第二章核酸地分子结构
分子生物学课件第二篇章核酸的结构

碱基配对
A与T配对,G与C配对,形成碱 基对。
反向平行
DNA的两条链是反向平行的, 一条链的5'端指向双螺旋的上方, 另一条链的5'端指向双螺旋的下 方。
DNA的高级结构
超螺旋
01
DNA超螺旋是DNA的一种空间形态,分为正超螺旋和负超螺旋
两种类型。
染色体结构
02
DNA在细胞核内与蛋白质结合形成染色体,是基因组在细胞内
DNA的基本骨架,由五个碳原子和一个磷酸基团组成。
磷酸
连接脱氧核糖的桥梁,形成DNA链的基本骨架。
碱基
四种不同的碱基,分别是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶 (T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C),它们以特定的 配对方式排列,形成DNA的编码序列。
DNA的二级结构
双螺旋结构
DNA的两条链通过碱基之间的 氢键相互作用,形成双螺旋结 构。
碱基
RNA中的碱基包括A(腺嘌呤)、 U(尿嘧啶)、C(胞嘧啶)和G (鸟嘌呤)。
mRNA的结构
5'端帽子结构
mRNA的5'端通常有一个甲基化 的鸟嘌呤核苷酸,称为帽子结构, 有助于mRNA的翻译。
3'不翻译区
mRNA的3'不翻译区位于编码序 列之后,也包含一段非编码序列, 通常与蛋白质合成无关。
核酸的分类
总结词
根据组成和结构的不同,核酸可分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖 核酸(RNA)。
详细描述
DNA主要由脱氧核糖核苷酸组成,是生物体的遗传物质,负责储存 和传递遗传信息。RNA主要由核糖核苷酸组成,参与蛋白质合成和 基因表达调控等生物学过程。
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DNA的结构
DNA的组成
脱氧核糖
生化第二章核酸的结构和功能

⽣化第⼆章核酸的结构和功能第⼆章核酸的结构与功能本章重点核酸前⾔:1.真核⽣物DNA 存在于细胞核和线粒体内,携带遗传信息,并通过复制的⽅式将遗传信息进⾏传代;真核⽣物RNA 存在于细胞质、细胞核和线粒体内。
2.在某些病毒中,RNA 也可以作为遗传信息的载体。
⼀、核酸的化学组成以及⼀级结构(⼀)、核苷酸是构成核酸的基本组成单位1.DNA 的基本组成单位是脱氧核苷酸,⽽RNA 的基本组成单位是核糖核苷酸。
2.核苷酸中的碱基成分:含氮的杂环化合物。
①DNA 中的碱基:A\T\C\G 。
②RNA 中的碱基:S\U\C\G 。
★这五种碱基的酮基或氨基受所处环境的pH 是影响可以形成酮-烯醇互变异构体或氨基-亚2.核糖①β-D-核糖:C-2’原⼦上有⼀个羟基。
②β-D-脱氧核糖:C-2’原⼦上没有羟基☆脱氧核糖的化学稳定性⽐核糖好,这使DNA成为了遗传信息的载体。
3.核苷①核苷②脱氧核苷③核糖的C-1’原⼦和嘌呤的N-9原⼦或者嘧啶的N-1原⼦通过缩合反应形成了β-N-糖苷键。
在天然条件下,由于空间位阻效应,核糖和碱基处在反式构象上。
3.核苷酸的结构与命名①核苷或脱氧核苷C-5’原⼦上的羟基可以与磷酸反应,脱⽔后形成磷酸键,⽣成核苷酸或脱氧核苷酸。
②根据连接的磷酸基团的数⽬不同,核苷酸可分为核苷⼀磷酸(NMP)、核苷⼆磷酸(NDP)、核苷三磷酸(NTP)。
③⽣物体内游离存在的多是5’核苷酸★细胞内⼀些参与物质代谢的酶分⼦的辅酶结构中都含有腺苷酸,如辅酶Ⅰ(NAD+),它们是⽣物氧化体系的重要成分,在传递质⼦或电⼦的过程中具有重要的作⽤。
(⼆)、DNA是脱氧核糖核苷酸通过3’,5’-磷酸⼆酯键连接形成的⼤分⼦1.脱氧核糖核苷三磷酸C-3’原⼦的羟基能够与另⼀个脱氧核糖核苷三磷酸的α-磷酸基团缩合,形成了⼀个含有3’,5’-磷酸⼆酯键的脱氧核苷酸分⼦。
2.脱氧核苷酸分⼦保留着C-5’原⼦的磷酸基团和C-3’原⼦的羟基。
Chapter 2 核酸的结构与功能教学教材

核酸的结构与功能
