生物化學(xué)課件：04-核酸

第四部分核苷酸和核酸一、

核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸核苷核苷酸結(jié)構(gòu)通式：（一）堿基（base）1.嘧啶堿2.嘌呤堿（二）核苷（nucleoside）戊糖核糖脫氧核糖核糖核苷H腺苷H鳥苷H胞苷H尿苷C1-N9糖苷鍵C1-N1糖苷鍵脫氧核糖核苷HHHH脫氧腺苷脫氧鳥苷脫氧胞苷脫氧胸苷（三）核苷酸（nucleotide）1.核糖核苷酸通式：N(A,G,C,U)5′-NMP腺苷酸（5′-AMP）鳥苷酸（5′-GMP）尿苷酸（5′-UMP）胞苷酸（5′-CMP）2.脫氧核糖核苷酸通式：(A,G,C,T)NH5′-dNMP脫氧腺苷酸(5′-dAMP)脫氧胸苷酸(5′-dTMP)脫氧鳥苷酸(5′-dGMP)脫氧胞苷酸（5′-dCMP）3.多磷酸核苷酸（5′-核苷二磷酸）（5′-核苷單磷酸）（5′-核苷三磷酸）NMP/NDP/NTPdNMP/dNDP/dNTP4.環(huán)化核苷酸3′,5′-環(huán)式腺苷酸（環(huán)腺一磷)3′,5′-環(huán)式鳥苷酸（環(huán)鳥一磷)第二信使二、脫氧核糖核酸

（deoxyribonucleicacid,DNA）（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)定義：

指由數(shù)量極其龐大的4種脫氧核糖核苷酸以3′,5′-磷酸二酯鍵連接形成的線形或環(huán)形分子。常指DNA分子中核苷酸的排列順序。結(jié)構(gòu)特點：核苷酸之間的連接方式：3′,5′-磷酸二酯鍵DNA分子有極性：5′

3′

不同DNA分子堿基的數(shù)目、比例、排列順序千變?nèi)f化。

DNA一級結(jié)構(gòu)的兩種縮寫方式：線條式：

…pTpGpCpApT……pT-G-C-A-T…文字式：WatsonandCrick’spaperinNature1953.Watson,CrickandWilkins1962諾貝爾生理及醫(yī)學(xué)獎（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的主要依據(jù)關(guān)于堿基成對的證據(jù)：

Chargaff法則

A和T的摩爾數(shù)相等，A=T。

G和C的摩爾數(shù)相等，C=G。（2）X-ray衍射分析數(shù)據(jù)

Thex-raydiffractionpatternofDNA.RosalindFranklin(1920-1958)1952,Wilkins和Franklin2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(1)兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸以右手盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋表面具大溝和小溝。大溝寬１.2nm,小溝寬０.6nm。

TheWatson-CrickmodelforthestructureofDNA.5′3′5′3′(2)在螺旋的外側(cè)，脫氧核糖與Pi交替排列，彼此以3,5-磷酸二酯鍵相連，構(gòu)成DNA分子的骨架，糖環(huán)平面與縱軸平行。由于磷酸基團(tuán)帶負(fù)電荷，兩條多核苷酸鏈將可能因為靜電斥力而相互分開，DNA分子是如何維持其穩(wěn)定性呢？

BackboneofDNA（3）堿基對位于內(nèi)側(cè)，兩條鏈上的堿基借助H鍵一一配對，A與T配對,形成兩個H鍵，C與G配對，形成三個H鍵——以上堿基配對原則，稱堿基互補(bǔ)（basecomplementary）。堿基平面與縱軸相垂直。

