提要一、核酸分類二、核酸一級結構三、核酸高級結構DNA高級結構RNA高級結構四、核酸與蛋白質相互作用DNA與蛋白質形成復合體RNA與蛋白質形成復合體五、核酸功效楊榮武生物化學核酸的結構與功能第1頁DNA——一個類型，一個功效

RNA——各種類型，各種功效

編碼RNA和非編碼(NcRNA)核酸分類DNA和RNA結構異同楊榮武生物化學核酸的結構與功能第2頁C自發脫氨基變成U修復酶能夠識別這些突變，以用C取代這些U。怎樣區分正常U和突變而來U?使用T就很輕易處理以上問題。CU為何DNA第四個堿基通常是T?楊榮武生物化學核酸的結構與功能第3頁RNA臨近-OH使其更輕易DNA缺乏2'-OH愈加穩定

遺傳物質必須愈加穩定RNA需要時候合成，不需要時候需要快速降解。為何DNA2'-脫氧，RNA不是?楊榮武生物化學核酸的結構與功能第4頁RNA處于單鏈狀態，使其能夠自我折疊成能夠和蛋白質相媲美各種類型二級結構和三級結構，這是形成RNA結構多樣性基礎，不然全部RNA與DNA一樣，只能形成千篇一律雙螺旋。RNA在三維結構多樣性使其在細胞內能行使多項生物學功效。DNA通常是雙鏈，使其能夠充分地行使作為遺傳物質這項唯一功效為何RNA通常單鏈，DNA通常雙鏈？楊榮武生物化學核酸的結構與功能第5頁不一樣類型RNA功效和分布楊榮武生物化學核酸的結構與功能第6頁不一樣類型RNA功效和分布楊榮武生物化學核酸的結構與功能第7頁定義：核苷酸或堿基排列次序寫法：從左到右，5'端到3'端意義：DNA一級結構貯存各種遺傳信息核酸一級結構楊榮武生物化學核酸的結構與功能第8頁組成DNA和RNA核苷酸結構和連接方式楊榮武生物化學核酸的結構與功能第9頁DNA二級結構主要是各種形式螺旋，尤其是B-型雙螺旋，另外還有A-型雙螺旋、Z-型雙螺旋、三鏈螺旋和四鏈螺旋等DNA二級結構楊榮武生物化學核酸的結構與功能第10頁HappyBirthday,

DoubleHelix

楊榮武生物化學核酸的結構與功能第11頁"MolecularStructureofNucleicAcids:

AStructureforDeoxyriboseNucleicAcid"

(Nature,April25,1953.volume171:737-738.)

