第14章 核酸的结构-121页PPT文档资料

四股螺旋DNA分子
G-四碱基体，在真核生物染色体端粒 DNA中，富含TTGGGG,以Hoogsteen 氢键连接，形成G – G碱基对反平行四 螺旋结构，稳定染色体结构
结构特点
7
G
7
6
6G
G6
G6
7
7
Linked by Hoogsteen Bonding
6－1 7－2
结构特点
2 × poly(T4G4)
• ATP也是磷酰化剂：磷酰 化的底物具较高能量（活 化分子），是许多生物化 学反应的激活步骤。
(2)GTP (鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)
• 生物体内游离存在，也是一种高能化合物 • 具有类似ATP的结构 • 主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体 • 在许多情况下, ATP 和 GTP 可以相互转换
（3）cAMP 和 cGMP
1、snmRNAs 除上述三种RNA外的其他种类的小
分子RNA，统称为非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。
核内小RNA（snRNA） 核仁小RNA （snoRNA） snmRNAs 胞质小RNA （scRNA） 催化性小RNA（即ribozyme） 小片段干涉 RNA （siRNA） snmRNAs的功能 参与hnRNA和rRNA的加工和转运。
D-核糖
HOCH2 O OH HH
H
H
OH H
D-2-脱氧核糖
核苷 nucleoside
• 糖与碱基之间的C-N键：C-N糖苷键， 且都是β糖苷键。
• C1——N1（嘧啶） • C1——N9（嘌呤） • 碱基与糖环平面垂直。
核苷 nucleoside
NH2
OH
N
NN
N
NH2 N
OH N
NN HOCH2 O
HH
H2N N N
HO N
HO N
HOCH2 O
HOCH2 O
HOCH2 O
HH
HH
HH
H
H
H
HH
HH
H
OH OH
OH OH
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷 胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷
核苷 nucleoside
稀有核苷： 1、2’-0-甲基-核糖-核苷 2、稀有碱基 DHU 3、连接方式 ψ （假尿嘧啶核苷）
cAMP 3’,5’环腺嘌呤核苷一磷酸 cGMP 3’,5’-环鸟嘌呤核苷一磷酸 ——细胞间信使 • cAMP 和 cGMP 的环状磷酯键
是一个高能键：pH 7.4时水解 能约为43.9 kJ /mol，比 ATP 水解能高得多。
二、 核酸的共价结构
（一）DNA的一级结构
• DNA一级结构是指DNA上的核苷酸排列顺序。 (核苷酸相当于氨基酸、单糖的角色）
双螺旋的直径为2nm， 碱基堆积距离为 0.34nm， 两个核苷酸之间的夹 角36°， 每圈螺旋含10个核苷 酸，螺距3.4nm。
（4）两条核苷酸链依靠碱基间形成的氢键而 结合。
A＝T G≡C （5）碱基在一条链上的排列顺序不受任何限 制。但根据碱基配对原则，一条核苷酸链序列 可决定另一条互补链的序列。
双螺旋的补充：
（1）夹角和碱基对的数目变化 （2）碱基对沿长轴旋转一定的角度
2、稳定双螺旋结构的因素
①碱基堆积力形成疏水环境（主要因素） 。
②碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。
③磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正
离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷
间的斥力，有助于DNA稳定。 ④碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性
5′帽子
密码子
3′polyA
m7Gppp- AUG GUG ……………UAA AAAA…AA
5′端非翻译区 编码区 3′非翻译区
真核生物mRNA的共价结构
帽子结构
功能
帽子结构：识别翻译起始 polyA：维持mRNA的稳定性
（2）原核细胞mRNA
原核生物mRNA为多顺反子，无修饰碱基。 多顺反子mRNA(polycistronic mRNA)：一条 mRNA链上有多个编码区
(二）DNA二级结构—B型双螺旋
James Watson (left) and Francis Crick, 1953
5`
3`
反向、平行、右手螺旋2 链间碱基配对相连
小沟
每10个碱基对螺旋上升一周
疏水碱基位于内部
相邻碱基平面互相平行，
大沟
垂直于螺旋轴
3`
5`
• 大 部 分 DNA 所 具 有 的 双 螺 旋 结 构 ， 亦称为B型
1、结构特征
（1）两条反向平行的 多核苷酸链围绕 同一中心轴缠绕， 为右手螺旋。
（2） 碱基位于双螺旋的内侧，
磷酸和核糖在外侧，
通过3’，5’－磷酸二酯键构 成骨架。
