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1、会计学1核酸核酸(hsun)5第一页，共161页。二十世纪是二十一世纪(shj)是物理学生命科学的世纪(shj)的世纪(shj)生命是生命=核酸+蛋白质二十一世纪是核酸、蛋白质的世纪？第1页/共160页第二页，共161页。第一节第一节核酸核酸(hsun)概论概论一、核酸的发现一、核酸的发现(fxin)和研究和研究简史简史第2页/共160页第三页，共161页。第3页/共160页第四页，共161页。二、核酸的种类和分布二、核酸的种类和分布（一）脱氧核糖核酸（一）脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid ,DNA)原核：裸露的原核：裸露的DNA分子分子(fnz)集中于核区集中于核区真
2、核：细胞核真核：细胞核DNA：存在细胞核中，与组：存在细胞核中，与组蛋白、非组蛋白形成染色体蛋白、非组蛋白形成染色体 细胞器细胞器DNA：存在线粒体和叶绿体：存在线粒体和叶绿体中，双链环形，一般裸露中，双链环形，一般裸露第4页/共160页第五页，共161页。第5页/共160页第六页，共161页。（二）核糖核酸（二）核糖核酸（ribonucleic acid,RNA)1、转移、转移(zhuny)RNA（transfer RNA ,tRNA):保守性最强保守性最强2、核糖体、核糖体RNA（ribosomal RNA ,rRNA)3、信使、信使RNA（mesenger RNA ,mRNA)4、特殊功
3、能的、特殊功能的RNASmall nuclear RNA,snRNA Small nucleoar RNA,snoRNASmall cytoplasmic RNA,scRNAAntisense RNARibozymeRNase P第6页/共160页第七页，共161页。三、核酸的功能（一）DNA是主要的遗传物质1944，O.Avery 肺炎双球菌转化(zhunhu)实验1952，A.D Hershey 和M.Chase 噬菌体感染实验第7页/共160页第八页，共161页。第8页/共160页第九页，共161页。第9页/共160页第十页，共161页。第10页/共160页第十一页，共161页。第11页
4、/共160页第十二页，共161页。第12页/共160页第十三页，共161页。（二）（二）RNA功能的多样性功能的多样性1、参与蛋白质的合成、参与蛋白质的合成 2、RNA的转录后加工与修饰的转录后加工与修饰3、参与基因、参与基因(jyn)表达的调控表达的调控4、生物催化作用、生物催化作用第13页/共160页第十四页，共161页。第二节第二节核酸核酸(hsun)的结构的结构第14页/共160页第十五页，共161页。核酸（nucleicacid)核苷酸(nucleotide)磷酸(phosphoricacid)核苷(nucleoside)戊糖(pentose)碱基(base)一、核酸一、核酸(hsu
5、n)的化学组成的化学组成第15页/共160页第十六页，共161页。王王镜镜岩岩P479 表表13-1 两两类类核核酸酸(h sun)的的基基本本化学组成化学组成RNA：D-核糖，核糖，A、G、C、U碱基，磷酸碱基，磷酸DNA：D-2-脱脱氧氧核核糖糖，A、G、C、T碱碱基基，磷酸，磷酸 第16页/共160页第十七页，共161页。（一）（一）.碱基王镜岩碱基王镜岩P479 或或p158图图51结构式结构式1.嘧啶碱：尿嘧啶嘧啶碱：尿嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧胸腺嘧2.嘌呤碱：嘌呤碱：腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 嘌呤衍生物嘌呤衍生物：3.核核酸酸中中的的修修饰饰碱碱基基：100余余种种，一一般般是
6、是五五种种(w zhn)主主要要碱碱基基的的衍衍生生物物，多多数数是是甲甲基基化化的的产产物物；tRNA的的修修饰饰碱碱基基种种类类较较多多，并并且且修修饰碱基含量不一，有的可达饰碱基含量不一，有的可达10或更多。或更多。王镜岩王镜岩P479 表表13-2 核酸中的稀有碱基核酸中的稀有碱基第17页/共160页第十八页，共161页。第18页/共160页第十九页，共161页。第19页/共160页第二十页，共161页。第20页/共160页第二十一页，共161页。（二）、（二）、核苷与脱氧核苷核苷与脱氧核苷1、基本、基本(jbn)核苷核苷 P160图图52 结结构构式式 腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷 胞胞嘧嘧
