第13章核酸的结构.ppt

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1、主要元素组成：主要元素组成：C、H、O、N、P(911%)与蛋白质比较，核酸与蛋白质比较，核酸一般不含一般不含S，而，而P的含量较为稳定，占的含量较为稳定，占9-11%。二、基本构成单位：核苷酸二、基本构成单位：核苷酸(nucleotide)核苷酸由核苷酸由戊糖、磷酸和含氮碱戊糖、磷酸和含氮碱三部分构成三部分构成第第1313章章 核酸的结构核酸的结构一、核苷酸一、核苷酸(一一)碱基碱基（1）嘧啶碱（）嘧啶碱（pyrimidine,Py）（2）嘌呤碱（）嘌呤碱（purine,Pu）其它嘌呤（核酸的代谢产物）：其它嘌呤（核酸的代谢产物）：黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等稀有碱基稀有

2、碱基 大多出现在大多出现在tRNAtRNA中中 次黄嘌呤次黄嘌呤 (I)I)二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 (D)D)假尿嘧啶假尿嘧啶 ()5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶(m m5 5C)C)1-1-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤(m m1 1A)A)N N6 6-N N6 6甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤 (m(m2 26 6A A)胺胺式式亚亚胺胺式式互互变变异异构构酮酮式式烯烯醇醇式式互互变变异异构构l嘌呤碱和嘧啶碱嘌呤碱和嘧啶碱分子中都含有共分子中都含有共轭双键体系，在轭双键体系，在紫 外 区 有 吸 收紫 外 区 有 吸 收（260 nm260 nm左右左右）。）。组成核酸的戊糖有两种：组成核酸的戊糖有两种：l O

3、HHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖1122334545(二二)核苷核苷 nucleosidenucleoside糖与碱基之间以糖与碱基之间以 C-NC-N键键，称为，称为 N-N-糖苷糖苷键键 嘌呤核苷：糖嘌呤核苷：糖C C1 1-N-N9 9 碱，嘧啶核苷：碱，嘧啶核苷：糖糖C C11-N-N1 1碱碱碱基碱基和和核糖核糖（脱氧核糖脱氧核糖）通过）通过糖苷键糖苷键连连接形成核苷（脱氧核苷）接形成核苷（脱氧核苷）次黄苷次黄苷核糖核苷核糖核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHO

4、HHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2 A G C U99111111脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷2 2修饰核苷（修饰核苷（modified nucleosidemodified nucleoside）：）：也称稀有核苷（也称稀有核苷（minor nucleosideminor nucleoside）修饰核苷包括三种情况修饰核苷包括三种情况:（1 1）由）由修饰碱基修饰碱基和糖组成的核苷和糖组成的核苷（2 2）由非修饰碱基和）由非修饰碱基和2-O-2-O-甲基核糖甲基核糖组成的核苷组成的核苷（3 3）由碱基与糖）由碱基与糖连接方式特

5、殊连接方式特殊的核苷的核苷NNNNNHCH3dRN6-Methyl-dA（1）HNNHO5,6-dihydrouridineORHHH(D or hU)（2）OCH2HHOHHOCH3HHO2-O-甲基腺苷Ade(Am)NNCH3NH25-Methyl-dCOdRl核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。基的甲基化产物。“稀有核苷稀有核苷”是由是由“稀有碱基稀有碱基”所生成的所生成的核苷核苷假尿苷（假尿苷（）1,C5-糖苷键糖苷键 NNNNORW(Y)核苷NRH3CCH3(Wyosi

6、ne)HNNNCORQ 核苷(Queuosine)RH2N 还有一些核苷，它们的碱基不是嘌呤环，但可还有一些核苷，它们的碱基不是嘌呤环，但可把它们看作是鸟苷的衍生物，如把它们看作是鸟苷的衍生物，如Y Y核苷、核苷、Q Q核苷。核苷。取代基用下列小写英文字母表示取代基用下列小写英文字母表示 :甲基甲基m 乙酰基乙酰基ac 氨基氨基n 甲硫基甲硫基ms 羟基羟基o或或h 硫基硫基s 异戊烯基异戊烯基i 羧基羧基c HNNORSs4 UHNNOROCH2OHom5 U或hm5 UPOOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧

7、核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP （三）（三）核苷酸核苷酸(ribonucleotide)核苷核苷（脱氧核苷）和磷酸以脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。成核苷酸（脱氧核苷酸）。核苷酸核苷酸22，33，55一核糖核苷酸一核糖核苷酸(2-AMP)(3-AMP)(5-AMP)33，55一脱氧核糖核苷酸一脱氧核糖核苷酸Deoxyadenosine 3-Deoxyadenosine 3-monphosphate (3-dAMPmonphosphate (3-dAMP)Deoxyadenosine 5-Deoxyadenosine 5-monp

8、hosphate(5-dAMPmonphosphate(5-dAMP)脱氧（核糖）核苷酸（脱氧（核糖）核苷酸（deoxyribonucleotidedeoxyribonucleotide）：）：体内重要的游离核苷酸及其衍生物体内重要的游离核苷酸及其衍生物 含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOH作为第二信作为第二信使参与细胞使参与细胞信号传递

