导图社区 生物化学 第2章核酸的结构与功能
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核酸的结构与功能
核酸概述
结构及化学组成
核苷酸和脱氧核苷酸是构成核酸的基本单位
核苷酸
核苷
戊糖
碱基
空间位阻的影响核糖和碱基处于反式构象
磷酸
意义
核苷酸是细胞内化学能的载体
信号转导的第二信使，具有调控基因表达的作用
AMP衍生物
NAD+-辅酶I-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
NADP-辅酶II-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
FAD-黄素腺嘌呤 二核苷酸 B2衍生物
辅酶A
成键
核糖和碱基
β-N-糖苷键
核苷和磷酸
磷脂键
核苷酸之间的连接
3`,5`磷酸二酯键
5端-磷酸基团 3端-羟基
提取方法
超速离心法
理化性质
紫外吸收
范围
260nm
原因
嘌呤嘧啶都含有共轭双键的杂环分子
作用
通过吸光度值判断核酸含量
具体比例
强酸性
RNA有较强酸性 相比DNA对碱水解更敏感
粘滞度大
线性高分子
DNA变性
含义
双链解离为两条DNA单链的过程
只改变空间结构 破坏氢键 不破坏3-5磷酸二酯键（一级结构不改变）
DNA解链温度Tm
260nm吸光度达到最大变化值的一半所对应的温度
影响因素
DNA长度 GC含量 离子强度
特性变化
DNA增色效应
解链过程中碱基暴露，260nm处的吸光度随之增加
判断DNA是否变性的主要方法
黏度降低（与蛋白质相反）
DNA的复性
把变性条件去除后，两个解离的DNA互补链重新配对成DNA双链，恢复原来结构
退火
热变性DNA缓慢冷却的复性
核酸分子杂交
保持DNA单链所在的变性状态
迅速冷却到4℃
DNA的空间结构与功能
DNA的一级结构
脱氧核苷酸的排列顺序
=碱基序列
化学键：3`,5`-磷酸二酯键
DNA的二级结构是双螺旋结构基础
实验基础
Chargaff原则
不同生物个体的DNA，其碱基组成不同
同一个体不同器官不同组织的DNA具有相同的碱基
对于特定组织的DNA碱基组分不随其年龄、营养状态、环境所变化
A=T,C=G
X射线衍射
DNA分子成螺旋状
模型特点
DNA是由两条 多聚脱氧核苷酸链 围绕同一个螺旋轴 形成 反向平行 的右手螺旋
相关数据
直径
2.37nm
螺距
3.54nm
每个螺旋有10.5个碱基对
碱基对平面之间垂直距离
0.34nm
两个碱基之间旋转角
3.6°
稳定性维持
纵向-碱基堆积力
横向-碱基对之间的氢键
两条多聚脱氧核糖核苷酸链的 亲水性骨架
将 互补碱基对 包埋在DNA双螺旋结构内部
结构
疏水性碱基对
位置
双螺旋结构的内部
亲水性骨架
外部
组成
核糖
特点
非对称性
类型
B型DNA
旋转方向
右旋 10.5
沃森和克里克发现的，所说的DNA通常为此 92%相对湿度
A型DNA
右旋 11
实验室获得
环境相对湿度降低后，B型的空间参数发生改变
Z型DNA
左旋 12
自然存在
DNA的多链结构
DNA双链经过盘绕折叠形成高级结构
DNA双链一旦弯曲就会产生应力，超螺旋结构可以释放应力
条件
拓扑异构酶
相关结论
使DNA处于一个低能量的稳定状态
自然条件下一般是反超螺旋存在
原核生物
封闭环状的DNA具有超螺旋结构
原核生物的环状DNA
功能
负超螺旋产生了DNA双链的局部解链效应，有助于复制转录等生物过程
结论
不同DNA区域可以有不同程度的超螺旋结构
超螺旋结构可以互相独立存在
超螺旋DNA双链只能在闭环的形式存在
或者在蛋白质结合的条件下存在
以避免他们相互纠缠
真核生物
真核生物DNA被主机有序的组装成高级结构
染色质
细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的染色质形式存在
染色体
基本单位
核小体
八聚体核心组蛋白
H2A X 2
H2B X2
H3 X2
H4 X2
H1在核小体外充当扣子
长度为146bp的DNA绕组蛋白1.75圈
10nm串珠结构（染色质纤维）
连接相邻核小体之间的一段DNA称为连接段DNA
是非组蛋白结合区域
第一次折叠
核小体形成串珠结构
压缩7倍
第二次折叠
染色质纤维按照左手螺旋在组蛋白H1的参与下形成中空状螺线管
压缩40-60倍