7、啶脱氧核苷啶脱氧核苷第21页/共160页第二十二页，共161页。嘧啶碱：C1N1，嘌呤碱：C1N9。核酸中的核苷与脱氧核苷均为-型碱基平面与核糖平面互相(hxing)垂直第22页/共160页第二十三页，共161页。2、核酸、核酸(hsun)中的稀有核苷中的稀有核苷稀有碱基稀有碱基稀有糖苷键：假尿嘧啶核苷（稀有糖苷键：假尿嘧啶核苷（）P159甲基化核糖甲基化核糖第23页/共160页第二十四页，共161页。（三）、（三）、核苷酸核苷酸核核苷苷中中戊戊糖糖C2、C3、C5羟羟基基(qingj)被被磷磷酸酸酯化酯化 王镜岩王镜岩P481结构式：结构式：5-AMP 3-dCMP 第24页/共160页第二
8、十五页，共161页。1、构成构成DNA、RNA的核苷酸的核苷酸 P160表表5-3DNA：由由四四种种(s zhn)脱脱氧氧核核苷苷酸酸组组成成，dAMP、dGMP、dCMP、dTMPRNA：由由四四种种(s zhn)核核苷苷酸酸组组成成，AMP、GMP、CMP、UMP第25页/共160页第二十六页，共161页。2、细胞细胞(xbo)内的游离核苷酸及其衍生物内的游离核苷酸及其衍生物核苷核苷5-多磷酸化合物多磷酸化合物ATP、GTP、CTP、ppppA、ppppG在能量代谢和物质代谢及调控中起重要作用。在能量代谢和物质代谢及调控中起重要作用。环核苷酸环核苷酸3,5-cAMP，3,5-cGMP信信
9、号号分分子子，cAMP调调节节细细胞胞(xbo)的的糖糖代代谢谢、脂脂代代谢。谢。核苷核苷5多磷酸多磷酸3多磷酸化合物多磷酸化合物ppGpp pppGpp ppApp核苷酸衍生物核苷酸衍生物HSCoA、NAD+、NADP+、FAD等辅助因子。等辅助因子。GDP-半半乳乳糖糖、GDP-葡葡萄萄糖糖等等是是糖糖蛋蛋白白生生物物合合成成的的活性糖基供体。活性糖基供体。第26页/共160页第二十七页，共161页。第27页/共160页第二十八页，共161页。第28页/共160页第二十九页，共161页。第29页/共160页第三十页，共161页。第30页/共160页第三十一页，共161页。二、二、DNA的结
10、构的结构(jigu)一一级级结结构构：脱脱氧氧核核苷苷酸酸分分子子间间连连接接方方式式及及排排列列顺序。顺序。二二级级结结构构：DNA的的两两条条多多聚聚核核苷苷酸酸链链间间通通过过氢氢键键(qn jin)形成的双螺旋结构。形成的双螺旋结构。三三级级结结构构：DNA双双链链进进一一步步折折叠叠卷卷曲曲形形成成的的构构象。象。第31页/共160页第三十二页，共161页。（一）、（一）、DNA的一级结构的一级结构蛇毒磷酸二酯酶水解蛇毒磷酸二酯酶水解DNA（RNA）得）得5-核苷酸核苷酸牛脾磷酸二酯酶水解牛脾磷酸二酯酶水解DNA（RNA）得）得3-核苷酸核苷酸王王镜镜岩岩P482 图图13-1磷磷酸
11、酸二二酯酯酶酶对对核核酸酸的的水水解解作作用用1.DNA的的一一级级结结构构是是dAMP、dGMP、dCMP、dTMP通通过过3、5-磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接起起来来的的线线形形(xin xn)或环形多聚体。或环形多聚体。王王镜镜岩岩P483 图图 13-2DNA中中多多核核苷苷酸酸的的一一个个片段及缩写符号片段及缩写符号 第32页/共160页第三十三页，共161页。写法(xif)：53：5-pApCpTpG-3，或5ACTG3第33页/共160页第三十四页，共161页。2.DNA一级结构的不均一性一级结构的不均一性（1）重复序列）重复序列正向重复正向重复(repeat)反向重复（回文反向
12、重复（回文(huwn)序列）序列）(inverted repeat ,palindromesequence)较较长长的的回回文文(huwn)结结构构，可可形形成成茎茎环环结结构构(发夹结构发夹结构)或十字形结构或十字形结构较较短短的的回回文文(huwn)序序列列，可可作作为为一一种种特特别别信号，如限制性核酸内切酶的识别位点。信号，如限制性核酸内切酶的识别位点。转录的终止作用与回文转录的终止作用与回文(huwn)结构有关。结构有关。镜象重复（镜象重复（mirrorrepeat)某些情况下可以三股螺旋某些情况下可以三股螺旋DNA第34页/共160页第三十五页，共161页。第35页/共160页第三
