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1、第第四四章章 核核酸酸核酸的發(fā)現(xiàn)：核酸的發(fā)現(xiàn)： 1868年，瑞士青年科學(xué)家瑞士青年科學(xué)家 F.MiescherF.Miescher從外科繃帶上膿細(xì)胞的從外科繃帶上膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離得到一種細(xì)胞核中分離得到一種含含磷磷較高的較高的酸酸性物質(zhì)，性物質(zhì)，稱之為核素（稱之為核素（nucleinnuclein）核素實(shí)質(zhì)是一種核糖核蛋白核素實(shí)質(zhì)是一種核糖核蛋白核酸的研究歷史：核酸的研究歷史：18891889年，年，AltmannAltmann首先制備了不含蛋白的核酸制品，首先制備了不含蛋白的核酸制品，并引入并引入“核酸核酸”這一名詞。這一名詞。2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代年代測(cè)定了核酸的化學(xué)組成，并將核

2、酸測(cè)定了核酸的化學(xué)組成，并將核酸分為分為DNADNA和和RNARNA。19431943年，年，E .ChargaffE .Chargaff的工作：嘌呤的工作：嘌呤: :嘧啶嘧啶=1:1=1:1由由此推理出堿基配對(duì)的理論。此推理出堿基配對(duì)的理論。19441944年，年，AveryAvery的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明遺傳的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明遺傳物質(zhì)即為物質(zhì)即為DNADNA。19531953年，年，Watson-CrickWatson-Crick建立了建立了DNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。型。1953 1953 Watson Watson和和CrickCrick提出提出DNADNA

3、結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型19196262年年獲獲得得諾諾貝貝爾爾生生理理學(xué)學(xué)或或醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)(25y)(35y)(35y)19531953年，年，J. WatsonJ. Watson和和F. Crick F. Crick 在前人研究工作的基礎(chǔ)上在前人研究工作的基礎(chǔ)上提出了著名的提出了著名的DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這被認(rèn)為是雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這被認(rèn)為是2020世紀(jì)世紀(jì)中最偉大的成就之一中最偉大的成就之一，給生命科學(xué)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響，給生命科學(xué)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響，并為分子生物學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。并為分子生物學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1958 1958 Crick Crick提出遺傳信息傳遞的提出

4、遺傳信息傳遞的中心法則中心法則19861986年年DulbeccoDulbecco在在ScienceScience上率先提出人類基因組計(jì)劃上率先提出人類基因組計(jì)劃人類基因組人類基因組DNADNA的全序列測(cè)定的全序列測(cè)定 人類細(xì)胞人類細(xì)胞2323對(duì)染色體，人類基因組有對(duì)染色體，人類基因組有3x103x109 9堿基對(duì)。堿基對(duì)。 19901990年美國(guó)政府決定出資年美國(guó)政府決定出資3030億美元，用億美元，用1515年時(shí)間完成。年時(shí)間完成。 中國(guó)中國(guó)19991999年加入，承擔(dān)年加入，承擔(dān)1%1%的任務(wù)的任務(wù)19611961年，年，JacobJacob和和MonodMonod提出提出操縱子學(xué)說(shuō)操縱

5、子學(xué)說(shuō)19661966年，年，NirenbergNirenberg等破譯出等破譯出遺傳密碼遺傳密碼19811981年，年，CechCech發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)核酶核酶（RibozimeRibozime）19831983年，年，SimonsSimons等發(fā)現(xiàn)等發(fā)現(xiàn)反義反義RNARNA2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代，誕生年代，誕生DNADNA重組技術(shù)重組技術(shù)。并誕生基。并誕生基因工程。因工程。2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代開(kāi)始實(shí)施年代開(kāi)始實(shí)施人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃，開(kāi)始，開(kāi)始進(jìn)行基因組學(xué)研究。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)空前發(fā)展。進(jìn)行基因組學(xué)研究。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)空前發(fā)展。核酸以核酸以核苷酸核苷酸為基本結(jié)構(gòu)單位為基本結(jié)構(gòu)單位,

6、 ,按照一定的排列按照一定的排列順序順序, ,以以3 3 ，5 5 - -磷酸二酯鍵相連接磷酸二酯鍵相連接, ,并通過(guò)折疊、并通過(guò)折疊、卷曲形成具有特定生物學(xué)功能的線形或環(huán)形多聚卷曲形成具有特定生物學(xué)功能的線形或環(huán)形多聚核苷酸。核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物有機(jī)體核苷酸。核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物有機(jī)體不可缺少的組成部分。不可缺少的組成部分。核酸是生命遺傳信息的核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者攜帶者和傳遞者，它不僅，它不僅對(duì)于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的保持，生對(duì)于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的保持，生長(zhǎng)發(fā)育，細(xì)胞分化等起著重要的作用，而且與生長(zhǎng)發(fā)育，細(xì)胞分化等起著重要的作用，而且與生物變

7、異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也密切相關(guān)。物變異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也密切相關(guān)。因此，核酸的研究是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)因此，核酸的研究是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。和醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。第一節(jié)第一節(jié) 核酸的種類、分布與功能核酸的種類、分布與功能一、核酸的種類與分布一、核酸的種類與分布（一）核酸的種類（一）核酸的種類（ RNARNA、DNADNA、）、） 核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid-ribonucleic acid-RNARNA）: :轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA(transfer RNA(transfer RNA-RNA-tRNAtRNA) ) 、信使、信使

8、RNA(messenger RNA-RNA(messenger RNA-mRNAmRNA) )、核、核糖體糖體RNARNA（ribosomal RNA-ribosomal RNA-rRNArRNA） 小分子細(xì)胞核小分子細(xì)胞核RNARNA（snRNAsnRNA）、染色質(zhì)）、染色質(zhì)RNARNA（chRNAchRNA）、）、反義反義RNARNA（antisense RNAantisense RNA）、）、雙鏈雙鏈RNARNA（dsRNAdsRNA）、）、細(xì)胞質(zhì)小細(xì)胞質(zhì)小RNARNA（scRNAscRNA）、）、具有催具有催化活性的化活性的RNARNA（ribozymeribozyme）、）、各種病毒

9、各種病毒RNARNA、miRNAmiRNA、siRNAsiRNA雙鏈雙鏈RNARNA經(jīng)酶切后會(huì)形成很多小片段，稱為經(jīng)酶切后會(huì)形成很多小片段，稱為sisiRNARNA，這些小片段一旦與信使，這些小片段一旦與信使RNARNA( (m mRNARNA) )中中的同源序列互補(bǔ)結(jié)合，會(huì)導(dǎo)致的同源序列互補(bǔ)結(jié)合，會(huì)導(dǎo)致m mRNARNA失去功能，失去功能，即不能翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，也就是使基因即不能翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，也就是使基因“沉默沉默”了。了。 _RNAiRNAiRNARNA功能功能 ：三者共同參與遺傳信息的表達(dá)三者共同參與遺傳信息的表達(dá)（參（參與蛋白質(zhì)合成）。與蛋白質(zhì)合成）。RNARNA也可作為遺傳物質(zhì)也可

