山東大學(xué)生物化學(xué)核酸-01

第五章

核

酸生物化學(xué)

一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究簡(jiǎn)史p470第一節(jié)核酸概論基因是片段因子染色體是遺傳單位基因位于染色體上染色體上包含線狀排列的基因突變是基因的物理變化交換導(dǎo)致重組DNA是遺傳物質(zhì)一個(gè)基因編碼一個(gè)蛋白質(zhì)DNA是雙螺旋的DNA復(fù)制是半保留的遺傳的密碼是三聯(lián)體的DNA是可以測(cè)序的基因組是可以測(cè)序的.第一節(jié)核酸概論第一節(jié)核酸概論Miescher從小牛胸腺里提取了核酸

動(dòng)物核酸

DNAAltmann從酵母中也提出一種核酸

植物核酸

RNA細(xì)胞核里的核酸與小牛胸腺的核酸相似,而細(xì)胞質(zhì)里的核酸與植物核酸相似.經(jīng)過(guò)一系列的研究,到核酸的化學(xué)組成,由四種核苷酸組成。兩者的差別主要是核糖的不同，DNA是脫氧核糖，RNA是核糖(Hammars,1894)。細(xì)胞核里的核酸稱為脫氧核糖核酸（DNA）細(xì)胞質(zhì)里的核酸稱為核糖核酸（RNA）四核苷酸假說(shuō)PhoebusLevene(Russian-American,（1869-1940)第一節(jié)核酸概論貢獻(xiàn)：核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)及核酸中糖的鑒定第一節(jié)核酸概論In1928,FrederickGriffith(British),1944，O.Avery肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)第一節(jié)核酸概論1952，A.DHershey和M.Chase噬菌體感染實(shí)驗(yàn)ErwinChargaffshowed(1950’s):不同來(lái)源的DNA的堿基組成不同同一生物的不同組織里的DNA堿基是相同的。DNA中嘌呤堿基等于嘧啶堿基。%A=%Tand%G=%CEdwinChagraff

(1905-2002)第一節(jié)核酸概論JamesWatson(American,1928-)FrancisCrick(British,1916-2004)第一節(jié)核酸概論MauriceWilkins(1916-)andRosalindFranklin(1920-1958)1960年——1973年發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶.發(fā)現(xiàn)了基因工程的工具酶.1972年由Con實(shí)現(xiàn)了DNA的體外重組.1973年以后明確了基因的概念.基因工程的興起.一級(jí)結(jié)構(gòu)的順序測(cè)定的發(fā)展.高級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定.核酸的人工合成.人類基因組（一）脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)原核：裸露的DNA分子集中于核區(qū)真核：細(xì)胞核DNA：與組蛋白、非組蛋白形成染色體細(xì)胞器DNA：雙鏈環(huán)形，一般裸露二、核酸的種類和分布第一節(jié)核酸概論（二）核糖核酸（ribonucleicacid,RNA)1、轉(zhuǎn)移RNA（transferRNA,tRNA):保守性最強(qiáng)2、核糖體RNA（ribosomalRNA,rRNA)3、信使RNA（messengerRNA,mRNA)4、特殊功能的RNASmallnuclearRNA,snRNA(核內(nèi)小RNA）SmallnucleoarRNA,snoRNA

（核仁小RNA)SmallcytoplasmicRNA,scRNA(核質(zhì)小RNA)AntisenseRNA(反義RNA）Ribozyme

（核酶）第一節(jié)核酸概論

20世紀(jì)40年代DNA和RNA都是細(xì)胞的重要組成物質(zhì)，前者可引起遺傳性狀的轉(zhuǎn)化，后者可能參與蛋白質(zhì)的生物合成。（一）DNA是主要的遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)

細(xì)胞

細(xì)胞核

染色體

DNA（非蛋白質(zhì)）

DNA片段

基因第一節(jié)核酸概論三、核酸的生物功能（二）RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成

顯微紫外分光光法，組織化學(xué)法，化學(xué)分析方法測(cè)生長(zhǎng)和分泌旺盛進(jìn)行蛋白生物合成的細(xì)胞中RNA含量特別豐富。（三）RNA功能的多樣性1、參與蛋白質(zhì)的合成2、RNA的轉(zhuǎn)錄后加工與修飾3、參與基因表達(dá)的調(diào)控4、生物催化作用5、遺傳信息的加工與進(jìn)化第一節(jié)核酸概論三、核酸的生物功能第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸核酸（nucleicacid)核苷酸(nucleotide)磷酸(phosphoricacid)核苷(nucleoside)戊糖(pentose)堿基(base)一、核酸的化學(xué)組成兩類核酸的基本化學(xué)組成P479表13-1第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸核苷酸的基本構(gòu)造MonophosphateDiphosphateTriphosphateAdenineGuanineThymineCytosineUracilNucleoside(Adenosine)Nucleotide

