1、第第2章章Structure and Function of Nucleic Acid生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室OSAMA BIN LADEN IS DEAD主要內(nèi)容主要內(nèi)容概概 述述第一節(jié)：核酸的第一節(jié)：核酸的化學(xué)組成（一級(jí)結(jié)構(gòu)）化學(xué)組成（一級(jí)結(jié)構(gòu)）第二節(jié)：第二節(jié)：DNADNA的的空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)與與功能功能第三節(jié)：第三節(jié)：RNARNA的分子的分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與與功能功能第四節(jié)：核酸的第四節(jié)：核酸的理化性質(zhì)理化性質(zhì)第五節(jié)：核酸酶第五節(jié)：核酸酶n核核 酸酸(nucleic acid) 是以是以核苷酸核苷酸為基本單位的生物大分子。為基本單位的生物大分子。脫氧核糖核酸（脫氧核

2、糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）核糖核酸（核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）概概 述述脫氧核糖核苷酸：組成脫氧核糖核苷酸：組成DNA核糖核苷酸：組成核糖核苷酸：組成RNAn核核 酸的分類(lèi)酸的分類(lèi) n核酸的分布及功能核酸的分布及功能存在于存在于細(xì)胞核細(xì)胞核和線(xiàn)粒體和線(xiàn)粒體 分布于細(xì)胞核、線(xiàn)粒體、分布于細(xì)胞核、線(xiàn)粒體、細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)(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，并通過(guò)復(fù)制傳遞攜帶遺傳信息，并通過(guò)復(fù)制傳遞給下一代。給下一代。是

3、是DNADNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的傳遞與表達(dá)。某些病毒息的傳遞與表達(dá)。某些病毒RNARNA也可作為遺傳信息的載體也可作為遺傳信息的載體第一節(jié)第一節(jié) 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)n核酸的元素組成核酸的元素組成C、H、O、N、P（910%）與蛋白質(zhì)比較：不含與蛋白質(zhì)比較：不含S，P的含量多且的含量多且 恒定。恒定。n核酸的基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸核酸的基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸核酸核酸核酸酶核酸酶核苷酸核苷酸完全水解完全水解堿基堿基戊糖戊糖磷酸磷酸堿基堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。是含氮的雜環(huán)化合物。堿基堿基嘌呤堿嘌呤堿嘧啶堿嘧啶堿腺嘌呤腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤尿

4、嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中主要存在于主要存在于DNA中中僅存在于僅存在于RNA中中1. 堿基堿基（一）核苷酸的基本組成成分（一）核苷酸的基本組成成分嘌呤嘌呤(purine，Pu) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤(guanine, G)NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)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稀有堿基（稀有堿基（tRNA

5、tRNA中最多）中最多）核酸中除了核酸中除了5種常見(jiàn)的堿基外，還種常見(jiàn)的堿基外，還有一些含量很少的堿基，稱(chēng)為稀有堿基，大多數(shù)為甲基化堿基。有一些含量很少的堿基，稱(chēng)為稀有堿基，大多數(shù)為甲基化堿基。NNHNHNNOCH3CH3NHNHOOHHHHNNNHNNHCH2CHCCH3CH3N,N二甲基鳥(niǎo)嘌呤雙氫尿嘧啶N6-異戊烯腺嘌呤NHNHSO4-巰尿嘧啶2.戊糖戊糖（構(gòu)成（構(gòu)成RNA）1 2 3 4 5 核糖核糖(ribose)（構(gòu)成（構(gòu)成DNA）OHOCH2OHOH脫氧核糖脫氧核糖(deoxyribose)OHOCH2OHOHOH嘌呤嘌呤N-9 -9或或嘧啶嘧啶N-1 -1與核糖與核糖C-1C-1

6、 通過(guò)通過(guò) - -N- -糖苷糖苷鍵鍵相連形成相連形成核糖核苷核糖核苷。1. 核苷的形成核苷的形成HNNNNN92（二）核酸的組成方式（二）核酸的組成方式OOHOHHHHCH2OHH121）核糖核苷）核糖核苷NNNH2O1糖苷鍵連接糖苷鍵連接嘌呤嘌呤N-9 或或嘧啶嘧啶N-1與脫氧核糖與脫氧核糖C-1 通過(guò)通過(guò)-N-糖苷糖苷鍵鍵相連形成相連形成脫氧核糖核苷。脫氧核糖核苷。2）脫氧核糖核苷）脫氧核糖核苷OHOHHHHCH2OHH12NNNH2O1NNNN9NH2糖苷鍵連接糖苷鍵連接核糖核苷或脫氧核糖核苷與磷酸通過(guò)核糖核苷或脫氧核糖核苷與磷酸通過(guò)酯鍵酯鍵結(jié)合構(gòu)結(jié)合構(gòu)成成核糖核苷酸核糖核苷酸或或脫氧

