第六章 核酸的结构与功能
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DNA超螺旋分为正超螺旋和负超螺旋，其中正超螺旋为左手 超螺旋，由DNA双螺旋过度缠绕引起，负超螺旋为右手超螺 旋，由DNA双螺旋缠绕不足引起。
L（环绕数）=W(超螺旋）+T（ 双螺旋数）
正超螺旋与负超螺旋
tRNA
tRNA只由一条链组成，含有73~94个核苷酸，其中有 不少是修饰的，3′端的最后三个核苷酸总是CCA，链内 的大多数碱基通过氢键相连，但几乎所有的tRNA分子 上不变的核苷酸都在三叶草结构上非氢键区域。
tRNA三级结构之中的氢键配对
• tRNA的三级结构
tRNA 的三级 结构是 由广泛 的堆积 作用和 螺旋臂 间的碱 基对氢 键来维 持的。
rRNA
核糖体合成蛋白质
所有的核糖体都含有大小两个亚基 rRNA约占据核糖体的2/3 高度的链内互补序列导致大量的碱基配对 rRNA 充当核糖体蛋白的支架 大肠杆菌的23S rRNA是转肽酶! 一级结构上相似性并不高，但它们的二级结
构却惊人地相似。 核糖体的整体构象由rRNA决定，核糖体蛋
白质一般正好位于RNA螺旋之间
（二） rRNA的结构
核糖体由两个亚基组成，每个亚基由 数十个蛋白质和3－4种rRNA组成
小亚基rRNA
大亚基rRNA
原核生物rRNA的三维结构
mRNA
DNA的转录产物，蛋白质的翻译模板
原核生物多为多顺反子
（3）碱基对位于双螺旋的内部，并垂直于暴露在外的脱氧 核糖磷酸骨架。碱基对之间通过疏水键和范德华力相互 垛叠在一起，对双螺旋的稳定起一定的作用；
（4）双螺旋的表面含有明显的大沟和小沟（其宽度分别为 2.2nm和1.2nm；
（5）双螺旋的其它常数包括相邻碱基对距离为0.34nm，并 相差约36°。螺旋的直经为2nm，每一转完整的螺旋含有 10个碱基对，其高度为3.4nm。
B型双螺旋
DNA二级结构的主要形式为Watson和Crick于1953年提出 的B型双螺旋，其主要内容是：
（1）DNA由两条呈反平行的多聚核苷酸链组成，两条链相 互缠绕形成右手双螺旋；
（2）组成右手双螺旋的两条链是互补的，它们通过特殊的 碱基对结合在一起，一条链上的A总是与另一条链的T， G总是和C配对。其中AT碱基对有二个氢键，GC碱基对 有3个氢键；
AT和GC碱基对的配对性质
双螺旋稳定的因素
（1）氢键
氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对 双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性作 用的是碱基的堆集力。
（2）碱基堆集力
这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它 包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相邻碱 基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之间> 嘌呤与嘧啶之间>嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化能提 高碱基的堆积力。
构成tRNA二级结构的要素有：环、茎和臂。一个典型 tRNA的二级结构像三叶草，含有四个环和四个茎。环 由链内没有配对的碱基突出而成，茎则是链内互补的 碱基之间配对形成的局部A-型双螺旋，臂则是紧靠着 茎又不属于环的非配对核苷酸。
tRNA三级结构形成的原因是D环上的碱基与不变碱基 以及TψC环上的碱基之间的发生的氢键作用。这些氢 键将D臂和TψC臂折叠到一起，并将三叶草二级结构弯 曲成稳定的倒L型三级结构。参与三级结构形成的许多 氢键并不是通常的AU和GC碱基对。
（3）阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和
DNA的ABZ双螺旋和三螺旋
A型双螺旋、B型双螺旋和Z型双螺旋的比较
DNA的三级结构——超螺旋
