西南生物-課件核酸化學(xué)

第三章

核酸化學(xué)NucleicAcidchemistry核酸化學(xué)主要內(nèi)容：介紹核酸的分類和化學(xué)組成，重點討論DNA和RNA的結(jié)構(gòu)特征，初步認識核酸的結(jié)構(gòu)與其功能的相關(guān)性；介紹核酸的主要理化性質(zhì)及人類基因組計劃。核酸的研究歷史和重要性核酸的類別、細胞分布及功能核酸的分子組成核酸的結(jié)構(gòu)核酸的重要理化性質(zhì)人類基因組計劃簡介核酸化學(xué)核酸的研究歷史和重要性1869年，密斯克從膿細胞的細胞核中分離出了一種含磷酸的有機物，當(dāng)時稱為核素，后稱為核酸（nuceicacid）。1879年Kossel經(jīng)過10年的努力,搞清除核質(zhì)中有四種不同的組成部分:A,T,C和G；1889年Altman建議將“核質(zhì)”改名為“核酸”,因為已經(jīng)認識到“核質(zhì)”乃“核酸”與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。1944年，Avery等通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗證明DNA是遺傳物質(zhì)。1953年，沃森和克里克提出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型。1958年，克里克提出遺傳信息傳遞的中心法則。70年代，建立DNA重組技術(shù)。80年代后，分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科突飛猛進發(fā)展，實施人類基因組計劃（HGP）。2001年后進入后基因組計劃。二、核酸的種類、分布以及功能核酸的類別及分布核糖核酸（RNA）(ribonucleicacid)脫氧核糖核酸（DNA）（dioxyribonucleicacid)核酸信使RNA（mRNA）messenger核糖RNA（rRNA）ribosemal轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）transfer線粒體（mtDNA）葉綠體（cnDNA）質(zhì)體DNA雙鏈DNA真核：主要在細胞核內(nèi)原核：在核區(qū)；是染色體組成成分主要分布在細胞質(zhì)，少量在細胞核核不均一RNA（hnRNA）、核內(nèi)小RNA（snRNA）、核仁小RNA、反義RNA（asRNA）等。

核酸的功能1）DNA功能：是生物遺傳信息的載體，決定生物的遺傳、變異、生長、繁殖等，DNA本身就是遺傳物質(zhì)，對RNA病毒而言，RNA是遺傳物質(zhì)。下面兩個實驗證實這個功能：肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗煙草花葉病毒實驗噬菌體感染實驗肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗煙草花葉病毒實驗1952年，A.D.Hershey和M.Chase—噬菌體感染實驗2）RNA的功能：

核心功能是控制蛋白質(zhì)合成，是遺傳信息由DNA向蛋白質(zhì)的中心傳遞體。

mRNA：蛋白質(zhì)合成的模板，rRNA：是核糖體的組成成分，而核糖體是蛋白質(zhì)合成場所。tRNA：在蛋白質(zhì)合成過程中轉(zhuǎn)運氨基酸。RNA的分類細胞核和胞液

線粒體

功能

核蛋白體RNArRNAmttRNA核蛋白體組成成分

信使RNAmRNAmtmRNA蛋白質(zhì)合成模板

轉(zhuǎn)運RNAtRNAmttRNA轉(zhuǎn)運氨基酸

核不均一RNAhnRNA成熟mRNA的前體

核內(nèi)小RNAsnRNA參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運

胞質(zhì)小RNAscRNA/7SL-RNA蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組成成分

注：原核細胞不含后3種RNA三、核酸的化學(xué)組成核酸的元素組成及核酸的降解2.核酸的基本組成單位——核苷酸⑴基本堿基的結(jié)構(gòu)和命名⑵核糖的結(jié)構(gòu)⑶核苷及脫氧核苷的結(jié)構(gòu)⑷核苷酸的結(jié)構(gòu)⑸稀有核苷酸及核苷酸衍生物一、元素組成

組成核酸的元素有C、H、O、N、P等，與蛋白質(zhì)比較，其組成上有兩個特點：一是核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含量較多并且恒定，約占9～11%。因此，核酸定量測定的經(jīng)典方法，是以測定P含量來代表核酸量。核酸nucleicacid核苷酸nucleotide核苷nucleoside磷酸phosphate嘌呤堿purinebase

