第二章 核酸的结构-课件

（二） ★ Watson-Crick double helix model
➢两条反向平行的脱氧核苷酸链绕同 一中心轴，形成右手螺旋的结构。
➢磷酸-戊糖骨架位于外侧，两条链上 的碱基以A=T、G=C相连，构成碱基 平面，位于螺旋内侧。
➢螺距为3.4nm，旋转一周为10个碱基 对。螺旋直径为2.0nm。
两性电解质：酸性的磷酸基和碱性的碱基
电泳和离子交换分离纯化核酸
☆核酸的紫外吸收 260nm 有吸收峰，可作定量指标
碱基的紫外吸收光谱
一、核酸的一般理化性质
DNA线性高分子，粘 度极大。
DNA容易断裂
OD260=1.0：相当于 50µg/ml双链DNA
40µg/ml单链DNA（或 RNA）。
5.5 nm
11 nm
核小体核心颗粒
DNA双螺旋
↓
核小体 ↓
串珠状多核小体 ↓
螺线管 ↓
超螺线管 ↓
染色单体
* DNA的功能
作为生物遗传信息复制的模板和基因 转录的模板，是生命遗传的物质基础， 也是个体生命活动的基础。
结构基因 指编码蛋白质或RNA
的DNA序列。
基因（gene)从结构上定义， 是指DNA分子中的特定区段， 其中的核苷酸排列顺序决定 了基因的功能。
DNA A
G
C
T 2-脱氧核糖 双螺旋，碱基配对 组蛋白、精氨
不敏感 嘌呤碱=嘧啶碱
A=T，C=G 绝大部分在细胞核内
RNA A G C U 核糖 单链，部分碱基配对 核糖体蛋白与 rRNA 结合 敏感 无一定关系
一般在细胞浆内
某些在线粒体
某些在核和核仁
第四节 核酸的理化性质
多为线性分子
1µm DNA = 3000 bp= 2x106 Dalton
• Watson-Crick的DNA双螺 旋结构模型。
组成不同
•同一个体不同器官、不同 组织的DNA具有相同的碱
•Franklin的X衍射照片显示 基组成
DNA是双链并呈螺旋分子。
•
• Franklin的X衍射照片显示 DNA是双链并呈螺旋分子。
Watson-Crick的 DNA双螺旋 结构模型。
基因组（genome）指细胞或生物体中，一套完整的单倍 体遗传物质的总和。如人类基因组包含22条染色体和X 或Y两条性染色体上的全部遗传物质（核基因组），以 及胞浆线粒体上的遗传物质（线粒体基因组）。
第三节 RNA的结构和功能
RNA的一般结构特征
• 主要存在于细胞质中。 • 单链分子，碱基组成不遵守Chargaff规则。 • 与DNA在碱基组成上的区别是RNA分子中含有U。 • RNA核糖分子上C2’-OH是游离的。
（三）DNA双螺旋结构的多样性
目录
三种DNA构型的比较
旋向 螺距 碱基数 螺旋直径 骨架 (nm) （每圈） （nm） 走行
A型 右手 2.3
11
2.5
平滑
存在条件 体外脱水
B型 右手 3.4
10
Z型 左手 4.5
12
2.3
平滑 DNA生理条件
1.8 锯齿型 CG序列
三链结构
四链结构
H
N
OH
5´
O
4´
1´
3´ 2´
OH OH
核糖(ribose) （构成RNA）
HO
CH 2
OH
O
OH
脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
核苷（nucleoside）
碱基 糖苷键
核脱苷氧核苷
核脱糖氧核糖 Purine + 核糖：N9-C1’
pyrimidine + 核糖：N1-C1’
碱基 的名称+核苷（脱氧核苷）
➢major groove minor groove
➢氢键：维持双螺旋横向稳定
➢碱基堆砌力：维持纵向稳定
➢碱基对平面与螺旋轴垂直。
A和T之间为2个氢键，G和C之间为3个氢键。
DNA构象有多态性： 在不同的湿度和离子
强度时，还可形成A、C、 Z等各种构象。 ◆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。
➢不同的tRNA可以结合不 同的氨基酸。
（四）tRNA的反密码子识别mRNA的密码子
酪氨酸
3′
A C C
5′
5′ mRNA
AUG UA C
密码子
反密码子 3′
➢ tRNA的反密码子环 上有一个由三个核 苷酸构成的反密码 子(anticodon)。
➢ tRNA上的反密码子 依照碱基互补的原 则 识 别 mRNA 上 的 密码子。
snmRNAs的功能 参与hnRNA和rRNA的加工和转运。
RNA组学
RNA组学研究细胞中snmRNAs的种类、 结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、 同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs 的表达具有时间和空间特异性。
碱基 嘌呤 嘧啶
戊糖 形状 联合物质 碱解 碱基分布
