生物化学第六章 核酸的结构与功能.ppt

第六章 核酸的结构与功能;;;;;RNA处于单链状态，使其能够自我折叠成可以和蛋白质相媲美的各种类型的二级结构和三级结构，这是形成RNA结构多样性的基础，否则所有的RNA与DNA一样，只能形成千篇一律的双螺旋。 RNA在三维结构的多样性使其在细胞内能行使多项生物学功能。DNA通常是双链的，使其能够充分地行使作为遗传物质这项唯一的功能 ;不同类型的RNA的功能和分布;不同类型的RNA的功能和分布;定义：核苷酸或碱基的排列顺序 写法：从左到右，5端到3端 意义：DNA一级结构贮存各种遗传信息;;DNA的二级结构主要是各种形式的螺旋，特别是B-型双螺旋，此外还有A-型双螺旋、Z-型双螺旋、三链螺旋和四链螺旋等;Happy Birthday,Double Helix ;Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid (Nature, April 25, 1953. volume 171:737-738.) ;已步入古稀之年的Watson（左）和 Crick（右）在讨论DNA双螺旋结构模型;DNA二级结构的主要形式为Watson和Crick于1953年提出的B型双螺旋，其主要内容是： DNA由两条呈反平行的多聚核苷酸链组成，两条链相互缠绕形成右手双螺旋； 组成右手双螺旋的两条链是互补的，它们通过特殊的碱基对结合在一起，一条链上的A总是与另一条链的T，G总是和C配对。其中AT碱基对有二个氢键，GC碱基对有3个氢键； 碱基对位于双螺旋的内部，并垂直于暴露在外的脱氧核糖磷酸骨架。碱基对之间通过疏水键和范德华力相互垛叠在一起，对双螺旋的稳定起一定的作用； 双螺旋的表面含有明显的大沟和小沟（其宽度分别为2.2nm和1.2nm； 双螺旋的其他常数包括相邻碱基对距离为0.34nm，并相差约36°。螺旋的直经为2nm，每一转完整的螺旋含有10个碱基对，其高度为3.4nm。;;;大沟和小沟的秘密;X射线衍射数据 Chargaff 规则 碱基的互变异构;物种;氢键 氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性作用的是碱基的堆集力。 碱基堆集力 这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相邻碱基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之间嘌呤与嘧啶之间嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化能提高碱基的堆积力。 阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和;DNA的ABZ双螺旋和三螺旋;A型双螺旋、B型双螺旋和Z型双螺旋的比较;;细胞内的DNA在特殊的条件下还可能形成其他几种非标准的二级结构。这些特殊的条件包括：DNA受到某些蛋白质的作用（如组蛋白）；DNA本身所具有的特殊基序，例如反向重复序列，回文结构，镜像重复，直接重复，高嘌呤序列，高嘧啶序列，富含A序列和富含G序列。 （1）弯曲 （2）十字形 （3）三链螺旋与H-DNA （4）碱基翻转 （5）四链螺旋与G-四联体 （6）滑动错配DNA（SMP-DNA）;DNA 弯曲;;三螺旋DNA（H-DNA）;Hoogsteen碱基对与Watson-Crick碱基对 ;DNA双螺旋上某一个位置的C发生的翻转;DNA四连结构;滑动错配DNA;如果通过某种手段使得DNA双螺旋每一圈的碱基对数目多于或少于10对，将导致DNA双螺旋缠绕过多或缠绕不足；如果这时的DNA两端被固定或者DNA本来是共价闭环的，则DNA会因张力无法释放而自发地形成超螺旋结构。 DNA超螺旋分为正超螺旋和负超螺旋，其中正超螺旋为左手超螺旋，由DNA双螺旋过度缠绕引起，负超螺旋为右手超螺旋，由DNA双螺旋缠绕不足引起。;正超螺旋与负超螺旋;DNA复制过程中正超螺旋DNA的形成;从DNA双螺旋到染色体;电镜下的核小体结构 ;核小体结构模型;RNA的二级结构主要取决于它的碱基组成，其二级结构的多样性可以和蛋白质相媲美。少数病毒RNA由两条互补的多聚核糖核苷酸链组成，它的二级结构为A型双螺旋。多数RNA仅由一条链组成，它们的二级结构主要是由链内碱基的互补性决定的：链内互补的碱基可以相互作用形成链内A型双螺旋，非互补的碱基则游离在双螺旋之外，形成各种二级结构。在RNA双螺旋内常常可以发现GU碱基对。;RNA的多种二级结构;GNRA四环结构;RNA的三级结构是在二级结构的基础上进一步折叠、包装而成的，其复杂性不亚于蛋白质。其中的双螺旋区域主要充当刚性的框架结构来组织其他结构或功能部件。构成突起、内部环、发夹环和末端环的单链区域对于RNA最终三级结构的形成至关重要，其作用相当于氨基酸残基的侧链基团对于蛋白质三级结构形成的贡献。正是因为这些单链区之间