杨荣武生物化学第六章 核酸的结构与功能
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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
不同类型的RNA的功能和分布
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
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
编码RNA和非编码 (NcRNA)
DNA和RNA的结构异同
为什么DNA的第四个碱基通常是T?
C自发脱氨基变成U 修复酶能够识别这些突变，以用C取代这些U。 如何区分正常的U和突变而来的U? 使用T就很容易解决以上问题。
C
U
为什么DNA 2'-脱氧，RNA不是?
RNA临近的-OH使其更容易 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。
– 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；
已步入古稀之年的Watson（左）和 Crick（右）在讨论DNA双螺旋结构模型
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：
– 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；
– 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；
Happy Birthday, Double Helix
"Molecular Structure of Nucleic Acids:
A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid"
(Nature, April 25, 1953. volume 171:737-738.)
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。
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
"...in other words, if an adenine forms one member of a pair, on either chain, then on these assumptions the other member must be thymine; similarly for guanine and cytosine. The sequence of bases on a single chain does not appear to be restricted in any way. However, if only specific pairs of bases can be formed, it follows that if the sequence of bases on one chain is given, then the sequence on the other chain is automatically determined."
"The novel feature of the structure is the manner in which the two chains are held together by the purine and pyrimidine bases... The (bases) are joined together in pairs, a single base from one chain being hydrogen-bonded to a single base from the other chain, so that the two lie side by side...One of the pair must be a purine and the other a pyrimidine for bonding to occur. ...Only specific pairs of bases can bond together. These pairs are: adenine (purine) with thymine (pyrimidine), and guanine (purine) with cytosine (pyrimidine)."
"...It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material. The structure itself suggested that each strand could separate and act as a template for a new strand, therefore doubling the amount of DNA, yet keeping the genetic information, in the form of the original sequence, intact. "
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
不同类型的RNA的功能和分布
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
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
编码RNA和非编码 (NcRNA)
DNA和RNA的结构异同
为什么DNA的第四个碱基通常是T?
C自发脱氨基变成U 修复酶能够识别这些突变，以用C取代这些U。 如何区分正常的U和突变而来的U? 使用T就很容易解决以上问题。
C
U
为什么DNA 2'-脱氧，RNA不是?
RNA临近的-OH使其更容易 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。
– 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；
已步入古稀之年的Watson（左）和 Crick（右）在讨论DNA双螺旋结构模型
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：
– 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；
– 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；
Happy Birthday, Double Helix
"Molecular Structure of Nucleic Acids:
A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid"
(Nature, April 25, 1953. volume 171:737-738.)
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。
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
"...in other words, if an adenine forms one member of a pair, on either chain, then on these assumptions the other member must be thymine; similarly for guanine and cytosine. The sequence of bases on a single chain does not appear to be restricted in any way. However, if only specific pairs of bases can be formed, it follows that if the sequence of bases on one chain is given, then the sequence on the other chain is automatically determined."
"The novel feature of the structure is the manner in which the two chains are held together by the purine and pyrimidine bases... The (bases) are joined together in pairs, a single base from one chain being hydrogen-bonded to a single base from the other chain, so that the two lie side by side...One of the pair must be a purine and the other a pyrimidine for bonding to occur. ...Only specific pairs of bases can bond together. These pairs are: adenine (purine) with thymine (pyrimidine), and guanine (purine) with cytosine (pyrimidine)."
"...It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material. The structure itself suggested that each strand could separate and act as a template for a new strand, therefore doubling the amount of DNA, yet keeping the genetic information, in the form of the original sequence, intact. "