生化核酸的結(jié)構(gòu)功能

1、第 二 章核酸的結(jié)構(gòu)和功能核酸的結(jié)構(gòu)和功能本章內(nèi)容概要：本章內(nèi)容概要：1、核酸的化學(xué)組成及一級(jí)結(jié)構(gòu)、核酸的化學(xué)組成及一級(jí)結(jié)構(gòu)2、DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能的空間結(jié)構(gòu)與功能3、RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能4、核酸的理化性質(zhì)、核酸的理化性質(zhì)5、核酸酶、核酸酶核核 酸酸(nucleic acid) ： 是以核苷酸為基本組成單位的生物是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。核酸的分類(lèi)及分布核酸的分類(lèi)及分布 ： 90%90%以上分布于細(xì)胞核，其余以上分布于細(xì)胞核，其余 分布于核外分布于核外如線(xiàn)粒體，葉綠體，如線(xiàn)粒體，葉綠體， 質(zhì)粒等。質(zhì)粒等。 分布于胞液分布于

2、胞液、胞核。胞核。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型體的基因型(genotype)。參與細(xì)胞內(nèi)參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表遺傳信息的表達(dá)。某些病毒達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺也可作為遺傳信息的載體。傳信息的載體。第一節(jié)第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核酸的化學(xué)組成核酸的化學(xué)組成 1

3、. 元素組成元素組成C、H、O、N、P（910%）2. 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)POHOHOHO2ROHORPOROHO（1）磷酸：）磷酸：H3PO4OOHHHOCH2HHOHH12345H 核糖（核糖（R） 脫氧核糖（脫氧核糖（dR）54321HOH OHHH2HOCHHOHOOHH（2）戊糖：）戊糖：嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789堿堿 基：基：2NHNNNN1腺嘌呤（腺嘌呤（ A）鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤 ( G ) NNHNNOH N2NNH

4、132456嘧啶嘧啶(pyrimidine)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核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脫氧核苷：脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR一、核苷酸的結(jié)構(gòu)一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1. 核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)糖糖苷鍵苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。連接形成核苷（脫氧核苷）。1 1OHOCH2OHOHNNNH2OPOOOHOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸核苷酸：AM

5、P, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 2. 核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名的結(jié)構(gòu)與命名核苷（脫氧核苷）和磷酸以核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。 l含核苷酸的生物活性物質(zhì)：含核苷酸的生物活性物質(zhì)： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸: : cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH

6、2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHNADP+NAD+3. 3. 核苷酸的連接核苷酸的連接 核苷酸之間以核苷酸之間以磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形成多核連接形成多核苷酸鏈，即核酸。苷酸鏈，即核酸。 即不管是即不管是DNA或是或是RNA，其本質(zhì)都是單，其本質(zhì)都是單核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接形成的多核苷酸核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接形成的多核苷酸鏈。鏈。 3 , 5 磷酸二酯鍵：磷酸二酯鍵： 概念：一個(gè)核苷酸戊糖概念：一個(gè)核苷酸戊糖C3的游離羥基與另一個(gè)的游離羥基與另一個(gè) 核苷酸戊糖核苷酸戊糖C5C5上的磷酸脫水縮合生

7、成的化學(xué)鍵。上的磷酸脫水縮合生成的化學(xué)鍵。ONNNH2OOCH2POOHHOHONNNH2OOCH2POOHOHHO3，5 - 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵355 端端3. 3. 核苷酸的連接核苷酸的連接 核苷酸之間以核苷酸之間以磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形連接形成多核苷酸鏈，即成多核苷酸鏈，即核酸。核酸。C5 端端3. 3. 核苷酸的連接核苷酸的連接 核苷酸之間以核苷酸之間以磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形連接形成多核苷酸鏈，即成多核苷酸鏈，即核酸。核酸。CA5 端端3 端端3. 3. 核苷酸的連接核苷酸的連接 核苷酸之間以核苷酸之間以磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形連接形成多核苷酸鏈，即成多核苷酸鏈，即核酸。核