碱基平面与纵轴垂直，
糖环平面与纵轴平行。
大沟：宽1.2nm，深0.85nm， 小沟：宽0.6nm，深0.75nm。
（3）主要参数
mRNA的功能
★蛋白质合成的模板。
3、rRNA一级结构特点
* rRNA的种类（根据沉降系数）
真核生物 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA
原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA
•rRNA的功能
作为核糖体的骨架； 催化肽键的形成。
4、其他小分子RNA及RNA组学
假尿苷，pseudouridine， ψ
（三） 核苷酸
磷 酸
碱 基
戊糖
O
NH
碱基 N
N
N
HN
NO
N
H
H
酯键 O
OH
H2O
磷酸 O P O H O H C H 2
O
核苷键
O
H2O
OH OH
戊糖
核苷酸
酯键
5`
碱基连接（核苷键）
4`
1`
3` 2`
（对DNA为H）
三、八种 核苷酸(ribonucleotide)
2 ×poly(G4C4)
真核生物染色体端粒DNA结构
GGGGTTTGGGGTTTGGGGTTT
TT
T
G
G
G G
G G
G G
5‘
核不均一RNA
RNA组学： RNA组学研究细胞中snmRNAs的种
类、结构和功能。同一生物体内不同种 类的细胞、同一细胞在不同时间、不同 状 态 下 snmRNAs 的 表 达 具 有 时 间 和 空 间特异性。
三、DNA的高级结构
（一）DNA双螺旋结构的研究背景
已知核酸的化学结构
碱基组成分析 Chargaff 规则：[A] = [T] [G] [C]
（3）稀有碱基
• 嘌呤——次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、 N2、N2-二甲基鸟嘌呤。
• 嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、 二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶
都是基本碱基的化学修饰型
（二）核苷：核糖+碱基
DNA含β-D-2-脱氧核糖 RNA含β-D-核糖
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
C P OH
3` 末端
核苷酸顺序又称碱基顺序
（二） RNA的一级结构
• 核糖核苷酸通过磷酸二 酯键相连形成的长链
RNA一级结构特点
研究最多：tRNA、rRNA及一些小分子RNA。 1、tRNA分子特点： • 约由73－93个核苷酸组成 • 分子中含有较多的修饰成分（10-20%） • 3‘-末端都具有－CCA－OH的结构 • 5’-末端磷酸化，常为G（pC）
（四）核苷酸的衍生物
（1）ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
• 生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
ATP的性质
• 是重要的能量转换中间体
• ATP含两个高能磷酸键： 水解时 可释放大量自由能， 推动体内各种需能反应。
[嘌呤碱] = [嘧啶碱] DNA纤维的X-射线衍射图谱分析
Chargaff
DNA碱基组成具有： 生物种的特异性； 无组织/器官特异性； 不受生长发育、营养状况及环境条件的影响。
Chargaff规则：
（1）A=T （2）G=C （3）A+C=G+T （4）A+G=C+T
碱基互补配对
A
T
G
C
G-C pair, held together by three hydrogen bonds A-T pair , held together by two hydrogen bonds
6
4
1
3
2 2
• DNA 一 股 的核苷酸 序列与另 一股的序 列 互 补： A-T、G-C
Franklin, Rosalind Elsie (1920-58),
British biophysicist. Born in London, she was educated in physical chemistry at Newnham College, Cambridge. Franklin conducted X-ray diffraction studies on the structure of the DNA molecule, the carrier of hereditary information, while working in the laboratory of British biophysicist Maurice Wilkins. This work enabled American biochemist James Dewey Watson and the British Francis Crick to determine the helical structure of the DNA molecule.