第三章 多聚核苷酸和核酸

第三章 多聚核苷酸和核酸

§3.0概述

核酸的分类及分布

核酸分为脱氧核糖核酸和核糖核酸。脱氧核糖核酸（DNA ）存在于细胞核和线粒体，携带遗传信息，并通过复制传递给下一代；核糖核酸（RNA ）分布于细胞核、细胞质、线粒体，是DNA 转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA 也可作为遗传信息的载体。

§3.1多聚核苷酸

多个核苷酸（nucleitide ）通过3’,5’-磷酸二酯键（phosphodiester bond）连接、形成的链状聚合物，即多聚核苷酸（polynucleotides ）。

连接键（基本结构键）：3’,5’-磷酸二酯键

5’末端[-P]，游离磷酸集团；3’末端[-OH]，游离羟基

多聚核苷酸连具有方向性，书写时从5’→3’

寡核苷酸（长度小于50nt ）与多核苷酸

3’,5’-磷酸二酯键

§3.2 DNA的结构与功能

一、DNA 的碱基组成

DNA 中的碱基：A （腺嘌呤）、G （鸟嘌呤）、C （胞嘧啶）、T （胸腺嘧啶）

DNA 的碱基组成遵循Chargaff 法则：

①不同种属生物的DNA 碱基组成不同；

②同一个体不同器官、不同组织的DNA 具有相同的碱基组成；

③对于一个特定的组织的DNA ，其碱基组份不随其年龄、营养状态和环境而变化； ④腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等。

[A] = [T]，[G] [C]

二、DNA 的一级结构

脱氧核糖核苷酸在多聚核苷酸链中的排列顺序（碱基序列）

基本结构键：3’,5’-磷酸二酯键

三、DNA 的空间结构

（一）DNA 的二级结构——双螺旋结构

1. 双螺旋的结构特点

（1）两链平行，方向相反，右手双螺旋

（2）碱基向内，严格配对，两链互补

（3）维系力：碱基堆积力+氢键

（4）每一螺圈含10.4bp （碱基对），直径为2 nm，螺距为3.4 nm

（5）DNA 双螺旋结构的表面存在一个大沟和一个小沟

2.DNA 双螺旋结构具多样性

（二）DNA 的三级结构

1. 超螺旋结构

将DNA 的两端固定，使之旋进过分或旋进不足，DNA 双链上就会产生额外的张力而发生扭曲，以抵消张力。这种扭曲称为DNA 双链的超螺旋结构。双螺旋缠绕过分时形成正超螺旋，双螺旋缠绕不足时形成负超螺旋。它们之间互为拓扑异构体。

2. 核小体——染色体的基本组成单位

双链DNA 缠绕在核心颗粒上构成核小体。核小体→核心颗

粒：146bpDNA+2×（H2A 、H2B 、H3、H4）；连接DNA （~50bp）；

组蛋白H1。

四、DNA 的基本功能

DNA 是：①遗传变异的物质基础；②遗传信息的载体；③基因复制和转

录的模版

§3.3 RNA的结构和功能

RNA 的结构特点：其一级结构与DNA 相似（核糖核苷酸+U），二级结构为单链，局部双

螺旋，三级结构只有部分RNA 才有。

RNA 的种类：信使RNA （mRNA ）、非均一核RNA （hnRNA ）、转运RNA （tRNA ）、核糖

体RNA （rRNA ）、非信使小RNA （snmRNA ）

一、信使RNA （mRNA ）

1. 功能：蛋白质合成的直接模版

2. 特点：种类多、寿命短、含量少

3. 真核生物细胞核内的初级产物：非均一核RNA （hnRNA ），是成熟mRNA 的前体

4. 真核生物成熟mRNA 的结构：

5’帽子：大多数真核mRNA 的5’末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核

苷酸的

C-

也会被甲基化，形成帽子结构

3’尾：大多数真核mRNA 的3’末端是一段有80~250个腺苷酸的多聚腺苷酸结构，称

为多聚A 尾（polyA ）

5’帽子和3’尾的功能：负责mRNA 核内向胞质的转移；维持mRNA 的稳定和调控翻译

的起始

二、转运RNA （tRNA ）

1. 功能：在蛋白质合成中，选择性转运氨基酸和识别密码子

2. 特点：①多数大小为

76nt ②含有7-15个稀有

碱基，大部分都分布在非

配对区 ③3’端都有

CCA-OH 序列，为氨基酸

结合部位 ④都具有三叶

草形二级结构 ⑤都具有

倒“L ”形三级结构

3. 三叶草形二级结构：四

臂三环一叉

4. 转运RNA 有专一性，e.g.

tRNA Cys

三、核糖体RNA （tRNA ）

1.rRNA 与核蛋白形成核蛋白体（核糖体），核糖体的功能：蛋白质合成的场所

2. 原核生物的核糖体（70s ）：小亚基30s （16s rRNA+21 proteins）

大亚基50s （5s 、23s rRNA+31 proteins）

3. 真核生物的核糖体（80s ）：小亚基40s （18s rRNA+33 proteins）

大亚基60s （5s 、28s 、5.8s rRNA+49 proteins）

四、非信使小RNA （snmRNA ）

核内小RNA （snRNA ）：参与mRNA

前体的剪接、转运

催化小RNA ：参与特殊RNA 的剪

接

核仁小RNA （snoRNA ）：参与rRNA

的加工与修饰

小干扰RNA （siRNA ）：参与基因转

录后的调控

§3.4核酸的理化性质

一、一般性质

1. DNA 易被酸解，RNA 易被碱解，两者都可被酶解

2. 两性解离性，但在体内酸性较强

3.DNA 是线性高分子

4. 紫外吸收（碱基含有共轭双键），最高吸收峰260nm 。要求：纯DNA →A 260/A280>1.8，纯RNA →A 260/A280>2.0

二、核酸的变性

在一些理化因素的作用下，核酸分子互补碱基对之间的氢键断裂，使双螺旋结构松散，

变成单链

变性因素：强酸碱、有机溶剂、变性剂、加热

变性特征：氢键断裂；双螺旋解开成单链；紫外吸收峰（260nm ）突然增高→高（增）

色效应；粘度↓

加热（>80℃）使DNA 变性→热变性

解链温度Tm ：使DNA 分子变性解链达到50%时的温度称为解链（熔解）温度，用

Tm 表示。影响Tm 的因素有：①DNA 分子越大→Tm ↑；②G ≡C 数量越多→Tm ↑；③介质中的离子强度↑→Tm ↑

三、DNA 的复性

变性DNA 单链在适当条件下自发互补结合，重新形成原来的双螺旋结构。

四、分子杂交

两条来源不同的具有互补碱基顺序的单链多核苷酸片段形成双螺旋结构。