核酸結(jié)構(gòu)與功能-2(臨床3班)

1核酸的化學(xué)組成核酸的一級結(jié)構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA的高級結(jié)構(gòu)基因與基因組的概念Terms:

deoxyribonucleicacid,doublehelix,supercoil,genomeReview第1頁，共57頁。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點（Watson,Crick,1953）DNA是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)螺旋直徑為2.37nm，螺旋一圈螺距3.54nm兩鏈以脫氧核糖-磷酸-為骨架，位于外側(cè)，疏水堿基位于內(nèi)側(cè)大溝(majorgroove)及小溝(minorgroove)相間。DNA雙鏈之間形成了互補堿基對與對側(cè)堿基形成氫鍵配對（互補配對形式：A=T;GC）。相鄰堿基平面距離0.34nm，一圈10.5對堿基。疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。2.37nm3.54nm第2頁，共57頁。3第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第3頁，共57頁。RNA的種類、分布、功能hss細(xì)胞內(nèi)小RNA第4頁，共57頁。5把DNA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，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。豐度最小（2-5%），種類最多，壽命最短DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞

細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞

一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板信使RNA(messengerRNA,mRNA)第5頁，共57頁。6hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA（一）真核生物mRNA成熟過程是不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA，hnRNA）的剪接過程

外顯子(exon)帽子結(jié)構(gòu)PolyA尾一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板第6頁，共57頁。7斷裂基因：真核生物結(jié)構(gòu)基因由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出有連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。外顯子：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RNA的核酸序列。內(nèi)含子：是隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。第7頁，共57頁。8mRNA的成熟過程是hnRNA的剪接過程OvalbumingenemRNA

與mRNA配對的DNA一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板第8頁，共57頁。9一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板mRNA的成熟過程是hnRNA的剪接過程第9頁，共57頁。10（二）真核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點1.5′末端形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppN-2.3′末端有一個多聚腺苷酸(polyA)

尾一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板第10頁，共57頁。11mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白(capbindingprotein，CBP)結(jié)合形成復(fù)合物。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板（二）真核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點堿基第11頁，共57頁。12mRNA的多聚腺苷酸尾由80-250個腺苷酸連接形成，可以與poly（A）結(jié)合蛋白[poly(A)-bindingprotein,PABP]結(jié)合形成復(fù)合物第12頁，共57頁。13mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位翻譯起始的調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性維系帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板細(xì)胞核細(xì)胞漿eIF4細(xì)胞漿細(xì)胞漿（二）真核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點第13頁，共57頁。14

從AUG開始，三聯(lián)體密碼(codon)編碼氨基酸。成熟的mRNA包括編碼區(qū)（開放閱讀框架）和非編碼區(qū)。開放閱讀框ORF,openreadingframe一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板（二）真核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點第14頁，共57頁。15（一）大部分真核細(xì)胞mRNA的5'末端都以7-甲基鳥嘌呤-三磷酸核苷為起始結(jié)構(gòu)（二）在真核生物mRNA的3'末端有多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)（三）mRNA依照自身的堿基順序指導(dǎo)蛋白質(zhì)氨基酸順序的合成（四）mRNA的成熟過程是hnRNA的剪接過程一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板第15頁，共57頁。16轉(zhuǎn)運RNA(transferRNA,tRNA)二、tRNA是蛋白質(zhì)合成的氨基酸載體

在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的運載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給核糖體分子量小,由74～95核苷酸組成占細(xì)胞總RNA的15%

具有很好的穩(wěn)定性第16頁，共57頁。17氨基酸臂額外環(huán)（一）tRNA一級結(jié)構(gòu)的特點含10~20%

稀有堿基

3′末端為—CCA-OH

具有TCtRNA序列中有反密碼子二、tRNA是蛋白質(zhì)合成的氨基酸載體第17頁，共57頁。18N,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶，DHU

稀有堿基第18頁，共57頁。氨基酸臂額外環(huán)氨基酸臂

DHU環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)

TΨC環(huán)tRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡(hairpin)結(jié)構(gòu)。（二）tRNA的二級結(jié)構(gòu)——三葉草形二、tRNA是蛋白質(zhì)合成的氨基酸載體第19頁，共57頁。20（三）tRNA的三級結(jié)構(gòu)——倒L形二、tRNA是蛋白質(zhì)合成的氨基酸載體第20頁，共57頁。21（四）tRNA的功能——活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。tRNA的3-末端都是以CCA-OH結(jié)尾3-末端的核糖與氨基酸共價連結(jié)（由氨基酰-tRNA合成酶催化），成為氨基酸的載體不同的tRNA可以結(jié)合不同的氨基酸二、tRNA是蛋白質(zhì)合成的氨基酸載體第21頁，共57頁。22tRNA的反密碼子環(huán)上有一個由三個核苷酸構(gòu)成的反密碼子(anticodon)。tRNA上的反密碼子依照堿基互補的原則識別mRNA上的密碼子。（五）tRNA的反密碼子識別mRNA的密碼子二、tRNA是蛋白質(zhì)合成的氨基酸載體第22頁，共57頁。23

