生物化学 第13章 核酸结构

3、mRNA一级结构的特 点
真核细胞mRNA的3’-末端有一段长达200个核 苷酸左右的聚腺苷酸(polyA) ，5’-末端有一个 甲基化的鸟苷酸，称为“帽子结构” 。
问题：大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有多聚（ ）
三、DNA的高级结构
1953年，J. Watson 和F. Crick 在前人研 究工作的基础上，根 据 DNA 结 晶 的 X- 衍 射图谱和分子模型， 提出了著名的DNA双 螺旋结构模型，并对 模型的生物学意义作 出了科学的解释和预 测。
方向性
在讨论有关核酸问题时，一 般只关心其中碱基的种类和 顺序，所以上式可以进一步 简化为：
A
3'
P
P
C 3' P
G 3' P
5'
5'
5'
T 3' P
5'
5′PAPCPGPCPTPGPTPA 3′ 或5′ ACGCTGTA 3′
二、核酸的一级结构
多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按 特定的顺序组合而成的线性结构聚合物， 因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基 顺序。
超速离心
/biochemistry/htm/cslx01.htm
2、rRNA一级结构的特点
Top view of the 50S ribosomal subunit from D. radiodurans showing erythromycin (red) bound to the entrance of the tunnel. Blue, 23S rRNA and 5S rRNA. Gold, ribosomal proteins.
2、戊糖(pentose)
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为βD-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核糖
HOCH2 O OH HH
H
H
OH H
D-2-脱氧核糖
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
3、核苷 nucleoside
糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键。
分子中含有较多的修饰成分。 3‘-末端都具有-CCA-OH的结
构。
/
补：沉降系数
• 由于蛋白质分子的比重略大于水，在特定条件 下超速离心（一般为60000～80000转／min） 发生沉降。
• 沉降系数是指离心速度恒定时，沉降速度与离 心加速度之比。通常以S代表。
• 一般说，分子大的，沉降系数也大。
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1、DNA二级结构的特点
（2）嘌呤碱和嘧啶 碱位于螺旋的内侧， 磷酸和脱氧核糖位 于螺旋外侧。碱基 平面与纵轴垂直， 糖环平面与纵轴平 行。
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1、DNA二级结构的特点
（3）双螺旋的平均直径为2nm，每条链相邻两个 碱基平面之间的距离为0.34nm，每10个核苷酸 形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度 为3.4nm。
NH2
OH
N
N
N
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
DNA RNA
与
的 异 同 ？
wikilib/
相同点
B=腺 嘌 呤 ， 鸟 嘌 呤 ， 胞 嘧 啶 ， 尿 嘧 啶 或 胸 腺 密 啶
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
5、修饰成分
核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱 基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产 物。
碱基、核苷、核苷酸的概念和关系
Pyrimidines
Purihes
CT
U
A
G
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
6、核苷酸的衍生物
（3）cAMP 和 cGMP
cAMP(3’,5’- 环 腺 苷 酸 ) 和 cGMP (3’,5’-环鸟苷酸)的主要功能是 作为细胞之间传递信息的信使。
cAMP和cGMP的环状磷酯键是一个高 能键。在pH7.4条件下,cAMP和cGMP 的水解能约为43.9 kj/mol，比ATP 水解能高得多。
Chapter13 核酸的结构
NH 2 N
N
N H
N
本章要点
一、核酸的组成 二、核酸的一级结构 三、DNA的高级结构 四、RNA的高级结构
一、核酸的组成
核酸
磷酸 核苷酸
戊糖
核苷
碱基
（一）核酸的元素组成
平均含磷量：DNA9.9% ; RNA9.4%
一、核酸的组成
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
cella/book/12/images/image011.jpg
2、DNA双螺旋的种类
◆A-DNA：右手螺旋，螺距 2.8nm，含11个碱基对。 ◆ Z-DNA：左手螺旋螺距 4.5nm，含12个碱基对。因骨 架中的糖、磷酸呈锯齿 状排列，故称Z-DNA。
三种DNA双螺旋构象比较
A
外型
粗短
螺旋方向 螺旋直径
核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。
（一）DNA的一级结构
• DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储 的分子形式。生物界物种的多样性即寓 于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不 同排列组合之中。
（二）RNA一级结构的特点
1、tRNA一级结构的特 点
大约由70－90个核苷酸组成， 沉降系数为4S左右。
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1、DNA二级结构的特点
（4）两条DNA链依靠彼此碱基对 所形成的氢键。碱基的相互结合 具有严格的配对规律，即腺嘌呤 （A）与胸腺嘧啶（T）结合，鸟 嘌呤（G）与胞嘧啶（C）结合， 这种配对关系，称为碱基互补。A 和T之间形成两个氢键，G与C之 间形成三个氢键。
在DNA分子中，嘌呤碱基的总数与 嘧啶碱基的总数相等。
1、组成核酸的碱基 • 鸟嘌呤guanine
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
1、组成核酸的碱基
胞嘧啶cytosine
NH 2
N
N
O
H
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
1、组成核酸的碱基
尿嘧啶uracil
O
NH
N
O
H
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
1、组成核酸的碱基
胸腺嘧啶thymine
核酸（DNA和RNA）是一种线性多聚核苷酸， 它的基本结构单元是核苷酸。
核苷酸本身由核苷和磷酸组成, 而核苷则由戊糖和碱基形成 DNA与RNA结构相似，但在组成成份上略有不
同。
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
1、组成核酸的碱基 • 腺嘌呤Adenine
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
