生物化學(xué)第六章 核酸

第六章核酸第一部分核酸通論第二部分DNA的結(jié)構(gòu)與功能第三部分RNA的結(jié)構(gòu)與功能第四部分核酸的性質(zhì)與研究第一部分核酸通論核酸的研究歷史重要的DNA研究實(shí)驗(yàn)核酸的種類與生物學(xué)功能核酸的化學(xué)組成一、核酸的研究歷史1、DNA1868年，瑞士外科醫(yī)生FridrichMiescher在測(cè)定淋巴細(xì)胞蛋白質(zhì)組成時(shí),發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸和鹽溶液的沉淀物,并在膿細(xì)胞核里都找到了此物質(zhì),命名為核質(zhì)(Nuclein)。1879年

Kossel經(jīng)過(guò)10年的努力,搞清核質(zhì)中有A、T、C和G四種不同的組成部分；1889年

Altman建議將“核質(zhì)”改名為“核酸”,因已認(rèn)識(shí)到“核質(zhì)”乃“核酸”與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。1909年

Levene發(fā)現(xiàn)酵母的核酸含有核糖。1930年

Levene發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞的核酸含有一種特殊的核糖－脫氧核糖,得出植物核酸含核糖,動(dòng)物核酸含脫氧核糖的錯(cuò)誤概念，至1938年方清楚RNA和DNA的區(qū)別。Levene還提出了核酸的“磷酸－核糖(堿基)－磷酸”的骨架結(jié)構(gòu),解決了DNA分子的線性問(wèn)題,還在1935年提出“四核苷酸”,認(rèn)為這四種堿基的含量是一樣的。1944年，OswaldAvery通過(guò)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證實(shí)了DNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。

1950年

Chargaff,E和Hotchkiss,R.D.采用紙層析法仔細(xì)分析了DNA的組成成分,得知[A]=[T],[G]=[C],[A+G]=[C+T]1953年

Watson與Crick根據(jù)DNA的X射線圖譜的研究結(jié)果,提出了DNA的雙螺旋模型(Doublehelix)。幾星期后提出了半保留式復(fù)制模型。1957年

Meselsnhe&Stahl用密度梯度超離心法,證實(shí)半保留復(fù)制假說(shuō)。1958年

Kornberg得到高純度的DNApolymerase,這種酶需要一個(gè)模板DNA。1960年

Cairns將復(fù)制中的細(xì)菌DNA電鏡照片拍了下來(lái)。1970年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)DNA限制性內(nèi)切酶。1972年

DNA重組技術(shù)的建立。1978年雙脫氧DNA測(cè)序法的建立。1990年人類基因組計(jì)劃實(shí)施。2、rRNA上世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都有核酸存在，用1924年福爾根發(fā)明的染色法去染色，只能使細(xì)胞核中的核酸染色。但兩種核酸在260nm的吸收非常相似。1941年，細(xì)胞學(xué)家J.Brachet和T.Caspersor注意到細(xì)胞質(zhì)中的核酸與蛋白質(zhì)的合成有密切的關(guān)系。50年代，有人用電子顯微鏡和物理化學(xué)手段發(fā)現(xiàn)大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)的RNA常常存在于蛋白質(zhì)合成相關(guān)的顆粒中（Ф20nm,用35S進(jìn)行脈沖式標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)證明該顆粒是蛋白質(zhì)合成的所在地），簡(jiǎn)稱核糖體。核糖體得到分離后，發(fā)現(xiàn)里面含RNA，稱rRNA。Watson等發(fā)現(xiàn)rRNA的G≠C，A≠U，斷定是一單鏈分子。3、mRNA1948年有人報(bào)道，當(dāng)噬菌體感染了細(xì)菌后會(huì)產(chǎn)生一種很不穩(wěn)定的RNA，而大多數(shù)是和核糖體結(jié)合在一起。BrennerJacob等人用13C、15N標(biāo)記蛋白質(zhì)，用32P標(biāo)記核酸的方法證實(shí)了這是一種新的RNA分子，命名為信使RNA,即mRNA(m,messenger)。1961年，Spielman創(chuàng)造了分子雜交法，通過(guò)32P

-mRNA-DNA雜交分子證明了mRNA的存在。4、tRNA1957年HoaglandM.B.發(fā)現(xiàn)一類穩(wěn)定的不與核糖體結(jié)合RNA小分子。CrickF.比較了核酸和氨基酸的大小和形狀后，認(rèn)為不可能在空間上互補(bǔ)，因此他對(duì)核酸→蛋白質(zhì)的信息傳遞作了以下預(yù)測(cè)：1)它是一種分子轉(zhuǎn)換器，使信息從核酸序列轉(zhuǎn)換成氨基酸序列；2)這種分子很可能是核酸；3).它不論以何種方式進(jìn)入蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)的模板，都必須與模板形成氫鍵（即配對(duì)）；4)有20種分子轉(zhuǎn)換器，每種氨基酸一個(gè)；5)每種氨基酸必定還有一個(gè)對(duì)應(yīng)的酶，催化與特定的分子轉(zhuǎn)換器結(jié)合。1963年，Ehrenstein等人用實(shí)驗(yàn)證明了Hoagland發(fā)現(xiàn)的分子就是Crick預(yù)言的分子轉(zhuǎn)換器，即tRNA。1965年Holley經(jīng)過(guò)7年的努力測(cè)出酵母Ala-tRNA序列。5、遺傳密碼的破譯1953年

Dounce假設(shè)DNA通過(guò)RNA將信息傳給蛋白質(zhì)，RNA上每三個(gè)核苷酸形成一個(gè)“空洞”，正好將一個(gè)個(gè)氨基酸裝進(jìn)去。該假說(shuō)允許三聯(lián)體的重疊。1954年物理學(xué)家Gamow，與Teller等人聯(lián)手，也提出三聯(lián)體學(xué)說(shuō)，并指出不可重復(fù)的特點(diǎn)。1957年

Crick也提出了三聯(lián)體的假說(shuō)。他意識(shí)到要解決“天書”的“詞法”和“句法”，必須要有一本標(biāo)準(zhǔn)詞典，以便決定64種組合中的44種是無(wú)用的。即“簡(jiǎn)并密碼”和“閱讀框”1961年

Crick在BencerS的突變實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用重組法得到了+++和---型，發(fā)現(xiàn)讀框和野生型一致，從而證明了三聯(lián)體的假說(shuō)。1961年

