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生物化学课件-第二章 核酸的结构和功能_图文

第二章 核酸的结构和功能 Structure and Function of Nucleic Acid The biochemistry and molecular biology department of CMU 核 酸(nucleic acid) 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。 核酸的分类及分布 脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid, DNA) 存在于细胞核和线粒体内。 携带遗传信息,决定细胞和个 体的遗传型(genotype)。 核糖核酸 存在于胞核、胞液和线粒体。 (ribonucleic acid, RNA) 参与遗传信息的复制与表达。 某些病毒RNA也可作为遗传信 息的载体。 第一节 核酸的化学组成及一级结构 The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid 核酸的基本组成单位是核苷酸 (nucleotide)。 核酸 核苷酸 核苷 磷酸 碱基 戊糖 DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 。 RNA的基本组成单位是核糖核苷酸 。 一、核苷酸的结构 碱基 嘌呤 嘧啶 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) DNA、RNA均有 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶(U) DNA有 RNA有 每种核酸都含有四种碱基 。 碱基 嘌呤(purine) N 7 8 9 NH 5 6 1N 43 2 N NH2 N N NH N 腺嘌呤(adenine, A) O N NH NH N 鸟嘌呤(guanine, NH2 G) 嘧啶(pyrimidine) 5 4 3N 612 NH NH2 N O NH NH O 尿嘧啶(uracil, U) O H3C NH NH O 胞嘧啶(cytosine, C) NH O 胸腺嘧啶(thymine, T) 五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基 的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸 碱环境的影响。 O C HN OH C N OC N + H+ 酮式 NH2+ HN 烯醇式 NH2 +HN NH2 N + H+ 亚氨基 氨基 戊糖 5 CH2OH O OH 4H H3 H 2 1 H OH OH 核糖(ribose) (构成RNA) 5 CH2OH O OH 4H H3 H1 2H OH H 脱氧核糖(deoxyribose) (构成DNA) 碱基和核糖(或脱氧核糖)通过糖苷键连 接形成核苷(nucleoside) (或脱氧核苷)。 NH2 N 1 CH2OH O N O HH H 2' 1' H 糖苷键 OH H 胞嘧啶脱氧核苷 NH2 N N 9 N N CH2OH O 1' HH H 2' H OH OH 腺嘌呤核苷 糖苷键 核苷(脱氧核苷)和磷酸以酯键连接形成核 苷酸(脱氧核苷酸)。 NH2 酯键 N N 核苷酸: O 5' N 9 N HO P O CH2 OHH O 1' H 2' H 糖苷键 AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸: OH OH 腺苷酸 dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 多磷酸核苷酸: NMP,NDP,NTP NH2 N N O OO 9 N N -O Pγ O Pβ O Pα O CH2 O O- O- O- HH 1' H 2' H OH OH 一磷酸腺苷(AMP) 二磷酸腺苷(ADP) 三磷酸腺苷(ATP) 环化核苷酸: cAMP,cGMP NH2 N N N N O CH2 O HH HH HO P O OH O cAMP 二、核酸的一级结构 定义 核酸中核苷酸的排列顺序。 由于核苷酸间的差异主要是碱基不同,所 以也称为碱基序列。 5?端 核苷酸之间以3 , 5 磷酸二酯键连接形成多核 苷酸链,即核酸。 C A G 3?端 书写方法 A C T GCT AAC 5' P P P P P P P P P OH 3' 5' pApCpTpGpCpTpApApC-OH 3' 5' ACTGCTAAC 3' DNA 与RNA的区别 核酸 碱基 戊糖 DNA A、G、C、T 脱氧核糖 RNA A、G、C、U 核糖 第二节 DNA的空间结构与功能 Dimensional Structure and Function of DNA 一、 DNA的二级结构 ——双螺旋结构 (一)DNA双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析 Chargaff 规则:[A] = [T] [G] = [C] 碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理 DNA纤维的X-线衍射图谱分析 已知的核酸化学数据 (二) DNA双螺旋结构模型要点 1. 两条链反向平行,围绕同 一中心轴构成右手双螺 旋 (double helix)。螺旋 直径2nm,表面有大沟 和小沟。 2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于 螺旋外侧,碱基垂直于 螺旋轴而伸入内侧。每 圈螺旋含10个碱基对 (bp),螺距为3.4nm。 碱基平面与纵轴垂直,糖环平面与纵轴平行 3. 两条链通过碱基间的氢 键相连,A对T有两个氢 键,C对G有三个氢键, 这种A-T、C-G配对的规 律,称为碱基互补规则。 4. 维持双螺旋稳定的因素: 横向为氢键,纵向为碱 基间的堆积力。 碱基互补配对 A T C G (三)DNA双螺旋结构的多样性 A型DNA B型DNA Z型DNA 二、DNA的超螺旋结构及其在染色质 中的组装 (一)DNA的超螺旋结构 超螺旋结构(superhelix 或s

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