核酸的結(jié)構(gòu)和功能

關(guān)于核酸的結(jié)構(gòu)和功能第一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日核酸(nucleicacid)P60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。第二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日核酸的分類及分布90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。90%分布胞液，10%分布胞核(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型(genotype)。參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。注：生物細(xì)胞都含有DNA和RNA；病毒中只含DNA或只含RNA。第三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)核酸的分子組成TheChemicalComponent第四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日核酸的化學(xué)組成P60主要元素：C、H、O、N、P與蛋白質(zhì)比較，核酸一般不含S，而P的含量較為穩(wěn)定，占9—11%實(shí)驗(yàn)室中用定磷法進(jìn)行核酸的定量分析。（DNA9.2%、RNA9.0%）第五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日核酸的基本組成單位是核苷酸

(nucleotide)。堿基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸。第六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日嘌呤

嘧啶

堿基腺嘌呤（A）鳥(niǎo)嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸的結(jié)構(gòu)每種核酸都含有四種堿基。第七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine,G)堿基第八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

核酸中也存在一些不常見(jiàn)的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。二氫尿嘧啶（DHU）第十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日修飾堿基的簡(jiǎn)寫(xiě)符號(hào)

(為1時(shí)可以不寫(xiě))第十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

五種堿基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亞氨基的互變異構(gòu)。這兩種異構(gòu)體的平衡關(guān)系受介質(zhì)酸堿環(huán)境的影響。在生理pH下，在生物體內(nèi)，堿基多以酮式存在。

第十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日戊糖（構(gòu)成RNA）核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)第十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日堿基和核糖（或脫氧核糖）通過(guò)糖苷鍵連接形成核苷(nucleoside)

（或脫氧核苷）。第十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日修飾核苷/稀有核苷修飾核苷包括三種情況:

（1）由修飾堿基和糖組成的核苷（2）由非修飾堿基和2'-O-甲基核糖組成的核苷

（3）由堿基與糖連接方式特殊的核苷

第十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（1）（2）二氫尿嘧啶核苷

(Am)第十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（3）(ψ)尿嘧啶(uracil,U)第十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日取代基用下列小寫(xiě)英文字母表示:甲基m乙酰基ac氨基n甲硫基ms羥基o或h硫基s異戊烯基i羧基c第十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脫氧核苷）和磷酸以酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

第十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

多磷酸核苷酸：P63NMP，NDP，NTP第二十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

a.環(huán)化核苷酸:

核糖3’-,5’-成環(huán)。

cAMP，cGMP體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物功能：

第二信使，激素、一些藥物、神經(jīng)遞質(zhì)通過(guò)其發(fā)揮生理作用。第二十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日b.多磷酸核苷酸：

指含兩個(gè)以上磷酸基的核苷酸,如ADP、ATP、GDP、GTP、UDP和UTP等.

ATP在細(xì)胞能量代謝上起著極其重要的作用。

UTP參與糖原合成作用以供給能量,

UDP有攜帶轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的作用。

GDP和GTP為蛋白質(zhì)生物合成的起始和延伸提供能量。AMPADPATP第二十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日c.含核苷酸的生物活性物質(zhì)：

NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP;NAD+及FAD是生物氧化體系的重要組成成分，在傳遞氫原子或電子中有著重要作用。CoA作為有些酶的輔酶成分,參與糖有氧氧化及脂肪酸氧化過(guò)程。

NADP+NAD+第二十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第二十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)P64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。第二十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日5′端3′端核苷酸之間以3,5-磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA

通常把長(zhǎng)度小于50個(gè)核苷酸構(gòu)成的核苷酸鏈稱為寡核苷酸，更長(zhǎng)的則稱為多聚核苷酸。第二十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日書(shū)寫(xiě)方法第二十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)核苷酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是5′→3′

。若兩鏈反向平行，則需注明每條鏈的走向。如：

5’A-T-G-C-C-T-G-A3’

3’T-A-C-G-G-A-C-T5’一、核苷酸讀向第二十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

DNA與RNA的區(qū)別核酸堿基戊糖DNAA、G、C、T脫氧核糖RNAA、G、C、U核糖第二十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)第三十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日Chargaff定則

（1950s,E.Chargaff發(fā)現(xiàn)）p64DNA堿基組成符合：A=T；G=C；

A+G=T+C。物種不同，DNA堿基組成不同；物種親緣愈接近，堿基組成也愈接近，該比率越相近似。Ⅲ.同一生物體的不同組織的DNA的堿基組成相同;沒(méi)有器官和組織的特異性，年齡、營(yíng)養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響DNA的堿基組成。提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的根據(jù)

第三十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（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-線衍射圖譜分析第三十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日已知的核酸化學(xué)數(shù)據(jù)p661個(gè)堿基對(duì)

(bp)第三十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.兩條鏈反向平行，圍繞同一中心軸構(gòu)成右手雙螺旋(doublehelix)。螺旋直徑2nm，表面有大溝和小溝。2.磷酸-脫氧核糖骨架位于螺旋外側(cè)(骨架），堿基垂直于螺旋軸而伸入內(nèi)側(cè)（側(cè)鏈）。每圈螺旋含10個(gè)堿基對(duì)

