4-核酸的结构、功能与性质.ppt

核酸的结构、性质与功能核酸的研究历史： 1868年，瑞士外科医生Fridrich Miescher 从脓细胞核中分离到核酸样物质 核酸分为DNA和RNADNA存在于细胞 核和线粒体内，RNA存在于细胞质和细 胞核内 1944年，Oswald Avery通过肺炎双球菌转 化实验证实了DNA是遗传的物质基础 1953年 Watson和Crick 53－72年：核酸的一级结构A： Adenine G： guanine C： cytosine T： thymine U ：uracil 核酸化学组成戊糖核 糖脱氧核糖碱 基嘌 呤(purine)嘧 啶 (pyrimidine)核酸化学组成胞嘧啶 （2-氧，4-氨基嘧 啶 ）Cytosine(C)酮式烯醇式A==TG≡≡C互变异构效应 导致基因自发突变• 由于DNA分子中的A、T、G、C四种碱基的第六位碳原子 上的酮基(T、G)和氨基(A、C)，T、G不是酮式就是烯 醇式，C、A不是氨基式就是亚氨基式T和G会以酮 式和烯醇式两种互变异构的形式出现，而A和C则以氨 基式或亚氨基式两种状态出现。

由于化学结构的平衡 一般趋向于酮式和亚氨基式，因此，在DNA双链结构 中一般总是以AT与GC碱基配对的形式出现可是在 偶然情况下，T也会以烯醇式形式出现，恰好DNA的 合成到达这位置的一瞬间，通过DNA多聚酶的作用， 在它相对应的位置上出现配对碱基G，而不出现常规 的A当DNA再次复制时，通过G和C配对，就使原来 的AT转变为GC同样如果C以亚氨基形式出现，在 DNA复制的合成到达这位置的一瞬间，DNA对应链上 将是A，而不是Gmutation在正常情况下，A（氨式结构）与T（酮式 结构）配对；当A以亚胺式存在时，则与C 配对在DNA和RNA中都有A、 G 、 C，T只出 现在DNA分子中，U则只出现于RNA分 子中嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC，T脱氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸两类核酸分子的组成比较胞嘧啶脱氧核苷（脱氧脱苷）核苷酸=核苷+磷酸5’末端的磷酸基团3‘，5’-磷酸二酯键3‘末端羟基核酸是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸 (polynucleotide)，DNA的一级结构即是指四种核苷 酸dNTP (dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定 的排列顺序，通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸。

核苷酸之间的连接方式是：一个核苷酸的5′ -P与下一 位核苷酸的3′-OH形成、3′、5′磷酸二酯键，构成不 分支的线性大分子，其中磷酸基和戊糖基构成DNA 链的骨架，可变部分是碱基排列顺序 一个核酸分子结构的表示方法有许多种,一般约定， 碱基序列的书写是由左向右书写，左侧是5′末端，右 侧为3′末端如：ATGCTGTC 5′ ATGCTGTC 3′核酸的一级结构核酸的一级结构基因组水平上游调控序列：增强子、抑制子、启动子转录区：5‘-非编码区、内含子、外显子、 3‘-非 编码区下游调控序列：终止子、 增强子cDNA水平 or mRNA5‘端非翻译区：帽子结构(IRES) 、核糖体进入位点Kozak规则、SD序列编码区：信号肽序列、成熟蛋白编码区3‘端非翻译：终止密码、poly A区基因的构成元件核酸的一级结构Size of genes vary widely in length, from some hundreds to several thousands bps. However, even in longer genes only a small part of the sequence is used to encode informations. The coding regions are named exons and the non-coding interrupting sequences are called introns. The presence of introns in prokaryotic genes is extremely rare. Generally the more complex and recently evolved the organism, the more numerous and larger the introns. Some specific DNA regions are dedicated to the control of genes expression. These regulatory sequences are often located at the beginning of the gene (5'side), at its end (3'side) but also sometimes in introns or in exons.核酸的一级结构DNA链上的一些特异殊的序列结构1、重复序列 ATGGATGG,ATGGGGTA2、回文序列、茎环结构,GAATTC,GGATCC3、A/T丰富区: ATAT box4、GC丰富区核酸的一级结构• 一般将细胞内染色体包含DNA的总体称为基因 组。