13、十六页，共161页。第36页/共160页第三十七页，共161页。第37页/共160页第三十八页，共161页。第38页/共160页第三十九页，共161页。（1 1）高度重复序列：真核生物）高度重复序列：真核生物）高度重复序列：真核生物）高度重复序列：真核生物DNADNA分子中，重复几百万次，一般分子中，重复几百万次，一般分子中，重复几百万次，一般分子中，重复几百万次，一般(ybn)(ybn)小于小于小于小于1010个碱基对的短顺序。个碱基对的短顺序。个碱基对的短顺序。个碱基对的短顺序。（high repetive sequence,satelite DNAhigh repetive sequen
14、ce,satelite DNA，SSR)SSR)2-10bp/copy2-10bp/copy105-106 copies/genome105-106 copies/genome多为串联重复排列（多为串联重复排列（多为串联重复排列（多为串联重复排列（tandem repeats)tandem repeats)分布于着丝点、端粒区、结构基因两侧分布于着丝点、端粒区、结构基因两侧分布于着丝点、端粒区、结构基因两侧分布于着丝点、端粒区、结构基因两侧（2 2）中度重复序列（）中度重复序列（）中度重复序列（）中度重复序列（middle repetitive sequence)middle repetiti
15、ve sequence)：真核生物：真核生物：真核生物：真核生物DNADNA分分分分子中至少重复子中至少重复子中至少重复子中至少重复10001000次的顺序。次的顺序。次的顺序。次的顺序。0.1-1Kb/copy0.1-1Kb/copy，10-104 copies/genome10-104 copies/genome。多为间隔重复，如。多为间隔重复，如。多为间隔重复，如。多为间隔重复，如rRNA,rRNA,tRNA,tRNA,基因及某些蛋白质基因（如组蛋白，肌蛋白，角蛋白等）基因及某些蛋白质基因（如组蛋白，肌蛋白，角蛋白等）基因及某些蛋白质基因（如组蛋白，肌蛋白，角蛋白等）基因及某些蛋白质基因
16、（如组蛋白，肌蛋白，角蛋白等）（3 3）低拷贝重复：真核生物）低拷贝重复：真核生物）低拷贝重复：真核生物）低拷贝重复：真核生物DNADNA分子中重复几次的碱基顺序。基分子中重复几次的碱基顺序。基分子中重复几次的碱基顺序。基分子中重复几次的碱基顺序。基因家族因家族因家族因家族（4 4）单拷贝序列（）单拷贝序列（）单拷贝序列（）单拷贝序列（single copy sequence)single copy sequence)：真核生物：真核生物：真核生物：真核生物DNADNA分子中不分子中不分子中不分子中不重复的碱基顺序。如珠蛋白，卵清蛋白，丝心蛋白基因等。重复的碱基顺序。如珠蛋白，卵清蛋白，丝心蛋
17、白基因等。重复的碱基顺序。如珠蛋白，卵清蛋白，丝心蛋白基因等。重复的碱基顺序。如珠蛋白，卵清蛋白，丝心蛋白基因等。而原核生物而原核生物而原核生物而原核生物DNADNA分子中一般分子中一般分子中一般分子中一般(ybn)(ybn)没有重复顺序。没有重复顺序。没有重复顺序。没有重复顺序。第39页/共160页第四十页，共161页。（2 2）富含富含富含富含ATAT的序列的序列的序列的序列很很很很多多多多有有有有重重重重要要要要调调调调节节节节功功功功能能能能的的的的DNADNA区区区区段段段段都都都都富富富富含含含含ATAT碱碱碱碱基基基基对对对对。特特特特别别别别是是是是在在在在复复复复制制制制起起
18、起起点点点点和和和和转转转转录录录录(zhu(zhu n n l)l)启启启启动动动动的的的的PribnowPribnow区区区区，富含富含富含富含ATAT对。对。对。对。第40页/共160页第四十一页，共161页。（二）、（二）、DNA的二级结构的二级结构1953年年，Watson和和Crick根根据据Chargaff 规规律律和和DNA Na盐盐纤纤维维的的X光光衍衍射射分分析析提提出出(t ch)了了DNA的双螺旋结构模型。的双螺旋结构模型。第41页/共160页第四十二页，共161页。DNA组成的组成的Chargaff规律规律1950年年a.所所 有有 生生 物物 的的 DNA中中，A=
19、T，G=C 且且 A+G=C+T，A+C=G+T。王镜岩王镜岩P485表表13-5。b.DNA的碱基组成具有种的特异性。的碱基组成具有种的特异性。c.DNA碱基组成没有碱基组成没有(miyu)组织和器官的特异性。组织和器官的特异性。d.年龄、营养状况、环境等因素不影响年龄、营养状况、环境等因素不影响DNA的碱基组成。的碱基组成。第42页/共160页第四十三页，共161页。DNA的Na盐纤维和DNA晶体(jngt)的X光衍射分析。Franklin第43页/共160页第四十四页，共161页。1、Watson-Crick双螺旋结构模型双螺旋结构模型(B-DNA)王镜岩王镜岩P486图图13-5 两两
