分子生物學第二章核酸的結構與功能

3.1細胞的遺傳物質3.1.1DNA是主要的遺傳物質（三個階段）目前一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點1928年，Griffith肺炎鏈球菌轉化實驗1944年，Averry肺炎鏈球菌轉化實驗第一階段目前二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點1952年，噬菌體感染實驗第二階段目前五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點噬菌體感染實驗美國冷泉港卡內基遺傳學實驗室科學家Hershey和他的學生Chase在1952年從事噬菌體侵染細菌的實驗。位于美國紐約長島冷泉港，建于1890年。在財政上由美國政府、慈善部門、基金會和當?shù)貦C關團體支持。美國冷泉港實驗室CSHL被稱為世界生命科學的圣地與分子生物學的搖籃，名列世界上影響最大的十大研究學院榜首；不僅如此，冷泉港實驗室依山傍水，風景優(yōu)美，還是國際生命科學的會議中心與培訓基地。冷泉港實驗室負責人沃森先生是ＤＮＡ雙螺旋結構圖的發(fā)現(xiàn)者之一，諾貝爾獎得主，同時也是“國際人類基因組計劃”的倡導者和實施者。美國冷泉港實驗室目前六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點噬菌體侵染細菌的過程可以分為以下5個步驟：①噬菌體用尾部的末端（基片、尾絲）吸附在細菌表面；②噬菌體通過尾軸把DNA全部注入細菌細胞內，噬菌體的蛋白質外殼則留在細胞外面；③噬菌體的DNA一旦進入細菌體內，它就能利用細菌的生命過程合成噬菌體自身的DNA和蛋白質；④新合成的DNA和蛋白質外殼，能組裝成許許多多與親代完全相同的子噬菌體；⑤子代噬菌體由于細菌的解體而被釋放出來，再去侵染其他細菌。噬菌體專門寄生在細菌體內。它的頭、尾外部都有由蛋白質組成的外殼，頭內主要是DNA。目前七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點1953年，DNA雙螺旋結構確立第三階段目前九頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點1953年，Watson和CrickDNA雙螺旋結構模型的建立，確立了DNA是遺傳物質，成為自然科學史上的重大突破之一，為分子生物學的發(fā)展奠定了堅實的基礎。目前十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點作為遺傳物質的DNA具有以下特性：①貯存并表達遺傳信息；②能把遺傳信息傳遞給子代；③物理和化學性質穩(wěn)定；④有遺傳變異的能力。目前十一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點

表3.1一些細胞和病毒的DNA含量生物種類DNA量/(pg/細胞或病毒)堿基對數(shù)目/bp開花植物0.3~2005.6×108~2×1011哺乳類65.5×109鳥類22×109爬蟲類54.5×109兩棲類1.6~1601.5×109~1.5×1011魚類0.6~216×108~2×1010昆蟲類0.2~102×108~1×1010甲殼類32.8×109軟體動物1.21.1×109線蟲0.088×107海綿0.11×108霉菌0.02~0.172×107~.6×108

細菌0.002~0.062×106~6×107噬菌體T40.000241.7×105噬菌體λ0.000084.8×104注：真核細胞是體細胞的數(shù)值。常用質量單位1kg=103g1g=103mg1mg=103μg1μg=103ng1ng=103pg(皮克)1pg=103fg(飛克)1fg=103ag(阿克)目前十二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點3.1.2RNA也是遺傳物質DNA病毒病毒(病毒基因組+蛋白質外殼)RNA病毒類病毒(只由RNA組成)目前十三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點

病毒重建實驗1957年，格勒（Girer)和歇萊姆（Schramm)用石碳酸處理煙草花葉病毒（TMV），把蛋白質去掉，只留下RNA，再將RNA接種到政黨煙草上，結果發(fā)生了花葉?。蝗绻玫鞍踪|部分侵染正常煙草，則不發(fā)生花葉病。由此證明，RNA起著遺傳物質的作用。目前十四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點3.2核酸的化學組成與共價結構核酸種類及其成分

