2DNA结构-修正ppt课件

1、第二章第二章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能n 第一节第一节 遗传物质的本质遗传物质的本质n 第二节第二节 核酸的化学组成核酸的化学组成n 第三节第三节 DNA的二级结构的二级结构n 第四节第四节 DNA分子的高级结构分子的高级结构 n 第五节第五节 RNA的结构与功能的结构与功能n 第六节第六节 核酸的变性、复性与分子杂交核酸的变性、复性与分子杂交第一节第一节 遗传物质的本质遗传物质的本质 1 1、 遗传物质必须具有的特性遗传物质必须具有的特性 a a、贮存并表达遗传信息、贮存并表达遗传信息 b b、能把信息传递给子代、能把信息传递给子代 c c、物理和化学性质稳定、物理和化学性质稳定 d

2、 d、具有遗传变化的能力、具有遗传变化的能力 DNA DNA的特征的特征 各异的碱基序列储存大量的遗各异的碱基序列储存大量的遗 传信息传信息 碱基互补是其复制、转碱基互补是其复制、转 录表达遗传信息的基础录表达遗传信息的基础 生理状态下物理、化学性质生理状态下物理、化学性质 稳定稳定 有突变和修复能力，可稳定遗有突变和修复能力，可稳定遗 传是生物进化的基础传是生物进化的基础1kb DNA1kb DNA序列序列41000 41000 种遗传信种遗传信息息一、一、DNA携带两类不同的遗传信息携带两类不同的遗传信息2、 DNA携带两种遗传信息携带两种遗传信息 a a、编码蛋白质和、编码蛋白质和RNA

3、RNA的信息的信息( (编码编码tRNAtRNA、rRNA)rRNA) 64 64个三联体密码子个三联体密码子 三个终止密码子三个终止密码子 编码氨基酸的编码氨基酸的6161个密码子由简并性、通用性个密码子由简并性、通用性 b b、编码基因选择性表达的信息、编码基因选择性表达的信息 * * 原核生物的结构基因占原核生物的结构基因占GenomeGenome的比例很大的比例很大 x174phage 5386bp x174phage 5386bp 结构基因用去结构基因用去5169bp5169bp 比例达比例达9696* * 真核生物的结构基因占真核生物的结构基因占GenomeGenome的比例很小的

4、比例很小 哺乳动物中结构基因只占哺乳动物中结构基因只占10101515 其余其余8080以上的以上的DNADNA起什么作用目前还无法精确解释，但可以起什么作用目前还无法精确解释，但可以肯定其中大部分肯定其中大部分DNADNA序列是编码基因选择性表达的遗传信息序列是编码基因选择性表达的遗传信息 表现在：表现在： 细胞周期的不同时相中细胞周期的不同时相中 个体发育不同阶段个体发育不同阶段 不同的器官和组织不同的器官和组织 不同的外界环境下各种基因的表达与否以及量的差异不同的外界环境下各种基因的表达与否以及量的差异 所以又称调控序列所以又称调控序列二、二、 RNA也可作为遗传物质也可作为遗传物质 *

5、 RNA病毒病毒 传染媒介是病毒颗粒病毒基因组传染媒介是病毒颗粒病毒基因组RNA、蛋白质外壳）、蛋白质外壳） Tobacco Mosaic Virus (TMV) * 类病毒类病毒viroid）: 使高等植物产生疾病的传染性因子使高等植物产生疾病的传染性因子 只由只由RNA组成组成三、三、 是否存在核酸以外的遗传物质是否存在核酸以外的遗传物质 Prion (proteinaccous infections particle) Prion (proteinaccous infections particle) 引起的风波引起的风波朊病毒蛋白质样的感染因子朊病毒蛋白质样的感染因子羊搔痒病羊搔痒病

6、(scripie)Prion 复制? 转录? 翻译? 人类库鲁（人类库鲁（ kuru） 病病 牛海绵状脑炎牛海绵状脑炎(疯牛病疯牛病) 均由传染性病原蛋白颗粒引起均由传染性病原蛋白颗粒引起统称统称Prion (朊病毒朊病毒) 第二节第二节 核酸的化学组成核酸的化学组成核核 苷苷 酸酸 的的 结结 构构 左左 边边 是是 电电 脑脑 模模 型型 ， 右右 边边 是是 简简 化化 的的 表表 示示 法法酯键糖苷键嘧啶嘧啶Pyrimidines嘌呤嘌呤Purines 一、一、 含氮碱基、核苷、核苷酸含氮碱基、核苷、核苷酸 碱基碱基Nitrogenous basesNitrogenous basesU