Thewatson-CrickbasepairsA:TandG:C.4361612234A:T,G:C堿基對可形成在空間上大小相等的單位。（4）雙螺旋平均直徑2nm，相鄰堿基對平面間的距離為0.34nm，夾角36°，每旋轉(zhuǎn)一周有10個核苷酸，螺距3.4nm。5′3′5′3′3.維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素堿基對之間的氫鍵堿基堆積力（basestackingforce）堿基的疏水相互作用范德華引力磷酸基團(tuán)上負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽離子形成的離子鍵4.DNA雙螺旋的不同類型A型B型Z型右旋左旋ComprisonofA,B,ZformsofDNA.ComprisonofA,B,ZformsofDNA.ABZ外型粗短適中細(xì)長螺旋方向右手右手左手螺旋直徑2.55nm2.37nm1.84nm堿基軸升0.23nm0.34nm0.38nm堿基夾角32.7o34.6o60o每圈堿基數(shù)1110.412螺距2.53nm3.54nm4.56nm堿基傾角19o1o9o（三）DNA的三級結(jié)構(gòu)定義：

在雙螺旋的基礎(chǔ)上進(jìn)一步螺旋化，形成超螺旋DNA。1.環(huán)形DNA細(xì)菌染色體、質(zhì)粒DNA、某些病毒DNA、線粒體和葉綠體DNA等為環(huán)形DNA。在細(xì)胞中以超螺旋形式存在。

ElectronmicrographsofrelaxedandsupercoiledplasmidDNAs.2.真核生物

DNA（線形雙鏈）的三級結(jié)構(gòu)

StructureofDNA(146bp)wrappedaroundanucleosomecore.146bpDNA以左手螺旋在組蛋白核心上纏繞1.8圈。3.真核生物的染色體（1）染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體（nucleosome）。

Regularlyspacednucleosomes,consistingofhistonecomplexesboundtoDNA.(a)Schematicillutration;(b)electronrevealsthepresenceofnucleosomesas“beadsonastring.”核小體化學(xué)組成：堿性蛋白，富含堿性氨基酸(lys,Arg)，分為H1，H2A，H2B，H3，H4五類。非組蛋白：DNA:組蛋白:非組蛋白:RNA=1:1:0.6:0.1包括各種結(jié)構(gòu)蛋白、參與復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的蛋白等。組蛋白：（Histone）核小體的結(jié)構(gòu)：核心橋146bpDNAH2A、H2B、H3、H4組成的八聚體連接DNA（linkerDNA）:20~80bpDNAH1(左手纏繞八聚體1.8圈)nucleosome

Adiagramofthehistone

octamerandnucleosome.組蛋白八聚體（2）真核生物染色體組裝的不同層次

核小體鏈進(jìn)一步盤繞成染色質(zhì)纖絲，由纖絲組成突環(huán)，并通過DNA結(jié)合蛋白（非組蛋白）與核骨架相連，再由突環(huán)組成玫瑰花結(jié)，進(jìn)而組成螺旋圈，由螺旋圈再組裝成染色單體。Amodelforlayersoforganizationinaeukaryoticchromosome.30nm纖絲（每圈6個核小體）150nm

突環(huán)（平均75000bp）300nm玫瑰花結(jié)(6個突環(huán))700nm螺旋圈(每圈30個玫瑰花結(jié))長度1400nm染色體11nm核小體鏈（每個核小體200bp）2nmDNA核骨架三、核糖核酸