Structures and Functions of Nucleic Acids
内容
2.1 核酸的种类与分布 2.2 核苷酸 2.3 DNA的分子结构 2.4 核酸与蛋白质的复合体 2.5 RNA的分子结构 2.6 核酸的理化性质
2
2.1 核酸(Nucleic acid) 的种类与分布
48
(四)DNA双螺旋结构的多样性
49
双螺旋DNA的类型及相关参数
类型 螺旋方向
存在条件
螺距 碱基数/螺旋 碱基倾角
A-DNA 右手
相对湿度75% 2.53 nm
11
19°
B-DNA 右手
相对湿度92% 3.54 nm
10.4
1°
Z-DNA 左手 嘌呤-嘧啶二核 4.56 nm
12
苷酸为重复单位
N=A/U/G/C
同样,dNDP、dNTP, N=A/T/G/C
腺嘌呤 腺苷
16
核苷多磷酸的生物学功能:
§NTP和dNTP分别是RNA和DNA的直接前体。 §ATP分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。水
解时, ATP可以释放出大量自由能,推动生物体内 各种需能的生化反应。 §UDP、ADP、GDP在多糖合成中,可作为携带葡 萄糖基的载体;CDP在磷脂合成中可作为携带胆 碱的载体。 §GTP、CTP、UTP在某些生化反应中也具有传递能 量的作用。
11
稀 有 碱 基
大多甲基化碱基,tRNA含量丰富 (高达10%) 12
2.2.3 戊糖
β-D-核糖
β-D-脱氧核糖
13
2.2.4 核苷
碱基和核糖(或脱氧核糖)通过C-N 糖苷 键连接形成核苷(或脱氧核苷)。
第2节核酸的分子结构

第二节核酸的分子结构核酸的一级结构是指其结构中核苷酸的排列次序。
在庞大的核酸分子中,各个核苷酸的唯一不同之处仅在于碱基的不同。
因此核苷酸的排列次序也称碱基排列次序。
核酸就是由许多核苷酸单位通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物。
核酸具有方向性的长链状化合物,多核苷酸链的两端,一端称为5’-端,另一端称为3’-端。
组成DNA的核苷酸虽然只有四种,但是各种核苷酸的数量、比例和排列次序不同,并且DNA分子中的核苷酸(碱基)数量都多达百万乃至千万,因此可以形成各种特异性的DNA片段,由这些排列方式所提供的信息,几乎是无限的,从而造就了自然界丰富多彩的物种和个体之间的千差万别。
二、DNA的二级结构——双螺旋结构模式DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式,它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型。
双螺旋模型的要点如下:1.DNA分子是由两条长度相同、方向相反的多聚脱氧核糖核苷酸链平行围绕同一“想象中”的中心轴形成的双股螺旋结构。
二链均为右手螺旋。
双螺旋表面存在着两条凹沟,与脱氧核糖-磷酸骨架平行。
较深的沟称为大沟(major groove),较浅的称为小沟(minor groove)。
这些沟状结构与蛋白质和DNA的识别及结合有关,通过这样的相互作用,实现对基因表达的调控。
2.两条多核苷酸链中,脱氧核糖和磷酸形成的骨架作为主链位于螺旋外侧,而碱基朝向内侧。
两链朝内的碱基间以氢键相连,使两链不至松散。
碱基间的氢键形成有一定的规律:即腺嘌呤与胸腺嘧啶以二个氢键配对相连;鸟嘌呤与胞嘧啶以三个氢键相连(即A=T,G≡C)。
这种碱基配对规律被称为“碱基互补规律”。
这些配对的碱基一般处在同一个平面上,称碱基平面,它与双螺旋的长轴垂直。
正因为两链间的碱基是互补的,所以两链的核苷酸排列次序也是互补的,即两链互为互补链。
当知道一条链的一级结构,另一条互补链也就被确定。
第二章核酸的分子结构

核酸的研究历史和重要性(续) 历史
70年代 建立DNA重组技术,改变了分子生物学的面貌,并导 致生物技术的兴起。 80年代 RNA研究出现第二次高潮:ribozyme、反义RNA、 “RNA世界”假说等等。 90年代以后 实施人类基因组计划(HGP), 开辟了生命科学 新纪元。
