第二章核酸的結(jié)構與功能(人衛(wèi)第8版)

1、許春鵑許春鵑TelQQ:15863025贛南醫(yī)學院生化與分子生物學教研室贛南醫(yī)學院生化與分子生物學教研室DNARNA脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸 90%以上分布于細胞核，其余分布于核以上分布于細胞核，其余分布于核外外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。主要主要分布于胞液。分布于胞液。攜帶遺傳信息，決定細胞和攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型個體的基因型(genotype)。參與細胞內(nèi)參與細胞內(nèi)DNA遺傳信息的遺傳信息的表達。某些病毒表達。某些病毒RNA也可作也可作為遺傳信息的載體。為遺傳信息的載體。第一節(jié)第一節(jié) 核酸的化學組成及一級結(jié)構

2、核酸的化學組成及一級結(jié)構核酸核酸 (DNA和和RNA)核苷酸核苷酸（基本組成單位）（基本組成單位）核苷和脫氧核苷核苷和脫氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖堿基堿基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖一、核苷酸是構成核酸的基本組成單位一、核苷酸是構成核酸的基本組成單位n 分子組成分子組成堿基堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖：核糖，脫氧核糖磷酸磷酸(phosphate)堿基堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。是含氮的雜環(huán)化合物。堿基堿基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤（腺嘌呤（A）鳥嘌呤（鳥嘌呤（G）尿嘧啶（尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（胞嘧啶（

3、C）存在于存在于DNA和和RNA中中僅存在于僅存在于RNA中中僅存在于僅存在于DNA中中n堿基堿基嘌呤嘌呤(purine，Pu) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥嘌呤鳥嘌呤(guanine, G)NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3圖圖2-2 堿基的互變異構體堿基的互變異構體 HNHNCNH2+O+HNNH2NNH2亞氨式氨式+ H+NCOHNCO-

4、-+ H+酮式烯醇式n戊糖戊糖（構成（構成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（構成（構成DNA）OHOCH2OHOH脫氧核糖脫氧核糖(deoxyribose)圖圖2-3 構成核苷酸的核糖和脫氧核糖的化學結(jié)構式構成核苷酸的核糖和脫氧核糖的化學結(jié)構式n脫氧核苷的化學結(jié)構式：脫氧核苷的化學結(jié)構式：嘌呤嘌呤N-9 或或嘧啶嘧啶N-1與脫氧核糖與脫氧核糖C-1 通過通過-N-糖糖苷鍵苷鍵相連形成相連形成脫氧核苷脫氧核苷(deoxyribonucleoside)。 嘌呤嘌呤N-9 -9或或嘧啶嘧啶N-1 -1與與核糖核糖C-1C-1 通過通過 - -N- -糖苷鍵

5、糖苷鍵相連形成相連形成核苷核苷(ribonucleoside)。n核苷的化學結(jié)構式：核苷的化學結(jié)構式：NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷鍵糖苷鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構成核苷酸核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO糖苷鍵糖苷鍵酯鍵酯鍵腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤一磷酸腺嘌呤一磷酸(AMP)腺嘌呤二磷酸腺嘌呤二磷酸(ADP)腺嘌呤三磷酸腺嘌呤三磷酸(A

6、TP)n多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸環(huán)化核苷酸：環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細胞信，是細胞信號轉(zhuǎn)導中的第二信使。號轉(zhuǎn)導中的第二信使。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPn核苷酸衍生物核苷酸衍生物圖圖2-5 核苷酸的化學結(jié)構（核苷酸的化學結(jié)構（b）表表2-1 構成構成RNA的堿基、核苷以及核苷酸的堿基、核苷以及核苷酸堿基堿基 核苷核苷 核苷酸核苷酸A 腺苷腺苷adenosine 腺苷一磷酸腺苷一磷酸adenosine monophosphate, AMPG 鳥苷鳥苷guanosine 鳥苷一磷酸鳥苷一磷酸guanosine monophosphate, GMPC 胞苷胞苷cytidi