或嘧啶堿pyrimidinebase（堿基base）核糖ribose或脫氧核糖deoxyribose

（戊糖amylsugar）核酸的分子組成

完全降解：DNA（RNA）強酸或強堿完全降解磷酸、戊糖、堿基DNA磷酸?-D-2-脫氧核糖堿基腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶分布降解（酶解）：RNA磷酸?-D-核糖堿基腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶尿嘧啶磷酸核苷堿基戊糖核酸核苷酸核酸酶核酸的降解方法核酸降解化學(xué)降解法酶降解法酸降解法堿降解法核糖核酸降解（RNA）脫氧核糖核酸降解（DNA）⑴化學(xué)降解法0.3mol/LNaOH

37℃,16h2′－核苷酸3′－核苷酸RNA

酸法降解：不同濃度下產(chǎn)生不同產(chǎn)物。

堿降解法：（DNA不能被堿降解）⑵酶降解法從多核苷酸鏈某末端開始，逐個水解下核苷酸。

作用位點在多核苷酸鏈內(nèi)部特殊位置上，生成特殊片段。

具有很強的堿基序列專一性，作用時識別堿基序列。核酸酶核酸外切酶：核酸內(nèi)切酶：限制性內(nèi)切酶：牛脾磷酸二酯酶（SPDase）:

RNA和DNA

RNA5′OH－ApCpGpUpUpApGp3′產(chǎn)物：Ap，Cp，Gp，Up等（3′－單核苷酸）

核酸外切酶：

核酸內(nèi)切酶：核糖核酸酶T1(RNaseT1):

底物－－RNA5′－ApCpGpCpApUpGpCpCpAp－3′－ApCpGp，CpApUpGp，CpCpAp－

常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性酶辨認的序列和切口說明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口限制性內(nèi)切酶的命名和意義EcoRI序號屬名種名株名例：EcoRI是從大腸桿菌（Ecoli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶。

限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA限制圖譜、進行DNA序列測定和基因分離、基因體外重組等研究中不可缺少的工具，是一把天賜的神刀，用來解剖纖細的DNA分子。核酸的基本組成單位—核苷酸1、堿基的結(jié)構(gòu)和命名：核苷酸中的堿基均為含氮雜環(huán)化合物，它們分別屬于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤堿(purine)主要是鳥嘌呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A)，嘧啶堿(pyrimidine)主要是胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T)。

核酸中五種堿基中的酮基和氨基，均位于堿基環(huán)中氮原子的鄰位，可以發(fā)生酮式一烯醇式或氨基、亞氨基之間的結(jié)構(gòu)互變。這種互變異構(gòu)在基因的突變和生物的進化中具有重要作用。

有些核酸中還含有修飾堿基(modifiedcomponent)或稀有堿基（unusualcomponent），這些堿基大多是在上述嘌呤或嘧啶堿的不同部位被甲基化(methylation)或進行其它的化學(xué)修飾而形成的衍生物。一般這些堿基在核酸中的含量稀少，在各種類型核酸中的分布也不均一。DNA中的修飾堿基主要見于噬菌體DNA，如5-甲基胞嘧啶(m5C)，5-羥甲基胞嘧啶hm5C；RNA中以tRNA含修飾堿基最多，如1-甲基腺嘌呤(m1A)，2，2一二甲基鳥嘌呤(m22G)和5，6-二氫尿嘧啶(DHU)等。

嘌呤和嘧啶環(huán)中含有共軛雙鍵，對260nm左右波長的紫外光有較強的吸收。堿基的這一特性常被用來對堿基、核苷、核苷酸和核酸進行定性和定量分析.

