第四章 核酸的结构和功能

第一节 核酸的化学组成以及一级结构

嘧啶核苷（C'-1和嘌呤的N-9或嘧啶的N-1形成β-N-糖苷键）碱基嘌呤A腺、G腺U尿、T胸腺、C胞核酸（DNA/RNA）核苷酸（碱基的C'-5的-OH+磷酸的-OH形成磷脂键；）核糖/脱氧核糖（C'-2原子不同，一个是-OH，一个是-H;前者稳定性更好）磷酸 核苷酸包括：核苷一/二/三磷酸→NMP/NDP/NTP 构成DNA的四种核苷酸：dAMP,dGMP,dCMP,dTMP 构成RNA的四种核苷酸：AMP,GMP,CMP.UMP 多聚核苷酸链（DNA/RNA）：核苷酸的碱基的C’-3的-OH + 下一个核苷酸的磷酸的-OH，形成另一个3’,5’-磷酸二脂键； 5’端是磷酸基团，3’端是羟基，只能从3’-OH端延长。链具有5’→3’的方向性。

核酸的一级结构是核苷酸自5’-端至3’-端的排列顺序。即核酸的碱基序列。 单链DNA和RNA分子的大小：核苷酸数目表示 双链DNA分子的大小：碱基对/千碱基对数目表示

一个由N个脱氧核苷酸组成的DNA有4N个可能的排列组合。

第二节 DNA的空间结构与功能

DNA的空间结构：构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系；包括二级结构、高级结构

DNA中四种碱基组成的Chargaff规则：①不同生物个体的DNA，其碱基组成不同

②同一个体不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成

③对于一特定组织的DNA，其碱基组分不随其年龄、营养状态和环境而变化 ④对于一特定的生物体而言，A=T，G=C DNA双螺旋结构模型的要点：①DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成（右手螺旋、反向平行）

②核糖与磷酸位于外侧（疏水的碱基位于内侧；DNA表面存在一个大沟、一个小沟）

③DNA双链之间形成了互补碱基对（氢键个数：A＝T,G≡C；每一个螺旋有10.5个碱基对，每两个碱基对之间的相对旋转角度为36°，每两个相邻碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm）

④碱基对的疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定（疏水性的碱基堆积力最重要） DNA双螺旋结构的多样性：溶液的离子强度或相对湿度的变化可以使DNA双螺旋结构的沟槽、螺距、旋转角度等

发生变化。B-DNA,A-DNA,Z-DNA(左手螺旋)

