生化核酸的结构功能

1、第 二 章核酸的结构和功能核酸的结构和功能本章内容概要：本章内容概要：1、核酸的化学组成及一级结构、核酸的化学组成及一级结构2、DNA的空间结构与功能的空间结构与功能3、RNA的结构与功能的结构与功能4、核酸的理化性质、核酸的理化性质5、核酸酶、核酸酶核核 酸酸(nucleic acid) ： 是以核苷酸为基本组成单位的生物是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。大分子，携带和传递遗传信息。核酸的分类及分布核酸的分类及分布 ： 90%90%以上分布于细胞核，其余以上分布于细胞核，其余 分布于核外分布于核外如线粒体，叶绿体，如线粒体，叶绿体， 质粒等。质粒等。 分布于胞液分布于

2、胞液、胞核。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)。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。第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核酸的化学组成核酸的化学组成 1

3、. 元素组成元素组成C、H、O、N、P（910%）2. 分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)POHOHOHO2ROHORPOROHO（1）磷酸：）磷酸：H3PO4OOHHHOCH2HHOHH12345H 核糖（核糖（R） 脱氧核糖（脱氧核糖（dR）54321HOH OHHH2HOCHHOHOOHH（2）戊糖：）戊糖：嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789碱碱 基：基：2NHNNNN1腺嘌呤（腺嘌呤（ A）鸟嘌呤鸟嘌呤 ( G ) NNHNNOH N2NNH

4、132456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核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR一、核苷酸的结构一、核苷酸的结构1. 核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖糖苷键苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。连接形成核苷（脱氧核苷）。1 1OHOCH2OHOHNNNH2OPOOOHOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸核苷酸：AM

5、P, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 2. 核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名的结构与命名核苷（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）。 l含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸环化核苷酸: : cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH

6、2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHNADP+NAD+3. 3. 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成多核连接形成多核苷酸链，即核酸。苷酸链，即核酸。 即不管是即不管是DNA或是或是RNA，其本质都是单，其本质都是单核苷酸通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸核苷酸通过磷酸二酯键连接形成的多核苷酸链。链。 3 , 5 磷酸二酯键：磷酸二酯键： 概念：一个核苷酸戊糖概念：一个核苷酸戊糖C3的游离羟基与另一个的游离羟基与另一个 核苷酸戊糖核苷酸戊糖C5C5上的磷酸脱水缩合生

7、成的化学键。上的磷酸脱水缩合生成的化学键。ONNNH2OOCH2POOHHOHONNNH2OOCH2POOHOHHO3，5 - 磷酸二酯键磷酸二酯键355 端端3. 3. 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。C5 端端3. 3. 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。CA5 端端3 端端3. 3. 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

8、酸。CGA二、核酸的一级结构二、核酸的一级结构定义：定义：核酸中核苷酸的排核酸中核苷酸的排列顺序列顺序就是核酸的一级就是核酸的一级结构结构。由于核苷酸间的差由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所异主要是碱基不同，所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGAA 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 两类核酸分子组成比较：两类核酸分子组成比较：DNADNA A A、G G、C C、T T 脱氧核糖（脱氧核糖（dRdR） 磷酸磷酸RNARNA A A、G G、C C、U U 核糖（核糖（R

9、R） 磷酸磷酸碱基碱基 核糖核糖 磷酸磷酸第二节第二节DNA的空间结构与功能的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA一、一、 DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构（双螺旋结构（1953年）年）（一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析：碱基组成分析：1952年年Chargaff 规则：规则： （1）A = T， G C （2）不同种属生物的）不同种属生物的DNA碱基组成不同。碱基组成不同。 （3）同一个体不同组织器官的）同一个体不同组织器官的DNA有相同的碱基组成。有相同的碱基组成。 DNA纤维的纤维的X-

10、线衍射图谱分析：线衍射图谱分析：1951年年 提示提示DNA螺旋性分子，并以双链形式存在。螺旋性分子，并以双链形式存在。（二）（二） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）uDNADNA分子由两条分子由两条相互平相互平行但走向相反行但走向相反的脱氧多核的脱氧多核苷酸链组成，两链以苷酸链组成，两链以- -脱脱氧核糖氧核糖- -磷酸磷酸- -为骨架，以为骨架，以右手螺旋右手螺旋方式绕同一公共方式绕同一公共轴盘。螺旋直径为轴盘。螺旋直径为2 2nm，形成大沟及小沟相间。形成大沟及小沟相间。35 3 5 u碱基垂直螺旋轴居双碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与