如果通过某种手段使得DNA双螺旋每Fra Baidu bibliotek圈的碱基对数目多于 或少于10对，将导致DNA双螺旋缠绕过多或缠绕不足；如果 这时的DNA两端被固定或者DNA本来是共价闭环的，的张 力无法释放而自发地形成超螺旋结构。
DNA分子的一级结构
嘌呤=嘧啶 Chargaff’s Rules
A/T=G/C=1
DNA的碱基组成没有器官和组织特异性，但有种属特异 性
一种生物DNA的碱基组成不随营养状况和年龄的变化而 变
DNA的二级结构
DNA的二级 结构主要是 各种形式的 螺旋，特别 是B-型双螺 旋，此外还 有A-型双螺 旋、Z-型双 螺旋、三链 螺旋和四链 螺旋等
第六章 核酸的结构与功能
提要
一、核酸的分类 二、核酸的一级结构 三、核酸的高级结构
1. DNA的高级结构 2. RNA的高级结构
四、核酸与蛋白质的相互作用
1. DNA与蛋白质形成的复合体 2. RNA与蛋白质形成的复合体
五、核酸的功能
核酸的分类
DNA —— 一种类型，一种功能 RNA —— 多种类型，多种功能
真核生物多为单顺反子，5′端具有帽子，3′端具有多 聚腺苷酸尾巴。
出现在mRNA分子上最多的二级结构部件也是茎环 结构。mRNA分子的二级结构，特别是两端的二级 结构对于翻译有影响，而某些mRNA借助于末端特 殊的二级结构对基因的表达进行调控。
RNA在三维结构的多样性使其在细胞内能行使 多项生物学功能。DNA通常是双链的，使其能 够充分地行使作为遗传物质这项唯一的功能
不同类型的RNA的功能和分布
核酸的一级结构
定义：核苷酸或碱基的排列顺序 写法：从左到右，5'端到3'端 意义：DNA一级结构贮存各种遗传信息
构成DNA和RNA核苷酸的结构和连接方式
编码RNA和非编码 (NcRNA)
DNA和RNA的结构异同
为什么DNA 2'-脱氧，RNA不是?
RNA临近的-OH使其更容易水解 DNA缺乏2'-OH更加稳定 遗传物质必须更加稳定 RNA需要的时候合成，不需要的时候需要
迅速降解。
为什么RNA通常单链，DNA通常双链？
RNA处于单链状态，使其能够自我折叠成可以 和蛋白质相媲美的各种类型的二级结构和三级 结构，这是形成RNA结构多样性的基础，否则 所有的RNA与DNA一样，只能形成千篇一律的 双螺旋。
L（环绕数）=W(超螺旋）+T（ 双螺旋数）
正超螺旋与负超螺旋
tRNA
tRNA只由一条链组成，含有73~94个核苷酸，其中有 不少是修饰的，3′端的最后三个核苷酸总是CCA，链内 的大多数碱基通过氢键相连，但几乎所有的tRNA分子 上不变的核苷酸都在三叶草结构上非氢键区域。
tRNA三级结构之中的氢键配对
• tRNA的三级结构
tRNA 的三级 结构是 由广泛 的堆积 作用和 螺旋臂 间的碱 基对氢 键来维 持的。
rRNA
核糖体合成蛋白质
所有的核糖体都含有大小两个亚基 rRNA约占据核糖体的2/3 高度的链内互补序列导致大量的碱基配对 rRNA 充当核糖体蛋白的支架 大肠杆菌的23S rRNA是转肽酶! 一级结构上相似性并不高，但它们的二级结
构却惊人地相似。 核糖体的整体构象由rRNA决定，核糖体蛋
白质一般正好位于RNA螺旋之间
（二） rRNA的结构
核糖体由两个亚基组成，每个亚基由 数十个蛋白质和3－4种rRNA组成
小亚基rRNA
大亚基rRNA
原核生物rRNA的三维结构
mRNA
DNA的转录产物，蛋白质的翻译模板
原核生物多为多顺反子
（3）碱基对位于双螺旋的内部，并垂直于暴露在外的脱氧 核糖磷酸骨架。碱基对之间通过疏水键和范德华力相互 垛叠在一起，对双螺旋的稳定起一定的作用；
（4）双螺旋的表面含有明显的大沟和小沟（其宽度分别为 2.2nm和1.2nm；
（5）双螺旋的其它常数包括相邻碱基对距离为0.34nm，并 相差约36°。螺旋的直经为2nm，每一转完整的螺旋含有 10个碱基对，其高度为3.4nm。
B型双螺旋
DNA二级结构的主要形式为Watson和Crick于1953年提出 的B型双螺旋，其主要内容是：
（1）DNA由两条呈反平行的多聚核苷酸链组成，两条链相 互缠绕形成右手双螺旋；
