生物化学第二章课件——《核酸化学》 [自动保存]

1、第二章第二章 核酸化学核酸化学第一节第一节 核酸的概述核酸的概述 第二节第二节 核苷酸核苷酸 第三节第三节 核酸的结构核酸的结构 第四节第四节 核酸的提取、分离和测定核酸的提取、分离和测定 第五节第五节 核酸的变性、复性与杂交核酸的变性、复性与杂交 学习要求掌握掌握DNADNA和和RNARNA在组成、结构和功能上的差异。在组成、结构和功能上的差异。 掌握掌握DNADNA双螺旋模型的要点，以及模型在生物双螺旋模型的要点，以及模型在生物学上的意义。学上的意义。 掌握几种类型掌握几种类型RNARNA结构特征。结构特征。 掌握核酸的性质，及核酸的变性和复性。掌握核酸的性质，及核酸的变性和复性。1 1染

2、色体和基因染色体和基因2 2核酸核酸第一节第一节 核酸的概述核酸的概述在生物细胞核中存在着一种能被碱性染在生物细胞核中存在着一种能被碱性染料着色的螺旋集缩体，它是由核酸、料着色的螺旋集缩体，它是由核酸、 组组蛋白、非组蛋白等组成，称此物质为染色蛋白、非组蛋白等组成，称此物质为染色体。体。经典遗传学认为，染色体和基因（遗传经典遗传学认为，染色体和基因（遗传因子）间有平行现象，基因存在于染色体因子）间有平行现象，基因存在于染色体上，基因在遗传中具有完整性，随染色体上，基因在遗传中具有完整性，随染色体的分裂、配对而进行独立的分配。的分裂、配对而进行独立的分配。 复制复制分开分开核酸的发现和研究工作进

3、展 1868年年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核素核素” 1944年年 Avery等人证实等人证实DNA是遗传物质是遗传物质 1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构 1958年年 Crick提出遗传信息传递的提出遗传信息传递的中心法则中心法则 1961年年 Jacob和和Monod提出提出操纵子学说操纵子学说 1965年年 Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码 1970年年 Temin和和Baltimore发现发现逆转录酶逆转录酶 1981年年 Gilbert和和Sanger建立建立DNA 测序方法测序方法 19

4、85年年 Mullis发明发明PCR 技术技术 1990年年 美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划(HGP) 1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动 2001年年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架美、英等国完成人类基因组计划基本框架1868年，从外科从外科绷带上的脓细胞绷带上的脓细胞的细胞核中分离的细胞核中分离得到一种含磷较得到一种含磷较高的酸性物质，高的酸性物质，称之为核素。称之为核素。（nucleinnuclein）核素实质是一核素实质是一种核糖核蛋白。种核糖核蛋白。瑞士科学家瑞士科学家 F.Miescher F.Miescher1944年年 Avery等人

5、证实等人证实DNA是遗传物质是遗传物质l1944 Avery 1944 Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验；等成功进行肺炎球菌转化试验；19521952年，美国冷泉港年，美国冷泉港 Hershey-ChaseHershey-Chase噬菌体浸染细菌的实验噬菌体浸染细菌的实验。( (侵染大肠杆菌的病毒侵染大肠杆菌的病毒) )35S32P1953 Watson1953 Watson和和CrickCrick提出提出DNADNA结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型19196262年年获获得得诺诺贝贝尔尔生生理理学学或或医医学学奖奖(25y)(35y)(35y)蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复

6、制复制复制复制DNARNA 按照自身的结构将遗传信息精确复制传递给子代 作为模板将储存的遗传信息传给mRNA1958年年 Crick提出遗传信息传递的提出遗传信息传递的中心法则中心法则1970年年 Temin和和Baltimore发现发现逆转录酶逆转录酶1985年年 Mullis发明发明PCR 技术技术16 核酸以核苷酸为基本结构单位,按照一定的排列顺序,以3，5-磷酸二酯键相连接,并通过折叠、卷曲形成具有特定生物学功能的线形或环形多聚核苷酸。核酸与蛋白质一样，是一切生物有机体不可缺少的组成部分。 核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞

7、分化等过程中起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。 因此，核酸的研究是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。核酸的种类、分布和生物功能 90%90%以上分布于细胞核，其余分布于以上分布于细胞核，其余分布于核外核外如线粒体，叶绿体，质粒等。如线粒体，叶绿体，质粒等。9 90%0%分布胞液分布胞液，10%10%分布胞核分布胞核(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。

8、参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。信使信使RNA转移转移RNA核糖体核糖体RNA核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid-ribonucleic acid-RNARNA） 转移转移RNA(transfer RNA-RNA(transfer RNA-tRNAtRNA) ) 信使信使RNA(messenger RNA-RNA(messenger RNA-mRNAmRNA) ) 核糖体核糖体RNARNA（ribosomal RNA-ribosomal RNA-rRNArRNA）脱氧核糖核酸脱氧核糖

9、核酸（deoxyribonucleic acid- deoxyribonucleic acid- DNADNA）真核生物真核生物原核生物原核生物 DNA细胞核（95%）线粒体、叶绿体（5%）核质区（拟核） RNA细胞质（75%）线粒体、叶绿体（15%）细胞核（10%）细胞质第二节第二节 核酸核酸 核酸核酸(nucleic acid) 由碱基碱基（嘌呤和嘧啶）、戊糖戊糖和磷酸磷酸组成的高分子物质，是生物体的基本组成，携带和传递遗传信息。 核酸的化学组成核酸的化学组成 主要元素：主要元素：C、H、O、N、P 与蛋白质比较，核酸一般不与蛋白质比较，核酸一般不含含S，而，而P的含量较为稳定，的含量较为

10、稳定，占占911% 实验室中用实验室中用定磷法定磷法进行核酸的定量分析。进行核酸的定量分析。（DNA9.9% 、RNA9.5%）核苷与核苷酸核苷与核苷酸2.2 体内重要的游离核苷酸及其衍生物体内重要的游离核苷酸及其衍生物2.3 核苷酸的理化性质核苷酸的理化性质2.4 核苷酸的连接方式核苷酸的连接方式2.1 核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖嘌呤：嘌呤：A、G嘧啶：嘧啶：C、T、U脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖核苷酸核苷酸 核酸的基本结构单位是核苷酸核苷酸(nucleotide) DNA,RNADNA,RNA中主要的碱基、核苷中主要的碱基、核苷 戊糖戊糖 碱基碱基 核苷核苷 RNA RNA

11、D-D-核糖核糖 A A 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 G G 鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷 C C 胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷 U U 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷DNA DNA D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖 A A 脱氧腺嘌呤核苷脱氧腺嘌呤核苷 G G 脱氧鸟嘌呤核苷脱氧鸟嘌呤核苷 C C 脱氧胞嘧啶核苷脱氧胞嘧啶核苷 T T 脱氧胸腺嘧啶核苷脱氧胸腺嘧啶核苷核糖核糖核苷核苷脱氧核脱氧核糖核苷糖核苷戊糖戊糖（构成（构成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH-D-核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）OHOCH2OHOH-D-脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)H碱基碱基嘌呤嘌呤(purin

12、e) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine)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 酮式烯醇 C=O C-OH N N 受介质pH影响在生理pH下，在生物体内，碱基多以酮式存在。核苷核苷 核苷核苷：A、G、C、U； 脱氧核苷脱氧核苷：dA、dG、dC、dT N-糖苷键：糖苷键：糖与碱基之间的C-N键胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌

13、呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH21 911 修饰核苷修饰核苷 核酸中还存在少量修饰核酸中还存在少量修饰核苷，有三种：核苷，有三种： 由由稀有碱基稀有碱基参与，如：参与，如： 5-5-甲基脱氧胞苷，甲基脱氧胞苷， 次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷 由由稀有戊糖稀有戊糖参与，如参与，如： 2 2 - -O- -甲基胞苷甲基胞苷 碱基与戊糖连接方式特碱基与戊糖连接方式特殊殊，如：，如： 假尿苷假尿苷（）C C 1 1-C-C5 5 5-5-甲基脱氧胞苷甲基脱氧胞苷2