10、作為遺傳物質(zhì)（病毒繁殖）、（病毒繁殖）、RNARNA具有催化功能具有催化功能（RibozymeRibozyme）、）、RNARNA具有調(diào)節(jié)功能。具有調(diào)節(jié)功能。脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid- deoxyribonucleic acid- DNADNA）功能：功能：遺傳信息的載體，負(fù)責(zé)遺傳信息的貯存和遺傳信息的載體，負(fù)責(zé)遺傳信息的貯存和發(fā)布。發(fā)布。細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)（75%75%）線粒體、葉綠體線粒體、葉綠體（15%15%）細(xì)胞核（細(xì)胞核（10%10%） RNA核質(zhì)區(qū)（擬核）核質(zhì)區(qū)（擬核）質(zhì)粒質(zhì)粒DNA( (染色體以染色體以外的外的DNA)DNA)細(xì)胞

11、核細(xì)胞核（95%95%）線粒體、葉綠體線粒體、葉綠體（5%5%） DNA原核生物原核生物真核生物真核生物（二）核酸的分布（二）核酸的分布二、核酸的生物學(xué)功能二、核酸的生物學(xué)功能（一）一）DNADNA是主要的遺傳物質(zhì)是主要的遺傳物質(zhì)19281928年，英國(guó)科學(xué)家年，英國(guó)科學(xué)家GriffithGriffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌使小鼠死亡發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌使小鼠死亡的原因是引起肺炎。細(xì)菌的的原因是引起肺炎。細(xì)菌的毒性是由細(xì)胞表面中的多糖毒性是由細(xì)胞表面中的多糖所決定的。所決定的。 肺炎球菌有兩種不同的品系：肺炎球菌有兩種不同的品系： * *光滑型（光滑型（S S型型）：有莢膜（多糖類）、致?。河星v膜（多糖

12、類）、致病 * *粗糙型（粗糙型（R R型型）：無(wú)莢膜、不致?。簾o(wú)莢膜、不致?。ㄒ唬┮唬〥NADNA是主要的遺傳物質(zhì)是主要的遺傳物質(zhì)19441944年，年，O.T.AveryO.T.Avery（美）（美）肺炎鏈球菌的肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn), ,首次首次證明證明DNADNA是細(xì)菌遺傳性狀的轉(zhuǎn)化是細(xì)菌遺傳性狀的轉(zhuǎn)化因子。因子。十年后十年后證明證明DNADNA是是遺傳物遺傳物質(zhì)質(zhì)19441944 Avery Avery 等通過(guò)肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明等通過(guò)肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明DNADNA是遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì)orand可分離可分離前前4 4個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與GriffithGriffith相

13、同相同在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將從在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將從S型球菌中提型球菌中提取的核酸、蛋白質(zhì)及多糖分別注射取的核酸、蛋白質(zhì)及多糖分別注射R型小型小鼠，證明了核酸的遺傳轉(zhuǎn)化功能。鼠，證明了核酸的遺傳轉(zhuǎn)化功能。轉(zhuǎn)化作用：轉(zhuǎn)化作用：感受態(tài)的微生物或離體培養(yǎng)的細(xì)感受態(tài)的微生物或離體培養(yǎng)的細(xì)胞獲得外源胞獲得外源DNADNA并產(chǎn)生新的性狀并產(chǎn)生新的性狀特征。特征。（一）一）DNADNA是主要的遺傳物質(zhì)是主要的遺傳物質(zhì)19521952年，美國(guó)冷泉港年，美國(guó)冷泉港 Hershey-ChaseHershey-Chase噬菌體浸染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。噬菌體浸染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。( (侵染大腸桿菌的病毒侵染大腸桿菌的病毒) )3

14、5S32PFig.3-2 The Hershey-Chase experiment. （二）（二）RNARNA生物學(xué)功能生物學(xué)功能RNARNA的功能：的功能：1.1.參與參與( (控制控制) )蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的合成的合成 rRNA(75-80%)rRNA(75-80%) tRNA(10-15%) tRNA(10-15%) mRNA(2-5%) mRNA(2-5%)2.2.遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)3.3.具有生物催化劑功具有生物催化劑功能能4.4.調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)功能: :如如 miRNA,siRNAmiRNA,siRNA等等19441944年，年，O.T.AveryO.T.Avery（美）肺炎鏈（美）肺炎鏈

15、球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)；球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)；19521952年，美國(guó)年，美國(guó)冷泉港冷泉港 Hershey-ChaseHershey-Chase噬菌體浸染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)噬菌體浸染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)（一）（一）DNADNA是主要的遺傳物質(zhì)是主要的遺傳物質(zhì) 遺傳信息的載體，負(fù)責(zé)遺傳信息的貯存和發(fā)布。遺傳信息的載體，負(fù)責(zé)遺傳信息的貯存和發(fā)布。經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：經(jīng)典實(shí)驗(yàn)： 細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：1944， Avery等。等。 噬菌體感染實(shí)驗(yàn)：噬菌體感染實(shí)驗(yàn)： 1952， Hershey &Chase ( (二二)RNA)RNA的功能：的功能： 1.1.參與參與( (控制控制) )蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成: : rRNA(75-8

16、0%) tRNA(10-15%) mRNA(2-5%) snRNA rRNA(75-80%) tRNA(10-15%) mRNA(2-5%) snRNA 參與參與mRNAmRNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄后加工錄后加工 2.2.遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì) 3.3.具有生物催化劑功能具有生物催化劑功能 4.4.調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)功能: :如如 miRNA,siRNAmiRNA,siRNA等等一、核酸的元素組成一、核酸的元素組成 基本元素：基本元素：C H O N C H O N P P 核酸的元素組成有兩個(gè)特點(diǎn)：核酸的元素組成有兩個(gè)特點(diǎn)： 1. 1. 一般不含一般不含S S。 2. P2. P含量較多，并且恒定（含量較多，并且恒

17、定（9%-10%9%-10%）。）。 因此，實(shí)驗(yàn)室中用因此，實(shí)驗(yàn)室中用定磷法定磷法進(jìn)行核酸的進(jìn)行核酸的定量分析。（定量分析。（DNA9.9% DNA9.9% 、RNA9.5%RNA9.5%） 二、核酸的分子組成二、核酸的分子組成核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是一種線性（或環(huán)狀）多聚核）是一種線性（或環(huán)狀）多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸核苷酸。核苷酸本身由核苷酸本身由核苷核苷和和磷酸磷酸組成組成, , 而核苷則由而核苷則由戊糖戊糖和和堿基堿基形成形成 所以，所以， 核酸核酸核苷酸核苷酸磷磷 酸酸核苷核苷戊糖戊糖 堿基堿基OOHH(O)H1 2 NOHHH