7、ne 胞苷一磷酸胞苷一磷酸cytidine monophosphate, CMPU 尿苷尿苷uridine 尿苷一磷酸尿苷一磷酸uridine monophosphate, UMP表表2-2 構成構成DNA的堿基、核苷以及核苷酸的堿基、核苷以及核苷酸堿基堿基脫氧核苷脫氧核苷脫氧核苷酸脫氧核苷酸A脫氧腺苷脫氧腺苷 deoxyadenosine脫氧腺苷一磷酸脫氧腺苷一磷酸deoxyadenosine monophosphate, dAMPG脫氧鳥苷脫氧鳥苷deoxyguanosine脫氧鳥苷一磷酸脫氧鳥苷一磷酸deoxyguanosine monophosphate, dGMPC脫氧胞苷脫氧胞苷d

8、eoxycytidine脫氧胞苷一磷酸脫氧胞苷一磷酸deoxycytidine monophosphate, dCMPT脫氧胸苷脫氧胸苷deoxythymidine或或thymidine脫氧胸苷一磷酸脫氧胸苷一磷酸deoxythymidine monophosphate, dTMP二、二、DNA是脫氧核苷酸通過是脫氧核苷酸通過3 ,5 -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 連接形成的大分子連接形成的大分子5 -末端末端3 -末端末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵交替的磷酸基團和戊交替的磷酸基團和戊糖構成了糖構成了DNA的骨 架的骨 架 (backbone)。DNA鏈的方向是鏈的方向是5 3

9、圖圖2-6 多聚核苷酸的化學結(jié)構式多聚核苷酸的化學結(jié)構式三、三、RNA也是具有也是具有3 ,5 -磷酸二酯鍵的線性磷酸二酯鍵的線性 大分子大分子l RNA也是多個核苷酸分子通過酯化反應形也是多個核苷酸分子通過酯化反應形成的線性大分子，并且具有方向性；成的線性大分子，并且具有方向性；l RNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖；l RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶四、核酸的一級結(jié)構四、核酸的一級結(jié)構 核酸的一級結(jié)構核酸的一級結(jié)構是構是構成核酸的核苷酸或脫氧核成核酸的核苷酸或脫氧核苷酸從苷酸從5-末端到末端到3-末端的末端的排列順序。排列順序。55端端3端端CGA 由于核苷酸間的差異由于

10、核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也主要是堿基不同，所以也稱為稱為堿基序列堿基序列。A G P5 P T PG PC PT P OH 3 5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3 l 核酸分子的大小常用堿基數(shù)目（核酸分子的大小常用堿基數(shù)目（bp或或kbp）來表示。）來表示。圖圖2-7 核酸的一級結(jié)構核酸的一級結(jié)構第二節(jié)第二節(jié) DNA的空間結(jié)構與功能的空間結(jié)構與功能一、一、DNA的二級結(jié)構是雙螺旋結(jié)構的二級結(jié)構是雙螺旋結(jié)構（一）（一）DNA雙螺旋結(jié)構的實驗基礎雙螺旋結(jié)構的實驗基礎l不同生物種屬的不同生物種屬的DNA的堿基組成不同的堿基組成不同l同一個體的不同器官或組

11、織的同一個體的不同器官或組織的DNA堿基組堿基組成相同。成相同。lA = T，G = ClChargaff 規(guī)則規(guī)則l獲得了高質(zhì)量的獲得了高質(zhì)量的DNA分子的分子的X射線衍射照片。射線衍射照片。l提出了提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構分子雙螺旋結(jié)構(double helix)模型。模型。（二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構模型的要點雙螺旋結(jié)構模型的要點1. DNA由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成l兩條多聚核苷酸鏈在空間的兩條多聚核苷酸鏈在空間的走向呈反向平行走向呈反向平行。兩條。兩條鏈圍繞著同一個螺旋軸形成鏈圍繞著同一個螺旋軸形成右手螺旋右手螺旋的結(jié)構。雙螺的結(jié)構。雙螺旋結(jié)構的直徑為旋

12、結(jié)構的直徑為2.37nm，螺距為，螺距為3.54nm。l脫氧核糖和磷酸基團組成的親水性骨架位于雙螺旋脫氧核糖和磷酸基團組成的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構的結(jié)構的外側(cè)外側(cè)，疏水的堿基位于，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)。l雙螺旋結(jié)構的表面形成了一個雙螺旋結(jié)構的表面形成了一個大溝大溝(major groove)和和一個小溝一個小溝(minor groove)。 2. 核糖與磷酸位于外側(cè)核糖與磷酸位于外側(cè)2.37nm3.54nm圖圖2-8 DNA雙螺旋結(jié)構的示意圖雙螺旋結(jié)構的示意圖l親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)，疏水性的堿親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)，疏水性的堿基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。圖圖2-9 DNA