7、核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸。2.核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的形成的形成NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO酯鍵酯鍵3 4 5 3 4 5 NNNN9NH2OHO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO酯鍵酯鍵n核苷酸形成核苷酸形成戊糖戊糖堿基堿基嘌呤堿嘌呤堿嘧啶堿嘧啶堿核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖核苷核苷磷酸磷酸核苷酸核苷酸鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶尿嘧啶胞嘧啶胞嘧啶A G C U T酯鍵酯鍵腺苷腺苷一磷酸(AMP)腺苷二磷酸(ADP)腺苷三磷酸(ATP)HOn多磷酸核苷酸（磷酸基團(tuán)數(shù)目）多磷酸核苷酸（磷酸基團(tuán)數(shù)目）酯鍵酯鍵脫氧

8、腺苷脫氧腺苷一磷酸(dAMP)脫氧腺苷二磷酸(dADP)脫氧腺苷三磷酸(dATP)cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。二信使。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPn環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸核苷酸的生理功能：核苷酸的生理功能：是是DNA、RNA合成的原料；合成的原料；作為輔酶的結(jié)構(gòu)成分：如作為輔酶的結(jié)構(gòu)成分：如NAD+（煙酰胺腺（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）、嘌呤二核苷酸）、NADP+作為能量載體：作為能量載體：ATP是能量通貨；是能量通貨； UTP參參加糖轉(zhuǎn)化、合成，加糖轉(zhuǎn)化、合成，CTP參與嘌呤、蛋白質(zhì)的參與嘌呤、蛋白質(zhì)的合成；合成；調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)功能：cA

9、MP、cGMP 一個(gè)核苷酸戊糖上一個(gè)核苷酸戊糖上3 3 羥基羥基與另與另一個(gè)核苷酸一個(gè)核苷酸5 5 的磷酸的磷酸脫水脫水縮合形縮合形成成3 3,5 ,5- -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵。 兩個(gè)核苷酸分子通過(guò)兩個(gè)核苷酸分子通過(guò)3 3,5 ,5- -磷酸磷酸二酯鍵連接形成二聚核苷酸分二酯鍵連接形成二聚核苷酸分子子. . 多個(gè)核苷酸分子通過(guò)多個(gè)核苷酸分子通過(guò)3 3,5 ,5- -磷酸磷酸二酯鍵連接就形成了二酯鍵連接就形成了多核苷酸多核苷酸。3.多核苷酸的連接多核苷酸的連接5-末端末端3-末端末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵交替的磷酸交替的磷酸和戊糖構(gòu)成和戊糖構(gòu)成鏈鏈的的骨架骨架5 3多核苷酸鏈具多核苷酸鏈具

10、有有方向性：方向性： 5 3 有兩個(gè)末端：有兩個(gè)末端： 5末端末端 3末端末端多聚核苷酸特點(diǎn)多聚核苷酸特點(diǎn)A G P5 P T PG PC PT P OH 3 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 n多核苷酸鏈的表示方法多核苷酸鏈的表示方法n定義定義核酸中核苷酸的排核酸中核苷酸的排列順序，即核酸序列。列順序，即核酸序列。由于核酸中核苷酸由于核酸中核苷酸間的差異主要是堿基不間的差異主要是堿基不同，所以也稱(chēng)為同，所以也稱(chēng)為堿基序堿基序列列。55端端3端端CGA4.核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)nDNA和和RNA的區(qū)別的區(qū)別核糖核糖 A、U、C、G、T和和稀有堿基稀有