18、4 3 CH25 PO-OOO-磷酸磷酸 (phosphoric acid)(phosphoric acid)核苷核苷(nucleoside)(nucleoside)戊糖戊糖(pentose)(pentose)堿基堿基(base)(base)核苷酸核苷酸（一）堿基 核酸中堿基有兩類：核酸中堿基有兩類： 嘌呤堿嘌呤堿 嘧啶堿嘧啶堿 它們是含氮的雜環(huán)化合物，它們是含氮的雜環(huán)化合物，具有弱堿性具有弱堿性1、堿基的種類及結(jié)構(gòu)腺嘌呤腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶6-氨基嘌呤氨基嘌呤2-氨基氨基-6-氧嘌呤氧嘌呤2，4-二氧嘧啶二氧嘧啶5-甲基甲基-2，4-二氧嘧啶二氧嘧啶2-

19、氧氧-4-氨基嘧啶氨基嘧啶基 本 堿 基RNA： A、G、C、U堿基堿基DNA： A、G、C、T堿基堿基 稀有堿基（ tRNA中最多） 核酸中除了5類基本的堿基外，還有一些含量甚少的堿基，稱為稀有堿基，大多數(shù)為甲基化堿基 (P137)。DHUm5Chm5C7-甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基鳥(niǎo)嘌呤ImG次黃嘌呤次黃嘌呤OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脫氧核糖DNADNARNARNARNARNA中修飾戊糖中修飾戊糖D-2-O-甲基核糖甲基核糖戊糖與堿基之間脫水縮合戊糖與堿基之間脫水縮合以以型的型的C-NC-N糖苷鍵糖苷鍵連接連接形成核苷形成核苷。其中其中戊糖與嘌呤之間

20、戊糖與嘌呤之間是戊是戊糖的糖的C C1 1 與嘌呤的與嘌呤的NN9 9脫水縮脫水縮合成合成C C1 1 -N-N9 9糖苷鍵。糖苷鍵。戊糖與嘧啶之間戊糖與嘧啶之間是戊糖的是戊糖的C C 1 1與嘧啶的與嘧啶的NN1 1脫水縮合成脫水縮合成C C1 1 -N-N1 1糖苷鍵。糖苷鍵。（三）核苷胺胺式式亞亞胺胺式式互互變變異異構(gòu)構(gòu)酮酮式式烯烯醇醇式式互互變變異異構(gòu)構(gòu)已公認(rèn)：氫原子在堿基上有固定的位置已公認(rèn)：氫原子在堿基上有固定的位置DNA,RNA中主要的堿基、核苷 戊糖 堿基 核苷 RNA RNA D-D-核糖核糖 A A 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 G G 鳥(niǎo)嘌呤核苷鳥(niǎo)嘌呤核苷 C C 胞嘧啶核苷胞嘧

21、啶核苷 U U 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷DNA DNA D-2-D-2-脫氧核糖脫氧核糖 A A 脫氧腺嘌呤核苷脫氧腺嘌呤核苷 G G 脫氧鳥(niǎo)嘌呤核苷脫氧鳥(niǎo)嘌呤核苷 C C 脫氧胞嘧啶核苷脫氧胞嘧啶核苷 T T 脫氧胸腺嘧啶核苷脫氧胸腺嘧啶核苷核糖核苷脫氧核糖核苷修飾核苷 (P139)核酸中還存在少量修飾核酸中還存在少量修飾核苷，有三種：核苷，有三種： 由由稀有堿基稀有堿基參與，如：參與，如： 5-5-甲基脫氧胞苷，甲基脫氧胞苷， 次黃嘌呤核苷次黃嘌呤核苷 由由稀有戊糖稀有戊糖參與，如：參與，如： 2 2 -O-O-甲基胞苷甲基胞苷 堿基與戊糖連接方式特堿基與戊糖連接方式特殊殊，如：，如： 假尿苷

22、（假尿苷（）C C 1 1-C-C5 5 5-5-甲基脫氧胞苷甲基脫氧胞苷2-O-2-O-甲基胞苷甲基胞苷次黃嘌呤核苷次黃嘌呤核苷假尿苷（假尿苷（） DNADNA的甲基化導(dǎo)致基因沉默的甲基化導(dǎo)致基因沉默胸腺嘧啶核糖核苷胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（稀有核苷（tRNA）核酸的化學(xué)組成核核 酸（酸（nucleic acid)nucleic acid)核苷酸核苷酸(nucleotide(nucleotide) 磷酸磷酸 (phosphoric acid)(phosphoric acid)核苷核苷(nucleoside)(nucleoside) 戊糖戊糖(pentose)(pentose)堿基堿基(bas

23、e)(base)（四）核苷酸核苷中的戊糖羥基被核苷中的戊糖羥基被磷酸磷酸酯化酯化，就形成核，就形成核苷酸。苷酸。核糖有核糖有3 3個(gè)自由羥基，個(gè)自由羥基，可分別被酯化生成可分別被酯化生成2 2 - -，3 3 - -和和5 5 - -核糖核苷酸。核糖核苷酸。脫氧核糖有脫氧核糖有2 2個(gè)自由個(gè)自由羥基，可生成羥基，可生成3 3 - -，5 5 - -脫氧核糖核苷酸。脫氧核糖核苷酸。作為作為DNADNA或或RNARNA結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是5-5-脫氧核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸和5-5-核糖核苷酸。核糖核苷酸。OBOH OHOH2CPOHHOOB=腺嘌呤，鳥(niǎo)嘌呤，胞嘧啶，尿嘧

24、啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHOOOBOH脫氧核糖核苷酸DNA,RNA中主要的堿基、核苷和核苷酸 戊糖 堿基 核苷 核苷酸 RNA D-核糖 A 腺苷 5-腺苷酸（AMP） G 鳥(niǎo)苷 5-鳥(niǎo)苷酸（GMP） C 胞苷 5-胞苷酸（CMP） U 尿苷 5-尿苷酸（UMP） DNA D-2-脫氧核糖 A 脫氧腺苷 5-脫氧腺苷酸（dAMP） G 脫氧鳥(niǎo)苷 5-脫氧鳥(niǎo)苷酸（dGMP） C 脫氧胞苷 5-脫氧胞苷酸（dCMP） T 脫氧胸苷 5-脫氧胸苷酸（dTMP）修飾核苷酸核酸中還含有少量的由核酸中還含有少量的由修飾核苷修飾核苷與磷酸形成的與磷酸形成的核苷酸稱為修飾核苷酸。核苷酸稱為修飾核

25、苷酸。含核苷酸的生物活性物質(zhì)：含核苷酸的生物活性物質(zhì)： NADNAD+ +、NADPNADP+ +、CoA-SHCoA-SH、FAD FAD 等都含有等都含有 AMPAMP 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMPNMP，NDPNDP，NTPNTP 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸: cAMP: cAMP，cGMPcGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOH（五）、核苷酸的衍生物（五）、核苷酸的衍生物NOCH2OOHOHNNNNH2POOHOP OOHOP OOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOP OOHOH核苷四磷酸核苷五磷酸（見(jiàn)P1435）NADP

