生物化學(xué)第14章核酸的結(jié)構(gòu)

第14章核酸的結(jié)構(gòu)ThestructureofNucleicAcid核酸的結(jié)構(gòu)核酸核苷酸磷酸核苷戊糖堿基水解核酸的結(jié)構(gòu)核苷核酸代表戊糖，對DNA而言為脫氧核糖，對RNA而言為核糖；

代表堿基

代表磷酸基核苷酸1、核苷酸核酸的結(jié)構(gòu)戊糖核酸的結(jié)構(gòu)堿基RNADNA

嘧啶環(huán)

嘌呤環(huán)尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C鳥嘌呤G腺嘌呤A核酸的結(jié)構(gòu)——核苷酸1、堿基：稀有堿基，多為甲基化堿基，在tRNA中較多5-甲基胞嘧啶次黃嘌呤黃嘌呤核酸的結(jié)構(gòu)——核苷酸2、核苷：堿基與核糖或脫氧核糖以糖苷鍵相連形成核苷堿基與戊糖連接部位核酸的結(jié)構(gòu)——核苷酸2、核苷：堿基與核糖或脫氧核糖以糖苷鍵相連形成核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷胞嘧啶脫氧核苷核酸的結(jié)構(gòu)——核苷酸2、核苷：堿基與核糖或脫氧核糖以糖苷鍵相連形成核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷核酸的結(jié)構(gòu)——核苷酸3、核苷酸：核苷中的戊糖羥基被磷酸化形成核苷酸5‘-腺嘌呤核苷酸AMP3’-腺嘌呤核苷酸核酸的結(jié)構(gòu)——核苷酸3、核苷酸：核苷中的戊糖羥基被磷酸化形成核苷酸5‘-腺核苷三磷酸ATP3’，5‘-環(huán)化腺苷酸cAMP2、核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)1、核酸中核苷酸的連接方式：3‘，5‘-磷酸二酯鍵相連核酸的結(jié)構(gòu)——核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)1、核酸中核苷酸的連接方式：核酸的結(jié)構(gòu)——核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)1、核酸中核苷酸的連接方式：戊糖3`-OH5`-磷酸PA核苷酸5`3`首端末端PPPPPP

AGCTGCOH核酸的結(jié)構(gòu)——核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)2、DNA和RNA的一級結(jié)構(gòu)

DNA和RNA均為3’，5‘-磷酸二酯鍵連接的線型多聚核苷酸鏈。

RNA種類很多，一級結(jié)構(gòu)也各不相同。RNA一級結(jié)構(gòu)研究最多的是tRNA、rRNA以及一些小分子的RNA。核酸的結(jié)構(gòu)——核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)2、DNA和RNA的一級結(jié)構(gòu)tRNA一級結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：分子量25000左右，大約由70－90個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。分子中含有較多的稀有堿基。3′-末端都具有CpCpAOH的結(jié)構(gòu)。

5′端多為pG,也有pC。核酸的結(jié)構(gòu)——核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)2、DNA和RNA的一級結(jié)構(gòu)mRNA一級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：真核生物：單順反子、5’-末端有“帽子”和非編碼區(qū)，3’-末端有polyA片段和非編碼區(qū)原核生物：多順反子、5’-末端無“帽子”，有非編碼區(qū)3’-末端無polyA片段（病毒除外），有非編碼區(qū)順反子：

mRNA上具有翻譯功能的核苷酸順序。polyA片段：指20-250個(gè)多聚腺苷酸?！懊弊印苯Y(jié)構(gòu)：5’-末端的G被甲基化，通過焦磷酸與另一個(gè)發(fā)生了核糖上甲基化的核苷酸以5’、5’-磷酸二酯鍵相連核酸的結(jié)構(gòu)——核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)2、DNA和RNA的一級結(jié)構(gòu)rRNA一級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：動(dòng)物細(xì)胞核糖體rRNA有四類：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。許多rRNA的一級結(jié)構(gòu)及由一級結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出來的二級結(jié)構(gòu)都已闡明。與tRNA不同，rRNA的甲基化多發(fā)生在核糖上。真核生物的rRNA中修飾核苷比原核生物多。3、DNA的高級結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)一次改變生物學(xué)進(jìn)程的比賽核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)1、DNA堿基組成的Chargaff規(guī)則

腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，A=T；

鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)相等，G=C；含氨基的堿基等于含酮基的堿基，A+C=G+C；嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，A+G=T+C2、DNA的二級結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋模型的主要特征：1、二條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞，兩條鏈均為右手螺旋；2、嘌呤和嘧啶位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸位于外側(cè)，彼此通過3‘，5’—磷酸二酯鍵相連形成DNA骨架，習(xí)慣上將C3‘C5‘為正向；兩條鏈配對偏向一側(cè)，形成一條大溝和一條小溝；核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋模型的主要特征：3、雙螺旋平均直徑為2nm，堿基堆積距離為0.34nm，二個(gè)核苷酸之間的夾角為36o，即沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一圈有10個(gè)核苷酸，每一圈的高度為3.4nm；4、二條核苷酸鏈依靠彼此堿基之間形成的氫鍵而結(jié)合在一起；A與T配對（二個(gè)氫鍵），G與C配對（三個(gè)氫鍵），因此GC連接穩(wěn)定；此配對稱為堿基互補(bǔ)配對規(guī)律；

腺嘌呤胸腺嘧啶鳥嘌呤胞嘧啶核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋模型的主要特征：5、堿基在一條鏈上的排列順序不受任何限制。但是根據(jù)堿基配對原則，當(dāng)一條多核苷酸鏈的序列被確定后，即可決定另一條互補(bǔ)鏈的序列，這就表明，遺傳信息是由堿基的序列所攜帶。

核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)

影響雙螺旋DNA穩(wěn)定性的主要作用力是：疏水相互作用堿基堆積力（范德華力）氫鍵靜電排斥力核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)

A-DNAB-DNAZ-DNA核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)

A-DNA：是在RH75%所得到的DNA纖維結(jié)構(gòu)。A-DNA也是由反向的二條多核苷酸鏈組成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，也為右手螺旋，但螺旋體寬而短，堿基對與中心軸的傾角也不同，呈19o，每一圈螺旋有11個(gè)核苷酸，而不是10.4個(gè)，每一圈螺旋的距離是2.5nm而不是3.4nmDNA螺旋的分子直徑為2.6nm。核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)

Z-DNA：因其結(jié)構(gòu)呈Z型而稱為Z型DNA，它是一左手雙螺旋結(jié)構(gòu)，明顯要比B型DNA細(xì)長，螺旋直徑為1.8nm，一圈的螺距為4.5nm，它的結(jié)構(gòu)上只有一條大溝而無小溝，在胞嘧啶（C）與鳥嘌呤（G）交替的DNA片斷中，尤其是CGCGCG寡聚體時(shí)出現(xiàn)Z-DNA；天然B-DNA結(jié)構(gòu)中可能局部出現(xiàn)Z-DNA，說明二者是可以互換的。核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)2、DNA的二級結(jié)構(gòu)

三股螺旋H-DNA結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)3、DNA的超螺旋

是DNA雙螺旋通過扭曲和折疊形成的特定構(gòu)象。超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)的一種形式。核酸的結(jié)構(gòu)—DNA的高級結(jié)構(gòu)3、DNA的三級結(jié)構(gòu)環(huán)狀DNA的拓?fù)鋵W(xué)特征：1.互繞數(shù)（intertwiningnumber,α）連環(huán)數(shù)指在雙螺旋DNA中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)，以α表示。2.螺旋圈數(shù)（helicalturn，β）

指DNA分子在松弛狀態(tài)下的螺旋數(shù)，以β表示。3.超螺旋數(shù)（superhelicalnumber）以τ表示。

α=β+τDNA分子具有相同的結(jié)構(gòu)，但α值不同，所以稱它們?yōu)橥負(fù)洚悩?gòu)體。拓?fù)洚悩?gòu)酶能夠催化它們之間的轉(zhuǎn)換。

DNA負(fù)超螺旋易于解鏈，在DNA復(fù)制、重組和轉(zhuǎn)錄等過程中都需要兩條鏈解開，所以負(fù)超螺旋利于這些功能的實(shí)施。核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)3、DNA的三級結(jié)構(gòu)解鏈環(huán)形α=23β=23W=0松弛環(huán)形α=25β=25τ=0負(fù)超螺旋α=23Β=25Τ=-2核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)3、DNA的三級結(jié)構(gòu)環(huán)狀DNA的拓?fù)鋵W(xué)特征：4、比超螺旋（specificsuperhelix）以σ表示。用它表示DNA的超螺旋程度。