2、戊糖

核酸中的戊糖有核糖(ribose)和脫氧核糖(deoxyribose)兩種，分別存在于核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸中。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。為了與堿基標(biāo)號相區(qū)別，通常將戊糖的C原子編號都加上“′”，如C1′表示糖的第一位碳原子。核糖的結(jié)構(gòu)如下：

3、核苷戊糖與嘧啶或嘌呤堿以糖苷鍵連接就稱為核苷，通常是戊糖的C1′與嘧啶堿的N1或嘌呤堿的N9相連接。四種核苷AdenosineGuanosineCytidineUridine4、核苷酸及其衍生物的結(jié)構(gòu)（1）、核苷酸的結(jié)構(gòu)式如下圖（2）、脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

核苷酸=核苷+磷酸（3）、（脫氧）核苷二磷酸、（脫氧）核苷三磷酸、雙脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)ADP、ATP是生物體中重要的能量轉(zhuǎn)換體。ddNTP在DNA的序列測定中使用。（4）、環(huán)化核苷酸cAMP、cGMP：被稱為第二信使，有放大激素的作用。（5）、輔酶：NAD+、NADP+、FAD、FMN、HSC0A是核酸的衍生物，在物質(zhì)代謝和能量代謝中起重要作用。

cAMP

cGMP6.肌苷酸及鳥苷酸(強力味精)IMPGMP7、多聚核苷酸（核酸）

多聚核苷酸是通過一個核苷酸的C3’-OH與另一分子核苷酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。5’5’3’3’四、核酸的結(jié)構(gòu)1.DNA的結(jié)構(gòu)DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA的三級結(jié)構(gòu)2.RNA的結(jié)構(gòu)RNA的一級結(jié)構(gòu)RNA的二級結(jié)構(gòu)1.DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)概念：DNA分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序，也被稱為堿基序列。不同的DNA分子（或片段）其一級結(jié)構(gòu)不同，即脫氧核苷酸排列順序不同，也就是堿基排列順序不同，因此攜帶有不同的遺傳信息。意義：遺傳信息基本結(jié)構(gòu)單位：脫氧核糖核苷酸連接鍵：3’-5’

磷酸二酯鍵書寫及閱讀方向：5’3’DNA一級結(jié)構(gòu)表示方式TUOHOHOHOHDNARNA5′PdAPdCPdGPdTOH3′5′PAPCPGPUOH′或5′ACGTGCGT3′5′ACGUAUGU3′

ACGTGCGTACGUAUGU線條式字母式5’3’OH5’3’OH結(jié)構(gòu)式真核生物DNA一級結(jié)構(gòu)（基因組）的特點基因組：一個生物所含的全部基因。1.真核生物基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲存于細胞核內(nèi)，除配子細胞外，體細胞內(nèi)的基因組是雙份的(即雙倍體，diploid)，即有兩份同源的基因組。2.真核細胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子(monocistron)，即一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、翻譯成一個mRNA分子，一條多肽鏈。3.

重復(fù)序列高度重復(fù)序列中度重復(fù)序列單一序列在整個DNA中有許多重復(fù)出現(xiàn)的核苷酸順序，重復(fù)序列長度可長可短，短的僅含兩個核苷酸，長的多達數(shù)百、乃至上千。重復(fù)頻率也不盡相同：

（1）高度重復(fù)序列：重復(fù)頻率可達106次，約5-100bp，這種序列G—C含量高于DNA的其它結(jié)構(gòu)，因此在氯化銫密度梯度離心時，常在DNA的主峰旁顯示一個小峰，此小峰稱為衛(wèi)星峰，故將這部分DNA稱為衛(wèi)星DNA。（2）中度重復(fù)序列：重復(fù)頻率可達103～104次，長度約100-300bp，rRNA基因、tRNA基因、組蛋白基因等，大多為中度重復(fù)序列。此外在這類重復(fù)序列中，還有一類可移動的片段，稱為逆轉(zhuǎn)座子（retroposon），它們可能在進化過程中發(fā)揮重要作用。（3）單拷貝或低度重復(fù)序列：指在整個基因組中只出現(xiàn)一次或很少幾次的核苷酸序列。在真核細胞中，除組蛋白以外，其它所有蛋白質(zhì)都是由DNA中這種單拷貝序列決定的。這種序列大小不等，每一個順序決定一個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，稱之為結(jié)構(gòu)基因。在人基因組中占約60～65%，因此所含信息量最大。4.間隔序列：基因組中不編碼任何蛋白質(zhì)或RNA的核苷酸序列。5.插入序列：基因（斷裂基因）內(nèi)不編碼蛋白質(zhì)的核苷酸序列。內(nèi)含子(intron)：真核生物結(jié)構(gòu)基因的內(nèi)部存在許多不編碼蛋白質(zhì)的間隔序列(interveningsequences)。外顯子(exon)：編碼蛋白質(zhì)的區(qū)域。