脫氧核糖核酸

DNA（deoxyribonucleicacid）

核酸nucleicacid

核糖核酸

RNA（ribonucleicacid）目前十五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點核苷酸=核苷+磷酸核苷=堿基+戊糖核酸=核苷酸+核苷酸+核苷酸+……多聚體3’,5’-磷酸二酯鍵3’,5’-磷酸二酯鍵目前十六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點嘧啶堿：胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）1、堿基目前十七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點嘌呤堿：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）目前十八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點除了5種基本堿基以外，核酸中還有一些含量較少的堿基，稱為稀有堿基，大多是甲基化的堿基。其中tRNA中有較多稀有堿基，可高達10%。目前已知的稀有堿基和核苷有近百種。目前十九頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2、戊糖D-核糖D-2’-脫氧核糖目前二十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點3、核苷核苷=核糖+堿基，以N-C糖苷鍵，一般稱為N-糖苷鍵連接。

目前二十一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點4、核苷酸

核苷酸=核苷+磷酸

核苷中的戊糖羥基被磷酸酯化核苷酸分為核糖核苷酸、脫氧核糖核苷酸

生物體內存在的游離核苷酸多是5’-核苷酸目前二十二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點

3.2.2核酸的共價結構

1、DNA的一級結構與功能核酸是由很多單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸(polynucleotide)。DNA的一級結構即是指四種核苷酸(dAMP、dCMP、dGMP、dTMP)按照一定的排列順序，通過磷酸二酯鍵連接形成的多核苷酸。目前二十三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點由于核苷酸之間的差異僅僅是堿基的不同，故又可稱為堿基順序。核苷酸之間的連接方式是：一個核苷酸的5′位磷酸與下一位核苷酸的3′-OH形成3′，5′磷酸二酯鍵，構成不分支的線性大分子，其中磷酸基和戊糖基構成DNA鏈的骨架，可變部分是堿基排列順序。目前二十四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前二十五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點DNA攜帶兩類不同的遺傳信息1.編碼細胞內組成型蛋白質氨基酸序列的信息以及編碼RNA的信息。在這類信息中，DNA結構序列與蛋白質一級結構以及RNA序列結構之間存在著共線性關系。2.編碼重要的調控蛋白以及決定基因表達的開啟或關閉的序列元件，這部分DNA在細胞周期的不同周期和個體發(fā)育的不同階段、不同器官、不同組織以及不同的外界環(huán)境條件下，能夠使基因選擇性表達。目前二十六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2、RNA的一級結構與功能RNA的一級結構也是無分支的線形多聚核糖核苷酸，主要由4種核糖核苷酸A、G、U、C以3’，5’磷酸二酯鍵連接而成。核心功能：由DNA到蛋白質的中間傳遞體,參與蛋白質的生物合成。其它功能①具有生物催化劑的功能，作用于RNA轉錄后的剪接加工；②與生物機體的生長發(fā)育密切相關，參與基因表達調控；③與生物進化有關。目前二十七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點Watson和Crick以立體化學原理為準則，對Wilkins和Franklin的DNAX射線衍射分析結果加以研究，提出了DNA結構的雙螺旋模式，其主要內容如下：3.3DNA的二級結構目前二十八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點DNA的雙螺旋結構模式要點:(1)在DNA分子中，兩股DNA鏈圍繞一假想的共同軸心形成一右手螺旋結構，雙螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2.0nm。目前二十九頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點(2)鏈的骨架(backbone)由交替出現(xiàn)的、親水的脫氧核糖基和磷酸基構成，位于雙螺旋的外側。目前三十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點(3)堿基位于雙螺旋的內側，兩股鏈中的嘌呤和嘧啶堿基以其疏水的、近于平面的環(huán)形結構彼此密切相近，平面與雙螺旋的長軸相垂直。一股鏈中的嘌呤堿基與另一股鏈中位于同一平面的嘧啶堿基之間以氫鏈相連，稱為堿基互補配對或堿基配對(basepairing)，堿基對層間的距離為0.34nm。堿基互補配對總是出現(xiàn)于腺嘌呤與胸腺嘧啶之間(A=T)，形成兩個氫鍵；或者出現(xiàn)于鳥嘌呤與胞嘧啶之間(G=C)，形成三個氫鍵。目前三十一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點(4)DNA雙螺旋中的兩股鏈走向是反平行的，一股鏈是5′→3′走向，另一股鏈是3′→5′走向。兩股鏈之間在空間上形成一條大溝和一條小溝，這是蛋白質識別DNA的堿基序列，與其發(fā)生相互作用的基礎。目前三十二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點3.3.2DNA二級結構的其他形式B-DNA：Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構屬于B型雙螺旋，它是以在生理鹽溶液中抽出的DNA纖維在92%相對濕度下進行X－射線衍射圖譜為依據(jù)進行推測的，這是DNA分子在水性環(huán)境和生理條件下最穩(wěn)定的結構。生物體基因組內大多數(shù)DNA都以B-DNA雙螺旋的形式存在。目前三十三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點DNA分子還可以以多種雙螺旋結構形式存在，包括天然的和人工合成的，這一現(xiàn)象稱為DNA結構的多態(tài)性（polymorphism）。包括A、B、C、等右手螺旋和Z型左手螺旋。形成原因：1.核苷酸骨架中戊糖構象不同

