第二章 核酸化學(xué)

1、 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)第二章第二章Chemistry of nucleic acid核核 酸酸 化化 學(xué)學(xué) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)第一節(jié)第一節(jié)核酸的組成核酸的組成Composition of nucleic acid 戊糖：戊糖：核糖和脫氧核糖核糖和脫氧核糖 堿基：嘌呤堿和嘧啶堿堿基：嘌呤堿和嘧啶堿 磷酸磷酸 核苷核苷 核苷酸核苷酸 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 核酸分為兩大類核酸分為兩大類： 即即核糖核酸核糖核酸( (Ribonucleic Acid, RNA)和和脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸( (Deoxyr

2、ibonucleic Acid, DNA)，兩者都是由元素，兩者都是由元素C、H、O、N、P組成的。組成的。1.1. 核酸的元素組成核酸的元素組成The elemental composition of nucleic acid 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)核酸核酸 nucleic acid核苷酸核苷酸 nucleotide核苷核苷 nucleoside磷酸磷酸 phosphate嘌呤堿嘌呤堿 purine base 或或 嘧啶堿嘧啶堿 pyrimidine base（堿基（堿基 base）核糖核糖 ribose 或或 脫氧脫氧核糖核糖 deoxyribose （戊糖（

3、戊糖 amyl sugar）2. 2. 核酸的分子組成核酸的分子組成 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)一、核糖和脫氧核糖一、核糖和脫氧核糖OHOH2COHOHOH12OHOH2COHOH12-D-核糖核糖-D-2-脫氧核糖脫氧核糖ORibose and deoxyribose 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)二、堿基：嘌呤堿二、堿基：嘌呤堿(purine bose)NNNNHHHNNNNHHHH123 456789嘌呤環(huán)嘌呤環(huán)NH2腺嘌呤腺嘌呤 adenine（A）NNNNHHOH2N鳥嘌呤鳥嘌呤 guanine（G）（1）（2） 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物

4、與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)嘧啶環(huán)嘧啶環(huán)123456NNHHHHNNHHHHNH2OH胞嘧啶胞嘧啶 Cytosine（C）二、堿基：嘧啶堿二、堿基：嘧啶堿(pyrimidine base)（1） 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)尿嘧啶尿嘧啶 uracil（U）NNHHHOOHHCH3胸腺嘧啶胸腺嘧啶thymine（T）二、堿基：嘧啶堿二、堿基：嘧啶堿（3）（2）NHHOOHN 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 在某些核酸中在某些核酸中, ,還存在著少量的其它的還存在著少量的其它的修修飾堿基飾堿基, ,稱為稀有堿基稱為稀有堿基. . 黃嘌呤黃嘌呤HNNH

5、NNHHHHOO次黃嘌呤次黃嘌呤HNNNNHHHHOHNNHHHCH3NH2OH5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶二、堿基：稀有堿基二、堿基：稀有堿基 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)NNHNHNNOCH3CH3N,NN,N二甲基鳥嘌呤二甲基鳥嘌呤NHNHOOHHHH雙氫尿嘧啶雙氫尿嘧啶NHNHSO4-4-巰尿嘧啶巰尿嘧啶 在某些核酸中在某些核酸中, ,還存在著少量的其它的修還存在著少量的其它的修飾堿基飾堿基, ,稱為稀有堿基稱為稀有堿基. . 二、堿基：稀有堿基二、堿基：稀有堿基 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)NNOOHHH酮式酮式HNNOOHHH酮式酮式HH

6、H烯醇式烯醇式 含氧的堿基有烯醇式和酮式兩種互變異構(gòu)含氧的堿基有烯醇式和酮式兩種互變異構(gòu)體體. . 在生理?xiàng)l件下在生理?xiàng)l件下, , 核酸中的堿基以酮式存在核酸中的堿基以酮式存在. .二、堿基：堿基的烯醇式與酮式互變二、堿基：堿基的烯醇式與酮式互變 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)三、磷酸三、磷酸(phosphate) O HO POH | OH 磷磷 酸酸 O HO PO- | OH 磷磷 酸酸 基基 O -O PO- | O- 磷磷 酸酸 基基 解離解離 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)1. 1. 核苷的形成：核苷的形成：OHOH2CHHHbaseHO

7、HOH四、核苷四、核苷(nucleoside)糖與堿基之間的糖與堿基之間的C-NC-N鍵，稱為鍵，稱為C-NC-N糖苷鍵糖苷鍵由戊糖與堿基以由戊糖與堿基以“C CN”N”糖苷鍵結(jié)合而糖苷鍵結(jié)合而成。成。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)OHOH2CHHHHOHOHNNNNNH291腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷（adenosineadenosine）胞嘧啶脫氧核苷胞嘧啶脫氧核苷（deoxycytidnedeoxycytidne）OHOH2CHHHHOHHN1NONH21 嘌呤堿嘌呤堿N N9 9或嘧啶堿或嘧啶堿N N1 1上的上的H H被戊糖基被戊糖基C C1 1位取代。位取代。2.

8、 2. 戊糖與堿基的連接方式戊糖與堿基的連接方式四、核苷四、核苷(nucleoside) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 3、基本核苷的命名與符號(hào)、基本核苷的命名與符號(hào)（1 1）命名：全名稱：某堿基核糖核苷，）命名：全名稱：某堿基核糖核苷， 或或“某堿基脫氧核糖核某堿基脫氧核糖核苷苷”。 簡(jiǎn)稱為：某苷，或簡(jiǎn)稱為：某苷，或“脫氧某苷脫氧某苷”。 如腺苷如腺苷 、脫氧腺苷、脫氧腺苷（2）核苷符號(hào)：）核苷符號(hào)： 據(jù)相應(yīng)堿基而來，對(duì)于脫氧核苷則在堿基據(jù)相應(yīng)堿基而來，對(duì)于脫氧核苷則在堿基代號(hào)前加代號(hào)前加“d”。四、核苷四、核苷(nucleoside) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工