Nirenberg,Matthaei&Ochoa用生物化學(xué)手段開始了密碼測(cè)試，得到20種氨基酸的密碼子的核酸成份。1964年

Khorana合成了U和G交替的多聚核苷酸，所對(duì)應(yīng)的合成肽為VCVCVC，對(duì)照密碼子的核酸成份可以最終決定。后來(lái)合成了UUGUUUGUUG…產(chǎn)生了poly(L),poly(C)和poly(V)。1964年

Nirenberg找到了更妙的突破口，合成三聯(lián)體，它能與tNRA進(jìn)行密碼子－反密碼子的堿基配對(duì)，從而影響肽鏈的合成。1966年遺傳密碼的破譯工作基本結(jié)束，Crick繪制了密碼表，提出了擺動(dòng)學(xué)說(shuō)（wobbleconcept)，及時(shí)收回了“同義詞”不存在的假設(shè)。

1944年O.T.Avery等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明DNA是一個(gè)攜帶遺傳信息的分子，幾年之后，A.Hershy和M.Chase通過(guò)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)也證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。1.肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（Hershy-Chase

）

肺炎病菌有二種，一種是光滑型肺炎雙球菌：有莢膜、菌落光滑且有毒。這種菌通常外包有一層黏性發(fā)光的多糖莢膜，它是細(xì)菌致病性的必要成分，引起肺炎；另一種是粗糙型肺炎雙球菌：無(wú)莢膜、菌落粗糙且無(wú)毒。下圖給出了O.T.Avery等人具體的肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程。二、重要的DNA研究實(shí)驗(yàn)（a）將光滑型肺炎雙球菌注入小鼠體內(nèi)，使小鼠致死。（b）將粗糙型肺炎雙球菌注入小鼠體內(nèi)，對(duì)小鼠無(wú)害。（c）將光滑型肺炎雙球菌加熱殺死后，再注入小鼠體內(nèi)，對(duì)小鼠無(wú)害。（d）將加熱殺死的光滑型肺炎雙球菌與粗糙型肺炎雙球菌一起注入小鼠體內(nèi)，小鼠死掉。（e）從加熱殺死的光滑型肺炎雙球菌中提取DNA，并盡可能將混在DNA中的蛋白質(zhì)除去，然后將DNA與粗糙型肺炎雙球菌混合后，再注入小鼠體內(nèi)，小鼠死掉。1944年，Avery的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)orand可分離2.噬菌體感染實(shí)驗(yàn)

用32P標(biāo)記噬菌體DNA，使標(biāo)記的噬菌體感染大腸桿菌，經(jīng)短期保溫后，噬菌體就附著在細(xì)菌上。然后用攪拌器（10000轉(zhuǎn)/分）攪拌幾分鐘，使噬菌體與大腸桿菌分開，再用高速離心機(jī)使細(xì)菌沉淀，分析沉淀和上清中的放射性。用35S標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼，進(jìn)行同樣的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。結(jié)果大多數(shù)噬菌體的DNA存在于細(xì)菌中，而外殼留在上清中。但是被感染的細(xì)菌內(nèi)部出現(xiàn)了奇跡。隨著被感染的細(xì)菌的培養(yǎng)，有的細(xì)菌破裂，釋放出很多噬菌體來(lái)。這說(shuō)明用于復(fù)制的遺傳信息是通過(guò)病毒DNA，而不是通過(guò)病毒蛋白質(zhì)導(dǎo)入細(xì)菌內(nèi)的。32P標(biāo)記噬菌體DNA35S標(biāo)記噬菌體外殼三、核酸種類與生物功能

1、核酸種類與分布

脫氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）

核糖體rRNA

核糖核酸RibonucleicAcid（RNA）轉(zhuǎn)運(yùn)tRNA

信使mRNA2、核酸的分布脫氧核糖核酸（DNA）：分布于細(xì)胞核中，為染色體主要成份。核糖核酸：（RNA）：分布于細(xì)胞質(zhì)和核仁中。98％核中（染色體中）真核線粒體（mDNA）核外葉綠體（ctDNA）DNA

擬核原核核外：質(zhì)粒（plasmid）

病毒：DNA病毒

3、DNA的分布4、核酸的生物功能

脫氧核糖核酸（DNA）：遺傳信息的載體

核糖體rRNA：蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所

核糖核酸（RNA）轉(zhuǎn)運(yùn)tRNA：轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

信使mRNA：轉(zhuǎn)錄遺傳信息，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成5、分子生物學(xué)的中心法則四、核酸的化學(xué)組成

核酸完全水解產(chǎn)生嘌呤和嘧啶等堿性物質(zhì)、戊糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解則產(chǎn)生核苷和核苷酸。每個(gè)核苷分子含一分子堿基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除產(chǎn)生核苷外，還有一分子磷酸。核酸的各種水解產(chǎn)物可用層析或電泳等方法分離鑒定。核酸是一種線形多聚核苷酸。核酸在核酸酶作用下水解為核苷酸，所以核酸的基本單位是：核苷酸。核苷酸由堿基、戊糖和磷酸組成。核酸核苷酸核苷磷酸堿基戊糖（核糖、脫氧核糖）元素組成：C、H、O、N、P

1、戊糖組成核酸的戊糖有兩種，DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖，RNA所含的糖則為β-D-核糖。RiboseDeoxyribose2、堿基核苷酸含有兩類堿基，或是嘧啶的衍生物，或是嘌呤的衍生物。（1）嘌呤（Purine）123456978腺嘌呤（Adenine）A（鳥嘌呤）guanineG（2）嘧啶（Pyrimidine）123456尿嘧啶uracilU胞嘧啶cytosineC胸腺嘧啶thymineT

在DNA和RNA中都有腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。胸腺嘧啶（T）只出現(xiàn)在DNA分子中，尿嘧啶（U）則只出現(xiàn)于RNA分子中。嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC，T脫氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸兩類核酸分子的組成比較（3）雜環(huán)堿的互變異構(gòu)腺嘌呤和胞嘧啶既可以以氨的形式存在,也可以以亞胺的形式存在；鳥嘌呤、胸腺嘧啶和尿嘧啶可以以酮式存在，也可以以醇式存在。在大多數(shù)細(xì)胞的內(nèi)部，氨式和酮式占優(yōu)勢(shì)，是最穩(wěn)定的。（4）稀有堿基和合成堿基核酸中也存在一些不常見(jiàn)的稀有堿基，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。5-甲基胞嘧啶、5-羥甲基胞嘧啶、5,6-雙氫尿嘧、假尿嘧啶、7-甲基鳥嘌呤。Ψ假尿嘧啶核苷DHU:雙氫尿嘧啶mG：7-甲基鳥嘌呤NNNNH2NOHCH392456781