11、堿基RNA脫氧核糖脫氧核糖 A、T 、C、GDNA堿基堿基核糖核糖核酸核酸一、一、DNADNA的空間結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)( (spatial structure) )： 定義：定義：構(gòu)成構(gòu)成DNADNA的所有原子在三維空間的的所有原子在三維空間的相對(duì)位置關(guān)系。相對(duì)位置關(guān)系。第二節(jié)第二節(jié) DNADNA的空間結(jié)構(gòu)與功能的空間結(jié)構(gòu)與功能二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)超級(jí)結(jié)構(gòu)超級(jí)結(jié)構(gòu)分類(lèi)分類(lèi)（一）、（一）、DNADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)1.定義：定義： 主要指主要指兩條兩條DNA單鏈單鏈結(jié)合形成的結(jié)合形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)。3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1 1）兩條）兩條DNA單鏈單鏈反反向平行向平行

12、形成形成右手右手雙雙螺旋結(jié)構(gòu)；螺旋結(jié)構(gòu)；（2 2）雙螺旋的）雙螺旋的表面表面形形成成大溝大溝和和小溝小溝；磷；磷酸和脫氧核糖酸和脫氧核糖骨架骨架位于雙螺旋的位于雙螺旋的表面表面，堿基堿基位于內(nèi)側(cè)；位于內(nèi)側(cè)；3.54 nm2. 37 nm小溝小溝大溝大溝親水性的磷酸和脫親水性的磷酸和脫氧核糖構(gòu)成的氧核糖構(gòu)成的骨架骨架位于雙螺旋的位于雙螺旋的表面。表面。 疏水性的疏水性的堿基堿基位于位于雙鏈的雙鏈的內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)。骨架與堿基骨架與堿基 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（3 3）每個(gè)）每個(gè)螺旋螺旋含含10.510.5個(gè)堿基對(duì)，個(gè)堿基對(duì)，螺距螺距3.54nm3.54nm，垂直于螺，垂直于螺旋軸相鄰的旋

13、軸相鄰的堿基平堿基平面面間距離間距離0.34nm0.34nm, ,螺旋螺旋直徑直徑2.37nm2.37nm3.54 nm2. 37 nm（4 4）維持雙螺旋的穩(wěn)維持雙螺旋的穩(wěn)定的力量是定的力量是堿基堆堿基堆積力積力和堿基之間的和堿基之間的氫鍵氫鍵(A=T,CG)；（1）氫鍵）氫鍵1：A/T（堿基互補(bǔ)配對(duì)（堿基互補(bǔ)配對(duì) ）維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化學(xué)鍵維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化學(xué)鍵氫鍵氫鍵2: G/C2: G/C（堿基互補(bǔ)配對(duì)）（堿基互補(bǔ)配對(duì)） 上下層堿基之間的疏水作用稱(chēng)為上下層堿基之間的疏水作用稱(chēng)為堿基堆積力堿基堆積力(base stacking interaction)。 堿基堆積力堿基堆積力和互補(bǔ)

14、堿基對(duì)的和互補(bǔ)堿基對(duì)的氫鍵氫鍵共同維系著共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。（2）堿基堆積）堿基堆積力力（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（四）（四）DNA的多鏈螺旋結(jié)構(gòu)的多鏈螺旋結(jié)構(gòu) 三鏈結(jié)構(gòu)三鏈結(jié)構(gòu) Hoogsteen氫鍵氫鍵v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)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。vHoogsteen氫鍵，不破壞氫鍵，不破

15、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)。三鏈結(jié)構(gòu)三鏈結(jié)構(gòu)真核生物真核生物DNA3 3 - -末末端是富含端是富含GT的多次的多次重復(fù)序列，重復(fù)序列，因而自因而自身身形成了折疊的四形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。鏈結(jié)構(gòu)。四鏈結(jié)構(gòu)四鏈結(jié)構(gòu)四鏈結(jié)構(gòu)鳥(niǎo)嘌呤之間通過(guò)Hoogsteen氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)(tetraplex)。DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的定義： DNA在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲折疊形成的超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋：盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相同負(fù)超螺旋：盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反分類(lèi)：（一）概述1.

