核酸的结构与功能第一节核酸的分子组成.ppt

核酸的结构与功能第一节核酸的分子组成第一节第一节 核酸的分子组成核酸的分子组成第二节第二节 核酸的分子结构及功能核酸的分子结构及功能第三节第三节 核酸的理化性质核酸的理化性质第四节第四节 核酸酶核酸酶 本章内容本章内容 核核 酸酸( (nucleic acid) ) 是以核苷酸为基本组成单位是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传的生物大分子，携带和传递遗传信息核酸的分类及分布核酸的分类及分布 存在存在于于细胞细胞核、核、细胞质和线粒体细胞质和线粒体deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸参与遗传信息的复制与表达参与遗传信息的复制与表达某些病毒某些病毒RNA也可作为遗传信也可作为遗传信息的载体息的载体 存在存在于细胞核于细胞核和线粒体内和线粒体内携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型体的遗传型(genotype)核酸的分子组成核酸的分子组成Molecular Component of Nucleic Acid第一节第一节1、元素组成、元素组成 主要元素组成：主要元素组成： C C、、H H、、O O、、N N、、P(9%P(9%~10%)10%)与蛋白质比较，核酸一般不含与蛋白质比较，核酸一般不含S S，而，而P P的含的含量较为稳定，占量较为稳定，占9 9% %~10%10%。

一、核苷酸的分子组成一、核苷酸的分子组成2. 分子组成分子组成碱碱基基( (base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖( (ribose) )：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸( (phosphate) )碱基碱基( (base) )是含氮的杂环化合物是含氮的杂环化合物碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNADNA和和RNARNA中中仅存在于仅存在于RNARNA中中仅存在于仅存在于DNADNA中中碱基碱基嘌呤嘌呤( (purine，，Pu) ) 腺嘌呤腺嘌呤( (adenine, A)鸟嘌呤鸟嘌呤( (guanine, G) )嘧啶嘧啶( (pyrimidine，，Py) )胞嘧啶胞嘧啶( (cytosine,C) )尿嘧啶尿嘧啶( (uracil, U) )胸腺嘧啶胸腺嘧啶( (thymine, T) )戊糖戊糖 核糖（核糖（ribose）、脱氧核糖（）、脱氧核糖（deoxyribose）） RNA中：中：β,D 核糖核糖 DNA中：中：β,D,2 脱氧核糖脱氧核糖 核酸核酸碱基碱基戊糖戊糖DNAA、、G、、C、、T脱氧核糖脱氧核糖RNAA、、G、、C、、U核糖核糖DNA 与与RNA的异同的异同核苷核苷(ribonucleoside)碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。

苷键连接形成核苷（脱氧核苷）核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）形成核苷酸（脱氧核苷酸） 核苷酸核苷酸(ribonucleotide) 多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 NMP，，NDP，，NTP环化核苷酸：环化核苷酸：cAMP、、cGMPcAMP核苷酸衍生物核苷酸衍生物 核苷酸通过核苷酸通过3 3 ,5,5  - -磷酸二酯键磷酸二酯键连接成核酸大分子连接成核酸大分子二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成多多个个脱脱氧氧核核苷苷酸酸通通过过磷磷酸酸二二酯酯键键构构成成了了具具有有方方向向性性的的线线性性分分子子，，称称为为多多聚聚脱脱氧氧核核苷苷酸酸( (polydeoxynucleotide) )，，即即DNADNA链；多聚核苷酸，即链；多聚核苷酸，即RNARNA链5´-末端末端3´-末端末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键第二节第二节核酸的分子结构核酸的分子结构Molecular Structure of Nucleic Acid一一 、核酸的一级结构、核酸的一级结构 由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不同，所以也称为碱基序列。

