第二章 生物大分子

碱基互补是其复制、转 碱基互补是其复制、 录表达遗传信息的基础 生理状态下物理、 生理状态下物理、化学性质 稳定 有突变和修复能力， 有突变和修复能力，可稳定遗 传是生物进化的基础
RNA也可作为遗传物质 也可作为遗传物质
1. RNA病毒 传染媒介是病毒颗粒（病毒基因组 RNA、蛋白质外壳）。如 Tobacco Mosaic Virus (TMV)，逆转录病毒 （retrovirus) 2. 类病毒（viroid） 使高等植物产生疾病的传染性因子， 只由RNA组成
双螺旋结构的多态性
DNA结构的多态性：几 结构的多态性： 结构的多态性 种不同的DNA双螺旋结 种不同的 双螺旋结 构以及同一种双螺旋结构 内参数存在差异的现象。 内参数存在差异的现象。 双螺旋结构的基本形式： 双螺旋结构的基本形式： B-DNA ，资料来自相对湿 度为92％所得到的DNA钠 度为 ％所得到的 钠 盐纤维， 盐纤维，是生理条件下 DNA最稳定的结构形式。 最稳定的结构形式 最稳定的结构形式。
基本原理
（一）生物大分子虽然具有复杂的结构，但在组成方面 却存在一种基本的简单性，例如： 1.DNA由4种脱氧核糖核苷酸（4dNTP)聚合而成； 2.RNA由4种核糖核苷酸（4NTP)聚合而成； 3.蛋白质由20余种氨基酸聚合而成； 4.多糖由少数几种单糖聚合而成。 （二）所有的生物都使用相同种类的的构件分子，似乎 它们是从一个共同的祖先进化而来。 （三）每种生物的特性是通过它具有的一套与众不同的 核酸和蛋白质而保持的。 （四）每种生物大分子在细胞中有特定的功能。
Prion 复制 转录 翻译 复制? 转录? 翻译?
二、核酸的化学组成
核酸的化学组成
磷酸 核苷 碱基 核糖（RNA） 戊糖 脱氧核糖（DNA） A、G、C、U A、G、C、T
核酸 核苷酸 （RNA、DNA）
含氮碱基、核苷、 一、 含氮碱基、核苷、核苷酸 ☉ 碱基 Nitrogenous bases 嘧啶Pyrimidines 嘧啶
OH
5´ ´
5´ ´
3´ ´
3´ ´
OH
OH
DNA一级结构 DNA一级结构
RNA一级结构 RNA一级结构
三、 DNA的二级结构 的二级结构
双螺旋模型依据： 双螺旋模型依据： 高度定向的DNA纤维的 射线照片 纤维的X-射线照片 高度定向的 纤维的 发现原子长轴存在0.34和 发现原子长轴存在0.34和3.4nm 两种周期性 Chargaff规则：A + G / T + C = 规则： 规则 1 A+T ≠ G + C 密度测定表明螺旋由两条多核苷酸 链组成，且直径恒定（ 链组成，且直径恒定（2nm)。 。
第二章 生物大分子的 结构与功能
第一节 生物大分子（Biomacromolecule）
生物大分子是指生物体内由分子量较低的基本结构单 位首尾相连形成的多聚化合物。基本结构单位的排列 顺序构成生物大分子的一级结构，生物大分子在其一 级结构的基础上形成复杂的空间结构。 典型的生物大分子的分子量在10～103ＫＤ之间。 。 包括：核酸，蛋白质，多糖，脂类 蛋白质是氨基酸的聚合物，核酸是核苷酸的聚合物， 多糖是单糖的聚合物，脂是形式多种多样的分子。
一、遗传物质的本质
DNA是主要的遗传物质 是主要的遗传物质 RNA也可作为遗传物质 也可作为遗传物质 存在核酸以外的遗传物质
1、 遗传物质必须具有的特性 a、贮存并表达遗传信息
DNA的特征 的特征 各异的碱基序列储存大量的遗 传信息 41000 种遗传信息
1kb DNA序列 序列 b、能把信息传递给子代 c、物理和化学性质稳定 d、具有遗传变化的能力
染色体和染色质
真核DNA＋组蛋白 ＋ 真核 核小体 染色质（ 核小体折叠压积 染色质（chromatin） ） 其它的蛋白质和RNA） （其它的蛋白质和 ） 染色质有两种型 a、常染色质：密度较低，能被表达 、常染色质：密度较低， b、异染色质：密度较高，不被表达（着丝 、异染色质：密度较高，不被表达（ 端粒、次缢痕）。 ）。又包括组成型异染色质 粒、端粒、次缢痕）。又包括组成型异染色质 和兼性异染色质
生物大分子结构层次
构型（configuration):一个分子中原子的固有 空间排列。如：D-葡萄糖和L-葡萄糖是链状葡 萄糖的两种构型 构象（conformation):在一定的条件下，由于 单键的旋转而产生的分子中各原子（或原子团） 在空间的不同排布形象。 区别：一般情况下，构型都比较稳定，分子的 构型是不能通过单键的旋转而改变的，必须通 过化学键的断裂和重新建立才能改变。而且， 构型的改变往往使分子的光学活性发生变化。
双螺旋模型的特点
双螺旋的主链 碱基配对 螺旋参数 大沟和小沟
双螺旋的主链
每一单链具有 5‘ ，3’ 极性 两条单链极性相反， 两条单链极性相反， 反向平行 两条单链间以氢键连 接 以中心为轴， 以中心为轴，向右盘 旋 磷酸与核糖在外侧， 磷酸与核糖在外侧， 碱基在内侧
碱基互补Uracil (U)