(Adenosinemonophosphate,AMP)PurinePyrimidine核苷核苷酸磷酸五碳糖

Ribose,

Deoxyribose堿

基1’2’3’4’5’JuangRH(2004)BCbasics核苷酸中的堿基均為含氮雜環(huán)化合物，它們分別屬于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤堿(purine)主要是鳥(niǎo)嘌呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A)，嘧啶堿(pyrimidine)主要是胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T)。第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸P479結(jié)構(gòu)式嘌呤嘧啶（一）堿基二、核酸組成部分的化學(xué)結(jié)構(gòu)第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸（一）堿基

嘌呤和嘧啶環(huán)中含有共軛雙鍵，對(duì)260nm左右波長(zhǎng)的紫外光有較強(qiáng)的吸收。堿基的這一特性常被用來(lái)對(duì)堿基、核苷、核苷酸和核酸進(jìn)行定性和定量分析.嘌呤嘧啶嘧啶第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸1、嘧啶胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶T5-甲基胞嘧啶5-羥甲基胞嘧啶第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸2、嘌呤

嘌呤腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤六元環(huán)是實(shí)際上是嘧呤環(huán)，五元環(huán)部分是咪唑環(huán)。嘌呤的定位與嘧啶不同，嘧啶從底邊開(kāi)始定，而嘌呤從側(cè)面開(kāi)始定位。第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸3、稀有堿基（修飾堿基）修飾主要是甲基化，RNA中以tRNA含修飾堿基最多。二氫尿嘧啶6-甲-氨基腺嘌呤第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸4、堿基互變異構(gòu)核酸中五種堿基中的酮基和氨基，均位于堿基環(huán)中氮原子的鄰位，可以發(fā)生酮式-烯醇式或氨基-亞氨基之間的結(jié)構(gòu)互變。這種互變異構(gòu)在基因的突變和生物的進(jìn)化中具有重要作用。第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸（二）戊糖核酸中的戊糖是D型的，有核糖(ribose)和脫氧核糖(deoxyribose)兩種，分別存在于核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸中。為了與堿基標(biāo)號(hào)相區(qū)別，通常將戊糖的C原子編號(hào)都加上撇“′”，而堿基中原子的標(biāo)號(hào)不加撇，以示區(qū)別。無(wú)氧1’核糖脫氧核糖第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸三、核苷(nucleoside)戊糖與嘧啶或嘌呤堿以C-N糖苷鍵連接就稱為核苷，通常是戊糖的C1′與嘌呤堿的N9或嘧啶堿的N1相連接。腺嘌呤核苷胞嘧啶脫氧核苷b型糖苷鍵,堿基與糖環(huán)平面互相垂直，反式存在。第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸1、常見(jiàn)核苷各種常見(jiàn)核苷堿基核糖核苷脫氧核糖核苷嘌呤腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤腺嘌呤核苷鳥(niǎo)嘌呤核苷腺嘌呤脫氧核苷鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷嘧啶胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷--------------胞嘧啶脫氧核苷--------------胸腺嘧啶核苷第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸2、稀有核苷次黃(嘌呤核)苷假尿嘧啶核苷7-甲基鳥(niǎo)苷4-硫代尿苷稀有堿基+正常的糖正常堿基+修飾糖或其它糖正常堿基+正常糖，但是非正常的糖苷糖假尿嘧啶核苷（ψ）P481第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸核苷中戊糖C2

、C3、C5羥基被磷酸酯化,就形成核苷酸。核苷酸分成核糖核苷酸與脫氧核糖核苷酸P481結(jié)構(gòu)式：5’-AMP(5’腺嘌呤核苷酸）

3’-dCMP（3’胞嘧啶脫氧核苷酸）第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸四、核苷酸p4815’-AMP2’-AMP3’-AMP腺嘌呤核苷-n’-磷酸酯堿