9、。信号传递。第二节核酸的共价结构第二节核酸的共价结构一、核酸中核苷酸的连接方式一、核酸中核苷酸的连接方式 核酸中核苷酸的排列顺序。核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基不同，所以也称为碱基序碱基序列列。核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形成多核苷酸链，即成多核苷酸链，即核酸。核酸。55端端3端端CGA核酸中核苷酸的连接方式核酸中核苷酸的连接方式：通过通过 33，5 5 磷酸二酯键磷酸二酯键连接。连接。33333333335555555555蛇毒磷酸蛇毒磷酸二酯酶二酯酶牛脾磷酸牛脾磷酸二酯酶二

10、酯酶碱基序列从左到右表示碱基序列从左到右表示5 35 3a a位位b b位位 5PAPCPGPCPTPGPTPA 3 或或 5 ACGCTGTA 3一级结构一级结构表表示方法示方法竖线式竖线式文字式文字式(一一)DNA)DNA的一级结构的一级结构v指脱氧核糖核苷酸序列指脱氧核糖核苷酸序列.直线形直线形或或环形环形无分支多聚体。无分支多聚体。v生物的遗传特征：生物的遗传特征：v基因：指基因：指DNADNA分子中最小的功能单位。分子中最小的功能单位。v基因组：某生物体所含全部基因。基因组：某生物体所含全部基因。v大小表示：如大小表示：如10108 8 bp bp v真核生物真核生物DNADNA存在

11、有三类核苷酸序列：高度重复、中度重存在有三类核苷酸序列：高度重复、中度重复和单一序列。复和单一序列。碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则：规则：A=T；G C 碱基的理化数据分析：碱基的理化数据分析：A-T、G-C以氢键以氢键配配对较合理对较合理 DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景DNA的高级结构的高级结构一一.DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构 二、二、DNA的空间结构的空间结构（一）（一）DNA的二级结构（的二级结构（secondary structure）1、碱基组成规则、碱基组成规则(Chargaff

12、规则规则)nA=T，G=C；A+G=T+C(嘌呤与嘧啶的总数相等嘌呤与嘧啶的总数相等)n有种属特异性有种属特异性n无组织、器官特异性无组织、器官特异性n不受年龄、营养、性别及其他环境等影响不受年龄、营养、性别及其他环境等影响 DNADNA分子由两条分子由两条DNADNA单单链组成。链组成。DNADNA的双螺旋结构是的双螺旋结构是分子中两条分子中两条DNADNA单链单链之间基团相互识别和之间基团相互识别和作用的结果。作用的结果。双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二二级结构的最基本形式。级结构的最基本形式。DNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点double helix modelDNADN

13、A双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点（1 1）DNADNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简简称称DNADNA单链单链)组成。两条链沿着同一根轴平行盘组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为向相反，即其中一条链的方向为5 5 端端33 端，端，而另一条链的方向为而另一条链的方向为3 3 端端55 端。端。（2 2）嘌呤和嘧）嘌呤和嘧啶 碱 基 位 于啶 碱 基 位 于螺旋的内侧，螺旋的内侧，磷 酸 和 脱 氧磷 酸 和 脱 氧核 糖 基 位 于核 糖 基 位 于螺 旋

14、外 侧。螺 旋 外 侧。碱 基 环 平 面碱 基 环 平 面与 螺 旋 轴 垂与 螺 旋 轴 垂直，糖 基 环直，糖 基 环平 面 与 碱 基平 面 与 碱 基环 平 面 成环 平 面 成9090角。角。（3 3）螺旋横截面的）螺旋横截面的直径约为直径约为2nm2nm，每，每条链相邻两个碱条链相邻两个碱基平面之间的距基平面之间的距离为离为0.34 nm0.34 nm，每，每1010个核苷酸形成个核苷酸形成一个螺旋，其螺一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转矩（即螺旋旋转一圈的高度）为一圈的高度）为3.4 nm3.4 nm。（4 4）维持两条）维持两条DNADNA链相链相互结合的力是链间碱基互结合的力是链

15、间碱基对形成的对形成的氢键氢键。碱基结。碱基结合具有严格的配对规合具有严格的配对规律律:A A与与T T结合，结合，G G与与C C结结合，这种配对关系，称合，这种配对关系，称为碱基互补。为碱基互补。A A和和T T之间之间形成两个氢键，形成两个氢键，G G与与C C之之间形成三个氢键。间形成三个氢键。在在DNADNA分子中，分子中，嘌呤碱嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的基的总数与嘧啶碱基的总数相等。总数相等。（5 5）螺旋表面形成大）螺旋表面形成大沟沟(major groove)(major groove)及及小沟小沟(minor groove)(minor groove)，彼此相间排列。小沟彼此

16、相间排列。小沟较浅；较浅；大沟较深，是大沟较深，是蛋白质识别蛋白质识别DNADNA碱基碱基序列的基础。序列的基础。（6 6）氢键）氢键维持双链维持双链横横向稳定性向稳定性，碱基堆积碱基堆积力力维持双链维持双链纵向稳定纵向稳定性性。（二）二级结构：（二）二级结构：双螺旋结构模型双螺旋结构模型(double helix model)1、Watson-Crick双螺旋结构模型双螺旋结构模型(B-DNA)（1）反平行双链：脱氧核糖）反平行双链：脱氧核糖-磷酸骨架位于外侧，磷酸骨架位于外侧，碱基对位于内侧碱基对位于内侧（2）碱基互补配对：）碱基互补配对：AT配对（两个氢键），配对（两个氢键），GC配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴（3）右手双螺旋：螺距为）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为，直径为2.0 nm，10bp/圈圈（4）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋白质识别白质识别DNA碱基序列的基础碱基序列的基础（5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向稳定，碱基堆积力维持螺旋