不同，所以也称为碱基序列核酸的一级结构是核核酸的一级结构是核 苷酸的排列顺序苷酸的排列顺序5´端端3´端端CGA书写方法书写方法DNADNA的的空空间间结结构构又又分分为为二二级级结结构构( (secondary structure) )和高级结构和高级结构DNADNA的空间结构的空间结构( (spatial structure) )所有原子在三维空间的相对位置所有原子在三维空间的相对位置关系关系, ,构成构成DNADNA的空间结构的空间结构二、二、DNADNA的空间结构与功能的空间结构与功能 DNA的二级结构的二级结构————双螺旋结构双螺旋结构DNA双螺旋结构要点双螺旋结构要点 1. 两条链反向平行，围绕同两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋一中心轴构成右手双螺旋 (double helix)螺旋直径，表面有大沟和小沟径，表面有大沟和小沟2. 磷酸磷酸-脱氧核糖骨架位于脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基垂直于螺螺旋外侧，碱基垂直于螺旋轴而伸入内侧每圈螺旋轴而伸入内侧每圈螺旋含个碱基对旋含个碱基对 (bp)，螺，螺距为3. 两条链通过碱基间的两条链通过碱基间的氢键相连，氢键相连，A对对T含有含有两个氢键，两个氢键，C对对G含有含有三个氢键，这种配对三个氢键，这种配对的规律，称为碱基互的规律，称为碱基互补规则。

补规则4. 维持双螺旋稳定的因维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵素：横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力向为碱基间的堆积力碱基互补配对碱基互补配对 TAGC DNA DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性超螺旋结构是超螺旋结构是DNADNA的高级结构的高级结构超螺旋结构超螺旋结构( (superhelix 或或supercoil) )DNADNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构 正超螺旋正超螺旋( (positive supercoil) )盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋( (negative supercoil) )盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 原核生物原核生物DNADNA的环状超螺旋结构的环状超螺旋结构原核生物原核生物DNADNA多为环状，以负超螺旋的形式存在多为环状，以负超螺旋的形式存在DNADNA在真核生物细胞核内组装成在真核生物细胞核内组装成 高度有序和致密的结构高度有序和致密的结构核小体的组成核小体的组成 真核生物染色体由真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其和蛋白质构成，其基本单位是基本单位是 核小体核小体(nucleosome)。

核小体的组成核小体的组成DNA：约：约200bp 组蛋白组蛋白 H1 H2A，，H2B H3 H4 三、三、DNADNA是承载遗传信息的物质基础是承载遗传信息的物质基础DNADNA的的基基本本功功能能是是以以基基因因的的形形式式荷荷载载遗遗传传信信息息，，并并作作为为基基因因复复制制和和转转录录的的模模板板它它是是生生命命遗遗传传的的物物质质基基础础，，也也是是个个体体生生命命活活动动的信息基础的信息基础基基因因从从结结构构上上定定义义，，是是指指DNADNA分分子子中中的的特特定定区区段段，，其其中中的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序决决定定了了基基因因的功能 四、四、RNARNA的结构与功能的结构与功能  1.1.信信使使RNA(messenger RNA, mRNA) )是合成蛋白质的直接模板是合成蛋白质的直接模板 2.2.核不均一核不均一RNA(RNA(hnRNA) ) 3.3.hnRNA经过剪切后成为成熟的经过剪切后成为成熟的mRNAmRNA (一一) )mRNA是蛋白质合成的直接模板是蛋白质合成的直接模板1.5 -末端甲基化鸟苷酸的帽子末端甲基化鸟苷酸的帽子(cap)结构结构m7GpppNm-2.3 -末端的多聚腺苷酸末端的多聚腺苷酸(polyA) 结构，结构，称为多聚称为多聚A尾。