嘌呤Purines 嘌呤
嘌呤碱(purine)和嘧啶碱(pyrimidine)
核苷（ ☉ 核苷（nucleotide） ） 嘧啶的1 嘧啶的1位N原子、嘌呤的9位N原子 原子、嘌呤的9 糖苷键 Glycosidic bond
核糖是戊糖
RNA－核糖核苷 － DNA－脱氧核糖核苷 －
存在核酸以外的遗传物质
朊病毒－－－蛋白质样的感染因子 朊病毒－－－蛋白质样的感染因子 －－－ 人类库鲁（ 羊搔痒病 (scripie)，人类库鲁（ kuru）病， 人类库鲁 病 牛海绵状脑炎(疯牛病 疯牛病)…均由 传染性病 均由传染性病 牛海绵状脑炎 疯牛病 均由 原蛋白颗粒引起 统称Prion (朊病毒 。 引起， 朊病毒)。 原蛋白颗粒引起，统称 朊病毒
生物大分子相互作用
核酸与蛋白质相互作用－核蛋白 糖与蛋白质相互作用－糖蛋白 脂类与蛋白质相互作用－脂蛋白 蛋白质与蛋白质相互作用
第二节 核酸的结构与功能
遗传物质的本质 核酸的化学组成 DNA的二级结构 的二级结构 DNA的高级结构 的高级结构 染色体 RNA的结构与功能 的结构与功能 核酸的变性与复性
直径20Å · 直径 螺距为34Å（任一条链 · 螺距为 （ 绕轴一周所升降的距离） 绕轴一周所升降的距离） 每圈有10 10个核苷酸 · 每圈有10个核苷酸 （碱基） 碱基） 两个碱基之间的垂直 距离是3.4 。 距离是3.4Å。螺旋转 3.4 角是36度 角是 度 · 有大沟和小沟 配对碱基并不充满双 螺旋空间， 螺旋空间，且碱基对 占据的空间不对称
B-DNA：适中 A-DNA：粗短，大沟深度明 显； Z-DNA：左手螺旋，细长， 大沟平坦。
此外人们还发现了A、C、 此外人们还发现了 、 、 D、E等右手双螺旋和左手 、 等右手双螺旋和左手 构象等形式。 双螺旋 Z构象等形式。 构象等形式
四、DNA的高级结构
1. 发夹结构 （hairpin，茎环结 hairpin，茎环结 构）：同一个核酸 构） 分子中一段碱基序 列附近紧接着一段 它的互补序列时， 核酸链有可能自身 回折配对产生一个 反平行的双螺旋结 构。
DNA的高级结构
3.三螺旋 三螺旋DNA (Trible Helix DNA） 三螺旋 ）
•位于B-DNA大沟内 位于B DNA大沟内 位于 •与B-DNA以Hoogsteen 键连接 与 DNA以 •A＝T,G＝C两氢键配对，C必需质 A T,G＝ 两氢键配对， 子化 •poly(Py):(Pu):(Py)为常见类型 poly(Py):(Pu):(Py)为常见类型 poly(Py):(Pu):(Py) •第三条链，无论A还是T，都是与 第三条链，无论A还是T 第三条链 双螺旋上的A配对，无论是G还是C 双螺旋上的A配对，无论是G还是C， 都是与双螺旋上的G配对。 都是与双螺旋上的G配对。
例：清代女诗人吴绛雪的《四季回文诗》 《春》：莺啼岸柳弄春晴，夜月明。
莺啼岸柳弄春晴，柳弄春晴夜月明。 明月夜晴春弄柳，晴春弄柳岸啼莺。
五、真核生物的染色体
基因在DNA链上，DNA又在染色体上，而染 链上， 又在染色体上， 基因在 链上 又在染色体上 色体和染色质则是同一物质不同时期的不同形 态。大部分细胞生活周期里以染色质的形式存 弥散状）， ），在 期－－染色体形式 在（弥散状），在M期－－染色体形式
DNA的高级结构
四股螺旋DNA (Tetrable Helix DNA ) 四股螺旋
•形成条件－－串联重复的鸟苷酸 形成条件－－串联重复的鸟苷酸 形成条件－－ •基本结构单元－－鸟嘌呤四联体 基本结构单元－－ 基本结构单元－－鸟嘌呤四联体 •碱基之间靠 Hoogsteen 键连接 碱基之间靠 •已有实验结果表明－－真核细胞端 已有实验结果表明－－ 已有实验结果表明－－真核细胞端 粒中存在四链结构
核苷酸（ ☉ 核苷酸（nucleotide acid） ） 核苷的磷酸酯 9 1’ γ β α 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸
其中α 其中α和β、β和γ之间是高 之间是高 能磷酸键
dNTP Deoxynucleotides
核酸的一级结构
一级结构即共价结构。一级结构决定高级结构。 DNA的一级结构就是指核苷酸在DNA分子中的排列 顺序。 RNA的一级结构就是由四种核苷酸以不同的比例、 不同的顺序、通过磷酸二酯键连结的多核苷酸长链。 多聚核苷酸链主链是核糖和磷酸，侧链为碱基，由 ,5’磷酸二酯键 3’,5 磷酸二酯键 ,5 磷酸二酯键连接。前一个脱氧核苷酸的3’-OH和 。 后一个的5’-磷酸缩合形成磷酸二酯键。 方向性：通常规定5’→3’为正向，默认的书写顺序 5→ 5‘→3’。
DNA的高级结构
2.反向重复序列 反向重复序列（inverted repeats,IR)， 反向重复序列 也叫回文序列，指在双链DNA序列中按 确定的方向阅读双链中的每一条链的序 列都是相同的。