1、第第 一一 章章 核酸的高級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的高級(jí)結(jié)構(gòu)|18681868年年，瑞士的一位年輕的科學(xué)家，瑞士的一位年輕的科學(xué)家 Fridrich MiescherFridrich Miescher（1844-18951844-1895） 從從外科繃帶上膿細(xì)胞外科繃帶上膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分的細(xì)胞核中分 離出一種有機(jī)物質(zhì)，它的含磷量超離出一種有機(jī)物質(zhì)，它的含磷量超 過(guò)了當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的任何有機(jī)化合物，并有很強(qiáng)的酸性，由過(guò)了當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的任何有機(jī)化合物，并有很強(qiáng)的酸性，由于該物質(zhì)是從細(xì)胞核中分離出來(lái)的，因此當(dāng)時(shí)就稱(chēng)它為于該物質(zhì)是從細(xì)胞核中分離出來(lái)的，因此當(dāng)時(shí)就稱(chēng)它為“核素核素”（nucleinnuclein），），Mie

2、scherMiescher所分離到的核素就是我所分離到的核素就是我們今天所指的脫氧核糖核蛋白。們今天所指的脫氧核糖核蛋白。 |18891889年，年， AltmannAltmann首先制備了不含蛋白質(zhì)的核酸制品，首先制備了不含蛋白質(zhì)的核酸制品，因?yàn)槭菑募?xì)胞核中分離出來(lái)的酸性物質(zhì)，所有叫因?yàn)槭菑募?xì)胞核中分離出來(lái)的酸性物質(zhì)，所有叫核酸核酸（nucleic acidnucleic acid）。 后來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)后來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)、線粒體、葉綠體細(xì)胞質(zhì)、線粒體、葉綠體、無(wú)核結(jié)構(gòu)的、無(wú)核結(jié)構(gòu)的細(xì)菌細(xì)菌和沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的和沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的病毒病毒都含有核酸，從此都含有核酸，從此“核酸核酸”這一名稱(chēng)保留并一直沿

3、用至今。這一名稱(chēng)保留并一直沿用至今。 核酸作為生物體的一種化學(xué)物質(zhì)，早期的研究?jī)H限于它核酸作為生物體的一種化學(xué)物質(zhì)，早期的研究?jī)H限于它的的化學(xué)組成化學(xué)組成。 雖然早在雖然早在2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代，人們已經(jīng)知道年代，人們已經(jīng)知道DNADNA是由是由四種核四種核苷酸苷酸組成的多聚體長(zhǎng)鏈，但也只是將它看作細(xì)胞中的一組成的多聚體長(zhǎng)鏈，但也只是將它看作細(xì)胞中的一般化學(xué)成分，且由于這四種核苷酸比較相像，化學(xué)結(jié)構(gòu)般化學(xué)成分，且由于這四種核苷酸比較相像，化學(xué)結(jié)構(gòu)看來(lái)也十分簡(jiǎn)單，因此也沒(méi)有人注意到它的生物學(xué)功能?？磥?lái)也十分簡(jiǎn)單，因此也沒(méi)有人注意到它的生物學(xué)功能。當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為，決定遺傳特性的物質(zhì)是蛋白質(zhì)。

4、當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為，決定遺傳特性的物質(zhì)是蛋白質(zhì)。19441944年，年， Avery Avery等人著名的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)等人著名的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證實(shí)證實(shí)核酸是主要遺傳物質(zhì)。見(jiàn)圖核酸是主要遺傳物質(zhì)。見(jiàn)圖19521952年，年，HersheyHershey等人用等人用同位素標(biāo)記法同位素標(biāo)記法研究研究T2T2噬菌體的噬菌體的感染作用，他們用感染作用，他們用3232P P標(biāo)記噬菌體的標(biāo)記噬菌體的DNADNA，用，用3535S S標(biāo)記蛋白標(biāo)記蛋白質(zhì)，然后感染大腸桿菌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有質(zhì)，然后感染大腸桿菌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有3232P-DNAP-DNA進(jìn)入細(xì)進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，菌細(xì)胞，3535S S蛋白質(zhì)留在細(xì)胞外，進(jìn)

5、一步蛋白質(zhì)留在細(xì)胞外，進(jìn)一步肯定了肯定了DNADNA的遺的遺傳作用。傳作用。19531953年，年，WatsonWatson和和CrickCrick確定了確定了DNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，發(fā)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)堿基互補(bǔ)配對(duì)原理，同時(shí)提出了現(xiàn)堿基互補(bǔ)配對(duì)原理，同時(shí)提出了DNADNA半保留復(fù)制假說(shuō)。半保留復(fù)制假說(shuō)?；A(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)l野 生 型 肺 炎 雙 球 菌野 生 型 肺 炎 雙 球 菌( (S t r e p - t o c o c c u s S t r e p - t o c o c c u s pneumoniaepneumoniae) )菌落為菌落為光滑光滑型型，一種突變型為，一種突變型

6、為粗糙型粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形兩者根本差異在于莢膜形成；成；l莢膜的主要成分是多糖，莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；具特殊的抗原性；l不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)定的，一般情況下不發(fā)生定的，一般情況下不發(fā)生互變。互變。莢膜莢膜 菌落菌落 毒性毒性類(lèi)型類(lèi)型光滑型光滑型S S 發(fā)達(dá)發(fā)達(dá) 光滑光滑有有I, II, I, II, IIIIII粗糙型粗糙型R R無(wú)無(wú)粗糙粗糙無(wú)無(wú)I, III, IIorand可分離可分離v19681968年，年， NirenbergNirenberg發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。遺傳密碼。v19751975年，年， TeminTemin和和Baltimo

7、reBaltimore發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。逆轉(zhuǎn)錄酶。v19811981年，年， GilbertGilbert和和SangerSanger建立建立DNA DNA 測(cè)序方法。測(cè)序方法。同年，同年，CechCech發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)發(fā)現(xiàn)四膜蟲(chóng)rRNArRNA前體能夠通過(guò)自我拼接切除內(nèi)含子，前體能夠通過(guò)自我拼接切除內(nèi)含子，表明表明RNARNA也具有催化功能，稱(chēng)為核酶也具有催化功能，稱(chēng)為核酶(ribozyme),(ribozyme),這是對(duì)這是對(duì)“酶一定是蛋白質(zhì)酶一定是蛋白質(zhì)”傳統(tǒng)觀點(diǎn)的一次大的沖擊。傳統(tǒng)觀點(diǎn)的一次大的沖擊。v1 9 8 31 9 8 3 年 ，年 ， S i m o n sS i m o n s

8、 和和 M i z u n oM i z u n o 等 分 別 發(fā) 現(xiàn) 了 反 義等 分 別 發(fā) 現(xiàn) 了 反 義RNA(antisense RNA)RNA(antisense RNA)，表明，表明RNARNA還具有調(diào)節(jié)功能。還具有調(diào)節(jié)功能。v 1985年，年， Mullis發(fā)明發(fā)明PCR(Polymerase Chain Reaction)技術(shù)技術(shù),即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。此項(xiàng)技術(shù)是模仿即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。此項(xiàng)技術(shù)是模仿DNA在生物在生物體內(nèi)的自然復(fù)制過(guò)程體內(nèi)的自然復(fù)制過(guò)程,來(lái)擴(kuò)增來(lái)擴(kuò)增DNA片段片段。v 1986年，年，Gilbert提出提出“RNA世界世界”的假說(shuō)。這一假說(shuō)的假說(shuō)。這一假說(shuō)認(rèn)為，

