生物化学简明教程第四核酸文稿演示

3.3.3 DNA二级结构的其他类型
Watson Crick DNA双螺旋结构（B-DNA） 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 A B C
结晶状态 Na盐，相对湿度75%时结晶 Na盐，相对湿度92%时结晶 锂盐，相对湿度66%时结晶
Z-DNA
（ 15% （ 5% ）（ 80% ）
98 ％核中（染色体中）
真核
线粒体（ mDNA ）
核外
叶绿体（ ctDNA ）
DNA
拟核
原核
核外：质粒（质体）
病毒： DNA 病毒
3.1 核酸的组成成分
核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合 而成的具有一定空间结构的大分子化合物。
核蛋白
核酸→核苷酸
磷酸 核苷
碱基 戊糖
dR
5 -M e th y l-d C
O
HN
NH
5 O
HO CH 2 O H H 1'
H
H
OH OH
假尿嘧啶核苷 (p s e u d o u rid in e )
(ψ)
修饰核苷的简写符号
少数修饰核苷用单字符号如D、ψ、I；但大多数 修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在 核苷单字符号的左边，用小写英文字母代表取代基。
条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。
T——DNA分子中的螺旋数（twisting number）
W——超螺旋数或缠绕数（writhing number）
4 21
13
1
23 8
16
L=23,T=25,W=–2
负超螺旋
23 1
例1
DNA 超螺旋的形成
20 L=25,T=25, 5 W=0
1
5
10
15
20
u信使 RNA （mRNA ）：在蛋白质合成中起模板作用； u核糖体 RNA （ rRNA ）：与蛋白质结合构成核糖体，核 糖体是蛋白质合成的场所； u转移 RNA （ tRNA ）：在蛋白质合成时起着携带活化氨 基酸的作用。
hnRNA(核内不均一RNA); snRNA(小核RNA); scRNA（细胞质小RNA）;asRAN(反义RNA)
3.6.1 tRNA
（ 1 ） 氨基酸臂 （ 2）二氢尿嘧啶环（DHU 环） （ 3 ）反密码环 （ 4 ）T ψ C 环 （ 5 ）额外环
DHU环
A C
Ala
C
氨基酸臂
TψC环 可变环
I GC
反密码环
反密码子
3.6.1 tRNA
tRNA 的三级结构
核蛋白体 小亚基 rRNA 蛋白质 大亚基 rRNA
影响旋转受到限制，使DNA分子比较刚硬，呈比 较伸展的结构。
DNA的双螺旋结构稳定因素
1. 氢键 2.碱基堆集力（base-stacking forces） 3.磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子 中和 4.碱基处于疏水环境中
DNA 双螺旋结构的意义
该模型揭示了脱氧核糖核酸作为遗传物质的稳 定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这 是脱氧核糖核酸复制、转录和反转录的分子基础， 亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提 出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生 物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的 基石。
（2）DNA碱基组成的定量分析
20世纪40年代chargaff规则
① DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。
② A=T；G=C；A+G=T+C
（3）DNA的滴定曲线
3.3.2 DNA双螺旋结构模型的要点
1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。
DNA 双螺旋结构的形成
0.38nm
12
螺距 碱基倾角
大沟
2.8nm 20°
很窄很深
3.4nm 1°
很宽较深
4.5nm 7°
平坦
小沟
很宽、浅 窄、深
较窄很深
Z-DNA的生物功能：
与基因表达、基因调控有关。
二重对称结构（回文结构也称反向重复）
镜像重复与三螺旋DNA
3.4 DNA的高级结构
噬菌体T2DNA长约50μm E-coli DNA 长约1mm 人生殖细胞DNA长约1m
25
松弛环形
10 15
1
5
10
15
20 23