14、-O-2-O-甲基胞苷甲基胞苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷假尿苷（假尿苷（） DNADNA的甲基化导致基因沉默的甲基化导致基因沉默POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 核苷酸核苷酸(ribonucleotide)5 53 32 2 腺腺嘌嘌呤呤 A 鸟鸟嘌嘌呤呤 G 胞胞嘧嘧啶啶 C 尿尿嘧嘧啶啶 U 胸胸腺腺嘧嘧啶啶

15、 T RNA AMP GMP CMP UMP 未未发发现现 DNA dAMP dGMP dCMP 未未发发现现 dTMP lRNARNA的名称为某（单、二、三）苷酸，的名称为某（单、二、三）苷酸，DNADNA在某在某（单、二、三）前加脱氧两字。（单、二、三）前加脱氧两字。l如如AMPAMP称腺苷称腺苷磷酸磷酸( (或腺苷酸），或腺苷酸），dAMPdAMP称为脱氧称为脱氧腺苷腺苷磷酸（脱氧腺苷酸）磷酸（脱氧腺苷酸）。O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP) 与一个磷酸结合与一个磷酸结合MP：(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)

16、TMP、UMP 与二个磷酸结合与二个磷酸结合DP：如：ADP 与三个磷酸结合与三个磷酸结合TP：如：ATP b. 多磷酸核苷酸： 指含两个以上磷酸基的核苷酸指含两个以上磷酸基的核苷酸, ,如如ADP ADP 、ATP ATP 、GDPGDP、 GTP GTP 、 UDPUDP和和UTPUTP等等. . ATP ATP在细胞能量代谢上起着极其重要的作用。在细胞能量代谢上起着极其重要的作用。 UTPUTP参与糖原合成作用以供给能量参与糖原合成作用以供给能量, , UDPUDP有携带有携带转运葡萄糖的作用。转运葡萄糖的作用。 GDPGDP和和GTPGTP为蛋白质生物合成的起始和延伸提供为蛋白质生物合

17、成的起始和延伸提供能量。能量。NOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOH c. c. 含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质： NADNAD+ +、NADPNADP+ +、CoA-SHCoA-SH、FAD FAD 等都含有等都含有 AMP;AMP; NAD NAD+ +及及FADFAD是生物氧化体系的重要组成成分是生物氧化体系的重要组成成分，在传递氢原子或电子中有着重要作用。，在传递氢原子或电子中有着重要作用。CoACoA作为有些酶的辅酶成分作为有些酶的辅酶成分, ,

18、参与糖有氧氧化及脂参与糖有氧氧化及脂肪酸氧化过程。肪酸氧化过程。 NADP+NAD+d 核苷多磷酸和寡核苷多磷酸类化合物 蛋白质生物合成有关，或对基因转录有调节功能鸟苷-5-二磷酸-3-二磷酸（ppGpp）第三节第三节 核酸的性质核酸的性质一、一般物理性质一、一般物理性质二、互变异构现象二、互变异构现象三、紫外吸收特性三、紫外吸收特性 四、核苷酸的解离性质四、核苷酸的解离性质一般物理性质一般物理性质 无色粉末 易溶于水，不溶于有机溶剂 具有旋光性 酸性溶液中不稳定，易破坏酸性溶液中不稳定，易破坏 中性或碱性溶液中稳定中性或碱性溶液中稳定互变异构现象互变异构现象 凡碱基上有酮基的核苷酸有酮式和烯