(bp)，螺距為3.4nm。第三十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行第三十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3.兩條鏈通過(guò)堿基間的氫鍵相連，A對(duì)T有兩個(gè)氫鍵，C對(duì)G有三個(gè)氫鍵，這種A-T、C-G配對(duì)的規(guī)律，稱為堿基互補(bǔ)規(guī)則。4.維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：橫向?yàn)闅滏I，縱向?yàn)閴A基間的堆積力。第三十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日堿基互補(bǔ)配對(duì)TAGC第三十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性Z型DNAB型DNAA型DNA體外脫水CG間隔排列區(qū)段正常生理?xiàng)l件下第三十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日H-DNA:三條鏈局部螺旋第三十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日三、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)P68超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方同相同

負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反

第四十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日意義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復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。(如負(fù)超螺旋分子所受張力會(huì)引起互補(bǔ)鏈分開(kāi)導(dǎo)致局部變性，利于復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。)第四十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第四十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。P69核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4第四十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日串珠狀核小體結(jié)構(gòu)第四十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日串珠狀核小體DNA雙螺旋片段染色質(zhì)纖維伸展形染色質(zhì)片段密集形染色質(zhì)片段整個(gè)染色體第四十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日核小體螺線管真核生物染色體DNA組裝第四十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。第四十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)OswaldAvery(1944)第四十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

實(shí)驗(yàn)二，噬菌體的標(biāo)記實(shí)驗(yàn)第四十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

第五十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

第五十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

第五十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第五十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日RNA的結(jié)構(gòu)與功能組成：4種核苷酸（AUGC），有稀有堿基；連接：3,5-磷酸二酯鍵形成：一般以DNA為模板合成，有例外。結(jié)構(gòu)：RNA主要是單鏈結(jié)構(gòu)，局部可卷曲形成雙鏈螺旋結(jié)構(gòu)，或稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)。堿基氫鍵配對(duì)A＝U，G≡C。

DNARNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU

不含稀有堿基含稀有堿基雙鏈單鏈，局部雙鏈RNA與DNA的差異第五十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要RNA的種類及功能第五十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA*mRNA成熟過(guò)程

外顯子(exon)第五十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日*mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.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(niǎo)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-。2.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。第五十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日帽子結(jié)構(gòu)第五十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日加速翻譯起始的調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性維系mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能mRNA的功能：作為蛋白質(zhì)合成的模板。第五十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日特點(diǎn)：含量少：占細(xì)胞內(nèi)RNA的2%-5%種類多：可達(dá)105種。不同的基因表達(dá)不同的mRNA.壽命短：半衰期1.5分鐘大小差異大第六十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日*

tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)含稀有堿基較多

3′末端為—CCA-OH5′末端大多數(shù)為G

由73~93個(gè)核苷酸組成二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第六十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

稀有堿基第六十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日*tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂額外環(huán)第六十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第六十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日*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。第六十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日*rRNA的結(jié)構(gòu)三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。

約占全部RNA的80%，含量最多。與多種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體。第六十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日核糖體的組成原核生物真核生物小亞基30S40SrRNA16S18S蛋白質(zhì)21種33種大亞基50S60SrRNA23S5S28S5.8S5S蛋白質(zhì)33種49種核糖體70S80S第六十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日特點(diǎn)：含量多：占細(xì)胞內(nèi)RNA的80%-85%種類少：壽命短：更新慢、壽命長(zhǎng)第六十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)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(smallnon-messengerRNAs，snmRNAs)。

snmRNAs第六十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日snmRNAs的種類核內(nèi)小RNA(snRNA)核仁小RNA(snoRNA)胞質(zhì)小RNA(scRNA)催化性小RNA小片段干擾RNA(siRNA)snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工和轉(zhuǎn)運(yùn)以及基因表達(dá)過(guò)程的調(diào)控等。第七十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日是研究細(xì)胞中snmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)。同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。RNA組學(xué)(RNomics)第七十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)第七十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一、核酸的一般理化性質(zhì)核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性；DNA是線性高分子，粘度極大；在260nm波長(zhǎng)有最大吸收峰，是由堿基的共軛雙鍵決定的。這一特性常用作核酸的定性、定量分析。第七十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一般理化性質(zhì)兩性電解質(zhì)核酸含酸性的磷酸基團(tuán)，又含弱堿性的堿基，為兩性電解質(zhì)，可發(fā)生兩性解離；溶解性DNA白色纖維狀固體，RNA白色粉末狀固體，都微溶于水，不溶于一般有機(jī)試劑（乙醇沉淀核酸），鈉鹽易溶于水。粘度高一般DNA比RNA粘度高。水解性可被酸、堿或酶水解，DNA比RNA對(duì)稀堿穩(wěn)定。RNA的等電點(diǎn)比DNA低的原因，RNA分子中核糖基2′-OH通過(guò)氫鍵促進(jìn)了磷酸基上質(zhì)子的解離，DNA沒(méi)有這種作用第七十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第七十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當(dāng)于50g/ml雙鏈DNA40g/ml單鏈DNA（或RNA）20g/ml寡核苷酸2.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)用第七十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)成兩條單鏈的過(guò)程。變性因素：過(guò)量酸，堿，加熱等。變性后理化性質(zhì)的主要改變：OD260增高 粘度下降第七十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂第七十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日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。第七十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

Tm：使雙鏈DNA解鏈度達(dá)到50%時(shí)所需的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。P73其大小與G+C含量成正比。第八十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日三、DNA的復(fù)性與分子雜交

DNA復(fù)性(renaturation)的定義P73在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。減色效應(yīng)DNA復(fù)性時(shí)，其溶液OD260降低。熱變性的DN