核酸結(jié)構(gòu)精品課件

1、關(guān)于核酸的結(jié)構(gòu)第一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核酸 nucleic acid核苷酸 nucleotide核苷 nucleoside磷酸 phosphate嘌呤堿 purine base 或 嘧啶堿 pyrimidine base（堿基 base）核糖 ribose 或 脫氧核糖 deoxyribose （戊糖 amyl sugar）一、核酸的組成成分第二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）核糖和脫氧核糖第三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月腺嘌呤Adenine鳥(niǎo)嘌呤Guanine尿嘧啶Uracil胞嘧啶Cytosine胸腺嘧啶Thymine核酸中的堿基一般取堿基英文

2、名字的前三字符號(hào)表示(二)嘌呤堿與嘧啶堿第四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月含氧的堿基有稀醇式和酮式兩種異構(gòu)體，在生理pH條件下主要以酮式存在，核酸中的堿基也以酮式存在。第六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月修飾堿基DNA由A、G、C、T堿基構(gòu)成;RNA由A、G、C、U堿基構(gòu)成。除此之外,還有一些含量甚少的堿基,大約近百種,其中RNA中較多,主要存在于tRNA中,絕大部分是以上5種堿基的衍生物,多數(shù)是經(jīng)甲基化、乙?；浠?、氟化及硫化形成的,所以稱(chēng)為修飾堿基,也叫稀有堿基。第七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月OH黃嘌呤(X)次黃

3、嘌呤（I）核酸中的修飾嘌呤堿基：次黃嘌呤(I)、1-甲基腺嘌呤（m1A）、N6,N6-二甲基腺嘌呤（m26A）、N2,N2,N7-三甲基鳥(niǎo)嘌呤（m32,2,7G）等尿酸OHHO第八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核酸中的修飾嘧啶堿基：5-羥甲基尿嘧啶（hm5U）、5，6-二氫尿嘧啶(DHU)、4-硫尿嘧啶(s4U)、5-甲氧基尿嘧啶(mo5U)、5-氟尿嘧啶（f 5U）、5-甲基胞嘧啶（m5C）、5-羥甲基胞嘧啶（hm5C）、2-硫胞嘧啶(s2C)、N4-乙酰基胞嘧啶（ac4C）等.修飾堿基的符號(hào)：在堿基符號(hào)的左側(cè)以小寫(xiě)字母及右上角數(shù)碼表示其取代基團(tuán)的性質(zhì)、數(shù)目及位置。修飾嘧啶堿基第九

4、張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三)核苷1、核苷由戊糖和堿基縮合而成的糖苷，糖環(huán)上C1與嘧啶堿的N1或與嘌呤堿的N9連接。在嘌呤核苷的糖苷鍵: -N-1/,9-糖苷鍵，嘧啶核苷的糖苷鍵： -N-1/,1-糖苷鍵.應(yīng)用X射線(xiàn)衍射法已經(jīng)證明，核苷的堿基與糖環(huán)平面互相垂直。1/911/第十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、核苷命名：冠以堿基的名稱(chēng)，如腺苷、脫氧腺苷、鳥(niǎo)苷、脫氧鳥(niǎo)苷。核苷常采用單字母表示，如：A、G、C、U。脫氧核苷在符號(hào)前面加小寫(xiě)字母d，如dA、dG、dC、dT。第十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、修飾核苷修飾堿基與戊糖形成的核苷為修飾核苷，修飾核苷

