生物化學(xué)理論課-02核酸

概述90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于分布于胞核、胞液。(ribonucleic

acid,

RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸(deoxyribonucleic

acid,

核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。DNA)

攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的

型(genotype)。參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些RNA也可作為遺傳信息的載體。核酸(nucleic

acid)是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)The

Chemical

Component

and

PrimaryStructure

of

Nucleic

Acid核酸的化學(xué)組成元素組成C、H、O、N、P（9~10%）分子組成——堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖——磷酸(phosphate)嘌呤(purine)1

N23N546N789NHNNNHNNH2NHNHNN

NH2腺嘌呤(adenine,A)O鳥嘌呤(guanine,G)堿基NH13

N25

46嘧啶(pyrimidine)NNH2NH

O胞嘧啶(cytosine,C)NHONHNH

O尿嘧啶(uracil,U)ONH

O胸腺嘧啶(thymine,T)H3C核糖(ribose)（構(gòu)成RNA）1′3′

2′4′5′OHO戊糖HO

CH2OHOH脫氧核糖(deoxyribose)（構(gòu)成DNA）OHOHO

CH2OH核苷：AR,GR,UR,CR脫氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1.核苷(ribonucleoside)的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。OHO

CH2OH

OHNNH2O1N1′OHHONOP

HOOOOCCHH22OOHHOOHHNNNNH22OO核苷酸：AMP,

GMP,

UMP,

CMP脫氧核苷酸：dAMP,

dGMP,

dTMP,

dCMP2.核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP環(huán)化核苷酸:

cAMP，cGMP含核苷酸的生物活性物質(zhì)：NAD+、NNNNNNOOOH2OHHOOHOHHNNN+、CoA-SH、FAD

等都含有AMPNNHHNHONNH2cAMPN+NAD+5′端3′端3.核苷酸的連接核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA第二節(jié)

核酸的分子結(jié)構(gòu)一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)(Primary

Structure

of

Nucleic

Acid)定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5′端3′端CGAA

G

T

G

C

T5

PP

P

P

P

POH

3書寫方法5

pApCpTpGpCpT-OH

35

A

C

T

G

C

T

3二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)(Secondary

Structure

of

DNA)DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝DNA的功能一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景堿基組成分析Chargaff

規(guī)則：[A]=[T][G]

[C]堿基的理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以氫鍵配對(duì)較合理DNA纖維的X-線衍射圖譜分析（二）

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)（Watson,

Crick,

1953）DNA分子由兩條相互平行但 相反的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤。螺旋直徑為2nm，形成大溝及小溝相間。（二）

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)（Watson,

Crick,

1953）堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì)（互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T;GC）。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈

10對(duì)堿基。TAGC（二）

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)（Watson,

Crick,

1953）氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性。堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性二、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix

或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positive

supercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋

相同負(fù)超螺旋(negative

supercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA

和RNA轉(zhuǎn)錄過程具有關(guān)鍵作用。（二）原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物

由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4三、DNA的功能DNA的基本功能是以的形式荷載遺傳信息，并作為 和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是

生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。第三節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能Structure

and

Function

of

RNARNA的種類、分布、功能白體RNA信使RNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNA核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞漿小RNA細(xì)胞核和胞液 線粒體

功能rRNAmRNAtRNAHnRNASnRNASnoRNAmt

rRNAmt

tRNAmt

mRNA

蛋白質(zhì) 模板scRNA/7SL-RNA白體組分轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸成熟mRNA的前體參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)rRNA的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的信號(hào)識(shí)別體的組分—、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA*

mRNA成熟過程外顯子(exon)mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基鳥苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C′2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。大多數(shù)真核mRNA的3′末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能*

mRNA的功能把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白定其

蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。原核細(xì)胞

真核細(xì)胞tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)含10~20%稀有堿基，如DHU3′末端為—CCA-OH5′末端大多數(shù)為G具有TC二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能NNHNHNNOCH3CH3NNNHNHNCH2

CH

CCH3CH3NHONH

OHHHHNH雙氫尿嘧啶SNH

O4-巰尿嘧啶N,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤稀有堿基*

tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反

環(huán)額外環(huán)TΨC環(huán)氨基酸臂額外環(huán)*

tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形*

tRNA的功能活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。rRNA的結(jié)構(gòu)rRNA的功能參與組成

白體，作為蛋白質(zhì)生物的場(chǎng)所。三、

白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*

rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物5SrRNA28S

rRNA5.8S

rRNA18S

rRNA原核生物5S

rRNA23SrRNA16S

rRNA白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S2940個(gè)核苷酸28S4718個(gè)核苷酸5S120個(gè)核苷酸5.85S5S160個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%四、其他小分子RNAsnmRNAs除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(small

non-messenger

RNAs,snmRNAs)。snmRNAs的種類核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小片段

RNAsnmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。核

酶核酶

(ribozyme)

由活細(xì)胞作用的RNA。的、具有催化核酸的理化性質(zhì)The

Physical

and

Chemical

Charactersof

Nucleic

Acid第三節(jié)一、紫外吸收特征DNA或RNA的定量

OD260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸判斷核酸樣品的純度DNA純品:

OD260/OD280

=1.8RNA純品:

OD260/OD280=

2.0OD260的應(yīng)用二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。方法：加熱，過量酸，堿，變性試劑如尿素、酰胺以及某些

如乙醇、

等。變性后其它理化性質(zhì)變化：OD260增高比旋度下降酸堿滴定曲線改變粘度下降浮力密度升高生物活性喪失DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。熱變性解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對(duì)A260（absorbance，A，A260代表溶液在

260nm處的吸光率）值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。Tm：變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度

(m