19、醇式的互变异构现象 在生理pH下，在生物体内，碱基多以酮式存在酮式存在。紫外吸收特性紫外吸收特性 核苷酸的碱基具有共轭双键结构，所以核苷酸在紫外光区具有强烈的吸收，其最大吸收在最大吸收在260nm处。核苷酸的解离性质核苷酸的解离性质 碱基杂环：N原子及其取代基具有结合和释放质子的能力，所以核苷酸具有解离性质 磷酸基团：可以解离的，并且其解离对整个核苷酸的解离所带的净电荷量有着重要影响5 端端3 端端2.4 2.4 核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形成多核苷酸链，即成多核苷酸链，即核酸。核酸。CGA第四节第四节 核酸的结构核酸的结构一、一、DNAD

20、NA的结构的结构 二、二、RNARNA的结构的结构 一、一、DNADNA的结构的结构1 1( (总）总）（一）（一）DNADNA的的碱基组成的的碱基组成 （二）（二）DNADNA的一级结构的一级结构 （三）（三）DNADNA的二级结构的二级结构 （四）（四）DNADNA的三级结构的三级结构 （一）（一）DNADNA的碱基组成的碱基组成碱基组成的规律：碱基组成的规律：1 1A=TA=T，G=CG=C A+G=C+T A+G=C+T2 2没有组织和器官的特异性没有组织和器官的特异性3 3具有种的特异性具有种的特异性4 4年龄、营养状态和环境的改变不影响年龄、营养状态和环境的改变不影响DNADNA的

21、碱的碱基组成基组成定义定义核酸中核苷酸的核酸中核苷酸的连接方式和排列顺连接方式和排列顺序。序。55端端3端端CGADNADNA的的碱基顺序碱基顺序本身就是遗传信本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界息存储的分子形式。生物界物种物种的多样性的多样性即寓于即寓于DNADNA分子中四种分子中四种脱氧核苷酸千变万化的不同排列脱氧核苷酸千变万化的不同排列组合之中。组合之中。（二）（二）DNADNA的一级结构的一级结构1 13553连连接接键键（二）（二）DNADNA的一级结构的一级结构3 3( (线条缩写线条缩写) )戊糖戊糖5-磷酸磷酸P核苷酸核苷酸53首端首端末端末端PPPPPP 核苷酸顺序又称核苷

22、酸顺序又称碱基顺序碱基顺序，是蛋白质与核，是蛋白质与核酸结构的生物语言。酸结构的生物语言。硷基硷基A G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 线条式线条式字母式字母式（二）（二）DNADNA的一级结构的一级结构4 4( (字母简写字母简写) )5PPPPPP 3 或或 5 3 碱基序列碱基序列从左到右表示从左到右表示5 3，由，由3-, 5磷酸二酯键连接。磷酸二酯键连接。 若两链反向平行，则需注明每条链的走向若两链反向平行，则需注明每条链的走向。如：。如： 5A-T-G-C-C-T-G-A 3 3

23、 T-A-C-G-G-A-C-T 5读向读向（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构1 1( (总总) )1 1DNADNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点 2 2双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素3 3DNADNA双螺旋的不同类型双螺旋的不同类型 DNA双螺旋结构发现的历史意义：双螺旋结构发现的历史意义： 揭示了生物体遗传信息储存及表达的分子机制揭示了生物体遗传信息储存及表达的分子机制 开创了现代分子生物学开创了现代分子生物学 生物学发展史上的里程碑生物学发展史上的里程碑DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）uDNADNA分子

24、由两条分子由两条相互平行但相互平行但走向相反走向相反的脱氧多核苷酸链的脱氧多核苷酸链组成，以组成，以右手螺旋右手螺旋方式绕同方式绕同一公共轴盘。一公共轴盘。u形成大沟形成大沟(major groove)及及小沟小沟(minor groove)相间。相间。 嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧; 磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧，彼此以3,5-磷酸二酯键连接，形成DNA分子的骨架。 碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成90角。DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953

