核酸的结构ppt课件

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1、1;.2核酸（核酸（DNA和和RNA）是）是线性多聚核苷酸，线性多聚核苷酸，基本结构单元是核苷酸基本结构单元是核苷酸DNA与与RNA结构相似，组成成份上略有不同结构相似，组成成份上略有不同3核酸的组成核酸的组成核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基水水解解4核核 酸酸代表戊糖，对代表戊糖，对DNADNA而言为而言为脱氧核糖脱氧核糖，对，对RNARNA而言为而言为核糖核糖；代表代表碱基碱基 代表代表磷酸基磷酸基核苷酸核苷酸5（一）（一）碱基碱基嘌呤碱：腺嘌呤、鸟嘌呤嘌呤碱：腺嘌呤、鸟嘌呤嘧啶碱：胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶嘧啶碱：胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶稀有碱基：稀有碱基：6 嘌呤环嘌

2、呤环 嘧啶环嘧啶环7（1）嘌呤碱）嘌呤碱8（2）嘧啶碱）嘧啶碱(uracil)(cytosine)(thymine)9尿嘧啶尿嘧啶 U胸腺嘧啶胸腺嘧啶 T胞嘧啶胞嘧啶 C鸟嘌呤鸟嘌呤 G腺嘌呤腺嘌呤 A 10胺式胺式亚胺式互亚胺式互变异构变异构11酮式烯醇酮式烯醇式互变异式互变异构构12（3）稀有碱基）稀有碱基1314（二）核苷：核糖（二）核苷：核糖+碱基碱基lDNA含含-D-2-脱氧核糖脱氧核糖lRNA含含-D-核糖核糖OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖15糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键：键：C-NC-N糖苷键，且都是糖苷键，且

3、都是糖苷键。糖苷键。C1C1N1N1（嘧啶）（嘧啶）C1C1N9N9（嘌呤）（嘌呤）碱基与糖环平面垂直。碱基与糖环平面垂直。16胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2171819 稀有核苷：稀有核苷：1 1、2-0-甲基甲基-核糖核糖-核苷核苷 2、稀有碱基、稀有碱基 DHU 3、连接方式、连接方式 （假尿嘧啶核苷）（假尿嘧啶核苷）20假尿苷，假尿苷，pseudouridine，212223（三）（三）核苷酸核苷酸磷酸碱基戊

4、糖2425NNNNNHHNHNHOOOOHOHOHOHCH2POHOOO26核苷酸核苷酸碱基连接（核苷键）碱基连接（核苷键）酯酯 键键（对（对DNA为为H）27282930八种核苷酸八种核苷酸RNA的名称为单的名称为单/二二/三苷酸，三苷酸，DNA在单在单/二二/三前加脱氧两字。三前加脱氧两字。如如AMP称腺苷一磷酸称腺苷一磷酸(或腺苷酸）或腺苷酸）dAMP称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）稀有核苷酸与上类似稀有核苷酸与上类似腺腺嘌嘌呤呤 A鸟鸟嘌嘌呤呤 G胞胞嘧嘧啶啶 C尿尿嘧嘧啶啶 U胸胸腺腺嘧嘧啶啶 TRNA AMPGMPCMPUMP未未发发现现DNAdAM

5、PdGMPdCMP未未发发现现dTMP3132333435（四四）核苷酸的衍生物）核苷酸的衍生物生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。（1）ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷(ATP)36ATP的性质的性质是重要的能量转换中间体是重要的能量转换中间体ATP含两个高能磷酸键：水解时含两个高能磷酸键：水解时 可释放大量自由能，可释放大量自由能，推动体内各种需能反应。推动体内各种需能反应。ATP也是磷酰化剂：磷酰化的底物具较高能量（活化也是磷酰化剂：磷

6、酰化的底物具较高能量（活化分子），是许多生物化学反应的激活步骤分子），是许多生物化学反应的激活步骤。37(2)GTP(鸟嘌呤核糖核苷三磷酸鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)生物体内游离存在生物体内游离存在，也是一种高能化合物，也是一种高能化合物具有类似具有类似ATP的结构的结构主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体在许多情况下在许多情况下,ATP 和和 GTP 可以相互转换可以相互转换38（3）cAMP 和和 cGMPcAMP 3,5环腺嘌呤核苷一磷酸环腺嘌呤核苷一磷酸cGMP 3,5-环鸟嘌呤核苷一磷酸环鸟嘌呤核苷一磷酸细胞间信使细胞间信使cAMP 和和 cGMP 的环状磷酯键