13、雙螺旋結(jié)構的俯視圖雙螺旋結(jié)構的俯視圖堿基堿基脫氧核糖脫氧核糖磷酸基團磷酸基團4. 堿基對的疏水作用力和氫鍵共同維持著堿基對的疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺雙螺旋結(jié)構的穩(wěn)定旋結(jié)構的穩(wěn)定胸腺嘧啶胸腺嘧啶/腺嘌呤腺嘌呤胞嘧啶胞嘧啶/鳥嘌呤鳥嘌呤3. DNA雙鏈之間形成了互補堿基對雙鏈之間形成了互補堿基對圖圖2-10 互補堿基對的形成互補堿基對的形成DNA二級結(jié)構二級結(jié)構（三）（三）DNA雙螺旋結(jié)構的多樣性雙螺旋結(jié)構的多樣性圖圖2-12 不同類型的不同類型的DNA雙螺旋結(jié)構雙螺旋結(jié)構A-DNAB-DNAZ-DNA（四）（四）DNA的多鏈結(jié)構的多鏈結(jié)構n三鏈結(jié)構三鏈結(jié)構（四）（四）DNA的多鏈結(jié)構

14、的多鏈結(jié)構n四鏈結(jié)構四鏈結(jié)構鳥嘌呤之間通過鳥嘌呤之間通過8個個Hoogsteen氫鍵形成特殊的四氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構鏈結(jié)構。二、二、DNA的高級結(jié)構是超螺旋結(jié)構的高級結(jié)構是超螺旋結(jié)構（一）原核生物（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構的環(huán)狀超螺旋結(jié)構原核生物原核生物DNA多為環(huán)狀，以負超螺旋的形多為環(huán)狀，以負超螺旋的形式存在，平均每式存在，平均每200堿基就有一個超螺旋形成。堿基就有一個超螺旋形成。超螺旋結(jié)構超螺旋結(jié)構:DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構。分正超螺旋和負超螺旋。結(jié)構。分正超螺旋和負超螺旋。 圖圖2-14 原核生物的超螺旋結(jié)構原核生物的超螺旋結(jié)構（二）

15、真核生物（二）真核生物DNA以核小體為單位形成高度有序致密以核小體為單位形成高度有序致密結(jié)構結(jié)構l真核生物真核生物DNA以非常有序的形式以非常有序的形式存在于細胞核內(nèi)。存在于細胞核內(nèi)。l在細胞周期的大部分時間里，在細胞周期的大部分時間里，DNA以松散的染色質(zhì)以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細胞分裂期，則形形式存在，在細胞分裂期，則形成 高 度 致 密 的 染 色 體成 高 度 致 密 的 染 色 體(chromosome)。lDNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構。染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構。l染色質(zhì)的基本單位是核小體染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。圖圖2-15 真核生

16、物真核生物DNA染色質(zhì)的電鏡圖像染色質(zhì)的電鏡圖像n核小體核小體(nucleosome)l DNA：以負超螺旋纏繞在組蛋白上：以負超螺旋纏繞在組蛋白上l 組蛋白核心：組蛋白核心：H2A ,H2B ,H3 ,H4l H1組蛋白在核小體之間組蛋白在核小體之間圖圖2-15 真核生物真核生物DNA形成核小體的示意圖形成核小體的示意圖H2AH4H2BH3DNA雙鏈雙鏈H1核小體連接區(qū)核小體連接區(qū)核小體核心顆粒核小體核心顆粒DNA的存在形式的存在形式圖圖2-16 DNA雙鏈折疊盤繞形成的高度有序雙鏈折疊盤繞形成的高度有序致密染色體示意圖致密染色體示意圖第一層次折疊第一層次折疊第二層次折疊第二層次折疊第三層次