25、）u螺旋直径为螺旋直径为2nm，相邻碱基，相邻碱基平面距离平面距离0.34nm，螺旋一圈螺旋一圈螺距螺距3.4nm，一圈，一圈10对碱基。对碱基。u碱基垂直螺旋轴居双螺旋内碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成側，与对側碱基形成氢键配氢键配对对（互补配对形式：（互补配对形式：A=T; G C） 。碱基互补配对碱基互补配对 DNADNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点螺旋表螺旋表面 有 一面 有 一条 大 沟条 大 沟和 一 条和 一 条小沟小沟大沟大沟小沟小沟DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）u氢键氢键维持双链维持双链横向稳定性横向稳

26、定性u碱基堆积力碱基堆积力维持双链维持双链纵向纵向稳定性稳定性。u离子键离子键屏蔽磷酸基团之间屏蔽磷酸基团之间的的静电斥力静电斥力DNADNA双螺旋的不同类型双螺旋的不同类型B B型型DNADNA（B BDNADNA）: :在相对湿度为在相对湿度为92%92%时时, ,所得到的所得到的DNADNA钠盐纤维。钠盐纤维。A A型型DNADNA（A ADNADNA）: :在相对温度低于在相对温度低于75%75%时，获得的时，获得的DNADNA钠盐纤维。钠盐纤维。此外还有此外还有Z ZDNADNA等。等。DNA双螺旋结构的多样性B-结构特点结构特点 A-DNAA-DNAB-DNAB-DNAZ-DNAZ

27、-DNA螺旋方向螺旋方向右手右手左手每一碱基对旋转角度每一碱基对旋转角度 32.734.630每一转的碱基对数每一转的碱基对数1110.4 12碱基对相对螺旋轴碱基对相对螺旋轴的倾斜角度的倾斜角度 191.29每一碱基对沿螺旋每一碱基对沿螺旋轴上升的距离轴上升的距离0.23nm 0.33nm0.38nm螺距螺距2.46nm3.40nm4.56nm螺旋直径螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nmH-DNA:三条链局部螺旋三条链局部螺旋DNA一级结构的改变 DNA变异与进化变异与进化 基因突变：基因突变：个别个别dNMP（脱氧单磷酸核苷）残基以至片（脱氧单磷酸核苷）残基以至片段段DNA在

28、结构、复制或表型功能的异常变化。随机性在结构、复制或表型功能的异常变化。随机性、稀有性、可逆性、少利多害性、稀有性、可逆性、少利多害性 基因重组：基因重组：生物在有性生殖的过程中，控制不同性状生物在有性生殖的过程中，控制不同性状的基因自由组合的过程。的基因自由组合的过程。 DNA变异与疾病变异与疾病 镰刀型细胞贫血症（点突变）镰刀型细胞贫血症（点突变） 癌变癌变一母生九子一母生九子九子各不同九子各不同 重组重组DNA技术来源于技术来源于两个方面的基础理论研究两个方面的基础理论研究限制性核酸内切酶（限制性核酸内切酶（简称限制酶）简称限制酶）和和基因载体基因载体（简称载体）（简称载体）。约翰霍普金

29、斯大学约翰霍普金斯大学的的丹尼尔丹尼尔那森斯那森斯、汉弥尔顿汉弥尔顿史密史密斯斯与与伯克利加州大学伯克利加州大学的的沃纳沃纳亚伯亚伯因为限制酶的发现及因为限制酶的发现及研究，而共同获得研究，而共同获得1978年的年的诺贝尔生理学或医学奖诺贝尔生理学或医学奖。 基因重组与遗传工程二、二、 RNA RNA的分子结构的分子结构1 1（一）（一）RNARNA一级结构一级结构（二）（二）RNARNA的碱基组成的碱基组成（三）（三）RNARNA的类型的类型（四）（四）RNARNA的二级结构的二级结构 4、RNA组成：组成：4 4种核苷酸（种核苷酸（A AU UGCGC），有稀有碱基；），有稀有碱基；连接：

