第三章 核酸的结构与功能

第三章
核酸的结构和功能
Structure and Function of Nucleic Acid
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第三章
核酸的结构和功能
核酸 (nucleic acid):
单位组成的生
物大分子。是
由单核苷酸为基本
生物遗传的
物质基础。
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第三章
—— 倒L形
* tRNA的功能
搬运氨基酸到
核糖体和识别密码 子，参与蛋白质的 翻译。
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第三章
核酸的结构和功能
三、核蛋白体RNA的结构与功能
* rRNA的结构 * rRNA的功能 参与组成核 蛋白体，作为蛋 白质生物合成的 场所。
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第三章
核酸的结构和功能
二、DNA的变性(denaturation)
定义：在某些理化因素作用下，DNA双链 解开成两条单链的过程。
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。
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DNA变性的本质是双链间氢键的断裂
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4
第三章
核酸的结构和功能
一、核酸的化学组成
1. 元素组成
C、H、O、N、P（9~10%）
2. 分子组成
碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱
戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖
磷酸(phosphate)
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5
第三章
核酸的结构和功能
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第三章
核酸的结构和功能
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
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第三章
核酸的结构和功能
RNA的种类、分布、功能
细胞核和胞液 核蛋白体RNA 信使RNA 转运RNA 核内不均一RNA 核内小RNA 核仁小RNA 胞浆小RNA rRNA mRNA tRNA HnRNA SnRNA SnoRNA scRNA/7SL-RNA 线粒体 mt rRNA 功 能 核蛋白体组分 转运氨基酸 成熟mRNA的前体 参与hnRNA的剪接、转运 rRNA的加工、修饰 蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分
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稀有碱基
第三章
核酸的结构和功能
氨基酸臂
2. tRNA的二级结构 ——三叶草形
氨基酸臂
DHU环
5＇
TΨC环 DHU环
额外环
反密码环
额外环
环
反密码环
反密码子
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TΨC环
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第三章
核酸的结构和功能
3. tRNA的三级结构
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21
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核酸的结构和功能
（三）DNA在真核生物细胞核内的组装 真核生物染色 体由DNA和蛋白质
构成，其基本单
位是 核小体
(nucleosome)。
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核小体的构成
核心颗粒
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核酸的结构和功能
核小体
连接区
DNA（约146 bp） 组蛋白八聚体
连接区DNA（约60bp） H1
（一）DNA的超螺旋结构
超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
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变性引起紫外吸收值的改变
增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。
D N A 的 紫 外 吸 收 光 谱

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。
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第三章
核酸的结构和功能
（二） DNA双螺旋结构模型要点
氢键维持双链横向稳 定性，碱基堆积力维 持双链纵向稳定性。
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第三章
核酸的结构和功能
（三）DNA双螺旋结构的多样性
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第三章
核酸的结构和功能
二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中组装
真核生物
（以小鼠肝为例） 40S
rRNA 蛋白质
16S 21种
1542个核苷酸 占总重量的40%
18S 33种
1874个核苷酸 占总重量的 50%
60S 4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸 占总重量的 35% 目 录
大亚基 rRNA
23S 5S 31种
50S 2940个核苷酸 120个核苷酸 占总重量的30%
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第三章
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能
核酸的分类
脱氧核糖核酸（DNA）
核酸
核糖核酸（RNA）
mRNA tRNA rRNA
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核酸的结构和功能
第一节 核酸的化学组成及其一级结构
The Chemical Component and Primary Structure
of Nucleic Acid
O H3C
NH2 N
NH
NH
O
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
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核酸的结构和功能
（二）戊糖
HO CH2 5´ O OH HO CH2 O OH
4´ 3´
OH
1´ 2´
OH OH
核糖(ribose) （构成RNA）
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脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸 酯键连接形成核苷 酸（脱氧核苷酸）。 核苷酸：AMP, GMP, UMP,CMP dGMP, dTMP, dCMP
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NH2 O P OH OH OH
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10
N O CH 2 O N O
HO
脱氧核苷酸：dAMP,
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核酸的结构和功能
重要的核苷酸衍生物
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8
第三章
核酸的结构和功能
（三）核苷
核苷(ribonucleoside)的形成 碱基和核糖（脱 氧核糖）通过糖 苷键连接形成核 苷（脱氧核苷）
核苷：AR, GR UR, CR 脱氧核苷： dAR, dGR，dTR, dCR
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核酸的结构和功能
（四）核苷酸(ribonucleotide)
原核细胞
外显子
细胞核
内含子
DNA
DNA
hnRNA
转录
转录
mRNA
翻译
蛋白
mRNA
转录后剪接 转运
翻译
蛋白
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核酸的结构和功能
二、转运RNA的结构与功能
1. tRNA分子含有较多的稀有碱基