9、在認(rèn)為，在40億年前的太古代，地球上就已經(jīng)誕生了億年前的太古代，地球上就已經(jīng)誕生了RNA自我復(fù)制系統(tǒng)自我復(fù)制系統(tǒng)“RNA世界世界”。v 之后，之后，RNA不但能進(jìn)行有機(jī)物合成，而且還能與原始不但能進(jìn)行有機(jī)物合成，而且還能與原始地球上出現(xiàn)的蛋白質(zhì)相互作用，迎來(lái)了它們的共生時(shí)地球上出現(xiàn)的蛋白質(zhì)相互作用，迎來(lái)了它們的共生時(shí)代代“RNA-蛋白質(zhì)世界蛋白質(zhì)世界”，最終逐漸形成原始生命。，最終逐漸形成原始生命。l后來(lái)，后來(lái)，RNA將大多數(shù)催化功能交給更高活性的蛋白質(zhì)，將大多數(shù)催化功能交給更高活性的蛋白質(zhì)，將遺傳信息傳遞功能交給了在化學(xué)性質(zhì)上更穩(wěn)定的將遺傳信息傳遞功能交給了在化學(xué)性質(zhì)上更穩(wěn)定的DNA，久而久

10、之，才演變成現(xiàn)在的生物世界，也就是，久而久之，才演變成現(xiàn)在的生物世界，也就是“DNA世界世界”。l1990年，年， 美國(guó)政府出資美國(guó)政府出資30億美元，用億美元，用15年的時(shí)間完成年的時(shí)間完成人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組計(jì)劃(human genome project,HGP)。1994年，中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)。年，中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)。2001年，美、英等國(guó)年，美、英等國(guó)完成人類(lèi)基因組計(jì)劃基本框架。完成人類(lèi)基因組計(jì)劃基本框架。2003年年4月月14日，人類(lèi)日，人類(lèi)基因組計(jì)劃勝利完成?；蚪M計(jì)劃勝利完成。 核酸（核酸（nucleic acid）是以核苷酸為基本是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子

11、，攜帶和傳遞遺組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。傳信息。二、核酸的概念二、核酸的概念根據(jù)核酸的化學(xué)組成可分為：根據(jù)核酸的化學(xué)組成可分為：1.1.脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acidDeoxyribonucleic acid，DNADNA）部位：部位：細(xì)胞核（細(xì)胞核（98%98%）、線粒體、葉綠體）、線粒體、葉綠體功能：功能：是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。能攜帶遺傳信息，決定是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。能攜帶遺傳信息，決定C C和個(gè)和個(gè)體的基因型。體的基因型。2. 2. 核糖核酸（核糖核酸（ribonucleic acidribonucleic acid，RNARNA）部位：

12、部位：主要細(xì)胞質(zhì)主要細(xì)胞質(zhì) 功能：功能：參與參與C C內(nèi)內(nèi)DNADNA遺傳信息的表達(dá)。在少數(shù)物種如某些病遺傳信息的表達(dá)。在少數(shù)物種如某些病毒中也可作為遺傳信息的載體。毒中也可作為遺傳信息的載體。 RNARNA又可根據(jù)分子大小和又可根據(jù)分子大小和生物學(xué)功能不同，分為生物學(xué)功能不同，分為: :信使核糖核酸信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸（Transfer RNA，tRNA）核糖體核糖核酸核糖體核糖核酸（Ribosomal RNA，rRNA）rRNArRNAtRNAtRNAmRNAmRNA比例比例80808282151516163 35 5沉降系數(shù)沉降系數(shù)

13、原核：原核：5S5S、16S16S、23S23S；真核：真核：5S5S、18S18S、28S28S、5.8S5.8S4S4S6 625S25S代謝穩(wěn)定性代謝穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定不穩(wěn)定存在形式存在形式與多種蛋白質(zhì)形成與多種蛋白質(zhì)形成核糖核蛋白體，位核糖核蛋白體，位于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上或于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上或以單體形式存在以單體形式存在與氨基酸結(jié)合或與氨基酸結(jié)合或以游離狀態(tài)存在以游離狀態(tài)存在與核糖體結(jié)合或與核糖體結(jié)合或單獨(dú)存在單獨(dú)存在存在部位存在部位細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)生理功能生理功能蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所所在蛋白質(zhì)合成在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中運(yùn)輸活過(guò)程中運(yùn)輸活化的氨基酸化的氨基酸蛋

14、白質(zhì)合成的蛋白質(zhì)合成的模板模板The Chemical Component of Nucleic Acid戊糖戊糖含含N N堿基堿基核酸核酸核苷酸核苷酸 水解水解 磷酸磷酸嘧啶堿嘧啶堿嘌呤堿嘌呤堿核苷核苷核糖核糖 （戊糖）（戊糖）脫氧核糖脫氧核糖 ( (脫氧戊糖脫氧戊糖) )1、核酸的徹底水解：、核酸的徹底水解：核酸的基本構(gòu)成核酸的基本構(gòu)成核酸核酸Nucleic acid核苷酸核苷酸Nucleotide核苷核苷Nucleoside 堿基堿基Base 核糖核糖Ribose 脫氧核糖脫氧核糖Deoxyribose 嘧啶堿嘧啶堿Purine bases胸腺嘧啶胸腺嘧啶thymine胞嘧啶胞嘧啶cyt

15、osine尿嘧啶尿嘧啶uracil嘌呤堿嘌呤堿Pyrimidine bases腺嘌呤腺嘌呤adenine鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤guanine磷酸磷酸phosphoric acid戊糖戊糖pentose2、核酸的化學(xué)組成、核酸的化學(xué)組成 1）元素組成）元素組成C、H、O、N、P（910%）2）分子組成）分子組成 堿基堿基(base)：嘌呤堿、嘧啶堿嘌呤堿、嘧啶堿 戊糖戊糖(ribose)：核糖、脫氧核糖核糖、脫氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)DNADNA：戊糖為：戊糖為-D-2-D-2脫氧核糖脫氧核糖RNARNA：戊糖為：戊糖為-D-D-核糖。核糖。（構(gòu)成（構(gòu)成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH

16、2OHOHOH核糖核糖(ribose)（構(gòu)成（構(gòu)成DNA）OHOCH2OHOH脫氧核糖脫氧核糖(deoxyribose)1.1.嘌呤嘌呤 (purine) (purine) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤(guanine, G)NNH1324562.2.嘧啶嘧啶(pyrimidine)(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3l含氧的堿基有含氧的堿基有烯醇式烯醇式和和酮式酮式兩

17、種互變異構(gòu)體，在生理兩種互變異構(gòu)體，在生理 pH條件下主要以條件下主要以酮式酮式存在。體內(nèi)核酸大分子中的堿基存在。體內(nèi)核酸大分子中的堿基也以酮式存在。也以酮式存在。l尿嘧啶的互變異構(gòu)作用如下：尿嘧啶的互變異構(gòu)作用如下：酮式酮式NHNHOO烯醇式烯醇式NHNHOOOHOH注意：嘌呤和嘧啶中均含有共軛雙鍵，因此對(duì)注意：嘌呤和嘧啶中均含有共軛雙鍵，因此對(duì) 260nm波長(zhǎng)的紫外線有特異吸收峰。波長(zhǎng)的紫外線有特異吸收峰。核苷核苷是由戊糖與含氮堿是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物（糖苷）?；衔铮ㄌ擒眨?。由堿基和核糖或脫氧核由堿基和核糖或脫氧核糖通過(guò)糖通過(guò)糖苷鍵糖苷鍵連接而成。