17、折疊第三層次折疊雙鏈雙鏈DNA核小體構成核小體構成染色質(zhì)纖維空管染色質(zhì)纖維空管截面圖截面圖DNA經(jīng)過多次折疊，被壓縮了經(jīng)過多次折疊，被壓縮了800010000倍，倍，組裝在直徑只有為數(shù)微米的細胞核內(nèi)。組裝在直徑只有為數(shù)微米的細胞核內(nèi)。第三層次折疊第三層次折疊第四層次折疊第四層次折疊形成染色體形成染色體染色質(zhì)纖維染色質(zhì)纖維核基質(zhì)核基質(zhì)截面圖截面圖n真核生物的染色體真核生物的染色體三、三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎是遺傳信息的物質(zhì)基礎 DNA的基本功能的基本功能是以是以基因基因的形式荷載遺傳信的形式荷載遺傳信息，并作為基因復制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺息，并作為基因復制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物

18、質(zhì)基礎，也是個體生命活動的信息基礎。傳的物質(zhì)基礎，也是個體生命活動的信息基礎。 基因基因(gene)是為生是為生物活性產(chǎn)物編碼的物活性產(chǎn)物編碼的DNA片段片段 。 第三節(jié)第三節(jié) RNA的結(jié)構與功能的結(jié)構與功能l RNA與蛋白質(zhì)共同負責與蛋白質(zhì)共同負責基因的表達和表達過程基因的表達和表達過程的調(diào)控。的調(diào)控。l RNA通常以通常以單鏈單鏈的形式存在，但有復雜的局部的形式存在，但有復雜的局部二級結(jié)構或三級結(jié)構。二級結(jié)構或三級結(jié)構。l RNA比比DNA小小的多。的多。l RNA的的種類、大小和結(jié)構種類、大小和結(jié)構遠比遠比DNA表現(xiàn)出表現(xiàn)出多樣多樣性性。核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA

19、核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運的剪接、轉(zhuǎn)運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞

20、漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運的剪接、轉(zhuǎn)運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA表表2-3 動物細胞內(nèi)主要的動物細胞內(nèi)主要的RNA種類及功能種類及功能hnRNAsnRNAsnoRNA一、一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板是蛋

21、白質(zhì)合成中的模板l 信使信使RNA(messenger RNA, mRNA)是合成蛋白是合成蛋白質(zhì)的模板。質(zhì)的模板。l 不均一核不均一核RNA(hnRNA)含有含有內(nèi)含子內(nèi)含子(intron)和和外外顯子顯子(exon)。l 外顯子是氨基酸的編碼序列，而內(nèi)含子是非編外顯子是氨基酸的編碼序列，而內(nèi)含子是非編碼序列。碼序列。l hnRNA經(jīng)過剪切后成為經(jīng)過剪切后成為成熟的成熟的mRNA。n 真核生物真核生物mRNA的結(jié)構特點：的結(jié)構特點：53m7GpppAAAAn3非翻譯區(qū)5非翻譯區(qū)編碼區(qū)AUGUAAl 從從AUG 開始，每三個核苷酸為一組編碼了一個氨開始，每三個核苷酸為一組編碼了一個氨基酸，稱為

22、基酸，稱為三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼(codon)。l 成熟的成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構成。由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構成。l 5 -末端的末端的帽子帽子(cap)結(jié)構結(jié)構和和3 -末端的末端的多聚多聚A尾尾(poly-A tail)結(jié)構。結(jié)構。 圖圖2-17 真核生物真核生物mRNA的結(jié)構示意圖的結(jié)構示意圖ONNNNNH2OOCH3OHHHCH2HOPO-OOHNNNOH2NNOOHHHHCH2HOHOPOO-CH3PO-O5235n帽子結(jié)構帽子結(jié)構: :m7GpppNm1. 真核細胞真核細胞mRNA的的5 末端有特殊帽結(jié)構末端有特殊帽結(jié)構 mRNA的帽結(jié)構可以與的帽結(jié)構可以與帽結(jié)合蛋

23、白帽結(jié)合蛋白(cap binding protein，CBP)結(jié)合。結(jié)合。 真核生物真核生物mRNA的帽結(jié)構以及加帽過程的帽結(jié)構以及加帽過程2. 在真核生物在真核生物mRNA的的3末端有多聚腺苷酸結(jié)構末端有多聚腺苷酸結(jié)構 真核生物真核生物mRNA多聚多聚A尾結(jié)構的形成過程尾結(jié)構的形成過程斷裂位點斷裂位點mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控翻譯起始的調(diào)控 l 帽子結(jié)構和多聚帽子結(jié)構和多聚A尾的功能尾的功能3. mRNA堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序5 端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) Start of genetic messa

