核酸結構精品課件

1、關于核酸的結構第一張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸 nucleic acid核苷酸 nucleotide核苷 nucleoside磷酸 phosphate嘌呤堿 purine base 或 嘧啶堿 pyrimidine base（堿基 base）核糖 ribose 或 脫氧核糖 deoxyribose （戊糖 amyl sugar）一、核酸的組成成分第二張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）核糖和脫氧核糖第三張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月腺嘌呤Adenine鳥嘌呤Guanine尿嘧啶Uracil胞嘧啶Cytosine胸腺嘧啶Thymine核酸中的堿基一般取堿基英文

2、名字的前三字符號表示(二)嘌呤堿與嘧啶堿第四張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月第五張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月含氧的堿基有稀醇式和酮式兩種異構體，在生理pH條件下主要以酮式存在，核酸中的堿基也以酮式存在。第六張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月修飾堿基DNA由A、G、C、T堿基構成;RNA由A、G、C、U堿基構成。除此之外,還有一些含量甚少的堿基,大約近百種,其中RNA中較多,主要存在于tRNA中,絕大部分是以上5種堿基的衍生物,多數(shù)是經(jīng)甲基化、乙?；?、氫化、氟化及硫化形成的,所以稱為修飾堿基,也叫稀有堿基。第七張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月OH黃嘌呤(X)次黃

3、嘌呤（I）核酸中的修飾嘌呤堿基：次黃嘌呤(I)、1-甲基腺嘌呤（m1A）、N6,N6-二甲基腺嘌呤（m26A）、N2,N2,N7-三甲基鳥嘌呤（m32,2,7G）等尿酸OHHO第八張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸中的修飾嘧啶堿基：5-羥甲基尿嘧啶（hm5U）、5，6-二氫尿嘧啶(DHU)、4-硫尿嘧啶(s4U)、5-甲氧基尿嘧啶(mo5U)、5-氟尿嘧啶（f 5U）、5-甲基胞嘧啶（m5C）、5-羥甲基胞嘧啶（hm5C）、2-硫胞嘧啶(s2C)、N4-乙?；奏ぃ╝c4C）等.修飾堿基的符號：在堿基符號的左側以小寫字母及右上角數(shù)碼表示其取代基團的性質、數(shù)目及位置。修飾嘧啶堿基第九

4、張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月(三)核苷1、核苷由戊糖和堿基縮合而成的糖苷，糖環(huán)上C1與嘧啶堿的N1或與嘌呤堿的N9連接。在嘌呤核苷的糖苷鍵: -N-1/,9-糖苷鍵，嘧啶核苷的糖苷鍵： -N-1/,1-糖苷鍵.應用X射線衍射法已經(jīng)證明，核苷的堿基與糖環(huán)平面互相垂直。1/911/第十張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月2、核苷命名：冠以堿基的名稱，如腺苷、脫氧腺苷、鳥苷、脫氧鳥苷。核苷常采用單字母表示，如：A、G、C、U。脫氧核苷在符號前面加小寫字母d，如dA、dG、dC、dT。第十一張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月3、修飾核苷修飾堿基與戊糖形成的核苷為修飾核苷，修飾核苷

5、也可以修飾戊糖，主要是甲基化修飾。常見的有：次黃嘌呤核苷或肌苷（I）、黃嘌呤核苷（X）二H尿嘧啶核苷（D）假尿苷（）為-1，5C-C糖苷鍵，細胞內有特異的異構酶催化尿嘧啶轉變?yōu)榧倌蜍?。Y核苷也叫W核苷是從tRNA中分離出的具有熒光的核苷。Q核苷的堿基骨架為7-去氮鳥嘌呤，在第7位上連以側鏈R/，不同Q 核苷R/不同。第十二張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月對于修飾堿基的核苷，在核苷符號的左側以小寫字母及右上角數(shù)碼表示其堿基上的取代基團的性質、數(shù)目及位置，如2-甲基腺苷表示為：m2A，N6-甲基脫氧腺苷表示為m6dA.對于修飾糖環(huán)的核苷，在核苷符號右側以小寫字母表示，如2/O甲基腺苷，寫為