7、是一个高能键：的环状磷酯键是一个高能键：pH 7.4时水解时水解能约为能约为43.9 kJ/mol，比，比 ATP 水解能高得多。水解能高得多。3940DNADNA一级结构是指一级结构是指DNADNA上的核苷酸排列顺序。上的核苷酸排列顺序。(核苷酸相当于氨基酸、单糖的角色）核苷酸相当于氨基酸、单糖的角色）（一）（一）DNA的一级结构的一级结构413，5-磷酸二酯键磷酸二酯键354243（1 1）核苷酸间以）核苷酸间以3-53-5磷酸二酯键相连磷酸二酯键相连（2 2）一端称为）一端称为5-5-磷酸端（磷酸端（5 5-P-P表示）表示）一端称为一端称为3-3-羟基端（羟基端（3 3-OH-OH表示

8、）表示）（3 3）多聚核苷酸链具有方向性，表示时，）多聚核苷酸链具有方向性，表示时，需注明方向：需注明方向：5353或是或是353544DNA一级结构的简写形式戊糖P53首端首端末端末端PPPPPP pApCpTpG-pA-C-T-G核苷酸顺序又称核苷酸顺序又称碱基顺序碱基顺序45（二）（二）RNARNA的一级结构的一级结构核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连形成的长链核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连形成的长链46研究最多：研究最多：tRNA、rRNA及一些小分子及一些小分子RNA。1、tRNA分子特点：分子特点：约由约由7393个核苷酸组成个核苷酸组成分子中含有较多的修饰成分分子中含有较多的修饰成分（1

9、0-20%）3-末端都具有末端都具有CCAOH的结构的结构5-末端磷酸化，常为末端磷酸化，常为G（pC）4748 tRNA的功能：的功能：结合活化氨基酸（结合活化氨基酸（3-CCA-OH），搬运氨基酸到核糖体；），搬运氨基酸到核糖体；识别识别mRNA密码子。密码子。参与蛋白质的翻译。参与蛋白质的翻译。495 末端帽子结构：末端帽子结构：m7GpppN3 末端有多聚腺苷酸尾巴结构末端有多聚腺苷酸尾巴结构(polyA)单顺反子（一条单顺反子（一条mRNA链上有一个编码区）链上有一个编码区）2、mRNA一级结构的特点：一级结构的特点：（1）真核细胞）真核细胞mRNA50 5帽子 密码子 3polyA

10、 m7Gppp-AUG GUG UAA AAAAAA 5端非翻译区 编码区 3非翻译区真核生物真核生物mRNA的共价结构的共价结构51帽子结构帽子结构52帽子结构：识别翻译起始帽子结构：识别翻译起始 polyA：维持：维持mRNA的稳定性的稳定性功能功能53原核生物原核生物mRNA为多顺反子，无修饰碱基。为多顺反子，无修饰碱基。多顺反子多顺反子mRNA(polycistronic mRNA)：一条：一条mRNA链上有多个编码区链上有多个编码区（2）原核细胞）原核细胞mRNA54mRNAmRNA的功能的功能 蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板。55*rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系

11、数）真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA3、rRNA一级结构特点一级结构特点56rRNA的功能的功能 作为核糖体的骨架；作为核糖体的骨架；催化肽键的形成。催化肽键的形成。574 4、其他小分子、其他小分子RNARNA及及RNARNA组学组学除上述三种除上述三种RNARNA外的其他种类的小分子外的其他种类的小分子RNARNA，统称为，统称为非非mRNAmRNA小小RNA(small non-messenger RNAs,snmRNAs)RNA(small non-messenger RNAs

12、,snmRNAs)。1 1、snmRNAssnmRNAs58 核内小核内小RNARNA（snRNAsnRNA）核仁小核仁小RNA RNA（snoRNAsnoRNA）snmRNAs snmRNAs 胞质小胞质小RNA RNA（scRNAscRNA）催化性小催化性小RNARNA（即（即ribozymeribozyme）小片段干涉小片段干涉 RNA RNA（siRNAsiRNA）snmRNAssnmRNAs的功能的功能参与参与hnRNAhnRNA和和rRNArRNA的加工和转运。的加工和转运。核不均一RNA59RNARNA组学研究细胞中组学研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功能。同一生物体内不的

13、种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和的表达具有时间和空间特异性。空间特异性。RNARNA组学：组学：60（一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则：规则：A=T G C 嘌呤碱嘌呤碱=嘧啶碱嘧啶碱 已知核酸的化学结构已知核酸的化学结构 DNA纤维的纤维的X-射线衍射图谱分析射线衍射图谱分析 61ChargaffDNA碱基组成具有：碱基组成具有：生物种的特异性；生物种的特异性；无组织无组织/器官特异性；器官特异性；不受生

