核酸的讲义结构与功能
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（4）双螺旋的表面含有明显的大沟和小沟（，其宽度分别为 2.2nm和1.2nm；
（5）双螺旋的其它常数包括相邻碱基对距离为0.34nm，并相差 约36°。螺旋的直经为2nm，每一转完整的螺旋含有10个碱 基对，其高度为3.4nm。
AT和GC碱基对的配对性质
B-型DNA双螺旋结构的主要特征
DNA双螺旋结构的证据
全称 信使RNA 转移RNA 核糖体RNA 核小RNA 核仁小RNA 7S长RNA 转移信使RNA 信使干扰互补RNA 指导RNA 病毒RNA 干扰RNA
核酶
功能 翻译模板 携带氨基酸，参与翻译 核糖体组分，参与翻译 参与真核mRNA前体的剪接 参与真核rRNA前体的后加工 参与蛋白质的定向和分泌 兼有mRNA和tRNA的功能 调节mRNA的翻译 参与真核mRNA的编辑 作为RNA病毒的遗传物质 调节基因的表达
极度窄、很深
糖苷键构象
反式
反式
C为反式，G为顺
式
糖环折叠 存在
C3′内式
C2′内式
嘧啶C2′内式，嘌呤
C3′内式
双 链 RNA ， 双链DNA（高湿度，嘧啶和嘌呤交替存
RNA/DNA 杂 交 92％）
在 的 双 链 DNA 或
双链，低湿度
DNA链上嘧啶和嘌
DNA（75％）
呤交替存在的区域
Z-DNA
精品jing
核酸的结构与功能
核酸的分类
DNA —— 一种类型，一种功能 RNA —— 多种类型，多种功能
编码RNA和非编码 (NcRNA)
DNA和RNA的结构异同
性质
RNA
戊糖
D-核糖
碱基
A、G、C、U
多聚核苷酸链的数 目
双螺旋
多为单链 A型
种类
多种
功能
功能多样
DNA 2′-D-脱氧核糖 A、G、C、T
多为双链
B型和Z型 只有一种 一种功能:充当遗传物质
碱溶液下的稳定性 不稳定，很容易水解
稳定
wenku.baidu.com
英文缩写 mRNA tRNA rRNA SnRNA SnoRNA 7SLRNA tmRNA micRNA gRNA vRNA RNAi
（microRNA
和siRNA)
Ribozyme
Y RNA
Xist RNA
（1）X射线衍射数据 （2）Chargaff 规则 （3）碱基的互变异构
双螺旋稳定的因素
（1）氢键 氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对 双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性 作用的是碱基的堆集力。
（2）碱基堆集力 这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它 包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相邻 碱基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之 间>嘌呤与嘧啶之间>嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化 能提高碱基的堆积力。
（3）阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和。
DNA双螺旋的ABZs
A-DNA
小沟 大沟
A-RNA
A型双螺旋、B型双螺旋和Z型双螺旋的比较
A型双螺旋
B型双螺旋
Z型双螺旋
外形
短而宽
长而瘦
长而细
每 碱 基 对 上 升 距 0.23nm
0.332±0.19nm 0.38nm
离
螺旋直经
2.55nm
2.37nm
由Alex Rich发现
存在于DNA富含G:C的区域 G为顺式构象 C 保持反式，但整个胞苷酸（碱基和
脱氧核糖）翻转180度 结果是 G:C 氢键在Z-DNA中得以保持!