人类基因组测序完成后,生命科学进入后基因组时代: 功能基因组学(functional genomics) Hapmap(单体型图 ) (基于SNP) 蛋白质组学(proteomics)
RNA分子中各核苷之间 的连接方式(3´-5´磷酸二 酯键)和排列顺序叫做 RNA的一级结构
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
4.1.2 RNA的类别
信使RNA(messenger RNA,mRNA):在蛋白 质合成中起模板作用;
反转重复(inverted repeated):由反方向互补的 两个DNA片段组成,两个反转重复序列又叫回 文序列(palindrome sequence)。(第47页)
镜像重复(mirror repeat):由反方向完全相同的 两个序列组成。
直接重复(direct repeat):由同一方向完全相同 的两个序列组成。正向重复序列、顺向重复序 列。
2 核酸的基本结构单位—核苷酸
2.1 核苷酸的化学组成与命名 2.1.1 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 2.1.2 常见碱基的结构与命名法 2.1.3 常见(脱氧)核苷酸的基本结构与命名 2.1.4 稀有核苷酸 2.1.5 细胞内游离核苷酸及其衍生物
第二单元 核酸的结构和功能

(1~2题共用备选答案)
A.G、C、T、U
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱG、A、C、T
C.A、G、C、U
D.G、A、T、U
E.I、C、A、U
【助理】
1RNA分子中所含的碱基是
四、DNA的功能
DNA是遗传的物质基础,表现生物性状的遗传信息贮存在DNA分子的核苷酸序列中。当细胞分裂时,生物遗传信息通过复制从亲代(细胞)传递给子代(细胞),使物种得以延续。因此,DNA与细胞增生、生物体传代有关。DNA还可通过转录指导RNA(包括mRNA)合成,将遗传信息传递给mRNA;继而以mRNA为模板合成特异的蛋白质分子。蛋白质赋予生物体或细胞特异的生物表型和代谢表型,使生物性状遗传。
C.DNA双螺旋以右手螺旋的方式围绕同一轴有规律地盘旋
D.两股单链的5′至3′端走向在空间排列上相同
E.两碱基之间的氢键是维持双螺旋横向稳定的主要化学键
答案:D
三、DNA的三级结构
原核生物没有细胞核,其DNA分子在双螺旋基础上进一步扭转盘曲,形成超螺旋,使体积压缩。超螺旋结构就是DNA的三级结构。
在真核生物的染色体中,DNA的三级结构与蛋白质的结合有关。与DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白两类。组蛋白有H1,H2A,H2B,H3和H4共5种,它们都是含有丰富的赖氨酸和精氨酸残基的碱性蛋白质。组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两分子形成八聚体,八聚体之外绕有近1圈约140至146个碱基对的DNA,构成一个核小体。H1位于核小体与核小体之间的连接区,并与约75至100个碱基对的DNA结合,组成串珠状结构。在核小体结构基础上,DNA链进—步折叠,形成染色(单)体。人类细胞核中有46条(23对)染色体,这些染色体的DNA总长达1.7m,经过折叠压缩,46条染色体总长也仅200nm左右。
第二章核酸的分子结构

第二章核酸的分子结构核酸是一类重要的生物大分子,包括DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)。
它们是细胞内负责遗传信息存储和传递的关键分子。
核酸的分子结构是由不同的分子组成,形成了独特的双螺旋结构,这种结构使得核酸能够实现遗传信息的稳定传递以及多种生物功能的实现。
DNA是由鸟嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)四种碱基组成的核酸分子。
