第一章核酸的高級結(jié)構(gòu)

第一節(jié)概述目前一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究歷程目前二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1868年，瑞士的一位年輕的科學家

FridrichMiescher（1844-1895）從外科繃帶上膿細胞的細胞核中分離出一種有機物質(zhì)，它的含磷量超過了當時發(fā)現(xiàn)的任何有機化合物，并有很強的酸性，由于該物質(zhì)是從細胞核中分離出來的，因此當時就稱它為“核素”（nuclein），Miescher所分離到的核素就是我們今天所指的脫氧核糖核蛋白。1889年，Altmann首先制備了不含蛋白質(zhì)的核酸制品，因為是從細胞核中分離出來的酸性物質(zhì)，所有叫核酸（nucleicacid）。

目前三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點后來，研究發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)、線粒體、葉綠體、無核結(jié)構(gòu)的細菌和沒有細胞結(jié)構(gòu)的病毒都含有核酸，從此“核酸”這一名稱保留并一直沿用至今。核酸作為生物體的一種化學物質(zhì)，早期的研究僅限于它的化學組成。雖然早在20世紀40年代，人們已經(jīng)知道DNA是由四種核苷酸組成的多聚體長鏈，但也只是將它看作細胞中的一般化學成分，且由于這四種核苷酸比較相像，化學結(jié)構(gòu)看來也十分簡單，因此也沒有人注意到它的生物學功能。當時普遍認為，決定遺傳特性的物質(zhì)是蛋白質(zhì)。目前四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1944年，Avery等人著名的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證實核酸是主要遺傳物質(zhì)。見圖1952年，Hershey等人用同位素標記法研究T2噬菌體的感染作用，他們用32P標記噬菌體的DNA，用35S標記蛋白質(zhì)，然后感染大腸桿菌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有32P-DNA進入細菌細胞，35S蛋白質(zhì)留在細胞外，進一步肯定了DNA的遺傳作用。1953年，Watson和Crick確定了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)堿基互補配對原理，同時提出了DNA半保留復制假說。目前五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點基礎知識野生型肺炎雙球菌(Strep-tococcuspneumoniae)菌落為光滑型，一種突變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成；莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)定的，一般情況下不發(fā)生互變。莢膜菌落毒性類型光滑型S發(fā)達光滑有I,II,III粗糙型R無粗糙無I,II目前六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1944年，Avery的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化實驗orand可分離目前七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1968年，Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。1975年，Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。1981年，Gilbert和Sanger建立DNA測序方法。同年，Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA前體能夠通過自我拼接切除內(nèi)含子，表明RNA也具有催化功能，稱為核酶(ribozyme),這是對“酶一定是蛋白質(zhì)”傳統(tǒng)觀點的一次大的沖擊。1983年，Simons和Mizuno等分別發(fā)現(xiàn)了反義RNA(antisenseRNA)，表明RNA還具有調(diào)節(jié)功能。目前八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1985年，Mullis發(fā)明PCR(PolymeraseChainReaction)技術,即聚合酶鏈式反應。此項技術是模仿DNA在生物體內(nèi)的自然復制過程,來擴增DNA片段。1986年，Gilbert提出“RNA世界”的假說。這一假說認為，在40億年前的太古代，地球上就已經(jīng)誕生了RNA自我復制系統(tǒng)——“RNA世界”。之后，RNA不但能進行有機物合成，而且還能與原始地球上出現(xiàn)的蛋白質(zhì)相互作用，迎來了它們的共生時代——“RNA-蛋白質(zhì)世界”，最終逐漸形成原始生命。目前九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點后來，RNA將大多數(shù)催化功能交給更高活性的蛋白質(zhì)，將遺傳信息傳遞功能交給了在化學性質(zhì)上更穩(wěn)定的DNA，久而久之，才演變成現(xiàn)在的生物世界，也就是“DNA世界”。1990年，美國政府出資30億美元，用15年的時間完成人類基因組計劃(humangenomeproject,HGP)。1994年，中國人類基因組計劃啟動。2001年，美、英等國完成人類基因組計劃基本框架。2003年4月14日，人類基因組計劃勝利完成。目前十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點