2.核糖與堿基之間的C-N鍵自由旋轉

3.單核苷酸之間磷酸二酯鍵的旋轉目前三十四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前三十五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點不同右手雙螺旋DNA的結構參數(shù)雙螺旋堿基傾堿基夾堿基間距螺距每輪堿小溝寬／nm×大溝寬nm×

角/(°)角(°)

/nm／nm基數(shù)小溝寬nm大溝寬nmB-DNA

0

36.0

0.337

3.4

10

0.57×0.75

1.17×0.85C-DNA

6

38.0

0.331

3.1

9.3

0.48×0.79

1.05×0.75D-DNA

45.0

0.3030.13×0.670.89×0.58A-DNA

20

32.7

0.256

2.8

11

1.10×0.28

0.27×1.35總之，DNA的雙螺旋結構永遠處于動態(tài)平衡中，DNA分子構象的變化與糖基和堿基之間空間相對位置有關。目前三十六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點Z－DNA結構：Rich研究人工合成的CGCGCG寡核酸時發(fā)現(xiàn)的。它是左手雙螺旋，與右手螺旋的不同是螺距延長(4.5nm左右)，直徑變窄(1.8nm)，每個螺旋含12個堿基對，分子長鏈中磷原子不是平滑延伸而是鋸齒形排列，有如“之”字形一樣，因此叫它Z構象，這一構象中的重復單位是二核苷酸而不是單核苷酸；而且Z－DNA只有一個螺旋溝，它相當于B構象中的小溝，它狹而深，大溝則不復存在。進一步的分析還證明，Z－DNA的形成是DNA單鏈上出現(xiàn)嘌呤與嘧啶交替排列所成的。比如CGCGCGCG或者CACACACA。目前三十七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前三十八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點Z-DNA中大溝消失，小溝狹而深，使調控蛋白識別方式也發(fā)生變化。這些都暗示Z-DNA的存在不僅僅是由于DNA中出現(xiàn)嘌呤-啶嘧交替排列之結果，是生物在漫漫的進化過程中對DNA序列與結構不斷調整與篩選的結果，有其內在而深刻的含意，只是人們還未充分認識而已。目前三十九頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點Z－DNA的生物學意義：Z－DNA的形成通常在熱力學上是不利的。因為Z－DNA中帶負電荷的磷酸根距離很近，會產生靜電排斥。但是，DNA鏈的局部不穩(wěn)定區(qū)的存在就成為潛在的解鏈位點。DNA解螺旋是DNA復制和轉錄等過程中必要的環(huán)節(jié)，因此認為這一結構與基因調節(jié)有關。目前四十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點（4）反向重復序列有些病毒基因組由單鏈DNA或RNA組成。單鏈DNA可以由部分序列之間的堿基配對形成分子內或分子間雙螺旋區(qū)域。DNA-DNA，RNA-RNA目前四十一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點發(fā)夾定義：當同一個核苷酸分子中一段堿基序列附近緊接著一段它的互補序列時候，核苷酸自身回折配對產生反平行的雙螺旋結構。由不配對的凸環(huán)區(qū)域和配對的莖區(qū)域組成目前四十二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前四十三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點定義：反向重復序列又稱回文序列，指在雙鏈DNA序列中按確定的方向閱讀雙鏈中每條鏈都是相同的DNA結構。

5’GGTACC3’3’CCATGG5’目前四十四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前四十五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點（5）三股螺旋的DNAHoogsteen于1963年提出了DNA的三螺旋結構理論。1）分子內DNA三螺旋結構：通常是在一條自身回折的寡嘧啶核苷酸與寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝內結合了第三股寡核苷酸鏈。