碱基通过N-糖苷键链接到核糖磷酸分子上,形成了核苷酸,进而形成了DNA的整个分子结构。
DNA的双螺旋结构采用了著名的Watson-Crick结构模型,即两根互相以螺旋形状缠绕的链。
这种结构由两条链通过碱基间的氢键相互连接,形成了DNA的双螺旋结构。
其中,鸟嘌呤通过三个氢键连接到胸腺嘧啶,胞嘧啶通过两个氢键连接到鸟嘌呤。
这种碱基之间的选择性配对使得DNA能够实现信息的复制和传递。
在DNA的分子结构中,糖苷和磷酸通过磷酸二酯键链接在一起,形成了DNA的骨架。
两条糖磷酸链反向排列,形成了DNA的双螺旋结构。
糖苷分子是由五个碳原子组成的环状结构,每个碳原子上有一个氧原子和一个氢原子,还有一个碱基。
两条DNA链互相以反向排列的方式连接,即一个链上的3'-OH基团连接到另一个链上的5'-磷酸基团。
这种反向排列使得DNA具有了方向性,即5'端和3'端。
与DNA不同,RNA由磷酸核糖分子和碱基组成。
在RNA分子中,脱氧核糖被核糖取代,并且鸟嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)不再是碱基对,取而代之的是鸟嘌呤(A)和尿嘧啶(U)。
RNA的磷酸二酯键连接在一起,形成了RNA的线性结构。
虽然RNA也可以形成双螺旋结构,但大部分的RNA通常是单链结构。
RNA还具有许多不同的结构和功能,例如mRNA(信使RNA)、rRNA(核糖体RNA)和tRNA(转运RNA),它们参与了蛋白质的合成过程。
总之,核酸的分子结构是由不同的分子组成,形成了特殊的双螺旋结构。
第二章 核酸的结构与功能

第二章核酸的分子结构与功能——复习测试题A型选择题1.核酸各基本单位之间的主要连接键为A.磷酸一酯键B.磷酸二酯键C.氢键D.离子键E.碱基堆积力2.游离核苷酸分子中,磷酸基最常位于A.核苷酸中戊糖的C-5’上B.核苷酸中戊糖的C-3’上C.核苷酸中戊糖的C-2’上D.核苷酸中戊糖的C-2’和C-3’上E.核苷酸中戊糖的C-2’和C-5’上3.DNA与RNA完全水解后的产物特点是A.核糖相同,碱基部分相同B.核糖不同,碱基相同C.核糖相同,碱基不同D.核糖不同,碱基部分相同E.以上均不对4.下列哪种碱基一般只存在于RNA而不存在于DNAA.腺嘌呤B.胞嘧啶C.胸腺嘧啶D.尿嘧啶E.鸟嘌呤5.有关DNA双螺旋结构,以下哪种说法不对A. 由两条多核苷酸链组成B. 碱基不同,相连的氢键数目不同C. 3’-OH与5’-磷酸基形成磷酸二酯键D. 磷酸与戊糖总是在双螺旋的内部E. 磷酸与戊糖组成了双螺旋的骨架6.下列有关DNA的二级结构,错误的是A.DNA二级结构是双螺旋结构B.DNA双螺旋结构是空间结构C.双螺旋结构中,两条链方向相同D.双螺旋结构中碱基之间互相配对E.二级结构中碱基之间一定有氢键相连7.有关tRNA的二级结构,正确的是A.tRNA没有氨基酸臂B.含DHU的是反密码环C.含TψC的是二氢尿嘧啶环D.可与mRNA密码子识别配对的是额外环E.tRNA分子中有部分碱基以氢键连接成对8.有关DNA分子中碱基组成,正确的是A.A=T,G=CB.A+T=G+CC.G=T,A=CD.2A=C+TE.以上均对9.对于tRNA的描述,错误的是A.细胞内有多种tRNAB.tRNA通常由70~80个单核苷酸组成C.参与蛋白质的生物合成D.遗传上具有保守性E.分子量比mRNA大10.对环核苷酸的叙述,错误的是A. 重要的环核苷酸有cAMP和cGMPB. cAMP为第二信使C. cAMP与cGMP的生物学作用相反D. cAMP是由AMP在腺苷酸环化酶的作用下生成E. cAMP分子内有环化的磷酸二酯键11.稀有核苷酸碱基主要是在下列哪类核酸中发现的A. rRNAB. mRNAC. tRNAD.核仁DNAE.线粒体DNA12.DNA双螺旋结构中,最常见的是A. A-DNA结构B. B-DNA结构C. X-DNA结构D. Y-DNA结构E. Z-DNA结构13.双链DNA的Tm值高,是由下列哪组碱基含量高引起的A. A+GB. C+TC. A+TD. C+GE. A+C14.