一些合成的嘌呤和嘧啶具有臨床應(yīng)用價(jià)值，它們可以取代某些酶活性部位中的天然嘧啶和嘌呤底物。例如5-氟尿嘧啶和6-巰基嘌呤就常用于治療某些類型的癌癥；5-氟尿嘧啶相應(yīng)的核苷酸類似于胸苷酸，是一種潛在的胸苷酸合成酶的抑制劑，胸苷酸合成酶是DNA合成所必需的酶。3、核苷（nucleoside）

核苷：戊糖+堿基糖與堿基之間的C-N鍵，稱為C-N糖苷鍵1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)在每一種核苷中，糖都是通過(guò)糖的異頭碳和嘧啶的N-1或嘌呤的N-9之間形成的

-N-糖苷鍵與堿基連接，核糖中的碳原子的編號(hào)都帶有“

’”以區(qū)別于堿基中的原子編號(hào)。AdenosineGuanosineCytidineUridine假尿苷（ψ）：核糖與尿嘧啶第5位碳原子形成C-C糖苷鍵5OH

幾種重要的稀有核苷次黃苷（肌苷）：I

黃嘌呤核苷：X

二氫尿嘧啶核苷：D7-甲基鳥苷：m7G4、核苷酸（nucleotide）

核苷酸：核苷+磷酸

戊糖+堿基+磷酸HHHHHHHHH5、核苷酸衍生物（1）繼續(xù)磷酸化核苷一磷酸可以進(jìn)一步磷酸化，形成核苷二磷酸和核苷三磷酸，下圖給出了腺苷一磷酸（AMP）、腺苷二磷酸（ADP）和腺苷三磷酸（ATP）的結(jié)構(gòu)。AMPADPATP

(1)磷酸基團(tuán)位于核糖的第五位碳原子C-5’上。

磷酸之間的焦磷酸鍵含有很高的能量，稱為高能鍵，是生物體內(nèi)能量利用和貯存的主要物質(zhì)（12千卡/每克分子高能鍵）。（2）NDP(nucleosidediphosphate)與dNDP

核苷二磷酸：ADP、GDP、CDP、UDP

脫氧核苷二磷酸：dADP、dGDP、dCDP、dTDP（3）NTP(nucleosidetriphosphate)與dNTP

核苷三磷酸：ATP、GTP、CTP、UTP

脫氧核苷三磷酸：dATP、dGTP、dCTP、dTTP（2）環(huán)化磷酸化

ATP在腺苷酸環(huán)化酶的作用下可以生成3’,5‘-環(huán)腺苷酸（cAMP）,同樣GTP在鳥苷酸環(huán)化酶催化下也可生成3’,5’-環(huán)鳥苷酸（cGMP）。通常把激素稱之第一信使，把cAMP（或cGMP）稱之第二信使。cAMPcGMP（3）肌苷酸及鳥苷酸(強(qiáng)力味精)IMP

GMP6、多聚核苷酸-核酸

多聚核苷酸是通過(guò)一個(gè)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。5’5’3’3’5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羥基端（常用3’-OH表示）多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。多聚核苷酸的表示方式DNA5′PdAPdCPdGPdTOH3′5′PAPCPGPUOH′

或5′ACGTGCGT3′5′ACGUAUGU3′

ACGTGCGTACGUAUGUT5’3’OHU5’3’OHOHOHOHOH

RNARNA：ribonucleicacid

核糖核酸DNA：deoxyribonucleicacid

脫氧核糖核酸嘧啶（pyrimidine）

cytosine(Cyt)胞嘧啶

thymine(Thy)胸腺嘧

uracil(Ura)尿嘧啶嘌呤（purine）

adenine(Ade)腺嘌呤

uanine(Gua)鳥嘌呤總結(jié)ribonucleside核糖核苷（不帶磷酸）

adenosine(Ado)腺(嘌啉核)苷

guanosine(Guo)鳥(嘌啉核)苷

cytidine(Cyd)胞(嘧啶核)苷

thymidine(Thd)胸(腺嘧啶脫氧核)苷

uridine(Urd)尿(嘧啶核)苷ribonucletide核糖核苷酸（帶磷酸）

adenosine5’-mono(di,tri)phosphaste；

AMP,ADP,ATPdeoxyribonucleoside脫氧核糖核苷

deoxyadenosine(dAdo)……deoxyribonucleotide脫氧核糖核苷酸

dAMP,dADP,dATP……dNTP第二部分DNA的結(jié)構(gòu)與功能DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)真核生物的染色體

DNA的功能1、DNA的堿基組成-Chargaff法則

Chargaff等在20世紀(jì)50年代用紙層析技術(shù)和紫外分光光度法研究了各種生物DNA的堿基組成。得出如下規(guī)律：嘌呤堿基等于嘧啶堿基A+G=C+T且A=T、G=C；同種生物的不同組織的堿基組成是相同的，即堿基組成沒(méi)有組織和器官的特異性；不同生物的同種組織的堿基組成是不同的，即DNA的堿基組成具有種屬特異性。年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)及環(huán)境的改變不影響堿基組成。G-C含量常用來(lái)表示堿基組成。例：G+C=40%,則G=20%、C=20%、T=30%、A=30%一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)堿基之間的這些定量關(guān)系對(duì)于建立DNA的三維結(jié)構(gòu)以及遺傳信息是如何編碼在DNA中一代一代傳下去是一個(gè)關(guān)鍵。不同來(lái)源的DNA的堿基組成（摩爾百分比）和堿基比例2、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)指其核苷酸的排列順序。核苷酸間的差異主要是堿基不同，也稱堿基序列。DNA：四種脫氧核苷酸按一定順序以磷酸二酯鍵相連形成的聚脫氧核苷酸鏈（polydeoxynucleotides）。DNA的書寫順序是5‘—3’。5’末端的磷酸基團(tuán)3‘，5’-磷酸二酯鍵3‘末端羥基二、DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)）注：溝內(nèi)堿基對(duì)的邊緣是暴露給溶劑的，所以能夠與特定的堿基對(duì)相互作用的分子可以通過(guò)這些溝去識(shí)別堿基對(duì)，而不必將螺旋破壞。這對(duì)于可以與DNA結(jié)合并“讀出”特殊序列的蛋白質(zhì)是特別重要的。1、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1）雙螺旋：

DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡(jiǎn)稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu);雙螺旋結(jié)構(gòu)上有大溝和小溝二條螺形凹溝;螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向?yàn)?′→3′，而另一條鏈的方向?yàn)?′→5′。（2）基團(tuán)位置：嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)，彼此以3′-5′磷酸二酯鍵連接，形成DNA分子的骨架。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。（3）尺度：螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為0.34nm，相鄰核苷酸的夾角為36

。沿螺旋的長(zhǎng)軸每一轉(zhuǎn)含有10個(gè)堿基對(duì)，其螺距為3.4nm（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈，高度為3.4nm）。2.0nm小溝大溝34A（4）堿基配對(duì)原則：雙螺旋內(nèi)部的堿基按規(guī)則配對(duì)，堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結(jié)合，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。A和T之間形成兩個(gè)氫鍵，G與C之間形成三個(gè)氫鍵。雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)關(guān)系，但堿基在一條鏈上的排列順序不受任何限制。

DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。G和C之間形成三個(gè)氫鍵A和T之間形成二個(gè)氫鍵DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下很穩(wěn)定的。維持這種穩(wěn)定性的主要因素包括：兩條DNA鏈之間堿基配對(duì)形成的氫鍵和堿基堆積力；另外，存在于DNA分子中的一些弱鍵在維持雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上也起一定的作用。即磷酸基團(tuán)上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽(yáng)離子間形成的離子鍵及范德華力。改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。2、DNA雙螺旋的穩(wěn)定因素3、雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提供了DNA復(fù)制的機(jī)理，解釋了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的機(jī)制。

模型是兩條鏈，而且堿基互補(bǔ)。復(fù)制之前，氫鍵斷裂，兩條鏈彼此分開，每條鏈都作為一個(gè)模板復(fù)制出一條新的互補(bǔ)鏈，這樣就得到了兩對(duì)鏈，解決了一個(gè)基本的生物學(xué)問(wèn)題－遺傳復(fù)制中樣板的分子基礎(chǔ)。親本鏈子鏈子鏈4、Dickerson十二聚體的補(bǔ)充

兩個(gè)核苷酸之間的夾角并非都是36°，可由28至42不等，實(shí)際平均每一螺周含10.5個(gè)堿基對(duì)；組成堿基對(duì)的兩個(gè)核苷酸的分布并非在同一平面上，而是堿基對(duì)沿長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)一定角度，從而使堿基對(duì)的形狀像螺旋槳葉片的樣子，故稱為螺旋槳狀扭曲。這可提高堿基堆積力，使DNA結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定；維持DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力為氫鍵、堿基堆積力,堿基堆積力為維持二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。(1)DNA螺旋的各種結(jié)構(gòu)右手螺旋結(jié)構(gòu)是在生理鹽水溶液中提取的DNA的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱為B-DNA。1979年，AlexanderRich發(fā)現(xiàn)了左手螺旋，稱為Z-DNA；另外也有A-DNA、H-DNA的存在。B型結(jié)構(gòu)：兩條鏈反向平行，右手螺旋；堿基在內(nèi),堿基平面垂直于螺旋軸；戊糖在外，雙螺旋每轉(zhuǎn)一周為10堿基對(duì)（bp）。A型結(jié)構(gòu):堿基平面傾斜20o，螺旋變粗變短，螺距2～3nm。Z型結(jié)構(gòu):左手螺旋，只有小溝。H型結(jié)構(gòu):一些堿基與附加鏈或適當(dāng)序列的雙螺旋配對(duì)，形成三螺旋或四螺旋的DNA.以鏡像重復(fù)序列排列的嘧啶區(qū)呈現(xiàn)三螺旋結(jié)構(gòu)，稱為H-DNA.5、DNA結(jié)構(gòu)的多樣性(2)各類雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)參數(shù)(3)雙螺旋穩(wěn)定的力氫鍵堿基堆積力（疏水相互作用及范德華力）類型旋轉(zhuǎn)方向螺旋直徑（nm）螺距（nm）每轉(zhuǎn)堿基對(duì)數(shù)目堿基對(duì)與水平面傾角戊糖環(huán)翹起構(gòu)象糖苷鍵構(gòu)象A－DNA右2.552.31119oC-3’在內(nèi)反式B－DNA右2.373.410.51oC-2’在內(nèi)反式Z－DNA左1.843.8129o嘧啶C-2’在內(nèi)，嘌呤C-3’在內(nèi)嘧啶反式嘌呤順式C-3’內(nèi)式和C-2’內(nèi)式是指呋喃核糖信封式構(gòu)象中C3還是C2指向C5；糖苷鍵構(gòu)象：嘌呤六元環(huán)或嘧啶的O指向；遠(yuǎn)離糖的為反式，指向糖的為順式。三、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指DNA雙螺旋通過(guò)扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象，包括不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用、單鏈與二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNA的拓?fù)涮卣鳌?、環(huán)形DNA

大部分原核生物的DNA是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋。包括某些病毒、噬菌體、細(xì)菌質(zhì)粒、真核生物線粒體和葉綠體、細(xì)菌染色體DNA。線形DNA的兩端有粘末端，也可借助DNA連接酶將互補(bǔ)的粘末端連接成環(huán)形DNA。2、超螺旋結(jié)構(gòu)

當(dāng)DNA雙螺旋分子以一定構(gòu)象自由存在時(shí)，處于能量最低狀態(tài)，為松弛型；如果額外多轉(zhuǎn)或少轉(zhuǎn)幾圈，就會(huì)使雙螺旋中存在張力。當(dāng)雙螺旋分子的末端是開放的，這種張力可以通過(guò)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)而釋放出來(lái)，DNA將恢復(fù)正常的雙螺旋狀態(tài)；但如果DNA分子的兩端是固定的，或者是環(huán)狀分子，這種額外的張力就不能釋放掉，DNA分子本身就會(huì)發(fā)生扭曲，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋（雙螺旋的螺旋）。

兩手分別捏住線性DNA分子兩端，其中的一端或兩端同時(shí)向相反的方向捻動(dòng)。當(dāng)向右捻動(dòng)時(shí)（即沿右手螺旋方向捻動(dòng)），等于緊旋（所謂的“上勁”）。處于這樣狀態(tài)的DNA分子相對(duì)于它的松弛狀態(tài)是一種超過(guò)原有旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀態(tài)，所以稱為過(guò)旋。將處于松弛狀態(tài)（B構(gòu)型）的雙螺旋向左捻動(dòng)時(shí)（即沿右手螺旋相反方向捻動(dòng)），等于解旋（所謂的“卸勁”）。處于這樣狀態(tài)的DNA分子相對(duì)于它的松弛狀態(tài)是一種沒(méi)有達(dá)到原有旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀態(tài)，稱為欠旋。當(dāng)將線性過(guò)旋或欠旋的雙螺旋DNA連接形成一個(gè)環(huán)時(shí)，都會(huì)自動(dòng)形成額外的超螺旋來(lái)抵消過(guò)旋或欠旋造成的應(yīng)力，目的是維持B構(gòu)象。過(guò)旋DNA會(huì)自動(dòng)形成額外左手螺旋，而欠旋形成額外右手螺旋，稱為負(fù)超螺旋。