σ=（α-β）/β0

細(xì)胞DNA通常處于負(fù)螺旋狀態(tài)，其σ約為-0.05至-0.07

DNA拓?fù)洚悩?gòu)：除互繞數(shù)不同外（如上述α=25，α=23），其他性質(zhì)均相同的DNA分子。雙螺旋DNA在拓?fù)洚悩?gòu)變化中β相同，是τ不同導(dǎo)致α不同。DNA拓?fù)洚悩?gòu)現(xiàn)象：為DNA超螺旋狀態(tài)與解旋狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，不發(fā)生堿基組成或順序（一級結(jié)構(gòu)）的任何變化，是DNA復(fù)制、重組或轉(zhuǎn)錄時(shí)所必需的。核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)拓?fù)洚悩?gòu)酶：引起DNA拓?fù)洚悩?gòu)之間轉(zhuǎn)變的酶，可改變DNA拓?fù)洚悩?gòu)體的α值，有兩類：Ⅰ類：使雙鏈超螺旋DNA轉(zhuǎn)變成松弛型環(huán)狀DNA，每一次催化作用可消除一個(gè)負(fù)超螺旋，α值增加1。Ⅱ類：使松弛型環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋型DNA，每次催化作用使α減少2，又稱促旋酶。兩類酶含量嚴(yán)格控制，使細(xì)胞內(nèi)DNA保持一定超螺旋水平。核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)4、DNA的四級結(jié)構(gòu)（DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)）病毒、細(xì)菌擬核和真核生物的染色體都存在DNA的組裝和一定程度的壓縮。病毒：通常只有幾個(gè)至幾十個(gè)基因，主要由核酸和蛋白質(zhì)組成，有時(shí)還含有脂質(zhì)和糖類。病毒的侵染性由核酸決定。核酸位于內(nèi)部，蛋白質(zhì)包裹著核酸為衣殼，有的還有脂蛋白被膜。核小體是真核生物染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，由核小體鏈形成纖維，進(jìn)而折疊螺旋化，組裝成不同層次結(jié)構(gòu)的染色質(zhì)和染色體。DAN分子十分巨大，要組裝到有限的空間，壓縮比達(dá)1000-2000，組裝成染色體則高達(dá)8000-10000。核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)4、DNA的四級結(jié)構(gòu)（DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)）核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)4、DNA的四級結(jié)構(gòu)核小體纖絲突環(huán)與玫瑰花結(jié)螺旋圈核酸的結(jié)構(gòu)——DNA的高級結(jié)構(gòu)4、DNA的四級結(jié)構(gòu)2.4、RNA的高級結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)——RNA的高級結(jié)構(gòu)1、RNA高級結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

RNA通常是單鏈線型分子。

RNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)（類似A-DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)），不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為“發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)或莖環(huán)結(jié)構(gòu)。核酸的結(jié)構(gòu)——RNA的高級結(jié)構(gòu)RNA可自身回折形成局部雙螺旋（二級結(jié)構(gòu)），進(jìn)而折疊（三級結(jié)構(gòu)），除tRNA外，幾乎全部細(xì)胞中的RNA都與蛋白質(zhì)形成核蛋白復(fù)合物（四級結(jié)構(gòu)）。核酸的結(jié)構(gòu)——RNA的高級結(jié)構(gòu)2、tRNA的二級結(jié)構(gòu)

tRNA在蛋白質(zhì)生物合成中主要起轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸和識別密碼子的作用，除此之外還在蛋白質(zhì)合成起始、DNA反轉(zhuǎn)錄合成及其代謝調(diào)節(jié)中起重要作用。每一種氨基酸都有一種或幾種與其相對應(yīng)的tRNA。核酸的結(jié)構(gòu)——RNA的高級結(jié)構(gòu)2、tRNA的二級結(jié)構(gòu)

tRNA的二級結(jié)構(gòu)大都呈“

三葉草”

形狀，在結(jié)構(gòu)上具有某些共同之處，一般可將其分為四臂四環(huán)：包括氨基酸接受臂、反密碼（環(huán)）臂、二氫尿嘧啶（環(huán)）臂、假尿嘧啶-胸腺嘧啶核糖核苷（環(huán)）臂和可變環(huán)。除了氨基酸接受區(qū)外，其余每個(gè)區(qū)均含有一個(gè)突環(huán)和一個(gè)臂。

核酸的結(jié)構(gòu)——RNA的高級結(jié)構(gòu)(1)氨基酸接受區(qū)

包含有tRNA的3’-末端和5’-末端，3’-末端的最后3個(gè)核苷酸殘基都是CCA，A為腺苷酸。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。

(2)反密碼區(qū)

與氨基酸接受區(qū)相對，一般環(huán)中含有7個(gè)核苷酸殘基，臂中含有5對堿基。其中環(huán)中正中的3個(gè)核苷酸殘基稱為反密碼子。2、tRNA的二級結(jié)構(gòu)