9、程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) A G C U dA dG dC dT4. DNA 、RNA分別有四種核苷分別有四種核苷 四、核苷四、核苷(nucleoside) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)OCH2HHOHHOHHHO (pseudouridine)HNNHOO51假尿嘧啶核苷()5.5.稀有核苷（修飾核苷）稀有核苷（修飾核苷）常見的修飾核苷有常見的修飾核苷有: 次黃苷次黃苷(inosime, I) 黃苷（黃苷（xanthosime,X） 二氫尿苷二氫尿苷(dihydrouridine，D） 7甲基鳥苷（甲基鳥苷（m7G） 假尿苷（假尿苷（）等）等。四、核苷四、核苷(nucl

10、eoside) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)6. 核苷中取代基團(tuán)的表示方法核苷中取代基團(tuán)的表示方法（1 1）核苷的堿基）核苷的堿基上的上的H H被取代的表示方法：被取代的表示方法：m2N2取代位置取代位置取代基取代基取代基數(shù)目取代基數(shù)目某苷某苷甲基甲基m 乙?；阴；鵤c 氨基氨基n 甲硫基甲硫基ms 羥基羥基o或或h 硫基硫基s 異戊烯基異戊烯基i 羧基羧基c 取代基用下列小寫英文字母表示取代基用下列小寫英文字母表示 : : 例如：例如：m62A代表代表 N6，N6-二甲基腺苷二甲基腺苷 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)OCH2HHOHHOCH3H

11、HO2-O-甲基腺苷Ade(Am)（2）核苷的糖分子中）核苷的糖分子中-OH基的基的H被取代后的產(chǎn)被取代后的產(chǎn)物的表示方法：物的表示方法：如：如：Am2（到代基寫在某苷的后面）（到代基寫在某苷的后面）6. 核苷中取代基團(tuán)的表示方法核苷中取代基團(tuán)的表示方法 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)1. nucleotide是核苷的磷酸酯是核苷的磷酸酯五、核苷酸（五、核苷酸（nucleotide）AMPHHHHHHdAMP 此外，核苷酸的核糖此外，核苷酸的核糖C2和和C3位二個(gè)自由羥基也可位二個(gè)自由羥基也可被磷酸酯化；脫氧核糖分子中則只有被磷酸酯化；脫氧核糖分子中則只有C3和和C5位可

12、被酯位可被酯化。但生物體內(nèi)的核苷酸多為化。但生物體內(nèi)的核苷酸多為5-核苷酸。核苷酸。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 2. 核苷酸的名稱核苷酸的名稱五、核苷酸（五、核苷酸（nucleotide） 某苷某苷-酯化位酯化位-磷酸；或磷酸；或 酯化位酯化位-某苷酸。某苷酸。 如：腺苷如：腺苷-5-磷酸，或稱磷酸，或稱 5-腺苷酸腺苷酸因多為因多為5-核苷酸，故略稱某核苷酸，如腺苷酸等核苷酸，故略稱某核苷酸，如腺苷酸等 用酶水解用酶水解DNA或或RNA時(shí)，可得到時(shí)，可得到5-核苷酸和核苷酸和3-核苷酸。生物體內(nèi)存在少量核苷酸。生物體內(nèi)存在少量2-核苷酸表示方法為：核苷酸表示方法為

13、： pA表示表示5-腺苷酸，腺苷酸，Ap表示表示3-腺苷酸，腺苷酸，Ap2為為2-腺苷酸。腺苷酸。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)3. 核苷酸的代號(hào)核苷酸的代號(hào)五、核苷酸（五、核苷酸（nucleotide）DNA和和RNA各有四種基本核苷酸：各有四種基本核苷酸： 構(gòu)成構(gòu)成RNA的是：的是： AMP、GMP、CMP、UMP；（NMP） 構(gòu)成構(gòu)成DNA的是：的是： dAMP、dGMP、dCMP、dTMP （dNMP） 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)OHOH2COHOHOH12345核核 糖糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺嘌呤腺苷腺苷PO-OOAMPOP O-

14、OOADPATPP O-OO4.NMP和和dNMP還與磷酸結(jié)合，還與磷酸結(jié)合，產(chǎn)生相應(yīng)的（脫氧）核苷二磷產(chǎn)生相應(yīng)的（脫氧）核苷二磷酸或（脫氧）核苷三磷酸。酸或（脫氧）核苷三磷酸。五、核苷酸（五、核苷酸（nucleotide） 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)（1）各種核苷三磷酸和脫氧核苷三磷酸是體內(nèi)合）各種核苷三磷酸和脫氧核苷三磷酸是體內(nèi)合成成RNA和和DNA的直接原料。的直接原料。（2）參與體內(nèi)的能量代謝過程：）參與體內(nèi)的能量代謝過程：ATP能量能量“貨幣貨幣”UTP參加糖的互相轉(zhuǎn)化與合成參加糖的互相轉(zhuǎn)化與合成CTP參加磷脂的合成參加磷脂的合成GTP參加蛋白質(zhì)和嘌呤的合成

15、參加蛋白質(zhì)和嘌呤的合成（3）第二信使：）第二信使：cAMP、cGMP5. 5. 核苷酸的生物學(xué)作用核苷酸的生物學(xué)作用五、核苷酸（五、核苷酸（nucleotide）（4）腺苷酸是某些輔酶的結(jié)構(gòu)成分，如）腺苷酸是某些輔酶的結(jié)構(gòu)成分，如NAD+等等（5）核苷多磷酸和寡核苷多磷酸參與代謝調(diào)控）核苷多磷酸和寡核苷多磷酸參與代謝調(diào)控 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)（6）核苷酸的性質(zhì)）核苷酸的性質(zhì) 在在260-290 nm處有光吸收處有光吸收,最大吸收峰為最大吸收峰為260 nm。 各核苷酸的紫外吸收有差異，可鑒定不同的核苷酸；各核苷酸的紫外吸收有差異，可鑒定不同的核苷酸； 兩性解離和

