第2章 核酸的结构和功能

核酸的结构和功能

核 酸:是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子,携带和传递遗传信息

1、脱氧核糖核酸 :遗传信息的贮存和携带者 2、核糖核酸:参与遗传信息的表达 第一节 化学组成&一级结构

一、核苷酸的分子组成 碱基是含氮的杂环化合物。

1、 碱基 嘌呤碱：腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 嘧啶碱：胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T） 2、戊糖：核糖 脱氧核糖 3、磷酸：

? 脱氧核苷 ：嘌呤N-9 或嘧啶N-1与 脱氧核糖 C-1?通过β-N -糖苷键 相连形成 ? 核苷 ： 嘌呤N-9或嘧啶N-1与 核糖 C-1?通过β-N- 糖苷键 相连形成 ? /脱氧核苷酸：核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成 ? 核苷酸衍生物：环化核苷酸：cAMP（环腺苷酸）、cGMP（环鸟苷酸），是细胞信号 转导中的第二信使。

二、DNA 是脱氧核苷酸 通过3’,5’-磷酸二酯键 连接形成的大分子

1、磷酸二酯键：一个脱氧核苷酸3?的羟基与另一个核苷酸5?的α-磷酸基团缩合

2、多聚脱氧核苷酸：即DNA链。多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性

的线性分子

DNA链的方向是5? → 3? ， 交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的骨架 三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键的线性大分子 四、核酸的一级结构

定义：核酸中核苷酸的排列顺序。也称为碱基序列 1、核酸分子的大小：碱基数目

2、寡核苷酸：小的核酸片段(<50bp)

第二节 DNA的空间结构 功能

DNA的空间结构又分为 二级结构 高级结构。 一、DNA的二级结构————双螺旋结构

（一）DNA双螺旋结构要点

1.DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构 外侧：亲水性骨架 内侧：疏水的碱基 大沟、小沟：双螺旋结构的表面 2、双链互补碱基对——碱基配对关系 DNA的两条链则互为互补链 / 碱基对平面与螺旋轴垂直

3.疏水作用力和氢键共同维系着DNA双螺旋结构的稳定。 碱基堆积力:相邻两个碱基对会有重叠，产生了疏水性力

碱基堆积力和互补碱基对的氢键共同维系着DNA结构的稳定。

（二）DNA双螺旋结构的多样性

（三）DNA的多链螺旋结构

? 四链结构————鸟嘌呤之间通过Hoogsteen氢键形成特殊的四链结构

二、DNA的高级结构是超螺旋结构

超螺旋结构：DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。 负超螺旋：反之。

（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构

（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的结构

? 真核生物DNA以非常有序的形式存在于细胞核内。

在细胞分裂期，则形成高度致密的染色体 DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位 ————核小体

三、DNA是遗传信息的物质基础

? DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。

它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。

? 基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定

了基因的功能。

第三节 RNA的结构与功能

? RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。

? RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。 ? RNA比DNA小的多。

? RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多样性。 一、mRNA是蛋白质合成中的模板

? 不均一核RNA(hnRNA)含有内含子和外显子

? 外显子是氨基酸的编码序列，而内含子是非编码序列。 ? hnRNA经过剪切后成为成熟的mRNA。

1、成熟的真核生物mRNA

? 从AUG 开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨基酸，称为三联体密码 ? 成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成

? 5?-末端的帽子(cap)结构和3?-末端的多聚A尾(poly-A tail)结构

编码区 5'3'7AUGUAAmGpppAAA……An

3'非翻译区5'非翻译区 2、

二、真核生物mRNA的3'末端有多聚腺苷酸结构

真核生物的mRNA 的3?-末端转录后加上一段长短不一的聚腺苷酸。

? 帽子结构和多聚A尾的功能

mRNA核内向胞质的转位 / mRNA的稳定性维系 / 翻译起始的调控

（三）mRNA依照自身的碱基顺序指导蛋白质氨基酸顺序的合成

? 从mRNA分子5'末端起的第一个AUG开始，每3个核苷酸为一组称为密

码子(codon)或三联体密码(triplet code)。

? AUG被称为起始密码子；决定肽链终止的密码子则称为终止密码子。 ? 位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为开放阅读框 决定了多肽链的氨基酸序列 。

二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体

在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体, 将氨基酸转呈给mRNA。 ? 占细胞总RNA的15%； ? 具有很好的稳定性。 （一）tRNA中含有多种稀有碱基 （二）tRNA具有茎环结构 tRNA的二级结构——三叶草形 （三）tRNA的3?-末端连接氨基酸

? tRNA的3?-末端都是以CCA结尾。

? 3?-末端的A与氨基酸共价连结，tRNA成为了氨基酸的载体。 ? 不同的tRNA可以结合不同的氨基酸。 （四）tRNA的反密码子识别mRNA的密码子

tRNA上的反密码子依照碱基互补的原则识别mRNA上的密码子

三、以rRNA为组分的核蛋白体是蛋白质合成的场所

? 核蛋白体:rRNA与核蛋白体蛋白结合组成,为蛋白质的合成提供场所。

四、snmRNA参与了基因表达的调控 功能：参与hnRNA的加工剪接

? 核酶：具有催化特定RNA降解作用的小RNA

五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现了不同的时空特性

? 真核/原核生物基因表达的特异性

第四节 核酸的理化性质

? 核酸为多元酸，具有较强的酸性。 ? 粘度：DNA>RNA dsDNA > ssDNA

? 沉降行为:不同构象的核酸分子的沉降的速率有很大差异，这是超速离心法

提取和纯化核酸的理论基础。

一、核酸分子具有强烈的紫外吸收

核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是由碱基的共轭双键所决定的 ? 紫外吸收的应用

DNA或RNA的定量、确定样品中核酸的纯度

二、DNA变性 是 双链 解 离为 单链的过程

? 定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。 ? 本质：DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。 ? 增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。

? DNA的解链曲线：连续加热DNA的过程中以温度相对于A260值作图，所得的曲线

解链温度：解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度。 G+C 含量越高，解链温度就越高。

三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链

1、复性：变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链重新配对，恢复双螺旋结构

2、退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性， 3、减色效应：DNA复性时，其溶液OD260降低。 第五节 核酸酶 核酸酶：是指所有可以水解核酸的酶。

? 依据底物不同分类 DNA酶 ：专一降解DNA。

RNA酶 ：专一降解RNA。

? 依据切割部位不同

核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。 核酸外切酶：5′→3′或3′→5′核酸外切酶。

? 核酸酶的功能

参与DNA的合成、修复以及RNA的剪接。

清除多余的、结构和功能异常的核酸，以及侵入细胞的外源性核酸。 降解食物中的核酸。

体外重组DNA技术中的重要工具酶 。