含 10-20% 稀有碱基，如 DHU 3´末端为 — CCA-OH
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第三章
核酸的结构和功能
（二） DNA双螺旋结构模型要点
碱基垂直螺旋轴居双螺 旋内側，与对側碱基形 成氢键配对 （互补配对 形式：A=T; GC） 。 相邻碱基平面距离 0.34nm，螺旋一圈螺距 3.4nm，一圈10对碱基。
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核酸的结构和功能
C
A
G 3′端
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12
书写方法
A G T G C T
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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核酸的结构和功能
第二节 DNA的空间结构与功能
Dimensional Structure and Function of DNA
（一）碱基
嘌呤(purine)
N 7 8 9 NH 5 4 6 3 N 1N 2
N
NH2 N
NH
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
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N
NH2
目录
6
O
嘧啶 (pyrimidine)
5
4
6 1 NH
3 2
N
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
核心颗粒：由长146bp的双螺旋DNA以超螺旋方式 缠绕组蛋白八聚体1.8圈组成。 连接区：由连接区 DNA 和组蛋白H1组成 连接区DNA：连接相邻两个核心颗粒
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第三章
核酸的结构和功能
组 蛋 白（histone)

组蛋白种类：
H1、H2A、H2B、H3、H4 组蛋白八聚体（核心组蛋白）：由各 二分子H2A、H2B、H3、H4 组成八聚体 H1 ：位于连接区
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第三章
核酸的结构和功能
* rRNA的种类（根据沉降系数）
真核生物
5S rRNA 原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA
28S rRNA
5.8S rRNA
18S rRNA
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第三章
核酸的结构和功能
核蛋白体的组成
原核生物
小亚基 （以大肠杆菌为例） 30S
mt mRNA 蛋白质合成模板 mt tRNA
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第三章
核酸的结构和功能
一 、信使RNA的结构与功能
* 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，同时第一个核苷酸的C´2也是 甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
第三章
核酸的结构和功能
三、DNA的复性与分子杂交
DNA复性(renaturation)的定义 在适当条件下，变性DNA的两条互补 链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称 为复性。
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，
这一过程称为退火(annealing) 。
减色效应 DNA复性时，其溶液OD260降低。

多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
NH2 N
O OH
O O CH2 N O N
N
HO P O P
OH
ADP
OH OH
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二、核酸的一级结构 5′端 定义：核酸中核苷酸的排
列顺序。
由于核苷酸间的差异 主要是碱基不同，所以也 称为碱基序列。 核苷酸之间以磷酸二酯键连 接形成多核苷酸链。
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。
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真核生物mRNA的帽子结构
5＇
5＇
第三章
核酸的结构和功能
mRNA的功能
转录核内DNA遗传信息的碱基排列顺序， 并携带至细胞质，指导蛋白质合成中的氨基 酸排列顺序。 真核细胞 细胞质
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第三章
核酸的结构和功能
一、 DNA的二级结构 ——双螺旋结构
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第三章
核酸的结构和功能
（一）DNA双螺旋结构的研究背景
碱基组成分析 Chargaff 规则：[A] = [T] [G] [C] 碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理 DNA纤维的X-线衍射图谱分析
蛋白质
28S 5.8S 5S 49种
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第三章
核酸的结构和功能
第四节 核酸的理化性质
The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid
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第三章
核酸的结构和功能
一、核酸的一般理化性质
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第三章
核酸的结构和功能
（二） DNA双螺旋结构模型要点
DNA分子由两条相互平行但 走向相反的脱氧多核苷酸 链组成，两链以-脱氧核糖 -磷酸-为骨架，以右手螺 旋方式绕同一公共轴盘。 螺旋直径为2nm，形成大沟 (major groove) 及 小 沟 (minor groove)相间。
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第三章
核酸的结构和功能
OD260的应用
1. DNA或RNA的定量
OD260=1.0相当于
50μg/ml双链DNA
40μg/ml单链DNA（或RNA） 20μg/ml寡核苷酸 2.判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0