8、酸。CGA二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義：定義：核酸中核苷酸的排核酸中核苷酸的排列順序列順序就是核酸的一級(jí)就是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。由于核苷酸間的差由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所異主要是堿基不同，所以也稱(chēng)為以也稱(chēng)為堿基序列堿基序列。55端端3端端CGAA G P5 P T PG PC PT P OH 3 書(shū)寫(xiě)方法書(shū)寫(xiě)方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 兩類(lèi)核酸分子組成比較：兩類(lèi)核酸分子組成比較：DNADNA A A、G G、C C、T T 脫氧核糖（脫氧核糖（dRdR） 磷酸磷酸RNARNA A A、G G、C C、U U 核糖（核糖（R

9、R） 磷酸磷酸堿基堿基 核糖核糖 磷酸磷酸第二節(jié)第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能的空間結(jié)構(gòu)與功能Dimensional Structure and Function of DNA一、一、 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)（1953年）年）（一）（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景 堿基組成分析：堿基組成分析：1952年年Chargaff 規(guī)則：規(guī)則： （1）A = T， G C （2）不同種屬生物的）不同種屬生物的DNA堿基組成不同。堿基組成不同。 （3）同一個(gè)體不同組織器官的）同一個(gè)體不同組織器官的DNA有相同的堿基組成。有相同的堿基組成。 DNA纖維的纖維的X-

10、線(xiàn)衍射圖譜分析：線(xiàn)衍射圖譜分析：1951年年 提示提示DNA螺旋性分子，并以雙鏈形式存在。螺旋性分子，并以雙鏈形式存在。（二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）uDNADNA分子由兩條分子由兩條相互平相互平行但走向相反行但走向相反的脫氧多核的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以苷酸鏈組成，兩鏈以- -脫脫氧核糖氧核糖- -磷酸磷酸- -為骨架，以為骨架，以右手螺旋右手螺旋方式繞同一公共方式繞同一公共軸盤(pán)。螺旋直徑為軸盤(pán)。螺旋直徑為2 2nm，形成大溝及小溝相間。形成大溝及小溝相間。35 3 5 u堿基垂直螺旋軸居雙堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與

11、對(duì)側(cè)堿螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成基形成氫鍵配對(duì)氫鍵配對(duì)（互（互補(bǔ)配對(duì)形式：補(bǔ)配對(duì)形式：A=T; G C） 。u相鄰堿基平面距離相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺，螺旋一圈螺距距3.4nm，一圈，一圈10對(duì)對(duì)堿基。堿基。35 3 5 （二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）堿基互補(bǔ)配對(duì)：堿基互補(bǔ)配對(duì)： A=TGCu氫鍵氫鍵維持雙鏈維持雙鏈橫橫向穩(wěn)定性向穩(wěn)定性，堿基堿基堆積力堆積力維持雙鏈維持雙鏈縱向穩(wěn)定性縱向穩(wěn)定性。（二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙

12、螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)總結(jié)：要點(diǎn)總結(jié)：1、右雙螺旋，反向平行、右雙螺旋，反向平行2、堿基在內(nèi)，主鏈在外、堿基在內(nèi)，主鏈在外3、堿基互補(bǔ)，、堿基互補(bǔ)，AT，GC4、螺旋一圈，十對(duì)堿基、螺旋一圈，十對(duì)堿基5、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，副鍵維系、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，副鍵維系6、大溝小溝，調(diào)節(jié)關(guān)鍵、大溝小溝，調(diào)節(jié)關(guān)鍵例：例： 已知某已知某DNA片段一條鏈的序列為片段一條鏈的序列為5-AGCT， 則其互補(bǔ)鏈為：則其互補(bǔ)鏈為：A、 5-AGCTB、 5-TCGAC、 5-TCGUD、 5-UCGA（三）（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性DNA的結(jié)構(gòu)會(huì)隨著溶液的離子強(qiáng)度或相對(duì)濕度的改變而改的結(jié)構(gòu)會(huì)隨著溶液的離子強(qiáng)度或相對(duì)濕度的改