尾3.3.成熟的成熟的mRNAmRNA由氨基酸编码区和非编码区构成由氨基酸编码区和非编码区构成 成熟的真核生物成熟的真核生物mRNA的结构特点的结构特点帽子结构帽子结构m7GpppNmpmRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位维系维系mRNA的稳定性的稳定性参与翻译起始的调控参与翻译起始的调控 帽子结构和帽子结构和多聚多聚A A尾的功能尾的功能 tRNA的一级结构特点的一级结构特点• 含稀有碱基较多含稀有碱基较多• 3´末端为末端为 — CCA-OH• 5´末端大多数为末端大多数为G• 由由70~90个核苷酸组成个核苷酸组成( (二二) )tRNA是蛋白质合成时是蛋白质合成时氨基酸的转运工具氨基酸的转运工具 稀有碱基稀有碱基  tRNA的二级结构的二级结构——三叶草形三叶草形氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环•氨基酸臂氨基酸臂•DHU环环•反密码子环反密码子环•TψC环环•额外环额外环tRNA的三级结构的三级结构————倒倒L型型 tRNAtRNA的的反反密密码码子子环环上上有有一一个个由由三三个个核核苷苷酸酸构构成成的的反反密密码码子子( (anticodon) )。

tRNAtRNA上上的的反反密密码码子子依依照照碱碱基基互互补补的的原原则则识识别别mRNA上上的的密码子 tRNA的反密码子识别的反密码子识别mRNA的密码子的密码子 rRNA与与核核糖糖体体蛋蛋白白结结合合组组成成核核糖糖体体( (ribosome) )，，作作为为蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的场所 (三三)rRNA)rRNA与蛋白质构成的核糖体与蛋白质构成的核糖体 是蛋白质合成的场所是蛋白质合成的场所18S rRNA的二级结构的二级结构蛋白质合成时形成的复合体蛋白质合成时形成的复合体核酸的理化性质核酸的理化性质The Physical and Chemical Characteristics of Nucleic Acid第三节第三节一、核酸的一般理化性质一、核酸的一般理化性质•核酸为多元酸，具有较强的酸性核酸为多元酸，具有较强的酸性•DNA是线性高分子，黏度极大是线性高分子，黏度极大•在在260nm波长有最大吸收峰，是由碱波长有最大吸收峰，是由碱基的共轭双键决定的这一特性常用基的共轭双键决定的这一特性常用作核酸的定性、定量分析。

作核酸的定性、定量分析二、二、DNADNA的变性的变性( (denaturation) )定义定义：：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNADNA双链解开成两条单链的过程双链解开成两条单链的过程实质：氢键的断裂，一级结构无改变实质：氢键的断裂，一级结构无改变目目 录录DNA的变性的变性双链双链DNA部分解链部分解链单链单链DNA大部解链大部解链DNADNA的解的解链链曲线曲线Tm：：紫紫外外光光吸吸收收值值达达到到最最大大值值的的50%时时的的温温度度称称为为DNA的的解解链链温温度度，，又又 称称 融融 解解 温温 度度(melting temperature, Tm)其其大大小小与与G+C含含量量成正比三、三、DNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNA的两条互补链可的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火一过程称为退火(annealing) 。

Ø不不同同种种类类的的DNADNA单单链链分分子子或或RNARNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中，，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，，在在适适宜宜的的条条件件可可 以以 在在 不不 同同 的的 分分 子子 间间 形形 成成 杂杂 化化 双双 链链( (heteroduplex) )核酸分子杂交核酸分子杂交( (hybridization) ) 核核 酸酸 酶酶 Nuclease 第第 四四 节节核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶是指所有可以水解核酸的酶Ø依据底物不同分类依据底物不同分类lDNA酶酶(deoxyribonuclease, DNase) lRNA酶酶 (ribonuclease, RNase) Ø依据催化部位不同分类依据催化部位不同分类•核酸内切酶：核酸内切酶： 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 非特异性核酸内切酶非特异性核酸内切酶•核酸外切酶：核酸外切酶：　　　　5´→3´或或3´→5´核酸外切酶核酸外切酶 复习题复习题1.DNA的双螺旋结构有何特点？的双螺旋结构有何特点？2.RNA主要有哪几种？各有何功能？请主要有哪几种？各有何功能？请说出说出mRNA、、tRNA的结构特点。

的结构特点3.何谓何谓Tm值、值、 核酸变性核酸变性 和核酸杂交？和核酸杂交？。