30、连接：3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键形成：一般以形成：一般以DNADNA为模板合成，有例外。为模板合成，有例外。结构：单链线形分子，局部区域有双螺旋。结构：单链线形分子，局部区域有双螺旋。 DNA RNA糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱基碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基不含稀有碱基 含稀有碱基含稀有碱基 双链双链 单链，局部双链单链，局部双链 RNARNA与与DNADNA的差异的差异RNA的结构核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRN

31、AtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNA核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRN

32、ASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNA1234.1 mRNA结构与功能 约占总RNA的3%-5%，含量最少，种类最多，寿命较短。 成熟mRNA不含内含子，hnRNA含有（细胞核内合成）。 mRNA从DNA转录遗传信息，并作为蛋白质合成的模板，决定蛋白质的氨基酸顺序。* mRNA的功能的功能 把把DNA所携带的遗传信息

33、，按碱基互所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 原核细胞mRNA的结构原核细胞原核细胞mRNA的结构与真核细胞显著不同：的结构与真核细胞显著不同： 无内含子 5端无帽状结构 3端不含polyA结构 一般为多顺反子结构（解释），即一个mRNA中常含有几个蛋白质信息，能指导几个

34、蛋白质的生物合成， mRNA代谢很快，代谢半衰期一般以秒计，很少达到10min以上。hnRNA 内含子内含子( (intron) )mRNA * 真核真核hnmRNAmRNA成熟过程成熟过程 外显外显子子( (exon) )* * 真核真核mRNA结构特点：单顺反子结构特点：单顺反子1. 大多数真核大多数真核mRNA的的5 末端均在转录后加上末端均在转录后加上一个一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C 2也是甲基化，形成帽子结构：也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。2. 大多数真核大多数真核mRNA的的3 末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸(poly

35、A)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。帽子结构帽子结构 m7G 5ppp 5 Np (O型型) m7G 5ppp 5 NmpNp (I型型) m7G 5ppp 5 NmpNmpNp (II型型) 指指55端核糖端核糖甲基化的情况甲基化的情况mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能eIF4A帽结合蛋白（帽结合蛋白（CBPs)polyA结合蛋白结合蛋白(PAB)4.2 转运RNA的结构与功能 转运转运RNA是是具有携带并转运氨基酸功能的一具有携带并转运氨基酸功能的一类小分子核糖核酸类小分

36、子核糖核酸，简称，简称tRNA tRNA约占总约占总RNA的的10-15%。 结构结构 一级结构一级结构 二级结构：二级结构：三叶草型三叶草型 三级结构：三级结构：倒倒L型型4.2 转运RNA的结构与功能 tRNA的一级结构特点的一级结构特点 相对分子量较小相对分子量较小，分子量，分子量25000左右，沉降系数为左右，沉降系数为4S左右，大约由左右，大约由7090个个核苷酸组成。核苷酸组成。 3末端为末端为 CCA-OH， 5末端大多数为末端大多数为G 含有较多的修饰成分含有较多的修饰成分：稀：稀有碱基和稀有核苷有碱基和稀有核苷 * tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形 氨基酸接受臂氨

37、基酸接受臂 DHU环环 反密码环反密码环 额外环额外环 TC环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环（四）（四）RNARNA的二级结构的二级结构2 2(1)(1)（1 1）tRNAtRNA一一般由四臂四环组般由四臂四环组成。分子由成。分子由A-UA-U、G-CG-C碱基对构碱基对构成的双螺旋区叫成的双螺旋区叫做臂；不能配对做臂；不能配对部分叫部分叫环。环。1 12 23 3（四）（四）RNARNA的二级结构的二级结构2 2(2)(2)（2 2）三叶）三叶草 的 叶 柄 叫草 的 叶 柄 叫做 氨 基 酸 臂做 氨 基 酸 臂，它包括，它包括3 3，端 接 受 氨 基端 接 受 氨 基酸 的 部 位酸