（2）组成右手双螺旋的两条链是互补的，它们通过特殊的 碱基对结合在一起，一条链上的A总是与另一条链的T， G总是和C配对。其中AT碱基对有二个氢键，GC碱基对 有3个氢键；
AT和GC碱基对的配对性质
双螺旋稳定的因素
（1）氢键
氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对 双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性作 用的是碱基的堆集力。
（2）碱基堆集力
这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它 包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相邻碱 基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之间> 嘌呤与嘧啶之间>嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化能提 高碱基的堆积力。
构成tRNA二级结构的要素有：环、茎和臂。一个典型 tRNA的二级结构像三叶草，含有四个环和四个茎。环 由链内没有配对的碱基突出而成，茎则是链内互补的 碱基之间配对形成的局部A-型双螺旋，臂则是紧靠着 茎又不属于环的非配对核苷酸。
tRNA三级结构形成的原因是D环上的碱基与不变碱基 以及TψC环上的碱基之间的发生的氢键作用。这些氢 键将D臂和TψC臂折叠到一起，并将三叶草二级结构弯 曲成稳定的倒L型三级结构。参与三级结构形成的许多 氢键并不是通常的AU和GC碱基对。
（3）阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和
DNA的ABZ双螺旋和三螺旋
A型双螺旋、B型双螺旋和Z型双螺旋的比较
DNA的三级结构——超螺旋
如果通过某种手段使得DNA双螺旋每Fra Baidu bibliotek圈的碱基对数目多于 或少于10对，将导致DNA双螺旋缠绕过多或缠绕不足；如果 这时的DNA两端被固定或者DNA本来是共价闭环的，的张 力无法释放而自发地形成超螺旋结构。
DNA分子的一级结构
嘌呤=嘧啶 Chargaff’s Rules
A/T=G/C=1
DNA的碱基组成没有器官和组织特异性，但有种属特异 性
一种生物DNA的碱基组成不随营养状况和年龄的变化而 变
DNA的二级结构
DNA的二级 结构主要是 各种形式的 螺旋，特别 是B-型双螺 旋，此外还 有A-型双螺 旋、Z-型双 螺旋、三链 螺旋和四链 螺旋等
第六章 核酸的结构与功能
提要
一、核酸的分类 二、核酸的一级结构 三、核酸的高级结构
1. DNA的高级结构 2. RNA的高级结构
四、核酸与蛋白质的相互作用
1. DNA与蛋白质形成的复合体 2. RNA与蛋白质形成的复合体
五、核酸的功能
核酸的分类
DNA —— 一种类型，一种功能 RNA —— 多种类型，多种功能
真核生物多为单顺反子，5′端具有帽子，3′端具有多 聚腺苷酸尾巴。
出现在mRNA分子上最多的二级结构部件也是茎环 结构。mRNA分子的二级结构，特别是两端的二级 结构对于翻译有影响，而某些mRNA借助于末端特 殊的二级结构对基因的表达进行调控。
RNA在三维结构的多样性使其在细胞内能行使 多项生物学功能。DNA通常是双链的，使其能 够充分地行使作为遗传物质这项唯一的功能
不同类型的RNA的功能和分布
核酸的一级结构
定义：核苷酸或碱基的排列顺序 写法：从左到右，5'端到3'端 意义：DNA一级结构贮存各种遗传信息
构成DNA和RNA核苷酸的结构和连接方式
编码RNA和非编码 (NcRNA)
DNA和RNA的结构异同
为什么DNA 2'-脱氧，RNA不是?
RNA临近的-OH使其更容易水解 DNA缺乏2'-OH更加稳定 遗传物质必须更加稳定 RNA需要的时候合成，不需要的时候需要
迅速降解。
为什么RNA通常单链，DNA通常双链？
RNA处于单链状态，使其能够自我折叠成可以 和蛋白质相媲美的各种类型的二级结构和三级 结构，这是形成RNA结构多样性的基础，否则 所有的RNA与DNA一样，只能形成千篇一律的 双螺旋。