第六章核酸2

核酸的元素组成核苷酸核酸的共价结构DNA的高级结构RNA的高级结构6.2核酸的结构6.2.1核酸的元素组成组成核酸的元素有C、H、O、N、P等，与蛋白质比较，其组成上有两个特点：一是核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含量较多并且恒定，约占9～11%。因此，核酸定量测定的经典方法，是以测定P含量来代表核酸量。核酸核苷酸磷酸核苷戊糖碱基水解6.2.2核酸的基本结构单位是核苷酸2.核苷核酸代表戊糖，对DNA而言为脱氧核糖，对RNA而言为核糖；代表碱基代表磷酸基1.核苷酸3、戊糖核糖(inRNA)2｀－脱氧核糖(inDNA)4、碱基的结构式如下图所示:碱基RNADNA嘧啶环嘌呤环尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C鸟嘌呤G腺嘌呤A5、稀有碱基嘌呤——次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、N2、N2-二甲基鸟嘌呤。嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶都是基本碱基的化学修饰型。NNNNONH2H鸟嘌呤NNNNOH次黄嘌呤CH31-甲基次黄嘌呤嘌呤碱和嘧啶碱分子中都含有共轭双键体系，对260nm左右波长的紫外光有较强的吸收。碱基的这一特性常被用来对碱基、核苷、核苷酸和核酸进行定性和定量分析。碱基的结构特征6.2.2核苷酸磷酸碱基戊糖NNNNNHHNHNHOOOOHOHOHOHCH2H2OPOHOOOH2O碱基磷酸戊糖核苷键脂键核苷酸碱基连接（核苷键）脂键（对DNA为H）1`2`3`4`5`八种核苷酸如下表所示M-单(D-二；T－三）；P-磷酸RNA的名称为某（单、二、三）苷酸，DNA在某（单、二、三）前加脱氧两字。如AMP称腺苷—磷酸(或腺苷酸），dAMP称为脱氧腺苷—磷酸（脱氧腺苷酸）。腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶TRNAAMPGMPCMPUMP未发现DNAdAMPdGMPdCMP未发现dTMP1、小结：核苷酸的连接方式糖与碱基连接键β-N糖苷键糖与磷酸连接位置和连接键一般与核糖5碳位上的羟基相连，联接键叫磷酸酯键。5′-核苷酸又可按其在5′位缩合的磷酸基的多少分：核苷一磷酸、核苷二磷酸、核苷三磷酸尿苷一磷酸的结构记住糖苷键连接方式：嘧啶：C1′与N1相连嘌呤：C1′与N9相连三磷酸胞苷（CTP）的化学结构式CTPCDPCMP123456O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷(ATP)三磷酸腺苷（腺苷三磷酸）ATP是生物体内最重要的能量转换中间体。9371OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖OHOH2COHOH1′2′3′4′5′核糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（ψ）比较：环腺苷酸（cAMP）•功能：第二信使，激素、一些药物、神经递质通过其发挥生理作用。6.2.3核酸的共价结构•1.DNA的一级结构•DNA的一级结构是指DNA上的核苷酸排列顺序。3`5`脱H2O脂键相连3`，5`-磷酸二酯键5｀3｀首尾DNA由数量庞大的4种脱氧核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）通过3’-,5’磷酸二酯键连接成直线形或环形多聚核苷酸。方向性：所有核苷酸间的二酯键有相同的走向5′3′2、DNA一级结构的特点3、DNA一级结构的简写形式核苷酸顺序又称碱基顺序，是蛋白质与RNA结构的生物语言。戊糖3`-OH5`-磷酸PA核苷酸5`3`首端末端PPPPPPAGCTGCOH?因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别。4、DNA一级结构的表示方法：（3）字母式表示法：书与文献中（1）结构式表示法：（2）线条式表示法：5、RNA的一级结构组成：4种核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP、UMP）。连接键：3’-,5’磷酸二酯键连接。