Pu-PuPy型：Py-PuPy型：目前四十六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前四十七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2）分子間DNA三螺旋結構：在一定條件下，DNA一條單鏈能插入另一條DNA雙螺旋結構大溝的待定區(qū)域，通過氫鍵形成局部分子間DNA三螺旋結構。3）平行DNA三螺旋結構：第三條鏈的序列與第一條鏈序列相同，方向也相同。這種結構與基因的重組有關，又稱為R-DNA。目前四十八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點

三螺旋DNA的生物學功能基因表達調控

通過三螺旋DNA（寡聚核苷酸形成三鏈）的形成，作用于增強子和啟動子區(qū)，可以專一性地干擾DNA結合蛋白的結合，增強或抑制基因的轉錄，從而對基因表達造成影響，是在轉錄水平調節(jié)基因表達的有效手段。已有實驗室采用這種手段來治療癌癥、艾滋病、病毒性感染等一些疑難病癥?！聊壳八氖彭揬總數(shù)一百零五頁\編于三點（6）DNA的四鏈結構

染色體3’末端一般有5~8bp的短核苷酸串聯(lián)重復序列，富含鳥嘌呤，可以形成鳥嘌呤四聯(lián)體。近似正方形的片層結構，G-G氫鍵首尾相連(Hoogsteen配對）。人：AGGGTT四膜蟲：GGGGTT

目前五十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點GGGGGGGGGGGG目前五十一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點真核生物染色體端粒（3’端）在復制中的RNA引物在切除后空缺不易被修復，結果造成了子代DNA的5’端逐步縮短，當細胞進行了若干次分裂以后，端粒愈來愈短。四鏈結構可以起到保護作用。有穩(wěn)定染色體和保持染色體在復制過程中的完整性的作用DNA四鏈結構的生物學意義目前五十二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點如果將一條扁形蟲一刀兩斷，帶著頭的那一部分會再長出一條尾巴來，而帶著尾巴的那一部分會再長出一個頭來。如果把它切成20段，就變出20條蟲，而且每條都是第一條的完全復制。英國諾丁漢大學科學家研究扁形蟲的這種能力，一共培育了2萬多條蟲，它們都來自第一條蟲。它們的身體和器官沒有出現(xiàn)衰老跡象。這些扁形動物獲得永生的關鍵是端粒，這些微小的生物鐘像帽子一樣覆蓋在染色體末端。通常情況下，隨著時間推移，它們會越來越短，阻止細胞分裂、再生，致使身體衰老，但在這種扁形動物體內，端粒完好無損，從而使細胞數(shù)次分裂，阻止衰老。目前五十三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.3.3DNA結構的動態(tài)性與精細結構（1）DNA結構的動態(tài)性天然DNA的分子構象以B-DNA為主，但同時在分子的某些區(qū)段還可能存在A型、B型、C型、Z型、三鏈和四鏈等多種構象形式，這些不同的結構處于動態(tài)變化之中，當存在的條件不同時，各不同的構象會發(fā)生相互轉變，造成相應的功能發(fā)生變化，這種不同DNA結構形式相互轉變的現(xiàn)象稱為DNA結構的動態(tài)性。DNA分子構象變化可以通過圓二色譜（CD）測定。目前五十四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點活細胞中，能使DNA雙螺旋構象發(fā)生互變的因素1、環(huán)境水活度（脫水、加入乙醇或鹽），可以使B-DNA轉變?yōu)锳-DNA，2-脫氧核糖構象變化，相鄰磷酸基團間距縮短0.1nm，每股螺旋堿基對由10個變?yōu)?1個。2、細胞在陽離子較多的環(huán)境，交替的GC區(qū)段一般處于B型，而在胞嘧啶被甲基化后就轉向了Z型，每股螺旋堿基對由10個變?yōu)?2個，甲基化導致B型親水區(qū)變?yōu)閆型疏水區(qū)，更加穩(wěn)定。（甲基化轉錄活性降低，去甲基化激活轉錄）3、Z型DNA結合蛋白能作為一種特異識別信號，使B-DNA轉化為Z-DNA。目前五十五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點總之，DNA在發(fā)揮生物功能的過程中，一般都會呈現(xiàn)與其生物功能相適應的各種特異性結構，但無論DNA結構形式如何多樣，B-DNA仍然是DNA的最基本構象。目前五十六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點（2）DNA分子的精細結構（了解）1）螺旋扭轉角（雙螺旋是平均值，不同緘基組成數(shù)值不同）2）堿基對之間的移動（不同序列造成堿基對之間轉動、彎曲、扭曲滑動）3）連續(xù)A-T序列的構象（DNA分子與蛋白質因子的結合部位彎曲，一般至少由3個A連續(xù)序列產生，最大彎曲率為6個A連續(xù)排列）目前五十七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點4）錯配堿基對的B-DNA（存在于B-DNA中，為修復酶提供標志）5）DNA結合蛋白影響DNA局部構象（蛋白與