6.基因組遠大于原核生物的基因組。

原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點1.基因組較小，沒有核膜包裹，且形式多樣，如病毒基因組可能是DNA，也可能是RNA，可能是單鏈的，也可能是雙鏈的，可能是閉環(huán)分子，也可能是線性分子；

基因1間隔順序基因2

基因片段插入順序基因片段外顯子外顯子內(nèi)含子細菌染色體基因組則常為環(huán)狀雙鏈DNA分子，并與其中央的RNA和支架蛋白構(gòu)成一致密的區(qū)域，稱為類核(nucleoid)。

2.功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因常常串連在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一個mRNA分子中，稱為多順反子mRNA(polycistronicmRNA)，然后再加工成各種蛋白質(zhì)的模板mRNA。3.DNA分子絕大部分用于編碼蛋白質(zhì)，不編碼部分(又稱間隔區(qū))通常包含控制基因表達的順序。例如，噬菌體ψX174中只有5%是非編碼區(qū)。4.基因重疊是病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點，即同一段DNA片段能夠編碼兩種甚至三種蛋白質(zhì)分子。5.除真核細胞病毒外，基因是連續(xù)的，即不含內(nèi)含子序列。

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋的主要依據(jù)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（Wastson-Crick

模型）特征及意義DNA雙螺旋的多態(tài)性某些其他DNA螺旋結(jié)構(gòu)

DNA回文結(jié)構(gòu)、三股螺旋1.雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)（1）Wilkins和Franklin發(fā)現(xiàn)不同來源的DNA纖維具有相似的X射線衍射圖譜。（2）電位滴定證明，嘌呤與嘧啶的可解離基團由氫鍵連接。（3）Chargaff應(yīng)用紫外分光光度法結(jié)合紙層析等簡單技術(shù)，對多種生物DNA作堿基定量分析，發(fā)現(xiàn)DNA中A與

T、C與G的數(shù)目相等。后Pauling和Corey發(fā)現(xiàn)A

與T生成2個氫鍵、C與G生成3個氫鍵。如下規(guī)律：不同生物來源的DNA四種堿基比例關(guān)系DNA來源ATGC（A+T）/（G+C）大腸桿菌25.424.824.125.71.01小麥27.327.122.822.71.21鼠28.628.421.421.51.33豬：肝29.429.720.520.51.43胸腺30.028.920.420.7脾29.629.220.420.8酵母31.332.918.717.51.079Chargaff定律：A+G=C+T;A+C=G+T

A=T,G=C2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)及特征意義1953年，Watson

和Crick

提出。DNA雙螺旋模型特點1.兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞2.嘌呤和嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè).磷酸和核糖在外側(cè),彼此通過3‘,5’-磷酸二酯鍵相連接,形成DNA分子的骨架.堿基平面與縱軸平行.多核苷酸的方向取決于核苷酸間磷酸二酯鍵的走向。習(xí)慣上以5‘——3’為正向。兩條鏈均為右手螺旋。2.0nm小溝大溝3.雙螺旋的平均直徑為２nm,兩個相鄰的堿基堆積距離為0.34nm,兩個核苷酸之間的夾角為36°.因此,沿中心軸旋轉(zhuǎn)一周有10個核苷酸.每一轉(zhuǎn)的高度(即螺距)為3.4nm。4.兩條核苷酸鏈依靠彼此堿基之間形成的氫鍵相聯(lián)系而結(jié)合在一起.