13、變而改變，從而產(chǎn)生多樣性。變，從而產(chǎn)生多樣性。旋向旋向螺距螺距(nm)堿基數(shù)堿基數(shù)（每圈）（每圈）螺旋直徑螺旋直徑（nm）骨架骨架走行走行存在條件存在條件A型型 右手右手2.3112.5平滑平滑體外脫水體外脫水B型型右手右手3.4102.3平滑平滑生理?xiàng)l件生理?xiàng)l件Z型型左手左手4.5121.8鋸齒型鋸齒型CG序列多序列多n三種三種DNA構(gòu)型的比較：構(gòu)型的比較：（四）（四）DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)的多鏈螺旋結(jié)構(gòu) 在酸性的溶液中，胞嘧啶的在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被質(zhì)子化，原子被質(zhì)子化，可與鳥(niǎo)嘌呤的可與鳥(niǎo)嘌呤的N-7原子形成氫鍵；同時(shí)，胞嘧原子形成氫鍵；同時(shí)，胞嘧啶的啶的N-4的氫原子也可與鳥(niǎo)

14、嘌呤的的氫原子也可與鳥(niǎo)嘌呤的O-6形成氫形成氫鍵，這種氫鍵被稱(chēng)為鍵，這種氫鍵被稱(chēng)為Hoogsteen氫鍵。氫鍵。 nHoogsteen氫鍵氫鍵 Hoogsteen氫鍵，不破壞氫鍵，不破壞Watson-Crick氫鍵，氫鍵，由此形成了由此形成了CGC的三鏈結(jié)構(gòu)的三鏈結(jié)構(gòu)(triplex)。n三鏈結(jié)構(gòu)三鏈結(jié)構(gòu)（1）第三條鏈可以通過(guò)作用于控制基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄子、增強(qiáng)第三條鏈可以通過(guò)作用于控制基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄子、增強(qiáng)子和啟動(dòng)子區(qū)，增強(qiáng)或抑制基因的表達(dá)；子和啟動(dòng)子區(qū)，增強(qiáng)或抑制基因的表達(dá)；（2）通過(guò)形成三鏈可以防止雙鏈通過(guò)形成三鏈可以防止雙鏈DNA被酶切，對(duì)雙鏈被酶切，對(duì)雙鏈DNA中的靶序列起到保護(hù)作用；中

15、的靶序列起到保護(hù)作用；（3）同樣也可把第三鏈作為切割靶序列的分子剪刀，其作用同樣也可把第三鏈作為切割靶序列的分子剪刀，其作用機(jī)理是在第三鏈的末端連上一個(gè)化學(xué)試劑，通過(guò)氧化損傷或機(jī)理是在第三鏈的末端連上一個(gè)化學(xué)試劑，通過(guò)氧化損傷或輻射損傷使雙鏈斷裂，從而起到切割的目的。輻射損傷使雙鏈斷裂，從而起到切割的目的。 三鏈三鏈DNA結(jié)構(gòu)可能的生物學(xué)功能：結(jié)構(gòu)可能的生物學(xué)功能：鳥(niǎo)嘌呤之間通過(guò)鳥(niǎo)嘌呤之間通過(guò)Hoogsteen氫鍵形成特殊氫鍵形成特殊的的四鏈結(jié)構(gòu)四鏈結(jié)構(gòu)(tetraplex)。n四鏈結(jié)構(gòu)四鏈結(jié)構(gòu)真核生物真核生物DNA3 3 - -末端末端是是富含富含GT的多次重復(fù)序的多次重復(fù)序列，列，因而自身