5、也可以修飾戊糖，主要是甲基化修飾。常見(jiàn)的有：次黃嘌呤核苷或肌苷（I）、黃嘌呤核苷（X）二H尿嘧啶核苷（D）假尿苷（）為-1，5C-C糖苷鍵，細(xì)胞內(nèi)有特異的異構(gòu)酶催化尿嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)榧倌蜍?。Y核苷也叫W核苷是從tRNA中分離出的具有熒光的核苷。Q核苷的堿基骨架為7-去氮鳥(niǎo)嘌呤，在第7位上連以側(cè)鏈R/，不同Q 核苷R/不同。第十二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)于修飾堿基的核苷，在核苷符號(hào)的左側(cè)以小寫(xiě)字母及右上角數(shù)碼表示其堿基上的取代基團(tuán)的性質(zhì)、數(shù)目及位置，如2-甲基腺苷表示為：m2A，N6-甲基脫氧腺苷表示為m6dA.對(duì)于修飾糖環(huán)的核苷，在核苷符號(hào)右側(cè)以小寫(xiě)字母表示，如2/O甲基腺苷，寫(xiě)為

6、Am2；2-甲基腺苷(m2A)2/-O-甲基腺苷(Am2)CH3CH3CH3第十三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（四）核苷酸核苷與磷酸所形成的磷酸酯叫核苷酸，有2/、3/、5/-核苷酸和3/、5/脫氧核苷酸，自然界中游離的多為5/-核苷酸UMPOHOHOOH2C1/2/NNOOHO-P-OOH1NNNNNH3OHOHOO-H2C1/2/HO-P-OOH1NMP、NDP、NTP；dNMP、dNDP、dNTP第十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(五)核苷酸及其衍生物的功能1、 構(gòu)成DNA、RNA的核苷酸都為5/核苷酸2、 細(xì)胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物核苷5/-三磷酸化合物（NTP

7、），核苷5/-二磷酸（NDP）環(huán)腺苷酸（CNT）核苷5/-多磷酸3/-多磷酸化合物核苷酸衍生物HSCoA、 NAD+、NADP+、FAD都含有腺苷酸。ADPG、UDPG等是糖生物合成的活性糖基供體。第十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)(核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu))(一)核苷酸的連接方式:一個(gè)核苷酸殘基的3/-羥基通過(guò)“磷酸二酯鍵”與下一個(gè)核苷酸殘基的5/-羥基相連。證據(jù)：牛脾磷酸二酯酶專(zhuān)一從核苷酸鏈的3/-端水解得3/-核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶專(zhuān)一從核苷酸鏈的5/-端水解得5/-核苷酸，用這兩種酶水解RNA鏈，分別得到3/-核苷酸和5/-核苷酸。第十六張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2

8、022年6月核酸骨架（主鏈） 側(cè)鏈3/-5/-磷酸二 酯鍵 具方向性3/-端，5/-端 多樣性水溶性(一)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)(共價(jià)結(jié)構(gòu))第十七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月P代表磷酸基，垂線(xiàn)代表糖的碳鏈，C1與堿基相連，P分別與相鄰兩個(gè)核苷酸戊糖的C3/和C5/相連當(dāng)P在核苷符號(hào)左側(cè)時(shí)，表示磷酸與糖環(huán)的5/-羥基相連，右側(cè)表示與3/羥基相連，如pApCpGpT.在表示核酸酶水解時(shí)，用這種簡(jiǎn)式，如pApCpGpT，在不表示核酸酶水解時(shí)，p可省略。用連字符表示，如pA-C-G-T或?qū)⑦B字符也省略，如pACGT。各種簡(jiǎn)式的讀向是從左到右，表示的堿基是從5/-3/端。1/5/3/5/3/核酸一

9、級(jí)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)寫(xiě)方式第十八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)(共價(jià)結(jié)構(gòu))1、基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸2、連接鍵3/、5/磷酸二酯鍵。3、戊糖核糖4、堿基U替代T，此外，RNA中還有一些稀有堿基。 一級(jí)結(jié)構(gòu)討論的是核苷酸在核苷酸鏈上的排列順序5、RNA也是無(wú)分支的線(xiàn)型多聚核糖核苷酸。6、RNA種類(lèi)很多，結(jié)構(gòu)也不一樣。第十九張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月P代表磷酸基，垂線(xiàn)代表糖的碳鏈，C1與堿基相連，P分別與相鄰兩個(gè)核苷酸戊糖的C3/和C5/相連當(dāng)P在核苷符號(hào)左側(cè)時(shí)，表示磷酸與糖環(huán)的5/-羥基相連，右側(cè)表示與3/羥基相連，如pApCpGpT.在表示核酸酶水解時(shí)，用這種簡(jiǎn)