DNA的非标准二级结构
细胞内的DNA在特殊的条件下还可能形成其它几种非标准的二级 结构。这些特殊的条件包括：DNA受到某些蛋白质的作用（如组 蛋白）；DNA本身所具有的特殊基序，例如反向重复序列，回文 结构，镜像重复，直接重复，高嘌呤序列，高嘧啶序列，富含A 序列和富含G序列。
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 螺旋和三螺 旋等
B型双螺旋
DNA二级结构的主要形式为James Watson和Francis Crick于 1953年提出的B型双螺旋，其主要内容是：
（1）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；
存在 所有的细胞
同上 同上 真核细胞 真核细胞 真核细胞 原核细胞 原核细胞 某些真核细胞 RNA病毒 真核细胞
催化特定的生化反应
不明，与细胞质某些特殊的蛋 白质形成核糖核酸蛋白复合物
原核细胞、真核细胞 和某些RNA病毒
脊椎动物
调节雌性哺乳动物一条X染色体 哺乳动物 转变成巴氏小体
核酸的一级结构
什么是一级结构？ 如何表示一级结构？ 如何确定一级结构?
构成DNA和RNA核苷酸的结构和连接方式
DNA & RNA 的差别?
为什么DNA含有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。
DNA & RNA 的差别?
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。
为什么DNA通常是双链的,RNA通 常是单链的?
互补的双链结构使DNA很容易进行复 制、修复和重组 单链的结构使得RNA能够形成丰富多 彩的三维结构
RNA一级结构的测定
目前用来测定RNA一级结构的方法主要 有：（1）先使用逆转录酶将待测RNA逆 转录成cDNA，然后再使用Sanger的末 端终止法进行测定；（2）用化学或/和 酶学方法对放射性同位素标记的RNA进 行部分消化后，再进行聚丙烯酰胺电泳 分析；（3）质谱法
（2）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，碱基配对规则是一条链上的A总是与另一条链 的T，G总是和C以氢键配对。其中AT碱基对有二个氢键， GC碱基对有3个氢键；
（3）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；
1.84nm
螺旋方向
右手
右手
左手
螺旋内每重复单 1
1
2
位的bp数
每圈bp数
～11
～10
12
碱基夹角
32.7°
34.6°
60°/2
螺距
2.46nm
3.32nm
4.56nm
碱基对倾角
＋19°
1.2°±4.1°
－9°
螺旋轴位置
大沟
穿过碱基对
小沟
大沟
极度窄、很深 很宽，深度中等 平坦
小沟
很宽、浅
窄，深度中等
（5）双螺旋的其它常数包括相邻碱基对距离为0.34nm，并相差 约36°。螺旋的直经为2nm，每一转完整的螺旋含有10个碱 基对，其高度为3.4nm。
AT和GC碱基对的配对性质
B-型DNA双螺旋结构的主要特征
DNA双螺旋结构的证据
全称 信使RNA 转移RNA 核糖体RNA 核小RNA 核仁小RNA 7S长RNA 转移信使RNA 信使干扰互补RNA 指导RNA 病毒RNA 干扰RNA
核酶
功能 翻译模板 携带氨基酸，参与翻译 核糖体组分，参与翻译 参与真核mRNA前体的剪接 参与真核rRNA前体的后加工 参与蛋白质的定向和分泌 兼有mRNA和tRNA的功能 调节mRNA的翻译 参与真核mRNA的编辑 作为RNA病毒的遗传物质 调节基因的表达
极度窄、很深
糖苷键构象
反式
反式
C为反式，G为顺
式
糖环折叠 存在
C3′内式
C2′内式
嘧啶C2′内式，嘌呤
C3′内式
双 链 RNA ， 双链DNA（高湿度，嘧啶和嘌呤交替存
RNA/DNA 杂 交 92％）
在 的 双 链 DNA 或
双链，低湿度
DNA链上嘧啶和嘌
DNA（75％）
呤交替存在的区域
Z-DNA
精品jing
核酸的结构与功能
核酸的分类
DNA —— 一种类型，一种功能 RNA —— 多种类型，多种功能
编码RNA和非编码 (NcRNA)
DNA和RNA的结构异同
性质
RNA
戊糖
D-核糖
碱基
A、G、C、U
多聚核苷酸链的数 目
双螺旋
多为单链 A型
种类
多种
功能
功能多样
DNA 2′-D-脱氧核糖 A、G、C、T
多为双链
B型和Z型 只有一种 一种功能:充当遗传物质
碱溶液下的稳定性 不稳定，很容易水解
稳定
wenku.baidu.com
英文缩写 mRNA tRNA rRNA SnRNA SnoRNA 7SLRNA tmRNA micRNA gRNA vRNA RNAi