20、条条反反平平行行(pngxng)的的多多脱脱氧氧核核苷苷酸酸链链绕绕同同一一中中心心轴轴相相缠缠绕绕，形形成成右右手手双双股股螺螺旋旋，一一条条53，另一条，另一条35 磷磷酸酸与与脱脱氧氧核核糖糖彼彼此此通通过过3、5-磷磷酸酸二二酯酯键键相连接，构成相连接，构成DNA分子的骨架。分子的骨架。磷磷酸酸与与脱脱氧氧核核糖糖在在双双螺螺旋旋外外侧侧，嘌嘌呤呤与与嘧嘧啶啶碱位于双螺旋的内侧。碱位于双螺旋的内侧。碱碱基基平平面面与与纵纵轴轴垂垂直直，糖糖环环平平面面与与纵纵轴轴平平行行(pngxng)两两条条脱脱氧氧核核苷苷酸酸链链之之间间依依靠靠碱碱基基间间的的氢氢链链结结合合在在一一起起。A与与
21、T形形成成两两个个氢氢健健，G 与与C形形成三个氢健。成三个氢健。螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持 每每圈圈螺螺旋旋含含10对对脱脱氧氧核核苷苷酸酸，碱碱基基对对堆堆积积距距离离0.34nm，螺螺距距为为3.4nm,每每对对脱脱氧氧核核苷苷酸酸旋旋转转36度，双螺旋平均直径度，双螺旋平均直径2nm，大沟：宽大沟：宽1.2nm，深，深0.85nm，小沟小沟：宽：宽0.6nm，深，深0.75nm第44页/共160页第四十五页，共161页。两条反平行的多脱氧核苷酸链绕同一中心(zhngxn)轴相缠绕，形成右手双股螺旋，一条53，另一条35第45页/共160页第
22、四十六页，共161页。磷酸与脱氧核糖彼此通过(tnggu)3、5-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架。磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤(piolng)与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。第46页/共160页第四十七页，共161页。碱基平面与纵轴垂直(chuzh)，糖环平面与纵轴平行两条脱氧核苷酸链之间依靠碱基间的氢健结合(jih)在一起。螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积(duj)力维持第47页/共160页第四十八页，共161页。每圈螺旋每圈螺旋(luxun)10个脱氧核苷酸对即碱基对，相邻碱基对的碱基堆积距离个脱氧核苷酸对即碱基对，相邻碱基对的碱基堆积距离0.34nm，螺距为螺距为3.4nm,每对脱氧
23、核苷酸旋转每对脱氧核苷酸旋转36度，双螺旋度，双螺旋(luxun)平均直径平均直径2nm，大沟：宽大沟：宽1.2nm，深，深0.85nm，小沟小沟：宽：宽0.6nm，深，深0.75nm第48页/共160页第四十九页，共161页。2、稳定双螺旋结构的因素、稳定双螺旋结构的因素碱碱基基堆堆积积力力形形成成疏疏水水环环境境（主主要要(zhyo)因因素）素）。碱基配对的氢键。碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。含量越多，越稳定。离离子子健健:磷磷酸酸基基上上的的负负电电荷荷与与介介质质中中的的阳阳离离子子或或组组蛋蛋白白的的正正离离子子之之间间形形成成离离子子键键，中中和和了了磷磷酸酸基基上上的的负
24、负电电荷荷间间的的斥斥力力，有有助助于于DNA稳稳定。定。碱碱基基处处于于双双螺螺旋旋内内部部的的疏疏水水环环境境中中，可可免免受受水溶性活性小分子的攻击。水溶性活性小分子的攻击。第49页/共160页第五十页，共161页。3、DNA二级结构二级结构(jigu)的多型性的多型性王王镜镜岩岩P489表表13-6 A-、B-、Z-DNA的的比比较较相对湿度相对湿度92%：BDNA相对湿度相对湿度75%：ADNA。第50页/共160页第五十一页，共161页。（1）BDNA：典型的：典型的Watson-Crick双螺旋双螺旋DNA右手双螺旋右手双螺旋每圈螺旋每圈螺旋10.4个碱基对个碱基对螺距：螺距：3