16、等電點(diǎn)：兩性解離和等電點(diǎn)： 當(dāng)?shù)谝涣姿峄蛪A基的解離度相同時(shí)（第二磷酸當(dāng)?shù)谝涣姿峄蛪A基的解離度相同時(shí)（第二磷酸基尚未解離）的溶液基尚未解離）的溶液pH稱為該核苷酸的等電點(diǎn)，稱為該核苷酸的等電點(diǎn)， 但但UMP的不能形成兼性離子。的不能形成兼性離子。五、核苷酸（五、核苷酸（nucleotide） 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 常在常在pH3-5條件下進(jìn)行電泳。電泳時(shí)的移動(dòng)速度條件下進(jìn)行電泳。電泳時(shí)的移動(dòng)速度依次為：依次為：UMP GMP AMP CMP 用陽離子交換樹脂分離各核苷酸時(shí)，以低用陽離子交換樹脂分離各核苷酸時(shí)，以低pH使使核苷酸帶上正電荷。用核苷酸帶上正電荷。用

17、pH遞增的緩沖液洗脫時(shí)，洗遞增的緩沖液洗脫時(shí)，洗脫順序?yàn)椋好擁樞驗(yàn)椋篣MPGMP CMP AMP； 若為陰離子交換樹脂，用若為陰離子交換樹脂，用pH遞減的緩沖液洗脫遞減的緩沖液洗脫時(shí)的洗脫順序則為：時(shí)的洗脫順序則為： UMP AMP CMP G MP五、核苷酸（五、核苷酸（nucleotide）各核苷酸的等電點(diǎn)各核苷酸的等電點(diǎn)UMPCMPAMPGMPpI02.652.31.55 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)第二節(jié)第二節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)一、一、DNA的

18、一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)1. 定義：定義： 因脫氧核苷酸只是堿基不同，所以常被因脫氧核苷酸只是堿基不同，所以常被認(rèn)為是堿基序列（認(rèn)為是堿基序列（base sequence)。是指脫氧核苷酸殘基的排列順序，也叫序列。是指脫氧核苷酸殘基的排列順序，也叫序列。 DNA序列是線形的，或環(huán)形的序列是線形的，或環(huán)形的2. 主鍵：主鍵：3-5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)55333. 鏈的方向性鏈的方向性：3-端，端，5-端端: 5-3或或3-5。4.4.書寫方法書寫方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 -A C T G C T- 3 一、一、DNA的一級(jí)結(jié)

19、構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)1. 1953年，年，Watson 和和Crick 提出提出了兩條由提出提出了兩條由DNA單鏈通過堿基互補(bǔ)配對(duì)形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。單鏈通過堿基互補(bǔ)配對(duì)形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)2. 雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù) （1）X射線衍射數(shù)據(jù)；射線衍射數(shù)據(jù)；Wilkins和和Franklin發(fā)現(xiàn)不同來源的發(fā)現(xiàn)不同來源的DNA纖維具有相似的纖維具有相似的X射線衍射線衍射圖譜，說明射圖譜，說明DNA有共同的分子結(jié)構(gòu)，含有有共同的分子結(jié)構(gòu)，含有兩條或以上的多核

20、苷酸鏈。兩條或以上的多核苷酸鏈。 （2）堿基成對(duì)的證據(jù)：）堿基成對(duì)的證據(jù)：Chargaff發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNA中中A與與T、C與與G的數(shù)目相等。后的數(shù)目相等。后Pauling 和和Corey發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)A與與T生成生成2個(gè)氫鍵、個(gè)氫鍵、C與與G生成生成3個(gè)氫鍵。個(gè)氫鍵。 （3）DNA滴定證據(jù)：嘌呤和嘧啶的可解離基滴定證據(jù)：嘌呤和嘧啶的可解離基團(tuán)由氫鍵連接，不能滴定，磷酸基團(tuán)可以滴定。團(tuán)由氫鍵連接，不能滴定，磷酸基團(tuán)可以滴定。二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)3. 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)(1) DNA分子由兩條方向相反分子由兩條方向相反的

21、單鏈構(gòu)成，兩條的單鏈構(gòu)成，兩條DNA單鏈單鏈圍繞一假想的共同軸心形成圍繞一假想的共同軸心形成一右手螺旋結(jié)構(gòu)，兩股鏈之一右手螺旋結(jié)構(gòu)，兩股鏈之間在空間上形成一條大溝和間在空間上形成一條大溝和一條小溝。一條小溝。5335二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)(2) 雙螺旋的螺距為雙螺旋的螺距為3.4nm，含，含10個(gè)堿基個(gè)堿基對(duì)對(duì)(base pair, bp)，相鄰堿基對(duì)平面間相鄰堿基對(duì)平面間的距離為的距離為0.34 nm。螺旋直徑為螺旋直徑為2.0nm。二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)(3)

22、 鏈的骨架由交替出鏈的骨架由交替出現(xiàn)的、親水的脫氧核現(xiàn)的、親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成，糖基和磷酸基構(gòu)成，位于雙螺旋的外側(cè)。位于雙螺旋的外側(cè)。堿基位于雙螺旋內(nèi)側(cè)，堿基位于雙螺旋內(nèi)側(cè)，A與與T，G與與C配對(duì)，配對(duì)，堿基平面幾乎與中心堿基平面幾乎與中心軸垂直。軸垂直。二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)堿基互補(bǔ)配對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì) (4) 大多數(shù)天然大多數(shù)天然DNA屬雙鏈結(jié)構(gòu)屬雙鏈結(jié)構(gòu)DNA（double strange DNA, dsDNA），某些病毒的），某些病毒的DNA是單是單鏈分子（鏈分子（single strange DNA, ssDNA）

23、。）。二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)4. DNA雙螺旋的構(gòu)象類型雙螺旋的構(gòu)象類型 當(dāng)鈉鹽濃度和相對(duì)濕度等改變時(shí)，當(dāng)鈉鹽濃度和相對(duì)濕度等改變時(shí)，DNA的構(gòu)象發(fā)生的構(gòu)象發(fā)生改變。改變。 （1）B-DNA：DNA鈉鹽鈉鹽在在92%相對(duì)濕度時(shí)的構(gòu)象，相對(duì)濕度時(shí)的構(gòu)象，接近細(xì)胞內(nèi)的接近細(xì)胞內(nèi)的DNA構(gòu)象，構(gòu)象，與與Watson 和和Crick的模的模型相似。型相似。二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)（2）A-DNA：DNA鈉鹽在鈉鹽在75%相對(duì)濕度時(shí)的構(gòu)象，與相對(duì)濕度時(shí)的構(gòu)象，與DNA-RNA