10、式，如pApCpGpT，在不表示核酸酶水解時(shí)，p可省略。用連字符表示，如pA-C-G-T或?qū)⑦B字符也省略，如pACGT。各種簡(jiǎn)式的讀向是從左到右，表示的堿基是從5/-3/端。1/5/3/5/3/核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)寫(xiě)方式第二十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、 DNA的高級(jí)級(jí)結(jié)構(gòu)(二、三級(jí)結(jié)構(gòu)）（一）DNA的雙螺旋級(jí)結(jié)構(gòu)1953年，Watson和Crick根據(jù)Chargaff 規(guī)律、DNA Na鹽纖維的X光衍射數(shù)據(jù)和核酸的化學(xué)性質(zhì)及核苷酸鍵長(zhǎng)和鍵角的數(shù)據(jù)提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。 第二十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、Watson-Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)建立的根據(jù)（1）C

11、hargaff 規(guī)律 ，奧地利科學(xué)家Chargaff于1950年對(duì)各生物的堿基進(jìn)行了定量分析，總結(jié)了一些共同規(guī)律：a. 同一生物所有器官和組織中的核DNA的堿基是相同的，DNA堿基組成沒(méi)有組織和器官的特異性。DNA的堿基組成具有種的特異性。b.所有雙鏈DNA中，A=T，G=C 且A+G=C+T，既含6-氨基的堿基數(shù)等于含6-酮基的堿基數(shù)（腺嘌呤含6-氨基；胸腺嘧啶含6-酮基；鳥(niǎo)嘌呤含6-酮基；胞嘧啶含6-氨基）c.不同生物的DNA皆有自己獨(dú)特的堿基組成，這種差異可用“不對(duì)稱(chēng)比率”A+T/G+C表示。親緣關(guān)系較近的生物堿基組成相似。d. 年齡、營(yíng)養(yǎng)狀況、環(huán)境等因素不影響DNA的堿基組成 第二十二

12、張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）Wilkins（美國(guó)人）和Franklin（英國(guó)女科學(xué)家）a.不同來(lái)源的DNA具有相似的X射線(xiàn)衍射圖譜，說(shuō)明應(yīng)具有相似的結(jié)構(gòu)。b.DNA具有兩條或以上脫氧多核苷酸鏈構(gòu)成的螺旋結(jié)構(gòu)，且沿長(zhǎng)軸有0.34nm和3.4nm的周期性變化。從Pauling建立的蛋白質(zhì)-螺旋也得到了啟發(fā)。第二十三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、 Watson-Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（1）兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏繞，形成右手雙股螺旋，一條5/3/，另一條3/5/（2）堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，且在同一平面內(nèi)，磷酸與脫氧核糖在外側(cè)。磷酸與脫氧核糖彼此通過(guò)3/

13、、5/-磷酸二酯鍵相連接，構(gòu)成DNA分子的骨架。大溝 ,深0.85nm,小溝，深0.75nm（3）螺旋平均直徑2nm ,每圈螺旋含10個(gè)核苷酸，在中心軸上上升的高度為3.4nm，堿基堆積距離：0.34nm。第二十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（4）兩條核苷酸鏈，依靠彼此堿基間形成的氫鏈結(jié)合在一起。堿基配對(duì)的規(guī)律是A=T、G=C，堿基平面垂直于螺旋軸（4）大多數(shù)天然DNA都具有雙螺旋結(jié)構(gòu),某些病毒的DNA是單鏈結(jié)構(gòu),如x174的DNA.（5）雙螺旋DNA分子上的化學(xué)鍵受堿基對(duì)的影響旋轉(zhuǎn)受到限制,使DNA具有剛性,但也有一些化學(xué)鍵在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn),又使DNA分子具有一定的柔韌性,可發(fā)生

