体链形成纤维，进而折叠螺旋化，组装成不同层次结构的染色质和染色体。 DAN分子十分巨大，要组装

13、到有限的空间，压缩比达1000-2000，组装成染色体则高达8000-10000。,核酸的结构DNA的高级结构,4、DNA的四级结构（DNA与蛋白质复合物的结构）,核酸的结构DNA的高级结构,核酸的结构DNA的高级结构,4、DNA的四级结构,核小体,纤丝,突环与玫瑰花结,螺旋圈,核酸的结构DNA的高级结构,4、DNA的四级结构,2.4、 RNA的高级结构,核酸的结构RNA的高级结构,1、RNA高级结构的特点 RNA通常是单链线型分子。 RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构（类似A-DNA双螺旋结构），不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地称为“发夹型”结构或茎环结构。,核酸的

14、结构RNA的高级结构,RNA可自身回折形成局部双螺旋（二级结构），进而折叠（三级结构），除tRNA外，几乎全部细胞中的RNA都与蛋白质形成核蛋白复合物（四级结构）。,核酸的结构RNA的高级结构,2、tRNA的二级结构 tRNA在蛋白质生物合成中主要起转运氨基酸和识别密码子的作用，除此之外还在蛋白质合成起始、DNA反转录合成及其代谢调节中起重要作用。每一种氨基酸都有一种或几种与其相对应的tRNA。,核酸的结构RNA的高级结构,2、tRNA的二级结构 tRNA的二级结构大都呈“ 三叶草” 形状，在结构上具有某些共同之处，一般可将其分为四臂四环：包括氨基酸接受臂、反密码（环）臂、二氢尿嘧啶（环）臂、

15、假尿嘧啶-胸腺嘧啶核糖核苷（环）臂和可变环。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。,核酸的结构RNA的高级结构,(1)氨基酸接受区包含有tRNA的3-末端和5-末端， 3-末端的最后3个核苷酸残基都是CCA，A为腺苷酸。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。(2)反密码区与氨基酸接受区相对，一般环中含有7个核苷酸残基，臂中含有5对碱基。其中环中正中的3个核苷酸残基称为反密码子。,2、tRNA的二级结构,核酸的结构RNA的高级结构,（3)二氢尿嘧啶区 该区含有二氢尿嘧啶。环由8-12个核苷酸组成，臂由3-4对碱基组成。 (4) TC区 该区与二氢尿嘧啶区相对， 假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环(TC)由7个核苷酸组成，通过由5对碱基组成的双螺旋区(TC臂)与tRNA的其余部分相连。除个别例外，几乎所有tBNA在此环中都含有TC 。 (5)可变区 位于反密码区与TC区之间，不同的tRNA该区变化较大，一般有3-