24、分子的構(gòu)象相似，轉(zhuǎn)錄時(shí)發(fā)生分子的構(gòu)象相似，轉(zhuǎn)錄時(shí)發(fā)生BA的轉(zhuǎn)變。的轉(zhuǎn)變。每轉(zhuǎn)含每轉(zhuǎn)含11bp，螺距，螺距2.8 nm，螺旋直徑，螺旋直徑2.3 nm二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)（3）Z-DNA：人工合成的：人工合成的DNA片段的主鏈呈鋸齒型左片段的主鏈呈鋸齒型左向盤繞，只有小溝，稱向盤繞，只有小溝，稱Z-DNA。體內(nèi)高度甲基化的。體內(nèi)高度甲基化的DNA片段區(qū)域是片段區(qū)域是Z-DNA構(gòu)象，與基因調(diào)控有關(guān)。構(gòu)象，與基因調(diào)控有關(guān)。左旋左旋, 鋸齒狀鋸齒狀每轉(zhuǎn)含每轉(zhuǎn)含12bp，螺距螺距4.5 nm，螺旋直徑螺旋直徑1.8 nm二、二、DNA的

25、二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)雙螺旋雙螺旋DNADNA的類型與結(jié)構(gòu)參數(shù)的類型與結(jié)構(gòu)參數(shù)類型類型旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方向方向螺旋螺旋直徑直徑（nm）螺距螺距（nm）每轉(zhuǎn)堿每轉(zhuǎn)堿基對(duì)數(shù)基對(duì)數(shù)目目堿基對(duì)間堿基對(duì)間垂直距離垂直距離（nm）堿基對(duì)堿基對(duì)與水平與水平面傾角面傾角ADNABDNAZDNA右右右右左左2.32.01.82.83.44.51110120.2550.340.372007二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)5.5.其他形式的二級(jí)結(jié)構(gòu)其他形式的二級(jí)結(jié)構(gòu)（1 1）回文序列）回文序列( (palindromi

26、c sequence）與發(fā)夾結(jié)構(gòu)與發(fā)夾結(jié)構(gòu) 單鏈序列內(nèi)以對(duì)稱點(diǎn)為中心，兩側(cè)堿基互補(bǔ)的序列區(qū)域。單鏈序列內(nèi)以對(duì)稱點(diǎn)為中心，兩側(cè)堿基互補(bǔ)的序列區(qū)域。該區(qū)域的雙鏈該區(qū)域的雙鏈DNADNA反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)1801800 0時(shí)，其序列一致，稱回文序列。時(shí)，其序列一致，稱回文序列。 發(fā)夾發(fā)夾結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)十字十字結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)（2）鏡像重復(fù)與三鏈）鏡像重復(fù)與三鏈DNA（三股螺旋）（三股螺旋） 通常僅是一段三鏈區(qū)。通常僅是一段三鏈區(qū)。 按來源分為：分子間三按來源分為：分子間三股螺旋（插入）股螺旋（插入） ，分子內(nèi)，分子內(nèi)三股螺旋（雙鏈之一回

27、折）三股螺旋（雙鏈之一回折） 三鏈區(qū)的堿基配對(duì)三鏈區(qū)的堿基配對(duì) CG=C CG=G T=A=T T=A=A三股螺旋三股螺旋鏡象結(jié)構(gòu)鏡象結(jié)構(gòu)二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 如端粒尾部區(qū)域富如端粒尾部區(qū)域富G的的串聯(lián)重復(fù)序列單鏈能形成串聯(lián)重復(fù)序列單鏈能形成G-四聯(lián)體。其中心有四聯(lián)體。其中心有4個(gè)帶負(fù)電個(gè)帶負(fù)電荷的羧基氧原子圍成的荷的羧基氧原子圍成的“口口袋袋”，通過，通過G-四聯(lián)體的堆積四聯(lián)體的堆積可以形成分子內(nèi)或分子間的可以形成分子內(nèi)或分子間的右手螺旋。右手螺旋。 G-四連體多見于一些在四連體多見于一些在進(jìn)化上相當(dāng)保守的基因區(qū)域，進(jìn)化上相

28、當(dāng)保守的基因區(qū)域，可能是作為分子之間相互識(shí)可能是作為分子之間相互識(shí)別的元件之一。別的元件之一。四鏈四鏈DNADNA（3 3）四鏈）四鏈DNADNA二、二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)三、三、DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)1 1定義定義：雙螺旋：雙螺旋DNADNA進(jìn)一步扭曲盤繞形成的進(jìn)一步扭曲盤繞形成的結(jié)構(gòu)，超螺旋是結(jié)構(gòu)，超螺旋是DNADNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)超螺旋超螺旋(supercolis)的種類的種類 正超螺旋：過旋造成正超螺旋：過旋造成 負(fù)超螺旋：欠旋造成負(fù)超

29、螺旋：欠旋造成三、三、DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 在雙螺旋結(jié)構(gòu)中，每旋轉(zhuǎn)一圈含有在雙螺旋結(jié)構(gòu)中，每旋轉(zhuǎn)一圈含有10個(gè)堿基對(duì)時(shí)，個(gè)堿基對(duì)時(shí)，處于能量最低的狀態(tài)，少于處于能量最低的狀態(tài)，少于10個(gè)個(gè)(欠旋欠旋)就會(huì)形成負(fù)超就會(huì)形成負(fù)超螺旋螺旋/右手螺旋，多于右手螺旋，多于10個(gè)（過旋）為正超螺旋個(gè)（過旋）為正超螺旋/左手左手螺旋。螺旋。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 原核細(xì)胞中的原核細(xì)胞中的DNA在在DNA拓?fù)涿駱?gòu)酶拓?fù)涿駱?gòu)酶作用下，由作用下，由ATP提供能量形成的環(huán)狀提供能量形成的環(huán)狀DNA負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋，真核細(xì)胞中的，真核細(xì)胞中的DNA與組蛋白形成的核小體以與組