右手旋转拧松两匝后的线形DNA
超螺旋的拓 扑学公式：
L=T+W 或
=+
23
1
20
L=23,T=23, 5 W=0
解链环形
15 10
4 21
13
1
23 8
16
L=23,T=25,W=–2
负超螺旋
例2 不切开DNA分子的拓扑学参数的变化。
假定某环状分子的长度为5500个碱基对，在BDNA的松弛状态下，则
蛋白质
3.6.2 rRNA
原核细胞
真核细胞(哺乳动物细胞)
沉降常数 近似分子量 沉降常数
近似分子量
70S
2.7×106
80S
4.6×106
30S
0.9×106
NH 2
N
HOH 2 C
1
O
N
O
1'
H
H
H
H
OH
H
胞嘧啶脱氧核苷 （deoxycytidne）
核苷
核糖核苷（核苷）：A、G、C、U 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT
修饰核苷或稀有核苷
修饰核苷包括三种情况:
（1）由修饰碱基和糖组成的核苷 （2）由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷 （3）由碱基与糖连接方式特殊的核苷
3. 螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm,两 核苷酸夹角为36℃，每一圈10个核苷酸，螺距为 3.4nm。
DNA 双螺旋模型主要特征
4.DNA分子表面形成大沟和小沟。 5.大多数天然DNA属双链DNA（dsDNA），某些病毒
为单链DNA(ssDNA)。 6.双链DNA分子主链上的化学键受碱基配对等因素
1979年美国A·Rich等人发现了左旋DNA（左手 DNA双螺旋结构）
d(CpGpCpGpCpGp) 晶体X-光衍射分析
三种 DNA 双螺旋构象比较
外型 螺旋方向 螺旋直径
碱基直升
每圈碱基数
A 粗短 右手 2.3nm
0.26nm
11
B 适中 右手 2.0nm
0.34nm
10
Z 细长 左手 1.8nm
3.5.3 真核生物基因组的特点
①基因组较大，复制有多个起始点。 ②不存在操纵子结构。 ③存在大量的重复序列。
3.6 RNA的结构和功能
RNA的概述 3´,5´-磷酸二酯键
RNA与DNA的差异
DNA
RNA
糖 脱氧核糖 核糖
碱基 AGCT
AGCU
不含稀有碱基 含稀有碱基
OH
5´
3´ OH
OH
RNA 的类别
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作业
类别
nucleic acid
ribonucleic acid, RNA deoxyribonucleic acid, DNA
分布
DNA （ deoxyribonucleic acid）：大部分在核中 RNA （ ribonucleic acid ）：核,质均有分布 三种 RNA ：tRNA , mRNA, rRNA
pKa2=4.5
O
ON
H O P O C H2 O
O-
HH
H
H
OH OH
C M P-
pKa3=6.4
O -
ON
O P O C H2 O
O-
HH
H
H
OH OH
C M P--
3.2 核酸的一级结构
1．核酸分子中核苷酸的连接方式 3 ′, 5 ′—磷酸二酯键
RNA
5′-磷酸端（常用5′-P表示）；3′-羟基端（常用3′-OH表示） 方向性:注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
5´
3´
5
3´
´
磷酸 核糖 碱基
3´
5´
5´
3
´
DNA 双螺旋模型主要特征
1. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿同一中心轴右旋 相互盘绕而形成。
2. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外 侧，糖环平面与中轴平行，作为可变成分的碱基 位于内侧，碱基平面与中轴垂直链间碱基按A—T ，G—C配对（碱基配对原则，Chargaff定律）， 形成碱基堆积力。
核苷酸的重要衍生物
①ATP类的高能磷酸化合物
AMP ADP ATP
②核苷酸是许多酶的辅因子的结构成分 NAD、NADP、CoA、FAD
③环状核苷酸
细胞内 :
腺苷酸环化酶
ATP （AC）
cAMP + PPi
磷酸二酯酶
5´-AMP
④核苷多磷酸类
(2)核苷酸性质 ①核苷酸紫外吸收性质
②核④苷酸碱 两基 性的 解解 离离性质
蛋白质
3.1.1 碱基（base）：又称含氮碱
（1）嘧啶碱（pyrimidine, Py）
（2）嘌呤碱（purine, Pu）