细胞内分 布
DNA 和 RNA 的比较小结
dAMP、dADP、dATP dGMP、dGDP、dGTP dCMP、dCDP、dCTP dTMP、dTDP、dTTP
核苷酸功能： ①构成核酸生物大分子 ②参加各种物质代谢的调控和多种蛋白质功能的调节 ③作为生理储能和供能的重要形式 ④cAMP和cGMP在细胞信号转导中起第二信使的作用。 ⑤参与NAD+和NADP+的合成
SnoRNA 非mRNA rRNA的加工、修饰
胞浆小RNA scRNA/7SL-RNA小RNA Hale Waihona Puke Baidu白质内质网定位合成
催化性的小RNA
(snmRNA的) 信号识别体的组分
小片段干扰RNA siRNA
一、mRNA的结构与功能
• 细胞内含量较少的一类RNA，但种类很多。 • 功能：转录核内DNA遗传信息的碱基排列顺序。并 携带到胞质，指导蛋白质合成的氨基酸排列顺序。 • 三联密码：mRNA分子上每三个核苷酸为一组，决 定肽链上的一个氨基酸。
稀有碱基
NH2
1
7
5
假尿嘧啶核苷 次黄嘌呤核苷 二氢尿嘧啶核苷 甲基鸟嘌呤核苷
tRNA的二级结构
功能部位：
反密码环---反密码子 氨基酸臂---CCA-OH
tRNA 三级结构
倒L形
（三）tRNA的3-末端连接氨基酸
➢tRNA的3-末端都是以 CCA结尾。
➢3-末端的A与氨基酸共价 连结，tRNA成为了氨基 酸的载体。
（二）原核生物DNA的高级结构
所有细菌、某些病毒以及真核细胞中的线 粒体或叶绿体中的DNA都是环形分子。
（三）DNA在真核生物细胞核内的组装
◆染色质的基本组成单位——核小体，由DNA和组蛋白 共同构成。 ◆核心组蛋白/核心颗粒/核小体
核小体串珠样的结构
H2A
H4 DNA双链
H1
H2B
H3
核小体连接区
真核生物mRNA结构特点
1. 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上 一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸也可甲 基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
2. 大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚A尾。每10－20bp结 合一个PABP（poly A结合蛋白）。
N
N H
NN
N
N H
H HN
O H
O
N
N
N
N
O
H O
NH H
H N
N
NN
H N
N
N
H
G-四链体
G G
G G
鸟嘌呤之间通过Hoogsteen氢键形成特殊
的四链结构(tetraplex)。
二、DNA的超螺旋结构及其在染色貭中的组装
（一）DNA的超螺旋结构 DNA双螺旋链再盘绕即成超螺旋结构 正超螺旋：盘绕的方向与DNA双螺旋方向相同 负超螺旋：盘绕的方向与DNA双螺旋方向相反
DNA
mRNA
蛋白
转录
翻译
细胞核
外显子
内含子
DNA
转录
hnRNA
转录后剪接 转运
mRNA 蛋白
翻译
二、转运tRNA的结构与功能
•细胞内分子量最小的一类核酸 •含稀有碱基 •细胞内tRNA的种类很多 •二级结构为“三叶草”的结构。 •三级结构呈倒L形。 •重要的功能是参与转运氨基酸，解译mRNA的密码。 •可作为反转录的引物。
9
1
1
1
G+核糖 C+核糖 RNA U+核糖
G+脱氧核糖 A+脱氧核糖 DNA T+脱氧核糖
核苷酸(ribonucleotide) *核苷酸是核酸的基本组成单位
NH2
酯键 N
N
9
O
N
N
HO P O CH 2 OHH
O
H1' 2'
H
OH OH
核苷酸： AMP GMP UMP CMP
糖苷键 脱氧核苷酸： dAMP dGMP dTMP dCMP
帽子结构
5 7-甲基鸟苷
5
二磷酸基
poly A
m7GpppNm-
帽子结构和多聚A尾的功能
mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互
补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决 定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
原核细胞
真核细胞
细胞质
20µg/ml寡核苷酸
根据260nm与280nm 的光密度比值判断核 酸样品的纯度。
纯品DNA
OD260/ OD280=1.8 纯品RNA
OD260/ OD280=2.0
二、DNA的变性、复性与分子杂交
1. *DNA变性
在某些因素的作用下，DNA双链互补碱基对之间的氢键断裂， 双螺旋结构松散，形成无规则线团状分子的过程。
