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第三章 核酸 本章内容 核酸的化学组成 DNA的结构 RNA的结构与功能 核酸的性质 核酸的序列测定（自学） 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。 核酸的发现和重要的相关研究 1868年Fridrich Miescher从脓细胞核中提取“核素” 1944年Avery等人证实DNA是遗传物质 1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 1968年Nirenberg破译了遗传密码 1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶 1981年Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 1985年Mullis发明PCR 技术 1990年美国启动人类基因组计划(HGP) 1994年中国人类基因组计划启动 2001年美、英等国完成人类基因组计划基本框架 2002年中国率先绘就水稻（籼稻）基因组的工作框架图,并完成水稻第四号染色体精确测序。 一、核酸的组成成分 核糖和脱氧核糖 嘌呤碱和嘧啶碱 核苷 嘌呤碱N9或嘧啶碱N1与核糖或脱氧核糖C1′通过N-β-糖苷键相连形成核苷或脱氧核苷。 核苷酸 核苷酸的连接 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。 二、DNA的结构 (一) DNA的一级结构 (二) DNA的二级结构--双螺旋结构 1 DNA双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析 Chargaff规则： (1) [A]=[T]，[G]=[C]； (2)不同生物种属的DNA碱基 组成不同； (3)同一个体的不同器官或 组织的DNA碱基组成相同。 (4)一种生物DNA碱基组成不随 生物体的年龄、营养状态或 环境变化而改变。 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 1953年，Watson 和Crick提出了B型DNA双螺旋结构模型。 2 DNA双螺旋结构模型的要点 (1)主链。两条反向平行的脱氧多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链均为右手螺旋，其中一条为5 ′ 3′,另一条为3′ 5′, 3′ 5′者为正向链。 脱氧核糖基-磷酸基骨架位于螺旋外侧，彼此通过3′, 5′-磷酸二酯键连接。碱基位于内侧，碱基平面与螺旋的长轴垂直，糖环的平面则与纵轴平行。 （2）碱基配对。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。 (3)螺旋参数。DNA双链是右手螺旋结构螺旋直径2nm，每圈螺旋含10个碱基对(bp)，螺距为3.4nm。 （4）螺旋表面。配对碱基并不充满双螺旋的全部空间，而且碱基对占据的空间不对称，因此在双螺旋的表面形成两条螺形凹沟，一条较深称为大沟(majorgroove)，一条较浅称为小沟(minor groove)。 (5)维持双螺旋稳定的因素：横向为互补碱基间的氢键，纵向为碱基平面间的疏水性堆积力。磷酸基团上的负电荷与带正电荷的组蛋白或介质中的阳离子之间形成离子键;范德华力。（参见P92) 3 DNA双螺旋结构的多样性化（自学） B型DNA双螺旋是核酸二级结构的重要形式。当改变了溶液的离子强度和相对湿度时，DNA螺旋结构可以改变，除B型外，还有Z型及A型。 在体内，不同构象的DNA可能与基因表达的调控有关。 (三) DNA的三级结构 DNA双螺旋链再盘绕,形成一种比双螺旋更高层次的空间构象。 包括线形DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋、环状DNA形成的结、超螺旋和连环等结构 正超螺旋(positive supercoil) 指左手方向的超螺旋, 增加螺旋圈数。 负超螺旋(negative supercoil) 指右手方向的超螺旋, 减少增加螺旋圈数。 生物体内多数超螺旋以负超螺旋的形式存在。 意义 DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。 真核生物染色体由DNA和蛋白质构成 （自学 ） 其基本单位是核小体(nucleosome)。 核小体的组成 DNA：约200bp 组蛋白：H1、H2A，H2B、H3、H4 DNA的功能 DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。 它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。 基因是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。 三、RNA的结构与功能 RNA： 通常以单链形式存在，但也有复杂的局部二级结构或三级结构。 种类较多 功能多样 分子大小不一 结构各具特点 (一) 信使RNA的结构与功能 mRNA含量最少(约占总RNA的1~5%) 种类最多 半衰期最短(几分钟到数小时) 初级转录产物被称