30、蛋白形成的核小體以正超螺旋正超螺旋結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)存在 三、三、DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)：雙螺旋圈數(shù)；：雙螺旋圈數(shù)； W：超螺旋數(shù)；：超螺旋數(shù)；L：DNA中一條鏈繞另一條鏈的總次數(shù)中一條鏈繞另一條鏈的總次數(shù)W=L - T 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)1 1、原核生物、原核生物DNADNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu)四、四、DNADNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 在共價(jià)閉環(huán)雙螺旋基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)盤曲在共價(jià)閉環(huán)雙螺旋基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)盤曲, ,形成超螺旋形成超螺旋(supercoil(supercoil),),體積進(jìn)一步壓縮。體積進(jìn)一步壓縮。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生

31、物化學(xué)化學(xué) 核心顆粒：由組蛋白核心顆粒：由組蛋白H2A，H2B，H3和和H4各兩分子構(gòu)成的各兩分子構(gòu)成的致密八聚體，以及纏繞其上致密八聚體，以及纏繞其上1.75圈長(zhǎng)度約圈長(zhǎng)度約146bp的的DNA鏈組成。鏈組成。 連接區(qū)：由連接區(qū)：由8114bp的連的連接接DNA和位于連接區(qū)和位于連接區(qū)DNA上上的組蛋白的組蛋白H1組成。組成。 2. DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝四、四、DNADNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu) （1）核小體）核小體(nucleosome) 染色體的基本結(jié)構(gòu)單位，由核心顆粒和連接區(qū)組成染色體的基本結(jié)構(gòu)單位，由核心顆粒和連接區(qū)組成 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工

32、程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)四、四、DNADNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)（2 2）染色質(zhì)和染色體）染色質(zhì)和染色體 多級(jí)螺旋模型多級(jí)螺旋模型: 壓縮倍數(shù)壓縮倍數(shù) 6-7 40 1.2104 1.2104 5 DNA 核小體核小體 螺線管螺線管 微帶微帶 染色單體染色單體 2nm 11nm 30nm 0.84m 0.84m 一級(jí)包裝一級(jí)包裝 二級(jí)包裝二級(jí)包裝 三級(jí)包裝三級(jí)包裝 四級(jí)包裝四級(jí)包裝四、四、DNADNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)第四節(jié)第四節(jié)DNA與基因組與基因組(DNA and genome) D

33、NA與基因與基因 原核生物基因組的特點(diǎn)原核生物基因組的特點(diǎn) 真核生物基因級(jí)的特點(diǎn)真核生物基因級(jí)的特點(diǎn) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) DNATranscriptionRNATranslationProtein基因基因 基因是基因是DNADNA分子中的特定區(qū)段，是最小的功分子中的特定區(qū)段，是最小的功能單位。能單位。結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因:為為RNA和蛋白質(zhì)編碼的基因和蛋白質(zhì)編碼的基因調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因: 有調(diào)節(jié)功能，不產(chǎn)生有調(diào)節(jié)功能，不產(chǎn)生RNA一、一、DNADNA與基因與基因間隔序列：不產(chǎn)生間隔序列：不產(chǎn)生RNARNA，也無調(diào)節(jié)功能，也無調(diào)節(jié)功能 基因組：某物種所含的全部遺傳物質(zhì)

34、。基因組：某物種所含的全部遺傳物質(zhì)。 DNA 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)二、原核生物基因組的特點(diǎn)二、原核生物基因組的特點(diǎn)（1）基因組較小：）基因組較?。?只有一個(gè)雙鏈或單鏈的、環(huán)狀或線形的、只有一個(gè)雙鏈或單鏈的、環(huán)狀或線形的、DNA或或RNA分子，分子，（3）基因是連續(xù)的，多構(gòu)成操縱子）基因是連續(xù)的，多構(gòu)成操縱子（2）DNA大部分為結(jié)構(gòu)基因大部分為結(jié)構(gòu)基因 操縱子：功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起，并轉(zhuǎn)錄在操縱子：功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一同一mRNA中中,受控于共同的調(diào)控元件，這種結(jié)構(gòu)稱受控于共同的調(diào)控元件，這種結(jié)構(gòu)稱為操縱子（為操縱子（operon）。）。 生

35、物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)三、真核生物基因組的特點(diǎn)三、真核生物基因組的特點(diǎn)（1 1）基因組較大，多為線形雙鏈）基因組較大，多為線形雙鏈DNADNA；（2 2）基因是獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位，無操縱子結(jié)構(gòu)；）基因是獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位，無操縱子結(jié)構(gòu)；（3 3）除少量的單拷貝序列外，存在大量的重復(fù)序列：）除少量的單拷貝序列外，存在大量的重復(fù)序列： 分為高、中、低重復(fù)序列，：分為高、中、低重復(fù)序列，：a.高度重復(fù)序列：高度重復(fù)序列： 可重復(fù)幾百萬次可重復(fù)幾百萬次b.中度重復(fù)序列：中度重復(fù)序列：重復(fù)幾十到幾萬次重復(fù)幾十到幾萬次c. 低度重復(fù)序列低度重復(fù)序列如，編碼細(xì)胞骨架蛋白等蛋白如，編碼細(xì)胞

36、骨架蛋白等蛋白質(zhì)的基因等，只有數(shù)個(gè)拷貝。質(zhì)的基因等，只有數(shù)個(gè)拷貝。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)三、真核生物基因組的特點(diǎn)三、真核生物基因組的特點(diǎn)（4 4）基因不連續(xù)）基因不連續(xù), ,由內(nèi)含子和外顯子構(gòu)成由內(nèi)含子和外顯子構(gòu)成, ,稱斷裂基因稱斷裂基因mRNA1 872bpABCDEG7 700bpFtranscription內(nèi)含子（內(nèi)含子（intronintron) )是基因中不為多是基因中不為多肽編碼，不在肽編碼，不在mRNAmRNA中出現(xiàn)的間中出現(xiàn)的間隔序列。隔序列。外顯子（外顯子（exonsexons）是）是基因內(nèi)為多肽編碼的基因內(nèi)為多肽編碼的基因片段。基因片段。例