堿基互補配對。5.螺旋表面形成大溝和小溝，彼此相間排列。小溝較淺；大溝較深，是蛋白質(zhì)識別DNA堿基序列的基礎(chǔ)。2.0nm小溝大溝堿基互補配對原則DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素氫鍵堿基堆積力（主要作用力）磷酸基團上負電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和（離子鍵）堿基處于疏水環(huán)境中（疏水作用力）二級結(jié)構(gòu)（雙螺旋）小結(jié)（B-DNA）反向平行雙鏈：脫氧核糖-磷酸骨架位于外側(cè)，堿基對位于內(nèi)側(cè)。堿基互補配對：AT配對（兩個氫鍵），GC配對（三個氫鍵）；堿基對平面垂直縱軸。右手雙螺旋：螺距3.4nm，直徑2.0nm，10bp/圈。表面功能區(qū)：小溝較淺；大溝較深，是蛋白質(zhì)識別DNA堿基序列的基礎(chǔ)。維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的力量：氫鍵（橫向穩(wěn)定性），堿基堆積力（縱向穩(wěn)定性—最重要），離子鍵，疏水環(huán)境。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義

該模型揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價值的是確認了堿基配對原則，這是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達的分子基礎(chǔ)。該模型的提出是上世紀生命科學(xué)的重大突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。DNA雙螺旋的多態(tài)性(1)B-DNA螺旋：標(biāo)準的

Watson,Crick雙螺旋，細胞正常狀態(tài)下DNA存在的構(gòu)型。(2)A-DNA螺旋：DNA在75%相對濕度的鈉鹽中的構(gòu)型。(3)C-DNA螺旋：DNA在66%相對濕度的鋰鹽中的構(gòu)型。(4)Z-DNA螺旋：左手的DNA螺旋，這種螺旋可能在基因表達或遺傳重組中起作用。類型旋轉(zhuǎn)方向螺旋直徑（nm）螺距（nm）每轉(zhuǎn)堿基對數(shù)目堿基對間垂直距離（nm）堿基對與水平面傾角A－DNAB－DNAZ－DNA右右左2.32.01.82.83.44.51110120.2550.340.2720o0o7oDNA雙螺旋的幾種構(gòu)象(1).回文序列

所謂回文序列就是指DNA某一片段旋轉(zhuǎn)180.后,順序不變的序列,回文序列中的單鏈可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu).雙鏈可形成十字架結(jié)構(gòu)。這種發(fā)夾結(jié)構(gòu)或十字架結(jié)構(gòu)在大腸桿菌細胞DNA中已有發(fā)現(xiàn).⒉與DNA堿基順序相關(guān)的特殊二級結(jié)構(gòu):

(2).鏡象結(jié)構(gòu)所謂鏡象結(jié)構(gòu)就是指DNA某一片段在一條鏈上出現(xiàn)顛倒重復(fù)的序列.（3）多嘌呤-多嘧啶的鏡象序列可形成三螺旋結(jié)構(gòu)(H-螺旋或Hoogsteen螺旋):該螺旋常處在許多真核細胞基因的表達調(diào)節(jié)區(qū).可能與基因表達的調(diào)節(jié)有關(guān).4.四鏈DNA：可能存在于真核細胞染色

體的端粒中。

3.DNA的三級結(jié)構(gòu)在細胞內(nèi)，由于DNA分子與其他分子（主要是蛋白質(zhì)）的相互作用，使DNA雙螺旋進一步扭曲形成的高級結(jié)構(gòu)。超螺旋染色體（chromosome)病毒(virus)DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的形成大多數(shù)的原核生物：共價封閉的環(huán)狀雙螺旋分子。DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)：雙螺旋基礎(chǔ)上的螺旋化。（1）正超螺旋：盤繞方向與雙螺旋方向相同。（2）負超螺旋：盤繞方向與雙螺旋方向相反。DNA在真核細胞核內(nèi)的組裝核小體：由DNA和組蛋白構(gòu)成。（1）組蛋白核心

H2A、H2B、H3、H4(2)DNA：以負超螺旋纏繞在組蛋白核心上。（3）H1組蛋白在核小體之間。核小體結(jié)構(gòu)如圖所示:多級螺旋模型壓縮倍數(shù)76405（8400）