核酸（nucleicacid）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。二、核酸的概念目前十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點三、核酸的種類與分布根據(jù)核酸的化學組成可分為：1.脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleicacid，DNA）部位：細胞核（98%）、線粒體、葉綠體功能：是遺傳的物質(zhì)基礎。能攜帶遺傳信息，決定C和個體的基因型。2.核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）部位：主要細胞質(zhì)功能：參與C內(nèi)DNA遺傳信息的表達。在少數(shù)物種如某些病毒中也可作為遺傳信息的載體。目前十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點RNA又可根據(jù)分子大小和生物學功能不同，分為:信使核糖核酸（messengerRNA，mRNA）轉(zhuǎn)運核糖核酸（TransferRNA，tRNA）核糖體核糖核酸（RibosomalRNA，rRNA）目前十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點rRNAtRNAmRNA比例80～82％15～16％3～5％沉降系數(shù)原核：5S、16S、23S；真核：5S、18S、28S、5.8S4S6～25S代謝穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定存在形式與多種蛋白質(zhì)形成核糖核蛋白體，位于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上或以單體形式存在與氨基酸結(jié)合或以游離狀態(tài)存在與核糖體結(jié)合或單獨存在存在部位細胞質(zhì)細胞質(zhì)細胞質(zhì)生理功能蛋白質(zhì)合成的場所在蛋白質(zhì)合成過程中運輸活化的氨基酸蛋白質(zhì)合成的模板目前十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點第二節(jié)

核酸的化學組成TheChemicalComponentofNucleicAcid目前十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點戊糖含N堿基一、核酸的水解核酸核苷酸水解磷酸嘧啶堿嘌呤堿核苷核糖（戊糖）脫氧核糖(脫氧戊糖)1、核酸的徹底水解：目前十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點核酸的基本構(gòu)成核酸Nucleicacid核苷酸Nucleotide核苷Nucleoside堿基Base核糖Ribose脫氧核糖Deoxyribose嘧啶堿Purinebases胸腺嘧啶thymine胞嘧啶cytosine尿嘧啶uracil嘌呤堿Pyrimidinebases腺嘌呤adenine鳥嘌呤guanine磷酸phosphoricacid戊糖pentose目前十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點2、核酸的化學組成1）元素組成C、H、O、N、P（9~10%）2）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)目前十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點二.戊糖和堿基的結(jié)構(gòu)目前十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(一)戊糖DNA：戊糖為β-D-2脫氧核糖RNA：戊糖為β-D-核糖。目前二十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)目前二十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(二)堿基（base）目前二十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1.嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)目前二十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點2.嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)目前二十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點含氧的堿基有烯醇式和酮式兩種互變異構(gòu)體，在生理pH條件下主要以酮式存在。體內(nèi)核酸大分子中的堿基也以酮式存在。尿嘧啶的互變異構(gòu)作用如下：酮式烯醇式OHOH目前二十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前二十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點注意：嘌呤和嘧啶中均含有共軛雙鍵，因此對260nm波長的紫外線有特異吸收峰。目前二十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點三、核苷的形成核苷是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物（糖苷）。由堿基和核糖或脫氧核糖通過糖苷鍵連接而成。連接部位：糖的C-1，嘌呤-N9，嘧啶-N1。目前二十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點核苷：用單字符號（A,G,U,C）表示脫氧核苷：在單字符號前加一小寫得d（dA,dG,dT,dC）在大多數(shù)情況下，核苷是由核糖或脫氧核糖的C1’β-羥基與嘧啶堿N1或嘌呤堿N9進行縮合，故生成的化學鍵稱為β，N糖苷鍵由堿基和核糖（脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。1′1核苷的表示方法目前二十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點★嘧啶堿：C1—N1，嘌呤堿：C1—N9?！锖怂嶂械暮塑张c脫氧核苷均為β-型★堿基平面與核糖平面互相垂直目前三十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點腺苷(A)脫氧胞苷(dC)β1,N9-糖苷鍵β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N-9N-1目前三十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前三十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點四、核苷酸的結(jié)構(gòu)與命名目前三十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1.核苷酸:核苷（脫氧核苷）和磷酸脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物，以磷酸酯鍵連接形成。即核苷的磷酸酯。包括核苷酸和脫氧核苷酸。

H磷酸＋脫氧胞苷(dC)＋H2O磷酸酯鍵目前三十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點核苷酸的分子結(jié)構(gòu)目前三十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點

2.生物體內(nèi)多為5，--核苷酸，即P基團位于糖的C-5，上。目前三十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點3.5’-核苷酸又可按其在5’位縮合的磷酸基的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。