26、+NAD+（1 1）參與）參與DNADNA、RNARNA的合成、蛋白質(zhì)的合成、糖與的合成、蛋白質(zhì)的合成、糖與磷脂的合成。磷脂的合成。(5(5 -NTP -NTP 和和 5 5 -dNTP -dNTP 分別為分別為RNA, DNARNA, DNA合成的前體。合成的前體。 UTP, CTP, GTPUTP, CTP, GTP分別分別參與糖原、磷脂和蛋白質(zhì)的合成參與糖原、磷脂和蛋白質(zhì)的合成) )（2 2）在能量轉(zhuǎn)化中起重要作用，）在能量轉(zhuǎn)化中起重要作用，ATPATP是生物體內(nèi)是生物體內(nèi)能量的通用貨幣能量的通用貨幣。（3 3）是構(gòu)成多種輔酶的成分：）是構(gòu)成多種輔酶的成分：NADNAD、NADPNADP

27、、FADFAD、FMNFMN和和CoACoA。（4 4）參與細(xì)胞中的代謝與調(diào)節(jié)，）參與細(xì)胞中的代謝與調(diào)節(jié)，作為細(xì)胞之間傳作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。遞信息的信使。 （cAMPcAMP、cGMPcGMP）。）。 核苷酸的生物學(xué)作用核苷酸的生物學(xué)作用（六）多聚核苷酸（六）多聚核苷酸多聚核苷酸多聚核苷酸是通過(guò)核苷酸的是通過(guò)核苷酸的5 5 - -磷酸基與另一磷酸基與另一分子核苷酸的分子核苷酸的C C3 3 -OH-OH形成形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵相連而成相連而成的鏈狀聚合物。的鏈狀聚合物。( (牛脾和蛇毒磷酸二酯酶的水解實(shí)牛脾和蛇毒磷酸二酯酶的水解實(shí)驗(yàn)驗(yàn)) )由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為由脫氧核糖核

28、苷酸聚合而成的稱為DNADNA鏈；鏈；由核糖核苷酸聚合而成的則稱為由核糖核苷酸聚合而成的則稱為RNARNA鏈。鏈。牛脾磷酸二酯酶水解游離出牛脾磷酸二酯酶水解游離出3-核苷酸核苷酸;蛇毒磷酸二酯酶水解游離出蛇毒磷酸二酯酶水解游離出5-核苷酸核苷酸.有方向性有方向性 多聚核苷酸的特點(diǎn)多聚核苷酸的特點(diǎn)在多聚核苷酸中，兩個(gè)核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵通在多聚核苷酸中，兩個(gè)核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵通常稱為常稱為3355磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。多聚核苷酸鏈一端的多聚核苷酸鏈一端的C C5 5帶有一個(gè)自由磷酸基，稱為帶有一個(gè)自由磷酸基，稱為5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5 -P5 -P表示）；另一端表示）

29、；另一端C C3 3帶有自由帶有自由的羥基，稱為的羥基，稱為3-3-羥基端（常用羥基端（常用3 -OH3 -OH表示）。表示）。多聚核苷酸鏈具有方向性多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷酸鏈時(shí)，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是必須注明它的方向是5353或是或是3535。第三節(jié)第三節(jié) 核酸的分子結(jié)構(gòu)核酸的分子結(jié)構(gòu) DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu) DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu) DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu) RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu) RNARNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu) RNARNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)

30、的分子結(jié)構(gòu)（一）（一）DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 1.1.定義：指定義：指DNADNA分子中多個(gè)脫氧核苷酸的排列順序。即數(shù)目龐大分子中多個(gè)脫氧核苷酸的排列順序。即數(shù)目龐大的四種堿基的排列順序。的四種堿基的排列順序。 DNADNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲(chǔ)的分子形式。生物界的堿基順序本身就是遺傳信息存儲(chǔ)的分子形式。生物界物種的物種的多樣性多樣性即寓于即寓于DNADNA分子中四種脫氧核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之分子中四種脫氧核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。中。 2.DNA2.DNA的堿基組成（的堿基組成（ChargaffChargaff定則）：定則）： （1 1）在所有的）在所有的D

31、NADNA中，中，A=TA=T，G=C G=C 即即A+G=T+CA+G=T+C （2 2）DNADNA的堿基組成具有種的特異性，即不同生物物種的的堿基組成具有種的特異性，即不同生物物種的DNADNA具有自己獨(dú)特的堿基組成具有自己獨(dú)特的堿基組成( (以以不對(duì)稱比率不對(duì)稱比率A+T/G+CA+T/G+C表示表示) )，但同一生物體內(nèi)沒(méi)有組織和器官的特異性。但同一生物體內(nèi)沒(méi)有組織和器官的特異性。 A=T,G=CA=T,G=C這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，提示了這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，提示了A A與與T T，G G與與C C之間堿基互補(bǔ)之間堿基互補(bǔ)的可能性。的可能性。3.DNA3.DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法：一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示

32、方法：（1 1）結(jié)構(gòu)式表示法：）結(jié)構(gòu)式表示法： （2 2）線條式表示法：）線條式表示法：（3 3）字母式表示法：）字母式表示法：書(shū)與文獻(xiàn)書(shū)與文獻(xiàn)中中53DNADNA測(cè)序的生物學(xué)意義測(cè)序的生物學(xué)意義 DNADNA是遺傳信息的儲(chǔ)存者和發(fā)布者，遺傳信息是由堿基是遺傳信息的儲(chǔ)存者和發(fā)布者，遺傳信息是由堿基序列體現(xiàn)的，堿基序列略有改變，即可引起遺傳信息的序列體現(xiàn)的，堿基序列略有改變，即可引起遺傳信息的顯著改變。所以顯著改變。所以DNADNA測(cè)序是研究測(cè)序是研究DNADNA功能的基礎(chǔ)，非常重功能的基礎(chǔ)，非常重要。要。 DNADNA測(cè)序的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)序的實(shí)驗(yàn)方法（2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代三大進(jìn)展促年代三大

33、進(jìn)展促進(jìn)了進(jìn)了DNADNA的測(cè)序工作的測(cè)序工作限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)；改進(jìn)多核苷酸片段的電泳分離法；現(xiàn)；改進(jìn)多核苷酸片段的電泳分離法；DNADNA的克的克隆技術(shù)隆技術(shù)） 酶法酶法（雙脫氧鏈終止法（雙脫氧鏈終止法- Sanger - Sanger ）和）和化學(xué)法化學(xué)法（Maxam and Maxam and GilbertGilbert法）法）4.DNA4.DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究方法一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究方法DNADNA的化學(xué)法測(cè)序的化學(xué)法測(cè)序片段片段5 5 - -3232P-GCATGCAT-3P-GCATGCAT-3 待測(cè)待測(cè)DNADNA片段，經(jīng)特異性切割后：片段，經(jīng)特異性切割后：