方法：过量酸，碱，加热， 变性试剂如尿素、酰胺以 及某些有机溶剂如乙醇、 丙酮等。
热变性
解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以温
度 对 A260 （ absorbance ， A ， A260 代 表 溶 液 在 260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解 链曲线。
Tm：
变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这 一范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时 的 温 度 称 为 DNA 的 解 链 温 度 ， 又 称 融 解 温 度 (melting temperature, Tm)。其大小与G+C含 量成正比。
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
DNA
第 三 节 的 空 间 结 构 与 功 能
DNA的碱基组成 Chargaff规则：
A、G、C、T
•腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔
数相等 。A=T
A+G = C+T
•鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数
相等。G=C
（一）研究背景： •不同生物种属的DNA碱基
三、核蛋白体RNA（rRNA）的结构与功能
•细胞内含量最多的RNA。 •rRNA不能单独形使功能，必 须与蛋白质结合后形成核糖 体，作为蛋白质合成的场所。
rRNA的种类（根据沉降系数）
真核生物 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA
原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA
*
链的延伸方向5’→3’
二、 核酸的一级结构
（primary structure)
*DNA和RNA
的一级结构是指核 苷酸的排列顺序， 即碱基的排列顺序。
单核苷酸通过 3’,5’-磷酸二酯键连 接成大分子——多 核苷酸。
5’-末端：P 3 ’-末端：OH
书写方法
AGT GCT 5 P P P P P P OH 3
核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸 (ribonucleotide)或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。
多磷酸核苷酸
5′-磷酯键
NH 2 N
N
O
O
O
N
N
-O P O-
OP O-
OPO O-
CH 2 O
H
H
H OH
H H
脱氧腺嘌呤核苷
脱氧腺嘌呤一磷酸 (dAMP)
第二章 核酸的结构-课件
碱基（base）
嘧啶 pyrimidine
嘌呤 purine
H
胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 鸟嘌呤（G）
（2-氧-4-氨基嘧啶）（5-甲基尿嘧啶） 2,4-二氧嘧啶 （2-氨基-6-氧嘌呤）
H
腺嘌呤（A）
（6-氨基嘌呤）
戊 糖（ribose）
HO
CH 2
四 、其他小分子RNA及RNA组学
snmRNAs
除了上述三种RNA外，细胞的不同部位 存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为 非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。
snmRNAs的种类 核内小RNA 核仁小RNA 胞质小RNA 催化性小RNA 小片段干涉 RNA
脱氧腺嘌呤二磷酸 (dADP)
脱氧腺嘌呤三磷酸 (dATP)
核苷酸衍生物
环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信 号转导中的第二信使。
NH2
N
N
O CH2O N
N
cAMP
O P O OH
OH
核苷酸的类别
AMP、ADP、ATP GMP、GDP、GTP CMP、CDP、CTP UMP、UDP、UTP
RNA的种类、分布、功能
细胞核和胞液 线粒体 功
能
核蛋白体RNA rRNA
mt rRNA 核蛋白体组分
信使RNA
mRNA
mt mRNA 蛋白质合成模板
转运RNA
tRNA
mt tRNA 转运氨基酸
核内不均一RNA HnRNA
成熟mRNA的前体
核内小RNA
SnRNA
参与hnRNA的剪接、转运
核仁小RNA