24、geCapEndTail5 3 3 端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 開放閱讀框架開放閱讀框架 從從mRNA 5 -端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 -端終止密碼子端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。內(nèi)含子內(nèi)含子( (intron) )hnRNA mRNA 外顯外顯子子( (exon) )l mRNA的成熟過程是的成熟過程是hnRNA的剪接過程的剪接過程l外顯子：外顯子：在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟并表達為成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。l內(nèi)含子：內(nèi)含子

25、：隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。除去的核酸序列。 雞卵清蛋白基因雞卵清蛋白基因雞卵清蛋白雞卵清蛋白mRNA的成熟的成熟雞卵清蛋雞卵清蛋白基因白基因hnRNA首、尾修飾首、尾修飾hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNAl mRNA的功能的功能 把把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。白質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯原核細胞原核細胞 真核細胞真核細胞 細胞核細胞核DNA內(nèi)含子內(nèi)

26、含子外顯子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運mRNAhnRNA翻譯翻譯蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)細胞質(zhì)細胞質(zhì)二、二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體l轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA(transfer RNA, tRNA)在蛋白質(zhì)合成過在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體，活化、搬運氨基酸程中作為各種氨基酸的載體，活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。1. tRNA中含有多種稀有堿基中含有多種稀有堿基NHNHOOHHHH雙氫尿嘧啶雙氫尿嘧啶(DHU)假尿嘧啶假尿嘧啶( )次黃嘌呤次黃嘌呤(I)2. tRNA含有莖環(huán)結(jié)構含有莖環(huán)結(jié)構l tRNA的二級結(jié)構的

27、二級結(jié)構三葉草形三葉草形 氨基酸臂氨基酸臂 DHU環(huán)環(huán) 反密碼環(huán)反密碼環(huán) 額外環(huán)額外環(huán) TC環(huán)環(huán)反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂圖圖2-19 tRNA的二級結(jié)構的二級結(jié)構圖圖2-19 tRNA的三級結(jié)構的三級結(jié)構ltRNA的的3 -末末端都是以端都是以CCA結(jié)尾。結(jié)尾。l3 -末末端的端的A與氨基酸共價與氨基酸共價連結(jié)，連結(jié)，tRNA成為了氨基成為了氨基酸的載體。酸的載體。l不同的不同的tRNA可以結(jié)合不可以結(jié)合不同的氨基酸。同的氨基酸。 3. tRNA的的3 -末末端連接氨基酸端連接氨基酸4. tRNA的反密碼子能夠識別的反密碼子能夠識別mRNA的密碼子的密碼子ltRNA的反密碼子環(huán)上的反密

28、碼子環(huán)上有一個由三個核苷酸構有一個由三個核苷酸構成的成的反密碼子反密碼子(anticodon)。ltRNA上的反密碼子依上的反密碼子依照堿基互補的原則識別照堿基互補的原則識別mRNA上的密碼子。上的密碼子。 tRNA的反密碼子與的反密碼子與mRNA的的密碼子相互識別的示意圖密碼子相互識別的示意圖三、三、rRNAl 以以rRNA為組分的核蛋白體是蛋白質(zhì)合成的場所為組分的核蛋白體是蛋白質(zhì)合成的場所表表2-4 核糖體的組成核糖體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸個核苷酸18S

29、1874個核苷酸個核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)21種種占總重量的占總重量的40%33種種占總重量的占總重量的50%大亞基大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸個核苷酸160個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)31種種占總重量的占總重量的30%49種種占總重量的占總重量的35%70S ribosome50S large subunit23S rRNA5S rRNA31 proteins16S rRNA21 proteins30S small subunitn大腸桿菌的核蛋白體大腸桿菌的核蛋白體圖圖2-20 真核生

30、物的真核生物的18S rRNA的二級結(jié)構的二級結(jié)構眾多的環(huán)莖結(jié)構為與蛋白質(zhì)的相互作用提供了空間眾多的環(huán)莖結(jié)構為與蛋白質(zhì)的相互作用提供了空間由核糖體、由核糖體、mRNA和和tRNA形成的復合體形成的復合體四、其它非編碼四、其它非編碼RNA參與基因表達的調(diào)控參與基因表達的調(diào)控除了上述三種除了上述三種RNA外，細胞的不同部位存在外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs),或或非編碼蛋白質(zhì)的非編碼蛋白質(zhì)的RNA(non-coding RNA, ncRNA) 。 l