（microRNA
和siRNA)
Ribozyme
Y RNA
Xist RNA
（1）X射线衍射数据 （2）Chargaff 规则 （3）碱基的互变异构
双螺旋稳定的因素
（1）氢键 氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对 双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性 作用的是碱基的堆集力。
（2）碱基堆集力 这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它 包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相邻 碱基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之 间>嘌呤与嘧啶之间>嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化 能提高碱基的堆积力。
（3）阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和。
DNA双螺旋的ABZs
A-DNA
小沟 大沟
A-RNA
A型双螺旋、B型双螺旋和Z型双螺旋的比较
A型双螺旋
B型双螺旋
Z型双螺旋
外形
短而宽
长而瘦
长而细
每 碱 基 对 上 升 距 0.23nm
0.332±0.19nm 0.38nm
离
螺旋直经
2.55nm
2.37nm
由Alex Rich发现
存在于DNA富含G:C的区域 G为顺式构象 C 保持反式，但整个胞苷酸（碱基和
脱氧核糖）翻转180度 结果是 G:C 氢键在Z-DNA中得以保持!
DNA的非标准二级结构
细胞内的DNA在特殊的条件下还可能形成其它几种非标准的二级 结构。这些特殊的条件包括：DNA受到某些蛋白质的作用（如组 蛋白）；DNA本身所具有的特殊基序，例如反向重复序列，回文 结构，镜像重复，直接重复，高嘌呤序列，高嘧啶序列，富含A 序列和富含G序列。
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 螺旋和三螺 旋等
B型双螺旋
DNA二级结构的主要形式为James Watson和Francis Crick于 1953年提出的B型双螺旋，其主要内容是：
（1）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；
存在 所有的细胞
同上 同上 真核细胞 真核细胞 真核细胞 原核细胞 原核细胞 某些真核细胞 RNA病毒 真核细胞
催化特定的生化反应
不明，与细胞质某些特殊的蛋 白质形成核糖核酸蛋白复合物
原核细胞、真核细胞 和某些RNA病毒
脊椎动物
调节雌性哺乳动物一条X染色体 哺乳动物 转变成巴氏小体
核酸的一级结构
什么是一级结构？ 如何表示一级结构？ 如何确定一级结构?
构成DNA和RNA核苷酸的结构和连接方式
DNA & RNA 的差别?
为什么DNA含有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。
DNA & RNA 的差别?
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。
为什么DNA通常是双链的,RNA通 常是单链的?
互补的双链结构使DNA很容易进行复 制、修复和重组 单链的结构使得RNA能够形成丰富多 彩的三维结构
RNA一级结构的测定
目前用来测定RNA一级结构的方法主要 有：（1）先使用逆转录酶将待测RNA逆 转录成cDNA，然后再使用Sanger的末 端终止法进行测定；（2）用化学或/和 酶学方法对放射性同位素标记的RNA进 行部分消化后，再进行聚丙烯酰胺电泳 分析；（3）质谱法
（2）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，碱基配对规则是一条链上的A总是与另一条链 的T，G总是和C以氢键配对。其中AT碱基对有二个氢键， GC碱基对有3个氢键；
（3）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；
1.84nm
螺旋方向
右手
右手
左手
螺旋内每重复单 1
1
2
位的bp数
每圈bp数
～11
～10
12
碱基夹角
32.7°
34.6°
60°/2
螺距
2.46nm
3.32nm
4.56nm
碱基对倾角
＋19°
1.2°±4.1°
－9°
螺旋轴位置
大沟
穿过碱基对
小沟
大沟
极度窄、很深 很宽，深度中等 平坦
小沟
很宽、浅
窄，深度中等