每个螺旋6个核小体
第三次折叠
多级螺线化模型
压缩30倍
第四次折叠
形成染色单体
压缩5-6倍
功能区
端粒
概念
染色体端膨大的粒状结构
染色体端DNA（端粒DNA）
DNA结合蛋白
着丝粒
两个染色单体的连接位点，富含AT序列
DNA是主要遗传物质
相关概念
基因组
包含在该生物的DNA中的全部遗传信息
一套染色体中完整的核苷酸序列
DNA特点
高度稳定系
高度复杂性
RNA的空间结构与功能
RNA分类
编码RNA
定义
从基因组上转录而来、其核苷酸序列可以翻译成蛋白质的RNA
仅信使RNA（mRNA）
非编码RNA
组成性非编码RNA
参与RNA剪接、蛋白质转运、调控基因的表达
保障遗传信息传递的关键因子
丰度恒定
转运RNA（tRNA）
核糖体RNA（rRNA）
催化小RNA（核酶）
ribozyme 催化功能的RNA分子统称
核小RNA（SnRNA）
hnRNA加工
参与真核细胞mRNA成熟
核仁小RNA（SnoRNA)
rRNA的加工
45sRNA→28/5.8/18
胞质小RNA（ScRNA）
信号肽识别
调控性非编码RNA
参与了基因的表达与调控
丰度易被改变
非编码小sncRNA
＜200nt
primiRNA
形成miRNA
miRNA（微RNA）
降解内源性基因表达mRNA
siRNA（小干扰RNA）
降解外源性基因表达mRNA
抑制翻译转录
piRNA
PIWI蛋白质家族成员结合后控制基因沉默
长非编码lncRNA
LncRNA：基因沉默/激活
由RNApol II转录生成 类似于mRNA 有尾巴
无ORF 不编码蛋白质
环状circRNA
circRNA无5`3`端，不受RNA外切酶影响，不易被降解
充当miRNA的停靠站 解除其基因沉默作用
高度保守性
组织时序疾病特异性
mRNA是蛋白质生物合成的模板
丰度最小 种类最多
hnRNA经过一系列的修饰和剪接成为成熟的mRNA
snRNA参与该过程
hnRNA（核不均一RNA）
外显子
内含子（丢）
加帽加尾
mRNA
特有结构
真核细胞mRNA的5`-端有帽结构
起始结构
反式7-甲基鸟嘌呤-三磷酸腺苷（m7Gppp)
特殊化学键
5`-5`三磷酸键
原核生物没有5`帽结构
真核生物的5`帽结构可与帽结合蛋白分子CBP结合形成复合体
有助于mRNA的稳定系
协同mRNA从胞核向胞质的转运
真核生物mRNA的3`端有多聚腺核苷酸尾的结构
由80~250个腺苷酸连接而成的多聚腺苷酸结构
加入RNA时期
mRNA转录完成后
有些原核生物mRNA有尾巴
多聚A尾与poly（A)结合蛋白结合
共同参与转运
若去除帽子尾巴 迅速降解
mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列
真核mRNA
5`非翻译区
编码区
开放阅读框ORF
3`非翻译区
tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体
胞内分子量最小
参与蛋白质合成
提供氨基酸
具有稳定的空间结构
有稀有碱基
假尿嘧啶φ
双氢尿嘧啶DHU
甲基化嘌呤
次黄嘌呤
转录后修饰而成的 不是直接翻译
tRNA的3`端连接着氨基酸
所有3`端都是以CCA三个核苷酸结束
一个tRNA只能对应一种氨基酸
一个氨基酸可以对应多种tRNA
二级结构
DHU环
反密码子环
TφC环
三叶草结构
茎环/发夹结构
局部双螺旋之间的核苷酸序列不能形成互补配对
则膨出形成环状或攀状结构
三级结构
形状
倒“L”形
构造力
特殊氢键
碱基堆积力
rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所
含量最多
rRNA有确定的种类和保守的核苷酸序列
rRNA与核糖体蛋白构成核糖体--将蛋白质合成所需的mRNA tRNA及蛋白质因子招募在一起
有许多茎环结构
核糖体构成
小亚基30s （16sRNA）
大亚基50s（5s/23sRNA）
真核细胞
小亚基40s（18sRNA）
大亚基60s（5s/5.8s/28sRNA）
核糖体结构
A位
结合氨酰-tRNA
P位
结合肽酰-tRNA
E位
tRNA的排除位
RNA通常以单链形式存在
较长的RNA可以通过链内的碱基互补配对形成局部的双螺旋二级结构以及复杂的高级结构
RNA的种类丰度大小和空间结构逗比DNA复杂