（ribonucleicacid,RNA）(一)RNA的類型rRNA（占~80%）tRNA

（占~15%）mRNA（占~5-6%）

SnRNA

核內(nèi)小RNA

SnoRNA

核仁小RNA

vRNA

病毒RNA(二)RNA的堿基組成

RNA中除A、U、C、G外，還存在幾十種稀有堿基。RNA類型堿基的相對含量（摩爾百分比）AGCU

甲基化堿基E.coli

rRNA25.231.521.621.7--E.colimRNA25.127.124.123.7--E.coli

tRNA18.330.330.315.92.42.2酵母tRNA19.426.625.120.14.63.1兔肝tRNA16.631.127.815.94.33.5傷瘤病毒RNA31.118.619.131.3--（三）RNA的結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)：即RNA的共價結(jié)構(gòu)，核糖核苷酸以3’,5’磷酸二酯鍵連接形成的線性單鏈分子。二級結(jié)構(gòu)：由局部雙螺旋區(qū)和非配對區(qū)（突環(huán)區(qū)）組成。三級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步折疊1.tRNA的結(jié)構(gòu)（1）Mr：25000左右，沉降系數(shù)：4S通常由73-93個核苷酸組成，含稀有堿基3′端為CpCpAOH（用來接受活化的氨基酸）（2）一級結(jié)構(gòu)：（3）二級結(jié)構(gòu)：三葉草形“四環(huán)一臂”TheseconarystructureoftRNA.Redlinespresentthehydrogenbonds.氨基酸臂二氫尿嘧啶環(huán)反密碼子環(huán)額外環(huán)TC環(huán)含7bp，3′端為CCA，接受活化的氨基酸。含8~12b，2個D含7b，環(huán)中部為反密碼子，由三個堿基組成。含3~18b，tRNA分類的指標(biāo)含7b，幾乎所有tRNA

皆含TC。（4）三級結(jié)構(gòu)：倒L型TC臂氨基酸臂D臂反密碼子臂

D環(huán)、TC環(huán)、額外環(huán)的某些堿基之間形成9對氫鍵,以維持tRNA

三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。2.rRNA的結(jié)構(gòu)

rRNA的類型：原核生物rRNA16S5S23S70S核糖體真核生物18S5S5.8S

28S80S核糖體蛋白質(zhì)（種）核糖體亞基2130S小亞基3450S大亞基~3040S小亞基~5060S大亞基rRNA的結(jié)構(gòu)E.coli16SrRNA

rRNA的功能構(gòu)成核糖體的骨架。核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位。3.真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)特點：5′cap的功能：協(xié)助mRNA與核糖體的結(jié)合。3′poly(A)的功能：保護(hù)mRNA3′端免受核酸外切酶的降解。與mRNA由細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關(guān)。m7G5’ppp5’Nm(Nm)(A)nOH5′非編碼區(qū)3′非編碼區(qū)編碼區(qū)3′poly(A)5′cap(n:20~200)保護(hù)mRNA5′端免受核酸外切酶的降解。四、核酸的理化性質(zhì)和研究技術(shù)1.分子大?。汉塑账岱肿恿浚好撗鹾塑账釋?/p>

618D；核苷酸對

670DDNA和RNA皆是高分子量物質(zhì)。2.溶解性：

DNA、RNA微溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑。3.特殊顏色反應(yīng)（一）核酸的理化性質(zhì)核酸的溴化乙錠（EB）染色

EB是一種熒光染料，可插入核酸相鄰堿基對之間。在紫外燈下，結(jié)合EB的核酸呈橙紅色熒光。靈敏度為10ng。

4.核酸的紫外吸收嘌呤堿、嘧啶堿存在共軛雙鍵，所以堿基、核苷、核苷酸、核酸在240-290nm處有強(qiáng)烈的紫外吸收，最大吸收峰在260nm處。pH7.01.變性（denaturation）定義：

高溫、酸、堿及某些變性劑（如尿素等）能破壞核酸中的氫鍵，使有規(guī)律的雙螺旋結(jié)構(gòu)變成單鏈的、無規(guī)律的線團(tuán)，此作用稱DNA的變性。變性不涉及共價鍵的斷裂。（二）核酸的變性、復(fù)性與雜交StagesinthereversibledenaturationandrenaturationofDNA.

DNA的稀鹽溶液加熱到80-100oC，即可發(fā)生熱變性。變性在一個較窄的溫度范圍內(nèi)“爆發(fā)式”發(fā)生。熱變性熔點（熔解溫度，Tm）

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半時的溫度。一般在82-95℃之間。2.復(fù)性（renaturation）定義：

在一定條件下，變性DNA兩條彼此分開的單鏈重新締合成雙螺旋結(jié)構(gòu)，這個過程