核酸的结构与功能-姜立-2003界正式研究生

1、第一军医大学第一军医大学生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室姜立姜立 1869年，F.Miescher从脓细胞中提取到一种富含磷元素的酸性化合物,因存在于细胞核中而将它命名为核质。核酸这一概念直到二十年后才被正式启用。早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一般化学成分，没有人注意到它在生物体内有什么功能这样的重要问题核酸的发现核酸的发现日新月异的进展日新月异的进展Crick于1958年提出的分子遗传中心法则Temin于1970年阐明了反转录现象的机制1975年 Sanger发明的DNA测序加减法1986年Dulbecco 在“Science”首次提出“人类基因组计划”1990年，HG

2、P计划启动2000年6月，该计划完成，人类进入“基因功能组计划”核酸的化学组成核酸的化学组成核酸是生物体内的高分子化合物。它包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA和RNA都是由一个一个核苷酸(nucleotide)头尾相连而形成的核酸的基本组成单位是核苷酸，而核苷酸是由碱基、戊糖和磷酸三种成分连接而成核酸核酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖戊糖与脱氧戊糖戊糖与脱氧戊糖riboseDeoxyribose五种碱基的结构示意图五种碱基的结构示意图ATUCGDNA与与RNA中的碱基中的碱基n A（腺嘌呤）A（腺嘌呤）n T（胸腺嘧啶）nU（尿嘧

3、啶）n C（胞嘧啶）C（胞嘧啶）n G（鸟嘌呤） G（鸟嘌呤）核苷的基本结构核苷的基本结构核 苷（nucleoside)：由D核糖或D2脱氧核糖与嘌呤或嘧啶通过糖苷键连接组成的化合物。核酸中的主要核苷有八种。左图是腺苷的结构式。各 种 常 见 核 苷碱基核糖核苷脱氧核糖核苷腺嘌呤腺嘌呤核苷腺嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤鸟嘌呤核苷鸟嘌呤脱氧核苷胞嘧啶胞嘧啶核苷胞嘧啶脱氧核苷尿嘧啶尿嘧啶核苷胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷核苷酸的基本结构核苷酸的基本结构 核苷酸(nucleotide)：核苷与磷酸残基构成的化合物，即核苷的磷酸酯。核苷酸是核酸分子的结构单元。核酸分子中的磷酸酯键是在戊糖C-3和C-5所连的羟基上形成

4、的，故构成核酸的核苷酸可视为3-核苷酸或5-核苷酸。常见的核苷酸常见的核苷酸碱基核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸腺嘌呤腺嘌呤核苷酸（AMP）腺嘌呤脱氧核苷酸(dAMP)鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸（GMP）鸟嘌呤脱氧核苷酸(dGMP)胞嘧啶胞嘧啶核苷酸（CMP）胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP)尿嘧啶尿嘧啶核苷酸（UMP）胸腺嘧啶胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTMP)核苷酸彼此间的连接核苷酸彼此间的连接 33，55磷酸二酯键磷酸二酯键：核酸相邻二个核苷酸之间，的连接键即：3，5磷酸二酯键。这种连接可理解为核苷酸糖基上的3位羟基与相邻5核苷酸的磷酸残基之间，以及核苷酸糖基上的5位羟基与相邻3核苷酸的磷酸残基之间形成的两个酯键。

5、多个核苷酸残基以这种方式连接而成的链式分子就是核酸。核酸的一级结构核酸的一级结构DNA与RNA的一级结构是指其中核苷酸的排列顺序，由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，因此也称为碱基序列。多聚核苷酸链，具有严格的方向性，由前一核苷酸的的3-OH与下一位核苷酸的5位磷酸间形成3,5磷酸二酯链，从而构成没有分支的线性大分子。核酸的双螺旋结构核酸的双螺旋结构1。DNA是一反向平行的互补双链结构2。DNA是右手螺旋结构3。DNA双螺旋结构稳定的维系4。DNA链的多样性DNA是反向平行的互补双链结构是反向平行的互补双链结构1。亲水的核糖基与磷酸基骨架位于双链的外侧2。不同的碱基对位于双链内侧3。碱基配对按照