其它嘌呤（核酸的代谢产物）： 黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等
3.1.2 戊糖（pentose）
（1）结构
HOH 2C O H
H OH
OH H
H OH
β-D-核糖
HOH 2C O H
3.5 DNA和基因组
3.5.2 病毒和细菌基因组的特点
（1）共同点 ①基因组较小，只有一个环状或线形的DNA分子。 ②基因组的大部分序列是用来编码的，基因之间的间隔 序列很短。 ③功能相关的基因常常串联在一起，由共同的调控元件 调控，并转录成同一mRNA分子，指导多种蛋白质的合 成。
3.5 DNA和基因组
（4
核苷酸的两性解离和等电点
N H2 + HN
N H2 + HN
O
ON
H O P O C H2 O
OH
HH
H
H
OH OH
+ CMP
O
ON
pKa1=0.80 H O P O C H2 O
O-
HH
H
H
OH OH
±
N H2
CMP
N
pIC M P=
pKa1+pKa2 2
=
0.8+4.5 2
= 2.65
N H2 N
多聚核苷酸的表示方式 T
U
OH OH OH OH
5′
3′ 5′
3′
DNA
RNA
5′pdApdCpdGpdTOH 3′
5′pACGTGCGT 3′ （ pACGTGCGT）
5′pApCpGpUOH ′
5′pACGUAUGU 3′
d
pACGUAUGU
3.3 DNA的二级结构
3.3.1 提出DNA双螺旋结构模型的根据 （1）x-光衍射分析
T=5500/10=550 L=T+W L=T=550 当分子转入70%酒精溶液时， 分子由B –DNA转为
A –DNA L=550 T=5500/11=500 W=L-T=+50
3.4.2 真核生物染色体结构
DNA （2nm）
核小体链（ 11nm，每个核小体200bp）
纤丝（ 30nm，每圈6个核小体）
突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）
玫瑰花结（ 300nm ，6个突环） 螺旋圈（ 700nm，每圈30个玫瑰花） 染色体（ 1400nm， 每个染色体单体含10 个螺旋圈）
3.5 DNA和基因组
3.5.1 基因和基因组的概念
基因（Gene）：也称为遗传因子。是指携带有遗传信息 的DNA序列，是控制性状的基本遗传单位。 （结构基因，调节基因，间隔序列） 基因组（Genome）：一般的定义是单倍体细胞中的全 套染色体为一个基因组，或是单倍体细胞中的全部基因 为一个基因组。
动态中DNA超螺旋结构
3.4.1 环状DNA的超螺旋结构 DNA分子的琼脂糖凝胶电泳图谱
3.4.1 环状DNA的超螺旋结构
螺
旋
和
超
螺
旋
电
话
螺旋
线
超螺旋
23 1
超螺旋状态的定量描述
20 L=25,T=25, 5 W=0
松弛环形
公式1： L=T+W
10 15
L——连环数（linking number），DNA双螺旋中一
H OH
OH H
H H
β-D-2-脱氧核糖
HOH 2C O OH
H
H
H OH
H OCH 3
β-D-2-O-甲基核糖
3.1.3 核苷
HOH 2C
O
base
H
H
H
H
OH
OH
核苷：含N苷，β-苷
核苷中戊糖与碱基的连接方式：
NH 2
N
N
9
N
N
HOH 2 C
O
1'
H
H
H
H
OH
OH
腺嘌呤核苷 （adenosine）
（1）
O
H
HN
H
H ONH
R
5 ,6 -d ih y d ro u rid in e (D o r h U )
H CH 3 N
N
N
NN
dR
N 6 -M e th y l-d A
（2）
Ade HO CH 2 O
HH
H
H
OH OCH 3
2 '- O - 甲 基 腺 苷 ( Am)
NH 2
N
CH 3
ON
例: 2’-O-甲基腺苷 Am
3.1.4 核苷酸
（1）核苷酸的结构和功能
2’，3’，5’一核糖核苷酸
(Biblioteka Baidu´-AMP)
(3´-AMP)
(5´-AMP)
3’，5’一脱氧核糖核苷酸
Deoxyadenosine 3’- monphosphate (3’- dAMP)
Deoxyadenosine 5’- monphosphate (5’- dAMP)
取代基
取代位置 核苷
m22 N
取代基的数目
取代基用下列小写英文字母表示 :
甲基m 甲硫基ms 异戊烯基i
乙酰基ac 羟基o或h
羧基c
氨基n 硫基s
例：
S HN
O
N
R
O
HN
O
N
R
s4 U
CH 2 OH
o m 5U或 h m 5U
注意：
含修饰核糖的核苷即2’-O-甲基核苷的表示方法， 在核苷符号的右下方注上一个小写m。