34、G G+A C C+T3TACGTACG5G切割后： 3232P P 3232P-GCATP-GCATG+A切割后： 3232P-GCP-GC 32 32P-GCATP-GCAT 32 32P-GCATGC P-GCATGC 32 32P PC切割后： 3232P-GP-G 32 32P-GCATGP-GCATGC+T切割后： 3232P-GP-G 32 32P-GCAP-GCA 32 32P-GCATGP-GCATG 3232P-GCATGCAP-GCATGCA雙脫氧鏈雙脫氧鏈終止法終止法- - SangerSanger核酸測(cè)序原理核酸測(cè)序原理2001 年2月16日,人類基因組計(jì)劃（HGP）

35、完成測(cè)出人類全套基因組的 DNA 堿基序列（ 1n: 3 X 109 bp ）目前估計(jì)，3 x 109 bp中 僅 5 編碼蛋白質(zhì) 95 不編碼蛋白質(zhì)1953年年J. Watson和和F. Crick 根據(jù)根據(jù)Chargaff Chargaff 規(guī)律和規(guī)律和DNA DNA 的的NaNa鹽纖維的鹽纖維的X X光衍射分析光衍射分析提出提出了提出了著名的了提出了著名的DNADNA雙螺旋結(jié)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNADNA二級(jí)結(jié)構(gòu)最二級(jí)結(jié)構(gòu)最基本的形式基本的形式。(二) DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)2 2DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1 1）兩條反向平行

36、）兩條反向平行的多脫氧核苷酸鏈的多脫氧核苷酸鏈圍繞同一中心軸以圍繞同一中心軸以右手右手盤(pán)繞成雙螺旋盤(pán)繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋表面結(jié)構(gòu)，螺旋表面 具大溝和小溝。具大溝和小溝。（2 2）嘌呤堿和嘧啶）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)，彼此以于螺旋外側(cè)，彼此以3 -5 3 -5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接，形成連接，形成DNADNA分分子的骨架。堿基環(huán)平子的骨架。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成面成9090角。角。（3 3）螺旋橫截面的）螺旋橫截面的直直徑約為徑約為2 nm2 nm，每條，

37、每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為面之間的距離為0.34 nm0.34 nm，每，每1010個(gè)核個(gè)核苷酸形成一個(gè)螺旋，苷酸形成一個(gè)螺旋，其其螺矩螺矩（即螺旋旋（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）轉(zhuǎn)一圈）高度為高度為3.4 3.4 nmnm。2.0 nm小小溝溝大大溝溝（4 4）雙螺旋內(nèi)部的堿基）雙螺旋內(nèi)部的堿基按規(guī)則配對(duì)，按規(guī)則配對(duì)，堿基堿基的相的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)配對(duì)規(guī)律，即腺嘌呤（規(guī)律，即腺嘌呤（A A）與胸腺嘧啶（與胸腺嘧啶（T T）結(jié)合，）結(jié)合，鳥(niǎo)嘌呤（鳥(niǎo)嘌呤（G G）與胞嘧啶）與胞嘧啶（C C）結(jié)合，這種配對(duì)）結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱為關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。堿基互補(bǔ)。A

38、 A和和T T之間形成兩個(gè)氫之間形成兩個(gè)氫鍵，鍵，G G與與C C之間形成三之間形成三個(gè)氫鍵。個(gè)氫鍵。 雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)關(guān)系。關(guān)系。這種配對(duì)排列源于糖這種配對(duì)排列源于糖- -磷酸根骨磷酸根骨架的空間限制因素架的空間限制因素3.DNA3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的生物學(xué)意義雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的生物學(xué)意義 該模型揭示了該模型揭示了DNADNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價(jià)值的是確認(rèn)了價(jià)值的是確認(rèn)了堿基配對(duì)堿基配對(duì)原則，這是原則，這是DNADNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞

39、和表達(dá)的分子基礎(chǔ), ,它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。推動(dòng)了分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展，被譽(yù)展的基石。推動(dòng)了分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展，被譽(yù)為為2020世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。19621962年，沃森和克里克與莫里斯年，沃森和克里克與莫里斯威爾金斯一起因發(fā)現(xiàn)威爾金斯一起因發(fā)現(xiàn)DNADNA雙螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。結(jié)構(gòu)贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。 4、雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下是很穩(wěn)定的，維持這雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下是很穩(wěn)定的，維持這種穩(wěn)定性的因素包括：種穩(wěn)定性的因素包括：

40、氫鍵氫鍵A=TA=T，GCGC。氫鍵雖然是弱鍵，但大氫鍵雖然是弱鍵，但大量氫鍵的總作用力是很大量氫鍵的總作用力是很大的。的。 堿基形狀扁平，分布于雙螺旋內(nèi)側(cè)。堿基形狀扁平，分布于雙螺旋內(nèi)側(cè)。大量的堿基層層堆積，相鄰堿基的平大量的堿基層層堆積，相鄰堿基的平面十分接近，這樣，芳香環(huán)上面十分接近，這樣，芳香環(huán)上NN原子原子電子云交錯(cuò)產(chǎn)生一定的吸引力，就電子云交錯(cuò)產(chǎn)生一定的吸引力，就是是堿基堆積力堿基堆積力。 堿基呈疏水性，雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成堿基呈疏水性，雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一個(gè)強(qiáng)大的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水一個(gè)強(qiáng)大的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水分子對(duì)堿基之間氫鍵的影響，利于堿分子對(duì)堿基之間氫鍵的影響，利于堿基

41、之間形成氫鍵?；g形成氫鍵。所以堿基堆積力是所以堿基堆積力是DNADNA雙螺旋穩(wěn)定的雙螺旋穩(wěn)定的最主要因素最主要因素。堿基堆積力 另外，各種陽(yáng)離另外，各種陽(yáng)離 子，如多胺，組蛋子，如多胺，組蛋白，白，NaNa+ +,K,K+ +,Mg ,Mg 2+2+能與能與DNADNA分子中分子中帶負(fù)電荷的磷酸基帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)作用，降低了兩團(tuán)作用，降低了兩條條DNADNA鏈之間的鏈之間的靜電排斥力，也有靜電排斥力，也有助于雙螺旋的穩(wěn)定助于雙螺旋的穩(wěn)定改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。2.0 nm小小溝溝大大溝溝DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雙螺旋結(jié)

42、構(gòu)特點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素雙螺旋結(jié)構(gòu)類型雙螺旋結(jié)構(gòu)類型5、二級(jí)結(jié)構(gòu)的其它類型WatsonWatson和和CrickCrick提出的提出的DNADNA雙螺雙螺旋構(gòu)象現(xiàn)在稱為旋構(gòu)象現(xiàn)在稱為B-DNA,B-DNA,它代表它代表DNADNA鈉鹽在相對(duì)濕度鈉鹽在相對(duì)濕度92%92%制得的制得的纖維的結(jié)構(gòu)，比較接近生理?xiàng)l纖維的結(jié)構(gòu)，比較接近生理?xiàng)l件下細(xì)胞內(nèi)大部分件下細(xì)胞內(nèi)大部分DNADNA的構(gòu)象。的構(gòu)象。DNADNA還有其它雙螺旋構(gòu)象類還有其它雙螺旋構(gòu)象類型型: :A,C,D,E,ZA,C,D,E,Z型。另外還有型。另外還有三三股螺旋股螺旋DNADNA。 A-DNAA-DNA DNAD

