生物化学与原理1核酸2ppt课件.ppt

1 1 核酸的核酸的构造与功能构造与功能1.1 核酸的种类、分布和化学组成1.2 DNA的构造1.3 RNA的构造1.4 核酸的性质1.2 DNA1.2 DNA的构造的构造1 1、、DNADNA的一级构造的一级构造2 2、、DNADNA的二级构造的二级构造3 3、、DNADNA的高级构造的高级构造1 1、、DNADNA的一级构造的一级构造⑴⑴概念概念 由数量极其庞大的由数量极其庞大的四种脱氧的单核苷酸按四种脱氧的单核苷酸按照一定的顺序，以照一定的顺序，以3′,5′3′,5′－磷酸二酯键－磷酸二酯键(phosphodiester)(phosphodiester)彼此彼此衔接而构成的线形或环衔接而构成的线形或环形多核苷酸链形多核苷酸链 核苷酸数核苷酸数≤50—≤50—寡核苷酸寡核苷酸(oligonucleotide)(oligonucleotide)核苷酸数核苷酸数≥50—≥50—多聚核苷酸多聚核苷酸(polynucleotide)(polynucleotide)方向性方向性(directionality)5’端端(5’terminus)→3'端端(3' terminus)5   A C T G C T  3  ⑵⑵书写方法书写方法竖线式竖线式5   pApCpTpGpCpT-OH  3  文字式文字式2、、DNA的二级构造的二级构造⑴⑴双螺旋构造模型的主要根据双螺旋构造模型的主要根据⑵⑵双螺旋构造模型的要点双螺旋构造模型的要点⑶⑶双螺旋构造的稳定要素双螺旋构造的稳定要素⑷⑷DNA双螺旋构象的多态性双螺旋构象的多态性⑸⑸非经典非经典DNA构造构造⑴⑴双螺旋构造模型的主要根据双螺旋构造模型的主要根据 DNA DNA纤维的纤维的X-X-光衍射图谱分析光衍射图谱分析 电位滴定电位滴定 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff Chargaff 规那么规那么:A=T G=C:A=T G=C 戊糖糖环与戊糖糖环与DNADNA分子纵轴平行，分子纵轴平行，而碱基平面与纵轴垂直。

而碱基平面与纵轴垂直DNADNA双螺旋构造模型双螺旋构造模型⑵⑵双螺旋构造模型的要点双螺旋构造模型的要点 p146 p146 ①①由两条反向平行由两条反向平行(antiparalled)的脱氧多核苷的脱氧多核苷酸链围绕同一中心轴，构成右酸链围绕同一中心轴，构成右手双螺旋构造手双螺旋构造有两个沟：大沟和小沟有两个沟：大沟和小沟(major groove & minor groove) ②②两股单链两股单链“糖糖-磷酸〞构成磷酸〞构成骨架，居双螺旋外侧；碱基骨架，居双螺旋外侧；碱基位于双螺旋内侧，并与中心位于双螺旋内侧，并与中心轴垂直糖环平面与中轴平轴垂直糖环平面与中轴平行 ③③每圈螺旋含每圈螺旋含10个核苷酸残个核苷酸残基，螺距：基，螺距：3.4nm，直径，直径:2nm顺轴方向每隔顺轴方向每隔0.34nm有一个有一个核苷酸，两个核苷酸之间的核苷酸，两个核苷酸之间的夹角为夹角为36°④④一条多核苷酸链上的嘌呤一条多核苷酸链上的嘌呤碱基与另一条链上的嘧啶碱碱基与另一条链上的嘧啶碱基以氢键相连，匹配成对基以氢键相连，匹配成对原那么：原那么： A=T;  G C一条链为另一条链的互补链一条链为另一条链的互补链这两个沟这两个沟槽使碱基槽使碱基外露，其外露，其大小足够大小足够包容蛋白包容蛋白质分子，质分子，这对这对DNADNA与蛋白质与蛋白质的相互作的相互作用非常重用非常重要。