向左捻向右捻松弛型正超螺旋負(fù)超螺旋3、環(huán)狀DNA的拓?fù)鋵W(xué)特征（1）連環(huán)數(shù)（linkingnumber）：在雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)，以L表示；（2）扭曲數(shù)（纏繞數(shù)：twistingnumber）：DNA分子中的Watson-Crick螺旋數(shù)目（螺周數(shù)），以T表示；（3）超螺旋數(shù)（writhingnumber）

：雙螺旋鏈再扭曲成螺旋的周數(shù)，以W表示。三者關(guān)系：L=T+W，L值必須是整數(shù)。

DNA分子具有相同的結(jié)構(gòu)，但L值不同，稱它們?yōu)橥負(fù)洚悩?gòu)體，拓?fù)洚悩?gòu)酶能夠催化它們之間的轉(zhuǎn)換。

4、負(fù)超螺旋

DNA負(fù)超螺旋易于解鏈，在DNA復(fù)制、重組和轉(zhuǎn)錄等過(guò)程中都需要兩條鏈解開，所以負(fù)超螺旋利于這些功能的實(shí)施。設(shè)一段260bp，螺周數(shù)為25的DNA。(1）將此線形DNA連接成環(huán)形時(shí)，稱為松弛型DNA：

L=25、T=25、W=0(2）將此線形DNA的螺旋先擰松兩周（其他的周內(nèi)螺旋不解鏈），再連接成環(huán)形時(shí)，可形成兩種環(huán)形DNA：解鏈環(huán)形DNA：L=23、T=23、W=0（含有一個(gè)解鏈后形成的突環(huán)）超螺旋DNA：L=23、T=25、W=-2（為負(fù)超螺旋）

染色質(zhì)的主要蛋白質(zhì)成分通稱為組蛋白，大多數(shù)真核細(xì)胞中都含有H1、H2A、H2B、H3和H4等5種組蛋白。當(dāng)染色質(zhì)用低離子強(qiáng)度的溶液處理時(shí)，染色質(zhì)去折疊后電子顯微鏡照片象是一條線上穿了許多“珠”子一樣?！爸樽印笔荄NA-組蛋白的復(fù)合體，稱為核小體，而“線”是雙螺旋DNA。每個(gè)核小體是由各2分子的H2A、H2B、H3和H4的八聚體和大約200個(gè)DNA堿基對(duì)組成，DNA大約纏繞1.75圈，有146個(gè)DNA的堿基對(duì)處于與組蛋白復(fù)合體緊密結(jié)合的狀態(tài)，形成一個(gè)核小體核心顆粒。核心顆粒之間的“線”稱之連接DNA，大約有54個(gè)堿基對(duì)長(zhǎng)。第5個(gè)組蛋白H1既與連接DNA結(jié)合，又和核小體核心顆粒結(jié)合。四、真核生物的染色體1、真核細(xì)胞核內(nèi)DNA被包裝形成染色質(zhì)H2A、H2B、H3和H4形成八聚體組蛋白和DNA形成核小體2、真核生物的染色質(zhì)絲組蛋白八聚體：H2AH2BH3H4各2個(gè)分子從DNA到染色質(zhì)絲，DNA壓縮了近100倍，若從DNA到最后凝縮成染色體，DNA壓縮了近萬(wàn)倍。螺旋管

與伸展開的B-DNA長(zhǎng)度相比，DNA包裝成核小體后，長(zhǎng)度被壓縮了10倍。串珠狀的核小體核心顆粒本身可以卷曲成一個(gè)螺旋管狀，產(chǎn)生一種稱之30nm纖維結(jié)構(gòu)。纖維結(jié)構(gòu)可以形成大的環(huán)，在一個(gè)大的染色體上大約存在著多達(dá)2000個(gè)環(huán)。環(huán)可以附著在RNA-蛋白質(zhì)的支架（Scaffold）上，象是被固定一樣，可以形成超螺旋。超螺旋還可形成附加的額外的超螺旋，使得DNA一步一步地被壓縮。

真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)3、真核雙鏈線性DNA（dsDNA）五.DNA的功能1、DNA的基本功能:

作為生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)。DNA1957年轉(zhuǎn)錄RNA翻譯ProteinDNA1970年反轉(zhuǎn)錄ProteinRNACrick的中心法則

蛋白質(zhì)（mRNA蛋白質(zhì)）產(chǎn)物tRNARNArRNA

調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)基因無(wú)產(chǎn)物

作用未知結(jié)構(gòu)基因2、基因（gene）：又稱順?lè)醋樱?/p>

DNA分子的最小功能單位（交換單位），一段有功能的DNA片段。3、基因組（genome）：某生物體（完整單倍體）所含全部遺傳物質(zhì)的總和,包括核基因組（擬核/核DNA）及核外（質(zhì)粒/質(zhì)體DNA)。最簡(jiǎn)單的生物如SV40病毒的基因組僅含有5100堿基對(duì)(basepairbp），大腸桿菌基因組的大小為5700千堿基對(duì)（kbp），人的基因組則由大約3.0×109個(gè)bp組成。人兩棲類魚類藻類酵母細(xì)菌E.Coli病毒質(zhì)粒

bp（堿基對(duì)）103104105106107108109101010111012各種細(xì)胞、病毒和細(xì)菌質(zhì)粒中基因組的大小4、原核生物基因組特點(diǎn)由外顯子組成，多為操縱子形式組織；重復(fù)序列少，多位編碼區(qū)；存在重疊基因；存在回文結(jié)構(gòu)，某些操縱子基因中存在一種倒轉(zhuǎn)的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，即為回文結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄起始結(jié)構(gòu)基因1結(jié)構(gòu)基因2結(jié)構(gòu)基因3轉(zhuǎn)錄終止子轉(zhuǎn)錄終止DNA5、真核生物基因組特點(diǎn)以染色體形式存在；含內(nèi)含子，外顯子與內(nèi)含子間隔形成斷裂基因；具有重復(fù)序列；存在回文結(jié)構(gòu)，即真核細(xì)胞DNA分子中的非編碼區(qū)存在一種倒轉(zhuǎn)的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)。