DNA→核小體→螺線管→超螺線管→染色單體

2nm10nm30(10)nm400nm2~10μm

一級包裝二級包裝三級包裝四級包裝動物病毒切面模式圖

被膜（脂蛋白、碳水化合物）衣殼（蛋白質(zhì)）核酸突起（糖蛋白）病毒粒（DNA或RNA）

2.RNA的分子結(jié)構(gòu)1.RNA一級結(jié)構(gòu)及高級結(jié)構(gòu)的概念2.rRNA的分子結(jié)構(gòu)3.tRNA的分子結(jié)構(gòu)4.mRNA的分子結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)特點堿基組成A、G、C、U（A＝U/G≡C）稀有堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解多為單鏈結(jié)構(gòu)，少數(shù)局部形成螺旋分子較小分類mRNA（hnRNA核不均一RNA）tRNArRNA（snRNA/asRNA）少數(shù)RNA病毒1.RNA一級結(jié)構(gòu)及高級結(jié)構(gòu)的概念

(一)

RNA的一級結(jié)構(gòu)：

組成RNA的核苷酸按特定序列通過3‘,5’—磷酸二酯鍵連接和排列順序的線性結(jié)構(gòu)。OHOHOH（二）RNA高級結(jié)構(gòu)：單鏈RNA自行盤繞形成局部雙螺旋的多“莖”多“環(huán)”結(jié)構(gòu)，螺旋部分稱為“莖”或“臂”非螺旋部分稱為“環(huán)”，在螺旋區(qū)，A與U配對，G與C配對。rRNA占RNA總量的80％原核生物真核生物核糖體rRNA核糖體rRNA30s70s50s16s5s、23s40s80s60s18s5s、5.8s、28stRNA占RNA總量的15％一種氨基酸對應(yīng)至少一種tRNA分子量25kd左右，大約由70－90個核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。堿基組成中有較多的稀有堿基分子中含有較多的修飾成分。3‘-末端都具有CpCpAOH的結(jié)構(gòu)。用來接受活化的氨基酸5‘末端為pGtRNA的二級結(jié)構(gòu)：三葉草形狀RNA三葉草型的二級結(jié)構(gòu)可分為：(四臂四環(huán)）氨基酸接受區(qū)、反密碼區(qū)、二氫尿嘧啶區(qū)、

TΨC區(qū)和可變區(qū)。每個區(qū)都含有一個突環(huán)和一個臂。

酵母tRNAAla

的二級結(jié)構(gòu)DHU環(huán)反密碼子反密碼環(huán)氨基酸臂可變環(huán)TψC環(huán)IGCAAlaCC3′5′識別氨酰tRNA合成酶反密碼子與密碼子配對決定氨基酸種類識別核糖體分類的重要指標(biāo)氨基酸接受區(qū)（三

）tRNA的

三級結(jié)構(gòu)：倒“L”形，所有的tRNA折疊后形成大小相似及三維構(gòu)象相似的三級結(jié)構(gòu)，這有利于攜帶的氨基酸的tRNA進入核糖體的特定部位。如圖所示：氨基酸接受區(qū)：tRNA3′CCA-OH+HOOC-CH-NH2RtRNACCA-O-OC-CH-NH2RH2OtRNA的三級結(jié)構(gòu)tRNA的功能：活化、轉(zhuǎn)運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。1、分子較小，含較多的稀有堿基和非標(biāo)準堿基配對2、5’端一般為鳥嘌呤核苷酸，3’端為CCA-OH3’。3、二級結(jié)構(gòu)為“三葉草”型（cloverleafpattern）小結(jié)反密碼環(huán)：反密碼環(huán)中部的三個堿基可以與mRNA的三聯(lián)體密碼形成堿基互補配對，解讀遺傳密碼，稱為反密碼子（anticodon）。I(次黃嘌呤核苷酸)常出現(xiàn)于反密碼子中。氨基酸臂：3`末端的CCA-OH3`單鏈用于連接該tRNA轉(zhuǎn)運的氨基酸。二氫尿嘧啶環(huán)（DHU）：識別氨酰-tRNA合成酶TΨC環(huán)：識別核蛋白體（核糖體）4、“倒L”型三級結(jié)構(gòu)mRNA