同一物种的基因组DNA含量总是恒定的， 不同物种间基因组大小和复杂程度差异极大 真核生物具有复杂的染色体结构，其基因组 DNA上存在着单一序列和大量重复序列，大多 数真核基因都是不连续的，在成熟RNA中出现 的部分称为外显子，在DNA拼接过程中被删除 的部分称为内含子原核生物基因组上功能相 关的基因常常串连在一起并转录在同一mRNA 分子中，形成多顺反子结构某些病毒中会出 现基因重叠 核酸的一级结构DNA序列的测定-双脱氧链终止法原理是采用核苷酸链终止剂—2、3双脱氧核苷酸 终止DNA的延长由于它缺少形成3-5磷酸二脂键所需 要的3-OH，一旦参入到DNA链中，此DNA链就不能进 一步延长根据碱基配对原则，每当DNA聚合酶需要 dNMP参入到正常延长的DNA链中时，就有两种可能 性，一是参入ddNTP,结果导致脱氧核苷酸链延长的终 止；二是参入dNTP,使DNA链仍可继续延长，直至参 入下一个ddNTP根据这一方法，就可得到一组以 ddNTP结尾的长短不一的DNA片段 方法是分成四组分别为ddAMP、ddGMP、ddCMP 、ddTMP反应后，聚丙烯酰胺凝胶电泳按泳带可读出 DNA序列。

测定DNA的序列双脱氧链终止法原理：根据核苷酸在某 一固定的点开始，随机 在某一个特定的碱基处 终止，产生A，T，C， G四组不同长度的一系 列核苷酸，然后在尿素 变性的PAGE胶上电泳 进行 检测，从而获得 DNA序列 用同位素标记ddNTP人工测定核酸的一级结构DNA序列测定全自动核酸的一级结构DNA全自动测序• 利用4种不同的荧光分子分别标记4种ddNTP 4个反应分开进行，产物合并在一个泳道中电 泳分离，根据每条区带的荧光颜色不同加以识 别读序，这样不但可提高每次分析样品的数量 ，又克服了泳道间差异造成的读序误差与传 统的手工测序比较：①安全，无污染；用荧光 素代替同位素，避免了放射性同位素的污染和 对人体的危害；②模板用量大大减小，单链 DNA模板用量为0.4μg，双链DNA质粒模板用 量为0.8μg，PCR产物用量为5ng～20ng；③测 序长度大大提高，一般可达550bp～800bp 核酸的一级结构核酸的二级结构Watson-Crick DNA双螺旋结构模型核酸的二级结构DNA双螺旋结构的主要依据：1、Chatgaff 规则;2、Wilkins等 用X射线衍射方法获得的DNA结构资料 DNA双螺旋结构的要点(1)主链(backbone)：由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。

主链有二 条,它们似“麻花”状绕一共同轴心以右手方向盘旋, 相互平行而走向相反形成双 螺旋构型主链处于螺旋的外则,这正好解释了由糖和磷酸构成的主链的亲水 性2)碱基对(base pair)：碱基位于螺旋的内则,它们以垂直于螺旋轴的取向通过 糖苷键与主链糖基相连同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对配对碱基 总是A与T和G与C(3)大沟和小沟：大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽 小沟位于双螺旋的互补链之间,而大沟位于相毗邻的双股之间4)结构参数：螺旋直径2nm；螺旋周期包含10对碱基；螺距3.4nm；相邻碱 基对平面的间距0.34nm3′，5′磷酸二酯 键A-T: 二个氢键G-C：三个氢键核酸的二级结构DNA的双螺旋结构Polymorphism There are three natural forms of DNA (A, B and Z). The origin of these different forms are related to the conformation of the sugar and the orientation of the base relative to the sugar.Thus depending on base composition and physical conditions (Hydration/ Salt- Content), DNA can form several different conformations (A, B, Z).Each conformation possesses specific parameters: diameter of the helix, number of bases per tour and distance between plan of bases.The B-form is the common natural form, prevailing under physiological conditions of low ionic strength and high degree of hydration. B-DNA arranges 10 nucleotides per helix tour. The plane of the bases is nearly perpendicular to the helix axis and the helix surface exhibits two prominent grooves (major and minor). The Z-form is observed in DNA G-C rich local region. Z-DNA is longer, thinner and possess an unusual left-handed helix (of 12 bases pairs/tour) with a single narrow deep groove. •The C-form and D-form are unusual subclasses of B-type. C-DNA is sometimes observed under 45% of hydration while D-DNA is only found in artificial DNA.核酸的二级结构核酸的二级结构DNA三股螺旋（H-DNA,ts-DNA ）• 多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的DNA螺旋区段 ，其序列中有较长的镜像重复时，形成 局部三股配对，并互相盘绕的三股螺旋 ，其中两股的碱基按Watson-Crick方式 配对，第三股多聚嘧啶（镜像重复）通 过TAT和CGC+配对，而处于双螺旋的 大沟中。

DNA三股螺旋Each time a cell divides into two daughter cells, all the DNA molecule must be duplicated. Duplication of an o。