啟動(dòng)子外顯子內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄終止子內(nèi)容提要

DNA的堿基組成是有規(guī)律的，Chargaff得出不同生物的同種組織的堿基組成是不同的，但A=T、G=C，且其嘌呤堿基總是等于嘧啶堿基，即A+G=C+T；維持DNA雙螺旋穩(wěn)定性的主要作用力是兩條DNA鏈之間堿基配對(duì)形成的氫鍵和堿基堆積力；生物體內(nèi)存在的超螺旋大都是負(fù)超螺旋，拓?fù)洚悩?gòu)酶可以催化去超螺旋反應(yīng),在某些情況下也可以引入超螺旋。在細(xì)胞內(nèi)，大的DNA總是被壓縮和包裝。真核生物的組蛋白結(jié)合DNA形成核小體，核小體被串在一起，經(jīng)一級(jí)一級(jí)壓縮，形成超螺旋附在核內(nèi)的RNA-蛋白支架上。習(xí)題1、比較蛋白質(zhì)α-螺旋中的氫鍵和DNA雙螺旋中的氫鍵在穩(wěn)定構(gòu)象中的作用。2、一段雙鏈DNA包含1000個(gè)堿基對(duì)，其組成中G+C占58%，那么在DNA的該區(qū)域胸腺嘧啶殘基含有多少個(gè)？3、已知每1000個(gè)核苷酸對(duì)的DNA雙螺旋重為1×10-18g，計(jì)算長(zhǎng)度為地球到月球距離（320000km）的一段雙螺旋DNA的重量。4、假設(shè)每圈為10.4個(gè)堿基對(duì)，含1872個(gè)堿基對(duì)的松弛型環(huán)狀B-DNA分子其連環(huán)數(shù)為多少？處于松弛型的一個(gè)環(huán)狀B-DNA其連環(huán)數(shù)為500，該DNA中大約含多少堿基對(duì)？習(xí)題解答1、蛋白質(zhì)α-螺旋中，一個(gè)氨基酸殘基的羥基氧與旋轉(zhuǎn)一圈后第二個(gè)α氨基中的氫形成氫鍵。這些在肽鏈骨架內(nèi)原子上形成的氫鍵大致平行于該螺旋的軸，氨基酸側(cè)鏈伸向骨架外，不參與螺旋內(nèi)的氫鍵形成。雙鏈DNA螺旋中，糖-磷酸骨架不形成氫鍵，而在相對(duì)的兩條鏈中，互補(bǔ)的兩個(gè)堿基之間形成2個(gè)或3個(gè)氫鍵，氫鍵大致垂直于該螺旋的軸。蛋白質(zhì)α-螺旋中，單獨(dú)的氫鍵是很弱，但這些鍵的合力穩(wěn)定了該螺旋結(jié)構(gòu)，尤其在蛋白疏水內(nèi)部，這里的氫不與水競(jìng)爭(zhēng)成鍵。DNA中氫鍵的主要作用是使每條鏈成為另一條鏈的模板，盡管堿基互補(bǔ)形成的氫鍵幫助穩(wěn)定螺旋，但DNA雙螺旋穩(wěn)定的主要作用力是堿基堆積力。2、因?yàn)锳+G=C+T，A=T、G=C，所以1000個(gè)堿基對(duì)中42%是A+T，21%是T，胸腺嘧啶殘基T的含量為0.21×2000=420個(gè)。3、0.00094g4、(1)L=1872/10.4=180個(gè)

(2)L=T+W,松弛型DNA中W=0,雙螺旋的轉(zhuǎn)數(shù)等于連環(huán)數(shù),T=500

所以:堿基=500×10.4=5200個(gè)

RNA的相關(guān)概念信使RNA（mRNA）轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）核糖體RNA（rRNA）第三部分、RNA的結(jié)構(gòu)與功能一、RNA的相關(guān)概念1、組成堿基組成：A、G、C、U（A＝U/G≡C）;戊糖是核糖；分子較小,稀有堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解；2、分類

信使RNA（mRNA，其中hnRNA核不均一RNA）

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA）

核糖體RNA(rRNA，包括snRNA/asRNA）

少數(shù)RNA病毒名稱符號(hào)功能核糖體RNArRNA核糖體組成成分信使RNAmRNA蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)RNAtRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸不均一核RNAHnRNA成熟mRNA的前體小核RNASnRNA參與HnRNA的剪接轉(zhuǎn)運(yùn)小核仁RNASnoRNArRNA的加工和修飾小胞質(zhì)RNAScRNA蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號(hào)識(shí)別體的組成成分RNA分類3、一般結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)RNA的一些理化性質(zhì)和x-射線分析，大多數(shù)天然的RNA分子是以一條單鏈形式存在的。

由于核糖2’-位存在羥基，RNA比之于DNA的穩(wěn)定性較差。某些RNA具有穩(wěn)定的二級(jí)結(jié)構(gòu)：有些單鏈多核苷酸可以自身發(fā)生回折，在互補(bǔ)的堿基對(duì)之間形成雙螺旋區(qū)（單鏈分子自身回折使得互補(bǔ)堿基配對(duì)而形成，不配對(duì)的區(qū)域形成突環(huán)），堿基配對(duì)規(guī)則是A-U、G-C。這樣的結(jié)構(gòu)稱為發(fā)卡式，或莖-環(huán)結(jié)構(gòu)。RNA的雙螺旋區(qū)的結(jié)構(gòu)類似于A-DNA的結(jié)構(gòu)。RNA二、mRNA1、類型信使RNA（messengerRNA，mRNA）不均一核RNA（heterogeneounuclearRNA，hnRNA）：為細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA的初級(jí)產(chǎn)物，它經(jīng)剪接才成為成熟的mRNA并移到細(xì)胞質(zhì)。2、mRNA的功能

把核內(nèi)DNA的堿基順序按照堿基互補(bǔ)的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。3、含量：占細(xì)胞總RNA的3％～5％4、原核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)存在多順?lè)醋?，一條mRNA鏈上含多個(gè)基因信息，多順?lè)醋又g含有非翻譯區(qū)；在5’-起始密碼子AUG之前，存在一段嘌呤核苷酸，與16srRNA的3’端的嘧啶核苷酸互補(bǔ)配對(duì)；原核細(xì)胞mRNA不是很穩(wěn)定5、真核生物成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5’-末端有一個(gè)甲基化的鳥苷酸，稱為”帽結(jié)構(gòu)“（capsequence，m’GpppNm）；5‘端帽子結(jié)構(gòu)抗核酸水解酶的水解，增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性，促進(jìn)核糖體與mRNA的結(jié)合，加速翻譯起始速度。