"Thenovelfeatureofthestructureisthemannerinwhichthetwochainsareheldtogetherbythepurineandpyrimidinebases...The(bases)arejoinedtogetherinpairs,asinglebasefromonechainbeinghydrogen-bondedtoasinglebasefromtheotherchain,sothatthetwoliesidebyside...Oneofthepairmustbeapurineandtheotherapyrimidineforbondingtooccur....Onlyspecificpairsofbasescanbondtogether.Thesepairsare:adenine(purine)withthymine(pyrimidine),andguanine(purine)withcytosine(pyrimidine).""...inotherwords,ifanadenineformsonememberofapair,oneitherchain,thenontheseassumptionstheothermembermustbethymine;similarlyforguanineandcytosine.Thesequenceofbasesonasinglechaindoesnotappeartoberestrictedinanyway.However,ifonlyspecificpairsofbasescanbeformed,itfollowsthatifthesequenceofbasesononechainisgiven,thenthesequenceontheotherchainisautomaticallydetermined.""...Ithasnotescapedournoticethatthespecificpairingwehavepostulatedimmediatelysuggestsapossiblecopyingmechanismforthegeneticmaterial.Thestructureitselfsuggestedthateachstrandcouldseparateandactasatemplateforanewstrand,thereforedoublingtheamountofDNA,yetkeepingthegeneticinformation,intheformoftheoriginalsequence,intact."楊榮武生物化學核酸的結構與功能第12頁已步入古稀之年Watson（左）和Crick（右）在討論DNA雙螺旋結構模型楊榮武生物化學核酸的結構與功能第13頁DNA二級結構主要形式為Watson和Crick于1953年提出B型雙螺旋，其主要內容是：DNA由兩條呈反平行多聚核苷酸鏈組成，兩條鏈相互纏繞形成右手雙螺旋；組成右手雙螺旋兩條鏈是互補，它們經過特殊堿基對結合在一起，一條鏈上A總是與另一條鏈T，G總是和C配對。其中AT堿基對有二個氫鍵，GC堿基對有3個氫鍵；堿基對位于雙螺旋內部，并垂直于暴露在外脫氧核糖磷酸骨架。堿基對之間經過疏水鍵和范德華力相互垛疊在一起，對雙螺旋穩定起一定作用；雙螺旋表面含有顯著大溝和小溝（其寬度分別為2.2nm和1.2nm；雙螺旋其它常數包含相鄰堿基對距離為0.34nm，并相差約36°。螺旋直經為2nm，每一轉完整螺旋含有10個堿基對，其高度為3.4nm。B型雙螺旋楊榮武生物化學核酸的結構與功能第14頁AT和GC堿基正確配對性質楊榮武生物化學核酸的結構與功能第15頁B-型DNA雙螺旋結構主要特征楊榮武生物化學核酸的結構與功能第16頁大溝和小溝秘密楊榮武生物化學核酸的結構與功能第17頁X射線衍射數據Chargaff規則堿基互變異構DNA雙螺旋結構證據楊榮武生物化學核酸的結構與功能第18頁物種A:TG:CA:G人1.001.001.56大麻哈魚1.021.021.43小麥1.000.971.22酵母1.031.021.67大腸桿菌1.090.991.05粘質沙雷菌0.950.860.70不一樣物種DNAA/T、G/C和A/G比率楊榮武生物化學核酸的結構與功能第19頁氫鍵氫鍵當然主要，但它們主要決定堿基配正確特異性，而對雙螺旋穩定貢獻不是最主要。對雙螺旋穩定起決定性作用是堿基堆集力。堿基堆集力這是堿基對之間在垂直方向上相互作用所產生力。它包含疏水作用和范德華力。堿基間相互作用強度與相鄰堿基之間環重合面積成正比。總趨勢是嘌呤與嘌呤之間>嘌呤與嘧啶之間>嘧啶與嘧啶之間。另外堿基甲基化能提升堿基堆積力。陽離子或帶正電荷化合物對磷酸基團中和雙螺旋穩定原因楊榮武生物化學核酸的結構與功能第20頁DNAABZ雙螺旋和三螺旋楊榮武生物化學核酸的結構與功能第21頁A型雙螺旋、B型雙螺旋和Z型雙螺旋比較楊榮武生物化學核酸的結構與功能第22頁由AlexRich發覺存在于DNA富含G:C區域G為順式構象C保持反式，但整個胞苷酸（堿基和脫氧核糖）翻轉180度結果是G:C氫鍵在Z-DNA中得以保持!Z-DNA楊榮武生物化學核酸的結構與功能第23頁細胞內DNA在特殊條件下還可能形成其它幾個非標準二級結構。這些特殊條件包含：DNA受到一些蛋白質作用（如組蛋白）；DNA本身所含有特殊基序，比如反向重復序列，回文結構，鏡像重復，直接重復，高嘌呤序列，高嘧啶序列，富含A序列和富含G序列。（1）彎曲（2）十字形（3）三鏈螺旋與H-DNA（4）堿基翻轉（5）四鏈螺旋與G-四聯體（6）滑動錯配DNA（SMP-DNA）DNA非標準二級結構楊榮武生物化學核酸的結構與功能第24頁DNA彎曲楊榮武生物化學核酸的結構與功能第25頁十字形DNA形成楊榮武生物化學核酸的結構與功能第26頁三螺旋DNA（H-DNA）楊榮武生物化學核酸的結構與功能第27頁Hoogsteen堿基對與Watson-Crick堿基對

