第2章 核酸的结构和功能Word格式.docx

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d.具有遗传变化的能力

●DNA的特征

a）各异的碱基序列储存大量的遗传信息

b）碱基互补是其复制、转录表达遗传信息的基础

c）生理状态下物理、化学性质稳定

d）有突变和修复能力，可稳定遗传是生物进化的基础

2、DNA携带两种遗传信息

a、编码蛋白质和RNA的信息（编码tRNA、rRNA）：

64个三联体密码子：

3个终止密码子，编码氨基酸的61个密码子具有简并性、通用性

b、编码基因选择性表达的信息

☐原核生物的结构基因占Genome的比例很大，Φx174phage5386bp，结构基因用去5169bp比例达96％。

☐真核生物的结构基因占Genome的比例很小，哺乳动物中结构基因只占10％～15％。

☐其余80％以上的DNA起什么作用目前还无法精确解释，但可以肯定其中大部分DNA序列是编码基因选择性表达的遗传信息。

☐表现在：

细胞周期的不同时相中

个体发育不同阶段

不同的器官和组织

不同的外界环境下各种基因的表达与否以及量的差异

☐所以又称－－调控序列

二、RNA也可作为遗传物质

⏹RNA病毒：

传染媒介是病毒颗粒（病毒基因组RNA、蛋白质外壳）

⏹TobaccoMosaicVirus（TMV）

⏹类病毒（viroid）:

使高等植物产生疾病的传染性因子，只由RNA组成。

三、是否存在核酸以外的遗传物质

⏹Prion（proteinaccousinfectionsparticle）引起的风波

⏹朊病毒－－－蛋白质样的感染因子

1）羊搔痒病（scripie）

2）人类库鲁（kuru）病

3）牛海绵状脑炎（疯牛病）

⏹均由传染性病原蛋白颗粒引起，统称Prion（朊病毒）

资料：

1982年，美国加利福尼亚大学教授斯坦利?

普利西纳提出雅克氏病的病原体是一种“蛋白质性质的感染颗粒”，并用prion（普利昂）一词表示这种因子，国内曾译为朊病毒或锯蛋白。

但这种蛋白质粒子缺乏核酸，称为病毒并不妥当，故现在称为朊毒体。

疯羊病、疯牛病及人类所患的新型雅克氏症等海绵状脑病，都是由朊毒体发生变异引起的。

包括人在内的哺乳动物体内都存在朊毒体，它在正常形态下呈折叠状，但变异时会张开如同锯齿状，在大脑中撑出大量的小洞，引起人或动物患上痴呆型的传染性海绵状脑病。

朊毒体的致病过程是：

首先经一定传播途径（如进食患病动物的肉和内脏）侵入机体并进入脑组织，其后沉积于不同的神经元溶酶体内，导致被感染的脑细胞受损、坏死，释出的朊毒体又侵犯其它脑细胞，使病变不断发展；

病变的神经细胞死亡后，脑组织中留下大量小孔呈海绵状，并出现相应的临床症状，这就是众所周知的海绵状脑病。

普利西纳学说公布之初，在学术界曾遭到猛烈反对，多数人持否定态度。

因为分子生物学的中心命题是“生物的遗传基因以核糖核酸和脱氧核糖核酸为本体”，在此之前，人们普遍认为，不存在没有核酸的病原体，这已成为常识，但普利西纳的学说却与这种认识背道而驰。

经过10多年的研究和争论，大量事实确证了朊毒体的存在，普利西纳的学说最终得到了认可。

鉴于这一发现的重大科学价值，普利西纳荣获1997年度诺贝尔生理学或医学奖。

第2节核酸的化学组成

一、含氮碱基、核苷、核苷酸

●DNAisanucleotidepolymerwithcovalentbondsbetweenthesugarandPhosphategroups.

●Alongmolecularchaincontainingasugar,aphosphateandoneoffourdifferentnucleotidebases.

●ChemicalComposition（化学组成）:

Sugar（糖）:

Deoxyribose（ribose核糖inRNA）

Phosphate（磷酸）:

-phosphodiester

Bases（碱基）:

（G）guanine（C）cytosine

（A）adenine（T）thymine

☉碱基

名称与缩写

（1）

■RNA：

ribonucleicacid核糖核酸

■DNA：

deoxyribonucleicacid脱氧核糖核酸

■pyrimidine：

cytosine（Cyt）胞嘧啶

嘧啶thymine（Thy）胸腺嘧啶

uracil（Ura）尿嘧啶

■purine：

adenine（Ade）腺嘌呤

嘌呤guanine（Gua）鸟嘌呤

名称与缩写

（2）

■ribonucleoside核糖核苷（不带磷酸）

adenosine（Ado）腺（嘌呤核）苷

guanosine（Guo）鸟（嘌呤核）苷

cytidine（Cyd）胞（嘧啶核）苷

thymidine（Thd）胸（腺嘧啶脱氧核）苷

uridine（Urd）尿（嘧啶核）苷

■ribonucleotide核糖核苷酸（带磷酸）

adenosine5’-mono（di,tri）phosphaste；

AMP,ADP,ATP

■deoxyribonucleoside脱氧核糖核苷

deoxyadenosine（dAdo）……

■deoxyribonucleotide脱氧核糖核苷酸

dAMP,dADP,dATP……dNTP

二、DNA分子的一级结构

1.多聚核苷酸链主链是核糖和磷酸，侧链为碱基，由3’,5’磷酸二酯键连接

2.链的方向：

同一个磷酸基的5’酯键到3’酯键的方向（5’→3’）

3、DNA一级结构的特点

a.脱氧核糖是其显著特点－－－－DNA极其稳定的根本原因

b、磷酸呈四面体构型，脱氧核糖呈折叠的五元环，碱基是平面的

c、主链是亲水的，侧链（碱基）是疏水的

⏹主链的脱氧核糖的羟基能与水形成氢键，而磷酸基团在生理条件下离解为负离子,这些特点保证了多核苷酸链可形成稳定的构象。

4、一级结构的概念

⏹指DNA分子中的核苷酸排列顺序

⏹不同生物借此贮存遗传信息

⏹决定DNA的二级结构和高级结构

第3节核酸的结构

一、DNA双螺旋模型的提出

依据

⏹a.1938.W.T.Astbury首次用X－射线分析DNA

⏹b.1950ChargaffA+G/T+C=1

A+T≠G+C

⏹c.1952AlexanderTodd

发现了核苷酸和核苷酸之间由磷酸二酯键联接

⏹d.1952M.H.F.Wilkins&

RosalindFranklin

得到了高度定向的DNA纤维的X-射线照片

发现原子长轴存在0.34和3.4nm两种周期性

⏹此外，之前的密度测定表明螺旋由两条多核苷酸链组成，且直径恒定（2nm）。

Watson-Crick的DNA双螺旋

⏹两条相互独立的单链DNA分子以螺旋方式相互缠绕，形成右手双螺旋；

⏹带有负电的戊糖-磷酸骨架在分子的外侧；

⏹碱基则平面堆积于螺旋的内部；

⏹由于骨架双链在螺旋轴上的间距不相等，从而在分子表面形成大沟和小沟。

双螺旋模型参数

⏹直径20Å

⏹螺距为34Å

（任一条链绕轴一周所升降的距离）

⏹每圈有10个核苷酸（碱基）

⏹两个碱基之间的垂直距离是3.4Å

。

螺旋转角是36度。

⏹有大沟和小沟，配对碱基并不充满双螺旋空间，且碱基对占据的空间不对称。

二、影响双螺旋结构稳定性的因素

范德华力（Vandewaalsforce）

疏水作用力（Hydrophobicinteraction）

*不稳定因素

⏹磷酸基团间的静电斥力 

⏹碱基内能增加（温度）,使氢键因碱基排列有序状态的破坏而减弱

三、双螺旋结构的基本形式

图

B-DNA：

资料来自相对湿度为92％所得到的DNA钠盐纤维。

此外人们还发现了A、C、D、E等右手双螺旋和左手双螺旋Z构象等形式。

DNA结构的多态性：

几种不同的DNA双螺旋结构以及同一种双螺旋结构内参数存在差异的现象。

原因：

多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单键，磷酸二酯键的两个P-O键、糖苷键、戊糖环各个键。

四、一些DNA序列的不寻常结构

1、反向重复序列与二级结构

⏹反向重复序列（invertedrepeatitivesequenceorinvertedrepeats,IR）,又称回文序列（廻文）：

指两段同样的核苷酸序列同时存在于一个分子中，但具有相反的方向。

有时也有不完全相同的情况。

☐RNA和DNA中都可能存在

⏹此外还可有directedrepeatitivesequence---正向重复序列

⏹较短的回文序列可能是作为一种信号

⏹如：

限制性内切酶的识别位点

⏹一些调控蛋白的识别位点

⏹例如限制性内切酶EcoRⅠ的识别位点

5‘－－GAATTC－－3’

3‘－－CTTAAG－－5’

2.三螺旋DNA（TribleHelixDNA,T.SDNA）

（1）发现和证实

1953年，Watson&

CrickD.SDNAmodel证明沿大沟存在多余的氢键给体与受体

潜在的专一与DNA（蛋白质） 

结合的能力

形成T.SDNA可能性

1957年Felsenfeld等发现一股为嘌呤，另一股为嘧啶的核苷酸双链能够形成三链

如：

polyA/polyUpolydA/polydTpolyd（AG）/polyd（CT）

——三螺旋DNA的概念提出

1987年Mirkin.S.M证明plasmidDNA在pH=4.3的溶液中,有T.SDNA的存在，

这些发现促进了三螺旋DNA的研究

（2）组成形式

a、D.S.DNA+D.S.DNA→T.S.DNA+S.S.DNA

b、 

分子组成

☆ 

PY/PU+PU（偏碱性介质中稳定）G＊G、A＊A、G＊C＋

☆PY/PU+PY（偏酸性介质中稳定）常见类型G＊C＋A＊T

3、四股螺旋DNA（tetraplexDNA,TetrableHelixDNA

结构特点：

基本结构单元－－鸟嘌呤四联体

可能的功能：

A、稳定真核生物染色体结构

B、保证DNA末端准确复制

C、与DNA分子的组装有关

D、与染色体的meiosis&

mitosis有关

第四节核酸的物理化学性质

DNA双股链的互补是其结构和功能上的一个基本特征，也是DNA研究中一些实验技术的基础

1、条件：

加热，极端pH，有机溶剂（尿素、酰胺），低盐浓度等

2、变性过程的表现

¤

是一个爆发式的协同过程，变性作用发生在一个很窄的温度范围

导致一些理化性质发生剧烈变化