3‘-末端有一段長(zhǎng)達(dá)200個(gè)核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，稱為“尾結(jié)構(gòu)”；3’末端多聚A的尾巴維持mRNA的穩(wěn)定性，并與mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位有關(guān)。在5’-起始密碼子AUG較近的前導(dǎo)序列中一段嘧啶核苷酸，與18srRNA的3’端的嘌呤核苷酸互補(bǔ)配對(duì)。

細(xì)胞內(nèi)分子量最小的一類核酸，占RNA總量的15％，分子量25000左右，大約由70－90個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。1、tRNA功能在細(xì)胞蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體。tRNA載有激活的氨基酸，并運(yùn)到核糖體，將氨基酸摻入到生長(zhǎng)肽鏈中。2、tRNA特點(diǎn)（1）tRNA分子中含有10-20%的稀有堿基，包括雙氫尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（Ψ）和甲基化的嘌呤（mG，mA）。三、tRNA（transferRNA，tRNA）Ψ假尿嘧啶雙氫尿嘧啶（2）tRNA中存在一些能局部互補(bǔ)配對(duì)的區(qū)域，能形成局部雙鏈，進(jìn)而形成一種莖-環(huán)狀或發(fā)夾結(jié)構(gòu)，由于莖環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，使tRNA形成了三葉草形的二級(jí)結(jié)構(gòu)；（3）tRNA共同的三級(jí)結(jié)構(gòu)：倒L型。3、tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)及其功能tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)可分為四臂四環(huán)：包括氨基酸接受臂、反密碼（環(huán)）臂、二氫尿嘧啶（環(huán)）臂、TC（環(huán)）臂和可變環(huán)。除了氨基酸接受區(qū)外，其余每個(gè)區(qū)均含有一個(gè)突環(huán)和一個(gè)臂。

(1)氨基酸接受區(qū)：包含有tRNA的3’-末端和5’-末端，由7對(duì)堿基組成，3’-末端的最后3個(gè)核苷酸殘基都是CCA（CpCpAOH），A為腺苷酸。氨基酸可與其成酯而活化，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。

(2)反密碼區(qū)：與氨基酸接受區(qū)相對(duì)，一般環(huán)中含有7個(gè)核苷酸殘基，臂中含有5對(duì)堿基。其中環(huán)中正中的3個(gè)核苷酸殘基稱為反密碼子，將由此與mRNA上的密碼子配對(duì)，識(shí)別特異編碼氨基酸。tRNA與氨基酸的連接（3)二氫尿嘧啶區(qū)：該區(qū)含有二氫尿嘧啶。環(huán)由8-12個(gè)核苷酸組成，臂由3-4對(duì)堿基組成,主要防止被細(xì)胞內(nèi)的核酸酶水解，起穩(wěn)定tRNA的空間構(gòu)象作用。(4)TC區(qū)：該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對(duì)，假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC)由7個(gè)核苷酸組成，通過(guò)由5對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與tRNA的其余部分相連。除個(gè)別例外，幾乎所有tRNA在此環(huán)中都含有TC;TC區(qū)主要是防止被細(xì)胞內(nèi)的核酸酶水解，穩(wěn)定tRNA的空間構(gòu)象作用。

(5)可變區(qū)（額外環(huán)）：位于反密碼區(qū)與TC區(qū)之間，不同的tRNA該區(qū)變化較大，一般有3-18個(gè)核苷酸組成，為tRNA分類的依據(jù)之一。四、核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA）rRNA是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上，rRNA與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體（ribosome）。1、核糖體組成整個(gè)核糖體是由一大一小兩個(gè)亞基組成的，含大約60％RNA、40％蛋白質(zhì)。（1）原核細(xì)胞的核糖體為70S，由30S小亞基和50S大亞基組成；30S小亞基中含16SrRNA，50S大亞基中含5SrRNA、23SrRNA。（2）真核細(xì)胞的核糖體為80S，由40小亞基和60S大亞基組成；40S小亞基中含18SrRNA，60S大亞基中含5SrRNA、5.8SrRNA、28SrRNA。小亞基大亞基核糖體的組成種類原核生物真核生物核糖體70S80S小亞基30S40SrRNA16S(1542個(gè)核苷酸)18S（1874個(gè)核苷酸）蛋白質(zhì)21種(占總重量的40%)33種（占總重量的50%）大亞基50S60SrRNA23S(2940個(gè)核苷酸)28S（4718個(gè)核苷酸）5S(120個(gè)核苷酸)5.85S(160個(gè)核苷酸)5S(120個(gè)核苷酸)蛋白質(zhì)31種(占總重量的30%)49種(占總重量的35%)2、核糖體RNA種類大腸桿菌：16SrRNA、5SrRNA、23SrRNA動(dòng)物細(xì)胞：18SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA、28SrRNA3、功能傳統(tǒng)認(rèn)為rRNA是構(gòu)成核糖體的骨架，催化蛋白質(zhì)肽鍵形成的是核糖體蛋白質(zhì)（大亞基）上的肽基轉(zhuǎn)移酶催化的?，F(xiàn)在認(rèn)為核糖體催化肽鍵形成的是rRNA，蛋白質(zhì)只是維持rRNA構(gòu)象，起輔助作用。16SrRNA常作為細(xì)菌分類的依據(jù)之一，而18SrRNA可作為真菌分類用。4、核糖體二級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)容提要RNA包括

信使RNA（mRNA，其中hnRNA-核不均一RNA）、

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA）、核糖體RNA(rRNA，包括snRNA/asRNA）和

少數(shù)RNA病毒。mRNA的功能是把核內(nèi)DNA的堿基順序按照堿基互補(bǔ)的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。tRNA功能是在細(xì)胞蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體。tRNA載有激活的氨基酸，并運(yùn)到核糖體，將氨基酸摻入到生長(zhǎng)肽鏈中。核糖體是蛋白質(zhì)合成的車間，其中rRNA的功能是催化核糖體肽鍵形成，產(chǎn)生新生肽鏈。第四部分核酸的性質(zhì)與研究核酸一般理化性質(zhì)核酸的變性與復(fù)性核酸的分子雜交核酸的序列測(cè)定核酸酶及應(yīng)用一、核酸的一般理化性質(zhì)1、一般性質(zhì)一般呈酸性：多元酸，較強(qiáng)的酸性；兩性解離：既有磷酸基，又有堿基，在一定的pH條件下，可解離而帶電荷，故為兩性電解質(zhì)，因此具有一定的等電點(diǎn)（p.504-506）；溶解性：微溶于水，不溶有機(jī)溶劑；