楊榮武生物化學核酸的結構與功能第28頁DNA雙螺旋上某一個位置C發生翻轉楊榮武生物化學核酸的結構與功能第29頁DNA四連結構楊榮武生物化學核酸的結構與功能第30頁滑動錯配DNA楊榮武生物化學核酸的結構與功能第31頁假如經過某種伎倆使得DNA雙螺旋每一圈堿基對數目多于或少于10對，將造成DNA雙螺旋纏繞過多或纏繞不足；假如這時DNA兩端被固定或者DNA原來是共價閉環，則DNA會因張力無法釋放而自發地形成超螺旋結構。DNA超螺旋分為正超螺旋和負超螺旋，其中正超螺旋為左手超螺旋，由DNA雙螺旋過分纏繞引發，負超螺旋為右手超螺旋，由DNA雙螺旋纏繞不足引發。DNA三級結構——超螺旋楊榮武生物化學核酸的結構與功能第32頁正超螺旋與負超螺旋楊榮武生物化學核酸的結構與功能第33頁DNA復制過程中正超螺旋DNA形成楊榮武生物化學核酸的結構與功能第34頁從DNA雙螺旋到染色體楊榮武生物化學核酸的結構與功能第35頁電鏡下核小體結構

楊榮武生物化學核酸的結構與功能第36頁核小體結構模型楊榮武生物化學核酸的結構與功能第37頁RNA二級結構主要取決于它堿基組成，其二級結構多樣性能夠和蛋白質相媲美。少數病毒RNA由兩條互補多聚核糖核苷酸鏈組成，它二級結構為A型雙螺旋。多數RNA僅由一條鏈組成，它們二級結構主要是由鏈內堿基互補性決定：鏈內互補堿基能夠相互作用形成鏈內A型雙螺旋，非互補堿基則游離在雙螺旋之外，形成各種二級結構。在RNA雙螺旋內經常能夠發覺GU堿基對。RNA二級結構RNA分子中GU堿基對楊榮武生物化學核酸的結構與功能第38頁RNA各種二級結構楊榮武生物化學核酸的結構與功能第39頁GNRA四環結構楊榮武生物化學核酸的結構與功能第40頁RNA三級結構是在二級結構基礎上深入折疊、包裝而成，其復雜性不亞于蛋白質。其中雙螺旋區域主要充當剛性框架結構來組織其它結構或功效部件。組成突起、內部環、發夾環和末端環單鏈區域對于RNA最終三級結構形成至關主要，其作用相當于氨基酸殘基側鏈基團對于蛋白質三級結構形成貢獻。正是因為這些單鏈區之間以及單鏈區與雙鏈區之間核苷酸相互作用，才使得一個RNA最終能夠折疊成特有三級結構。RNA折疊，尤其是較大RNA，就像大多數蛋白質折疊一樣，也需要分子伴侶幫助，方便讓大多數RNA能快速折疊成正確構象。為了與參加蛋白質折疊分子伴侶區分開來，通常將幫助RNA折疊分子伴侶稱為RNA伴侶。RNA伴侶與正在折疊RNA分子結合以后，一旦有錯誤折疊，就會破壞錯誤折疊RNA分子內部次級鍵，形成RNA蛋白體復合物，在這種復合物里，RNA能快速重新折疊成最終正確構象。RNA三級結構楊榮武生物化學核酸的結構與功能第41頁枯草桿菌TPP核開關三級結構形成

楊榮武生物化學核酸的結構與功能第42頁組成RNA三級結構主要元件有假節結構、“吻式”發夾結構和發夾環突觸結構等三種形式。tRNA則可形成倒L型三級結構RNA三級結構楊榮武生物化學核酸的結構與功能第43頁氨基酸運載工具tRNA只由一條鏈組成，含有73~94個核苷酸，其中有不少是修飾，3′端最終三個核苷酸總是CCA，鏈內大多數