核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)rRNA與核糖體蛋白結(jié)合組成核糖體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場所。在核糖體中rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分和功能成分是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所HumanTotalRNA原點28S18S5.8S5S第23頁，共57頁。24*rRNA的二級結(jié)構(gòu)呈花形，具有眾多的莖環(huán)結(jié)構(gòu)。有利于核糖體蛋白的結(jié)合真核生物18SrRNA二級結(jié)構(gòu)示意圖三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所第24頁，共57頁。25*rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）

真核生物5SrRNA5.8SrRNA28SrRNA18SrRNA

原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA大亞基小亞基三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所第25頁，共57頁。26第26頁，共57頁。27蛋白質(zhì)合成時形成的復(fù)合體三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所第27頁，共57頁。28四、snmRNA參與了基因表達的調(diào)控除了三種主要的RNA外，細(xì)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)[非編碼RNA(non-codingRNA,ncRNA)]。

長鏈非編碼RNA(longnon-codingLncRNA)短鏈非編碼RNA(smalnon-codingSncRNA)snmRNAs第28頁，共57頁。29snmRNAs的種類核內(nèi)小RNA(snRNA)核仁小RNA(snoRNA)胞質(zhì)小RNA(scRNA)催化性小RNA(ribozyme)小片段干涉RNA(siRNA)

snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運小分子RNA的世界一點都不小!AndrewFireCraigMello2006年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎

四、snmRNA參與了基因表達的調(diào)控第29頁，共57頁。30四、snmRNA參與了基因表達的調(diào)控RNA組學(xué)（RNomics）研究細(xì)胞內(nèi)snmRNA的種類、結(jié)構(gòu)和功能；同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時空狀態(tài)下snmRNAs表達譜的變化，以及與功能之間的關(guān)系。RNA組學(xué)第30頁，共57頁。31核酶某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，這種具有催化作用的小RNA亦被稱為核酶(ribozyme)或催化性RNA(catalyticRNA)。四、snmRNA參與了基因表達的調(diào)控第31頁，共57頁。32催化性DNA(DNAzyme)人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段，也能序列特異性降解RNA。催化性RNA(ribozyme)

作為序列特異性的核酸內(nèi)切酶降解RNA。核酶四、snmRNA參與了基因表達的調(diào)控第32頁，共57頁。33siRNA是生物宿主對外源侵入的基因表達的雙鏈RNA進行切割所產(chǎn)生的特定長度和特定核酸序列的小片段RNA。siRNA可以與外源基因表達的mRNA相結(jié)合，并誘發(fā)這些mRNA的降解?；诖藱C理，人們發(fā)明了RNA干擾(RNAinterference，RNAi)技術(shù)。小片段干擾RNA(smallinterferingRNA,siRNA)四、snmRNA參與了基因表達的調(diào)控第33頁，共57頁。34RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)第34頁，共57頁。35核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)第35頁，共57頁。36核酸的酸堿性核酸為多元酸，具有較強的酸性。核酸的高分子性質(zhì)粘度：DNA>RNAdsDNA>ssDNA沉降行為:不同構(gòu)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純化核酸的理論基礎(chǔ)。超螺旋DNA>環(huán)狀DNA>線形DNA。

核酸的一般理化性質(zhì)第36頁，共57頁。37一、核酸分子具有強烈的紫外吸收核酸在波長260nm

處有強烈的吸收，是由堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。第37頁，共57頁。381.DNA或RNA的定量A260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0紫外吸收的應(yīng)用第38頁，共57頁。39定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。不改變其核苷酸序列因素：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質(zhì)變化：OD260增高 粘度下降二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程第39頁，共57頁。40DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程第40頁，共57頁。41協(xié)同性的DNA解鏈高溫或極端的pH二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程第41頁，共57頁。42DNA部分變性的電鏡圖像二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程第42頁，共57頁。43

變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時其溶液260nm光吸收增高的現(xiàn)象。第43頁，共57頁。44熱變性解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。

Tm：變性是在一個相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。其大小與G+C含量成正比。第44頁，共57頁。45G+C含量越高，解鏈溫度就越高。解鏈曲線的變化第45頁，共57頁。46DNA復(fù)性(renaturation)的定義在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。減色效應(yīng)DNA復(fù)性時，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為退火(annealing)。三、變性的核酸可以復(fù)性或形成雜交雙鏈第46頁，共57頁。47核酸分子雜交(hybridization)

：不同來源的DNA單鏈分子或RNA分子如果存在著一定程度的堿基配對關(guān)系，在適宜的條件，可以在不同的分子間形成雜化雙鏈(heteroduplex)的過程。第47頁，共57頁。48第48頁，共57頁。49第49頁，共57頁。50核酸分子雜交的應(yīng)用：1.研究DNA分子中某一種基因的位置2.判定兩種核酸分子間的序列相似性3.檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否4.基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)第50頁，共57頁。51第五節(jié)

核酸酶

Nuclease第51頁，共57頁。52核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依據(jù)底物不同分類DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：專一降解DNA。RNA酶(ribonuclease