要⑶⑶双螺旋构造的稳定要素双螺旋构造的稳定要素 p148 p148①①碱基对间的氢键碱基对间的氢键: :维持双链横向稳定性维持双链横向稳定性②②碱基的堆集力碱基的堆集力: :维持双链纵向稳定性维持双链纵向稳定性 ③③离子键〔盐键〕：由磷酸基团上的负电荷与介质中离子键〔盐键〕：由磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子或阳离子化合物〔如的阳离子或阳离子化合物〔如Mg2+Mg2+、含碱性氨基酸的、含碱性氨基酸的蛋白质等〕之间所构成的蛋白质等〕之间所构成的⑷DNA⑷DNA双螺旋构象的多态性双螺旋构象的多态性 p148 p148DNA B helixDNA Z helixDNA A helix回文构造〔回文构造〔palindrome〕〕p163发卡构造〔发卡构造〔hairpin〕〕十字形构造〔十字形构造〔cruciform〕〕镜像反复构造〔镜像反复构造〔mirror repeat〕〕三链螺旋〔三链螺旋〔triplex)⑸⑸非经典非经典DNADNA构造构造当反向反复序列在当反向反复序列在DNA两条链中以二重对两条链中以二重对称存在时叫作回文构造如：称存在时叫作回文构造如：镜像构造镜像构造TTAGCAC GTGCTAAAATCGTG CACGATTTTAGCAC CACGATTAATCGTG GTGCTAA回文构造回文构造当反向反复序列在当反向反复序列在DNA一条链中时叫作镜一条链中时叫作镜像构造。

如：像构造如：DNADNA回文序列及几种构造方式回文序列及几种构造方式回文序列回文序列发夹式构造发夹式构造十字形构造十字形构造中心区域中心区域三链三链DNADNA       三条链中，通常是一条同型寡聚核苷酸与寡聚嘧啶核三条链中，通常是一条同型寡聚核苷酸与寡聚嘧啶核苷酸苷酸-寡聚嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合第三股的碱基寡聚嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合第三股的碱基可与可与Waston-Crick碱基中的嘌呤碱构成碱基中的嘌呤碱构成Hoogsteen配对DNA分子内分子内的三链构造的三链构造    多聚嘌呤多聚嘌呤多聚嘧啶多聚嘧啶DNA三链间三链间的碱基配对的碱基配对T-A-TC-G-CHoogsteen配对配对Py•Pu*PyPu•Py*PuH-DNA3、、 DNA的高级构造的高级构造Ø线状或环状基因组线状或环状基因组DNA p148DNA p148ØDNADNA超螺旋〔超螺旋〔superhelicalsuperhelical〕〕p150p150Ø核染色质的组成核染色质的组成 p154 p154DNADNA的超螺旋：螺旋轴本身的扭曲的超螺旋：螺旋轴本身的扭曲 〔当〔当DNADNA处在某种构造张力时出现〕处在某种构造张力时出现〕正超螺旋正超螺旋: :每圈螺旋碱基对数小于每圈螺旋碱基对数小于10.510.5螺旋构造处于紧缠形状螺旋构造处于紧缠形状负超螺旋负超螺旋: :每圈螺旋碱基对数大于每圈螺旋碱基对数大于10.510.5螺旋构造处于松缠形状螺旋构造处于松缠形状〔对于右手螺旋〔对于右手螺旋DNADNA分子来说〕分子来说〕种类种类螺螺旋旋和和超超螺螺旋旋线线螺旋螺旋超螺旋超螺旋核小体核小体(nucleosome) p154(nucleosome) p154A、存在于真核细胞、存在于真核细胞B、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        组蛋白含有大量的碱性氨基酸，所以组蛋白成组蛋白含有大量的碱性氨基酸，所以组蛋白成为多聚阳离子，可以和为多聚阳离子，可以和DNA的多聚阴离子磷酸骨架的多聚阴离子磷酸骨架相互作用构成不带电的核蛋白。