下列曲线中的数字符号,代表Tm的是A. ①B.②C.③D.④E.⑤15.Watson-CrickDNA结构模型表示A.一个三链结构B.DNA双股链的走向是反向平行的C.碱基A和G配对D.碱基之间共价结合E.磷酸-戊糖主链位于DNA螺旋内侧16.核酸在260nm处有最大光吸收是由于A.磷酸二酯键的存在B.核苷酸中的N-糖苷键C.核糖和脱氧核糖的呋喃型环状结构D.碱基对之间形成氢键E.嘌呤和嘧啶环上有共轭双键17.组成核酸的基本化学成分A.碱基、磷酸、戊糖B.核苷C.单核苷酸D.氨基酸E.环单核苷酸18.有关多核苷酸链的叙述正确的是A.多核苷酸链中,嘌呤与嘧啶核苷酸有规律地交替排列B.多核苷酸链中,核苷酸借肽键连接而成C.有极性和方向性D.一侧末端为5’-OH,另一侧末端为3’-PiE.有2个末端,即N-末端和C-末端19.假尿苷(ψ)中的糖苷键是A.C-N连接B.C5-C1’连接C.N-N连接D.O-C连接E.O-N连接20.下列哪项可说明DNA是生物遗传信息的携带者A.不同生物的碱基组成应是相同的B.病毒感染是通过蛋白质侵入宿主细胞来完成的C.同一生物体不同组织的DNA通常具有相同的碱基组成D.生物体的DNA碱基组成应随年龄和营养状态的改变而改变E.DNA是以小的环状结构被发现的21.脱氧胸苷的缩写符号A. GdRB. AdRC. UdRD. CdRE. TdR22.下列哪种DNA的Tm较低A.含A-T15%B.含G-C25%C.含G-C40%D.含A-T80%E.含G-C35%23.Watson-Crick的DNA结构模型的特点是A.两条多核苷酸链的碱基顺序完全相同B.腺嘌呤必定与胞嘧啶配对,鸟嘌呤必定与胸腺嘧啶配对C.DNA分子由两条反平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成双螺旋D.碱基位于螺旋外侧,形成螺旋的骨架E.碱基对之间以共价键连接24.关于rRNA的叙述,下列哪项是错误的A.是细胞内含量最多的RNAB.能够与核糖体蛋白共同组成核糖体C.核糖体由易于解离的大、小两个亚基组成D.真核细胞的核糖体含5S、16S和23S三种rRNAE.能进行碱基配对形成局部的双螺旋结构25.核糖核苷中核糖与碱基的连接键是A. α-糖苷键B. β-糖苷键C. α-1,2糖苷键D. α-1,6糖苷键E. β-1,4糖苷键26.在下列哪种情况下,互补的两条DNA单链将结合形成双链A.在低于变性温度约25℃的条件下保温B.在高于变性温度约25℃的条件下保温C.在等于变性温度的条件下保温D.加入放射性同位素32PE.将吸附在硝酸纤维素膜上的DNA烘烤27.DNA热变性时具有下列哪种特征A.碱基之间的磷酸二酯键发生断裂B.形成三股螺旋C.顺序复杂度较低者具有较宽的变性范围D.变性温度的高低与G+C碱基含量相关E.在波长260nm处的光吸收降低28.常见的cAMP指的是A.1’,4’-环腺苷酸B.2’,5’-环腺苷酸C.3’,5’-环腺苷酸D.1’,3’-环腺苷酸E.2’,4’-环腺苷酸29.下列哪种情况可使两条互补的单链DNA结合成双链A.变性B.退火C.加连接酶D.加聚合酶E.所列都不是30.关于真核生物mRNA的结构特点,下列哪项是正确的A.其3’-端具有帽子结构B.由大、小两个亚基组成C.存在7-甲基鸟苷三磷酸的帽子结构D.其二级结构与DNA一样,整个分子均为双螺旋结构E.其5’-端为-CCA顺序B型选择题A.磷酸、核糖、尿嘧啶、胞嘧啶B.磷酸、脱氧核糖、尿嘧啶、胞嘧啶C.磷酸、核糖、尿嘧啶、胸腺嘧啶D.磷酸、脱氧核糖、胞嘧啶、胸腺嘧啶E.磷酸、核糖、胸腺嘧啶、胞嘧啶31.构成DNA的成分有32.构成RNA的成分有A.假尿苷B.核糖C.胞嘧啶D.次黄嘌呤E.脱氧核糖33.只存在于DNA分子中34.tRNA分子中的特征性组分35.DNA和RNA分子都有的组分A.mRNAB.tRNAC.rRNAD.DNAE.cAMP36.蛋白肽类激素的第二信使37.参与氨基酸转运的是A.磷酸二酯键B.肽键C.氢键D.离子键E.疏水键38.