基五碳糖磷酸核苷酸JuangRH(2004)BCbasics第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸全稱：腺嘌呤核苷（一磷）酸簡(jiǎn)稱：堿基的簡(jiǎn)稱+苷+酸如：腺苷酸第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸由于自然界中的核苷酸主要是5’-核苷酸，所以如果不是特指，以上的表示都是5’核苷酸，都是指一磷酸。如果是一個(gè)脫氧核糖的核苷酸，則它的名稱（無(wú)論是全稱還是簡(jiǎn)稱）都是在核糖核苷酸的前面加上脫氧二字。如脫氧腺嘌呤核苷酸，脫氧腺苷酸。符號(hào)簡(jiǎn)稱：腺嘌呤核苷一磷酸

AMP

pAA脫氧腺嘌呤核苷一磷酸

dAMP

dpA

dA核苷酸通式：5’-NMP5’-dNMP

如不特指5’-可以省略。RNA：AMP、

GMP、

UMP、

CMP第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸1、

構(gòu)成DNA、RNA的核苷酸P481表13-4DNA：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP2、細(xì)胞內(nèi)的游離核苷酸及其衍生物第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸①核苷5’-多磷酸化合物。(脫氧)核苷二磷酸、(脫氧)核苷三磷酸,在能量代謝和物質(zhì)代謝及調(diào)控中起重要作用。雙脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)

在DNA的序列測(cè)定中使用.NMPNDPNTPdNTPddNTP②環(huán)化核苷酸

3’,5’-cAMP，3’,5’-cGMP

信號(hào)分子，cAMP調(diào)節(jié)細(xì)胞的糖代謝、脂代謝。2、細(xì)胞內(nèi)的游離核苷酸及其衍生物第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸3’,5’-cAMP3’,5’-cGMP③其它多磷酸核苷酸——核苷5’多磷酸3’多磷酸化合物ppGpp

pppGpp

ppApp多磷酸化合物中5’，3’通常省略。ppNpp,在堿基N的左側(cè)為5’，在N右側(cè)的為3’.2、細(xì)胞內(nèi)的游離核苷酸及其衍生物第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸④輔酶核苷酸——核苷酸衍生物

CoA、NAD+、NADP+、FAD等輔助因子。

GDP-半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活性糖基供體。2、細(xì)胞內(nèi)的游離核苷酸及其衍生物第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸3、核苷酸的性質(zhì)①一般的性狀

核苷酸為無(wú)色粉末或結(jié)晶狀,易溶于水,不溶于有機(jī)溶劑,有較高的熔點(diǎn),酸性較強(qiáng).由于其分子的不對(duì)稱性和帶有C*的糖環(huán)故有旋光性.②核苷酸的紫外吸收由于核苷酸中的堿基具有與苯環(huán)類似的共軛雙鍵,所以它有強(qiáng)烈的吸收紫外光的能力，堿基、核苷和核苷酸的紫外吸收峰的吸收區(qū)間在240—290nm，各種核苷酸的最大吸收峰不同,但一般在260nm左右有較大的紫外吸收,故常用260nm作為核酸特征吸收峰值,利用這一點(diǎn)可作核酸的定量測(cè)定.第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸3、核苷酸的性質(zhì)核苷酸的定量測(cè)定第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸3、核苷酸的性質(zhì)利用紫外吸收對(duì)核苷酸的定量測(cè)定核苷酸的紫外吸收在260nm時(shí)符合Lembert-Beer定律即:A260=

.c.lA:光密度;:摩爾消光系數(shù);c:吸光物質(zhì)的摩爾濃度;l:光程.例題：稱取AMP樣品534毫克定容至100毫升，PH=2.0.測(cè)定

A260=1.98×10-4

已知：MWAMP=347.2ε260=1.5×10-2

求：樣品中AMP的百分含量。

第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)單元——核苷酸3、核苷酸的性質(zhì)③核苷酸的解離p505-506

某些堿基，核苷及核苷酸的PK’值堿基名稱堿基的pK’值核苷的pK’值5'核苷酸的pK’值腺嘌呤4.15,9.83.5,12.5*3.8,0.9,6.2鳥(niǎo)嘌呤3.2,9.6,12.41.6,9.2,12.4*2.4,9.4,0.70,6.1胞嘧啶

4.6,12.24.15,12.5,12.3*4.5,0.80,6.3尿嘧啶9.59.2,12.5*9.5,1.0,6.4胸腺嘧啶9.99.8,>13*10.0,1.6,6.5*：戊糖羥基的PK值。一、DNA的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)：脫氧核苷酸分子間連接方式及排列順序。二級(jí)結(jié)構(gòu)：DNA的兩條多聚核苷酸鏈間通過(guò)氫鍵形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)：DNA雙鏈進(jìn)一步折疊卷曲形成的構(gòu)象（超螺旋）。第三節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

