生物化学6核酸2

1、2021/6/161核苷酸磷酸核苷 核糖或脱氧核糖碱基嘧啶: 胞嘧啶(C),尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T)嘌呤: 腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G)戊糖核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子 核酸分为DNA和RNA2021/6/162（二） DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）3.54 nm2021/6/163碱基互补配对 2021/6/164 DNA压缩7倍压缩6倍压缩40倍压缩5倍共计压缩8400倍2021/6/165第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA2021/6/166 大多数天然大多数天然RNA

2、RNA是一条是一条单链单链，通过自身回折形成部分螺旋区，部分非螺旋区。，通过自身回折形成部分螺旋区，部分非螺旋区。 少数病毒少数病毒RNARNA如水稻矮缩病毒、呼肠孤病毒、伤瘤病毒等如水稻矮缩病毒、呼肠孤病毒、伤瘤病毒等RNARNA是是双链螺旋双链螺旋，类，类 似于似于DNADNA的双螺旋结构。的双螺旋结构。 2021/6/167RNA一级结构分子组成：A、U、C、GU H2021/6/168二级结构基本元件2021/6/1692021/6/1610RNA的种类、分布、功能核糖体核糖体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 细胞核和胞质

3、细胞核和胞质线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 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 细胞核和胞质细胞核和胞质线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt

4、tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核糖体组分核糖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RNA2021/6/1611 mRNA：是携带从DNA编码链得到的遗传信息，并以三联体密码子的方式指导蛋白质生物合成的RNA，由5 非翻译区、编码区和3非翻译区组成。 一 、信使RNA的结构与功能5非翻译区 3非翻译区 编码区 原核细胞的mRNA 2021/6/1612hn

5、RNA 内含子(intron)mRNA * 真核细胞mRNA成熟过程 外显子(exon)2021/6/1613* mRNA结构特点1. 大多数真核mRNA的5末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。首尾修饰2021/6/1614帽子结构2021/6/16155 -cap：m7G(5 )pppNmp 5 -cap cap0: m7G(5 )pppNp cap1: m7G(5 )pppNmpNp cap2: m7G(5 )pppNmpNmpNp 帽子结构的类型帽子结构的类型2021/6/1616* mRNA结构特点大多数真核mRNA的

6、3末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。通常polyA长度从几十到几百个核苷酸不等，是由polyA转移酶加上去的。2021/6/1617mRNA核内向胞质的转移mRNA的稳定性维系翻译起始的调控 帽子结构和多聚A尾的功能eIF4A帽结合蛋白（CBPs)polyA结合蛋白(PAB)2021/6/1618* mRNA的功能 把DNA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，指导蛋白质的合成。DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞 细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞 2021/6/1619* tRNA的一级结构特点的一级结构

7、特点分子量较小，一般由分子量较小，一般由7393个核苷酸组成个核苷酸组成各种各种tRNA的的3一端为一端为CCA；5一端大多数为一端大多数为pG，少数为，少数为pC 含含 1020% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU， 等等二、转运RNA的结构与功能2021/6/1620NNHNHNNOCH3CH3NNNHNNHCH2CHCCH3CH3NHNHOOHHHHNHNHSON,N二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶 稀有碱基 2021/6/1621* tRNA的二级结构三叶草形 氨基酸臂 DHU环 反密码环 TC环额外环氨基酸臂额外环2021/6/1622 1980 1980年牛心线

8、粒体年牛心线粒体tRNAtRNAserser只有只有6363个核苷酸，沉个核苷酸，沉降常数降常数3S3S，缺少，缺少D D环和环和D D臂，呈二叶草型。臂，呈二叶草型。 近年来发现近年来发现2 2种线虫线粒体种线虫线粒体tRNAtRNA也不是标准也不是标准的三叶草结构。的三叶草结构。 2021/6/1623* tRNA的三级结构 倒L形* tRNA的功能活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。TC环额外环DHU环2021/6/1624small subunitlarge subunitmRNAlocationEF-GtRNAtRNA functions as a amino acid tr

9、ansfer in protein biosynthesis. 2021/6/1625* 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核蛋白参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物体，作为蛋白质生物合成的场所。合成的场所。2021/6/1626原原核核生生物物真真核核生生物物2021/6/1627* rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物（60S+40S）5S rRNA5.8S rRNA28S rRNA原核生物（50S+30S）5S rRNA23S rRNA18S rRNA16S rRNA大亚基小亚基2021/6/1628大肠杆菌大肠杆菌1

10、6S，5S rRNA的二级结构的二级结构16S rRNA5S rRNA2021/6/1629核糖体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）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%4

11、9种种占总重量的占总重量的35%2021/6/1630The crystal structure of a 23S ribosme 2021/6/1631四 、其他小分子RNA及RNA组学除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 snmRNAs2021/6/1632snmRNAs的种类核内小RNA核仁小RNA胞质小RNA催化性小RNA小片段干涉 RNA snmRNAs的功能参与hnRNA和rRNA的加工和转运。2021/6/1633RNA组学研究细胞中snmRNAs的种