6、Am2；2-甲基腺苷(m2A)2/-O-甲基腺苷(Am2)CH3CH3CH3第十三張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）核苷酸核苷與磷酸所形成的磷酸酯叫核苷酸，有2/、3/、5/-核苷酸和3/、5/脫氧核苷酸，自然界中游離的多為5/-核苷酸UMPOHOHOOH2C1/2/NNOOHO-P-OOH1NNNNNH3OHOHOO-H2C1/2/HO-P-OOH1NMP、NDP、NTP；dNMP、dNDP、dNTP第十四張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月(五)核苷酸及其衍生物的功能1、 構成DNA、RNA的核苷酸都為5/核苷酸2、 細胞內游離核苷酸及其衍生物核苷5/-三磷酸化合物（NTP

7、），核苷5/-二磷酸（NDP）環(huán)腺苷酸（CNT）核苷5/-多磷酸3/-多磷酸化合物核苷酸衍生物HSCoA、 NAD+、NADP+、FAD都含有腺苷酸。ADPG、UDPG等是糖生物合成的活性糖基供體。第十五張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月二、核酸的共價結構(核酸的一級結構)(一)核苷酸的連接方式:一個核苷酸殘基的3/-羥基通過“磷酸二酯鍵”與下一個核苷酸殘基的5/-羥基相連。證據(jù)：牛脾磷酸二酯酶專一從核苷酸鏈的3/-端水解得3/-核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶專一從核苷酸鏈的5/-端水解得5/-核苷酸，用這兩種酶水解RNA鏈，分別得到3/-核苷酸和5/-核苷酸。第十六張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2

8、022年6月核酸骨架（主鏈） 側鏈3/-5/-磷酸二 酯鍵 具方向性3/-端，5/-端 多樣性水溶性(一)DNA的一級結構(共價結構)第十七張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月P代表磷酸基，垂線代表糖的碳鏈，C1與堿基相連，P分別與相鄰兩個核苷酸戊糖的C3/和C5/相連當P在核苷符號左側時，表示磷酸與糖環(huán)的5/-羥基相連，右側表示與3/羥基相連，如pApCpGpT.在表示核酸酶水解時，用這種簡式，如pApCpGpT，在不表示核酸酶水解時，p可省略。用連字符表示，如pA-C-G-T或將連字符也省略，如pACGT。各種簡式的讀向是從左到右，表示的堿基是從5/-3/端。1/5/3/5/3/核酸一

9、級結構的簡寫方式第十八張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月(二)RNA的一級結構(共價結構)1、基本結構單位核苷酸2、連接鍵3/、5/磷酸二酯鍵。3、戊糖核糖4、堿基U替代T，此外，RNA中還有一些稀有堿基。 一級結構討論的是核苷酸在核苷酸鏈上的排列順序5、RNA也是無分支的線型多聚核糖核苷酸。6、RNA種類很多，結構也不一樣。第十九張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月P代表磷酸基，垂線代表糖的碳鏈，C1與堿基相連，P分別與相鄰兩個核苷酸戊糖的C3/和C5/相連當P在核苷符號左側時，表示磷酸與糖環(huán)的5/-羥基相連，右側表示與3/羥基相連，如pApCpGpT.在表示核酸酶水解時，用這種簡

10、式，如pApCpGpT，在不表示核酸酶水解時，p可省略。用連字符表示，如pA-C-G-T或將連字符也省略，如pACGT。各種簡式的讀向是從左到右，表示的堿基是從5/-3/端。1/5/3/5/3/核酸一級結構的簡寫方式第二十張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月三、 DNA的高級級結構(二、三級結構）（一）DNA的雙螺旋級結構1953年，Watson和Crick根據(jù)Chargaff 規(guī)律、DNA Na鹽纖維的X光衍射數(shù)據(jù)和核酸的化學性質及核苷酸鍵長和鍵角的數(shù)據(jù)提出了DNA的雙螺旋結構模型。 第二十一張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月1、Watson-Crick雙螺旋結構建立的根據(jù)（1）C

11、hargaff 規(guī)律 ，奧地利科學家Chargaff于1950年對各生物的堿基進行了定量分析，總結了一些共同規(guī)律：a. 同一生物所有器官和組織中的核DNA的堿基是相同的，DNA堿基組成沒有組織和器官的特異性。DNA的堿基組成具有種的特異性。b.所有雙鏈DNA中，A=T，G=C 且A+G=C+T，既含6-氨基的堿基數(shù)等于含6-酮基的堿基數(shù)（腺嘌呤含6-氨基；胸腺嘧啶含6-酮基；鳥嘌呤含6-酮基；胞嘧啶含6-氨基）c.不同生物的DNA皆有自己獨特的堿基組成，這種差異可用“不對稱比率”A+T/G+C表示。親緣關系較近的生物堿基組成相似。d. 年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境等因素不影響DNA的堿基組成 第二十二