目前三十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前三十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點4.有些核酸中還含有稀有堿基，這些堿基大多是在上述嘌呤或嘧啶堿的不同部位甲基化或進行其它的化學修飾而形成的衍生物。，目前三十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點核苷酸與脫氧核苷酸目前四十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點5.核苷酸還有環(huán)化的形式。它們主要是3′，5′－環(huán)化腺苷酸(cAMP,adenosine3′,5′－cyclicmonophosphate)3′，5′－環(huán)化鳥苷酸(cGMP,guanosine3′，5′－cyclicmonophosphate)環(huán)化核苷酸在細胞內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)和跨細胞膜信號中起著十分重要的作用。目前四十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點5′端3′端6、核苷酸的連接核酸是由許多單核苷酸聚合形成的多核苷酸鏈，沒有分支。核苷酸之間以3’，5’－磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈。核苷酸鏈的方向是5’－3’。CGA目前四十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點3′，5′-磷酸二酯鍵3′，5′-磷酸二酯鍵是由一個核苷酸的5′位磷酸與另一個核苷酸的3′-OH形成的。5′端3′端CGA目前四十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點由相間排列的戊糖和磷酸構(gòu)成核酸大分子的主鏈。代表其特性的堿基則可以看成是有次序的鏈接在其主鏈上的側(cè)鏈基團。主鏈上的磷酸基是酸性的，在細胞的pH條件下帶負電荷；而嘌呤和嘧啶堿基相對不溶于水而具有疏水性質(zhì)。5′端3′端CGA目前四十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點注意：1.由于生物體中主要為游離的5-磷酸核糖(即用于合成核酸的單核苷酸為5′核苷酸)，因此，核苷酸鏈的合成方向是由5′3′。2.DNA、RNA均構(gòu)成不分支的線性大分子，其中磷酸基和(脫氧)戊糖基構(gòu)成DNA、RNA鏈的骨架，可變部分是堿基排列順序。5′端3′端CGA5′端3′端CGA目前四十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前四十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)StructureofDNA目前四十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點DNA的一級結(jié)構(gòu):基本結(jié)構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)DNA的三級結(jié)構(gòu)目前四十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點一、DNA的一級結(jié)構(gòu)概念：核酸中4種核苷酸的連接及排列順序。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。目前四十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(一)基因和基因組基因：DNA分子中的某一區(qū)段，經(jīng)復制可傳給子代，經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯往往可合成蛋白質(zhì)?；蚪M（genome）：一個生物體的全部基因序列。人的基因組約有30億bp。目前五十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(二)原核生物和真核生物DNA一級結(jié)構(gòu)的比較目前五十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1.原核生物DNA一級結(jié)構(gòu)的特點(1)原核生物的基因組??；(2)結(jié)構(gòu)相對簡單；(3)基因為連續(xù)的DNA片段。目前五十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點2.真核生物DNA一級結(jié)構(gòu)的特點目前五十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(1)大量重復序列：根據(jù)重復次數(shù)的多少分為：高度重復序列：可重復幾百萬次，多數(shù)為小于10bp的短序列。一般位于異染色質(zhì)上，多數(shù)不編碼蛋白質(zhì)或RNA，可能與染色體結(jié)構(gòu)的形成及基因表達的調(diào)控有關。中度重復序列：在DNA分子中可重復幾十次到幾千次，主要rRNA、tRNA基因和某些蛋白質(zhì)基因?qū)儆诖祟?。單考貝序列：在整個DNA分子中質(zhì)出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次，主要是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，主要轉(zhuǎn)錄mRNA。在人體細胞中約占DNA總數(shù)的一半。目前五十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(2)基因的不連續(xù)性真核結(jié)構(gòu)基因的兩側(cè)，存在一些不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，它們多為調(diào)控區(qū)。而基因內(nèi)部也有很多非編碼序列，稱內(nèi)含子。相應的，編碼序列稱外顯子。目前五十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點斷裂基因----真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因(splitegene)

。CABD編碼區(qū)A、B、C、D(外顯子)非編碼區(qū)(內(nèi)含子)目前五十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。目前五十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的二級結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。目前五十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點研究背景:

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出，揭示了生物界遺傳性狀得以世代相傳的分子奧秘，標志著當代分子生物學的誕生，是科學史上最偉大的事件之一。（一）Watson和Crick提出的雙螺旋結(jié)構(gòu)目前五十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點Watson和Crick將當時人們對于DNA分子特性的認識和獲得的各種數(shù)據(jù)在理論上綜合分析計算，經(jīng)過刻苦努力，并充分發(fā)揮出超凡想象力，終于推論出這一模型。所以，他們在1962年獲諾貝爾獎時引用了牛頓的名言“我（們）之所以看得遠些，只因為站在巨人的肩膀上…”。因此，這一模型也稱為“Watson-Crick結(jié)構(gòu)模型”。他們主要的依據(jù)是什么呢？是下列三點：目前六十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前六十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1.Chargaff規(guī)則：應用層析法對多種生物DNA的堿基組成進行了分析，發(fā)現(xiàn)：（1）在DNA中A=TG=C。這是Chargaff規(guī)則的主要內(nèi)容。（2）不同生物種屬的DNA堿基組成不同。（3）同一個體不同器官、不同組織的DNA具有相同的堿基組成。2.堿基間可以形成氫鍵A、T之間可以生成兩個氫鍵，G、C之間可以生成三個氫鍵。研究氫鍵，可以幫助判斷DNA的構(gòu)象，如當時已經(jīng)了解的α-螺旋。目前六十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前六十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型主要內(nèi)容：1.DNA分子是由兩條多核苷酸鏈圍繞一個共同的軸而形成的螺旋體；2.兩條鏈都是右手螺旋，它們的骨架均由脫氧核糖和磷酸組成；3.堿基對在螺旋內(nèi)側(cè)，通過大溝和小溝可接近它們，脫氧核糖基和P基骨架在骨架外側(cè)；目前六十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點4.整個螺旋體的直徑為2nm，螺距3.4nm，堿基平面距離0.34nm，即每個螺圈含10個螺旋。單股DNA鏈的方向取決于核苷酸單體間磷酸二酯鍵的走向，習慣上走向常是5’3’，與之相對應的鏈必為由3’5’，因此DNA分子中的兩條鏈反向平行。目前六十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點5.兩條鏈以堿基間氫鍵而連結(jié)。A-T配對、形成二個氫鍵。G-C配對、形成三個氫鍵。------這稱為“堿基互補規(guī)律”。目前六十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點堿基互補配對TAGC目前六十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點6.DNA雙螺旋的維系：橫向穩(wěn)定--由互補堿基間氫鍵維系縱向穩(wěn)定--堿基平面間的疏水的堿基堆積力維系（通過相鄰堿基π-π電子形成的疏水作用）。注：從總能量上說，堿基堆積力占的能量比例更大些。

目前六十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前六十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前七十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前七十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點（二）其它類型的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA的Watson-Crick結(jié)構(gòu)模型是最常見的，也是最穩(wěn)定的，稱為B-DNA。另外，還少量A-DNA及左旋的Z-DNA等。在體內(nèi)，不同構(gòu)象的DNA在功能上有所差異，可能參與基因表達的調(diào)節(jié)和控制。