38、的 部 位 CpCpAOHCpCpAOH（四）（四）RNARNA的二级结构的二级结构2 2(3)(3)（3 3）位于氨）位于氨基酸臂对面的基酸臂对面的反密码环含有反密码环含有组成该组成该tRNAtRNA反反密码子的三个密码子的三个核苷酸。核苷酸。反密码子环反密码子环 反密码子反密码子（四）（四）RNARNA的二级结构的二级结构2 2(4)(4)（4 4）左臂连）左臂连接一个二氢尿嘧接一个二氢尿嘧啶环（啶环（D D环），环），环上含有二氢尿环上含有二氢尿嘧啶。嘧啶。D D环环（四）（四）RNARNA的二级结构的二级结构2 2(5)(5)（5 5）右侧有）右侧有一个一个T TC C环（含环（含有有

39、T T C C顺序，顺序，代表假尿苷）代表假尿苷）和一个可变环，和一个可变环，不同不同tRNAtRNA的可变的可变环上核苷酸的数环上核苷酸的数目变化较大。目变化较大。T TC C（四）（四）RNARNA的二级结构的二级结构2 2(5)(5)（6 6）tRNAtRNA分子分子中含有修饰碱基中含有修饰碱基，但多少不等。，但多少不等。在某些位置上的在某些位置上的核苷酸对于所有核苷酸对于所有的的tRNAtRNA都是同样都是同样的，或变化很少的，或变化很少叫做不变核苷酸叫做不变核苷酸。稀有碱基稀有碱基 约占全部约占全部RNARNA的的80%80%， 核糖体的主要组成部分。核糖体的主要组成部分。 rRNA

40、的功能与蛋白质生物合成相关，可分别的功能与蛋白质生物合成相关，可分别与与mRNA、tRNA作用，催化肽键的形成。作用，催化肽键的形成。( (1992年年,H.F.Noller,H.F.Noller等证明等证明23S rRNA rRNA有核酶有核酶活性活性, ,催化肽键的形成催化肽键的形成) )（见蛋白质生物合成（见蛋白质生物合成）4.3 核蛋白体RNA的结构与功能* rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数）真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（

41、以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%核蛋白体的组成4.4 其他小分子其他小分子RNA及及RNA组学组学除了上述三种除了上述三种RNA外，细胞的不

42、同部位外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为，统称为非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 snmRNAssnmRNAs的种类的种类核内小核内小RNARNA核仁小核仁小RNARNA胞质小胞质小RNARNA催化性小催化性小RNARNA小片段干涉小片段干涉 RNARNA snmRNAs的功能的功能参与参与hnRNA和和rRNA的加工和转运。的加工和转运。4.5 RNA的功能1、RNA在传递遗传信息上的作用在传递遗传信息上的作用2、催化作用、催化作用3、在、在DNA复制、转录、翻译中起重要调复制、转

43、录、翻译中起重要调控作用；控作用； 如如 miRNA，siRNA等等。4、可作为遗传物质（如逆转录病毒）、可作为遗传物质（如逆转录病毒）;RNA即可为遗传物质，又可行使蛋白质的功能，故即可为遗传物质，又可行使蛋白质的功能，故RNA在生命起源于生物进化的研究中有重要意义在生命起源于生物进化的研究中有重要意义RNARNA组学研究细胞中非信使小组学研究细胞中非信使小RNARNA（snmRNAs）的种类、结构和功能。同一生的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和的表达具有时间和空间特

44、异性。空间特异性。RNARNA组学是基因组学和蛋白质组学研究组学是基因组学和蛋白质组学研究的扩充、发展和延伸。的扩充、发展和延伸。 RNARNA组学组学核酸的性质5.1 一般理化性质一般理化性质5.2 紫外吸收性质紫外吸收性质5.3 核酸的变性核酸的变性5.4 核酸的复性和分子杂交核酸的复性和分子杂交5.5 核酸的沉降特性和浮力密度核酸的沉降特性和浮力密度一般理化性质 两性电解质两性电解质 核酸含酸性的磷酸基团，又含弱碱性的碱基，为两性电解质，可发生两性解离； 溶解性溶解性 DNA白色纤维状固体，RNA白色粉末状固体，都微溶于水，不溶于一般有机试剂（乙醇沉淀核酸），钠盐易溶于水。 粘度高粘度高