16、因而自身形成了折疊形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。的四鏈結(jié)構(gòu)。二、二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盤(pán)繞方向與盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方同相同。雙螺旋方同相同。變緊密。變緊密。 負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋(negative supercoil)盤(pán)繞方向與盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反。雙螺旋方向相反。變疏松。變疏松。 意義：意義：DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于

17、撲學(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。 （一）原核生物（一）原核生物DNA的的環(huán)狀環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)更致密更致密（三）（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝存在形式：存在形式：細(xì)胞周期：染色質(zhì)細(xì)胞周期：染色質(zhì)細(xì)胞分裂期：染色體細(xì)胞分裂期：染色體基本單位是核基本單位是核小體（串珠樣）小體（串珠樣）（三）（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝核小體的組成：核小體的組成：DNA：約約150bp 組蛋白：組蛋白：H1：和和60bp的的DNA組成連接區(qū)組成連接區(qū)組成核心蛋白組成核心蛋白H2AH2BH3H4

18、核小體串珠示意圖：核小體串珠示意圖：n雙鏈雙鏈DNA的折疊和組裝的折疊和組裝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折疊第三層次折疊雙鏈雙鏈DNA核小體構(gòu)成核小體構(gòu)成核小體構(gòu)成核小體構(gòu)成染色質(zhì)纖維空管染色質(zhì)纖維空管DNA經(jīng)過(guò)多次折疊，被壓縮了經(jīng)過(guò)多次折疊，被壓縮了800080001000010000倍，倍，組裝在直徑只有為數(shù)微米的細(xì)胞核內(nèi)。組裝在直徑只有為數(shù)微米的細(xì)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)三、三、DNA的功能的功能-遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的

19、形式荷載遺的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。的信息基礎(chǔ)。基因從結(jié)構(gòu)上定義，基因從結(jié)構(gòu)上定義，是指是指DNA分子中的分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。因的功能。 第三節(jié)第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能Structure and Function of RNARNA和和DNA的差別：的差別：1、RNA的堿基組成主要是的堿基組成主要是A、G、C、U；而；而DNA的的 堿基組成則是堿基組成則是A、

20、G、C、T。2、RNA分子中的戊糖是分子中的戊糖是核糖核糖，而，而DNA的是的是脫氧核糖。脫氧核糖。3、RNA是是單鏈單鏈分子，其分子內(nèi)部只有堿基互補(bǔ)的地方分子，其分子內(nèi)部只有堿基互補(bǔ)的地方 可以形成局部雙鏈。而可以形成局部雙鏈。而DNA一般以一般以雙鏈雙鏈形式存在。形式存在。單鏈單鏈RNA形成的局部雙鏈形成的局部雙鏈RNA和和DNA的差別：的差別：1、RNA的堿基組成主要是的堿基組成主要是A、G、C、U；而；而DNA的的 堿基組成則是堿基組成則是A、G、C、T。2、RNA分子中的戊糖是分子中的戊糖是核糖核糖，而，而DNA的是的是脫氧核糖。脫氧核糖。3、RNA是是單鏈單鏈分子，其分子內(nèi)部只有堿

21、基互補(bǔ)的地方分子，其分子內(nèi)部只有堿基互補(bǔ)的地方 可以形成局部雙鏈。而可以形成局部雙鏈。而DNA一般以一般以雙鏈雙鏈形式存在。形式存在。4、RNA分子比分子比DNA小得多，但種類(lèi)多。按其在基因小得多，但種類(lèi)多。按其在基因 表達(dá)中的作用不同，可主要分為三大類(lèi)。表達(dá)中的作用不同，可主要分為三大類(lèi)。RNA的種類(lèi)、分布、功能的種類(lèi)、分布、功能核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA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(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線(xiàn)粒體線(xiàn)粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRN

22、A/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(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)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(hào)識(shí)別體的組分的信號(hào)識(shí)別體的組分核仁小核仁小RNA核蛋白體核蛋白體RNA信使信使轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA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(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線(xiàn)粒體線(xiàn)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