目前七十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前七十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點B-DNA：在相對濕度為92%時所得到的DNA鈉鹽纖維，這種DNA稱為--。A-DNA：在相對濕度為75%時所得到的DNA鈉鹽纖維，這種DNA稱為--。主要區(qū)別：B-DNA的堿基由脫氧核糖-磷酸骨架伸向螺旋的中心軸，堿基平面和軸垂直。A-DNA的堿基平面相對于中心軸約有25°的傾斜。目前七十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點Z---DNA的發(fā)現(xiàn)1979年Rich和Wang對帶有簡單交替順序的DNA片段作了研究，發(fā)現(xiàn)該晶體中的兩分子可通過Watson-Crick堿基配對，形成一種明顯而獨特的左旋雙螺旋規(guī)則結(jié)構(gòu)，而且通過相鄰片段頂端的相互銜接，可形成無限長度的反向平行雙股左手螺旋，因為其核糖-磷酸骨架中磷酸基走向呈“Z”字形鋸齒狀結(jié)構(gòu)，故定名為Z-DNA。目前七十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點Z---DNA的結(jié)構(gòu)特征B-DNA是一個整齊的螺旋結(jié)構(gòu)，Z-DNA卻近似圓柱形。在B-DNA中，堿基對沿螺旋軸的平均距離為3.4A，每隔10個堿基對螺旋上升一圈，螺距為34A，而Z-DNA中，堿基對雖仍以3.4A的間距進行堆砌，但由于它們相對于螺旋軸有7°的傾斜，致使堿基對沿軸的間距變成3.7A，而螺旋圈里包含著12個堿基對，所以其螺距為44.6A。B-DNA的直徑為20A，而Z-DNA得只有18A?！郱-DNA具有更為細長的結(jié)構(gòu)。目前七十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點Z---DNA的結(jié)構(gòu)特征從螺旋頂上往下看，Z-DNA的鳥嘌呤堿基呈六角對稱，鳥嘌呤殘基的咪唑部位和磷酸根構(gòu)成圓柱形分子的外壁；與B-DNA不同的是：其磷酸根雖然位于螺旋外壁，但鳥嘌呤的位置靠近分子的中心，呈五角對稱。∴與B-DNA相比，Z-DNA的特征為：Z-DNA為左旋；磷酸根的Z字形走向；Z-DNA的大溝消失，小溝加深。目前七十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點B-DNA螺旋結(jié)構(gòu)的周圍是由糖基和磷酸基組成的雙螺旋骨架，大溝、小溝交替出現(xiàn)，大、小溝均有著光滑而連續(xù)的磷酸基組成的邊緣，溝的底部是堿基組成的凹面。Z-DNA不僅沒有大溝，而且由于鳥嘌呤的咪唑基和磷酸基構(gòu)成一個圓形的凸面，致使這一部分還多少有些外翻，大溝相應消失；而在對應于B-DNA小溝的地方則形成一條深溝，順著分子軸延伸下去，這條溝有鋸齒形的磷酸根邊緣，溝兩邊磷酸根之間的間距8.5A，深約9A，直達中心軸，小溝加深。目前七十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點Z-DNA的研究概況1981年，Rich等人用溴取代鳥嘌呤的第8位氫原子，使溴代的多聚CG穩(wěn)定地處于左旋狀態(tài)，并以其作為誘導物，從兔和鼠身上取得了左旋DNA抗體，將這種抗體用熒光化合物進行標記，發(fā)現(xiàn)它與果蠅唾腺染色體的許多部位結(jié)合，在顯微鏡下可看到染色體上有許多明亮的條帶，這說明在天然DNA中確有DNA處于左旋，后來發(fā)現(xiàn)在某些植物的細胞核及人類胎兒球蛋白基因等數(shù)十種基因中，也發(fā)現(xiàn)Z-DNA的存在，但含量很少，約占DNA總量的5%。目前七十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點研究表明，Z-DNA構(gòu)象出現(xiàn)在基因5’端的調(diào)控區(qū)。如人類C-MYC（肌動蛋白基因）表達時，就會在C-MYC基因的啟動子附近出現(xiàn)三個Z-DNA區(qū)域。因此，推出Z-DNA與基因的表達調(diào)控相關，但如果C-MYC轉(zhuǎn)錄停止，這些區(qū)域?qū)⒖焖倩貜偷紹-DNA。此外，發(fā)現(xiàn)組成Z-DNA的序列在原核生物中較為少見。Z-DNA的研究概況目前八十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點（三）DNA的可變構(gòu)象除Z-DNA外，研究表明，因環(huán)境因素的改變、蛋白質(zhì)的結(jié)合以及超螺旋張力的作用，某些特定的DNA片段還可能想出其他的可變DNA構(gòu)型。如：十字形結(jié)構(gòu)（cruciforms)三鏈DNA(intramoleculartriplexes)四鏈DNA(quadruplexes)脫鏈DNA(slipped-strandDNA)平行鏈DNA(parallelstrandedDNA)非配對DNA結(jié)構(gòu)(unpairedDNAstructures)目前八十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點十字形結(jié)構(gòu)反向重復（5’-3’方向）部位兩條鏈之間的氫鍵斷開，鏈內(nèi)互補的堿基之間重新形成氫鍵，形成兩個類似發(fā)夾的臂，臂的頂端有3-4個非配對堿基。十字形結(jié)構(gòu)包含兩條特別長的DNA臂和兩個相對較短的發(fā)夾形臂，這樣構(gòu)成“十字花”。目前八十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點這種形狀只有在低鹽條件下才能維持，因為低鹽條件下，磷酸根之間的靜電排斥將四條臂都分開了。在生理鹽溶液下，磷酸根被部分屏蔽，排斥力有所下降，所以十字形結(jié)構(gòu)變成了X型結(jié)構(gòu)，臂與臂之間的角度也各有不同。十字形結(jié)構(gòu)的形成條件目前八十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點脫鏈DNA（簡稱S-DNA）形成部位：DNA的一個區(qū)域內(nèi)有幾個核苷酸片段多次重復，就有機會用“滑脫”的方式形成堿基配對。形成過程：當序列重復部位解旋時，一個直接重復序列同另一個重復序列形成Watson-Crick堿基配對，這樣在對應鏈上就形成了兩個突出的環(huán)，堿基配對更有可能“滑脫”。影響因素：當直接重復區(qū)域被阻斷時，將明顯減少。目前八十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(CAG)n(CAG)n5’5’3’3’脫鏈結(jié)構(gòu)目前八十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點三、DNA的三級結(jié)構(gòu)目前八十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點（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(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同負超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反目前八十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點意義:DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓撲學變化及其調(diào)控對于DNA復制和RNA轉(zhuǎn)錄過程具有關鍵作用。目前八十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(二)原核生物的超螺旋結(jié)構(gòu)