(一).DNA的分子大小與形狀堿基對(duì)數(shù)目總長(zhǎng)度(mm)形態(tài)多瘤病毒

SV40M13

FdP4T7λT2,T4,T6枝原體大腸桿菌酵母果蠅人南美肺魚(yú)5.1×1035226640764081.5×1043.5×104485021.8×1057.6×1054×1061.35×1071.65×1082.9×1091.02×1011

0.00170.00180.00190.00190.00510120.0160.0610.26364.65699034,700環(huán)狀環(huán)狀環(huán)狀環(huán)狀線狀線狀線狀線狀環(huán)狀環(huán)狀7對(duì)染色體4對(duì)染色體23對(duì)染色體19對(duì)染色體DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)Chargaff規(guī)則:1.在所有的生物DNA中,A=T,G=C或A+G=T+C,這就是DNA堿基的當(dāng)量定律,即Chargaff規(guī)則.2.DNA的堿基組成有種的特異性,但在同一生物體內(nèi)無(wú)組織特異性.3.DNA的堿基不隨年齡,營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的變化而變化,即穩(wěn)定性.

(二).DNA的堿基組成DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)5’3’5’3’,5’-磷酸二酯鍵5’3’核酸是核苷酸以磷酯鍵連結(jié)成的長(zhǎng)鏈分子P

RP

RP

RP

RP

RP

R5’123456（三）.DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸長(zhǎng)鏈書(shū)寫(xiě)PRB3’2’5’1’ATCGATCGPOH5’3’5’

pApTpCpGpApTpCpG-OH

3’5’

pATCGATCG-OH

3’ATCGATCGJuangRH(2004)BCbasicsDNA中多核苷酸的一個(gè)片段及縮寫(xiě)符號(hào)P483豎線式文字式兩股核酸的方向相反5’

pCpGpApTpCpGpApT-OH

3’5’

pApTpCpGpApTpCpG-OH

3’5’3’3’5’JuangRH(2004)BCbasicsATCGATCGGCTAGCTA是不同的序列.蛇毒磷酸二酯酶水解DNA（RNA）得5’-核苷酸牛脾磷酸二酯酶水解DNA（RNA）得3’-核苷酸DNA是dAMP、dGMP、dCMP、dTMP通過(guò)3’、5’-磷酸二酯鍵連接起來(lái)的線形或環(huán)形多聚體。DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)（三）.DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)ATCGATCGPOH5’3’P482PPPPPPP蛇毒磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶Judson(1996)TheEighthDayofCreation19621953年，Watson和Crick根據(jù)Chargaff

規(guī)律和DNANa鹽纖維的X光衍射分析提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA的Na鹽纖維和DNA晶體的X光衍射分析。Franklin1、二級(jí)結(jié)構(gòu)的闡明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’Watson-Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(B-DNA)P486圖13-5②、磷酸與脫氧核糖彼此通過(guò)3’、5’-磷酸二酯鍵相連接，構(gòu)成DNA分子的骨架。③、磷酸與脫氧核糖在雙螺旋外側(cè)，嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。④、兩條核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鍵結(jié)合在一起，A與T相配以，形成2個(gè)氫鍵；G與C相配對(duì)，形成3個(gè)氫鍵。⑥、堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行⑤、螺圈之間主要靠堿基平面間的堆積力維持⑦、每圈螺旋有10個(gè)核苷酸，堿基堆積距離0.34nm，雙螺旋平均直徑2nm，⑧、大溝：寬1.2nm，深0.85nm，⑨、小溝：寬0.6nm，深0.75nm⑩、堿基在一條鏈上的排列順序不受任何限制。當(dāng)一條多核苷酸鏈的序列被確定后，互補(bǔ)鏈的序列確定。這表明，遺傳信息由堿基的序列所攜帶。

DNA結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出，被認(rèn)為是本世紀(jì)生命科學(xué)史最重要的貢獻(xiàn)之一，同時(shí)也是自然科學(xué)史上的重大貢獻(xiàn)。它直接解釋了生物遺傳信息的傳遞與表達(dá)的規(guī)律，使生命科學(xué)從此進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代即分子生物學(xué)時(shí)代。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)2、穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的因素①堿基堆積力形成疏水環(huán)境（主要因素）。②堿基配對(duì)的氫鍵。GC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。DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)核酸骨架的自由度比蛋白質(zhì)高Nelson&Cox(2000)LehningerPrinciplesofBiochemistry(3e)p.337JuangRH(2004)BCbasics3、

DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的多型性P489

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋的不同類型類型旋轉(zhuǎn)方向螺旋直徑

(nm)螺距

(nm)每匝堿基對(duì)數(shù)目堿基對(duì)間垂直距離堿基對(duì)與水平夾角A-DNA右2.552.46

110.23190B-DNA右2.373.3210.40.34

10Z-DNA左1.844.56

120.38

904、三股螺旋DNA

K.Hoogsteen1963通常是一條同型寡核苷酸與寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝結(jié)合：oligo(Py):oligo(Pu)—oligo(Py/Pu)第一股是寡嘧啶，中間是寡嘌呤，第三股可以是寡嘧啶或寡嘌呤H-DNA：絞鏈DNA是一種分子內(nèi)折疊形成的三股螺旋p490T=A:A,C≡G：C+T=A:TC≡G：G三股螺旋DNA中的Hoogsteen-bondingP489-490

第三股與寡嘌呤之間同向平行，并按Hoogsteen配對(duì)DNA三股螺旋結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)在DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組的起始位點(diǎn)或調(diào)節(jié)位點(diǎn)，如啟動(dòng)子區(qū)。第三股鏈的存在可能使一些調(diào)控蛋白或RNA聚合酶等難以與該區(qū)段結(jié)合，從而阻遏有關(guān)遺傳信息的表達(dá)。三股螺旋DNA四股DNA可能存在于真核細(xì)胞染色體的端粒中DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA分子在雙螺旋的基礎(chǔ)上通過(guò)扭曲和折疊形成的特定構(gòu)象。包括不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用、單鏈與二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNA的拓?fù)涮卣?。超螺旋是DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式。DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)1、環(huán)狀DNA的三種典型構(gòu)象

P491（1）松弛環(huán)形DNA：線形DNA直接環(huán)化（2）解鏈環(huán)形DNA：線形DNA擰松后再環(huán)化（3）正超螺旋與負(fù)超螺旋DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)三種環(huán)狀DNA分子具有相同的結(jié)構(gòu)，但是拓?fù)錁?gòu)象不同，稱它們?yōu)橥負(fù)洚悩?gòu)體。①連環(huán)數(shù)（linkingnumber,L）DNA雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)②扭轉(zhuǎn)數(shù)（twistingnumber,T）DNA分子中的Watson-Crick螺旋數(shù)目，以T表示③超螺旋數(shù)（纏繞數(shù),writhingnumber,W）④比連環(huán)差（λ）表示DNA的超螺旋程度連環(huán)數(shù)（L）纏繞數(shù)（T）扭曲數(shù)W松馳環(huán)25250解鏈環(huán)23230超螺旋2325-2L=T+W2、三種環(huán)形DNA的拓?fù)鋵W(xué)特性DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)3、拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA拓?fù)洚悩?gòu)體的L值。①拓?fù)洚悩?gòu)酶酶I（解旋酶）能使雙鏈負(fù)超螺旋DNA轉(zhuǎn)變成松馳形環(huán)狀DNA，每次催化使L值增加1。②拓?fù)洚悩?gòu)酶酶II（促旋酶）能使松馳環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋形DNA，每次催化使L減少2。DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體（染色質(zhì)）（1）整個(gè)病毒可以看成游離的染色體組成：核酸、蛋白、脂類、糖類基因組：?jiǎn)捂溁螂p鏈的DNA（或RNA），多數(shù)環(huán)狀形狀：絲狀、多面體狀、（2）細(xì)菌染色體的結(jié)構(gòu)——擬核，nucleoid