11、对側碱螺旋内側，与对側碱基形成基形成氢键配对氢键配对（互（互补配对形式：补配对形式：A=T; G C） 。u相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺，螺旋一圈螺距距3.4nm，一圈，一圈10对对碱基。碱基。35 3 5 （二）（二） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）碱基互补配对：碱基互补配对： A=TGCu氢键氢键维持双链维持双链横横向稳定性向稳定性，碱基碱基堆积力堆积力维持双链维持双链纵向稳定性纵向稳定性。（二）（二） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）DNA双螺旋结构双

12、螺旋结构要点总结：要点总结：1、右双螺旋，反向平行、右双螺旋，反向平行2、碱基在内，主链在外、碱基在内，主链在外3、碱基互补，、碱基互补，AT，GC4、螺旋一圈，十对碱基、螺旋一圈，十对碱基5、结构稳定，副键维系、结构稳定，副键维系6、大沟小沟，调节关键、大沟小沟，调节关键例：例： 已知某已知某DNA片段一条链的序列为片段一条链的序列为5-AGCT， 则其互补链为：则其互补链为：A、 5-AGCTB、 5-TCGAC、 5-TCGUD、 5-UCGA（三）（三）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性DNA的结构会随着溶液的离子强度或相对湿度的改变而改的结构会随着溶液的离子强度或相对湿度的改

13、变而改变，从而产生多样性。变，从而产生多样性。旋向旋向螺距螺距(nm)碱基数碱基数（每圈）（每圈）螺旋直径螺旋直径（nm）骨架骨架走行走行存在条件存在条件A型型 右手右手2.3112.5平滑平滑体外脱水体外脱水B型型右手右手3.4102.3平滑平滑生理条件生理条件Z型型左手左手4.5121.8锯齿型锯齿型CG序列多序列多n三种三种DNA构型的比较：构型的比较：（四）（四）DNA的多链螺旋结构的多链螺旋结构 在酸性的溶液中，胞嘧啶的在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被质子化，原子被质子化，可与鸟嘌呤的可与鸟嘌呤的N-7原子形成氢键；同时，胞嘧原子形成氢键；同时，胞嘧啶的啶的N-4的氢原子也可与鸟

14、嘌呤的的氢原子也可与鸟嘌呤的O-6形成氢形成氢键，这种氢键被称为键，这种氢键被称为Hoogsteen氢键。氢键。 nHoogsteen氢键氢键 Hoogsteen氢键，不破坏氢键，不破坏Watson-Crick氢键，氢键，由此形成了由此形成了CGC的三链结构的三链结构(triplex)。n三链结构三链结构（1）第三条链可以通过作用于控制基因转录的转录子、增强第三条链可以通过作用于控制基因转录的转录子、增强子和启动子区，增强或抑制基因的表达；子和启动子区，增强或抑制基因的表达；（2）通过形成三链可以防止双链通过形成三链可以防止双链DNA被酶切，对双链被酶切，对双链DNA中的靶序列起到保护作用；中

15、的靶序列起到保护作用；（3）同样也可把第三链作为切割靶序列的分子剪刀，其作用同样也可把第三链作为切割靶序列的分子剪刀，其作用机理是在第三链的末端连上一个化学试剂，通过氧化损伤或机理是在第三链的末端连上一个化学试剂，通过氧化损伤或辐射损伤使双链断裂，从而起到切割的目的。辐射损伤使双链断裂，从而起到切割的目的。 三链三链DNA结构可能的生物学功能：结构可能的生物学功能：鸟嘌呤之间通过鸟嘌呤之间通过Hoogsteen氢键形成特殊氢键形成特殊的的四链结构四链结构(tetraplex)。n四链结构四链结构真核生物真核生物DNA3 3 - -末端末端是是富含富含GT的多次重复序的多次重复序列，列，因而自身

16、因而自身形成了折叠形成了折叠的四链结构。的四链结构。二、二、DNA的高级结构是超螺旋结构的高级结构是超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。双螺旋方同相同。变紧密。变紧密。 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。双螺旋方向相反。变疏松。变疏松。 意义：意义：DNA超螺旋结构整体或局部的拓超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于

17、扑学变化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过程具有关键作用。转录过程具有关键作用。 （一）原核生物（一）原核生物DNA的的环状环状超螺旋结构超螺旋结构更致密更致密（三）（三）DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装存在形式：存在形式：细胞周期：染色质细胞周期：染色质细胞分裂期：染色体细胞分裂期：染色体基本单位是核基本单位是核小体（串珠样）小体（串珠样）（三）（三）DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装核小体的组成：核小体的组成：DNA：约约150bp 组蛋白：组蛋白：H1：和和60bp的的DNA组成连接区组成连接区组成核心蛋白组成核心蛋白H2AH2BH3H4