23、成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)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(hào)識(shí)別體的組分的信號(hào)識(shí)別體的組分核仁小核仁小RNA一一 、信使、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能mRNA是蛋白質(zhì)合成的直接模板。是蛋白質(zhì)合成的直接模板。細(xì)胞內(nèi)剛合成的細(xì)胞內(nèi)剛合成的mRNA初級(jí)產(chǎn)物叫初級(jí)產(chǎn)物叫不均一不均一核核RNA（hnRNA)，其在細(xì)胞核內(nèi)經(jīng)過(guò)剪，其在細(xì)胞核內(nèi)經(jīng)過(guò)剪接成為成熟的接成為成熟的mRNA。hnRNA 內(nèi)含子內(nèi)含子( (intron) )mRNA * mRNA成熟過(guò)程。成熟過(guò)程。 外

24、顯子外顯子( (exon) )DNA片段片段 * * mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5 末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲甲基鳥(niǎo)苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的基鳥(niǎo)苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C 2也是甲基化，形成也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。2. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的3 末端有一個(gè)多聚腺苷酸末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為多聚結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為多聚A尾。尾。5 帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)3 多聚多聚A尾尾5 非編譯區(qū)非編譯區(qū)3 非編譯區(qū)非編譯區(qū)編譯區(qū)編譯區(qū)帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)CH3m7GpppN：為為5-5連接連接1、可介導(dǎo)、可介導(dǎo)

25、mRNA由核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)由核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)2、維系、維系mRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性3、調(diào)控翻譯的起始過(guò)程、調(diào)控翻譯的起始過(guò)程帽子結(jié)構(gòu)和多聚帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能：尾的功能：* mRNA的功能的功能 把把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白原則，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。質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白蛋白轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯原核細(xì)胞原核細(xì)胞 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞核DNA內(nèi)含子內(nèi)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(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯翻譯蛋白蛋白真核細(xì)胞真核細(xì)胞

26、mRNA的特征歸納：的特征歸納： 1、含量最少，壽命最短，但種類(lèi)最多。、含量最少，壽命最短，但種類(lèi)最多。 2、需由、需由hnRNA剪接才變成熟。剪接才變成熟。 3、有帽子和尾巴結(jié)構(gòu)。、有帽子和尾巴結(jié)構(gòu)。 4、是蛋白質(zhì)合成的直接模板。、是蛋白質(zhì)合成的直接模板。* tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 分子量最小的分子量最小的RNA。含含 1020% 稀有堿基，如稀有堿基，如 DHU 3 末端為末端為 CCA-OH 具有具有 T C 二、轉(zhuǎn)運(yùn)二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能IDHUmG幾種常見(jiàn)的稀有堿基幾種常見(jiàn)的稀有堿基次黃嘌呤次黃嘌呤二氫尿嘧啶二氫尿嘧啶7-甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基鳥(niǎo)嘌呤假尿嘧啶假尿

27、嘧啶（核苷）（核苷）* tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)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)氨基酸氨基酸臂臂額外環(huán)額外環(huán)* tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 倒倒L形形* tRNA的功能的功能活化、搬運(yùn)氨基活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。白質(zhì)的翻譯。氨基酸臂氨基酸臂反密碼子反密碼子* tRNA的功能特點(diǎn)：的功能特點(diǎn)： tRNA 利用其反密碼環(huán)中的反密碼子通過(guò)利用其反密碼環(huán)中的反密碼子通過(guò)堿基互補(bǔ)的方式識(shí)別堿基互補(bǔ)的方式識(shí)別mRNA上的密碼子，上的密碼子，進(jìn)而在進(jìn)而在 3 末端末端 的的 CCA-OH上連接上相上連接上相應(yīng)