細胞總RNA的3％～5％，種類多，分子大小不定不穩(wěn)定，半衰期短。原核生物mRNA特征：先導(dǎo)區(qū)+翻譯區(qū)（多順反子）+末端序列順反子-是由順反試驗所規(guī)定的遺傳單位，相當(dāng)于一個蛋白質(zhì)基因。5′3′順反子順反子順反子插入順序插入順序先導(dǎo)區(qū)末端順序

5′端先導(dǎo)區(qū)：典型序列為5′－AGGAGGU（SD序列），多順反子，代謝快。

MS2的mRNA結(jié)構(gòu)示意圖

5′3′

先導(dǎo)區(qū)A蛋白間隔外殼蛋白間隔復(fù)制酶末端序列序列序列序列序列真核生物mRNA的特征：

真核細胞mRNA的3‘-末端有一段長達200個核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，稱為“尾結(jié)構(gòu)”，5’-末端有一個甲基化的鳥苷酸，稱為”帽結(jié)構(gòu)“。帽子+單順反子+尾巴其他小分子RNA及RNA組學(xué)除了上述三種RNA外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs),或非編碼蛋白質(zhì)的RNA(non-codingRNA,ncRNA)

。

種類：核內(nèi)小RNA；核仁小RNA；胞質(zhì)小RNA；催化性小RNA；小片段干涉RNA。功能：參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運。ncRNA在在基因表達以及應(yīng)激信號傳導(dǎo)等方面起著重要的調(diào)節(jié)作用。因此，有人也將其稱為調(diào)節(jié)RNA（regulatoryRNA）。

小片段干擾RNA（siRNA；又稱“引導(dǎo)RNAs”，guideRNAs）：一些小的雙鏈RNA可以高效、特異的阻斷體內(nèi)特定基因表達，促使mRNA降解，誘使細胞表現(xiàn)出特定基因缺失的表型，稱為RNA干擾（RNAinterference，RNAi，也譯作RNA干預(yù)或干涉）。它是體內(nèi)抵御外在感染的一種重要保護機制。RNA組學(xué):RNA組學(xué)研究細胞中snmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類的細胞、同一細胞在不同時間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達具有時間和空間特異性。

核酸的重要理化性質(zhì)

1.核酸的一般性質(zhì)2.核酸的兩性解離性質(zhì)3.核酸的紫外吸收性質(zhì)特性4.核酸的變性、復(fù)性和分子雜交一.物理性質(zhì)1、性狀：RNA及其組分核苷酸、核苷、嘌呤堿、嘧啶堿的純品都呈白色的粉末或結(jié)晶；DNA則為疏松的石棉一樣的纖維狀固體。2、溶解性：RNA和DNA都是極性的化合物，一般說來，這些化合物都微溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有機溶劑。它們的鈉鹽易溶于水。3、粘性：核酸的水溶液粘度很大，粘度DNA大于RNA。核酸變性后，粘度下降。

DNP（DNA－蛋白）不溶(0.14mol/LNaCl)RNP（RNA－蛋白）溶

DNPPH=4.2溶解度最小

RNPPH=2~2.5溶解度最小

DNA50％乙醇沉淀

RNA75％乙醇沉淀

⑶重要顏色反應(yīng)D-核糖（RNA）＋地衣酚綠色化合物濃鹽酸，加熱D-脫氧核糖（DNA）＋二苯胺藍紫色化合物H+,加熱二、核酸的兩性電離與等電點

核酸的磷酸基具有酸性，堿基具有堿性，因此，核酸具有兩性電離的性質(zhì)。但核酸中磷酸基的酸性大于堿基的堿性，其等電點偏酸性。

DNA的pI約為4-5，

RNA的pI約為2.0-2.5，在pH7-8電泳時泳向正極。3.核酸的紫外吸收性質(zhì)（定性定量）

堿基具有共軛雙鍵，因此堿基、核苷、核苷酸和核酸在240～260nm（λmax=260nm

）的紫外波段均有強烈的光吸收。大于1.8，RNA污染雜蛋白或苯酚：明顯降低A260/A280的比值OD260的應(yīng)用DNA、RNA定量：OD260＝1.0相當(dāng)于50微克/毫升雙鏈DNA40微克/毫升單鏈DNA(或RNA)20微克/毫升寡核苷酸純DNA：A260/A280=1.8純RNA：A260/A280=2.0