43、NA鈉鹽在相對(duì)濕度鈉鹽在相對(duì)濕度75%75%以下制得的纖維以下制得的纖維具有不同于具有不同于B-DNAB-DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，稱為的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，稱為A-A-DNADNA。A-DNAA-DNA也是也是反平行雙鏈形成的右手反平行雙鏈形成的右手雙螺旋。雙螺旋。RNA-RNARNA-RNA、RNA-DNARNA-DNA雜交分子具有這種結(jié)雜交分子具有這種結(jié)構(gòu)構(gòu) Z-DNAZ-DNA19781978年，年，RichRich等人將人工合成的六聚體等人將人工合成的六聚體DNADNA片片斷斷d(CGCGCG)d(CGCGCG)制成晶體，并進(jìn)行了制成晶體，并進(jìn)行了X-X-衍射分析，衍射分析，發(fā)現(xiàn)此片斷是發(fā)現(xiàn)此片斷是反

44、平行左手雙螺旋結(jié)構(gòu)反平行左手雙螺旋結(jié)構(gòu)，稱為左，稱為左旋旋DNA ,DNA ,或稱或稱Z-DNAZ-DNA。天然天然B-DNAB-DNA的局部區(qū)域可以形成的局部區(qū)域可以形成Z-DNAZ-DNA( (由于在由于在Z-DNAZ-DNA中磷酸根距離太近中磷酸根距離太近, ,具有相斥作用具有相斥作用, ,則導(dǎo)則導(dǎo)致不穩(wěn)定致不穩(wěn)定-潛在的解鏈位點(diǎn)潛在的解鏈位點(diǎn)) )。 Z-DNAZ-DNA與與B-B-DNADNA可互相轉(zhuǎn)化，并處于某種平衡狀態(tài)，一旦可互相轉(zhuǎn)化，并處于某種平衡狀態(tài)，一旦這種平衡狀態(tài)被破壞，基因表達(dá)可能失控，推這種平衡狀態(tài)被破壞，基因表達(dá)可能失控，推測(cè)測(cè)Z-DNAZ-DNA可能和基因表達(dá)的調(diào)

45、控有關(guān)?？赡芎突虮磉_(dá)的調(diào)控有關(guān)。 三股螺旋DNA （ triplex)DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)除了雙螺旋結(jié)構(gòu)，還存在三條鏈形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)除了雙螺旋結(jié)構(gòu)，還存在三條鏈形成的螺旋結(jié)構(gòu)，即三股螺旋結(jié)構(gòu)。的螺旋結(jié)構(gòu)，即三股螺旋結(jié)構(gòu)。 K. Hoogsteen 1963K. Hoogsteen 1963首先描述了三股螺旋結(jié)構(gòu)首先描述了三股螺旋結(jié)構(gòu)( (Ts-DNATs-DNA) )ts-DNAts-DNATATHoogsteenHoogsteen氫鍵氫鍵Ts-DNATs-DNAH-DNAH-DNACGC+三股螺旋結(jié)構(gòu)三股螺旋結(jié)構(gòu)通常是一條同型寡核苷酸與寡嘧啶通常是一條同型寡核苷酸與寡嘧啶核苷酸核苷酸-

46、-寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝結(jié)合：寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝結(jié)合： 幾種幾種DNA螺旋結(jié)構(gòu)的參數(shù)螺旋結(jié)構(gòu)的參數(shù)類類 型型 堿基傾角堿基傾角 堿基間距堿基間距（nm） 每圈堿基數(shù)每圈堿基數(shù) 螺螺 距距(nm)螺旋直徑螺旋直徑（nm） B-DNA A-DNAZ-DNA 0-1 19-20 9 6o 0.34 0.23 0.380.331 10 11 129.33.32-3.4 2.46-2.53 4.56 3.1 2.0-2.37 2.55 1.8-1.84C-DNAD-DNAtsDNA A-DNAA-DNA噬菌體噬菌體174DNA為單鏈為單鏈核酸的化學(xué)組成與分子組成核酸的化學(xué)組成與分子組成核酸的分子

47、結(jié)構(gòu)核酸的分子結(jié)構(gòu) DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu) DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)及類型、維持二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的二級(jí)結(jié)構(gòu)及類型、維持二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用力（的作用力（B-DNAB-DNA）復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)P156:回文結(jié)構(gòu)和鏡像重復(fù)回文結(jié)構(gòu)和鏡像重復(fù)1、定義、定義： DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指的三級(jí)結(jié)構(gòu)指DNADNA分子（雙螺旋）通過(guò)分子（雙螺旋）通過(guò)扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象。包括不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象。包括不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間、單鏈與二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及間、單鏈與二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNADNA的拓?fù)涞耐負(fù)涮卣?。特征。超螺旋是超螺旋是DNADNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的一種類型。超螺旋即三級(jí)

48、結(jié)構(gòu)的一種類型。超螺旋即DNADNA雙螺旋的螺旋。雙螺旋的螺旋。超螺旋超螺旋是是DNADNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式（三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式（- -雙螺旋的螺旋）雙螺旋的螺旋）（三） DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)B-DNAB-DNA雙螺旋中每雙螺旋中每1010個(gè)核苷酸長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)個(gè)核苷酸長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)一周，這時(shí)雙螺旋中沒(méi)有張力，處于能一周，這時(shí)雙螺旋中沒(méi)有張力，處于能量最低狀態(tài)。量最低狀態(tài)。當(dāng)將此線型當(dāng)將此線型DNADNA連接成環(huán)狀時(shí)，此環(huán)狀連接成環(huán)狀時(shí)，此環(huán)狀DNADNA為為松弛型松弛型。超螺旋的形成以一段由以一段由260260個(gè)堿基對(duì)組成的線型個(gè)堿基對(duì)組成的線型B-DNAB-DNA（螺周數(shù)（螺周數(shù)260/10.4=252

49、60/10.4=25）為例）為例如果將這種正常雙螺旋擰松兩周，如果將這種正常雙螺旋擰松兩周，就會(huì)使雙螺旋內(nèi)的原子偏離正常位就會(huì)使雙螺旋內(nèi)的原子偏離正常位置，產(chǎn)生張力。置，產(chǎn)生張力。如果雙螺旋的末端是開(kāi)放的，則張如果雙螺旋的末端是開(kāi)放的，則張力可通過(guò)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)而釋放出來(lái)，力可通過(guò)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)而釋放出來(lái)，DNADNA將恢復(fù)正常的雙螺旋狀態(tài)。將恢復(fù)正常的雙螺旋狀態(tài)。但若擰松兩周后再連成環(huán)狀，則張力按兩種但若擰松兩周后再連成環(huán)狀，則張力按兩種方式分布方式分布 。生物體內(nèi)絕大多數(shù)的生物體內(nèi)絕大多數(shù)的DNADNA都以超螺旋形式存在都以超螺旋形式存在(2)幾個(gè)拓?fù)鋵W(xué)名詞：幾個(gè)拓?fù)鋵W(xué)名詞： 連環(huán)數(shù)連環(huán)數(shù)(linki