28、的氨基酸并轉(zhuǎn)運(yùn)到核蛋白體進(jìn)行蛋白質(zhì)應(yīng)的氨基酸并轉(zhuǎn)運(yùn)到核蛋白體進(jìn)行蛋白質(zhì)合成。合成。二、轉(zhuǎn)運(yùn)二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能* rRNA的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：三、核蛋白體三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能* rRNA的功能的功能參與組成參與組成核蛋白核蛋白體體，作為蛋白質(zhì)生物，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。合成的場(chǎng)所。* rRNA含量最多。含量最多。* rRNA的種類(lèi)（根據(jù)沉降系數(shù)）的種類(lèi)（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA核蛋白體的組成：核蛋白體的組成：原核生物（以大腸

29、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(gè)核苷酸個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸個(gè)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(gè)核苷酸個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸個(gè)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%E位位-排出位排出位A U G UU CmRNAU A C53蛋蛋GUG A UC C

30、U CA U G UU AmRNAU A C53蛋蛋GUG A UC C U C1、進(jìn)位、進(jìn)位A A U亮亮A U G UU AmRNAU A C53蛋蛋GUG A UC C U C1、進(jìn)位、進(jìn)位A AU亮亮A U G UU AmRNAU A C53蛋蛋GUG A UC C U C2、成肽、成肽A AU亮亮A U G UU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C2、成肽、成肽A AU亮亮成肽的結(jié)果使成肽的結(jié)果使P位空出位空出A U G UU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C3、轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)位A AU亮亮A U GUU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C3、轉(zhuǎn)位、轉(zhuǎn)

31、位A AU亮亮轉(zhuǎn)位的結(jié)果使轉(zhuǎn)位的結(jié)果使A位空出，以便下一輪的進(jìn)位、位空出，以便下一輪的進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位。成肽、轉(zhuǎn)位。A U GUU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U CA AU亮亮CAC纈纈A U GUU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U CA AU亮亮CAC纈纈進(jìn)位：進(jìn)位：A U GUU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C亮亮CAC纈纈成肽：成肽：A U G UU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C亮亮CAC纈纈轉(zhuǎn)位：轉(zhuǎn)位：四四 、其他小分子、其他小分子RNA及及RNA組學(xué)組學(xué)除了上述三種除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位存在的外，細(xì)胞的不同部位

32、存在的許多其他種類(lèi)的小分子許多其他種類(lèi)的小分子RNA，統(tǒng)稱(chēng)為，統(tǒng)稱(chēng)為非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 snmRNAssnmRNAs的種類(lèi)的種類(lèi)核內(nèi)小核內(nèi)小RNARNA（snRNAsnRNA) )核仁小核仁小RNA (snoRNARNA (snoRNA) )胞質(zhì)小胞質(zhì)小RNA RNA （scRNAscRNA) )催化性小催化性小RNARNA小片段干涉小片段干涉 RNARNA （siRNAsiRNA) )snmRNAs的功能的功能參與參與hnRNA和和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。RNARNA組學(xué)研究細(xì)胞中組學(xué)研究細(xì)胞中snmRN

33、As的種類(lèi)、的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類(lèi)的細(xì)胞、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類(lèi)的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。 RNARNA組學(xué)組學(xué): :核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 質(zhì)質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 節(jié)節(jié)一、一、紫外吸收紫外吸收結(jié)構(gòu)中共軛雙鍵的存在，使得核酸對(duì)結(jié)構(gòu)中共軛雙鍵的存在，使得核酸對(duì)260nm的紫外光有較強(qiáng)的吸收。可依此特性對(duì)核酸的紫外光有較強(qiáng)的吸收?？梢来颂匦詫?duì)核酸進(jìn)行定量