18、連接而成。連接部位：連接部位：糖的糖的C-1C-1，嘌嘌呤呤-N9-N9，嘧啶，嘧啶-N1-N1。u核苷：核苷：用單字符號(hào)（用單字符號(hào)（A, G, U, CA, G, U, C）表示）表示u脫氧核苷：脫氧核苷：在單字符號(hào)前加一小寫(xiě)得在單字符號(hào)前加一小寫(xiě)得d d （dA, dG, dT, dCdA, dG, dT, dC）l在大多數(shù)情況下，核苷是由核糖或脫氧在大多數(shù)情況下，核苷是由核糖或脫氧核糖的核糖的C1-羥基與嘧啶堿羥基與嘧啶堿N1或嘌呤堿或嘌呤堿N9進(jìn)進(jìn)行縮合，故生成的化學(xué)鍵稱(chēng)為行縮合，故生成的化學(xué)鍵稱(chēng)為，N糖苷鍵糖苷鍵由由堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)糖苷鍵糖苷鍵連

19、接形連接形成核苷（脫氧核苷）。成核苷（脫氧核苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O1 1嘧啶堿：嘧啶堿： C C1 1 N N1 1，嘌呤堿：，嘌呤堿： C C1 1 N N9 9。核酸中的核苷與脫氧核苷均為核酸中的核苷與脫氧核苷均為-型型堿基平面與核糖平面互相垂直堿基平面與核糖平面互相垂直腺苷腺苷(A) 脫氧胞苷脫氧胞苷(dC)1,N9-糖苷鍵糖苷鍵 1,N1-糖苷鍵糖苷鍵11N-9N-1 POOO HOHOCH2O HO HNNN H2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷核苷（脫氧核苷）和磷酸脫水縮合后生脫氧核苷）和磷酸脫水縮合后生成的磷酸酯類(lèi)化合物，以成的磷酸酯類(lèi)化合物，以磷酸酯鍵磷酸

20、酯鍵連接形成。即核連接形成。即核苷的磷酸酯。包括核苷酸和脫氧核苷酸。苷的磷酸酯。包括核苷酸和脫氧核苷酸。 POOO HOHOCH2O HO HNNN H2OH磷酸磷酸OHOCH2OHOHNNNH2O脫氧胞苷脫氧胞苷(dC) H2O磷酸酯鍵磷酸酯鍵核苷酸的分子結(jié)構(gòu)核苷酸的分子結(jié)構(gòu)l2.生物體內(nèi)多為生物體內(nèi)多為5，- 核苷酸，即核苷酸，即P基團(tuán)位于糖基團(tuán)位于糖的的C-5，上。上。3. 5-3. 5-核苷酸又可按其在核苷酸又可按其在55位縮合的磷酸基位縮合的磷酸基的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。苷和三磷酸核苷。 l4.有些核酸中還含

21、有稀有堿基，這些堿基大多是有些核酸中還含有稀有堿基，這些堿基大多是在上述嘌呤或嘧啶堿的在上述嘌呤或嘧啶堿的不同部位甲基化不同部位甲基化或進(jìn)行或進(jìn)行其其它的化學(xué)修飾它的化學(xué)修飾而形成的衍生物。而形成的衍生物。，l3，5環(huán)化腺苷酸環(huán)化腺苷酸 (cAMP, adenosine 3, 5cyclic monophosphate)l3，5環(huán)化鳥(niǎo)苷酸環(huán)化鳥(niǎo)苷酸 (cGMP, guanosine 3，5cyclic monophosphate)l環(huán)化核苷酸在細(xì)胞內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)和跨細(xì)胞膜信號(hào)中起著環(huán)化核苷酸在細(xì)胞內(nèi)代謝的調(diào)節(jié)和跨細(xì)胞膜信號(hào)中起著十分重要的作用。十分重要的作用。5 端端3 端端6 6、核苷酸的連接

22、、核苷酸的連接 核酸是由許多單核苷核酸是由許多單核苷酸聚合形成的多核苷酸鏈，酸聚合形成的多核苷酸鏈，沒(méi)有分支。核苷酸之間以沒(méi)有分支。核苷酸之間以33，55磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連連接形成多核苷酸鏈。核苷接形成多核苷酸鏈。核苷酸鏈的方向是酸鏈的方向是5533。CGAl 3 3，5- 5- 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 33，5- 5- 磷酸二酯鍵是磷酸二酯鍵是由一個(gè)核苷酸的由一個(gè)核苷酸的55位磷酸與另位磷酸與另一個(gè)核苷酸的一個(gè)核苷酸的3-OH 3-OH 形成的。形成的。55端端3端端CGAl由相間排列的戊糖和磷酸構(gòu)成由相間排列的戊糖和磷酸構(gòu)成核酸大分子的主鏈。核酸大分子的主鏈。l代表其特性的堿基則可以看成

23、代表其特性的堿基則可以看成是有次序的鏈接在其主鏈上的是有次序的鏈接在其主鏈上的側(cè)鏈基團(tuán)。側(cè)鏈基團(tuán)。l主鏈上的磷酸基是酸性的，在主鏈上的磷酸基是酸性的，在細(xì)胞的細(xì)胞的pHpH條件下帶負(fù)電荷；而條件下帶負(fù)電荷；而嘌呤和嘧啶堿基相對(duì)不溶于水嘌呤和嘧啶堿基相對(duì)不溶于水而具有疏水性質(zhì)。而具有疏水性質(zhì)。55端端3端端CGA注意：注意：1.1.由于生物體中主要為游由于生物體中主要為游離的離的5-5-磷酸核糖磷酸核糖 ( (即用于即用于合成核酸的單核苷酸為合成核酸的單核苷酸為55核苷酸核苷酸) )，因此，核苷酸鏈，因此，核苷酸鏈的合成方向是由的合成方向是由5 35 3。2.DNA2.DNA、RNARNA均構(gòu)成

24、不分支均構(gòu)成不分支的線性大分子，其中磷酸的線性大分子，其中磷酸基和基和( (脫氧脫氧) )戊糖基構(gòu)成戊糖基構(gòu)成DNADNA、RNARNA鏈的骨架，可變部分是鏈的骨架，可變部分是堿基排列順序。堿基排列順序。55端端3端端CGA55端端3端端CGAStructure of DNAlDNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu): 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)lDNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)lDNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)概念：概念： 核酸中核酸中4種核苷酸的連接及排列順序。種核苷酸的連接及排列順序。 由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱(chēng)為所以也稱(chēng)為堿基序列堿基序列?；颍夯颍篋

25、NADNA分子中的某一區(qū)段，經(jīng)復(fù)制可傳給分子中的某一區(qū)段，經(jīng)復(fù)制可傳給子代，經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯往往可合成蛋白質(zhì)。子代，經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯往往可合成蛋白質(zhì)?；蚪M（基因組（genomegenome）：）：一個(gè)生物體的全部基因序一個(gè)生物體的全部基因序列。人的基因組約有列。人的基因組約有3030億億bpbp。l(1)(1)原核生物的基因組?。辉松锏幕蚪M??；l(2)(2)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；l(3)(3)基因?yàn)檫B續(xù)的基因?yàn)檫B續(xù)的DNADNA片段。片段。l(1)(1)大量重復(fù)序列：根據(jù)重復(fù)次數(shù)的多少分為：大量重復(fù)序列：根據(jù)重復(fù)次數(shù)的多少分為：高度重復(fù)序列：高度重復(fù)序列：可重復(fù)幾百萬(wàn)次，多數(shù)為小于可重復(fù)