37、外：組蛋白基因和干擾素基因沒有內(nèi)含子。例外：組蛋白基因和干擾素基因沒有內(nèi)含子。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 位于異染色質(zhì)，不編碼蛋白位于異染色質(zhì)，不編碼蛋白和和RNA，可能與染色體結(jié)構(gòu)的形，可能與染色體結(jié)構(gòu)的形成及基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。一般富成及基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。一般富含含A-T或或G-C，富含，富含A-T的在密度的在密度梯度離心時(shí)在離心管中形成的區(qū)梯度離心時(shí)在離心管中形成的區(qū)帶比主體帶比主體DNA（非重復(fù)序列）更（非重復(fù)序列）更靠近管口；富含靠近管口；富含G-C的更靠近管的更靠近管底，稱為衛(wèi)星底，稱為衛(wèi)星DNA（satellite DNA）富含富含A-T富含富含G-C主

38、體主體DNA附：真核附：真核DNA中的重復(fù)序列中的重復(fù)序列a.高度重復(fù)序列：高度重復(fù)序列： 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) （1）小衛(wèi)星）小衛(wèi)星DNA（minisatellite DNA）：位于常染）：位于常染色體上色體上，15-40bp15-40bp，重復(fù)，重復(fù)10-110-1萬次。拷貝數(shù)存在個(gè)體差萬次?？截悢?shù)存在個(gè)體差異，并以孟德爾方式遺傳，作為異，并以孟德爾方式遺傳，作為DNADNA的指紋圖譜常用于的指紋圖譜常用于基因定位、親子鑒定、身份確定等。基因定位、親子鑒定、身份確定等。 （2）微衛(wèi)星）微衛(wèi)星DNA（microsatellite DNA）：又稱短）：又稱短串聯(lián)

39、重復(fù)序列（串聯(lián)重復(fù)序列（ STR），），1-5bp，重復(fù)，重復(fù)10-60，有顯著，有顯著個(gè)體差異，用于基因組作圖的標(biāo)記；由于其側(cè)翼序列個(gè)體差異，用于基因組作圖的標(biāo)記；由于其側(cè)翼序列高度保守，可用來設(shè)計(jì)引物和探針。高度保守，可用來設(shè)計(jì)引物和探針。（3 3）rDNArDNA ：位于核仁組織區(qū)。：位于核仁組織區(qū)。b.中度重復(fù)序列：中度重復(fù)序列：附：真核附：真核DNA中的重復(fù)序列中的重復(fù)序列 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)真核生物與原核生物基因組特點(diǎn)的比較真核生物與原核生物基因組特點(diǎn)的比較真核生物真核生物原核生物原核生物基因組大小基因組大小較大，一般為雙鏈線較大，一般為雙鏈線型，

40、與組蛋白結(jié)合成型，與組蛋白結(jié)合成染色體處于核內(nèi)。染色體處于核內(nèi)。 較小，無核膜包裹，形式多樣。較小，無核膜包裹，形式多樣?？蓡捂溡部呻p鏈，可可單鏈也可雙鏈，可DNA也可也可RNA，可閉環(huán)也可線型。，可閉環(huán)也可線型?？截愋蛄锌截愋蛄?存在大量重復(fù)序列存在大量重復(fù)序列 除調(diào)控序列外，除調(diào)控序列外，DNA大部分是大部分是為蛋白質(zhì)編碼的結(jié)構(gòu)基因，且為蛋白質(zhì)編碼的結(jié)構(gòu)基因，且每個(gè)只出現(xiàn)一次或幾次。每個(gè)只出現(xiàn)一次或幾次?；蚴欠襁B基因是否連續(xù)續(xù) 不連續(xù)，存在大量的不連續(xù)，存在大量的內(nèi)含子。內(nèi)含子。 基因是連續(xù)的，不含內(nèi)含子序基因是連續(xù)的，不含內(nèi)含子序列。列。基因是否重基因是否重疊疊一般不重疊一般不重疊基因

41、重疊基因重疊 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)第五節(jié)第五節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能The structure and functin of RNA一、RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu) 二、一般RNA的空間結(jié)構(gòu)三、tRNA的結(jié)構(gòu)四、rRNA的種類與結(jié)構(gòu)五、mRNA與hnRNA六、其它RNA 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指各核苷酸殘基在RNA鏈上的連接順序。一、一、RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)二、一般二、一般RNA的空間結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu) 單鏈單鏈RNA自身回折自身回折,通過堿基互補(bǔ)配對(duì)形成通過堿

42、基互補(bǔ)配對(duì)形成部分雙螺旋結(jié)構(gòu)，或其它的空間構(gòu)象；不能配部分雙螺旋結(jié)構(gòu)，或其它的空間構(gòu)象；不能配對(duì)的堿基區(qū)域則形成突環(huán)。對(duì)的堿基區(qū)域則形成突環(huán)。少數(shù)病毒少數(shù)病毒RNA是雙鏈螺旋是雙鏈螺旋, ,稱雙鏈稱雙鏈RNA(RNA(dsRNA) ) 雙螺旋雙螺旋突環(huán)突環(huán) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) tRNA約占RNA總量的15%，種類一般在50種以上，功能是轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸。分子較小，平均為4S 。 研究表明，tRNA具有共同的二級(jí)結(jié)構(gòu)模式：三葉草狀結(jié)構(gòu)。三、三、tRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)D環(huán)環(huán) 接受莖接受莖/ /氨基酸壁氨基酸壁3TC l

43、oopVariable loopanticodon loopD loopanticodoncodon1. tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（1 1）四環(huán)四臂結(jié)構(gòu)）四環(huán)四臂結(jié)構(gòu) 以以76b 的的tRNA為標(biāo)準(zhǔn)，多于為標(biāo)準(zhǔn)，多于76b的增加的是的增加的是17、20、47位。位。（2 2）氨基酸臂）氨基酸臂 （接受莖）（接受莖） 7bp（5端的端的1-7與與3端的端的67-72） 3-CCA-OH是共是共有結(jié)構(gòu)，能接受活有結(jié)構(gòu)，能接受活化的氨基酸化的氨基酸 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)D環(huán)環(huán) 接受莖接受莖/ /氨基酸壁氨基酸壁3TC loopVariable loopantico