14、长发育、营养状况及环境条件的影响。不受生长发育、营养状况及环境条件的影响。62Chargaff规则：规则：（1）A=T（2）G=C（3）A+C=G+T（4）A+G=C+T63腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶其他组合易相互排斥其他组合易相互排斥如如 G:T64DNA 一一 股股 的的 核核 苷苷 酸酸 序序 列列 与与 另另 一一 股股 的的 序序 列列 互互 补：补：A-T、G-C65Franklin,Rosalind Elsie(1920-58),British biophysicist.Born in London,she was educated in physica

15、l chemistry at Newnham College,Cambridge.Franklin conducted X-ray diffraction studies on the structure of the DNA molecule,the carrier of hereditary information,while working in the laboratory of British biophysicist Maurice Wilkins.This work enabled American biochemist James Dewey Watson and the Br

16、itish Francis Crick to determine the helical structure of the DNA molecule.6667(二）二）DNA二级结构二级结构B型双螺旋型双螺旋 James Watson(left)and Francis Crick,195368大大 部部 分分 DNA 所所 具具 有有 的的 双双 螺螺 旋旋 结结 构构，亦亦 称称 为为 B 型型 反向、平行、右手螺旋2 2链间碱基配对相连每10个碱基对螺旋上升一周疏水碱基位于内部相邻碱基平面互相平行，垂直于螺旋轴69（1 1）两条反向平行的）两条反向平行的 多核苷酸链围绕多核苷酸链围绕 同一

17、中心轴缠绕，同一中心轴缠绕，为右手螺旋。为右手螺旋。1 1、结构特征、结构特征70（2 2）碱基位于双螺旋的内侧，碱基位于双螺旋的内侧，磷酸和核糖在外侧，磷酸和核糖在外侧，通过通过3，5磷酸二酯键构成骨架。磷酸二酯键构成骨架。碱基平面与纵轴垂直，碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行。糖环平面与纵轴平行。大沟：宽大沟：宽1.2nm1.2nm，深，深0.85nm0.85nm，小沟：宽，小沟：宽0.6nm0.6nm，深，深0.75nm0.75nm。71（3）主要参数）主要参数双螺旋的直径为双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为碱基堆积距离为0.34nm，两个核苷酸之间的夹角两个核苷酸之间的夹角36，

18、每圈螺旋含每圈螺旋含10个核苷酸，螺距个核苷酸，螺距3.4nm。72（4 4）两条核苷酸链依靠碱基间形成的氢键而结合。）两条核苷酸链依靠碱基间形成的氢键而结合。A AT GT GC C（5 5）碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。但根据碱基配对原则，一条核苷酸链序列）碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。但根据碱基配对原则，一条核苷酸链序列可决定另一条互补链的序列。可决定另一条互补链的序列。双螺旋的补充：双螺旋的补充：（1）夹角和碱基对的数目变化）夹角和碱基对的数目变化（2）碱基对沿长轴旋转一定的角度）碱基对沿长轴旋转一定的角度73碱基堆积力碱基堆积力形成疏水环境（主要因素）形成疏水环境（主

19、要因素）。碱基配对的碱基配对的氢键氢键。GCGC含量越多，越稳定。含量越多，越稳定。磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成离子键离子键，中和了磷酸基上，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于的负电荷间的斥力，有助于DNADNA稳定。稳定。碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。2 2、稳定双螺旋结构的因素、稳定双螺旋结构的因素74 3、DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性75DNADNA的类型的类型类型类型 结晶状态结晶状态 螺距螺

20、距 碱基距离碱基距离 每圈每圈 旋转旋转 (nm)(nm)bp(nm)(nm)bp数数 方向方向A A 相对湿度相对湿度75%2.8 0.256 11 75%2.8 0.256 11 右手右手 DNADNA钠盐钠盐B B 相对湿度相对湿度92%3.4 0.34 10 92%3.4 0.34 10 右手右手 DNADNA钠盐钠盐C C 相对湿度相对湿度66%3.1 0.332 9.3 66%3.1 0.332 9.3 右手右手 DNADNA锂盐锂盐Z d(GCGCGC)4.44 0.37 12 Z d(GCGCGC)4.44 0.37 12 左手左手76774、三股螺旋、三股螺旋DNA K.Ho