相互作用构成不带电的核蛋白各各2 2分子分子A model for chromosome structure, human chromosome 41.3 RNA1.3 RNA的构造的构造RNARNA的碱基组成的碱基组成 ☆4☆4种主要的碱基：种主要的碱基：A A、、G G、、C C、、U U☆☆多种稀有碱基多种稀有碱基RNARNA的碱基组成没有严厉规律的碱基组成没有严厉规律 碱基配对：碱基配对：A-UA-U、、G-CG-C RNA RNA通常是单链线型分子，但可通常是单链线型分子，但可本身回折构成部分双螺旋本身回折构成部分双螺旋( (二级构二级构造造) )，进而折叠，进而折叠( (三级构造三级构造) )表：表：RNA的类型的类型 名　称　　名　称　　　　英　　　英　 文文　简　简 写　写　　　   转移转移RNA　　transfer RNA　　tRNA　　    信使信使RNAmessenger RNA　　mRNA 　核糖体　核糖体RNAribosomal RNA　　rRNA　　    小核小核RNAsmall nuclear RNA　　snRNA核内不均一核内不均一RNA　　hnRNA一、一、mRNA p164⑴⑴ 真核生物真核生物mRNA构造特点构造特点①①3´末端有一末端有一个长约个长约200核苷核苷酸的酸的polyA(多多聚腺苷酸〕构聚腺苷酸〕构造。

造②②5´末端有一末端有一个特殊的个特殊的5´－－帽子构造帽子构造根本情况：分子量大、种类多、含量少、最不稳定根本情况：分子量大、种类多、含量少、最不稳定原核与真核原核与真核mRNAmRNA比较比较原核生物原核生物mRNAmRNA特征：特征： 前导序列前导序列+ +翻译区〔多顺反子〕翻译区〔多顺反子〕+ +末端序列末端序列真核生物真核生物mRNAmRNA特征：特征： ““帽帽子子〞〞〔〔m7G-5´ppp5´-N-3´pm7G-5´ppp5´-N-3´p〕〕+ +单单顺顺反反子子+“+“尾尾巴〞〔巴〞〔Poly APoly A〕〕原核与真核原核与真核mRNAmRNA比较比较原核生物原核生物mRNAmRNA起始密码子的上游约起始密码子的上游约1010个核苷酸处，有个核苷酸处，有一段富含嘌呤核苷酸的序列，称为前导序列，又称一段富含嘌呤核苷酸的序列，称为前导序列，又称SDSD序列该序列与翻译的起始有关，是核糖体该序列与翻译的起始有关，是核糖体16S rRNA16S rRNA结合的部位结合的部位⑵⑵polyA和帽子构造的功能和帽子构造的功能①①polyA与与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关；与从细胞核到细胞质的转移有关；与mRNA的半寿期有关〔新生的半寿期有关〔新生mRNA的的polyA较长，而较长，而衰老的衰老的mRNA polyA较短〕。

较短〕②②帽子构造和帽子构造和polyA都有抗核酸外切酶降解的作用都有抗核酸外切酶降解的作用③③帽子构造能够与蛋白质合成的正确起始及核糖体与帽子构造能够与蛋白质合成的正确起始及核糖体与mRNA的结合有关的结合有关⑶⑶mRNA的功能〔作为蛋白质生物合成的直接模板〕的功能〔作为蛋白质生物合成的直接模板〕把把DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息，，按按碱碱基基互互补补配配对对原原那那么么，，抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体，，用用以以决决议议其其合合成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸陈陈列顺序DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞       细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞       原核生物原核生物⑶⑶mRNA的功能〔作为蛋白质生物合成的直接模板〕的功能〔作为蛋白质生物合成的直接模板〕把把DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息，，按按碱碱基基互互补补配配对对原原那那么么，，抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体，，用用以以决决议议其其合合成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸陈陈列顺序。