44、don loopD loopanticodoncodon1. tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（3 3） 二氫尿嘧啶環(huán)二氫尿嘧啶環(huán)（DHU環(huán)環(huán) 或或D環(huán)）和環(huán)）和D臂：臂： D壁：壁：3-4bp（第（第10-25位）；位）；D環(huán)：環(huán)：8-14b的。因的。因具兩個(gè)具兩個(gè)D而得名。而得名。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)D環(huán)環(huán) 接受莖接受莖/ /氨基酸壁氨基酸壁3TC loopVariable loopanticodon loopD loopanticodoncodon1. tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（4 4）反密碼環(huán)）反密碼環(huán)/ /莖莖Anticodon sterm: 5bp

45、（27-43位）位）Anticodon loop: 7b 其其 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)D環(huán)環(huán) 接受莖接受莖/ /氨基酸壁氨基酸壁3TC loopVariable loopanticodon loopD loopanticodoncodon1. tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(5)(5)可變環(huán)可變環(huán)/ /額外環(huán)額外環(huán) 第第44-48位。多數(shù)位。多數(shù)tRNA含含4-5b，少數(shù)，少數(shù)13-21b，數(shù)，數(shù)目可變，目可變， 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)D環(huán)環(huán) 接受莖接受莖/ /氨基酸壁氨基酸壁3TC loopVariable loopanticodon

46、 loopD loopanticodoncodon1. tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(6) TC(6) TC環(huán)環(huán)/ /莖莖 TC臂臂：5bp（49-65位）位）TC環(huán)環(huán)：7b，因，因含含TC而得名。而得名。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 2、tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)TC loopD loop 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 2、tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)四、四、rRNA的種類與結(jié)構(gòu)的種類與結(jié)構(gòu) 占細(xì)胞占細(xì)胞RNA總量的總量的80%，與蛋白質(zhì)（，與蛋白質(zhì)（40%）共同）共同組成核糖體（組成核

47、糖體（rRNA占核糖體的占核糖體的60% ）。）。核糖體和所含的核糖體和所含的rRNA rRNA通過分子內(nèi)氫鍵形成許多的臂和突環(huán)，并自身折疊形成復(fù)雜的構(gòu)象，它決定核糖體亞基的形態(tài)。原原 核核 生生 物物 真真 核核 生生 物物核糖體核糖體rRNA核糖體核糖體rRNA70S 30S 50S16S；5S和和23S18S5S、5.8S、28S80S 40S 60S 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)五、五、mRNA與與hnRNA mRNA約占細(xì)胞RNA總量的35%，是蛋白質(zhì)合成的模板。 mRNA一般呈單鏈，可回折成二級(jí)結(jié)構(gòu)，如發(fā)夾式。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化

48、學(xué)化學(xué) 真核生物mRNA的前體在核內(nèi)合成，包括整個(gè)基因的內(nèi)含子和外顯子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，形成分子大小極不均勻的hnRNA(heterogeneous nuclear RNA )。即核內(nèi)不均一RNA； hnRNA被加工為成熟的mRNA后，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。1. 真核生物真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)AAAA Anm7GpppAUG GUGUAA5 3 5 帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu) 密碼子密碼子 3 多聚多聚A尾尾 5 5非編碼區(qū)非編碼區(qū) 編碼區(qū)編碼區(qū) 33非編碼區(qū)非編碼區(qū)1. 真核生物真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)

49、院生物生物化學(xué)化學(xué)2. 原核生物原核生物mRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 原核生物的基因不含內(nèi)含子序列，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA不經(jīng)過加工直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。因此， 其轉(zhuǎn)錄和翻譯在細(xì)胞內(nèi)的同一時(shí)間和空間內(nèi)進(jìn)行的。 原核mRNA的5非編碼區(qū)無帽子結(jié)構(gòu)而含有S-D序列，3非編碼區(qū)無多聚A尾。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)六、六、 其它其它RNA1. snRNA（small nuclear RNA) 小核RNA主要位于細(xì)胞核中，有5種，少數(shù)穿梭于核質(zhì)之間，占細(xì)胞RNA總量的0.11%，一般58-300b，多與蛋白質(zhì)以RNP（核糖核酸蛋白）的形式存在。 其中5-有帽子、分子內(nèi)含U多的稱U-RN

50、A，如：U1和U2等； U-RNA在hnRNA和rRNA的加工中有重要作用；其它的snRNA在細(xì)胞分裂和分化、協(xié)助細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、構(gòu)成染色質(zhì)等方面有重要作用。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)2. snoRNA（核仁?。ê巳市NA） 核仁小RNA（small nucleolar RNA）分布于核仁組織區(qū)，主要參與rRNA前體等的加工與修飾。六、六、 其它其它RNA 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 1983年在原核生物中發(fā)現(xiàn)了反義RNA，asRNA（antisense RNA）可通過互補(bǔ)序列與特定的mRNA結(jié)合，抑制mRNA的翻譯，還可抑制DNA的復(fù)制

51、和轉(zhuǎn)錄。隨后在真核細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了asRNA，并得到了較廣泛的應(yīng)用。3. 反義反義RNA（antisence RNA, asRNA）六、六、 其它其它RNA 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)六、六、 其它其它RNA4. 小干擾小干擾RNA（small interfering RNA, siRNA） siRNA是一類由21-25bp的外源性雙鏈RNA分子。人工合成的或由病毒RNA誘導(dǎo)產(chǎn)生的。由Dicer（RNAase 家族中對(duì)雙鏈RNA具有特異性的酶）加工而成，是siRISC的主要成分，能誘導(dǎo)與之互補(bǔ)的目標(biāo)mRNA的降解沉默 。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)

52、化學(xué)5. 5. 端粒酶端粒酶RNA（telomerase RNA）六、六、 其它其它RNA 端粒酶由蛋白質(zhì)和RNA組成，其中的RNA是真核染色體端粒復(fù)制的模板。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)6. 微小微小RNA（microRNA, miRNA）: 由真核基因組由真核基因組DNA非編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的長(zhǎng)度為非編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的長(zhǎng)度為22nt左右的單鏈左右的單鏈RNA。較長(zhǎng)的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物經(jīng)過一系列。較長(zhǎng)的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物經(jīng)過一系列核酸酶的剪切加工，成為成熟的核酸酶的剪切加工，成為成熟的miRNA，隨后組裝進(jìn)，隨后組裝進(jìn)RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體，通過堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式識(shí)誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體，通過