34、分析。進(jìn)行定量分析。1. DNA或或RNA的定量的定量A260=1.0相當(dāng)于相當(dāng)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: A260/A280 = 1.8RNA純品純品: A260/A280 = 2.0A260的應(yīng)用：的應(yīng)用：二、二、DNA的變性的變性(denaturation)定義定義：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)雙鏈解開(kāi)成兩條單鏈的過(guò)程。成兩條單鏈的過(guò)程。方法：方法：過(guò)量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、過(guò)量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、 酰胺以及某些

35、有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質(zhì)變化：變性后其它理化性質(zhì)變化：A260增高增高，粘度下降粘度下降DNADNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂例：變性引起紫外吸收值的改變例：變性引起紫外吸收值的改變?cè)錾?yīng)增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液變性時(shí)其溶液A260增高的現(xiàn)象。增高的現(xiàn)象。解鏈曲線(xiàn)：解鏈曲線(xiàn)： 如果在連續(xù)加熱如果在連續(xù)加熱DNADNA的過(guò)程中以溫度對(duì)的過(guò)程中以溫度對(duì)A260A260值作圖，所得的曲線(xiàn)稱(chēng)為解鏈曲線(xiàn)值作圖，所得的曲線(xiàn)稱(chēng)為解鏈曲線(xiàn)。 Tm： DNA變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度

36、范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達(dá)到最大值的范圍內(nèi)，紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度稱(chēng)為時(shí)的溫度稱(chēng)為DNA的解鏈溫度，又稱(chēng)融解溫度的解鏈溫度，又稱(chēng)融解溫度(melting temperature, Tm)。 Tm時(shí)，時(shí)，50%的的DNA雙鏈被打開(kāi)。雙鏈被打開(kāi)。 其大小與其大小與G+C含量成正比含量成正比。Tm的計(jì)算公式：的計(jì)算公式：Tm = 69.3 + 0.41 （G+C）（G+C+A+T） 100%Tm的計(jì)算公式：的計(jì)算公式：Tm = 69.3 + 0.41 （G+C）（G+C+A+T） 100%小于小于20bp的寡核苷酸片段的的寡核苷酸片段的Tm計(jì)算：計(jì)算：Tm = 4（G+

37、C）+ 2（A+T）三、三、DNA的復(fù)性與分子雜交的復(fù)性與分子雜交 DNA復(fù)性復(fù)性(renaturation)的定義的定義在去除變性條件后，變性在去除變性條件后，變性DNADNA的兩條互補(bǔ)的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱(chēng)為鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)復(fù)性性。減色效應(yīng)：減色效應(yīng)：DNA復(fù)性時(shí)，其溶液復(fù)性時(shí)，其溶液A260降低。降低。熱變性的熱變性的DNA經(jīng)經(jīng)緩慢緩慢冷卻后即可復(fù)性，冷卻后即可復(fù)性，這一過(guò)程稱(chēng)為這一過(guò)程稱(chēng)為退火退火(annealing) 。在在DNA變性后的復(fù)性過(guò)程中，如果將不同種類(lèi)的變性后的復(fù)性過(guò)程中，如果將不同種類(lèi)的DNA單鏈分子或單鏈分子或RNA分子

38、放在同一溶液中，只要兩種單分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系，在適宜的鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系，在適宜的條件（溫度及離子強(qiáng)度）下，就可以在不同的分子間形條件（溫度及離子強(qiáng)度）下，就可以在不同的分子間形成成雜化雙鏈雜化雙鏈(heteroduplex)。這種雜化雙鏈可以在不同的這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與與DNA之間形成，之間形成，也可以在也可以在DNA和和RNA分子間或者分子間或者RNA與與RNA分子間形分子間形成。這種現(xiàn)象稱(chēng)為核酸分子雜交。成。這種現(xiàn)象稱(chēng)為核酸分子雜交。核酸分子雜交核酸分子雜交(hybridization) DNA-DNA雜交雙鏈分子雜交雙鏈分子變性變性 復(fù)性復(fù)性 不同來(lái)源的不同來(lái)源的DNA分子分子核酸分子雜交的