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1、第一篇生物分子的结构与功能(Structures&Functions of Biomolecules),第一章 核 酸（Nucleic Acid）,内容纲要,核酸的种类与分子组成 DNA的一级结构、二级结构及组装 RNA的种类、结构与功能 核酸的理化性质 核酸具有催化活性 真核生物基因组的特点 人类基因组计划,概念,基因组(Genome)：一个生物体的所有基因（全部染色体的遗传物质的总和）以全长 DNA 的碱基对(bp)数目表示。基因(Gene)：能编码一条多肽链并具有一定长度的 DNA 分子基因组中有功能的片段遗传密码：碱基顺序与蛋白质氨基酸顺序间的关系,核酸分子的元素组成：主要有C、H、O
2、、N、P（占9%10%）等。核酸的水解：核苷酸是核酸的基本组成单位。,腺嘌呤 A 胸腺嘧啶T鸟嘌呤G 胞嘧啶C 尿嘧啶U,构成核苷酸的主要碱基 酮基和氨基均位于杂环上氮原子邻位,腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T),DNA,尿嘧啶(U),RNA,稀有碱基（rare bases）：指核酸中含有的一些微量碱基，多是甲基化的衍生物。,碱基的互变异构,核苷酸碱基酮基和氨基均位于杂环上氮原子邻位，受介质pH影响，可形成,碱基的紫外吸收性质,嘌呤环和嘧啶环中含有共轭双键，因而都有吸收紫外光的性质，吸收高峰在波长260nm左右。,核糖(Ribose),1,2,3,4,5,标记,H,核糖(
3、Ribose)构成 RNA,脱氧核糖(Deoxyribose)构成 DNA,1位C 5位C,dAMP dGMP dTMP dCMP,AMP GMP UMP CMP,两类核酸分子组成比较,表：构成核酸的核苷酸,三磷酸核苷的功能,常见的多磷酸核苷酸,12,（*）核苷酸的生物学功能是DNA和RNA合成的原料参与细胞内物质代谢调节ATP是体内直接供能物质，参与肌肉收缩、物质转运等过程核苷酸的衍生物是许多物质代谢的活性中间物。UDP-葡糖是糖原和糖蛋白合成的活性中间物；CDP-胆碱、CDP-乙醇胺、CDP-二酰甘油是甘油磷脂合成的活性中间物AMP是某些重要辅助因子的构成成分，如NAD+、NADP+、Co
4、A和FAD等分子中均含有AMPcAMP和cGMP作为第二信使，参与细胞信号转导,要求：后续章节掌握,DNA的一级结构四种脱氧核糖核苷酸的排序,2 nm,大沟(2.2 nm),小沟(1.2 nm),3.4 nm,DNA 双螺旋结构要点(Watson 和 Crick，1953)1.DNA 由两条反相平行的脱氧核苷酸链 组成，脱氧核糖-磷酸骨架位于双链的 外侧，碱基位于内侧，双链的碱基之 间以氢键相结合。碱基互补配对形式：A T；G C)2.DNA 是右手螺旋结构，螺旋直径为 2 nm，螺距为 3.4 nm。碱基平面垂直螺 旋轴，相邻碱基平面距离为 0.34 nm，螺旋一圈包含 10 对碱基。3.氢
5、键维持 DNA 双链横向稳定性，碱基 堆积力维持双链纵向稳定性。,碱基互补原则：,在DNA双螺旋结构中，碱基位于内侧，两条链间碱基以氢键接触，由于碱基结构不同，造成其形成氢键能力不同，因此产生固有配对方式，即腺嘌呤（A）始终与胸腺嘧啶（T）配对存在，鸟嘌呤（G）始终与胞嘧啶（C）配对存在，这种配对方式称碱基互补。,DNA 结构的多样性,A-DNA：右手螺旋 11 碱基/螺旋B-DNA：右手螺旋 10 碱基/螺旋Z-DNA：左手螺旋 12 碱基/螺旋 可能参与基因 的表达和调控,A-DNA B-DNA Z-DNA,三、DNA的高级结构,所有生物的基因组DNA的长度通常比含有DNA的细胞直径大得多
6、。因此，DNA在形成双螺旋结构的基础上，必须进一步折叠成超级螺旋结构，并且在蛋白质的参与下，再进行精密的包装，。这样，DNA才能存在于小小的细胞。甚至细胞核中。,（一）原核生物细胞中DNA的组装,绝大部分原核生物的DNA都是闭合环状双螺旋结构，裸露而不与蛋白质结合，这种双螺旋分子还进一步螺旋化形成超螺旋结构。环状DNA分子的生物活性形式为超螺旋结构。,共价闭环 DNA,超螺旋结构,（二）真核生物细胞中DNA的组装,在真核细胞内，由于DNA分子较原核细胞大得多，所以它们压缩得更为致密。真核细胞的DNA与蛋白质结合，以染色质（chromatin）或染色体（chromosome）的形式存在于细胞核内。它们的基本结构单位都是核小体（nucleosome）。,四、线粒体DNA,在真核细胞中，DNA除了存在于细胞核内，还有少量的DNA位于细胞的线粒体（mitochondrion）中，称为线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）。mtDNA与细菌的DNA相似，也是超螺旋双链环状分子，裸露而不与组蛋白结合，分散在线粒体基质的不同区域。,基因(Gene)能编码一条多肽链并具有一定长度的 DNA 分子。基因组(Genome)一种生物全部染色体的遗传物质的总和，以全长 DNA 的碱基对(bp)数目表示。,不同物种基因组大小的比较,酵母拟兰芥果蝇人类蟾蜍小鼠,大肠杆菌,