18、核小体串珠示意图：核小体串珠示意图：n双链双链DNA的折叠和组装的折叠和组装第一层次折叠第一层次折叠第二层次折叠第二层次折叠第三层次折叠第三层次折叠双链双链DNA核小体构成核小体构成核小体构成核小体构成染色质纤维空管染色质纤维空管DNA经过多次折叠，被压缩了经过多次折叠，被压缩了800080001000010000倍，倍，组装在直径只有为数微米的细胞核内。组装在直径只有为数微米的细胞核内。第三层次折叠第三层次折叠第四层次折叠第四层次折叠形成染色体形成染色体染色质纤维染色质纤维核基质核基质三、三、DNA的功能的功能-遗传信息的物质基础遗传信息的物质基础DNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的

19、形式荷载遗的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。的信息基础。基因从结构上定义，基因从结构上定义，是指是指DNA分子中的分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。因的功能。 第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNARNA和和DNA的差别：的差别：1、RNA的碱基组成主要是的碱基组成主要是A、G、C、U；而；而DNA的的 碱基组成则是碱基组成则是A、

20、G、C、T。2、RNA分子中的戊糖是分子中的戊糖是核糖核糖，而，而DNA的是的是脱氧核糖。脱氧核糖。3、RNA是是单链单链分子，其分子内部只有碱基互补的地方分子，其分子内部只有碱基互补的地方 可以形成局部双链。而可以形成局部双链。而DNA一般以一般以双链双链形式存在。形式存在。单链单链RNA形成的局部双链形成的局部双链RNA和和DNA的差别：的差别：1、RNA的碱基组成主要是的碱基组成主要是A、G、C、U；而；而DNA的的 碱基组成则是碱基组成则是A、G、C、T。2、RNA分子中的戊糖是分子中的戊糖是核糖核糖，而，而DNA的是的是脱氧核糖。脱氧核糖。3、RNA是是单链单链分子，其分子内部只有碱

21、基互补的地方分子，其分子内部只有碱基互补的地方 可以形成局部双链。而可以形成局部双链。而DNA一般以一般以双链双链形式存在。形式存在。4、RNA分子比分子比DNA小得多，但种类多。按其在基因小得多，但种类多。按其在基因 表达中的作用不同，可主要分为三大类。表达中的作用不同，可主要分为三大类。RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能核蛋白体核蛋白体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 tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRN

22、A/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 tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合

23、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一一 、信使、信使RNA的结构与功能的结构与功能mRNA是蛋白质合成的直接模板。是蛋白质合成的直接模板。细胞内刚合成的细胞内刚合成的mRNA初级产物叫初级产物叫不均一不均一核核RNA（hnRNA)，其在细胞核内经过剪，其在细胞核内经过剪接成为成熟的接成为成熟的mRNA。hnRNA 内含子内含子( (intron) )mRNA * mRNA成熟过程。成熟过程。 外

24、显子外显子( (exon) )DNA片段片段 * * mRNA结构特点结构特点1. 大多数真核大多数真核mRNA的的5 末端均在转录后加上一个末端均在转录后加上一个7-甲甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的基鸟苷，同时第一个核苷酸的C 2也是甲基化，形成也是甲基化，形成帽子结构：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(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。5 帽子结构帽子结构3 多聚多聚A尾尾5 非编译区非编译区3 非编译区非编译区编译区编译区帽子结构帽子结构CH3m7GpppN：为为5-5连接连接1、可介导、可介导

25、mRNA由核内向胞质的转运由核内向胞质的转运2、维系、维系mRNA的稳定性的稳定性3、调控翻译的起始过程、调控翻译的起始过程帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能：尾的功能：* mRNA的功能的功能 把把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白原则，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。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

26、mRNA的特征归纳：的特征归纳： 1、含量最少，寿命最短，但种类最多。、含量最少，寿命最短，但种类最多。 2、需由、需由hnRNA剪接才变成熟。剪接才变成熟。 3、有帽子和尾巴结构。、有帽子和尾巴结构。 4、是蛋白质合成的直接模板。、是蛋白质合成的直接模板。* tRNA的一级结构特点的一级结构特点 分子量最小的分子量最小的RNA。含含 1020% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU 3 末端为末端为 CCA-OH 具有具有 T C 二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能IDHUmG几种常见的稀有碱基几种常见的稀有碱基次黄嘌呤次黄嘌呤二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤假尿嘧啶假尿

