核酸結(jié)構(gòu)與功能第一頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)核酸的化學(xué)組成與一級(jí)結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)第五節(jié)核酸酶本章主要內(nèi)容第二頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核酸(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。第三頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展1868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提取“核素”1944年

Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)1953年

Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)(1962)1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼(1968)1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶(1975)1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法(1980)1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)(1993)1990年美國(guó)啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃(HGP)

1994年中國(guó)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)2001年美、英等國(guó)完成人類基因組計(jì)劃基本框架第四頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核酸的分類及分布存在于細(xì)胞核和線粒體

分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過復(fù)制傳遞給下一代。是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體第五頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第六頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成第七頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖磷酸(phosphate)一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位第八頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤鳥嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基第九頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)第十頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日堿基的互變異構(gòu)體第十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日N,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶

稀有堿基第十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)第十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日脫氧核苷嘌呤N-9

或嘧啶N-1與脫氧核糖C-1通過β-N-糖苷鍵相連形成脫氧核苷(deoxyribonucleoside)。第十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日

嘌呤N-9或嘧啶N-1與核糖C-1通過β-N-糖苷鍵相連形成核苷(ribonucleoside)。核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵第十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵第十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日多磷酸核苷酸第十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。cAMP核苷酸衍生物第十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日含核苷酸的生物活性物質(zhì)：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD

等都含有

AMPNADP+NAD+第二十頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日二、DNA是脫氧核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸3的羥基與另一個(gè)核苷酸5的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)。

多個(gè)脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA鏈。第二十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵第二十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5

→

3第二十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也是多個(gè)核苷酸分子通過酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。第二十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日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CGA四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序第二十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日AGP5PTPGPCPTPOH3書寫方法：5pApCpTpGpCpT-OH

35

ACTGCT

3第二十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核酸分子的大小常用堿基(base或kilobase)數(shù)目來(lái)表示。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長(zhǎng)度可以高達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)堿基。第二十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日DNA和RNA的區(qū)別核糖G、C、A、URNA脫氧核糖G、C、A、TDNA堿基核糖核酸第二十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第二十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatialstructure)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對(duì)位置關(guān)系。第三十頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)第三十一頁(yè)，共八十八頁(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-線衍射圖譜分析目錄第三十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日（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走向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(majorgroove)及小溝(minorgroove)相間。目錄

模型要點(diǎn)-15

3第三十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日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。目錄

模型要點(diǎn)-2第三十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日堿基互補(bǔ)配對(duì)TAGC第三十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日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。目錄

模型要點(diǎn)-3第三十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日Watson-Crick雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(B-DNA)要點(diǎn)：（1）反平行雙鏈：脫氧核糖-磷酸骨架位于外側(cè)，堿基對(duì)位于內(nèi)側(cè)（2）堿基互補(bǔ)配對(duì)：AT配對(duì)（兩個(gè)氫鍵），GC配對(duì)（三個(gè)氫鍵）；堿基對(duì)平面垂直縱軸（3）右手雙螺旋：螺距為3.4nm，直徑為2.0nm，10bp/圈第三十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日（4）表面功能區(qū)：小溝較淺；大溝較深，是蛋白質(zhì)識(shí)別DNA堿基序列的基礎(chǔ)

（5）維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的力量：氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定，堿基堆積力維持螺旋縱向穩(wěn)定（6）意義:闡明了DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu);為復(fù)制機(jī)制作了解釋第三十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性第三十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日第四十頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日DNAdoublehelix類型

helixtypebp/turnrotation/bpverticalrise/bphelicaldA11+34.72.56A23A

B10+34.03.38A19AC9.33+38.63.32A19AZ12-30.05.71A18A第四十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日（四）DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被質(zhì)子化，可與鳥嘌呤的N-7原子形成氫鍵；同時(shí)，胞嘧啶的N-4的氫原子也可與鳥嘌呤的O-6形成氫鍵，這種氫鍵被稱為Hoogsteen氫鍵。Hoogsteen氫鍵Hoogsteen氫鍵，不破壞Watson-Crick氫鍵，由此形成了C＋GC的三鏈結(jié)構(gòu)(triplex)。第四十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日三鏈結(jié)構(gòu)第四十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日鳥嘌呤之間通過Hoogsteen氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)(tetraplex)。四鏈結(jié)構(gòu)第四十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日真核生物DNA3-末端是富含GT的多次重復(fù)序列，因而自身形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。第四十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日二、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)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(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反第四十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日第四十七頁(yè)，共八十八頁(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)錄過程具有關(guān)鍵作用。第四十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日（二）原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)第四十九頁(yè)，共八十八頁(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)。核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4第五十頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日第五十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日第五十二頁(yè)，共八十八頁(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。第五十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第五十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日RNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RNA是單鏈分子，因此在RNA分子中，嘌呤的總數(shù)不一定等于嘧啶的總數(shù)。RNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱為“發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)。在RNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對(duì)情況不象DNA中嚴(yán)格。G除了可以和C配對(duì)外，也可以和U配對(duì)。G-U配對(duì)形成的氫鍵較弱。不同類型的RNA,其二級(jí)結(jié)構(gòu)有明顯的差異。tRNA中除了常見的堿基外，還存在一些稀有堿基，這類堿基大部分位于突環(huán)部分.第五十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日RNA的種類、分布、功能第五十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日一、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA非編碼區(qū)mRNA*mRNA成熟過程

編碼區(qū)目錄第五十七頁(yè)，共八十八頁(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-甲基鳥苷,形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppN。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。第五十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日帽子結(jié)構(gòu)第五十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日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尾的功能第六十頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日*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(xì)胞細(xì)胞質(zhì)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翻譯蛋白真核細(xì)胞第六十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日*

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)與功能第六十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日N,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶

稀有堿基第六十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日*tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形

氨基酸臂

DHU環(huán)：識(shí)別氨酰-tRNA合成酶

反密碼環(huán)額外環(huán)

TΨC環(huán)：識(shí)別核蛋白體氨基酸臂額外環(huán)第六十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日*tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA的功能識(shí)別密碼子、搬運(yùn)特定氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。第六十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日*rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能第六十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核蛋白體的大小亞基第六十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核蛋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50S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸160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%第六十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日*rRNA的結(jié)構(gòu)*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。真核生物18SrRNA第六十九頁(yè)，共八十八頁(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第七十頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日snmRNAs的種類核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA

snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)以及基因表達(dá)調(diào)控等。第七十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日

克雷格·梅洛（右）和安德魯·法爾

(siRNA介導(dǎo)的RNA干涉，2006諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）第七十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日RNAi作用機(jī)制第七十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和功能。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)第七十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)目錄第七十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日一、核酸的一般理化性質(zhì)與紫外吸收酸性化合物、線性高分子不同構(gòu)象的核酸分子在離心時(shí)和電泳時(shí)的行為不一樣第七十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日紫外吸收第七十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日1.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)用目錄第七十八頁(yè)，共八十八頁(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雙鏈解開成兩條單鏈的過程。方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質(zhì)變化：OD260增高 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸堿滴定曲線改變 生物活性喪失目錄第七十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，2022年，8月28日例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光