判斷核酸樣品的純度：減色效應(yīng)——變性核酸在一定條件下復(fù)性時260nm紫外吸收減少的現(xiàn)象。（低色效應(yīng)）增色效應(yīng)——核酸變性（或降解）引起260nm紫外吸收增加的現(xiàn)象。（高色效應(yīng)）*增色效應(yīng)和減色效應(yīng)DNA的變性、復(fù)性與分子雜交DNA變性(denaturation)——DNA在變性因素作用下，分子中氫鍵斷裂，雙螺旋解開，分子由雙螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成單鏈無規(guī)線團的現(xiàn)象。變性因素：超聲波、高溫、強酸、強堿、有機溶劑、尿素、酰胺等。DNA的變性過程加熱部分雙螺旋解開無規(guī)則線團鏈內(nèi)堿基配對核酸變性的本質(zhì)：雙鏈間氫鍵的斷裂。變性DNA的特征（1）、溶液粘度降低DNA雙螺旋是緊密的剛性結(jié)構(gòu)，變性后轉(zhuǎn)化成柔軟而松散的無規(guī)則單股線性結(jié)構(gòu)，因此粘度明顯下降。（2）、旋光性發(fā)生變化變性后整個DNA分子的對稱性及分子構(gòu)型改變，使DNA溶液的旋光性發(fā)生變化。（3）、紫外吸收增強

增色效應(yīng)(hyperchromiceffect)DNA分子中堿基間電子的相互作用使DNA分子具有吸收260nm波長紫外光的特性。在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基藏入內(nèi)側(cè)，變性時DNA雙螺旋解開，于是堿基外露，堿基中電子的相互作用更有利于紫外吸收，故而產(chǎn)生增色效應(yīng)。

若以溫度對DNA溶液的紫外吸光率作圖，得到的典型DNA變性曲線呈S型如圖所示?？梢奃NA變性是在一個很窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生的。通常將核酸加熱變性過程中，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為核酸的解鏈溫度，由于這一現(xiàn)象和結(jié)晶的融解相類似，又稱融解溫度(Tm,meltingtemperature)。在Tm時，核酸分子內(nèi)50%的雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞。熱變性G-C含量：Tm與G-C含量成正比。(G+C)%=(Tm－69.3)×2.44DNA所處的溶液條件：離子強度低，Tm低且范圍較寬；離子強度高，Tm高且范圍較窄。

DNA越長，Tm越高，越純，相變范圍越小。大腸桿菌DNA在不同濃度KCl溶液下的熔融溫度曲線影響Tm值的主要因素：DNA的熱變性與復(fù)性(renaturation)復(fù)性—指經(jīng)加熱變性的DNA在適當(dāng)條件下，二條互補鏈全部或部分恢復(fù)到天然雙螺旋結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，它是變性的一種逆轉(zhuǎn)過程。退火—熱變性DNA一般經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，此過程稱之為

(annealing)。這一術(shù)語也用以描述雜交核酸分子的形成(見后)。復(fù)性DNA復(fù)性的影響因素1、溫度和時間：一般認為比Tm低25℃左右的溫度是復(fù)性的最佳條件，越遠離此溫度，復(fù)性速度就越慢。2、DNA濃度：溶液中DNA分子越多，相互碰撞結(jié)合的機會越大，有利于復(fù)性。3、DNA順序的復(fù)雜性

DNA的變性和復(fù)性原理，現(xiàn)已在醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)上得到廣泛的應(yīng)用。如核酸雜交與探針技術(shù)，聚合酶鏈反應(yīng)(polymerasechainreaction,PCR)技術(shù)等。分子雜交在退火條件下，DNA單鏈與在某些區(qū)域有互補序列的異源DNA單鏈或RNA鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。這樣形成的新分子稱為雜交DNA分子。核酸的雜交在分子生物學(xué)