14、不同變化而形成不同類(lèi)型.第二十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月十二聚體的結(jié)構(gòu)與Watson和Crick的結(jié)構(gòu)模型的差異:Watson和Crick模型認(rèn)為每一螺旋圈含10對(duì)脫氧核苷酸,兩個(gè)堿基的夾角是36o.但K.Dickerson的十二聚體中結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為,兩個(gè)堿基的夾角28o至42o不等,每一螺旋圈含10.4對(duì)脫氧核苷酸,分子大小的各參數(shù)也隨序列不同而有所不同.(2) K.Dickerson的十二聚體中組成堿基對(duì)的兩個(gè)堿基并非在同一平面上,而是沿堿基長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)一定的角度,使得堿基對(duì)的形狀像螺旋漿葉的樣子，所以稱(chēng)為螺旋漿扭曲。這種結(jié)構(gòu)可提高堿基堆積力,使DNA結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定.第二十六張，PP

15、T共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 螺旋類(lèi)型 A B Z 外形 粗短 適中 細(xì)長(zhǎng)螺旋方向 右手 右手 左手螺旋直徑 2.55nm 2.37nm 1.84nm堿基軸升 0.23nm 0.34nm 0.38nm 堿基夾角 32.7 34.6 60每圈堿基數(shù) 11 10.4 12螺距 2.53nm 3.54nm 4.56nm 大溝 很狹,很深 很寬,很深 平坦小溝 很寬,淺 狹,深 很狹,很深 鈉鹽相對(duì)濕度 75% 92%糖環(huán)折疊 C3/內(nèi)式 C2/內(nèi)式 嘧啶C2/內(nèi)式 嘌呤C3/內(nèi)式糖苷鍵構(gòu)象 反式 反式 嘧啶反式嘌呤順式3、DNA雙螺旋的構(gòu)象類(lèi)型第二十七張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月A-

16、DNA外形粗短，RNA分子的雙螺旋區(qū)及RNA-DNA雜交雙鏈具有與A-型DNA相似的結(jié)構(gòu)。 B-DNA，接近于沃森和克里克提出雙螺旋模型，天然狀態(tài)的DNA幾乎都以B-DNA形式存在C型-DNA與B型DNA結(jié)構(gòu)接近，與B-型DNA為同一族。有人認(rèn)為是A-DNA向B-DNA轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物 在一定條件下，各種構(gòu)型的DNA可以互相轉(zhuǎn)化。第二十八張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Z-DNA是美國(guó)人A.Rich于1979年通過(guò)對(duì)人工合成的DNA片段分析后提出的，他合成了脫氧六核苷酸（pCGCGCG)，并對(duì)其進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，為左手螺旋，基本骨架走向呈“Z”字形，所以叫Z-DNA，直徑1.84nm，螺距4.5

17、nm，每圈螺旋含的堿基數(shù)為12對(duì)，分子表面無(wú)大溝，小溝加深，螺旋體較細(xì)長(zhǎng)。Z-DNA也是天然存在的構(gòu)象。天然B-DNA的局部區(qū)域可以形成Z-DNA 。A.Rich已經(jīng)得到了對(duì)Z-DNA特異性的抗體，并通過(guò)用熒光化合物標(biāo)記Z-DNA的抗體，然后跟蹤抗體，發(fā)現(xiàn)它與果蠅唾液染色體的許多部位結(jié)合，說(shuō)明果蠅唾液染色體上具有Z-DNA區(qū)段，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在鼠類(lèi)和植物細(xì)胞核的染色體上找到了Z-DNA。 第二十九張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)DNA的三股螺旋1、1963年K. Hoogsteen(哈斯豚)首先描述了DNA的三股螺旋結(jié)構(gòu)。三螺旋DNA不是DNA在自然狀態(tài)下的主要結(jié)構(gòu)，而是在特定的條件下