絕大多數(shù)原核生物DNA為雙鏈閉合環(huán)，并在此基礎上再次螺旋形成超螺旋。超螺旋結(jié)構(gòu)：在雙螺旋的基礎上再盤繞成為麻花狀的超螺旋結(jié)構(gòu)。目前八十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前九十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點（二）在真核生物染色質(zhì)DNA的高級結(jié)構(gòu)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)。在真核生物中，雙螺旋的DNA分子圍繞蛋白質(zhì)八聚體進行盤繞，從而形成特殊的串珠狀結(jié)構(gòu)，稱為核小體。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNA的三級結(jié)構(gòu)。目前九十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點組蛋白：H2A、H2B、H3

、H4

各兩分子八聚體，直徑約10nmDNA鏈：DNA鏈盤繞于八聚體表面1.75圈，約146bp目前九十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前九十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前九十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前九十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點四、DNA的功能基本功能：作為生物遺傳信息復制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎,也是個體生命活動的基礎?；颍篋NA分子中的某一區(qū)段，經(jīng)復制可傳給子代，經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯往往可合成蛋白質(zhì)?；蚪M（genome）：一個生物體的全部基因序列。人的基因組約有30億bp。目前九十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)StructureofRNA目前九十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點一、RNA與DNA結(jié)構(gòu)的比較1.RNA堿基組成特點是含有尿嘧啶(U)而不含胸腺嘧啶(T)；2.連接鍵及鏈的方向與DNA類似。3.一般以單股鏈存在，但可以有局部二級結(jié)構(gòu)及三級結(jié)構(gòu)。在配對時，也遵守反向、互補等規(guī)則。堿基配對發(fā)生于C和G與U和A之間。目前九十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點4.RNA堿基組成之間無一定的比例關系，且稀有堿基較多。如假尿嘧啶核苷及甲基化堿基等。5.RNA種類多，含量高，但分子量相對較小，僅有幾十指幾千個核苷酸。目前九十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點螺旋的環(huán)狀突起目前一百頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前一百零一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點二、各類RNA的結(jié)構(gòu)特點目前一百零二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點

(一)

mRNA（信使RNA）mRNA約占細胞總RNA的3%-5%，代謝活躍，壽命較短。作為蛋白質(zhì)合成的(模板)，mRNA一般由結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄而來。原核與真核的mRNA結(jié)構(gòu)和生成有較大差異。目前一百零三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點原核生物的mRNA是多順反子。順反子是通過順反測驗鑒定的遺傳功能單位，相當于一個編碼蛋白質(zhì)的DNA序列加上翻譯的起始和終止信號，也就是一個蛋白質(zhì)的基因。通常將一種蛋白質(zhì)的基因稱為結(jié)構(gòu)基因。原核生物的結(jié)構(gòu)基因無內(nèi)含子，因此是連續(xù)的。真核生物的結(jié)構(gòu)基因一般含有內(nèi)含子，為不連續(xù)基因。目前研究過的真核生物的mRNA都是單順反子，只編碼一種蛋白質(zhì)，其5’端和3’端各有一段非編碼區(qū).目前一百零四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點原核生物的mRNA是很不穩(wěn)定的。如大腸桿菌的mRNA的半衰期一般只有幾分鐘。因此原核生物的mRNA在其3’端尚未完全合成之前，便開始從5’端降解，或是在轉(zhuǎn)譯完畢之后，便立即降解。由于沒有形成細胞膜，mRNA的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯是相互緊密配合，偶聯(lián)在一起的，當mRNA尚未轉(zhuǎn)錄完畢之前，就已經(jīng)開始轉(zhuǎn)譯，而且當有足夠的信息可供利用時，核蛋白體還要沿著增長的多核苷酸鏈移動，以合成蛋白質(zhì)。一般認為，原核的mRNA轉(zhuǎn)錄之后，無需經(jīng)過特殊的加工處理，而天然的mRNA即具有充分的生物學功能.目前一百零五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點絕大多數(shù)真核細胞mRNA3’端都有一段長約200個核苷酸的poly(A)。poly(A)(polyadenylicacid)是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)poly(A)聚合酶的作用添加上去的。poly(A)聚合酶對mRNA專一,不作用于tRNA和rRNA.poly(A)的功能：與mRNA從細胞核到細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關；與mRNA的半衰期有關,新合成的mRNA的ploy(A)鏈較長,而衰老的mRNA則poly(A)鏈較短.目前一百零六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前一百零七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點真核細胞mRNA5’端還有一個特殊的5’-m7G-5’ppp5’-Nm-3’-P結(jié)構(gòu)，稱為5’端帽子結(jié)構(gòu)(cap)，此中5’端的鳥嘌呤N7被甲基化，鳥嘌呤核苷酸經(jīng)焦磷酸與相鄰的一個核苷酸相連，形成5’,5’-磷酸二酯鍵。帽子結(jié)構(gòu)的功能：它為與核糖體的結(jié)合提供了一個識別位點?？梢员ＷomRNA，防止它遭受來自5’端外切核酸酶的水解。帽子結(jié)構(gòu)可能是蛋白質(zhì)合成的起始識別信號的一部分，與蛋白質(zhì)合成的正確起始有關。目前一百零八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點在真核細胞中，初合成的mRNA和成熟的mRNA是不一樣的。前者是一種分子量很不均一的mRNA前體稱為不均一核RNA（hnRNA），在C內(nèi)需經(jīng)裂解、拼接和修飾才能成為成熟的mRNA進到細胞質(zhì)中，發(fā)揮模板作用，指導蛋白質(zhì)的生物合成。目前一百零九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點mRNA與hnRNA在真核生物中，最初轉(zhuǎn)錄生成的RNA稱為不均一核RNA(hnRNA)，然而在細胞質(zhì)中起作用，作為蛋白質(zhì)的氨基酸序列合成模板的是mRNA。hnRNA是mRNA的未成熟前體。也就是說，hnRNA在轉(zhuǎn)變?yōu)閙RNA的過程中經(jīng)過剪接，被去掉了一些片段，余下的片段被重新連接在一起。目前一百一十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA*mRNA成熟過程