端粒：真核生物染色体DNA的3’-端的结构（富含G和T的重复序列）；端粒DNA的末端是单链结构，可以自身回折形成G-四链结构。

G-平面：这四链结构的核心是由4个鸟嘌呤通过8个Hoogsteen氢键形成的G-平面。 G-四链结构：若干个G-平面的堆积

某些基因的启动子以及mRMA的5’-端非翻译区都是富含鸟嘌呤的序列。这些序列通过G-四链结构对基因表达进行适度的调控。

DNA的高级结构是超螺旋结构：当盘绕方向相同→正超螺旋，反之→负超螺旋

①绝大多数原核生物DNA是环状的双螺旋分子。在细胞内进一步盘绕后形成类核结构（80%的DNA和20%的蛋白

质）。在细菌DNA中，超螺旋结构可以相互独立存在，形成超螺旋区。

②真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序致密结构。具体见医学细胞学

第三节 RNA的结构和功能

动物细胞内主要的RNA种类及功能

RNA种类 缩写 细胞内位置（＞80%，最多；+核糖体蛋白→核糖体； 功能 原核生物为5S、16S、23S；真核生物为5S+5.8S+28S→60S大亚基，18S→40S小亚基） 核糖体RNA 信使RNA rRNA mRNA 细胞质 细胞质（在细胞核内合成；2%~5%，丰度最小，种类最多；真核生物的mRNA的5’-端有特殊帽结构，3’-端有多聚腺苷酸尾，共同负责mRNA从细胞核向细胞质的转运、维持mRNA的稳定性以及翻译起始的调控） 核糖体的组成成分 蛋白质合成模板 转运RNA tRNA 细胞质（15%，含有茎环/发夹结构，三叶草形状，上方3’-端为CCA，连氨基酸→氨基酰-tRNA;下方为反密码子识别mRNA的密码子；与氨基酸的关系为n对1；倒L形的空间结构） 转运氨基酸 微RNA 胞质小RNA 不均一核RNA（含内含子、外显子） 核小RNA 线粒体核糖体RNA 线粒体信使RNA 线粒体转运RNA microRNA hnRNA snRNA mt rRNA mt mRNA mt tRNA 细胞质 细胞核（mRNA的初级产物） 细胞核 线粒体 线粒体 线粒体 翻译调控 信号肽识别体的组成成分 成熟mRNA的前体 参与hnRNA的剪接、转运 核糖体组成成分 蛋白质合成模板 转运氨基酸 scRNA/75L-RNA 细胞质 其他非编码RNA（ncRNA）参与基因表达的调控

长链非编码RNA（lcnRNA） 短链非编码种类 位置 功能 结构上类似mRNA,但序列中不存在开放读框 snRNA（核内小RNA） 细胞核 参与真核细胞hnRNA的内含子加工剪接 snoRNA（核仁小RNA） 核仁 参与rRNA的加工和修饰（如甲基化修饰） scRNA（胞质小RNA） 细胞质 参与形成信号识别颗粒，引导含有信号肽的蛋白质进入内质网定位合成 RNA（sncRNA） 催化性小RNA（核酶） 细胞内 催化特定RNA的降解活性，在RNA的剪接修饰中具有重要作用 siRNA（小干扰RNA） 以单链形式与外源基因表达的mRNA相结合，有道相应nRNA降解 miRNAs（微RNA） 通过结合mRNA而选择性调控基因的表达 第四节 核酸的理化性质

①核酸分子具有强烈的紫外吸收：嘌呤和嘧啶都含有共轭双键→在中性条件下，最大吸收值在260nm附近。根据

260nm处的吸光度，可以确定出溶液中的DNA或RNA的含量。 ②DNA变形是双链解离为单链的过程：

DNA变性：某些理化因素（温度、pH、离子强度等）会导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生裂解，使DNA双

链解离为单链。改变了DNA的空间结构，但是没有改变核苷酸序列。

DNA的增色效应：监测DNA双链是否发生变形的一个最常用指标。 DNA的解链曲线（加热）：DNA的解链温度Tm/溶解温度。碱基的GC含量越高，离子强度越高，Tm值越高。小于

20bp寡核苷酸片段的Tm=4(G+C)+2(A+T)

③变性的核酸可以复性或形成杂交双链：

复性/退火：当变性条件缓慢出去后，两条解离的互补链可重新互补配对，恢复原来的双螺旋结构。

保持DNA的变性状态：将热变形的DNA迅速冷却至4℃以下，两条解离的互补链还来不及形成双链，所以DNA不

能发生复性。

核酸杂交：将不同种类的DNA单链或RNA放在同一溶液中，只要两种核酸单链之间存在着一定程度的碱基配对关

系，它们就有可能形成杂化双链。这种杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成，也可以在RNA单链之间成， 甚至还可以在DNA单链和RNA单链之间形成。这种现象称为核酸杂交。 核酸分子杂交是分子生物学的常用实验技术。

艾滋病（AIDS）：是由人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，简称HIV）引起的一种严重传染性疾病。

人体免疫缺陷病毒:是一种杀细胞性病毒；主要破坏人体免疫细胞 ---‘辅助性T淋巴细胞’；

帽子结构和多聚A尾的功能： 1.mRNA从核内向胞质的转位 2.mRNA的稳定性维系 3.翻译起始的调控 第五节：核酶：DNA酶、RNA酶