26、幾百萬(wàn)次，多數(shù)為小于10bp10bp的短的短序列。一般位于異染色質(zhì)上，多數(shù)不編碼蛋白質(zhì)或序列。一般位于異染色質(zhì)上，多數(shù)不編碼蛋白質(zhì)或RNARNA，可能與染色體結(jié)構(gòu)的形成及基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)?？赡芘c染色體結(jié)構(gòu)的形成及基因表達(dá)的調(diào)控有關(guān)。中度重復(fù)序列：中度重復(fù)序列：在在DNADNA分子中可重復(fù)幾十次到幾千次，分子中可重復(fù)幾十次到幾千次，主要主要rRNArRNA、tRNAtRNA基因和某些蛋白質(zhì)基因?qū)儆诖祟?lèi)?；蚝湍承┑鞍踪|(zhì)基因?qū)儆诖祟?lèi)。單考貝序列：?jiǎn)慰钾愋蛄校涸谡麄€(gè)在整個(gè)DNADNA分子中質(zhì)出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次，分子中質(zhì)出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次，主要是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，主要轉(zhuǎn)錄主要是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基

27、因，主要轉(zhuǎn)錄mRNAmRNA。在人體。在人體細(xì)胞中約占細(xì)胞中約占DNADNA總數(shù)的一半?？倲?shù)的一半。真核結(jié)構(gòu)基因的兩側(cè)，存在一些不被轉(zhuǎn)錄的非真核結(jié)構(gòu)基因的兩側(cè)，存在一些不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，它們多為調(diào)控區(qū)。編碼序列，它們多為調(diào)控區(qū)。而基因內(nèi)部也有很多非編碼序列，稱(chēng)而基因內(nèi)部也有很多非編碼序列，稱(chēng)內(nèi)含子內(nèi)含子。相應(yīng)的，編碼序列稱(chēng)相應(yīng)的，編碼序列稱(chēng)外顯子外顯子。斷裂基因斷裂基因-真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸

28、組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱(chēng)為斷裂基因酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱(chēng)為斷裂基因(splite gene)(splite gene) 。 CABD編碼區(qū)編碼區(qū) A、B、C、D(外顯子外顯子)非編碼區(qū)非編碼區(qū)( (內(nèi)含子內(nèi)含子) )外顯子外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron) 外顯子外顯子在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 內(nèi)含子內(nèi)含子隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。除去的核酸序列。 研究背景研究背景: : DNA DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出，揭示

29、了生雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出，揭示了生物界遺傳性狀得以世代相傳的分子奧秘，標(biāo)物界遺傳性狀得以世代相傳的分子奧秘，標(biāo)志著當(dāng)代分子生物學(xué)的誕生，是科學(xué)史上最志著當(dāng)代分子生物學(xué)的誕生，是科學(xué)史上最偉大的事件之一。偉大的事件之一。（一）（一） Watson和和Crick 提出的雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的雙螺旋結(jié)構(gòu) Watson Watson和和CrickCrick將當(dāng)時(shí)人們對(duì)于將當(dāng)時(shí)人們對(duì)于DNADNA分子特性的認(rèn)識(shí)分子特性的認(rèn)識(shí)和獲得的各種數(shù)據(jù)在理論上綜合分析計(jì)算，經(jīng)過(guò)刻苦努和獲得的各種數(shù)據(jù)在理論上綜合分析計(jì)算，經(jīng)過(guò)刻苦努力，并充分發(fā)揮出超凡想象力，終于推論出這一模型。力，并充分發(fā)揮出超凡想象力，終于推論出這一模

30、型。所以，他們?cè)谒?，他們?cè)?9621962年獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)引用了牛頓的名言年獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)引用了牛頓的名言“我（們）之所以看得遠(yuǎn)些，只因?yàn)檎驹诰奕说募绨蛭遥▊儯┲钥吹眠h(yuǎn)些，只因?yàn)檎驹诰奕说募绨蛏仙稀?。l因此，這一模型也稱(chēng)為因此，這一模型也稱(chēng)為“Watson-CrickWatson-Crick結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型”。l他們主要的依據(jù)是什么呢？他們主要的依據(jù)是什么呢？l是下列三點(diǎn)：是下列三點(diǎn)：1. Chargaff規(guī)則：規(guī)則：應(yīng)用層析法對(duì)多種生物應(yīng)用層析法對(duì)多種生物DNA的堿基組成進(jìn)行了分的堿基組成進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)：析，發(fā)現(xiàn)：v（1）在）在DNA中中 A=T G=C。 這是這是Chargaff規(guī)則的

31、主要內(nèi)容。規(guī)則的主要內(nèi)容。v（2）不同生物種屬的）不同生物種屬的DNA堿基組成不同。堿基組成不同。v（3）同一個(gè)體不同器官、不同組織的）同一個(gè)體不同器官、不同組織的DNA具有相同的堿基組成。具有相同的堿基組成。2. 堿基間可以形成氫鍵堿基間可以形成氫鍵 A、T之間可以生成兩個(gè)氫鍵，之間可以生成兩個(gè)氫鍵，G、C之間可以生成三個(gè)氫鍵。之間可以生成三個(gè)氫鍵。研究氫鍵，可以幫助判斷研究氫鍵，可以幫助判斷DNA的構(gòu)象，如當(dāng)時(shí)已經(jīng)了解的的構(gòu)象，如當(dāng)時(shí)已經(jīng)了解的-螺旋。螺旋。l1.DNA1.DNA分子是由兩條多核苷酸鏈圍繞一個(gè)共同的軸而形分子是由兩條多核苷酸鏈圍繞一個(gè)共同的軸而形成的螺旋體；成的螺旋體；l2

32、.2.兩條鏈都是右手螺旋，它們的骨架均由脫氧核糖和兩條鏈都是右手螺旋，它們的骨架均由脫氧核糖和磷酸組成；磷酸組成；l3.3.堿基對(duì)在螺旋堿基對(duì)在螺旋內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)，通過(guò)大溝和小溝可接近它們，通過(guò)大溝和小溝可接近它們，脫氧核糖基和脫氧核糖基和P P基骨架在骨架基骨架在骨架外側(cè)外側(cè)；l4.4.整個(gè)螺旋體的直徑為整個(gè)螺旋體的直徑為2nm2nm，螺距，螺距3.4nm3.4nm，堿，堿基平面距離基平面距離0.34nm0.34nm，即每個(gè)螺圈含，即每個(gè)螺圈含1010個(gè)螺旋。個(gè)螺旋。單股單股DNADNA鏈的方向取決于核苷酸單體間磷酸二鏈的方向取決于核苷酸單體間磷酸二酯鍵的走向，習(xí)慣上走向常是酯鍵的走向，習(xí)慣上走向