外顯子(exon)目錄目前一百一十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點三聯(lián)體密碼mRNA分子中每三個核苷酸為一組，決定一種氨基酸，稱為遺傳密碼(geneticcode)或三聯(lián)體密碼。不同的mRNA堿基組成和排列順序都不同，但都只有A，G，C，U4種堿基。如果一個堿基就可以決定一個氨基酸，則只有四種變化方式，如果兩個堿基決定一個氨基酸，則只有16種變化方式，都不能滿足20種氨基酸的需要。1961年Crick和Brenner的實驗得出了三個核苷酸編碼一個氨基酸的結(jié)論，并將這種三位一體的核苷酸編碼稱做遺傳密碼或三聯(lián)體密碼。目前一百一十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點*mRNA的功能把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細胞細胞質(zhì)細胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細胞目前一百一十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點(二)tRNA（轉(zhuǎn)運RNA）:約占細胞RNA總量的15%功能：在蛋白質(zhì)合成中，作為將細胞中游離氨基酸轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)裝配鏈的一種載體。結(jié)構(gòu)特點：1.含稀有堿基較多。2.二級結(jié)構(gòu)為“三葉草”型。3.三級結(jié)構(gòu)為“倒L”型。目前一百一十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1、tRNA的一級結(jié)構(gòu)tRNA的一級結(jié)構(gòu)：是指tRNA分子中核苷酸的排列順序。目前一百一十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點tRNA的一級結(jié)構(gòu)的特征：分子量在25Da左右，有74-93個核苷酸組成，大多數(shù)76個核苷酸組成的單鏈，沉降系數(shù)4S左右；堿基組成中有較多稀有堿基，每個tRNA分子中至少有2個，多則19個；3’端都為-pCpCpAOH,用來接受活化的氨基酸，稱為接受臂。5’端大多為pG-，也有pC-。有十幾個位置上的核苷酸在幾乎所有的tRNA中都是不變的，為恒定核苷酸，在進化中極具保守性。如第8位的U，第18、19位的G等。這些恒定核苷酸對于維系三級結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)其生物功能起著重要的作用。目前一百一十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點*特征：分子中由A-U、G-C堿基對構(gòu)成的雙螺旋區(qū)稱臂，不能配對的部分為環(huán)，tRNA一般有四環(huán)四臂組成。5’端1-7為與近3’端的67-72為形成7bp的反平行雙鏈稱氨基酸臂，3’端共同的-CCA-OH結(jié)構(gòu)，其羥基可與該tRNA所攜帶的氨基酸形成共價鍵。第10-25位形成3-4bp的臂和8-14b的環(huán)，由于環(huán)上有二氫尿嘧啶（D），故稱D環(huán)，相應的臂為D臂。2、tRNA的二級結(jié)構(gòu)——三葉草形目前一百一十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點第27-43為有5bp的反密碼子臂和7b的反密碼子環(huán),其中34-36為是與mRNA相互作用的反密碼子.第44-48位為可變環(huán)，80%的tRNA由4-5b組成，20%的有13-21b組成。第49-65位為5bp的TψC臂，和7b的TψC環(huán)，因環(huán)中有TψC序列而得名。tRNA分子中含有多少不等的修飾堿基，某些位置上的核苷酸在不同的tRNA分子中很少變化，稱不變核苷酸。目前一百一十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點變化最大是額外臂，根據(jù)它的特性可將tRNA分為兩類：一類是含有一條僅為3-5個核苷酸的額外臂，占tRNA的75%；第二類是含有較大的額外臂。其生物學功能尚不清楚。氨基酸受體臂：主要由鏈兩端序列堿基配對形成的桿狀結(jié)構(gòu)和3’端未配對的3-4個堿基組成，其3’端的最后三個堿基序列永遠是CCA最后一個堿基的3’自由羥基可以被氨?；７疵艽a子臂：是根據(jù)位于套索中央的三聯(lián)反密碼子命名的。TψC臂：是根據(jù)3個核苷酸命名的，其中ψ表示假尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見核苷酸.是根據(jù)它含有二氫尿嘧啶命名的。變化最大是額外臂，根據(jù)它的特性可將tRNA分為兩類：一類是含有一條僅為3-5個核苷酸的額外臂，占tRNA的75%；第二類是含有較大的額外臂。其生物學功能尚不清楚。目前一百一十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前一百二十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點*3、tRNA的三級結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA的功能活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。目前一百二十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點受體臂和反密碼子環(huán)位于L構(gòu)型的兩端，T環(huán)和D環(huán)以復雜的方式纏繞在一起，排布在倒L構(gòu)型的拐角上，占據(jù)一些特殊位置。組成L構(gòu)型的兩根相互垂直的堆砌柱均存在螺旋區(qū)與非螺旋區(qū)，由氫鍵維系的臂相對應的是螺旋區(qū)，環(huán)是非螺旋區(qū)。其中的兩個螺旋區(qū)各由10個左右的堿基對組成，相當于雙螺旋的一周，其堿基互補類型與DNA雙螺旋中的相同。目前一百二十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點