12、类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。 RNA组学2021/6/1634核酸和蛋白质的比较核酸和蛋白质的比较2021/6/1635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 节节目目 录录2021/6/1636一、核酸分子具有强烈的紫外吸收效应一、核酸分子具有强烈的紫外吸收效应2021/6/16371. DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50 g/ml双链双链DNA40g/ml单链单

13、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: OD260/OD280 = 1.8RNA纯品纯品: OD260/OD280 = 2.0OD260的应用的应用目目 录录2021/6/1638二、二、核酸核酸的变性的变性(denaturation)定义：定义：在某些理化因素作用下，核酸双螺旋区在某些理化因素作用下，核酸双螺旋区域的氢键断裂，变成单链的过程。域的氢键断裂，变成单链的过程。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、 酰胺以及某些有机溶剂如甲醛等。酰胺以及某些有机溶剂如甲醛等。变性后其它理

14、化性质变化：变性后其它理化性质变化：OD260增高增高粘度下降粘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目目 录录2021/6/1639DNADNA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2021/6/1640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。2021/6/1641热变性热变性解链曲线：解链曲线：如果在连续加热如果在连续加热DNADNA的过程中以的过程中以温度对温度对A260

15、A260（absorbanceabsorbance，A A，A260A260代表溶液在代表溶液在260nm260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线链曲线(melting curve) 。目目 录录2021/6/1642 Tm：解链过程中，解链过程中，紫外光吸收值变化紫外光吸收值变化A260达达到最大变化值的到最大变化值的50%时的温度称为时的温度称为DNA的解链的解链温度，又称融解温度温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。Tm与与G+C含量成正相关。含量成正相关。目目 录录2021/6/1643三、三、DNA的复性

16、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经缓慢冷却后即可复性，经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为这一过程称为退火退火(annealing) 。目目 录录2021/6/1644影响复性的因素影响复性的因素 样品的性质样品的性质 DNA DNA片段的大小片段的大小 DNA DNA的浓度的浓度 温度温度 离子强度离

17、子强度 2021/6/1645在在DNA变性后的复性过程中，如果将不变性后的复性过程中，如果将不同种类的同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在复性时就可以形成程度的碱基配对关系，在复性时就可以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之间形成，也可以在之间形成，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。这种现象称为核酸分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。分子杂交。核酸分

18、子杂交核酸分子杂交(hybridization) 2021/6/1646DNA-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2021/6/16472021/6/16482021/6/1649核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用 研究研究DNADNA分子中某一种基因的位置分子中某一种基因的位置 测定两种核酸分子间的序列相似性测定两种核酸分子间的序列相似性 检测某些专一序列在待检样品中存在与否检测某些专一序列在待检样品中存在与否 是基因芯片技术的基础是基因芯片技术的基础2021/6/1650单链单链DNADNA与与 DNADNA杂交（杂交（DNA-DNADN

19、A-DNA）Southern Southern blotblot利用核酸杂交可检测特定的核苷酸片段或研究同源性等。利用核酸杂交可检测特定的核苷酸片段或研究同源性等。单链单链DNADNA与与 RNARNA杂交（杂交（DNA-RNADNA-RNA）Nouthern Nouthern blotblotRNARNA与与RNARNA杂交（杂交（RNA-RNARNA-RNA）2021/6/1651Southern Blotting 19751975年英国年英国E. M. SouthernE. M. Southern首创的首创的Southern blottingSouthern blotting（South

20、ernSouthern印迹）印迹）2021/6/1652探针探针 探针：单链的核苷酸聚合体标记后，：单链的核苷酸聚合体标记后，就可以称为探针。就可以称为探针。 在核酸杂交的基础上发展起来的一种在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究核酸和基因诊断的新技术称用于研究核酸和基因诊断的新技术称为为探针技术。2021/6/1653第第 五五 节节 核核 酸酸 酶酶 Nuclease2021/6/1654核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解专一降解DNA。RNA酶酶 (ribo

21、nuclease, RNase)：专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸外切酶：核酸外切酶：5 5 33 或或3 3 55 核酸外切酶。核酸外切酶。核酸内切酶：核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。特异性限制性核酸内切酶。2021/6/1655u消化降解食物中的核酸以利吸收消化降解食物中的核酸以利吸收 u负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸 u参与参与DNADNA的合成与修复及的合成与修复及RNARNA合成后的剪接等合成

22、后的剪接等重要基因复制和基因表达过程重要基因复制和基因表达过程 u体外重组体外重组DNADNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶 生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解 核酸酶的功能核酸酶的功能 2021/6/1656 核核 酶酶发现发现u 美国科学家美国科学家T.Cech和和S.Altman发现了核酶发现了核酶(ribozyme)。最早发。最早发现大肠杆菌现大肠杆菌RNaseP的蛋白质部分除去后，在体外高浓度的蛋白质部分除去后，在体外高浓度Mg2+存存在下，留下的在下，留下的RNA部分具有与全酶相同的催化活性。部分具有与全酶相同的催化活性。 u