33、常是5 35 3，與之，與之相對(duì)應(yīng)的鏈必為由相對(duì)應(yīng)的鏈必為由3 5 3 5 ，因此，因此DNADNA分子分子中的兩條鏈反向平行。中的兩條鏈反向平行。l5. 5. 兩條鏈以堿基間氫鍵而連結(jié)。兩條鏈以堿基間氫鍵而連結(jié)。 A-TA-T配對(duì)、形成二個(gè)氫鍵。配對(duì)、形成二個(gè)氫鍵。 G-CG-C配對(duì)、形成三個(gè)氫鍵。配對(duì)、形成三個(gè)氫鍵。 -這稱(chēng)為這稱(chēng)為“堿基互補(bǔ)規(guī)堿基互補(bǔ)規(guī)律律”。堿基互補(bǔ)配對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì) l6.DNA6.DNA雙螺旋的維系：雙螺旋的維系： 橫向穩(wěn)定橫向穩(wěn)定- - 由互補(bǔ)堿基間氫鍵維系由互補(bǔ)堿基間氫鍵維系 縱向穩(wěn)定縱向穩(wěn)定- - 堿基平面間的疏水的堿基堆積力堿基平面間的疏水的堿基堆積力維系（通

34、過(guò)相鄰堿基維系（通過(guò)相鄰堿基 - - 電子形成的疏水電子形成的疏水作用）。作用）。注：注：從總能量上說(shuō)，堿基堆積力占的能量比例更從總能量上說(shuō)，堿基堆積力占的能量比例更大些。大些。 DNA DNA的的Watson-CrickWatson-Crick結(jié)構(gòu)模型是最常見(jiàn)的，結(jié)構(gòu)模型是最常見(jiàn)的，也是最穩(wěn)定的，稱(chēng)為也是最穩(wěn)定的，稱(chēng)為B-DNAB-DNA。另外，還少量。另外，還少量A-DNAA-DNA及左旋的及左旋的Z-DNAZ-DNA等。等。 在體內(nèi)，不同構(gòu)象的在體內(nèi)，不同構(gòu)象的DNADNA在功能上有所差異，在功能上有所差異，可能參與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)和控制?？赡軈⑴c基因表達(dá)的調(diào)節(jié)和控制。 lB-DNAB-D

35、NA：在相對(duì)濕度為：在相對(duì)濕度為92%92%時(shí)所得到的時(shí)所得到的DNADNA鈉鹽纖維，這鈉鹽纖維，這種種DNADNA稱(chēng)為稱(chēng)為-。lA-DNAA-DNA：在相對(duì)濕度為在相對(duì)濕度為75%75%時(shí)所得到的時(shí)所得到的DNADNA鈉鹽纖維，這鈉鹽纖維，這種種DNADNA稱(chēng)為稱(chēng)為-。l主要區(qū)別：主要區(qū)別：B-DNAB-DNA的堿基由脫氧核糖的堿基由脫氧核糖- -磷酸骨架伸向螺旋的中心磷酸骨架伸向螺旋的中心軸，堿基平面和軸垂直。軸，堿基平面和軸垂直。A-DNAA-DNA的堿基平面相對(duì)于中心軸約有的堿基平面相對(duì)于中心軸約有2525的傾斜。的傾斜。l19791979年年RichRich和和WangWang對(duì)帶有

36、簡(jiǎn)單交替順序的對(duì)帶有簡(jiǎn)單交替順序的DNADNA片段作了片段作了研究，發(fā)現(xiàn)該晶體中的兩分子可通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)該晶體中的兩分子可通過(guò)Watson-CrickWatson-Crick堿堿基配對(duì)，形成一種明顯而獨(dú)特的左旋雙螺旋規(guī)則結(jié)構(gòu)，基配對(duì)，形成一種明顯而獨(dú)特的左旋雙螺旋規(guī)則結(jié)構(gòu)，而且通過(guò)相鄰片段頂端的相互銜接，可形成無(wú)限長(zhǎng)度而且通過(guò)相鄰片段頂端的相互銜接，可形成無(wú)限長(zhǎng)度的反向平行雙股左手螺旋，因?yàn)槠浜颂堑姆聪蚱叫须p股左手螺旋，因?yàn)槠浜颂? -磷酸骨架中磷磷酸骨架中磷酸基走向呈酸基走向呈“Z”Z”字形鋸齒狀結(jié)構(gòu)，故定名為字形鋸齒狀結(jié)構(gòu)，故定名為Z-DNAZ-DNA。lB-DNAB-DNA是一個(gè)整齊的螺

37、旋結(jié)構(gòu)，是一個(gè)整齊的螺旋結(jié)構(gòu)，Z-DNAZ-DNA卻近似圓柱形卻近似圓柱形。l在在B-DNAB-DNA中，堿基對(duì)沿螺旋軸的平均距離為中，堿基對(duì)沿螺旋軸的平均距離為3.4A3.4A，每隔，每隔1010個(gè)堿基對(duì)螺旋上升一圈，螺距為個(gè)堿基對(duì)螺旋上升一圈，螺距為34A34A，而，而Z-DNAZ-DNA中，中，堿基對(duì)雖仍以堿基對(duì)雖仍以3.4A3.4A的間距進(jìn)行堆砌，但由于它們相對(duì)的間距進(jìn)行堆砌，但由于它們相對(duì)于螺旋軸有于螺旋軸有7 7的傾斜，致使堿基對(duì)沿軸的間距變成的傾斜，致使堿基對(duì)沿軸的間距變成3.7A3.7A，而螺旋圈里包含著，而螺旋圈里包含著1212個(gè)堿基對(duì)，所以其螺距為個(gè)堿基對(duì)，所以其螺距為44

38、.6A44.6A。lB-DNAB-DNA的直徑為的直徑為20A20A，而，而Z-DNAZ-DNA得只有得只有18A18A。 Z-DNA Z-DNA具有更為細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。具有更為細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。l從螺旋頂上往下看，從螺旋頂上往下看，Z-DNAZ-DNA的鳥(niǎo)嘌呤堿基呈六角對(duì)稱(chēng)，的鳥(niǎo)嘌呤堿基呈六角對(duì)稱(chēng)，鳥(niǎo)嘌呤殘基的咪唑部位和磷酸根構(gòu)成圓柱形分子的外鳥(niǎo)嘌呤殘基的咪唑部位和磷酸根構(gòu)成圓柱形分子的外壁；壁；l與與B-DNAB-DNA不同的是：其磷酸根雖然位于螺旋外壁，但鳥(niǎo)不同的是：其磷酸根雖然位于螺旋外壁，但鳥(niǎo)嘌呤的位置靠近分子的中心，呈嘌呤的位置靠近分子的中心，呈五角五角對(duì)稱(chēng)。對(duì)稱(chēng)。 與與B-DNAB-DNA

39、相比，相比，Z-DNAZ-DNA的特征為：的特征為：Z-DNAZ-DNA為左旋；為左旋； 磷酸根的磷酸根的Z Z字形走向；字形走向；Z-DNAZ-DNA的大溝消失，小溝加深。的大溝消失，小溝加深。lB-DNAB-DNA螺旋結(jié)構(gòu)的周?chē)怯商腔土姿峄M成的雙螺旋螺旋結(jié)構(gòu)的周?chē)怯商腔土姿峄M成的雙螺旋骨架，大溝、小溝交替出現(xiàn)，大、小溝均有著光滑而骨架，大溝、小溝交替出現(xiàn)，大、小溝均有著光滑而連續(xù)的磷酸基組成的邊緣，溝的底部是堿基組成的凹連續(xù)的磷酸基組成的邊緣，溝的底部是堿基組成的凹面。面。lZ-DNAZ-DNA不僅沒(méi)有大溝，而且由于鳥(niǎo)嘌呤的咪唑基和磷酸不僅沒(méi)有大溝，而且由于鳥(niǎo)嘌呤的咪唑基和磷酸