25、.32nm（2）A-DNA右手双螺旋，外形粗短。右手双螺旋，外形粗短。RNA-RNA、RNA-DNA杂杂交交(zjio)分分子子具具有有这这种种结构。结构。（3）Z-DNA左手螺旋，外形细长。左手螺旋，外形细长。天然天然B-DNA的局部区域可以形成的局部区域可以形成Z-DNA。第51页/共160页第五十二页，共161页。第52页/共160页第五十三页，共161页。第53页/共160页第五十四页，共161页。（4）三三股股螺螺旋旋(luxun)DNA K.Hoogsteen 1963通通常常(tngchng)是是一一条条同同型型寡寡脱脱氧氧核核苷苷酸酸与与寡寡嘧嘧啶啶脱脱氧氧核核苷苷酸酸-寡寡脱
26、脱氧氧嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸双双螺螺旋旋的的大沟结合：大沟结合：oligo(Py):oligo(Pu)oligo(Py/Pu)第54页/共160页第五十五页，共161页。第一股是寡嘧啶第一股是寡嘧啶(mdn)，中间是寡嘌呤，第三股可，中间是寡嘌呤，第三股可以是寡嘧啶以是寡嘧啶(mdn)或寡嘌呤或寡嘌呤第55页/共160页第五十六页，共161页。T=A:T,CG：C+T=A:ACG：G王镜岩P489图13-10三股螺旋(luxun)DNA中的Hoogsteen-bonding第三股与寡嘌呤第三股与寡嘌呤(piolng)之间同向平行，并按之间同向平行，并按Hoogsteen配对配对第56页/共160
27、页第五十七页，共161页。当当DNA的一段寡嘧啶（寡嘌呤）构成镜像重复时可的一段寡嘧啶（寡嘌呤）构成镜像重复时可以形成以形成(xngchng)三股螺旋（铰链三股螺旋（铰链DNA，hingedDNA,H-DNA)P490图13-11H-DNA的结构(jigu)第57页/共160页第五十八页，共161页。DNADNA三三三三股股股股螺螺螺螺旋旋旋旋结结结结构构构构常常常常出出出出现现现现在在在在DNADNA复复复复制制制制、转转转转录录录录、重重重重组组组组的起始位点或调节位点，如启动子区。的起始位点或调节位点，如启动子区。的起始位点或调节位点，如启动子区。的起始位点或调节位点，如启动子区。第第第
28、第三三三三股股股股链链链链的的的的存存存存在在在在可可可可能能能能(knng)(knng)使使使使一一一一些些些些调调调调控控控控蛋蛋蛋蛋白白白白或或或或RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶等等等等难难难难以以以以与与与与该该该该区区区区段段段段结结结结合合合合，从从从从而而而而阻阻阻阻遏遏遏遏有有有有关关关关遗遗遗遗传传传传信信信信息的表达。息的表达。息的表达。息的表达。第58页/共160页第五十九页，共161页。(三）、三）、DNA的三级结构的三级结构DNA在在双双螺螺旋旋的的基基础础(jch)上上通通过过扭扭曲曲和和折叠形成的构象折叠形成的构象超螺旋是超螺旋是DNA三级结构的主要形式。三
29、级结构的主要形式。第59页/共160页第六十页，共161页。1、环状环状DNA的三种的三种(sn zhn)典型构象典型构象 王镜岩王镜岩P491 图图13-12（1）、）、松弛环形松弛环形DNA线形线形(xinxn)DNA直接环化直接环化（2）、）、解链环形解链环形DNA线形线形(xinxn)DNA拧松后再环化拧松后再环化（3）、）、正超螺旋与负超螺旋正超螺旋与负超螺旋DNA第60页/共160页第六十一页，共161页。MOV:PBCA0267501supercoilingofDNA第61页/共160页第六十二页，共161页。第62页/共160页第六十三页，共161页。2、三三种种环环形形(hu
30、n xn)DNA的的拓拓扑学特性扑学特性第63页/共160页第六十四页，共161页。连环数（连环数（连环数（连环数（linking number,Llinking number,L）DNADNA双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋中中中中，一一一一条条条条(y(y tio)tio)链链链链以以以以右右右右手手手手螺螺螺螺旋旋旋旋绕绕绕绕另另另另一一一一条条条条(y(y tio)tio)链缠绕的次数链缠绕的次数链缠绕的次数链缠绕的次数扭转数（扭转数（扭转数（扭转数（twisting number,Ttwisting number,T）DNADNA分子中的分子中的分子中的分子中的Watson-CrickWat
31、son-Crick螺旋数目，以螺旋数目，以螺旋数目，以螺旋数目，以T T表示表示表示表示超螺旋数（缠绕数超螺旋数（缠绕数超螺旋数（缠绕数超螺旋数（缠绕数,writhing number,W,writhing number,W）：）：）：）：连环数连环数（L）缠绕数（缠绕数（T）扭曲数扭曲数W松驰环松驰环25250解链环解链环23230超螺旋超螺旋2325-2L=T+W第64页/共160页第六十五页，共161页。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 =每每一一