(三)rRNA

rRNA是細胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上，是蛋白質(zhì)合成機器--核蛋白體(核糖體)的組成成分。與其它RNA不同，rRNA(60%)必須與蛋白質(zhì)(40%)結(jié)合成核蛋白體（核糖體）才能發(fā)揮作用。核糖體蛋白有數(shù)十種，大多是分子量不大的多肽類物質(zhì)。目前一百二十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點核蛋白體的大、小亞基核蛋白體由易于解聚的大、小亞基組成。注意：蛋白質(zhì)、核酸等的質(zhì)量單位—SS是大分子物質(zhì)在超速離心沉降中的一個物理學單位，可反映分子量的大小。目前一百二十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點原核生物核蛋白體以大腸桿菌為例：共有三種rRNA5SrRNA23SrRNA16SrRNA小亞基由16SrRNA和21種蛋白質(zhì)構(gòu)成；大亞基由5S、23srRNA和31種蛋白質(zhì)構(gòu)成。目前一百二十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點真核生物核蛋白體以小鼠肝細胞為例：共有四種rRNA5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA小亞基含18SrRNA和30多種蛋白質(zhì)；大亞基含28S、5.8S、5S三種rRNA，近50種蛋白質(zhì)。目前一百二十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid目前一百二十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點一、核酸的一般理化性質(zhì)目前一百二十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1、大分子性質(zhì)：核酸的分子量很大，一般為106～1010。核酸溶液粘度大(抗剪切力差)。粘度：DNA>RNA2、溶解性：

DAN為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有機溶劑。常用乙醇從溶液中沉淀核酸。3、核酸的酸堿性質(zhì):

核酸中的磷酸和堿基均能發(fā)生兩性解離。核酸是兩性電解質(zhì)。因磷酸的酸性強，通常表現(xiàn)為酸性。DNA等電點4—4.5；RNA等電點2—2.5。目前一百二十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點4、紫外吸收在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，因而具有獨特的紫外線吸收光譜，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作為核酸及其組份定性和定量測定的依據(jù)。目前一百三十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點目前一百三十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于五點1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/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=2.0若溶液中含有雜蛋白或苯酚，則A260/A280比值明顯降低。3、判斷DNA是否變性在DNA的變性過程中，摩爾吸光系數(shù)增大（增色效應）在DNA的復性過程中，摩爾吸光系數(shù)減?。p