DNA相互作用，如限制酶切位點）目前五十八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.3.4DNA的超螺旋結構與拓撲學性質（1）DNA的超螺旋結構

細菌、病毒、真核生物細胞線粒體、葉綠體中，DNA都呈現(xiàn)雙鏈環(huán)狀分子，是沒有自由末端的閉合雙鏈結構。

目前五十九頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點DNA超螺旋結構目前六十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點（2）DNA超螺旋結構的拓撲學性質DNA拓撲異構體定義：DNA不同的空間分子構象稱為DNA拓撲異構體，其拓撲學特性可用連環(huán)數(shù)(L)、盤繞數(shù)(T)、超螺旋周數(shù)(W)描述。目前六十一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.4真核生物的染色體及其組裝2.4.1真核生物的染色體真核生物細胞內染色體在間期內以染色質形式存在。染色質定義：一類可被堿性染料著色的非定形物質，以DNA作為骨架，與組蛋白和非組蛋白及少量各種RNA等共同組成絲狀結構復合物。共性：組成相同異性：空間構象不同真核生物的染色體在細胞生活周期的大部分時間里都是以染色質的形式存在的。目前六十二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點常染色質染色質異染色質

功能和形態(tài)目前六十三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點常染色質：細胞間期核內染色質折疊壓縮程度較低，堿性染料著色淺而均勻的區(qū)域，是染色質的主體部分。DNA主要是單拷貝和中度重復序列，是基因活躍表達部分。異染色質：細胞間期核內染色質壓縮程度較高，堿性染料著色較深的區(qū)域。著絲粒、端粒、等，主要由較短和高度重復的DNA序列組成，沒有基因活性。目前六十四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點組成型異染色質異染色質：（性質）兼性異染色質目前六十五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點組成型異染色質：存在于各類細胞，位置大小固定、間期高度螺旋化、染色深。兼性異染色質（X性染色質）：某些細胞類型、某些發(fā)育階段，由原來的常染色質凝縮后復制較遲，并喪失了基因轉錄活性而成。XX

X目前六十六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點

2.4.2染色體中的蛋白質DNA是染色體的主要化學成分，也是遺傳信息的載體，約占染色體全部成分的27%，另外組蛋白和非組蛋白占66%，RNA占6%。真核生物染色質通常含有5種組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4目前六十七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點組蛋白特性（了解）1）進化上極端保守2）有組織特異性3）肽鏈上的氨基酸分布不對稱4）組蛋白有被修飾的現(xiàn)象5）富含Lys的組蛋白H5目前六十八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點非組蛋白蛋白質總量60-70%包括酶類如RNA聚合酶，以及收縮蛋白，骨架蛋白，肌球蛋白等。目前六十九頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點