16、超螺旋超螺旋DNA比松弛型比松弛型DNA更緊密，使更緊密，使DNA分子的體積變得更小，得以包裝在細(xì)胞內(nèi)。分子的體積變得更小，得以包裝在細(xì)胞內(nèi)。2.超螺旋會(huì)影響雙螺旋分子的解旋能力，從而超螺旋會(huì)影響雙螺旋分子的解旋能力，從而影響到影響到DNA與其他分子之間的相互作用。與其他分子之間的相互作用。3.超螺旋有利于超螺旋有利于DNA的轉(zhuǎn)錄，復(fù)制及表達(dá)調(diào)控的轉(zhuǎn)錄，復(fù)制及表達(dá)調(diào)控。 超螺旋結(jié)構(gòu)的意義超螺旋結(jié)構(gòu)的意義1. 原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)（二）原核與真核生物的超螺旋結(jié)構(gòu)類(lèi)核結(jié)構(gòu) 在細(xì)胞周期的在細(xì)胞周期的大部分時(shí)間大部分時(shí)間里，里，DNA以松散的以松散的染色染色質(zhì)質(zhì)(chromatin)形式存在

17、，在細(xì)胞形式存在，在細(xì)胞分裂期分裂期，則形成高度，則形成高度致密的致密的染色體染色體(chromosome)。 2. 2.真核生物真核生物DNADNA高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)1）染色質(zhì)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)（的結(jié)構(gòu)（DNA染色質(zhì)的電鏡圖像）染色質(zhì)的電鏡圖像） DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)串珠樣結(jié)構(gòu)。 染色質(zhì)的基本單位是染色質(zhì)的基本單位是核小體核小體。 核小體的結(jié)構(gòu)核小體的結(jié)構(gòu)核心顆粒核心顆粒2分子分子H2B、H2A、H3和和H4核心組蛋白核心組蛋白1.75圈圈DNA雙鏈雙鏈DNA雙鏈雙鏈連接區(qū)連接區(qū)H1DNA雙鏈約雙鏈約60bp150bp150bp60bp60bp

18、染色體染色體核小體相連構(gòu)成串核小體相連構(gòu)成串珠狀的珠狀的染色質(zhì)細(xì)絲染色質(zhì)細(xì)絲染色質(zhì)細(xì)絲進(jìn)一步染色質(zhì)細(xì)絲進(jìn)一步盤(pán)繞成外徑為盤(pán)繞成外徑為30nm的的染色質(zhì)纖染色質(zhì)纖維空管維空管，每圈，每圈6個(gè)個(gè)核小體組成，核小體組成，H1位于螺旋管內(nèi)側(cè)。位于螺旋管內(nèi)側(cè)。染色質(zhì)纖維空管染色質(zhì)纖維空管進(jìn)一步卷曲折疊進(jìn)一步卷曲折疊形成形成染色質(zhì)纖維染色質(zhì)纖維2）染色體的形成）染色體的形成真核生物DNA組裝.mov三、三、DNA的生物學(xué)功能的生物學(xué)功能vDNA是遺傳信息的載體是遺傳信息的載體 DNA分子中分子中A、T、C、G的排列順序中蘊(yùn)藏的排列順序中蘊(yùn)藏著遺傳信息著遺傳信息vDNA 為基因信息復(fù)制、轉(zhuǎn)錄提供模板為基因信

19、息復(fù)制、轉(zhuǎn)錄提供模板 vDNA突變會(huì)引起疾病或物種變異（進(jìn)化突變會(huì)引起疾病或物種變異（進(jìn)化）第三節(jié)第三節(jié) RNARNA分子的結(jié)構(gòu)與功能分子的結(jié)構(gòu)與功能 功能功能：RNARNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)基因的表達(dá)和和表達(dá)過(guò)表達(dá)過(guò)程的調(diào)控程的調(diào)控。 RNA分子組成分子組成：堿基：堿基A、G、C、U 核糖核糖2位都有羥基位都有羥基 大小大小：RNA比比DNA小；小； 通常以通常以單鏈單鏈形式存在，但也有局部雙鏈區(qū)，具有二形式存在，但也有局部雙鏈區(qū)，具有二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。 RNA的的種類(lèi)、大小和結(jié)構(gòu)種類(lèi)、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出表現(xiàn)出多樣性多樣性。RNA的種類(lèi)

20、、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 tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/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RN

21、A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RNAhnRNA 內(nèi)含子(intron)mRNA 外顯子(exon)一、一、信使信使R