DNA為線性高分子極性化合物，粘度大，抗剪切力差，而RNA分子遠(yuǎn)小于DNA，粘度也小得多；可用電泳或離子交換（色譜）進(jìn)行分離；室溫條件下，DNA在堿中變性、但不水解，RNA可水解。2、顏色反應(yīng)加熱條件下，D－核糖＋濃鹽酸＋苔黑酚綠色加熱條件下，

D－2－脫氧核糖＋酸＋二苯胺藍(lán)紫色

DNA和RNA溶液中加入溴化乙錠（EB），在紫外下發(fā)出熒光，此性質(zhì)結(jié)合凝膠電泳檢測(cè)核酸。3、核酸的紫外吸收特性由于嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，在紫外區(qū)有吸收（260nm左右），常作為核酸及其組份測(cè)定的依據(jù)，一般以A260/A280進(jìn)行定性、定量。4、沉降特性

在超離心機(jī)強(qiáng)大引力場(chǎng)中，不同構(gòu)象的核酸沉降速度差異很大：RNA>閉環(huán)形質(zhì)粒DNA>開環(huán)形及線形DNA>蛋白質(zhì)

離心后，用注射針頭從離心管側(cè)面在超螺旋DNA區(qū)帶部位刺入，收集這一區(qū)帶的DNA。用異戊醇抽提收集到的DNA以除去染料，然后透析除CsCl，再用苯酚抽提1-2次，即可用乙醇將DNA沉淀出來(lái)。這樣得到的DNA有很高的純度，可用于DNA重組、測(cè)定序列及繪制限制酶圖譜等。在少數(shù)情況下，需要特別純的DNA時(shí)，可以將此DNA樣品再進(jìn)行一次氯化銫密度梯度超離心分離。二、核酸的變性與復(fù)性1、變性DNA變性：指核酸的空間結(jié)構(gòu)被破壞，氫鍵斷裂，生物活性散失的現(xiàn)象。實(shí)質(zhì)是DNA分子互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵斷裂，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈。變性后,核酸的的一級(jí)結(jié)構(gòu)(堿基順序)保持不變。監(jiān)測(cè)指標(biāo)為A260的變化。

(2)變性因素pH（>11.3或<5.0）變性劑（脲、甲酰胺、甲醛）低離子強(qiáng)度加熱、光輻射DNA的紫外吸收光譜(3)變性表征核酸變性后，生物活性部分喪失；粘度下降、浮力密度升高;增色效應(yīng),其在260nm處的紫外吸收值增加的現(xiàn)象;變性后,DNA的紫外吸收值約增加12%－40%,RNA約增加1.1%。熔解溫度：通常將熱變性過(guò)程中紫外吸收的增加量達(dá)最大量一半時(shí)的溫度稱熔解溫度，用Tm表示，一般DNA的Tm值在70-85

C之間；DNA的Tm值與分子中的G和C的含量有關(guān)，G和C的含量高，Tm值高，因而測(cè)定Tm值，可反映DNA分子中G、C含量；

Tm=69.3+0.41（G+C)%2.熱變性和Tm3.核酸的復(fù)性復(fù)性（annealing）：變性核酸的互補(bǔ)鏈在適當(dāng)?shù)臈l件下，重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程稱為復(fù)性。復(fù)興表征：DNA復(fù)性后，一系列性質(zhì)將得到恢復(fù)，但是生物活性一般只能得到部分的恢復(fù)，具有減色效應(yīng)。退火（annealing）：將熱變性的DNA驟然冷卻至低溫4℃時(shí)DNA不可能復(fù)性，變性的DNA緩慢冷卻時(shí)可復(fù)性，因此稱為“退火”，比Tm低25℃為DNA復(fù)性的最佳條件。

退火溫度＝Tm－25℃復(fù)性影響因素片段濃度/片段大小/片段復(fù)雜性（重復(fù)序列數(shù)目）/溶液離子強(qiáng)度四.核酸分子雜交1、定義

DNA單鏈與在某些區(qū)域有互補(bǔ)序列的異源DNA單鏈或RNA鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程,稱為分子雜交。這樣形成的新分子稱為雜交DNA分子。2、雜交的種類Southern雜交（Southernbolting）：DNA與DNA雜交Northern雜交（Northernbolting）：DNA與RNA雜交Western雜交（Westernbolting）：抗體與抗原雜交3、核酸分子雜交的應(yīng)用核酸的分子雜交在分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的研究中具有重要意義。研究DNA分子中某一種基因的位置測(cè)定兩種核酸分子間的序列相似性檢測(cè)某些專一序列在待檢樣品中存在與否是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)四、核酸的序列測(cè)定雙脫氧鏈終止法（Sanger酶法）2.Gilbert化學(xué)降解法3.自動(dòng)化DNA測(cè)序的過(guò)程1、核酸酶（nucleases）

指所有可以水解核酸的酶，在細(xì)胞內(nèi)催化核酸的降解。核酸酶催化的反應(yīng)都是使磷酸二酯鍵水解，故核酸酶屬磷酸二酯酶。核酸酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，而核酶（Ribozyme）的本質(zhì)是RNA。2、分類（1）DNA酶（DNases）

作用于DNA的酶稱為DNA酶（DNases）；

DNaseI只作用于DNA，產(chǎn)生平均鏈長(zhǎng)為4個(gè)核苷酸的5’-核苷酸片段（5’-端為磷酸，3’-斷為OH）；

DNaseII只作用于DNA，產(chǎn)生平均鏈長(zhǎng)為6個(gè)核苷酸的3’-核苷酸片段。五、核酸酶及其應(yīng)用

（2）RNA酶（RNases）催化RNA水解的酶稱作RNA酶（RNases）；RNaseI專一性水解RNA中嘧啶核苷酸的3’-磷酸基與相鄰核苷酸5’-OH所形成的磷酸二酯鍵，產(chǎn)物為3’-嘧啶核苷酸及其結(jié)尾的寡核苷酸片段；T1（RNaseT1）專一性水解RNA中嘌呤核苷酸的3’-磷酸基與相鄰核苷酸5’-OH所形成的磷酸二酯鍵，產(chǎn)物為3’-鳥苷酸及其結(jié)尾的寡核苷酸片段。（3）非專一性核酸酶某些核酸酶催化核苷酸鏈水解較廣泛，即對(duì)戊糖和堿基識(shí)別能力差，