40、基構(gòu)成一個(gè)圓形的凸面，致使這一部分還多少有些外基構(gòu)成一個(gè)圓形的凸面，致使這一部分還多少有些外翻，大溝相應(yīng)消失；而在對(duì)應(yīng)于翻，大溝相應(yīng)消失；而在對(duì)應(yīng)于B-DNAB-DNA小溝的地方則形小溝的地方則形成一條深溝，順著分子軸延伸下去，這條溝有鋸齒形成一條深溝，順著分子軸延伸下去，這條溝有鋸齒形的磷酸根邊緣，溝兩邊磷酸根之間的間的磷酸根邊緣，溝兩邊磷酸根之間的間 距距8.5A8.5A，深約，深約9A9A，直達(dá)中心軸，小溝加，直達(dá)中心軸，小溝加 深。深。l19811981年，年，RichRich等人用等人用溴溴取代鳥(niǎo)嘌呤的取代鳥(niǎo)嘌呤的第第8 8位氫原子位氫原子，使，使溴代的多聚溴代的多聚CGCG穩(wěn)定地處

41、于左旋狀態(tài)，并以其作為誘導(dǎo)穩(wěn)定地處于左旋狀態(tài)，并以其作為誘導(dǎo)物，從兔和鼠身上取得了左旋物，從兔和鼠身上取得了左旋DNADNA抗體，抗體，l將這種抗體用熒光化合物進(jìn)行標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)它與果蠅唾將這種抗體用熒光化合物進(jìn)行標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)它與果蠅唾腺染色體的許多部位結(jié)合，腺染色體的許多部位結(jié)合，l在顯微鏡下可看到染色體上有許多明亮的條帶，這說(shuō)在顯微鏡下可看到染色體上有許多明亮的條帶，這說(shuō)明在天然明在天然DNADNA中確有中確有DNADNA處于左旋，處于左旋，l后來(lái)發(fā)現(xiàn)在某些植物的細(xì)胞核及人類(lèi)胎兒球蛋白基因后來(lái)發(fā)現(xiàn)在某些植物的細(xì)胞核及人類(lèi)胎兒球蛋白基因等數(shù)十種基因中，也發(fā)現(xiàn)等數(shù)十種基因中，也發(fā)現(xiàn)Z-DNAZ-DN

42、A的存在，但含量很少，的存在，但含量很少，約占約占DNADNA總量的總量的5%5%。l研究表明，研究表明，Z-DNAZ-DNA構(gòu)象出現(xiàn)在構(gòu)象出現(xiàn)在基因基因55端的調(diào)控區(qū)端的調(diào)控區(qū)。l如人類(lèi)如人類(lèi)C-MYCC-MYC（肌動(dòng)蛋白基因）表達(dá)時(shí)，就會(huì)在（肌動(dòng)蛋白基因）表達(dá)時(shí)，就會(huì)在C-MYCC-MYC基因的啟動(dòng)子附近出現(xiàn)三個(gè)基因的啟動(dòng)子附近出現(xiàn)三個(gè)Z-DNAZ-DNA區(qū)域區(qū)域。l因此，推出因此，推出Z-DNAZ-DNA與與基因的表達(dá)調(diào)控基因的表達(dá)調(diào)控相關(guān)，但如果相關(guān)，但如果C-C-MYCMYC轉(zhuǎn)錄停止，這些區(qū)域?qū)⒖焖倩貜?fù)到轉(zhuǎn)錄停止，這些區(qū)域?qū)⒖焖倩貜?fù)到B-DNAB-DNA。l此外，發(fā)現(xiàn)組成此外，發(fā)現(xiàn)組

43、成Z-DNAZ-DNA的序列在的序列在原核生物原核生物中較為少見(jiàn)。中較為少見(jiàn)。l除除Z-DNAZ-DNA外，研究表明，因環(huán)境因素的改變、蛋白質(zhì)的外，研究表明，因環(huán)境因素的改變、蛋白質(zhì)的結(jié)合以及超螺旋張力的作用，某些特定的結(jié)合以及超螺旋張力的作用，某些特定的DNADNA片段還可片段還可能想出其他的可變能想出其他的可變DNADNA構(gòu)型。如：構(gòu)型。如：十字形結(jié)構(gòu)（十字形結(jié)構(gòu)（cruciforms)cruciforms)三鏈三鏈DNA(intramolecular triplexes)DNA(intramolecular triplexes)四鏈四鏈DNA(quadruplexes)DNA(quadr

44、uplexes)脫鏈脫鏈DNA(slipped-strand DNA)DNA(slipped-strand DNA)平行鏈平行鏈DNA(parallelstranded DNA)DNA(parallelstranded DNA)非配對(duì)非配對(duì)DNADNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(unpaired DNA structures)(unpaired DNA structures)l反向重復(fù)（反向重復(fù)（5-35-3方向）部位兩條鏈之間的氫方向）部位兩條鏈之間的氫鍵斷開(kāi)，鏈內(nèi)互補(bǔ)的堿基之間重新形成氫鍵，形鍵斷開(kāi)，鏈內(nèi)互補(bǔ)的堿基之間重新形成氫鍵，形成兩個(gè)類(lèi)似發(fā)夾的臂，臂的頂端有成兩個(gè)類(lèi)似發(fā)夾的臂，臂的頂端有3-43-4個(gè)

45、非配對(duì)個(gè)非配對(duì)堿基。堿基。l十字形結(jié)構(gòu)包含兩條特別長(zhǎng)的十字形結(jié)構(gòu)包含兩條特別長(zhǎng)的DNADNA臂和臂和 兩個(gè)相對(duì)較短的發(fā)夾形臂，兩個(gè)相對(duì)較短的發(fā)夾形臂， 這樣構(gòu)成這樣構(gòu)成“十字花十字花”。l這種形狀只有在這種形狀只有在低鹽條件低鹽條件下才能維持，因?yàn)榈拖虏拍芫S持，因?yàn)榈望}條件下，磷酸根之間的靜電排斥將四條臂都分鹽條件下，磷酸根之間的靜電排斥將四條臂都分開(kāi)了。開(kāi)了。l在在生理鹽溶液生理鹽溶液下，磷酸根被部分屏蔽，排斥力下，磷酸根被部分屏蔽，排斥力有所下降，所以十字形結(jié)構(gòu)變成了有所下降，所以十字形結(jié)構(gòu)變成了X型結(jié)構(gòu)，臂型結(jié)構(gòu)，臂與臂之間的角度也各有不同。與臂之間的角度也各有不同。十字形結(jié)構(gòu)的形成條件