22、NA (messenger RNA, mRNA)（一）初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（一）初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物-核不均一核不均一RNA(hnRNA)，含，含有外顯子有外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron)；需要經(jīng)過(guò)剪切加；需要經(jīng)過(guò)剪切加工后成為成熟的工后成為成熟的mRNA，作為蛋白質(zhì)合成的模板作為蛋白質(zhì)合成的模板。 mRNA種類(lèi)很多，但含量很少種類(lèi)很多，但含量很少（25）；）；mRNA壽命最短，不穩(wěn)定；壽命最短，不穩(wěn)定；1.成熟的真核生物成熟的真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)53m7GpppAAAAn3非翻譯區(qū)5非翻譯區(qū)編碼區(qū)AUGUAA5 非編碼區(qū)非編碼區(qū)3 非編碼區(qū)非編碼區(qū)（二）（二）mRNAONN

23、NNNH2OOCH3OHHHCH2HOPO-OOHNNNOH2NNOOHHHHCH2HOHOPOO-CH3PO-O5235m7G -ppp- 5-mRNAmRNA1）真核生物）真核生物mRNA 5末端帽子結(jié)構(gòu)末端帽子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：特點(diǎn)：5-5連接、三個(gè)磷酸基團(tuán)、含有甲基連接、三個(gè)磷酸基團(tuán)、含有甲基帽子結(jié)構(gòu)功能v由于甲基化，保護(hù)由于甲基化，保護(hù)mRNA不被外切酶水解不被外切酶水解,維維持其持其穩(wěn)定性穩(wěn)定性（NO.1）v與核糖體識(shí)別，與翻譯起始相關(guān)與核糖體識(shí)別，與翻譯起始相關(guān)v與與CBP（cap binding protein）結(jié)合）結(jié)合 mRNA從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、與核糖體結(jié)合、與從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)

24、轉(zhuǎn)運(yùn)、與核糖體結(jié)合、與翻譯起始因子結(jié)合、翻譯起始因子結(jié)合、mRNA穩(wěn)定性的維持等均起到穩(wěn)定性的維持等均起到重要作用重要作用2）真核生物）真核生物mRNA3末端多聚腺苷酸尾末端多聚腺苷酸尾 poly(A) AAAA.AAAA-3 80-250個(gè)個(gè)5增強(qiáng)增強(qiáng)mRNAmRNA的穩(wěn)定性；的穩(wěn)定性；有利于有利于mRNAmRNA從細(xì)胞核向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)；從細(xì)胞核向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)；促進(jìn)促進(jìn)mRNAmRNA與核糖體、翻譯起始因子的結(jié)合。與核糖體、翻譯起始因子的結(jié)合。10-2010-20個(gè)腺苷酸單體結(jié)合一個(gè)個(gè)腺苷酸單體結(jié)合一個(gè)PABPPABPpoly(A)poly(A)結(jié)合結(jié)合蛋白蛋白 帽子結(jié)構(gòu)和多聚帽子結(jié)構(gòu)和多聚A

25、A尾的功能尾的功能( (結(jié)合蛋白）結(jié)合蛋白） mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼 ，從從5 至至3 方向方向 mRNA分子上分子上由由AUG開(kāi)始開(kāi)始，每，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上一個(gè)氨基個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上一個(gè)氨基酸酸,稱(chēng)為稱(chēng)為一個(gè)密碼子一個(gè)密碼子或或三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼。起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden):UAA，UAG，UGA 3）mRNA 堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列53m7GpppAAAAn3非翻譯區(qū)5非翻譯區(qū)編碼區(qū)AUGUAA5 非編碼區(qū)非編碼區(qū)3 非編碼

26、區(qū)非編碼區(qū)開(kāi)閱放讀框開(kāi)閱放讀框（open reading frame）:ORF二、轉(zhuǎn)運(yùn)二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transfer RNA, tRNA) tRNA 的功能的功能 在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體, 將氨基酸轉(zhuǎn)呈給核糖體。將氨基酸轉(zhuǎn)呈給核糖體。 組成：組成：tRNA由由7495核苷酸組成，種類(lèi)多，占核苷酸組成，種類(lèi)多，占細(xì)胞總細(xì)胞總RNA的的15%； 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： tRNA分子具有很好的穩(wěn)定性。分子具有很好的穩(wěn)定性。tRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1、tRNA中含有多種稀有堿基（中含有多種稀有堿基（10-20%）2、 tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草型二