2.4.3核小體的形成定義：核小體是構成真核生物染色質的基本結構單位，由四種組蛋白H2A、H2B、H3、H4構成八聚體，作為核小體的核心顆粒，再由DNA纏繞在顆粒表面形成核小體。染色質是一種纖維狀結構，它是由最基本的單位核小體成串排列而成的。使得染色質中DNA、RNA和蛋白質組織成為一種致密的結構形式。目前七十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點核小體由核心顆粒(coreparticle)和連接區(qū)DNA(linkerDNA)二部分組成，在電鏡下可見其成捻珠狀，前者包括組蛋白H2A，H2B，H3和H4各兩分子構成的致密八聚體(又稱核心組蛋白)，以及纏繞其上一又四分之三圈長度為147bp的DNA鏈；后者包括兩相鄰核心顆粒間約60bp的連接DNA和位于連接區(qū)DNA上的組蛋白H1。目前七十一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點核小體結構示意圖目前七十二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.4.4染色質的高級結構真核生物染色體在細胞周期的大部分時間都以染色質形式存在，染色質基本結構是核小體成串排列后又層層壓縮折疊和纏繞，常染色質壓縮1000-2000倍，異染色質壓縮8000-10000倍，形成復雜的纖維狀結構。目前七十三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前七十四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.5RNA的結構與功能RNA是細胞內的一類生物大因子，組成RNA的核苷酸以3’，5’-磷酸二酯鍵彼此連接形成無分支的多聚核糖核苷酸鏈。1）作為信息分子，遺傳信息由DNA到蛋白質中間傳遞體的核心作用；2）作為功能分子目前七十五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點RNA作為功能分子1）作為細胞內蛋白質合成中核蛋白復合物的結構組分，參與蛋白質生物合成。2）具有生物催化劑的功能，作用于初始轉錄產物RNA的剪接加工；3）參與基因表達調控，與生物機體的生長發(fā)育密切相關；4）與生物進化有關。目前七十六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點RNA復合物功能核糖體信息體信號識別顆粒拼接體編輯體。。。目前七十七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.5.1RNA結構特點及與DNA的區(qū)別相似：化學組成、分子結構、理化性質及生物學功能不同：1）堿基組成和含量不同2）RNA分子中核糖都是D-核糖，而DNA中的核糖則都是D-2-脫氧核糖3）RNA分子中堿基不嚴格遵守Chargaff規(guī)則4）大多數(shù)RNA分子是多聚核苷酸單鏈，細胞內幾乎不存在互補鏈，可以存在局部雙螺旋和發(fā)夾結構5）在堿性溶液中RNA分子較敏感，易被水解成2’，3‘-環(huán)狀單核苷酸，進而水解為2’-核苷酸和3‘-核苷酸，DNA分子不能形成2’，3‘-環(huán)狀單核苷酸磷酸酯，因此對堿性溶液穩(wěn)定6）由于RNA分子只有內部雙鏈，Tm值低于DNA，由此產生的增色效應不如DNA明顯，加熱易變性，且粘度和浮力密度小于DNA7）根據(jù)中心法則，RNA是遺傳信息的傳遞者和表達者8）某些RNA病毒，以RNA為遺傳信息載體，可以通過逆轉錄酶以RNA為模板合成DNA,使遺傳信息由RNA傳遞給DNA9）某些RNA特殊的結構具有催化功能，能催化它自身或其他RNA分子進行多種類型的反應，這些RNA稱為核酶目前七十八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.5.2RNA在細胞內的分布成熟的RNA主要分布在細胞質中分類（真核和原核細胞質中）1）轉運RNAtRNA2）信使RNAmRNA3）核蛋白體RNArRNA目前七十九頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點細胞核內的RNA統(tǒng)稱nRNA。組成：1）核內mRNA、tRNA和rRNA初始轉錄混合物為mRNA、tRNA和rRNA前體，經過加工修飾后變?yōu)槌墒斓幕钚苑肿樱杆俎D移至細胞質，執(zhí)行特定功能。2）核內小分子RNA（snRNA)獨立的RNA小分子，一般70-300nt，主要參與hnRNA和rRNA前體的加工。目前八十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.5.3細胞中RNA分類概述1）mRNA結構存在于細胞之中，總量低于5%（總RNA)，作為蛋白質合成的模板，決定著蛋白質的種類。真核生物細胞mRNA是單順反子，每種RNA只編碼一種蛋白，所以真核生物mRNA種類可以代替蛋白質種類。具有不同程度修飾現(xiàn)象，5’帽子和3‘poly（A)。原核生物細胞mRNA是多順反子，一個RNA分子含有集中蛋白質信息，可以編碼多種蛋白，因此原核細胞mRNA與它們編碼的蛋白質種類數(shù)目關系不大。