46、十字形結(jié)構(gòu)的形成條件l形成部位形成部位：DNADNA的一個(gè)區(qū)域內(nèi)有幾個(gè)核苷酸片段多次重的一個(gè)區(qū)域內(nèi)有幾個(gè)核苷酸片段多次重復(fù)，就有機(jī)會(huì)用復(fù)，就有機(jī)會(huì)用“滑脫滑脫”的方式形成堿基配對(duì)。的方式形成堿基配對(duì)。l形成過(guò)程：形成過(guò)程：當(dāng)序列重復(fù)部位解旋時(shí)，一個(gè)直接重復(fù)序當(dāng)序列重復(fù)部位解旋時(shí)，一個(gè)直接重復(fù)序列同另一個(gè)重復(fù)序列形成列同另一個(gè)重復(fù)序列形成Watson-CrickWatson-Crick堿基配對(duì)，這堿基配對(duì)，這樣在對(duì)應(yīng)鏈上就形成了兩個(gè)突出的環(huán)，堿基配對(duì)更有樣在對(duì)應(yīng)鏈上就形成了兩個(gè)突出的環(huán)，堿基配對(duì)更有可能可能“滑脫滑脫”。l影響因素：影響因素：當(dāng)直接重復(fù)區(qū)域被阻斷時(shí)，將明顯減少。當(dāng)直接重復(fù)區(qū)域被阻

47、斷時(shí)，將明顯減少。(CAG)n(CAG)n5533脫鏈結(jié)構(gòu)脫鏈結(jié)構(gòu)（一）（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix (superhelix 或或supercoil):supercoil):DNADNA雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)(positive supercoil)盤(pán)繞方向與盤(pán)繞方向與DNADNA雙螺旋方同相同雙螺旋方同相同 負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋(negative supercoil)(negative supercoil)盤(pán)繞方向與盤(pán)繞方向與DNADNA雙螺旋方向相

48、反雙螺旋方向相反 意義意義:DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。程具有關(guān)鍵作用。 l絕大多數(shù)原核生物絕大多數(shù)原核生物DNADNA為雙鏈閉合環(huán)，并在此為雙鏈閉合環(huán)，并在此基礎(chǔ)上再次螺旋形成超螺旋。基礎(chǔ)上再次螺旋形成超螺旋。l超螺旋結(jié)構(gòu)：在雙螺旋的基礎(chǔ)上再盤(pán)繞成為麻超螺旋結(jié)構(gòu)：在雙螺旋的基礎(chǔ)上再盤(pán)繞成為麻花狀的超螺旋結(jié)構(gòu)。花狀的超螺旋結(jié)構(gòu)。 l真核生物染色體由真核生物染色體由DNADNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是單位是 核小體核小體(nucleosome)(nucleo

49、some)。l在真核生物中，雙螺旋的在真核生物中，雙螺旋的DNADNA分子圍繞蛋白質(zhì)分子圍繞蛋白質(zhì)八聚體進(jìn)行盤(pán)繞，從而形成特殊的串珠狀結(jié)構(gòu)，八聚體進(jìn)行盤(pán)繞，從而形成特殊的串珠狀結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為稱(chēng)為核小體核小體。核小體結(jié)構(gòu)屬于。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)。的三級(jí)結(jié)構(gòu)。組蛋白：組蛋白：H H2 2A A、H H2 2B B、H H3 3 、H H4 4 各兩分子各兩分子 八聚體，八聚體，直徑約直徑約10nm10nmDNADNA鏈：鏈：DNADNA鏈盤(pán)繞于八聚體表面鏈盤(pán)繞于八聚體表面1.751.75圈，約圈，約146bp146bpl基本功能：基本功能：作為生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的作為生

50、物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)模板，它是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ), ,也是個(gè)體生命活也是個(gè)體生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。動(dòng)的基礎(chǔ)。l基因：基因：DNADNA分子中的某一區(qū)段，經(jīng)復(fù)制可傳給子代，經(jīng)分子中的某一區(qū)段，經(jīng)復(fù)制可傳給子代，經(jīng)轉(zhuǎn)錄和翻譯往往可合成蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄和翻譯往往可合成蛋白質(zhì)。l基因組（基因組（genomegenome）：）：一個(gè)生物體的全部基因序列。人的一個(gè)生物體的全部基因序列。人的基因組約有基因組約有3030億億bpbp。Structure of RNAl1. RNA1. RNA堿基組成特點(diǎn)是含有堿基組成特點(diǎn)是含有尿嘧啶尿嘧啶(U)(U)而不含而不含胸腺嘧啶胸

51、腺嘧啶(T) (T) ；l2. 2. 連接鍵及鏈的方向與連接鍵及鏈的方向與DNADNA類(lèi)似。類(lèi)似。l3. 3. 一般以一般以單股鏈單股鏈存在，但可以有局部二級(jí)結(jié)存在，但可以有局部二級(jí)結(jié)構(gòu)及三級(jí)結(jié)構(gòu)。在配對(duì)時(shí)，也遵守反向、互補(bǔ)構(gòu)及三級(jí)結(jié)構(gòu)。在配對(duì)時(shí)，也遵守反向、互補(bǔ)等規(guī)則。等規(guī)則。 堿基配對(duì)發(fā)生于堿基配對(duì)發(fā)生于C C和和G G與與U U和和A A之間。之間。l4. RNARNA堿基組成之間無(wú)一定的比例關(guān)系，堿基組成之間無(wú)一定的比例關(guān)系，且稀有堿基較多。且稀有堿基較多。如假尿嘧啶核苷及甲如假尿嘧啶核苷及甲基化堿基等?；瘔A基等。l5.RNA5.RNA種類(lèi)多，含量高，但分子量相對(duì)較種類(lèi)多，含量高，但

52、分子量相對(duì)較小，僅有幾十指幾千個(gè)核苷酸。小，僅有幾十指幾千個(gè)核苷酸。螺旋的環(huán)螺旋的環(huán)狀突起狀突起 lmRNAmRNA約占細(xì)胞總約占細(xì)胞總RNARNA的的3%-5%3%-5%，代謝活躍，壽命，代謝活躍，壽命較短。較短。l作為蛋白質(zhì)合成的作為蛋白質(zhì)合成的( (模板模板) )，mRNAmRNA一般由結(jié)構(gòu)基一般由結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄而來(lái)。因轉(zhuǎn)錄而來(lái)。l原核與真核的原核與真核的mRNAmRNA結(jié)構(gòu)和生成有較大差異。結(jié)構(gòu)和生成有較大差異。l原核生物的原核生物的mRNAmRNA是是多順?lè)醋佣囗樂(lè)醋?。順?lè)醋邮峭ㄟ^(guò)順?lè)礈y(cè)驗(yàn)鑒定的遺傳功能單位，相當(dāng)于順?lè)醋邮峭ㄟ^(guò)順?lè)礈y(cè)驗(yàn)鑒定的遺傳功能單位，相當(dāng)于一個(gè)編碼蛋白質(zhì)的一個(gè)編碼蛋

53、白質(zhì)的DNADNA序列加上翻譯的起始和終止信號(hào)，序列加上翻譯的起始和終止信號(hào)，也就是一個(gè)蛋白質(zhì)的基因。也就是一個(gè)蛋白質(zhì)的基因。通常將一種蛋白質(zhì)的基因稱(chēng)為通常將一種蛋白質(zhì)的基因稱(chēng)為結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因。原核生物的。原核生物的結(jié)構(gòu)基因無(wú)內(nèi)含子，因此結(jié)構(gòu)基因無(wú)內(nèi)含子，因此是連續(xù)的是連續(xù)的。l真核生物的結(jié)構(gòu)基因一般含有內(nèi)含子，為真核生物的結(jié)構(gòu)基因一般含有內(nèi)含子，為不連續(xù)基因不連續(xù)基因。目前研究過(guò)的真核生物的目前研究過(guò)的真核生物的mRNAmRNA都是都是單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋?，只編碼一，只編碼一種蛋白質(zhì)，其種蛋白質(zhì)，其55端和端和33端各有一段非編碼區(qū)端各有一段非編碼區(qū). .p原核生物的原核生物的mRNA 是是很