稳定DNA双螺旋结构的因素39.配对碱基间的连接键40.核苷酸之间的连接键X型选择题41.DNA分子中的碱基组成是A. A+C=G+TB. A=TC. C=GD. C+G=A+T42. tRNA分子中的稀有核苷酸包括A.假尿嘧啶核苷酸B.二氢尿嘧啶核苷酸C.胸腺嘧啶核苷酸D.嘌呤脱氧核苷酸43.DNA具有以下哪些功能A.携带遗传信息B.进行半保留复制C.有转运氨基酸的功能D.能转录合成RNA44. DNA存在于A.高尔基体B.线粒体C.粗面内质网D.染色体45.维持DNA双螺旋的力包括A.碱基对间的范德华氏力B.碱基之间的氢键C.磷酸残基的负电荷与介质中阳离子形成离子键D.磷酸二酯键46.有关A TP的叙述正确的是A.ATP含有三个磷酸酯键B.A TP含有两个高能磷酸酯键C.ATP可以游离存在D.ATP含有两个高能硫酯键47.有关tRNA的叙述哪些是正确的A.分子中含有较多稀有碱基B.tRNA通常由70-80个单核苷酸组成C.空间结构中含有反密码环D.是细胞内含量最多的一种RNA48.属于tRNA“三叶草”结构的是A.氨基酸臂B.DHU臂C.反密码臂D.TψC臂49.下列关于hnRNA叙述正确的是A.其生命期(几分钟)较细胞内大多数RNA为短B.其3’端可经修饰形成一个ployA长尾C.它们存在于细胞核的核仁外周部分D. 3’-脱氧腺苷抑制ployA长尾的生成50.原核生物遗传密码的研究揭示了A.三联体密码3’端核苷酸对氨基酸有最小的专一性B.一个密码子的末端与另一密码子开端之间没有标点符号C.只有三个三联体不代表任何氨基酸D. mRNA分子可指令一条以上的多肽链名词解释1. 增色效应(hyperchromic effect)2. Tm 值(melting temperature)3. 反密码环(anticoden loop)4. 核酶(ribozyme)5. 核酸分子杂交(hybridization)问答题1. 细胞内有哪几类主要的RNA ?其主要功能是什么?2. 简述DNA 双螺旋结构模式的要点及其与DNA 生物学功能的关系。
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戊碱 糖基
2.1.2 基本碱基结构和命名
嘌呤(purine)
嘧啶(pyrimidine)
Adenine
(A)
Guanine
(G)
Cytosine
(C)
Uracil Thymine
(U) (T)
2.1.3 常见(脱氧)核苷酸的结构和命名
核苷酸的结构和命名
OH 腺嘌呤核苷酸( AMP)
Adenosine monophosphate
• 了解内容:①DNA双螺旋结构的生物学意义; ②DNA双螺旋结构稳定的因素; ③rRNA的 二级结构和三级结构。
核酸的结构与功能
1 核酸通论 2 核酸基本构件单位—核苷酸 3 DNA的分子结构 4 RNA的分子结构
1 核酸通论
1.1 核酸的研究历史和重要性 1.2 核酸的种类和分布
1.1 核酸的研究历史和重要性
第二章 核酸的分子结构
1 核酸通论 2 核酸基本构件单位—核苷酸 3 DNA的分子结构 4 与命名; ②DNA的二级结构(双螺旋模型);③真核生 物mRNA和原核生物mRNA的结构比较;④ tRNA的二级结构。
• 难点内容:①DNA分子结构与功能的关系; ②RNA分子结构与功能的关系。
• 1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷酸的有 机物,当时称为核素(nuclein),后称为核酸(nucleic acid); 此后几十年内,弄清了核酸的组成及在细胞中的分布。 • 1944 Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验;1952年Hershey等 的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内, 证明DNA是遗传物质。 • 1953 Watson和Crick建立了DNA结构的双螺旋模型,说明了 基因的结构、信息和功能三者间的关系,推动了分子生物学的 迅猛发展。 • 1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则, • 60年代 RNA研究取得大发展(操纵子学说,遗传密码,逆转 录酶)。