6、互补原则4。碱基间以氢键相连5。两条链呈反向平行DNA分子的超螺旋结构分子的超螺旋结构DNA的功能的功能基本功能：作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板，是生命遗传繁殖的物质基础。基因(gene)：DNA分子中的某一区段，通过复制可以遗传给子代，经过转录和翻译可以保证支持生命活动的各种蛋白质在细胞内有序的合成。不同基因的差异实质是碱基排列顺序的差异。基因碱基序列的不同决定了相应蛋白质氨基酸顺序的不同。基因组(genome): 一个生物体的全部基因序列RNA的空间结构与功能的空间结构与功能动物细胞内主要RNA的种类及功能 细胞核和胞液线粒体功能核蛋白体核蛋白体RNARNArRNAmt rRN

7、A核蛋白体组成成分信使信使RNARNAmRNA mt mRNA 蛋白质合成模板转运转运RNARNAtRNA mt tRNA转运氨基酸不均一核RNAHnRNAmRNA成熟的前体小核RNASnRNA参与hnRNA的剪接 、转运小核仁RNASnoRNArRNA的加工与修饰小胞质RNAscRNA/7SL-RNA蛋白质内质网定位合成的 信号识别体的组成成分信使信使RNA的结构与功能的结构与功能n成熟的mRNA的结构特点：n由编码区和非编码区构成n5端的m7GpppNm 帽子结构(cap sequence)n3末端的多聚腺苷酸(poly A)结构，即多聚A尾。信使信使RNA的功能的功能 mRNA mRNA

8、的功能：的功能： 把核内DNA的碱基顺序(遗传信息)，按照碱基互补原则，转录并传送到胞质，翻译成蛋白质的氨基酸序列。 三联体密码：三联体密码： mRNA上每3个相邻的核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸，称为三联体密码。转运转运RNA的结构与功能的结构与功能核酸的理化性质核酸的理化性质1 1。多元酸，较强的酸性。多元酸，较强的酸性2 2。DNADNA是线性高分子，粘度大；是线性高分子，粘度大；RNARNA相反相反3 3。DNADNA易被机械力损坏易被机械力损坏4 4。有紫外吸收的特性。有紫外吸收的特性DNA的变性的变性DNADNA变性变性：在某些理化因素作用下，DNA分子互补碱基对之间的氢键断

9、裂，使DNA双螺旋结构松散，变成单链，即为DNA变性增色效应增色效应：加热时，DNA的双链发生解链，过程中，DNA的A260吸光度增加，并与解链程度有一定的比例关系融解温度（融解温度（TmTm）：DNA的变性从开始到解链是在一个相当窄的温度范围内完成的，在此范围内，吸光度值达到最大值的50%时的温度称为DNA的融解温度DNA复性与分子杂交复性与分子杂交DNADNA复性复性：变性：变性DNADNA在适当条件下，两条互补链可重在适当条件下，两条互补链可重新恢复到天然的双螺旋状态的现象称为新恢复到天然的双螺旋状态的现象称为DNADNA的复性的复性退火退火：热变性的：热变性的DNADNA经缓慢冷却后即

10、可复性的过程经缓慢冷却后即可复性的过程核酸分子杂交核酸分子杂交：在：在DNADNA复性过程中，如果将不同的复性过程中，如果将不同的DNADNA单链分子放在同一溶液中，或者将单链分子放在同一溶液中，或者将DNADNA和和RNARNA分分子放在一起，双链分子的再形成既可发生在序列子放在一起，双链分子的再形成既可发生在序列完全互补的核酸分子间，也可以发生在那些碱基完全互补的核酸分子间，也可以发生在那些碱基序列部分互补的序列部分互补的DNADNA间或间或DNADNA与与RNARNA间的现象间的现象DNA增色效应增色效应核酸酶核酸酶核酸酶定义核酸酶定义： 可以水解核酸的酶。可以水解核酸的酶。核酸酶分类核酸酶分类按酶作用底物的不同按酶作用底物的不同 ： DNADNA酶酶( (DNase)DNase) RNA RNA酶酶( (RNase)RNase)按酶作用部位的不同：核酸外切酶按酶作用部位的不同：核酸外切酶 核酸内切酶核酸内切酶限制性内切酶：具有严格序列依赖性的一类内切酶。限制性内切酶：具有严格序列依赖性的