31、種類：種類：核內(nèi)小核內(nèi)小RNA；核仁小；核仁小RNA；胞質(zhì)?。话|(zhì)小RNA；催化性小催化性小RNA；小片段干涉；小片段干涉 RNAl 功能：功能：參與參與hnRNA和和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運。的加工和轉(zhuǎn)運。siRNA是生物宿主對外源侵入的基因表達的雙是生物宿主對外源侵入的基因表達的雙鏈鏈RNA進行切割所產(chǎn)生的特定長度和特定核進行切割所產(chǎn)生的特定長度和特定核酸序列的小片段酸序列的小片段RNA。siRNA可以與外源基因表達的可以與外源基因表達的mRNA相結(jié)合，相結(jié)合，并誘發(fā)這些并誘發(fā)這些mRNA的降解。的降解。 基于此機理，人們發(fā)明了基于此機理，人們發(fā)明了RNA干擾干擾(RNA interferen

32、ce，RNAi)技術。技術。l小片段干擾小片段干擾RNA (small interfering RNA, siRNA)圖圖2-21（a） 原核生物基因表達的特異性原核生物基因表達的特異性五、核酸在真核細胞和原核細胞中表現(xiàn)了不同五、核酸在真核細胞和原核細胞中表現(xiàn)了不同 的時空特性的時空特性圖圖2-21（b） 真核生物基因表達的特異性真核生物基因表達的特異性DNARNA化學組成化學組成磷酸，脫氧核糖磷酸，脫氧核糖A、G、C、T磷酸，核糖磷酸，核糖A、G、C、U分子結(jié)構分子結(jié)構雙螺旋模型，超螺旋，雙螺旋模型，超螺旋， 單鏈結(jié)構，可形成單鏈結(jié)構，可形成局部的雙鏈結(jié)構，局部的雙鏈結(jié)構，有復雜的三級結(jié)構有

33、復雜的三級結(jié)構主要分布主要分布細胞核細胞核細胞質(zhì)細胞質(zhì)功功 能能攜帶遺傳信息，決定攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型細胞和個體的基因型參與細胞內(nèi)參與細胞內(nèi)DNA遺遺傳信息的表達傳信息的表達DNA與與RNA的區(qū)別的區(qū)別第四節(jié)第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)n 核酸的酸堿及溶解度性質(zhì)核酸的酸堿及溶解度性質(zhì)l核酸為多元酸，具有較強的酸性。核酸為多元酸，具有較強的酸性。n 核酸的高分子性質(zhì)核酸的高分子性質(zhì)l粘度：粘度：DNARNA dsDNA ssDNAl沉降行為沉降行為:不同構象的核酸分子的沉降的不同構象的核酸分子的沉降的速率有很大差異，這是超速離心法提取和速率有很大差異，這是超速離心法提取和

34、純化核酸的理論基礎。純化核酸的理論基礎。一、核酸分子具有強烈的紫外吸收一、核酸分子具有強烈的紫外吸收圖圖2-22 五種堿基的紫外吸收光譜（五種堿基的紫外吸收光譜（pH7.0）1. DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相當于相當于50 g/ml雙鏈雙鏈DNA40g/ml單鏈單鏈DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度判斷核酸樣品的純度DNA純品純品: OD260/OD280 = 1.8RNA純品純品: OD260/OD280 = 2.0OD260的應用的應用二、二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程變性是雙鏈解離為單鏈的過程l DNA變性（變性（DNA d

35、enaturation）：指在理化因素）：指在理化因素作用下，作用下，DNA分子中的氫鍵斷裂使分子中的氫鍵斷裂使DNA雙鏈解離雙鏈解離為單鏈的過程。為單鏈的過程。其本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。其本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。雙鏈雙鏈DNA部分解鏈部分解鏈大部分解鏈大部分解鏈單鏈單鏈DNA圖圖2-23 DNA解鏈過程的示意圖解鏈過程的示意圖l增色效應增色效應(hyperchromic effect)：DNA變性時其溶變性時其溶液液OD260增高增高的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。圖圖2-24 DNA變性的增色效應變性的增色效應l 解鏈溫度解鏈溫度(melting temperature，Tm)： 解鏈過程中，紫外吸光度的解鏈過程中