27、嘧啶（核苷）（核苷）* tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形 氨基酸臂氨基酸臂 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* tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形* tRNA的功能的功能活化、搬运氨基活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。白质的翻译。氨基酸臂氨基酸臂反密码子反密码子* tRNA的功能特点：的功能特点： tRNA 利用其反密码环中的反密码子通过利用其反密码环中的反密码子通过碱基互补的方式识别碱基互补的方式识别mRNA上的密码子，上的密码子，进而在进而在 3 末端末端 的的 CCA-OH上连接上相上连接上相应

28、的氨基酸并转运到核蛋白体进行蛋白质应的氨基酸并转运到核蛋白体进行蛋白质合成。合成。二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能* rRNA的结构：的结构：三、核蛋白体三、核蛋白体RNA的结构与功能的结构与功能* rRNA的功能的功能参与组成参与组成核蛋白核蛋白体体，作为蛋白质生物，作为蛋白质生物合成的场所。合成的场所。* rRNA含量最多。含量最多。* 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核蛋白体的组成：核蛋白体的组成：原核生物（以大肠

29、杆菌为例）原核生物（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%E位位-排出位排出位A U G UU CmRNAU A C53蛋蛋GUG A UC C

30、U CA U G UU AmRNAU A C53蛋蛋GUG A UC C U C1、进位、进位A A U亮亮A U G UU AmRNAU A C53蛋蛋GUG A UC C U C1、进位、进位A AU亮亮A U G UU AmRNAU A C53蛋蛋GUG A UC C U C2、成肽、成肽A AU亮亮A U G UU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C2、成肽、成肽A AU亮亮成肽的结果使成肽的结果使P位空出位空出A U G UU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C3、转位、转位A AU亮亮A U GUU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C3、转位、转

31、位A AU亮亮转位的结果使转位的结果使A位空出，以便下一轮的进位、位空出，以便下一轮的进位、成肽、转位。成肽、转位。A U GUU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U CA AU亮亮CAC缬缬A U GUU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U CA AU亮亮CAC缬缬进位：进位：A U GUU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C亮亮CAC缬缬成肽：成肽：A U G UU AmRNA53蛋蛋GUG A UC C U C亮亮CAC缬缬转位：转位：四四 、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，细胞的不同部位存在的外，细胞的不同部位

32、存在的许多其他种类的小分子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（snRNAsnRNA) )核仁小核仁小RNA (snoRNARNA (snoRNA) )胞质小胞质小RNA RNA （scRNAscRNA) )催化性小催化性小RNARNA小片段干涉小片段干涉 RNARNA （siRNAsiRNA) )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。RNARNA组学研究细胞中组学研究细胞中snmRN

33、As的种类、的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。的表达具有时间和空间特异性。 RNARNA组学组学: :核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 节节一、一、紫外吸收紫外吸收结构中共轭双键的存在，使得核酸对结构中共轭双键的存在，使得核酸对260nm的紫外光有较强的吸收。可依此特性对核酸的紫外光有较强的吸收。可依此特性对核酸进行定量

34、分析。进行定量分析。1. DNA或或RNA的定量的定量A260=1.0相当于相当于50 g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品: A260/A280 = 1.8RNA纯品纯品: A260/A280 = 2.0A260的应用：的应用：二、二、DNA的变性的变性(denaturation)定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开双链解开成两条单链的过程。成两条单链的过程。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

35、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：A260增高增高，粘度下降粘度下降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增色效应增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液A260增高的现象。增高的现象。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A260A260值作图，所得的曲线称为解链曲线值作图，所得的曲线称为解链曲线。 Tm： DNA变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一变性是在一个相当窄的温度

36、范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。 Tm时，时，50%的的DNA双链被打开。双链被打开。 其大小与其大小与G+C含量成正比含量成正比。Tm的计算公式：的计算公式：Tm = 69.3 + 0.41 （G+C）（G+C+A+T） 100%Tm的计算公式：的计算公式：Tm = 69.3 + 0.41 （G+C）（G+C+A+T） 100%小于小于20bp的寡核苷酸片段的的寡核苷酸片段的Tm计算：计算：Tm = 4（G+

37、C）+ 2（A+T）三、三、DNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在去除变性条件后，变性在去除变性条件后，变性DNADNA的两条互补的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复复性性。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液A260降低。降低。热变性的热变性的DNA经经缓慢缓慢冷却后即可复性，冷却后即可复性，这一过程称为这一过程称为退火退火(annealing) 。在在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子

38、放在同一溶液中，只要两种单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基配对关系，在适宜的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）下，就可以在不同的分子间形条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成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之间形成，之间形成，也可以在也可以在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间形分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。成。这种现象称为核酸分子杂交。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分子分子核酸分子杂交的