細(xì)菌基因組多數(shù)為雙鏈環(huán)狀DNA，與堿性蛋白、RNA結(jié)合，形成帶有無(wú)數(shù)突環(huán)的刷狀染色體。p494DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)p492（3）真核生物染色體的結(jié)構(gòu)DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)染色體的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體。核小體是由DNA和組蛋白組成的。組蛋白有五種H1,H2A,H2B,H3,H4,后四種各兩分子構(gòu)成一個(gè)八聚體，其外再由雙螺旋DNA繞其旋轉(zhuǎn)1.75圈(為DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu))，約含140bp。稱為核小體的核心顆粒(coreparticle)。兩個(gè)核心顆粒之間由一段雙螺旋DNA鏈(約60bp)相連，稱為連接部。組蛋白H1結(jié)合在此部位。若干個(gè)核小體再螺旋形成核小體纖維，再進(jìn)一步螺旋化形成染色體。從雙螺旋DNA到染色體，DNA總共壓縮了約8000～10000倍.（3）真核生物染色體的結(jié)構(gòu)DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)核小體的結(jié)構(gòu)（3）真核生物染色體的結(jié)構(gòu)DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)6個(gè)核小體念珠繞成30nm纖絲（fiber)（3）真核生物染色體的結(jié)構(gòu)DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)纖絲扭曲變成突環(huán)（loop)，約75000bp。六個(gè)突環(huán)一個(gè)玫瑰花結(jié)（rosette)。進(jìn)而組裝成螺旋圈(coil)，由螺旋圈再組裝成染色單體（chromatid)。p405染色體的結(jié)構(gòu)層次

核酸緊密纏繞在組蛋白上面Albertsetal(2002)MolecularBiologyoftheCell(4e)p.230Stryer(1995)Biochemistry(4e)p.980DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的不均一性1.重復(fù)序列1)高度重復(fù)序列2-10bp/copy,105-106copies/genome多為串聯(lián)重復(fù)排列分布于著絲點(diǎn)、端粒區(qū)、結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)2)中度重復(fù)序列0.1-1Kb/copy10-104copies/genome多為間隔重復(fù)rDNA\tDNA\Histonegenecluster3)單拷貝序列（singlecopysequence)真核生物DNA的序列特點(diǎn)真核生物DNA的序列特點(diǎn)2.回文結(jié)構(gòu)（序列）(invertedrepeat,palindromesequence)較長(zhǎng)的回文結(jié)構(gòu)，可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)(發(fā)夾結(jié)構(gòu))或十字形結(jié)構(gòu)。較短的回文序列，可作為一種特別信號(hào)，如限制性核酸內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄的終止作用與回文結(jié)構(gòu)有關(guān)。真核生物DNA的序列特點(diǎn)回文序列中的單鏈可形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)雙鏈回文序列可形成十字架結(jié)構(gòu)3）鏡象結(jié)構(gòu)所謂鏡象結(jié)構(gòu)就是指DNA某一片段在一條鏈上出現(xiàn)顛倒重復(fù)的序列。真核生物DNA的序列特點(diǎn)多嘌呤-多嘧啶的鏡象序列可形成三螺旋結(jié)構(gòu)(H-螺旋或Hoogsteen螺旋):該螺旋常處在許多真核細(xì)胞基因的表達(dá)調(diào)節(jié)區(qū)。可能與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)有關(guān).真核細(xì)胞的內(nèi)含子（Intron）與

外顯子（Exon）mRNADNA5’3’cappolyAtailexonexonexonintronintronmaturemRNAProcessingTranscriptionSplicingpromotor3’5’都在細(xì)胞核中進(jìn)行startcodonstopcodon送至細(xì)胞質(zhì)去除

intronJuangRH(2004)BCbasicsIntron的發(fā)現(xiàn)Nelson&Cox(2000)LehningerPrinciplesofBiochemistry(3e)p.992Roberts,Sharp(1993)Firstintron第三節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)二、RNA的結(jié)構(gòu)（一）RNA的堿基組成1.由A,U,G,C四種堿基組成.2.含有較多的稀有堿基.3.大部分的RNA中,A

U;G

C.4.mRNA的堿基組成與DNA非常相似(U代替T),有人稱D-RNA.5.在tRNA中,由于雙螺旋結(jié)構(gòu)較多,基本上A=U;G=C.在一些雙鏈RNA病毒中,A=U;G=C.（二）RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

P483①AMP、GMP、CMP、UMP通過(guò)3’、5’磷酸二酯鍵形成的線形多聚體。②組成RNA的戊糖是核糖。③

天然RNA分子都是單鏈線形分子，只有部分區(qū)域是A-型雙螺旋結(jié)構(gòu)。第三節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)二、RNA的結(jié)構(gòu)

RNA很容易被水解而斷裂斷

裂RNaseNelson&Cox(2000)LehningerPrinciplesofBiochemistry(3e)p.176Stryer(1995)Biochemistry(4e)p.35微堿1、mRNA的結(jié)構(gòu)原核：多順?lè)醋?即一條mRNA鏈上有多個(gè)編碼區(qū)。真核：?jiǎn)雾樂(lè)醋拥谌?jié)核酸的結(jié)構(gòu)（二）RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)非翻譯區(qū)