12、張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）Wilkins（美國人）和Franklin（英國女科學家）a.不同來源的DNA具有相似的X射線衍射圖譜，說明應具有相似的結構。b.DNA具有兩條或以上脫氧多核苷酸鏈構成的螺旋結構，且沿長軸有0.34nm和3.4nm的周期性變化。從Pauling建立的蛋白質-螺旋也得到了啟發(fā)。第二十三張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月2、 Watson-Crick雙螺旋結構模型（1）兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏繞，形成右手雙股螺旋，一條5/3/，另一條3/5/（2）堿基位于雙螺旋的內側，且在同一平面內，磷酸與脫氧核糖在外側。磷酸與脫氧核糖彼此通過3/

13、、5/-磷酸二酯鍵相連接，構成DNA分子的骨架。大溝 ,深0.85nm,小溝，深0.75nm（3）螺旋平均直徑2nm ,每圈螺旋含10個核苷酸，在中心軸上上升的高度為3.4nm，堿基堆積距離：0.34nm。第二十四張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）兩條核苷酸鏈，依靠彼此堿基間形成的氫鏈結合在一起。堿基配對的規(guī)律是A=T、G=C，堿基平面垂直于螺旋軸（4）大多數(shù)天然DNA都具有雙螺旋結構,某些病毒的DNA是單鏈結構,如x174的DNA.（5）雙螺旋DNA分子上的化學鍵受堿基對的影響旋轉受到限制,使DNA具有剛性,但也有一些化學鍵在一定范圍內旋轉,又使DNA分子具有一定的柔韌性,可發(fā)生

14、不同變化而形成不同類型.第二十五張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月十二聚體的結構與Watson和Crick的結構模型的差異:Watson和Crick模型認為每一螺旋圈含10對脫氧核苷酸,兩個堿基的夾角是36o.但K.Dickerson的十二聚體中結構模型認為,兩個堿基的夾角28o至42o不等,每一螺旋圈含10.4對脫氧核苷酸,分子大小的各參數(shù)也隨序列不同而有所不同.(2) K.Dickerson的十二聚體中組成堿基對的兩個堿基并非在同一平面上,而是沿堿基長軸旋轉一定的角度,使得堿基對的形狀像螺旋漿葉的樣子，所以稱為螺旋漿扭曲。這種結構可提高堿基堆積力,使DNA結構更穩(wěn)定.第二十六張，PP

15、T共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月 螺旋類型 A B Z 外形 粗短 適中 細長螺旋方向 右手 右手 左手螺旋直徑 2.55nm 2.37nm 1.84nm堿基軸升 0.23nm 0.34nm 0.38nm 堿基夾角 32.7 34.6 60每圈堿基數(shù) 11 10.4 12螺距 2.53nm 3.54nm 4.56nm 大溝 很狹,很深 很寬,很深 平坦小溝 很寬,淺 狹,深 很狹,很深 鈉鹽相對濕度 75% 92%糖環(huán)折疊 C3/內式 C2/內式 嘧啶C2/內式 嘌呤C3/內式糖苷鍵構象 反式 反式 嘧啶反式嘌呤順式3、DNA雙螺旋的構象類型第二十七張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月A-

16、DNA外形粗短，RNA分子的雙螺旋區(qū)及RNA-DNA雜交雙鏈具有與A-型DNA相似的結構。 B-DNA，接近于沃森和克里克提出雙螺旋模型，天然狀態(tài)的DNA幾乎都以B-DNA形式存在C型-DNA與B型DNA結構接近，與B-型DNA為同一族。有人認為是A-DNA向B-DNA轉化的產(chǎn)物 在一定條件下，各種構型的DNA可以互相轉化。第二十八張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月Z-DNA是美國人A.Rich于1979年通過對人工合成的DNA片段分析后提出的，他合成了脫氧六核苷酸（pCGCGCG)，并對其進行分析發(fā)現(xiàn)，為左手螺旋，基本骨架走向呈“Z”字形，所以叫Z-DNA，直徑1.84nm，螺距4.5