50、ng number，L)：指一條鏈以右手螺旋：指一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈的次數(shù)。繞另一條鏈的次數(shù)。 扭轉(zhuǎn)數(shù)扭轉(zhuǎn)數(shù)（twisting number,T）：）：Watson-Crick 螺螺旋數(shù)目。旋數(shù)目。 超螺旋數(shù)超螺旋數(shù)（纏繞數(shù)，（纏繞數(shù)，writhing number, W）L= T+ WW0, 即即L0, 即即LT, 正超螺旋（右手）正超螺旋（右手）解鏈環(huán)形解鏈環(huán)形L=23L=23T=23T=23W=0W=0松弛環(huán)形松弛環(huán)形L=25L=25T=25T=25W=0W=0負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋L=23L=23T25T25W=-2W=-2 DNADNA分子相同，但分子相同，但L L值值不同，所以稱它

51、們?yōu)橥負(fù)洚悩?gòu)體。不同，所以稱它們?yōu)橥負(fù)洚悩?gòu)體。拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶能夠催化它們之間的轉(zhuǎn)換。能夠催化它們之間的轉(zhuǎn)換。 (3).(3).比連環(huán)差比連環(huán)差比連環(huán)差以比連環(huán)差以 表示。用它表示表示。用它表示DNADNA的超螺旋程度。的超螺旋程度。 = =（L-LL-L0 0）/L/L0 0 L L0 0表示松弛環(huán)形表示松弛環(huán)形DNADNA的的L L值，如在上述超螺旋中，值，如在上述超螺旋中，L=23L=23，L L0 0=25 =25 所以所以 =-0.08 =-0.08 可以視為可以視為DNADNA的超螺旋密度的超螺旋密度。天然。天然DNADNA的超螺旋密度的超螺旋密度一般在一般在-0.03-0.0

52、3到到-0.09-0.09。負(fù)號(hào)表示超螺旋周為。負(fù)號(hào)表示超螺旋周為左手螺旋。左手螺旋。 DNADNA負(fù)超螺旋易于解鏈，在負(fù)超螺旋易于解鏈，在DNADNA復(fù)制、重組和復(fù)制、重組和轉(zhuǎn)錄等過(guò)程中都需要兩條鏈解開(kāi)，所以負(fù)超轉(zhuǎn)錄等過(guò)程中都需要兩條鏈解開(kāi)，所以負(fù)超螺旋利于這些功能的實(shí)施；螺旋利于這些功能的實(shí)施；另外超螺旋結(jié)構(gòu)的另外超螺旋結(jié)構(gòu)的DNADNA具有更緊密結(jié)構(gòu)，利于具有更緊密結(jié)構(gòu)，利于組裝。組裝。(3) (3) 超螺旋的生物學(xué)意義超螺旋的生物學(xué)意義天然天然DNADNA主要以負(fù)超螺旋形式存在。主要以負(fù)超螺旋形式存在。2.0 nm小小溝溝大大溝溝DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（4 4）雙螺旋

53、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素（3）雙螺旋結(jié)構(gòu)類型雙螺旋結(jié)構(gòu)類型（A/B B/C/D/Z Z/H H）DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)：的一級(jí)結(jié)構(gòu)： ChargaffChargaff定則；測(cè)序意義定則；測(cè)序意義DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)：的三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺旋超螺旋真核生物真核生物 DNADNA（線形雙鏈）的三級(jí)結(jié)構(gòu)（線形雙鏈）的三級(jí)結(jié)構(gòu)Fig.3-8 Structure of DNA(146bp)wrapped around a nucleosome core. The DNA is bound in a left-handed solenoidal supercoil that circumnaviga

54、tes the histone complex 1.8 times.146bpDNA以以左手螺旋左手螺旋在在組蛋白核心組蛋白核心上纏繞上纏繞1.8圈。圈。 RNARNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 19651965年年HolleyHolley第一個(gè)測(cè)定了第一個(gè)測(cè)定了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)核酵母丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸糖核酸為為7777個(gè)核苷酸順序。個(gè)核苷酸順序。19811981年我國(guó)第一個(gè)成功的用人工合成了該年我國(guó)第一個(gè)成功的用人工合成了該tRNAtRNA，證實(shí)了核酸結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果是正確的。證實(shí)了核酸結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果是正確的。19761976年測(cè)定了年測(cè)定了53965396個(gè)核苷酸組成的噬菌體個(gè)核苷酸組成的噬菌體MS

55、2RNAMS2RNA 的核苷酸順序。的核苷酸順序。二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（一）（一）RNARNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) RNARNA一級(jí)結(jié)構(gòu)研究最多的是一級(jí)結(jié)構(gòu)研究最多的是tRNAtRNA、rRNArRNA以及一些小分子的以及一些小分子的RNARNA。組成。組成RNARNA的核苷酸也是以的核苷酸也是以3 -5 3 -5 磷磷酸二酯鍵連接。其中酸二酯鍵連接。其中1.tRNA1.tRNA一級(jí)結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：一級(jí)結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：分子量分子量2500025000左右，大約由左右，大約由70709090個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)為個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S4S左左右。右。分子中

56、含有較多的修飾成分。分子中含有較多的修飾成分。3-3-末端都具有末端都具有CpCpAOHCpCpAOH的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。 5 5 端多為端多為pG,pG,也有也有pCpC。tRNAtRNA概述概述（轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNARNA，transfer RNA-transfer RNA-tRNAtRNA） 約占總約占總RNARNA的的10-15%10-15%。它在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息，它在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息，并將相應(yīng)的氨基酸并將相應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖核蛋白體的作到核糖核蛋白體的作用。用。已知每一個(gè)氨基酸至少有一個(gè)相應(yīng)的已知每一個(gè)氨基酸至少有一個(gè)相應(yīng)的tRNAtRNA。tRNAtRN

57、A分子的大小很相似，鏈長(zhǎng)一般在分子的大小很相似，鏈長(zhǎng)一般在73-9373-93個(gè)核苷酸之間。個(gè)核苷酸之間。2.mRNA2.mRNA（信使信使RNARNA，messenger RNA-messenger RNA-mRNAmRNA) )約占總約占總RNARNA的的5%5%。不同細(xì)胞的不同細(xì)胞的mRNAmRNA的鏈長(zhǎng)和分子量差異很大。的鏈長(zhǎng)和分子量差異很大。它的功能是將它的功能是將DNADNA的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)，的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。m mRNARNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)真核：真核：?jiǎn)雾樂(lè)醋?、單順?lè)醋印?5 5 - -末端有末端有“帽子帽子” 、 3