7、racil (U) 核苷核苷nucleotidenucleotide）糖苷键糖苷键Glycosidic bond嘧啶的嘧啶的1 1位位NN原子、嘌呤的原子、嘌呤的9 9位位NN原子原子核糖是戊糖核糖是戊糖 RNA核糖核苷核糖核苷 DNA脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷19 核苷酸核苷酸nucleotide acidnucleotide acid）核苷的磷酸酯核苷的磷酸酯 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸核糖核苷酸Deoxynucleotides 其中其中和和、和和之间是高之间是高能磷酸键能磷酸键dNTPRibonucleotides 核糖核苷三磷酸缩写为核糖核苷三磷酸缩写为NTPNTP 二、二

8、、DNA分子的一级结构分子的一级结构 (DNA sequence)1 1、 多聚核苷酸链多聚核苷酸链 主链是核糖和磷酸主链是核糖和磷酸 侧链为碱基侧链为碱基由由3 3,5,5磷酸二酯键连接磷酸二酯键连接2 2、 链的方向：同一个磷酸链的方向：同一个磷酸基基 的的3 3酯键到酯键到5 5酯键的方向酯键的方向 (5 (533) ) 5-UCAGGCUA-3 = UCAGGCUA 默认书写顺序默认书写顺序53353 3、 DNA DNA一级结构的特点一级结构的特点 a a、脱氧核糖是其显著特点、脱氧核糖是其显著特点 DNADNA极其稳定的根本原因极其稳定的根本原因DNADNA在高在高pHpH值时磷酸

9、酯键非常稳定值时磷酸酯键非常稳定只是碱基存在构像的变化变化只是碱基存在构像的变化变化酮式酮式烯醇式烯醇式酮式酮式烯醇式烯醇式RNA RNA 在高在高pHpH时则稳定性很差时则稳定性很差OH自由的自由的 5-OH 2, 3-环式单核苷酸环式单核苷酸碱由于由于2 2OHOH导致的水解导致的水解 b b、磷酸呈四面体构型，脱氧核糖呈折叠的五元环，碱基是平、磷酸呈四面体构型，脱氧核糖呈折叠的五元环，碱基是平 面的面的C C、主链是亲水的，侧链碱基是疏水的、主链是亲水的，侧链碱基是疏水的 主链的脱氧核糖的羟基能与水形成氢键，而磷酸基团在主链的脱氧核糖的羟基能与水形成氢键，而磷酸基团在 生理条件下离解为负

10、离子生理条件下离解为负离子 这些特点保证了多核苷酸链可形成稳定的构象这些特点保证了多核苷酸链可形成稳定的构象4 4、 一级结构的概念一级结构的概念 指指DNADNA分子中的核苷酸排列顺序分子中的核苷酸排列顺序 不同生物借此贮存遗传信息不同生物借此贮存遗传信息 决定决定DNADNA的二级结构和高级结构的二级结构和高级结构第三节第三节 DNA的二级结构的二级结构 一、一、 DNA双螺旋模型的提出双螺旋模型的提出double helix model） * 根据根据 a a、 1938. W. T. Astbury 1938. W. T. Astbury 首次用首次用X X射线分析射线分析DNADNA

11、 b b、 1950 Chargaff A + G / T + C = 1 1950 Chargaff A + G / T + C = 1 A+T G + C A+T G + C c c、 1952 Alexander Todd 1952 Alexander Todd 发现了核苷酸和核苷酸之间由磷酸二酯键联接发现了核苷酸和核苷酸之间由磷酸二酯键联接 d d、 1952 M.H.F.Wilkins & Rosalind Franklin 1952 M.H.F.Wilkins & Rosalind Franklin 得到了高度定向的得到了高度定向的DNADNA纤维的纤维的X-X-射

12、线照片射线照片 发现原子长轴存在发现原子长轴存在0.340.34和和3.4nm3.4nm两种周期性两种周期性 此外，之前的密度测定表明螺旋由两条多核苷酸链组此外，之前的密度测定表明螺旋由两条多核苷酸链组成，且直径恒定成，且直径恒定2nm)2nm)。* 提出提出 1953. Watsosn & Crick 右手右手 B- DNA Double helix Model B- DNA Double helix Model 每一单链具有每一单链具有 5 5 3 3极性极性 两条单链极性相两条单链极性相反反, ,反向平行反向平行 两条单链间以氢键两条单链间以氢键 衔接衔接 以中心为轴，向以中心为

13、轴，向 右右 盘盘 旋旋 （直径（直径2nm2nm） 双双 螺螺 旋旋 中中 存存 在在大，小大，小 沟沟 * 双螺旋的主链双螺旋的主链PhosphodiesterBackboneC-GT-A 碱基互补碱基互补 直径直径2020 * 双螺旋模型参数双螺旋模型参数 螺距为螺距为3434任一条链任一条链 绕轴一周所升降的距绕轴一周所升降的距离）离） 每圈有每圈有1010个核苷酸个核苷酸 （碱基）（碱基） 有大沟和小沟有大沟和小沟 配对碱基并不充满双配对碱基并不充满双 螺旋空间，且碱基对螺旋空间，且碱基对 占据的空间不对称占据的空间不对称 两个碱基之间的两个碱基之间的垂直垂直 距离是距离是3.43.

