第二章 基础知识：核酸2008.ppt

第一节 核酸的化学组成 核酸（nucleic acid） = N 核苷酸 （nucleotide） = N（核苷nucleoside+磷酸） = N（碱基base+戊糖pentose+磷酸） = N（腺嘌呤or鸟嘌呤or胞嘧啶or胸腺嘧啶噢or尿嘧啶 +核糖or脱氧核糖 + 磷酸） = N（A, G, C, T + ribose, deoxyribose + Phosphoric acid ） 核酸大分子水解后得到的基本单位为核苷酸。核苷酸进一步水解生成核苷和磷酸。核苷进一步分解生成不同的碱基(base)和戊糖（pentose）。 核酸的连接a 核苷酸之间（跟碱基没有关系）： 由核苷上戊糖5 ′上的羟基与磷酸基团以酯键形式连接就形成了核苷酸。每个核苷酸的戊糖3′羟基都可以与另一个核苷酸上的5 ′磷酸基团以酯键相连接。 核酸单链一端是5 ′碳原子上带有磷酸基团的核苷酸（称为5 ′ 端），另一端是3 ′碳原子上仍保留游离羟基的核苷酸残基（称为3 ′ 端）。每股核酸都有5 ′和3 ′两个不同的末端，所以核酸分子是有方向性的。 核苷酸还可以环化形成cAMP和cGMP。 核酸的连接 碱基与核苷 碱基与戊糖的1 ′位羟基形成糖苷键(glycosidic bond) 碱基之间 其中多个原子都有形成部分双键的特性，使得碱基有很强的共轭性。(波长为260nm的紫外线有最大吸收)。 轴向相邻的碱基由于具有很强的疏水作用，因此在水相溶液中会自发的堆积在一起，形成碱基堆积力（ 包括范德华力和疏水作用 ），使得核酸形成更为稳定的三维结构。 碱基的配对模式 维持碱基配对的力是：氢键和碱基堆积力。 戊糖的特点 参与组成核酸分子的有两种核糖，D-核糖和D-脱氧核糖，分别形成RNA和DNA两种核酸，RNA分子上的核糖比DNA上的脱氧核糖多一个2’羟基，导致其容易发生自水解作用。 第二节DNA的结构 DNA的一般结构： 一级结构：核苷酸的排列顺序（碱基的排列顺序）。C值：单染色体所含DNA的量。 二级结构：双螺旋结构，不同构象。 三级结构：单链和双链、双链和双链相互作用形成的三链和四链结构。 四级结构：核酸与蛋白相互作用形成的结构 二级结构：DNA不同的构象 A，B，C，D，Z等构象。 B构象是一般状态下的构象，大小沟深浅一致，大沟宽； A构象（矮胖）：湿度变低，大沟变窄变深、小沟变宽变浅；A、B之间在一定条件下可以转换（般绕的松紧，离子，发生RNA替换等）。 Z构象属于左手螺旋构象，嘌呤和嘧啶相间排列，其存在时，DNA活性明显降低，天然状态下的Z-DNA可能与调节转录的起始活性有关。如猴病毒SV40增强子和纤毛虫的大小核。 DNA的三级结构 三链核酸： 单链DNA或RNA在双分子链的大沟与碱基形成配对。(同源重组时单链DNA就侵入双螺旋形成三链结构。) 但侵入的单链必须与双螺旋结构中的一条链形成配对，形成平行汇接结构（paranemic joint）。此时需要蛋白参与结构才能稳定。 H-DNA（hinged DNA，铰链） 这种结构存在于高嘌呤或高嘧啶的双链DNA区域，且有对映重复序列。 在真核细胞DNA的复制、转录和重组的起始以及调节区域的许多位点上都有存在。 反义DNA技术：ODN（oligodeoxyribonucleotides） 四螺旋DNA 鸟嘌呤（G）可以形成碱基四聚体（base tetrad）。在体内主要是端粒DNA有此结构。在复制过程中保持DNA的稳定性。 二、DNA的环形结构及其拓扑学特性 DNA在体内采取紧密的形式存在。所有细菌、多种病毒以及真核细胞中的线粒体或叶绿体的DNA都是环形分子，即没有游离端的封闭结构。一些病毒的DNA在线形和环形之间变化。 线形DNA分子闭合形成环形分子后，双螺旋的纵轴进一步扭曲而形成超螺旋（superhelix）。 环状DNA的拓扑参数 连环数L（linking number）：一条链以右手螺旋缠绕另一条链的总次数。一级结构相同而连环数不同的DNA的环形DNA分子称为拓扑异构体。 缠绕数T（twisting number）：双螺旋中两条链的缠绕次数，即Watson-Crick螺旋的数目。 超螺旋数W（writhing number） 三者的相互关系：L=W+T DNA分子都有维持其B构象的趋势，所以一般情况下T值是固定的，改变L值（拧松或拧紧双螺旋）会导致超螺旋的出现。 拓扑异构酶 拓扑异构酶（topoisomerases ）有两种，一种是拓扑异构酶I，可以剪断双链中的一条链，使连环数改变1，解超螺旋。一种是拓扑异构酶II，也称解旋酶（ gyrase ），可以剪断两条链是连环数改变2，促进超螺旋。 Topology Topology：不考虑图形的大小、形状，仅考虑点和