molgen.mpg.de/~ag_ribo/ag_fucini/fucini-history-anti50s.html
2、rRNA一级结构的特点
动物细胞核糖体rRNA有四类：5SrRNA， 5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。
/biochemistry/htm/cslx01.htm
imgsrc./baike/pic/item/c71d0e3847a4c2e1b311c75f.jpg
多聚核苷酸的特点
在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成 的磷酸二酯键通常称为3′→5′磷酸二酯 键。
多聚核苷酸链一端的C5′带有一个自由 磷 酸 基 ， 称 为 5′- 磷 酸 端 （ 常 用 5’-P 表 示）；另一端C3’带有自由的羟基，称 为3′-羟基端（常用3’-OH表示）。
右手 2.55nm
碱基直升 碱基夹角
0.23nm 32.70
每圈碱基数
轴心与碱 基对关系
11 2.46nm
B 适中 右手 2.37nm 0.34nm 34.60 10.4 3.32nm
Z 细长 左手 1.84nm 0.38nm 60.00 12 4.56nm
碱基倾角
190
10
90
Z-DNA
B-DNA
多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个 多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是 5′→3′或是3′→5′。
A B
多聚核苷酸的特点 C
DNA的一级结构 线条式表示法 文字表示法
在多聚核苷酸（DNA或 RNA）链中，由于构成 核苷酸单元的戊糖和磷酸 基是相同的，体现核苷酸 差别的实际上只是它所带 的碱基，所以多聚核苷酸 链结构也可表示为：
O
NH
N
O
H
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
组成核酸的碱基的结构特征
碱基都具有芳香环的结构特征。嘌呤环和嘧啶环 均呈平面或接近于平面的结构。
碱基的芳香环与环外基团可以发生酮式—烯醇式 或胺式—亚胺式互变异构。
嘌呤碱和嘧啶碱分子中都含有共轭双键体系，在 紫外区有吸收（260nm左右）
（二）核酸的基本结构单位—net.nl/users/warnar/atp.gif
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
6、核苷酸的衍生物
（2）GTP (鸟苷三磷酸)
GTP是生物体内游离存在的另一种重要的核苷 酸衍生物。它具有ATP 类似的结构, 也是一种 高能化合物。
GTP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。
/2019/swhx/prove_list.asp?classid=144
2、DNA双螺旋的种类
当DNA钠盐纤维相对湿度和盐的种类改变时， DNA的构象发生改变。
不同DNA纤维的空间结构
类型
结晶状态
A
Na盐，相对湿度75%时结晶
B
Na盐，相对湿度92%时结晶
C
锂盐，相对湿度66%时结晶

（一）DNA的碱基组成
Chargaff规则：
A、G、C、T A+G = C+T
•腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔
数相等 。A=T
•鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数
相等。G=C
提问：某DNA分子中腺嘌呤 的含量为15%，则胞嘧啶 的含量应为（ ）。
•不同生物种属的DNA碱基 组成不同
•同一个体不同器官、不同 组织DNA的具有相同的碱 基组成
Cytosine Thymine Uracil
Adenine
Guanine
Phosphate
Nitrogenous base
Pentose sugar
HOCH2
OH
HOCH2
OH
HO
H
Ribose (in RNA) Doxyribose (in DNA)
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
6、核苷酸的衍生物
A-DNA 糖苷键构象 反式
大沟
很窄很深
小沟
很宽、浅
反式 C、T反式，G顺式
很宽较深
平坦
窄、深
较窄很深
3、DNA双螺旋结构的稳定性
DNA双螺旋结构在生理条件下很稳定维持这种稳定性 的因素包括： • 两条 DNA 链之间形成的氢键； • 由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分 子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子（如：Na+、 K+ 和 Mg2+）中和了磷酸基团的负电荷，降低了DNA 链 之间的排斥力、范德华引力等。 • 改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。
1、基本单位：核苷酸 2、连接键： 3′→5′磷酸二酯键
附1：saccharide
HOCH2 O
OH
H
H
H
H
OH OH
D-核糖
HOCH2 O
OH
H
H
H
H
OH H
D-2-脱氧核糖
附2：base
O
（N = A、G、C、U、T）
O-
P
O
5´
CH2
N
O
O-
4´ H
H 1´
糖环中的碳原子 标号右上角加′
O H 3´
（1）ATP (腺苷三磷酸)
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)
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（1）核苷酸的衍生物-ATP
ATP 分子的最显著特点是含有两个 高能磷酸键。ATP水解时, 可以释放 出大量自由能。
ATP 是生物体内最重要的能量转换 中间体。ATP 水解释放出来的能量 用于推动生物体内各种需能的生化 反应。
OH
2´ H (O)H
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
4、核苷酸 nucleotide
核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的核 苷酸分别是5′-磷酸-脱氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷。
O
HO P OH2C O B OH
O
HO P OH2C O B OH
OH OH
OH
核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸
习题
1、关于DNA的碱基组成，正确的说法是： A．腺嘌呤与鸟嘌呤分子数相等，胞嘧啶与胸嘧啶分子数 相等 B．不同种属DNA碱基组成比例不同 C．同一生物的不同器官DNA碱基组成不同 D．年龄增长会使DNA碱基组成发生改变
B
（二）DNA的二级结构
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1、DNA二级结构的特点
（1）两条反向平行的多核苷酸围绕同一中心相 互缠绕，形成右手双螺旋。
（三）多聚核苷酸
多聚核苷酸是通过核苷酸的5’-磷酸基与 另一分子核苷酸的C3’-OH形成磷酸二酯 键相连而成的链状聚合物。
由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNA 链；
由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNA链。
核苷酸的5’-磷酸 基与另一分子核苷 酸的C3’-OH形成 磷酸二酯键
5’-末端：P 3 ’-末端：OH