c. 螺旋直径2nm,相邻碱基平面垂直距离 0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对(base pair, bp)重复一次,间隔为3.4 nm
A:angstrom
DNA的双螺旋结构稳定因素
• 氢键 •碱基堆集力 •磷酸基上负电荷被胞内 组蛋白或正离子中和 •碱基处于疏水环境中
DNA的双螺旋结构的意义
核酸的研究历史和重要性(续) 历史
• 70年代 建立DNA重组技术,改变了分子生物学的面貌,并导 致生物技术的兴起。 • 80年代 RNA研究出现第二次高潮:ribozyme、反义RNA、 “RNA世界”假说等等。 •90年代以后 实施人类基因组计划(HGP), 开辟了生命科学 新纪元。
人类基因组测序完成后,生命科学进入后基因组时代: 功能基因组学(functional genomics) Hapmap(单体型图 ) (基于SNP) 蛋白质组学(proteomics)
5´-dNMP 5´-dNDP 5´-dNTP N=A、G、C、T
O O CH2
A (G)
HH
HO
H
OP
O
OH
OH
cAMP(cGMP)的结构
3`,5`- Cyclic adenylic (Guaninic) acid
2.2 核苷酸的生物学功能
•作为核酸的单体 •细胞中的携能物质(如ATP、GTP、CTP、TTP) • 酶 的 辅 助 因 子 的 结 构 成 分 ( 如 NAD)(nicotinamide adenine dinucleotide, 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸) •细胞通讯的媒介(如cAMP、cGMP)
O O- P O
O-
磷酸
(phosphate)
5´
CH2
(N = A、G、C、U、T)
N 碱基
O
(nitrogenous base)
4´ H O
H 3´
H 1´ 2´ H
OH (O)H
核糖(pentose sugar )
2.1.1 碱基(base)、核苷(nucleoside)、核苷酸
(nucleotide)的概念和关系
2 核酸的基本结构单位—核苷酸
2.1 核苷酸的化学组成与命名 2.1.1 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 2.1.2 常见碱基的结构与命名法 2.1.3 常见(脱氧)核苷酸的基本结构与命名 2.1.4 稀有核苷酸 2.1.5 细胞内游离核苷酸及其衍生物
2.2 核苷酸的生物学功能
5´-磷酸核苷酸的基本结构
1.2 核酸种类和分布
•脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA):
遗传信息的贮存和携带者,生物的主要遗传物质。在真 核细胞中,DNA主要集中在细胞核内,线粒体和叶绿体中均 有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构,DNA存 在于称为拟核(nucleoid)的结构区。每个原核细胞一般只有 一个染色体,每个染色体含一个双链环状DNA。
•核糖核酸(ribonucleic acid, RNA): 主要参与遗传信息的传递和表达过程,细胞内 的RNA主要存在于细胞质中,少量存在于细胞核 中,病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者如逆 转录病毒(retrovirus)。另外在植物中还发现 了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为 类病毒(viroid)和拟病毒(virusoid or satellite RNA),还发现有些RNA具生物催化作 用(ribozyme)。