45、 一般DNA比RNA粘度高。 水解性水解性 可被酸、碱或酶水解，DNA比RNA对稀碱稳定。RNA的等电点比DNA低的原因，RNA分子中核糖基2-OH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离，DNA没有这种作用5.2 紫外吸收性质紫外吸收性质1、DNA或或RNA的定量的定量 OD260=1.0相当于相当于 50g/ml双链双链DNA 40g/ml单链单链DNA（或（或RNA） 20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2、确定所提取的核酸是否纯品。、确定所提取的核酸是否纯品。 1）DNA： 1.8 纯品纯品 OD260/OD280 1.8 RNA 污染污染 1.8 protein 污染污染 2）RNA： OD260/

46、OD280 2.0 纯品纯品3、紫外可使相邻T T间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体，引起基因突变。A = TC = GT = AT = AA = TC = GT AT A5.3 核酸的变性(denaturation)定义定义：在某些理化因素作用下，核酸的双螺旋结在某些理化因素作用下，核酸的双螺旋结构破坏，氢键断裂，变成单链，构破坏，氢键断裂，变成单链，并不涉及并不涉及共价键的断裂共价键的断裂。方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：变性后其它理化性质变化：OD

47、260增高增高黏度下降黏度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂例：变性引起紫外吸收值的改变例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高的现象。增高的现象。热变性解链曲线：解链曲线：如果在连续加热如果在连续加热DNADNA的过程中以温度对的过程中以温度对A A260260（absorbanceabsorbance，A A，A A260260代表溶液在代表溶液在260nm260nm处

48、的吸光率）值作图，所处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线得的曲线称为解链曲线。 Tm：热变性热变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，范围内，DNA紫外光吸收值达到最大值的紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度，时的温度，即即DNA的双螺旋结构失去一半时的温度的双螺旋结构失去一半时的温度称为称为DNA的解链温的解链温度，又称熔解温度度，又称熔解温度(melting temperature, Tm)。影响Tm的因素： DNA的均一性的均一性 G-C含量含量 Tm与与G-C含量成正比含量成正比 介质中的离子强度介质中的离子强度 离子强度低，离子

49、强度低，Tm低，低，熔解温度范围宽。熔解温度范围宽。 Tm大小可反映出大小可反映出DNADNA的均一性的均一性：均质：均质DNADNA的的熔解过程发生在一个较小的温度范围内；熔解过程发生在一个较小的温度范围内；异质异质DNADNA的熔解过程发生在一个较宽的温度的熔解过程发生在一个较宽的温度范围内。范围内。 G G和和C C的含量高，的含量高，Tm值高值高。因而测定。因而测定TmTm值，值，可反映可反映DNADNA分子中分子中G G、 C C含量，可通过经验含量，可通过经验公式计算：公式计算： （G+C)%=(TG+C)%=(Tm m-69.3)-69.3)2.442.44 TmTm与介质中离子

50、强度有关：与介质中离子强度有关：DNADNA的保存应在的保存应在含盐的缓冲液中含盐的缓冲液中。核酸的复性和分子杂交DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNADNA的两条互补链可的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性复性。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热变性的DNA经经缓慢冷却缓慢冷却后即可复性，后即可复性，这一过程称为这一过程称为退火退火(annealing) 。影响因素：影响因素： DNA浓度、温度、浓度、温度、DNA片段大小、片段大小、

51、碱基重复序列多少、离子浓度。碱基重复序列多少、离子浓度。Cot1/2值：复性完成一半时的Cot值在在DNA变性后的复性过程中，如果将不同变性后的复性过程中，如果将不同种类的种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一溶液分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成下，就可以在不同的分子间形成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这种杂化双链可以在不同的这种杂化双链可以在不同的DNA与与DNA之之间形成，也可以在间形成，也可以在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。核酸分子杂交。5.5 核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization) DNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源的不同来源的DNA分子分子探针