23、 后来发现四膜虫后来发现四膜虫L19 RNA在一定条件下能专一地催化寡聚核苷在一定条件下能专一地催化寡聚核苷酸底物的切割与连接，具有核糖核酸酶酸底物的切割与连接，具有核糖核酸酶(Rnase)和和RNA聚合酶的聚合酶的活性。活性。核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)指具有催化活性的指具有催化活性的RNA, RNA, 即化学本质是即化学本质是核糖核酸核糖核酸(RNA), (RNA), 却具有酶的催化功能。却具有酶的催化功能。2021/6/1657核酶的具体作用主要有：核酶的具体作用主要有：1. 核苷酸转移作用核苷酸转移作用2. 水解反应，即磷酸二酯酶作用水解反应，即磷酸二酯酶作用3.

24、磷酸转移反应，类似磷酸转移酶作用磷酸转移反应，类似磷酸转移酶作用4. 脱磷酸作用，即酸性磷酸酶作用脱磷酸作用，即酸性磷酸酶作用5. RNA内切反应，即内切反应，即RNA限制性内切酶作用限制性内切酶作用2021/6/1658 核酶发现的意义核酶发现的意义长时间以来，人们认为长时间以来，人们认为酶都是蛋白质。核酶的酶都是蛋白质。核酶的发现，证明了核酸既是发现，证明了核酸既是信息分子，又是功能分信息分子，又是功能分子，对于研究生命的起子，对于研究生命的起源，了解核酸新功能源，了解核酸新功能, , 以及重新认识酶的概念以及重新认识酶的概念等都具有重要意义。等都具有重要意义。2021/6/1659小小

25、结结 DNA的组成与结构及的组成与结构及性质性质 一级：碱基序列一级：碱基序列 二级：双螺旋结构二级：双螺旋结构 三级：核小体、超螺旋等三级：核小体、超螺旋等 RNA的组成与结构的组成与结构 mRNAmRNA：密码子、：密码子、55帽子、帽子、3poly3poly尾尾 tRNAtRNA：三叶草、倒：三叶草、倒L L型结构、反密码子型结构、反密码子 rRNArRNA：大、小亚基的组装：大、小亚基的组装 DNA与与RNA的区别：组成、结构、功能的区别：组成、结构、功能2021/6/1660DNA和和RNA的比较的比较 DNADNA RNARNA 组成组成 AGCTAGCT 脱氧核糖脱氧核糖 AGC

26、UAGCU 核糖核糖 一级结构一级结构 碱基序列碱基序列 碱基序列碱基序列 空间结构空间结构 双螺旋、超螺旋、蛋白质双螺旋、超螺旋、蛋白质核酸的非共价结合等核酸的非共价结合等 局部双螺旋局部双螺旋 mRNA: 5mRNA: 5- -帽子帽子,3 ,3- -polyA,polyA, rRNA:rRNA:大、小亚基组成核糖体大、小亚基组成核糖体 tRNA:tRNA:三叶草、倒三叶草、倒 L L 型结构型结构 功能功能 遗传信息的储存遗传信息的储存 遗传信息的遗传信息的表达表达 2021/6/1661核酸的理化性质核酸的理化性质 ODOD260260/OD/OD280280 变性与复性变性与复性 增

27、色效应与减色效应增色效应与减色效应 解链曲线与解链温度解链曲线与解链温度 分子杂交与探针技术分子杂交与探针技术2021/6/1662小测验1. 1.热变性的热变性的DNADNA具有下列哪种特征：具有下列哪种特征： A. A.核苷酸间的磷酸二酯键断裂核苷酸间的磷酸二酯键断裂 B. B.形成三股螺旋形成三股螺旋 C. C. 260nm260nm处的光吸收下降处的光吸收下降 D. D. GCGC对的含量直接影响对的含量直接影响TmTm值值 E. E. 生物活性丧失，且不能复性生物活性丧失，且不能复性2. 2.下列关于蛋白质分子中肽键的叙述哪个不是正确的：下列关于蛋白质分子中肽键的叙述哪个不是正确的： A. A.能自由旋转能自由旋转 B. B.比通常的比通常的C-NC-N单键短单键短 C. C.通常有一个反式结构通常有一个反式结构 D. D.具有部分双键性质具有部分双键性质 E.Pro E.Pro中氮原子与侧链相连中氮原子与侧链相连 2021/6/16633. 3.关于关于HbSHbS引起的镰刀状贫血症，下列说法正确的是：引起的镰刀状贫血症，下列说法正确的是： A. A.由单氨基酸替换所致由单氨基酸替换所致 B. B.位于位于HbA HbA 链的第六位链的第六位GluGlu替换为替换为ValVal C.HbS C.H