32、圈圈初初级级螺螺旋旋（10bp，360）出出现现超超螺螺旋数旋数L0是指松驰是指松驰(sn ch)环形环形DNA的的L值值第65页/共160页第六十六页，共161页。一般天然一般天然一般天然一般天然DNADNA分子中分子中分子中分子中=-0.05=-0.055%5%负向超螺旋负向超螺旋负向超螺旋负向超螺旋SV40 5226bp T=522 W=-26(L=496)=-0.05SV40 5226bp T=522 W=-26(L=496)=-0.05负超螺旋负超螺旋负超螺旋负超螺旋DNADNA是由于两条链的缠绕不足是由于两条链的缠绕不足是由于两条链的缠绕不足是由于两条链的缠绕不足(bz)(bz)引
33、起（引起（引起（引起（L L），），），），很易解链，易于参加很易解链，易于参加很易解链，易于参加很易解链，易于参加DNADNA的复制、重组和转录等的复制、重组和转录等的复制、重组和转录等的复制、重组和转录等第66页/共160页第六十七页，共161页。3、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）能能使使双双链链负负超超螺螺旋旋DNA转转变变成成松松驰驰形形环环状状DNA，每次催化，每次催化(cu hu)使使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）能能使使松松驰驰环环状状DNA转转变变成成负负超超
34、螺螺旋旋形形DNA，每次催化每次催化(cu hu)使使L减少减少2。第67页/共160页第六十八页，共161页。4、染色体的结构、染色体的结构（1）、整个病毒可以看成游离的染色体）、整个病毒可以看成游离的染色体组成：核酸、蛋白、脂类、糖类组成：核酸、蛋白、脂类、糖类(tn li)基因组：单链或双链的基因组：单链或双链的DNA（或（或RNA），多数），多数环状环状形状：丝状、多面体状、形状：丝状、多面体状、王镜岩王镜岩P493 图图13-13 一些噬菌体的结构一些噬菌体的结构第68页/共160页第六十九页，共161页。（2）、细菌染色体的结构）、细菌染色体的结构（拟核，（拟核，nucleoid)
35、细菌基因组多数为双链环状细菌基因组多数为双链环状DNA，与碱性蛋白、，与碱性蛋白、RNA结合，形成结合，形成(xngchng)带有无数突环的刷状带有无数突环的刷状染色体染色体王镜岩王镜岩P494图图13-15细菌的拟核结构细菌的拟核结构第69页/共160页第七十页，共161页。（3）、真核生物染色体的结构）、真核生物染色体的结构染色质、染色体染色质、染色体常染色质、异染色质常染色质、异染色质永久性异染色质、功能性异染色质永久性异染色质、功能性异染色质核小体（核小体（nucleosome):146bp,组蛋白：组蛋白：H2A、H2B、H3、H4各两分子各两分子(fnz)，连接核小体的，连接核小体
36、的DNA片段结合一分子片段结合一分子(fnz)H1。王镜岩王镜岩P495图图13-17真核生物染色体真核生物染色体DNA的组的组装层次装层次第70页/共160页第七十一页，共161页。MOV：MCB4.0threedimensionalpackingofnuclearchromosomes第71页/共160页第七十二页，共161页。三、三、RNA的结构的结构(jigu)第72页/共160页第七十三页，共161页。（一）、（一）、RNA的一级结构的一级结构P483四四种种核核苷苷酸酸AMP、GMP、CMP、UMP通通过过3、5磷磷酸酸二二酯酯键键形形成成(xngchng)的的线形多聚体。线形多聚
37、体。王王镜镜岩岩P484图图13-3RNA分分子子中中的的一一段段结构结构第73页/共160页第七十四页，共161页。组成组成RNARNA的戊糖是核糖的戊糖是核糖 RNARNA的的U U替替代代DNADNA中中的的T T，此此外外，RNARNA中中常常有有一一些些稀有碱基。稀有碱基。天天然然RNARNA分分子子都都是是单单链链线线形形分分子子，只只有有(zh(zh y y u)u)部部分区域是分区域是A-A-型双螺旋结构。型双螺旋结构。第74页/共160页第七十五页，共161页。（二）、（二）、tRNA的结构的结构(jigu)70-90b，分分子子量量在在25kd左左右右，沉沉降系数降系数4S