21、ogsteen 1963通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合：寡嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合：oligo(Py):oligo(Pu)oligo(Py/Pu)7879P 490 图13-11 H-DNA的结构的结构80 DNA双螺旋通过扭曲和折叠所形成的特定构象。双螺旋通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括：包括：不同二级结构单元间的相互作用不同二级结构单元间的相互作用 单链与二级结构单元间的相互作用单链与二级结构单元间的相互作用 DNA的拓扑特征的拓扑特征 超螺旋是超螺旋是DNA三级结构的主要形式。三级结构的主要形式。（三）（三）D

22、NA的三级结构的三级结构81环形环形DNADNA一条链断裂：开环分子（一条链断裂：开环分子（ocDNA)ocDNA)两条链断裂：线型分子两条链断裂：线型分子 (linear DNA)(linear DNA)821、环状环状DNA的三种典型构象的三种典型构象 P491 图图13-12（1）、）、松弛环形松弛环形DNA（2）、）、解链环形解链环形DNA（3）、）、正超螺旋与负超螺旋正超螺旋与负超螺旋DNA83MOV:PBCA0267501supercoiling of DNA84852、三种环形三种环形DNA的拓扑学特性的拓扑学特性86连环数（连环数（linking number,L）DNA双螺旋

23、中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数扭转数（扭转数（twisting number,T）DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示超螺旋数（缠绕数超螺旋数（缠绕数,writhing number,W）连环数（L）缠绕数（T）扭曲数W松驰环25250解链环23230超螺旋2325-2L=T+W87比连环差（比连环差（specific linking difference,）表示表示DNA的超螺旋程度的超螺旋程度(Superhelix density)=（LL0）/L0 =每一圈初级螺旋（每一圈初级螺旋（10bp，360）出现超螺旋数）出现超螺旋数L0是指松驰环形是指松驰环形DN

24、A的的L值值883、拓扑异构酶拓扑异构酶改变改变DNA拓扑异构体的拓扑异构体的L值。值。拓扑异构酶酶拓扑异构酶酶I（解旋酶）（解旋酶）能使双链负超螺旋能使双链负超螺旋DNA转变成松驰形环状转变成松驰形环状DNA，每次催化使，每次催化使L值增加值增加1。拓扑异构酶酶拓扑异构酶酶II（促旋酶）（促旋酶）能使松驰环状能使松驰环状DNA转变成负超螺旋形转变成负超螺旋形DNA，每次催化使，每次催化使L减少减少2。89真核细胞真核细胞染色体的染色体的DNA念珠状三级结构念珠状三级结构90（H H2A2A、H H2B2B、H H3 3、H H4 4）2 2 91929394含拓扑异构酶含拓扑异构酶（及（及H

25、1H1）与与DNADNA复制及转录有关复制及转录有关959697RNA和蛋白质核心和蛋白质核心突环由双链突环由双链DNA结合碱性蛋白质所组成结合碱性蛋白质所组成细菌拟核的突环结构细菌拟核的突环结构9899100 RNA通常是单链线形分子通常是单链线形分子 自身回折形成局部双螺旋（自身回折形成局部双螺旋（二级结构二级结构）进而折叠（进而折叠（三级结构三级结构）多数形成核蛋白复合物（多数形成核蛋白复合物（四级结构四级结构），），如核糖体、拼接体、编辑体等。如核糖体、拼接体、编辑体等。RNA病毒是具有感染性的病毒是具有感染性的RNA复合物复合物四、四、RNA的高级结构的高级结构101102氨基酸臂：

26、由氨基酸臂：由7对对bp组成，富含组成，富含G，末端为末端为CCA，接受活化，接受活化AA二氢尿嘧啶环（二氢尿嘧啶环（D环）：环）：由由812个核苷酸组成个核苷酸组成反密码环：识别密码子反密码环：识别密码子额外环：大小是额外环：大小是tRNA分类的重要指标分类的重要指标假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核苷环胸腺嘧啶核苷环 （T C环）环）1、二级结构、二级结构（一）（一）tRNA的高级结构的高级结构103tRNA的三叶草型二级结构的三叶草型二级结构1 12 23 3反密码子环反密码子环 反密码子反密码子D环环TC环环额外环额外环四环四环四臂四臂1042、tRNA的三级结构的三级结构105tRNA的三级结构：倒的三级结构：倒“L”形形106 核糖体：核糖体：rRNA+蛋白质蛋白质 催化肽键合成的是催化肽键合成的是rRNA，蛋白质维持蛋白质维持rRNA构象，起辅助作用构象，起辅助作用（二）（二）rRNA的高级结构的高级结构107108109大肠杆菌大肠杆菌16s rRNA110（三）其它（三）其它RNARNA的高级结构的高级结构