鸟嘌呤核苷酸(GMP) 胞嘧啶核苷酸(CMP) 尿嘧啶核苷酸(UMP)
H 脱氧腺嘌呤核苷酸(dAMP) Deoxyadenosine monophosphate
脱氧鸟嘌呤核苷酸(dGMP) 脱氧胞嘧啶核苷酸(dCMP) 脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP)
P
P
P
P
腺嘌呤核苷酸 (AMP)
鸟嘌呤核苷酸 (GMP)
分子内三链DNA于1987年由Mirkin在超螺 旋中发现。其形成要求双螺旋中存在连续 的嘌呤或嘧啶序列,而且必须是镜像重复 序列。
T-A-T C-G-C
DNA分子间 的三链结构
DNA三链间 的碱基配对
DNA分子内 的三链结构
•镜像重复序列:由反方向完全相同的两个 序列组成。
5 ′GGAATCGATCTTTTCTAGCTAAGG 3 ′ 3′CCTTAGCTAGAAAAGATCGATTCC 5′
A+C=G+T。 •嘌呤的总数等于嘧啶的总数,即A+G=C+T。
DNA、RNA的一级结构
OH
5´
3´ OH
5´ 3´
OH
RNA一级结构
DNA一级结构
3.4 DNA的二级结构
(1) DNA的双螺旋结构(Watson-Crick模型) (2) DNA双螺旋结构特征及意义 (3) DNA双螺旋的多态性 (4)DNA的三股螺旋(tripkex)
3 DNA的分子结构
3.1 核酸分子中的共价键 3.2 DNA 一级结构 3.3 DNA碱基组成的Chargaff规则 3.4 DNA的二级结构 3.5 DNA的三级结构 3.6 DNA与蛋白质复合物的结构
3.1 核酸分子中核苷酸
之间的共价键
5
3 -5 磷酸二酯键
3 5
3
3.2 DNA 的一级结构
外型
A 粗短
B 适中
Z 细长
螺旋方向 右手
右手
左手
螺旋直径 碱基直升
2.55nm 0.23nm
2.37nm 0.34nm
1.84nm 0.38nm
每圈碱基数 11
10
12
碱基倾角 200
00
70
大沟
很窄很深 很宽较深
平坦
小沟
Z-DNA B-DNA A-DNA
很宽、浅 窄、深
较窄很深
三链DNA既可以是B-DNA与另一条DNA链 结合成的链间的三链DNA,又可以是BDNA与其自身的一条链结合形成的链内的 三链DNA。(第9页)
3.5 DNA的三级结构——超螺旋
(supercoil)
生物体闭环DNA都以超螺旋形式存在,如 细菌质粒、病毒、线粒体DNA。线性DNA 分子或环状DNA分子中有一条链有缺口时 不能形成超螺旋。
超螺旋的意义:紧密,体积更小;能影响 双螺旋的解链程序,因而影响DNA分子与 其它分子之间的相互作用。
DNA的三级结构
DNA的双螺旋结构的形成
5´
3´
5
3´
´
磷酸 核糖 碱基
T-A碱基对
C-G碱基对
3´
5´
5´
3
´
DNA的双螺旋模型特点
a. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假 设的中心轴右旋相互盘绕而形成。
b. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组 成位于外侧,作为可变成分的碱基位于内侧 ,链间碱基按A—T,G—C配对(碱基配对 原则,Chargaff定律)
RNA分子中各核苷之间 的连接方式(3´-5´磷酸二 酯键)和排列顺序叫做 RNA的一级结构
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
4.1.2 RNA的类别
•信使RNA(messenger RNA,mRNA):在蛋白 质合成中起模板作用;
尿嘧啶核苷酸 (UMP)
胞嘧啶核苷酸 (CMP)
P
P
P
P
脱氧腺嘌呤核苷酸 脱氧鸟嘌呤核苷酸 脱氧胸腺嘧啶核苷酸
(dAMP)
(dGMP)
(dTMP)
脱氧胞嘧啶核苷酸 (dCMP)
2.1.4 几种稀有核苷
H H H H
H3C CH3
假尿苷() 二氢尿嘧啶(DHU)