17、nm，每圈螺旋含的堿基數(shù)為12對，分子表面無大溝，小溝加深，螺旋體較細長。Z-DNA也是天然存在的構象。天然B-DNA的局部區(qū)域可以形成Z-DNA 。A.Rich已經(jīng)得到了對Z-DNA特異性的抗體，并通過用熒光化合物標記Z-DNA的抗體，然后跟蹤抗體，發(fā)現(xiàn)它與果蠅唾液染色體的許多部位結合，說明果蠅唾液染色體上具有Z-DNA區(qū)段，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在鼠類和植物細胞核的染色體上找到了Z-DNA。 第二十九張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月(二)DNA的三股螺旋1、1963年K. Hoogsteen(哈斯豚)首先描述了DNA的三股螺旋結構。三螺旋DNA不是DNA在自然狀態(tài)下的主要結構，而是在特定的條件下

18、某段DNA 具有的結構。2、三股螺旋是DNA的一段雙螺旋再與第三股脫氧核苷酸鏈結合，這段雙螺旋結構特點是寡嘧啶核苷酸與寡嘌呤核苷酸形成的，第三股鏈為寡嘧啶核苷酸或寡嘌呤核苷酸，第三股鏈與雙螺旋的大溝結合。3、第三股鏈的堿基可與雙螺旋堿基對的嘌呤堿基形成Hoogsteen配對， Hoogsteen配對規(guī)律是：第三股鏈的堿基A或T與A=T堿基對中的A配對，第三股鏈的G或C與G=C堿基對中的G配對。并且與G配對形成2個氫鍵。第三股鏈與寡嘌呤核苷酸鏈為同向平行。4、第三股鏈可以來自分子間，也可來自分子內。第三十張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月雙螺旋第三十一張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6

19、月5、鉸鏈DNA（H-DNA）是一種分子內折疊形成的三股螺旋。這種DNA雙鏈結構特點為：一條鏈是交替出現(xiàn)T和C序列，互補鏈是交替出現(xiàn)的A和G序列，在其中間取一核苷酸，兩側為鏡像重復，這種鏡像重復序列也叫H-回文結構。分子內回折形成的三股螺旋DNA叫H-DNA。第三十二張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月6、影響三螺旋DNA穩(wěn)定性的因素影響三螺旋DNA穩(wěn)定性的因素可分為內部因素和外部因素兩方面。內部因素主要是鏈長、堿基序列的組成、骨架本性等因素。這些因素主要是通過影響第三條鏈鍵合時堿基配合的強度、氫鍵相互作用的強度以及雙鏈受體重排時的能量大小來影響所形成的三螺旋的穩(wěn)定性的。影響三股核酸穩(wěn)定性

20、的外界因素主要包括溶液的pH值、溶液中陽離子的濃度、配基結合作用力的大小等。需要指出的是，盡管已發(fā)現(xiàn)在生物體內和體外都可以形成三股螺旋DNA結構，但研究各種外界因素特別是金屬離子對三螺旋DNA穩(wěn)定性的影響時大多是從化學的角度、在生物體外進行的；但在生物體外的研究對于指導三螺旋結構在生物體內的應用也具有很重要的意義。第三十三張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月（三） 穩(wěn)定雙螺旋結構的因素1、堿基堆積力（主要因素）相鄰堿基平面間的距離為0.34nm，該距離使堿基平面間的電子云在一定程度上互相交蓋，形成堿基堆積力，堿基堆積在DNA分子內部， 形成疏水環(huán)境。有利于H鍵的形成。2、堿基配對的氫鍵。G

21、C含量越多，越穩(wěn)定。3、磷酸基上的負電荷與介質中的陽離子或組蛋白的正離子之間形成離子鍵，中和了磷酸基上的負電荷間的斥力，有助于DNA穩(wěn)定。4、堿基處于雙螺旋內部的疏水環(huán)境中，可免受水溶性活性小分子的攻擊。 第三十四張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）DNA三級結構1、概念：DNA三級結構是指DNA雙螺旋的鏈通過扭曲再次形成螺旋時的構象。超螺旋是DNA三級結構的常見形式。2、超螺旋：這種DNA鏈扭曲再次形成的螺旋叫超螺旋，是雙螺旋的螺旋。3、環(huán)DNA的重要拓撲學特性第三十五張，PPT共四十頁，創(chuàng)作于2022年6月 四、 RNA的的高級結構RNA通常是單鏈線形分子，但也可自身回折形成局部雙螺旋（二級結構），進而折疊成特定