53、堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式識(shí)別靶別靶mRNA，并根據(jù)互補(bǔ)程度的不同指導(dǎo)沉默復(fù)合體，并根據(jù)互補(bǔ)程度的不同指導(dǎo)沉默復(fù)合體降解靶降解靶mRNA或者阻遏靶或者阻遏靶mRNA的翻譯等。的翻譯等。 miRNA調(diào)節(jié)發(fā)育、病毒防御、造血過程、器官形調(diào)節(jié)發(fā)育、病毒防御、造血過程、器官形成、細(xì)胞增殖和凋亡、脂肪代謝等等。成、細(xì)胞增殖和凋亡、脂肪代謝等等。 六、六、 其它其它RNA 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)第六節(jié)第六節(jié)一、一般理化性質(zhì)二、核酸的紫外吸收性質(zhì)三、核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性四、核酸的變性五、核酸的復(fù)性六、核酸分子雜交核酸的性質(zhì)核酸的性質(zhì)（Properties of nucleic acids）

54、 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)第六節(jié)第六節(jié) 核酸的性質(zhì)核酸的性質(zhì)一、一般理化性質(zhì)一、一般理化性質(zhì)3. 是兩性電解質(zhì)。是兩性電解質(zhì)。 由于磷酸基的酸性比堿基的堿性強(qiáng)，故表現(xiàn)為酸性。DNA的pI為4-5，RNA的為2-2.5。1. DNA是白色纖維狀固體, RNA是白色粉末, 微溶于水, 不溶于有機(jī)溶劑, 常用乙醇沉淀核酸。2. DNA溶液的粘度極高，而RNA溶液要小得多。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)4. DNA和和RNA都能被酸、堿和酶水解都能被酸、堿和酶水解 堿水解堿水解：RNA能在室溫條件下被稀堿水解，產(chǎn)生2-核苷酸和3-核苷酸，而DNA沒有

55、2-OH，對(duì)堿穩(wěn)定，常用此性質(zhì)除去溶液中的RNA雜質(zhì)。 酸水解：酸水解：因磷酸酯鍵比糖苷鍵穩(wěn)定。所以在對(duì)核酸進(jìn)行部分水解時(shí)，很少采用酸水解。一、一般理化性質(zhì)一、一般理化性質(zhì)酶水解：酶水解：水解核酸的酶有許多種。分為：RNA酶（酶（RNase）和）和DNA（DNace）內(nèi)切酶（內(nèi)切酶（endonuclease）外切酶（）外切酶（exonuclease） 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中常用的核酸酶實(shí)驗(yàn)室中常用的核酸酶RNase:來自牛胰的專一性內(nèi)切酶，水解產(chǎn)物為3-嘧啶核苷酸和以其結(jié)尾的寡核苷酸。 常用的常用的RNase 常用的常用的DNase: DNase (牛胰脫

56、氧核糖核酸酶牛胰脫氧核糖核酸酶)： 水解單鏈或雙 鏈DNA為4b的以5-磷酸為末端的寡核苷酸 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)5. 利用核糖和脫氧核糖不同的顯色反應(yīng)，可鑒利用核糖和脫氧核糖不同的顯色反應(yīng)，可鑒 定和定量測(cè)定定和定量測(cè)定DNA與與RNA。D-核糖 + 濃鹽酸+甲基間苯二酚（苔黑酚）綠色產(chǎn)物D-2-脫氧核糖 + 濃鹽酸+二苯胺藍(lán)紫色產(chǎn)物RNA和和DNA定性、定量測(cè)定定性、定量測(cè)定一、一般理化性質(zhì)一、一般理化性質(zhì) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)二、核酸的紫外吸收性質(zhì)二、核酸的紫外吸收性質(zhì) 核酸的堿基具有共扼雙鍵，在250-290nm范圍內(nèi)有紫

57、外吸收，最大吸收峰為260nm。00.10.20.30.4220240260280300波長(zhǎng) / nm光吸收蛋白質(zhì)的紫外吸收峰在280nm。1. 核酸的紫外吸收峰核酸的紫外吸收峰 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 由于雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基的堆積降低了其對(duì)紫外光的吸收。 當(dāng)核酸水解成核苷酸時(shí)或變性后，紫外吸收值增加30%-40%，這種現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)增色效應(yīng)（helper chromic effect）。 當(dāng)變性核酸復(fù)性后，光吸收值又回復(fù)到原來水平，這稱為減色效應(yīng)減色效應(yīng)。二、核酸的紫外吸收性質(zhì)二、核酸的紫外吸收性質(zhì)2. 紫外吸收值的增色效應(yīng)與減色效應(yīng)紫外吸收值的增色效應(yīng)與減色效

58、應(yīng) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué) 用紫外分光光度計(jì)在A260處測(cè)定樣品的光吸收值，1 mg/ml的DNA樣品的吸光度為0.020, RNA則為0.0240。因此：二、核酸的紫外吸收性質(zhì)二、核酸的紫外吸收性質(zhì)3. DNA和和RNA的定量的定量DNA濃度（mg/ml）=A2600.020 稀釋倍數(shù)RNA濃度（mg/ml）=A2600.024 稀釋倍數(shù) 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)三、核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性三、核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性1.氫鍵氫鍵： （1）堿基對(duì)間的氫鍵堿基對(duì)間的氫鍵：維持橫向穩(wěn)定 （2）螺旋內(nèi)氫鍵螺旋內(nèi)氫鍵：維持縱向穩(wěn)定 （3）外部氫鍵外部氫鍵：維持空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定2.堿基堆積力（堿基堆積力（base stacking force）： 范德華引力范德華引力：DNA或RNA分子中相鄰的平面間的堿基電子云間的相互作用罰； 疏水作用力疏水作用力：螺旋內(nèi)部的堿基的蔬水作用； 二者統(tǒng)稱為堿基堆積力堿基堆積力。 生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生物生物化學(xué)化學(xué)三、核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性三、核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性3. 離子鍵離子鍵： 減少雙鏈間的靜電斥力： 核酸分子外側(cè)的帶負(fù)電的磷酸基使核酸帶負(fù)電而相互排斥，環(huán)