列顺序真核生物真核生物二、二、tRNA•tRNA的二级构造的二级构造•——三叶草形三叶草形• 氨基酸臂氨基酸臂• DHU环环(二氢二氢•尿嘧啶环〕尿嘧啶环〕• 反密码环反密码环• 可变环可变环• TΨC环环酵母酵母 tRNA Phe ☆☆由由7对碱基组成，富含鸟嘌呤对碱基组成，富含鸟嘌呤☆☆ 3’末端有末端有CCA-OH, 是携带氨基酸的部位是携带氨基酸的部位☆☆ 5’末端大多为末端大多为pG，也有，也有pC☆☆由由8～～12个核苷酸组成个核苷酸组成☆☆具有两个二氢尿嘧啶具有两个二氢尿嘧啶☆☆经过经过3～～4对碱基组成对碱基组成的双螺旋区〔也称二氢的双螺旋区〔也称二氢尿嘧啶臂〕与尿嘧啶臂〕与tRNA分子分子的其他部分相连的其他部分相连☆☆由由7个核苷酸组成个核苷酸组成☆☆环中部为反密码子，环中部为反密码子，由由3个碱基组成个碱基组成☆☆经过由经过由5对碱基组成对碱基组成的双螺旋区〔反密码的双螺旋区〔反密码臂〕与臂〕与tRNA的其他部的其他部分衔接☆☆反密码子可识别信反密码子可识别信使使RNA的密码子的密码子☆☆由由3～～18个核苷酸组成个核苷酸组成☆☆不同的不同的tRNA具有不同具有不同大小的可变环，所以是大小的可变环，所以是tRNA分类的重要目的。

分类的重要目的☆☆假尿嘧啶核苷－胸腺嘧啶假尿嘧啶核苷－胸腺嘧啶核糖核苷环核糖核苷环☆☆由由7个核苷酸组成，经过由个核苷酸组成，经过由5对碱基组成的双螺旋区〔对碱基组成的双螺旋区〔T Ψ C臂〕与臂〕与tRNA的其他部分的其他部分相连相连☆☆除个别例外，几乎一切除个别例外，几乎一切tRNA在此环中都含有在此环中都含有T Ψ C* tRNA的三级构造的三级构造—— 倒倒L形形* tRNA的功能的功能活活化化、、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，，参参与与蛋蛋白白质质的的翻翻译       tRNA三级构造为倒三级构造为倒L型，接受氨基酸的型，接受氨基酸的3’－－CCA位于位于L的一端，反密码子环位于另一端，在二级构造根底上又构成的一端，反密码子环位于另一端，在二级构造根底上又构成一些新的碱基对，使三叶草型构造发生扭曲一些新的碱基对，使三叶草型构造发生扭曲TΨC环DHU环三、三、rRNArRNArRNArRNA的构造特点的构造特点1.1.含量最丰富含量最丰富, ,约占总约占总RNARNA的的80%80%2. 2. 构造最复杂构造最复杂3. 3. 核糖体由大小两个亚基构成核糖体由大小两个亚基构成, ,两亚基呈不两亚基呈不 规那么外形。

规那么外形The proposed secondary structure for E. coli 16S rRNA 16S rRNA 的二级构造：的二级构造：(a) 真细菌真细菌 (E. coli), (b) 古细菌古细菌 (沃氏沃氏(嗜嗜)盐盐富饶菌富饶菌 H. volcanii), (c) 真核细胞真核细胞  (啤酒酵母啤酒酵母S. cerevisiae, a yeast)     真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA    原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA* rRNA的种类〔根据沉降系数〕的种类〔根据沉降系数〕rRNA是构成核糖体的骨架是构成核糖体的骨架60S大大亚亚基基50S大大亚亚基基40S小亚基小亚基 —— 30S小亚基小亚基核内小分子核内小分子RNA (snRNA) p169仅在真核生物细胞〔主要在细胞核〕中发现，大仅在真核生物细胞〔主要在细胞核〕中发现，大约含约含100—200100—200个核苷酸，能与一些特殊的蛋白质构成稳个核苷酸，能与一些特殊的蛋白质构成稳定的复合物〔核内小分子核糖核蛋白体，定的复合物〔核内小分子核糖核蛋白体，snRNPssnRNPs〕。

〕 snRNPssnRNPs在真核生物基因转录产物〔在真核生物基因转录产物〔hnRNAhnRNA〕加工为成熟〕加工为成熟的的mRNAmRNA中起重要作用中起重要作用。