6.2.4DNA的高级结构（观看DNA模型动画）一、双螺旋结构的主要依据1950年Chargaff应用紫外分光光度法结合纸层析等简单技术，对多种生物DNA作碱基定量分析，发现DNA碱基组成有如下规律：A与T、C与G的数目相等。后来Pauling和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键。于是得出：A=T，G=C，A+G=C+T，A+C=G+T1、chargaff碱基配对原则DNA来源腺嘌呤（A）胸腺嘧啶（T）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）（A+T）/（G+C）大肠杆菌25.424.824.125.71.01小麦27.327.122.822.71.21鼠28.628.421.421.51.33猪：肝29.429.720.520.51.43胸腺30.028.920.420.7脾29.629.220.420.8酵母31.332.918.717.51.079不同生物来源的DNA四种碱基比例关系2、1951Franklin的X射线衍射图谱1953年，J.Watson和F.Crick在前人研究工作的基础上，提出了著名的DNA双螺旋结构模型。二、DNA的二级结构（一）DNA一股的核苷酸序列与另一股的序列互补（A-T、G-C）。（二）二级结构—B型双螺旋结构大部分DNA所具有的双螺旋结构，亦称为B型小沟大沟1.反向、平行、右手螺旋5`3`5`3`2.链间碱基配对相连3.一条链为主动链，另一条为被动链；4.每10个碱基对螺旋上升一周模型参数：A、直径：2nm；B、碱基距离：0.34nm；C、螺距：3.4nm；D、一周10个核苷酸。2nm（三）双螺旋结构的稳定因素DNA双螺旋在生理状态下十分稳定，结构不发生变化。问题：起稳定作用的有哪些力呢？答案：疏水作用力（主要）（又称碱基堆积力）氢键范德华力离子键(四)DNA二级结构的多态性1、双链DNA的不同构型(1)B-DNA螺旋：标准的Watson,Crick双螺旋，细胞正常状态下DNA存在的构型。(2)A-DNA螺旋：DNA在75%相对湿度的钠盐中的构型。(3)C-DNA螺旋：DNA在66%相对湿度的锂盐中的构型。(4)Z-DNA螺旋：左手的DNA螺旋，这种螺旋可能在基因表达或遗传重组中起作用。C、D及E型DNA：只在实验室条件下存在。右旋2、与DNA碱基顺序相关的特殊二级结构:(1)回文序列所谓回文序列就是指DNA某一片段旋转180。后,顺序不变的序列，回文序列中的单链可形成发夹结构。双链可形成十字架结构。这种发夹结构或十字架结构在大肠杆菌细胞DNA中已有发现.核酸分子中的回文序列（2）镜象结构所谓镜象结构就是指DNA某一片段在一条链上出现颠倒重复的序列。三链DNA：多嘌呤-多嘧啶的镜象序列可形成三螺旋结构(H-螺旋或Hoogsteen螺旋)。该螺旋常处在许多真核细胞基因的表达调节区。可能与基因表达的调节有关。四链DNA：可能存在于真核细胞染色体的端粒中。3、多股螺旋DNA三股螺旋DNA中的碱基配对H-DNA的结构四链DNA三、DNA的三级结构线形分子、双链环状(dcDNA)→超螺旋染色体包装DNA双螺旋进一步扭曲即成三级结构（超螺旋结构）：双链DNA（dsDNA）：多为线状、天然DNA少数为环状单链DNA（ssDNA）：有的病毒1.原核生物以及真核生物细胞器环状DNA的超螺旋三级结构线粒体中含有环状DNA细菌等原核生物质粒染色体叶绿体中含有环状DNA固定负超螺旋（右手拓扑结构）反之，则为正超螺旋自然界通常为负超螺旋。问题：DNA形成三级结构及染色体的意义何在？答案：压缩分子空间人体每个体细胞DNA长2m,细胞直径0.1mm,细胞核0.05mm环状DNA右旋2.真核细胞染色体的DNA念珠状三级结构人体23对染色体,分别来自于父母，念珠状三级结构共压缩：7×6×40×5=8400倍观察染色体的整个形成过程的动态变化6.2.4RNA的结构A.一级结构?核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连形成的长链B.二级结构a.RNA中的碱基配对原则A-UG-CA-UG-C双螺旋区二级结构—含短的不完全螺旋区的多核苷酸链；tRNA的三叶草型二级结构123叶子反密码子环反密码子载运氨基酸臂稀有碱基C.tRNA的“倒L”型三级结构反密码子环3`氨基酸臂rRNA的三级结构尚不清楚