第3章 多聚核苷酸与核酸

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核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸 存在于细胞核和线粒体 携带遗传信息，并通过复制传递
(deoxyribonucleic 给下一代。 acid, DNA)
核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA)
分布于细胞核、细胞质、线粒体 是DNA转录的产物，参与遗传信 息的复制与表达。某些病毒RNA 也可作为遗传信息的载体
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大沟与小沟
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大沟与小沟
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3. 疏水作用力和氢键共同维系着DNA 双螺旋结构的稳定。
➢ 互补碱基对的氢键维系DNA横向结构的稳定。
➢相邻两个碱基对互相重叠产生的疏水作用， 称为碱基堆积力(base stacking interaction)。 维系DNA纵向结构的稳定
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碱基堆积作用力
糖苷键构象
反式
相邻碱基对之间的转角
使构象稳定的相对环境湿度 碱基对平面法线与主轴的夹角
大沟 小沟
33 75% 19 窄深 宽浅
B 型-DNA 右手螺旋 2.37 nm 10.5 3.54 nm 0.34 nm 反式
34.2 92% 1 宽深 窄深
Z 型-DNA 左手螺旋 1.84 nm 12 4.56 nm 0.38 nm
3´端
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核酸的一级结构： 核酸中核苷酸的排 列顺序
核苷酸间的差异主要是 碱基不同，也称为碱基 排列顺序。即碱基序列。
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书写方法
AGT GCT 5 P P P P P P OH 3
5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3
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核酸分子大小表示法:
单链DNA或RNA: 碱基数目, base, kilobase. 双链DNA或RNA: 碱基对数目, base pair (bp)
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局部DNA 形成发夹形结构
部分回折：5’-TGCGATACTCATCGCA-3’
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局部DNA 形成十字形结构
5’-TGCGATACTCATCGCA-3’ 3’-ACGCTATGAGTAGCGT-5
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3.54nm
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亲水性的脱氧核糖-磷酸 为骨架位于双链的外侧。
疏水性的碱基位于双链 的内侧。
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2. DNA双链之间形成了互补碱基对 碱基垂直螺旋轴与对側碱基形成氢键配对
（互补配对形式：A=T; GC） 。
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碱基互补配对: 胞嘧啶/鸟嘌呤
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碱基互补配对: 胸腺嘧啶/腺嘌呤
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2. 亚磷酸酰胺三酯方法：DNA自动合成仪 不需模板、引物，合成寡核苷酸引物和探针
3. 体外转录体系：无细胞模仿体内转录，生成RNA 需要模板、RNA聚合酶。
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DMT：5’-OH保护剂，二甲氧基三笨甲基 亚磷酰胺
TCA
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第二节 DNA的结构和功能
The Three Dimensional Structure of DNA
A型 右手 2.53
11
2.55
平滑
存在条件 体外脱水
B型 右手 3.54 10.5
Z型 左手 4.56
12
2.37
平滑 DNA生理条件
1.84 锯齿型
CG序列
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不同构象DNA的结构参数
螺旋旋向 螺旋直径 每一螺旋的碱基对数目 螺距
相邻碱基对之间的垂直距离
A 型-DNA 右手螺旋 2.55 nm 11 2.53 nm 0.23 nm
kilobase pair (kb) 小的核酸片段(<50bp), 称为寡核苷酸 (nt)
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二、多聚核苷酸细胞内合成：
DNA：单链核酸为模板，DNA聚合酶催化。 RNA：单链核酸为模板，RNA聚合酶催化。
三、多聚核苷酸体外合成：
1. PCR（DNA聚合酶链反应）： 模板指导，DNA引物上进行的链延长。 解链(升温)→聚合(降温)→链延长(恒温)
嘧啶为反式,嘌呤为顺式， 反式和顺式交替
每个二聚体为-60
9 相当平坦 窄深
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（三）DNA局部特殊结构
回文结构：反向重复序列 1.中线水平回折1800：
5’-TTAGCACCACGATT-3’ 3’-AATCGTGGTGCTAA-5’ 2.水平回折： 5’-TTAGCACGTGCTAA-3’ 3’-AATCGTGCACGATT-5 3.部分回折： 5’-TGCGATACTCATCGCA-3’ 3’-ACGCTATGAGTAGCGT-5’
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DNA的空间结构(spatial structure) 构成DNA的所有原子在三维空间具
有确定的相对位置关系。 DNA 的 空 间 结 构 又 分 为 二 级 结 构
(secondary structure)和高级结构。
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一、 DNA的二级结构是双螺旋结构
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（一）Waston和Crick提出DNA双螺旋结构模型 模型理论基础：hargaff 规则
第六章
多聚核苷酸和核酸
Polynucleotides and Nucleic Acids
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1953年：Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型 （1962年获诺贝尔奖），分子生物学时期的标志。
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多聚核苷酸（Polynucleotides）
多聚核苷酸是核苷酸通过3，5-磷酸二酯 键连接的聚合物，是核酸分子中的基本形式。
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（二）DNA双螺旋结构的多样性
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B型DNA: Watson和Crick, 右手螺旋(1953年) A型DNA: Wilkins (1953年) Z型DNA: Rich等, 左手螺旋,(1979年)
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三种DNA构型的比较
旋向 螺距 碱基数 螺旋直径 (nm) （每圈） （nm）
骨架 走行
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核酸分子结构与功能
一、核酸的分子结构与功能 核苷酸分子结构 DNA分子结构 RNA分子结构
二、核酸的理化性质与研究技术
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第一节
多聚核苷酸
Polynucleotides
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一、多聚核苷酸的结构5´端
C
核苷酸的多聚物
3, 5-磷酸二酯键
A
多聚核苷酸链方向性
5末端：磷酸
G
3末端：羟基
链延长：5→3
碱基组成分析 [A] = [T]、 [G] [C] 不同生物碱基组成不同 同生物、不同组织碱基组成相同
获得了高质量的DNA分子的X射 线衍射照片。
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DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
1.反向平行、右手螺旋的双 链结构： 两条相互平行、走向相反 的脱氧核苷酸链组成 围绕同一个螺旋轴形成右 手螺旋 双螺旋结构的直径为 2.37nm，螺距为3.54nm