38、左右左右有较多稀有碱基有较多稀有碱基3末端为末端为CCA-OH，接受氨基酸，接受氨基酸 5末端大多为末端大多为pG或或pC二级结构二级结构(jigu)是三叶草形是三叶草形倒倒L形的三级结构形的三级结构(jigu)王王镜镜岩岩P496 三三叶叶草草形形的的二二级级结结构构(jigu)氨氨基基酸酸臂臂：3末末端端为为CCA-OH，接受氨基酸接受氨基酸二氢尿嘧啶环即二氢尿嘧啶环即D环环反密码环：含反密码子反密码环：含反密码子额外环额外环TC环（假尿嘧啶环）环（假尿嘧啶环）P190图图534 倒倒L形形的的三三级级结结构构(jigu)（氢健）（氢健）第75页/共160页第七十六页，共161页。第76页
39、/共160页第七十七页，共161页。tRNA的功能：转运氨基酸识别密码子参与翻译起始参与DNA的反转录(zhun l)参与基因表达调控第77页/共160页第七十八页，共161页。（三）、（三）、mRNA的结构的结构(jigu)原核：多顺反子（原核：多顺反子（polycistronicmRNA),以操纵子为转录单位，产生多顺反子即一条以操纵子为转录单位，产生多顺反子即一条mRNA链上有多个编码区，都无修饰链上有多个编码区，都无修饰(xish)碱基。碱基。真核：单顺反子，断裂基因（真核：单顺反子，断裂基因（splitedgene)，以操纵子为转录单位，产生单顺反子即，以操纵子为转录单位，产生单顺反
40、子即一条一条mRNA链上有一个编码区，有极少修饰链上有一个编码区，有极少修饰(xish)碱基。为断裂基因（碱基。为断裂基因（splitedgene)，内含内含子（基因中不编码的居间序列）。，内含内含子（基因中不编码的居间序列）。第78页/共160页第七十九页，共161页。1、真核真核mRNA的结构的结构(jigu)王镜岩王镜岩P484图图13-4真核真核mRNA的结构的结构(jigu)第79页/共160页第八十页，共161页。5-帽子帽子(mozi)：m7G5-ppp5-Nm（Nm）p-O型：m7G5-ppp5-Np-I：m7G5-ppp5-Nmp-Np-II:m7G5-ppp5-Nmp-Nm
41、p-Np-甲基鸟苷5，5-三磷酸第80页/共160页第八十一页，共161页。由甲基化酶催化可抵抗5核酸外切酶降解mRNA。可为核糖体提供识别位点，使mRNA很快与核糖体结合，促进蛋白质合成(hchng)起始复合物的形成。第81页/共160页第八十二页，共161页。3-端有一段约端有一段约30-300核苷酸的核苷酸的polyA尾。尾。转录后由转录后由poly(A)聚合酶催化加尾聚合酶催化加尾PolyA是是mRNA由由核核进进入入(jnr)胞胞质质所所必必需需的形式。的形式。polyA与与mRNA半半寿寿期期有有关关，PolyA大大大大提提高高mRNA在胞质中的稳定性。在胞质中的稳定性。第82页/
42、共160页第八十三页，共161页。2、原核原核mRNA的结构（多顺反子）的结构（多顺反子）由由先先导导区区、插插入入序序列列、翻翻译译区区和和末末端端序序列列组组成。没有成。没有5帽子和帽子和3polyA尾。尾。SD序序列列：5端端先先导导区区中中，有有一一段段富富含含嘌嘌呤呤(piolng)的的 碱碱 基基 序序 列列，典典 型型 的的 为为 5-AGGAGGU-3，位位于于起起始始密密码码子子AUG前前约约10个个核核苷苷酸酸处处，此此序序列列由由Shine和和Dalgarno发发现现，称称SD序列。序列。SD序序列列和和核核糖糖体体16S的的rRNA的的3末末端端富富含含嘧嘧啶碱基的序列
43、互补。啶碱基的序列互补。3.mRNA的的功功能能：以以mRNA的的为为模模板板指指导导蛋蛋白白质合成。质合成。第83页/共160页第八十四页，共161页。（四）、（四）、rRNA的结构的结构细细菌菌：16S rRNA、5S rRNA、23S rRNA组组成成30S转转录录(zhun l)单位单位真真核核：18SrRNA、5.8S rRNA，28S rRNA组组成成45S的的转转录录(zhun l)单单位位，5S rRNA单单独独转转录录(zhun l)。小亚基小亚基大亚基大亚基转录单位转录单位原核原核1652330真核真核185（单独转录）（单独转录）285.85+45第84页/共160页第八
44、十五页，共161页。大肠杆菌5SrRNA结构P498图13-2016S、5SrRNA的结构(jigu)第85页/共160页第八十六页，共161页。rRNA的功能：的功能：组成核糖体组成核糖体催化肽键催化肽键(tijin)形成的转移酶活性存在于形成的转移酶活性存在于23SrRNA上上参与参与tRNA与与mRNA的结合的结合第86页/共160页第八十七页，共161页。第三节第三节核酸核酸(hsun)的物的物理化学性质理化学性质第87页/共160页第八十八页，共161页。一、核酸一、核酸(h sun)的水解的水解第88页/共160页第八十九页，共161页。（一）酸水解（一）酸水解对酸的敏感性：糖苷键