27、級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草型氨基酸氨基酸接受臂接受臂反密碼子反密碼子tRNA具有局部的具有局部的莖環(huán)莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)或發(fā)發(fā)卡卡(hairpin)結(jié)構(gòu)，使其具結(jié)構(gòu)，使其具有三葉草結(jié)構(gòu)。有三葉草結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 氨基酸臂氨基酸臂 DHU環(huán)環(huán) 反密碼環(huán)反密碼環(huán) TC環(huán)環(huán) 額外環(huán)額外環(huán) （1）tRNA的的3 端均有端均有CCA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)tRNAtRNA的的3 3 - -末末端都是以端都是以CCACCA結(jié)尾。結(jié)尾。3 3 - -末末端的端的A A與氨基酸共價(jià)與氨基酸共價(jià)連結(jié)，連結(jié)，tRNAtRNA成為了氨基酸成為了氨基酸的的載體載體。不同的不同的tRNAtRNA可以結(jié)合可以結(jié)合不同不同的氨基酸的

28、氨基酸。 tRNA的反密碼子環(huán)的反密碼子環(huán)上有一個(gè)由三個(gè)核上有一個(gè)由三個(gè)核苷酸構(gòu)成的反密碼苷酸構(gòu)成的反密碼子子(anticodon)。tRNA上的反密碼子上的反密碼子依照堿基互補(bǔ)的原依照堿基互補(bǔ)的原則識(shí)別則識(shí)別mRNA上的上的密碼子。密碼子。（2）tRNA的反密碼子識(shí)別的反密碼子識(shí)別mRNA的密碼子的密碼子3、 tRNA三級(jí)結(jié)構(gòu)是三級(jí)結(jié)構(gòu)是倒倒 L 型型1. rRNA的功能的功能 rRNA和和多種蛋白質(zhì)結(jié)合形成一種大的核糖核多種蛋白質(zhì)結(jié)合形成一種大的核糖核蛋白顆粒，稱(chēng)為核糖體，是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)蛋白顆粒，稱(chēng)為核糖體，是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。所。三、核糖體三、核糖體RNA (ribosomal

29、 RNA, rRNA)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5S rRNA23S rRNA16S rRNA 2. 2.不同生物核糖體的組成不同生物核糖體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）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

30、120個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸28S5.8S5S4718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%mRNA、tRNA、rRNA的功能的功能vmRNA：把把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基所攜帶的遺傳信息，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質(zhì)的氨基酸排列順序決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序vtRNA：活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯白質(zhì)的翻譯vrRNA：參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物參與組成核蛋白體，作為

31、蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。合成的場(chǎng)所。四、細(xì)胞內(nèi)其他四、細(xì)胞內(nèi)其他RNAnsnmRNAs細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類(lèi)的小分子細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類(lèi)的小分子RNARNA，統(tǒng)稱(chēng)為統(tǒng)稱(chēng)為非非mRNAmRNA小小RNARNA(small(small non-messenger RNAs, non-messenger RNAs, snmRNAs)snmRNAs)。包括了核內(nèi)小。包括了核內(nèi)小RNARNA、核仁小、核仁小RNARNA、胞質(zhì)小、胞質(zhì)小RNARNA、催化性小催化性小RNARNA、小片段干涉、小片段干涉RNARNA nsnmRNAs的功能的功能主要參與主要參與hnRNAhnRNA和和rR

32、NArRNA轉(zhuǎn)錄后的加工、轉(zhuǎn)運(yùn)以及轉(zhuǎn)錄后的加工、轉(zhuǎn)運(yùn)以及基因表達(dá)的調(diào)控過(guò)程。基因表達(dá)的調(diào)控過(guò)程。n核酶核酶具有催化具有催化RNARNA降解作用的小降解作用的小RNARNA亦被稱(chēng)為亦被稱(chēng)為核酶核酶(ribozyme)或或催化性小催化性小RNA(catalytic RNA)。 核酸核酸核苷酸核苷酸核酸酶核酸酶3-5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵堿基堿基核糖核糖磷酸磷酸多多元元酸酸高高分分子子化化合合物物第四節(jié)第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)紫外吸收紫外吸收變性和復(fù)性變性和復(fù)性一、核酸的一般理化性質(zhì)一、核酸的一般理化性質(zhì)2.核酸的酸堿性核酸的酸堿性（磷酸基）（磷酸基） 核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性。在酸性