58、 3 - -末端有末端有polyApolyA片段片段 有非編碼區(qū)有非編碼區(qū) 有非編碼區(qū)有非編碼區(qū)原核：原核：多順?lè)醋佣囗樂(lè)醋?5 5 - -末端無(wú)末端無(wú)“帽子帽子” 、 3 3 - -末端末端 無(wú)無(wú)polyApolyA片段片段 （病毒除外）（病毒除外） 有非編碼區(qū)有非編碼區(qū) 有非編碼區(qū)有非編碼區(qū)順?lè)醋樱喉樂(lè)醋樱?mRNAmRNA上具有翻譯功能的核苷酸順序。上具有翻譯功能的核苷酸順序。polyApolyA片段：片段：指指20-25020-250個(gè)多聚腺苷酸。個(gè)多聚腺苷酸?！懊弊用弊印苯Y(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 5 5 - -末端有末端有7-7-甲基化鳥(niǎo)苷三磷酸甲基化鳥(niǎo)苷三磷酸，通過(guò)，通過(guò)焦磷酸與另一個(gè)核苷酸上

59、核糖（甲基化）以焦磷酸與另一個(gè)核苷酸上核糖（甲基化）以5 5 、 5 5 - -三磷酸相連。三磷酸相連。mRNA5mRNA5 - -末端的末端的“帽子帽子”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) m7G 5 ppp 5 Np (O型) m7G 5 ppp 5 NmpNp (I型) m7G 5 ppp 5 NmpNmpNp (II型) (P70)可能功能：可能功能：抗核酸酶的水解；與蛋白質(zhì)合成起始有抗核酸酶的水解；與蛋白質(zhì)合成起始有關(guān)；作為關(guān)；作為mRNAmRNA與核糖體與核糖體40S40S亞基結(jié)合的信號(hào)。亞基結(jié)合的信號(hào)。mRNA5mRNA5 - -末端的末端的“帽子帽子”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)( (轉(zhuǎn)錄后加上去的轉(zhuǎn)錄后加上去的) ) m

60、7G 5ppp 5 Np (O型) m7G 5ppp 5 NmpNp (I型) m7G 5ppp 5 NmpNmpNp (II型) 5 5 7O-CH3331指指5 5端核糖端核糖甲基化的情況甲基化的情況5 5 ，5 5 - -三磷酸相連接三磷酸相連接極大多數(shù)真核細(xì)胞極大多數(shù)真核細(xì)胞mRNAmRNA在在3 3 - -末端有一段長(zhǎng)約末端有一段長(zhǎng)約200200核苷酸的核苷酸的polyApolyA。polyApolyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyApolyA聚合酶聚合酶的作用而添加上去的。的作用而添加上去的。原核生物的原核生物的mRNAmRNA一般無(wú)一般無(wú)polyApolyA，但某些病毒，但某些

61、病毒mRNAmRNA也也有有3 3 -polyA,-polyA,polyApolyA可能有多方面功能：可能有多方面功能： 與與mRNAmRNA從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關(guān)；與從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關(guān)；與mRNAmRNA的的半壽期有關(guān)，新合成的半壽期有關(guān)，新合成的RNARNA其其polyApolyA鏈較長(zhǎng)，而衰鏈較長(zhǎng)，而衰老的老的mRNAmRNA，polyApolyA鏈縮短；抵抗核酸外切酶降解鏈縮短；抵抗核酸外切酶降解mRNA.mRNA.3.rRNA 3.rRNA ( (核糖體核糖體RNARNA，ribosomal RNA-ribosomal RNA-rRNArRNA）約占全部約占全部RNARN

62、A的的80%80%，是核糖核蛋白體的主要組成部分。是核糖核蛋白體的主要組成部分。rRNA rRNA 的功能與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)，可分別與的功能與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)，可分別與 mRNAmRNA、tRNAtRNA作用，催化肽鍵的形成。作用，催化肽鍵的形成。(1992(1992年年,H.F.Noller,H.F.Noller等證明等證明23SrRNA23SrRNA有核酶活性有核酶活性, ,催化催化肽鍵的形成肽鍵的形成) )（見(jiàn)蛋白質(zhì)生物合成見(jiàn)蛋白質(zhì)生物合成）rRNA動(dòng)物細(xì)胞核糖體動(dòng)物細(xì)胞核糖體rRNArRNA有四類：有四類：5SrRNA5SrRNA，5.8SrRNA5.8SrRNA，18SrRNA1

63、8SrRNA，28SRNA28SRNA。許多。許多rRNArRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)及由一級(jí)結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出的一級(jí)結(jié)構(gòu)及由一級(jí)結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出來(lái)的二級(jí)結(jié)構(gòu)都已闡明，但是對(duì)許多來(lái)的二級(jí)結(jié)構(gòu)都已闡明，但是對(duì)許多rRNArRNA的功能迄今仍不十分清楚。與的功能迄今仍不十分清楚。與tRNAtRNA不同，不同，rRNArRNA的甲基化多發(fā)生在核的甲基化多發(fā)生在核糖上。糖上。真核生物的真核生物的rRNArRNA中修飾核苷比中修飾核苷比原核生物多。原核生物多。rRNArRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)rRNArRNA是單鏈分子是單鏈分子G-CG-C堿基對(duì)與堿基對(duì)與A-UA-U堿基對(duì)的總量不等堿基對(duì)的總量不等rRNArRNA單鏈分子可

64、以自行折疊單鏈分子可以自行折疊, ,形成螺旋區(qū)（形成螺旋區(qū)（莖莖）和環(huán)區(qū)）和環(huán)區(qū), ,所有的螺旋區(qū)和環(huán)區(qū)都是保守的所有的螺旋區(qū)和環(huán)區(qū)都是保守的所有來(lái)源的所有來(lái)源的rRNArRNA都有四個(gè)結(jié)構(gòu)域都有四個(gè)結(jié)構(gòu)域, ,每個(gè)結(jié)構(gòu)域中都包括每個(gè)結(jié)構(gòu)域中都包括有有莖和環(huán)莖和環(huán), ,他們通過(guò)堿基對(duì)的相互作用彼此靠近他們通過(guò)堿基對(duì)的相互作用彼此靠近絕大多數(shù)絕大多數(shù)rRNArRNA堿基的功能仍不清楚堿基的功能仍不清楚, ,其中許多沒(méi)有配對(duì)其中許多沒(méi)有配對(duì)的堿基可能和的堿基可能和rRNArRNA與其他與其他RNARNA結(jié)合有關(guān)結(jié)合有關(guān)由于由于rRNArRNA分子的柔性很大分子的柔性很大, ,目前對(duì)之三級(jí)結(jié)構(gòu)的研究較目前對(duì)之三級(jí)結(jié)構(gòu)的研究較困難困難5月8日作業(yè)分子跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?，以Glucose轉(zhuǎn)運(yùn)為例。（動(dòng)畫(huà)，講演）。DNA電泳的原理和DNA純度評(píng)估方法。DNA與RNA的比較（列表，包含化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能，理化性質(zhì)差異）。以丙酮酸脫氫酶體系為例，說(shuō)明各類輔酶的作用（圖示）。