45、磷酸二酯键对酸的敏感性：糖苷键磷酸二酯键 嘌呤糖苷键嘧啶糖苷键嘌呤糖苷键嘧啶糖苷键脱嘌呤：脱嘌呤：pH1.6，37，对水透析，对水透析 pH2.8，100，1h脱嘧啶：脱嘧啶：98-100%甲酸甲酸(ji sun)，175，2h 三氟乙酸，三氟乙酸，155，60min（DNA）或）或80min（RNA）利用酸水解可以研究核酸的碱基组成利用酸水解可以研究核酸的碱基组成第89页/共160页第九十页，共161页。（二）、（二）、碱水解碱水解RNA的磷酸酯键对碱敏感的磷酸酯键对碱敏感(mngn)室室温温，0.31mol/L KOH，24h，先先形形成成2-和和3-的的环环磷磷酸酸酯酯，可可将将RNA完
46、完全全水水解解，得得到到2-或或3-核苷酸的混合物。核苷酸的混合物。DNA抗碱水解抗碱水解生理意义：生理意义：DNA更稳定更稳定，可用于，可用于DNA和和RNA的分离。的分离。第90页/共160页第九十一页，共161页。（三）、（三）、酶水解酶水解(shuji)非特异的磷酸二酯酶：非特异的磷酸二酯酶：蛇蛇毒毒磷磷酸酸二二酯酯酶酶水水解解(shuji)DNA（RNA）得得5-核苷酸核苷酸牛牛脾脾磷磷酸酸二二酯酯酶酶水水解解(shuji)DNA（RNA）得得3-核苷酸核苷酸特异的磷酸二酯酶：核酸酶特异的磷酸二酯酶：核酸酶第91页/共160页第九十二页，共161页。1、核酸酶的分类、核酸酶的分类底物
47、专一性：底物专一性：核糖核酸酶核糖核酸酶 RNase 脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶 DNase作用方式：作用方式：核核酸酸外外切切(wi qi)酶酶（exonuclease)、核核酸酸内内切酶切酶(endonuclease)单链核酸酶、双链核酸酶、杂链核酸酶单链核酸酶、双链核酸酶、杂链核酸酶磷酸二酯键的断裂方式：磷酸二酯键的断裂方式：5-（寡）核苷酸（寡）核苷酸3-（寡）核苷酸（寡）核苷酸 第92页/共160页第九十三页，共161页。2、RNAaseRNase H作用于作用于DNA-RNA中的中的RNA链，内切酶。链，内切酶。牛胰核糖核酸酶（牛胰核糖核酸酶（pancreatic ribonuc
48、lease),RNase I最适最适pH：7.0-8.2产物：以产物：以3-嘧啶嘧啶(m dn)核苷酸结尾的核苷酸结尾的寡核苷酸，高度专一的内切酶寡核苷酸，高度专一的内切酶RNase T1耐热、耐酸耐热、耐酸产物：以产物：以3-鸟苷酸结尾的寡核苷酸或鸟苷酸结尾的寡核苷酸或3-鸟苷酸，专一性更高，也是内切酶。鸟苷酸，专一性更高，也是内切酶。RNase T2产物：以产物：以3-腺苷酸结尾的寡核苷酸，内腺苷酸结尾的寡核苷酸，内切酶。切酶。第93页/共160页第九十四页，共161页。3、DNase核酸酶核酸酶S1作用于单链作用于单链DNA部分，为内切酶。部分，为内切酶。牛胰脱氧核糖核酸酶，牛胰脱氧核糖
49、核酸酶，DNase I切断双链或单链切断双链或单链DNA产物产物(chnw)：以：以5-磷酸为末端的寡核苷磷酸为末端的寡核苷酸酸DNA限制性内切酶：主要是降解外源限制性内切酶：主要是降解外源DNA。目前已找到的已有数千种，主要。目前已找到的已有数千种，主要用于基因工程的工具酶，在基因工程中广用于基因工程的工具酶，在基因工程中广为应用的也有几百种。为应用的也有几百种。第94页/共160页第九十五页，共161页。4、N-糖苷酶：具有糖苷酶：具有(jyu)碱基特异性或碱基特异性或非特异性，水解糖苷健。非特异性，水解糖苷健。第95页/共160页第九十六页，共161页。二、二、核酸的酸碱性质核酸的酸碱性
50、质(xngzh)磷酸和碱基均能发生两性解离。磷酸和碱基均能发生两性解离。DNA等电点等电点 44.5RNA 等电点等电点 22.5第96页/共160页第九十七页，共161页。1、碱基的解离、碱基的解离 王镜岩王镜岩P504由于嘧啶和嘌呤化合物杂环中的氮以及各种由于嘧啶和嘌呤化合物杂环中的氮以及各种取代基具有结合和释放质子的能力取代基具有结合和释放质子的能力(nngl)，所以这些物质既有碱性解离又有酸性解，所以这些物质既有碱性解离又有酸性解离的性质，但主要是碱基中的氮的解离。离的性质，但主要是碱基中的氮的解离。第97页/共160页第九十八页，共161页。2、核苷的解离、核苷的解离 王镜岩王镜岩