[生物学]13 核酸分子的结构基础.pptVIP

第1章 分子生物物理学 1.1 分子生物物理学简介 1.2 生物大分子的结构与功能 1.3 核酸分子的结构基础 1.4 蛋白质分子的结构基础 1.5 蛋白质工程 1.6 常用分子生物物理实验简介 1.3 核酸分子的结构基础 1.3.1 核酸的结构单元 1.3.2 DNA的高级结构 1.3.3 RNA的高级结构 1.3.1 核酸的结构单元 生命体的遗传信息都储存于核酸分子中。 核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。 DNA分子为线性双链，每条链均由四种单体A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）和G（鸟嘌呤）聚合而成。 DNA双链由核苷酸（nucleotide）单体组成，它包括三部分： 磷酸基团(phosphate) 脱氧核糖（deoxyribose) 碱基（base） 每个糖基用磷酸基团和另外一个相连，形成重复的糖基-磷酸骨架，向内连有碱基。 DNA合成是严格根据模板序列，按照碱基互补配对原则进行的，即A结合T，C结合G。 两条链彼此缠绕，形成双螺旋。 两条链之间的碱基通过氢键相连，弱于糖基和磷酸基团之间的共价键，所以DNA双链可以打开。 DNA单链可以作为模板，来合成新的相同的DNA双链分子。 以一段DNA序列的其中一条链（模板链）为模板，按照碱基互补配对原则，重复地合成同样的RNA。 In 1989, Sidney Altman and Thomas R. Cech shared the Nobel Prize in Chemistry for their discovery of catalytic properties of RNA. Cech was studying the splicing of RNA in a unicellular organism called Tetrahymena Thermophila （四膜虫）. He found that the precursor RNA could splice in vitro in the absence of proteins. 信使RNA（mRNA）上的信息每次读取三个核苷酸，为三联密码子（codon）。 密码子的简并性（degeneracy）。 1.3.2 DNA的高级结构 真核细胞的DNA分布于一套染色体中。如人类染色体（约3.2*109nt）分布于24条不同的染色体中。 每条染色体含有一条极长的线性DNA分子，蛋白质将细长的DNA分子折叠成紧凑的结构，DNA和蛋白质的复合体称为染色质。 除了一些高度专化缺少DNA的细胞（如血红细胞），每个人体细胞每条染色体都含有两个拷贝，一个来自母亲，另一个来自父亲，互称同源染色体。唯一不成对的是性染色体。 每个人体细胞都含有46条染色体——22对男女相同，还有两个性染色体（男XY，女XX）。 基因(gene)通常指一段包含一种（或一组密切相关的）特定蛋白质信息的DNA，。 细菌和一些单细胞真核生物包含特别紧凑的基因组。 然而，许多真核基因组在基因序列之外含有大量散在的多余DNA。它们有时也叫垃圾(junk)DNA，它们有调节基因表达等作用。 通常，生物越复杂，基因组越大，但由于多余DNA数量有差别，这种关系并不系统。例如，人类基因组是酵母的200倍，是某些植物和两栖动物的1/30，一种阿米巴虫的1/200。 基因组对染色体数的比例在不同的物种中有区别，即使是基因组大小相似的近亲物种也有很大差别。 基因序列组成 蛋白编码序列叫做外显子，间隔序列（即非编码序列）叫做内含子。 大多数人类基因含有一连串的交互的外显子和内含子，多数基因含有内含子。相反，多数具有压缩基因组的生物（如细菌等）缺乏内含子。 在内含子和外显子之外，每个基因都和DNA调控序列相连（regulatory DNA sequences），它们保证基因表达水平，时间和所在的细胞类型合理。 一位科学家说：“在某种意义上，它像是你的车库/卧室/冷库/生命：高度个性化但较为蓬乱；少有组织性；多数是混乱的聚集在一起（开始称“junk”）；几乎不扔掉任何东西；只有少数明显有用的东西不容易辨识的，好像是漫不经心的散落在各处。” 5、在不同细胞生活期中染色体以不同状态存在 有丝分裂期和间期 基因的功能不止是携带DNA分子，它必须能够复制，复制出的拷贝可以正确地分给两个姐妹细胞。这种过程是通过一系列有序的阶段实现的，即细胞周期。 有丝分裂期染色体高度压缩、分开并分布于两个姐妹细胞核中，这个时期的染色体叫做有丝分裂期染色体。 当细胞不分裂时，染色体伸展，多数的染色质以细长的互相纠缠的线的形式存在于核中，这样单个染色体不容易辨识。这个时期的染色体叫做间期染色体。 有丝分裂期染色体高度压缩、分开并分布于两个姐妹细胞核中，这个时期的染色体叫做