54、不穩(wěn)定的很不穩(wěn)定的。如大腸桿菌的。如大腸桿菌的mRNA的半衰期一般只有幾分鐘。因此原核生物的的半衰期一般只有幾分鐘。因此原核生物的mRNA在其在其3端尚未完全合成之前，便開(kāi)始從端尚未完全合成之前，便開(kāi)始從5端降解，或是在轉(zhuǎn)端降解，或是在轉(zhuǎn)譯完畢之后，便立即降解。譯完畢之后，便立即降解。p由于沒(méi)有形成細(xì)胞膜，由于沒(méi)有形成細(xì)胞膜，mRNA的的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯是轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯是相互緊密相互緊密配合，配合，偶聯(lián)在一起的偶聯(lián)在一起的，當(dāng)，當(dāng)mRNA尚未轉(zhuǎn)錄完畢之前，就尚未轉(zhuǎn)錄完畢之前，就已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)譯，而且當(dāng)有足夠的信息可供利用時(shí)，核蛋已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)譯，而且當(dāng)有足夠的信息可供利用時(shí)，核蛋白體還要沿著增長(zhǎng)的多核苷酸鏈移動(dòng)

55、，以合成蛋白質(zhì)。白體還要沿著增長(zhǎng)的多核苷酸鏈移動(dòng)，以合成蛋白質(zhì)。p一般認(rèn)為，原核的一般認(rèn)為，原核的mRNA轉(zhuǎn)錄之后，轉(zhuǎn)錄之后，無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊的加無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊的加工處理工處理，而天然的，而天然的mRNA即具有充分的生物學(xué)功能即具有充分的生物學(xué)功能.l絕大多數(shù)真核細(xì)胞絕大多數(shù)真核細(xì)胞mRNA3mRNA3端都有一段長(zhǎng)約端都有一段長(zhǎng)約200200個(gè)個(gè)核苷酸的核苷酸的poly(A)poly(A)。poly(A)(polyadenylic acid)poly(A)(polyadenylic acid)是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)poly(A)poly(A)聚合酶的作用添加上去的。聚合酶的作用添加上去的。poly

56、(A)poly(A)聚合酶對(duì)聚合酶對(duì)mRNAmRNA專(zhuān)一專(zhuān)一, ,不作用于不作用于tRNAtRNA和和rRNA.rRNA.poly(A)poly(A)的功能：的功能：l與與mRNAmRNA從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關(guān)；從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關(guān)；l與與mRNAmRNA的半衰期有關(guān)的半衰期有關(guān), ,新合成的新合成的mRNAmRNA的的ploy(A)ploy(A)鏈較長(zhǎng)鏈較長(zhǎng), ,而衰老的而衰老的mRNAmRNA則則poly(A)poly(A)鏈鏈較短較短. . l真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNA5mRNA5端還有一個(gè)特殊的端還有一個(gè)特殊的5-m5-m7 7G-5ppp5-G-5ppp5-Nm-3-PNm-

57、3-P結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為55端帽子結(jié)構(gòu)端帽子結(jié)構(gòu)(cap)(cap)，此中，此中55端的端的鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤N N7 7被甲基化，鳥(niǎo)嘌呤核苷酸經(jīng)焦磷酸與相鄰的一被甲基化，鳥(niǎo)嘌呤核苷酸經(jīng)焦磷酸與相鄰的一個(gè)核苷酸相連，形成個(gè)核苷酸相連，形成5,5-5,5-磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。帽子結(jié)構(gòu)的功能：帽子結(jié)構(gòu)的功能：l它為與核糖體的結(jié)合提供了一個(gè)識(shí)別位點(diǎn)。它為與核糖體的結(jié)合提供了一個(gè)識(shí)別位點(diǎn)。l可以保護(hù)可以保護(hù)mRNAmRNA，防止它遭受來(lái)自，防止它遭受來(lái)自55端外切核酸酶端外切核酸酶的水解。的水解。l帽子結(jié)構(gòu)可能是蛋白質(zhì)合成的起始識(shí)別信號(hào)的一部帽子結(jié)構(gòu)可能是蛋白質(zhì)合成的起始識(shí)別信號(hào)的一部分，與蛋白質(zhì)合成

58、的正確起始有關(guān)。分，與蛋白質(zhì)合成的正確起始有關(guān)。l在真核細(xì)胞中，初合成的在真核細(xì)胞中，初合成的mRNAmRNA和成熟的和成熟的mRNAmRNA是是不一樣的。不一樣的。l前者是一種分子量很不均一的前者是一種分子量很不均一的mRNAmRNA前體稱(chēng)為不前體稱(chēng)為不均一核均一核RNARNA（hnRNAhnRNA），在），在C C內(nèi)需經(jīng)裂解、拼接內(nèi)需經(jīng)裂解、拼接和修飾才能成為成熟的和修飾才能成為成熟的mRNAmRNA進(jìn)到細(xì)胞質(zhì)中，發(fā)進(jìn)到細(xì)胞質(zhì)中，發(fā)揮模板作用，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成。揮模板作用，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成。l在真核生物中，最初轉(zhuǎn)錄生成的在真核生物中，最初轉(zhuǎn)錄生成的RNARNA稱(chēng)為稱(chēng)為不均一核不均一

59、核RNA(hnRNA)RNA(hnRNA)，l然而在細(xì)胞質(zhì)中起作用，作為蛋白質(zhì)的氨基酸序列合成然而在細(xì)胞質(zhì)中起作用，作為蛋白質(zhì)的氨基酸序列合成模板的是模板的是mRNAmRNA。lhnRNAhnRNA是是mRNAmRNA的未成熟前體。的未成熟前體。l也就是說(shuō)，也就是說(shuō)，hnRNAhnRNA在轉(zhuǎn)變?yōu)樵谵D(zhuǎn)變?yōu)閙RNAmRNA的過(guò)程中經(jīng)過(guò)剪接，被去的過(guò)程中經(jīng)過(guò)剪接，被去掉了一些片段，余下的片段被重新連接在一起。掉了一些片段，余下的片段被重新連接在一起。hnRNA 內(nèi)含子內(nèi)含子( (intron) )mRNA * mRNA成熟過(guò)程成熟過(guò)程 外顯子外顯子( (exon) )目目 錄錄lmRNAmRNA分子

60、中每三個(gè)核苷酸為一組，決定一種氨基酸，稱(chēng)分子中每三個(gè)核苷酸為一組，決定一種氨基酸，稱(chēng)為遺傳密碼為遺傳密碼(genetic code)(genetic code)或三聯(lián)體密碼?；蛉?lián)體密碼。l不同的不同的mRNAmRNA堿基組成和排列順序都不同，但都只有堿基組成和排列順序都不同，但都只有A A，G G，C C，U 4U 4種堿基。種堿基。l如果一個(gè)堿基就可以決定一個(gè)氨基酸，則只有四種變化如果一個(gè)堿基就可以決定一個(gè)氨基酸，則只有四種變化方式，方式，l如果兩個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，則只有如果兩個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸，則只有1616種變化方式，種變化方式，都不能滿(mǎn)足都不能滿(mǎn)足2020種氨基酸的需要。種氨基