18、某段DNA 具有的結(jié)構(gòu)。2、三股螺旋是DNA的一段雙螺旋再與第三股脫氧核苷酸鏈結(jié)合，這段雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是寡嘧啶核苷酸與寡嘌呤核苷酸形成的，第三股鏈為寡嘧啶核苷酸或寡嘌呤核苷酸，第三股鏈與雙螺旋的大溝結(jié)合。3、第三股鏈的堿基可與雙螺旋堿基對(duì)的嘌呤堿基形成Hoogsteen配對(duì)， Hoogsteen配對(duì)規(guī)律是：第三股鏈的堿基A或T與A=T堿基對(duì)中的A配對(duì)，第三股鏈的G或C與G=C堿基對(duì)中的G配對(duì)。并且與G配對(duì)形成2個(gè)氫鍵。第三股鏈與寡嘌呤核苷酸鏈為同向平行。4、第三股鏈可以來(lái)自分子間，也可來(lái)自分子內(nèi)。第三十張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月雙螺旋第三十一張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

19、月5、鉸鏈DNA（H-DNA）是一種分子內(nèi)折疊形成的三股螺旋。這種DNA雙鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：一條鏈?zhǔn)墙惶娉霈F(xiàn)T和C序列，互補(bǔ)鏈?zhǔn)墙惶娉霈F(xiàn)的A和G序列，在其中間取一核苷酸，兩側(cè)為鏡像重復(fù)，這種鏡像重復(fù)序列也叫H-回文結(jié)構(gòu)。分子內(nèi)回折形成的三股螺旋DNA叫H-DNA。第三十二張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6、影響三螺旋DNA穩(wěn)定性的因素影響三螺旋DNA穩(wěn)定性的因素可分為內(nèi)部因素和外部因素兩方面。內(nèi)部因素主要是鏈長(zhǎng)、堿基序列的組成、骨架本性等因素。這些因素主要是通過(guò)影響第三條鏈鍵合時(shí)堿基配合的強(qiáng)度、氫鍵相互作用的強(qiáng)度以及雙鏈?zhǔn)荏w重排時(shí)的能量大小來(lái)影響所形成的三螺旋的穩(wěn)定性的。影響三股核酸穩(wěn)定性

20、的外界因素主要包括溶液的pH值、溶液中陽(yáng)離子的濃度、配基結(jié)合作用力的大小等。需要指出的是，盡管已發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)和體外都可以形成三股螺旋DNA結(jié)構(gòu)，但研究各種外界因素特別是金屬離子對(duì)三螺旋DNA穩(wěn)定性的影響時(shí)大多是從化學(xué)的角度、在生物體外進(jìn)行的；但在生物體外的研究對(duì)于指導(dǎo)三螺旋結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)的應(yīng)用也具有很重要的意義。第三十三張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（三） 穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的因素1、堿基堆積力（主要因素）相鄰堿基平面間的距離為0.34nm，該距離使堿基平面間的電子云在一定程度上互相交蓋，形成堿基堆積力，堿基堆積在DNA分子內(nèi)部， 形成疏水環(huán)境。有利于H鍵的形成。2、堿基配對(duì)的氫鍵。G

21、C含量越多，越穩(wěn)定。3、磷酸基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽(yáng)離子或組蛋白的正離子之間形成離子鍵，中和了磷酸基上的負(fù)電荷間的斥力，有助于DNA穩(wěn)定。4、堿基處于雙螺旋內(nèi)部的疏水環(huán)境中，可免受水溶性活性小分子的攻擊。 第三十四張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（四）DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)1、概念：DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋的鏈通過(guò)扭曲再次形成螺旋時(shí)的構(gòu)象。超螺旋是DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)形式。2、超螺旋：這種DNA鏈扭曲再次形成的螺旋叫超螺旋，是雙螺旋的螺旋。3、環(huán)DNA的重要拓?fù)鋵W(xué)特性第三十五張，PPT共四十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 四、 RNA的的高級(jí)結(jié)構(gòu)RNA通常是單鏈線(xiàn)形分子，但也可自身回折形成局部雙螺旋（二級(jí)結(jié)構(gòu)），進(jìn)而折疊成特定