目前八十一頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2）tRNA結構真核細胞總RNA的15%，一般線性序列長74-95個核苷酸，常見為76個核苷酸，以自由狀態(tài)或與氨基酸結合成氨酰tRNA。種類很多，目前已知一級結構的tRNA有數(shù)百種。特點：1）含稀有堿基多，達總量的5-20%；2）3’端含有CCA序列，是所有tRNA與氨基酸結合部位3）所有tRNA都折疊成三葉草二級結構和L形立體結構，結構穩(wěn)定，半衰期長，24h以上。功能：蛋白質生物合成中特異的運載氨基酸，氨酰-tRNA是氨基酸的活化形式，在20種天然氨基酸中，都有相應tRNA，有些氨基酸的同功tRNA多達5種.此外，tRNA在逆轉錄中還可以作為合成互補DNA鏈的引物，不同的逆轉錄病毒使用不同的tRNA作為引物。目前八十二頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點目前八十三頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點3）rRNA的結構真核細胞和原核細胞中，rRNA占總RNA的80%以上。rRNA與許多小分子蛋白結合成核糖體顆粒，在細胞蛋白質生物合成以及mRNA前體剪接中發(fā)揮作用。核糖體：由大小亞基組成，大小亞基分別由rRNA和蛋白質組成目前八十四頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點真核生物與原核生物核糖體的組成目前八十五頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點4）snRNA核內小RNA存在于細胞核、核質及核仁中大?。?0-300nt，在細胞內拷貝多功能：基因轉錄初始產物加工特性：富含U，含量達35%，又稱U族snRNA；不以游離狀態(tài)存在，與蛋白質結合成核蛋白體復合物（snRNP)發(fā)揮作用；比較保守，同源性高5）snoRNA核仁小分子RNA核仁區(qū)大?。簬资翈装賯€核苷酸功能：參與rRNA前體加工目前八十六頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點6）microRNA(miRNA)定義：又稱微小RNA，是植物和動物細胞中自然產生的一類長度為18-25bp的小分子RNA。研究歷程：1993年，Victor在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)lin-4miRNA，不編碼蛋白。2001年，美德等國大規(guī)?？寺『脱芯抗δ?，揭示了其調控作用，至此命名為microRNA。功能：與mRNA3‘-UTR堿基配對，阻止mRNA翻譯使沉默基因不表達，或導致目標mRNA降解。檢測：NorthernBlotting，Real-timePCR目前八十七頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditiselegans，C.elegans）是一種可以獨立生存的線蟲，其個體小，成體僅1.5mm長，為雌雄同體，雄性個體僅占群體的0.2%，可自體受精或雙性生殖；在20℃下平均生活史為3.5天，平均繁殖力為300-350個；若與雄蟲交配，可產生多達1400個以上的后代。自1965年起，科學家SydneyBrenner利用線蟲作為分子生物學和發(fā)育生物學研究領域的模式生物。遺傳背景清楚、個體結構簡單、生活史短、基因組測序完成等，在遺傳與發(fā)育生物學、行為與神經生物學、衰老與壽命、人類遺傳性疾病、病原體與生物機體的相互作用、藥物篩選、動物的應急反應、環(huán)境生物學和信號傳導等領域得到廣泛應用。美國宇航局的“阿特蘭蒂斯號”航天飛機于2009年11月17日凌晨順利升空，任務是把零部件送入國際空間站和搭載百萬秀麗隱桿線蟲。目前八十八頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點7）非編碼mRNA主要功能：作為細胞核與細胞質之間的信使，指導蛋白質的合成。參與了胚胎發(fā)育、腫瘤形成與抑制、細胞生長和分化、染色體失活等等。。。最近研究：一類非編碼mRNA能夠進行剪接和3’端加尾修飾，但是不具有開放閱讀框（ORF）。由于其具有明顯的生物功能，又稱為調控RNA目前八十九頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點2.6核酸的變性、復性與分子雜交2.6.1核酸的變性凡是破壞雙螺旋DNA兩種作用力(氫鍵和堿基堆積力)的因素都可使DNA雙螺旋解鏈，導致DNA變性，變性后原來隱藏在雙螺旋內部的發(fā)色基團，成為單鏈而暴露出來，使DNA的物理和化學性質發(fā)生一系列的變化。目前九十頁\總數(shù)一百零五頁\編于三點引起DNA變性的主要因素有：①加熱

Tm值：使DNA雙螺旋結構解開一半鏈時的溫度。DNA的Tm值一般在82℃~95℃之間。②pH值當pH約為12時，堿基上的酮基轉變?yōu)橄┐蓟?/p>