33、條件時(shí)比較核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性。在酸性條件時(shí)比較穩(wěn)定；堿性時(shí)易降解。穩(wěn)定；堿性時(shí)易降解。1.核酸的高分子性質(zhì)核酸的高分子性質(zhì)（高分子化合物）（高分子化合物） 粘度：粘度：DNARNA dsDNA ssDNA 沉降行為沉降行為:不同構(gòu)象的核酸分子的沉降的速率有很大不同構(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)。差異，這是超速離心法提取和純化核酸的理論基礎(chǔ)。（一）核酸紫外吸收的原因：（一）核酸紫外吸收的原因：二、核酸的紫外吸收二、核酸的紫外吸收 嘌呤和嘧啶堿基中都含有嘌呤和嘧啶堿基中都含有共軛雙鍵共軛雙鍵，而共軛雙，而共軛雙鍵具有鍵具有紫外吸收紫外吸收的

34、性質(zhì)，所以堿基乃至核苷酸都具有的性質(zhì)，所以堿基乃至核苷酸都具有紫外吸收的性質(zhì)。紫外吸收的性質(zhì)。（二）核苷酸的紫外吸收光譜（二）核苷酸的紫外吸收光譜由于由于核苷酸中共軛雙鍵的核苷酸中共軛雙鍵的存在，所以核酸存在，所以核酸在波長(zhǎng)在波長(zhǎng) 260nm 處有強(qiáng)烈的吸收，這一特性常處有強(qiáng)烈的吸收，這一特性常用作核酸的定性和定量分析。用作核酸的定性和定量分析。1.DNA或或RNA的定量的定量 A260 = 1.0 相當(dāng)于相當(dāng)于 50g/ml 雙鏈雙鏈DNA(dsDNA) 40g/ml 單鏈單鏈DNA (ssDNA or RNA) 20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸2.確定樣品中核酸的純度確定樣品中核酸的純度 純

35、純 DNA: A260/A280 = 1.8 純純 RNA: A260/A280 = 2.0（三）紫外吸收的應(yīng)用（三）紫外吸收的應(yīng)用三、核酸的變性、復(fù)性、雜交三、核酸的變性、復(fù)性、雜交1.定義：在某些理化因素作用下，定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)雙鏈解開(kāi) 成兩條單鏈成兩條單鏈的過(guò)程。的過(guò)程。2.本質(zhì)：本質(zhì)：雙鏈間氫鍵的斷裂雙鏈間氫鍵的斷裂。3.變性的理化因素：變性的理化因素：高溫、低鹽、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等高溫、低鹽、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等。（一）（一）DNA變性變性（denaturation）增色效應(yīng)增色效應(yīng)(hyperchromic effect)：DNA變性變性時(shí)更多共軛雙鍵暴露導(dǎo)致其溶液時(shí)更

36、多共軛雙鍵暴露導(dǎo)致其溶液OD260增高增高的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 DNA解鏈時(shí)的紫外吸收變化解鏈時(shí)的紫外吸收變化4.結(jié)果：粘度降低、紫外吸收增加。結(jié)果：粘度降低、紫外吸收增加。DNA的解鏈曲線(xiàn)的解鏈曲線(xiàn)連續(xù)加熱連續(xù)加熱DNA的過(guò)程的過(guò)程中以溫度相對(duì)于中以溫度相對(duì)于OD260值值作圖，所得的曲線(xiàn)稱(chēng)為作圖，所得的曲線(xiàn)稱(chēng)為解解鏈曲線(xiàn)鏈曲線(xiàn)。 解鏈溫度解鏈溫度 (melting temperature，Tm)解解鏈過(guò)程中，紫外吸光度的鏈過(guò)程中，紫外吸光度的變化達(dá)到最大變化值的一變化達(dá)到最大變化值的一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度（半時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度（50的的DNA雙螺旋解鏈）。雙螺旋解鏈）。Tm與鏈長(zhǎng)度、與鏈長(zhǎng)度、 GC含量、溶液含量、溶液離子強(qiáng)度有關(guān)。離子強(qiáng)度有關(guān)。6.加熱變性的研究加熱變性的研究G+C 含量越高，解鏈溫度就越高。含量越高，解鏈溫度就越高。解鏈曲線(xiàn)的變化解鏈曲線(xiàn)的變化當(dāng)變性條件緩慢地除去后，兩條解離當(dāng)變性條件