14、4。螺。螺旋转旋转 角是角是3636度度Pitch 34 Rise3.4 Width 20 Major GrooveMinor Groove10.4 bp/turnTwist 36 大、小沟的差异大、小沟的差异 大沟中碱基差异容易识别大沟中碱基差异容易识别 ，往往是蛋，往往是蛋白质因子结合特异白质因子结合特异DANDAN序列的位点序列的位点 小沟相对体现的信息较少小沟相对体现的信息较少二、二、 影响双螺旋结构稳定性的因素影响双螺旋结构稳定性的因素 l 氢键 (Hydrogen bond 46 kc / mol) 消除消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力单链上磷酸基团间的静电斥力 弱键弱键, 可

15、加热解链可加热解链氢键堆积氢键堆积, 有序排列有序排列(线性线性, 方向方向) l 磷酸酯键 (phosphoester bond 8090 kc / mol)l 0.2 mol / L Na+ 生理盐条件 强键强键, 需酶促解链需酶促解链 * 维持稳定性的因素维持稳定性的因素l 碱基堆积力 (非特异性结合力) ( 1 kc / mol 0.6kc / mol ) n 范德华力范德华力Van de waals force） (1.7A/ 嘌呤环与嘧啶环嘌呤环与嘧啶环 作用半径作用半径)(0.34 nm/碱基对间距)3.4A 疏水作用力疏水作用力 (Hydrophobic interaction

16、) 不溶于水的非极性分子在水中相互联合不溶于水的非极性分子在水中相互联合, 成串结合的趋势力成串结合的趋势力. 即熵即熵 值值(Entrophy)S上升上升-热力学上的稳定态热力学上的稳定态成为碱基间的部分堆积力成为碱基间的部分堆积力 (磷酸骨架磷酸骨架, 氨基氨基, 酮基周围水分子间的有序排列酮基周围水分子间的有序排列 )l 磷酸基团间的静电斥力l 碱基内能增加(温度), 使氢键因碱基排列有序状态的破坏l 而减弱 * 不稳定因素不稳定因素三、双螺旋结构的基本形式三、双螺旋结构的基本形式 B-DNA B-DNA 资料来自相对湿度为资料来自相对湿度为9292所得到的所得到的DNADNA钠盐纤维钠

17、盐纤维 此外人们还发现了此外人们还发现了A A、C C、D D、E E等右手双螺旋和左手双螺旋等右手双螺旋和左手双螺旋 Z Z构象等形式构象等形式DNADNA结构的多态性：几种不同的结构的多态性：几种不同的DNADNA双螺旋结构以及同双螺旋结构以及同 一种双螺旋结构内参数存在差异的现象一种双螺旋结构内参数存在差异的现象 缘由：多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单键磷酸二酯键缘由：多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单键磷酸二酯键 的两个的两个P-OP-O键、糖苷键、戊糖环各个键键、糖苷键、戊糖环各个键戊糖的构象戊糖的构象A DNAB DNAABZHandednessBase InclinationA

18、BZ大沟宽大沟宽小沟窄小沟窄小沟窄小沟窄大沟变深大沟变深小沟宽深小沟宽深大沟不存在大沟不存在小沟窄而深小沟窄而深1、反向重复序列与二级结构、反向重复序列与二级结构 反向重复序列反向重复序列inverted repeatitive sequence or inverted repeats IR又称回文序列廻文）：指两段同样又称回文序列廻文）：指两段同样的核苷酸序列同时存在于一个分子中，但具有相反的方向的核苷酸序列同时存在于一个分子中，但具有相反的方向. 有时也有不完全相同的情况有时也有不完全相同的情况, RNA和和DNA中都可能存在中都可能存在.此外还可有此外还可有directed repeat

19、itive sequence -正向重复序列正向重复序列第四节第四节 DNA DNA序列的高级结构序列的高级结构C反向重复序列间间隔较短或无间隔反向重复序列间间隔较短或无间隔反向重复序列间间隔较长反向重复序列间间隔较长 * 较短的回文序列可能是作为一种信号较短的回文序列可能是作为一种信号 如：限制性内切酶的识别位点如：限制性内切酶的识别位点 一些调控蛋白的识别位点一些调控蛋白的识别位点 2、三螺旋、三螺旋DNA (Trible Helix DNA, T.S DNA) 例如限制性内切酶例如限制性内切酶 EcoR的识别位点的识别位点 5GAATTC3 3CTTAAG5 （1） 发现和证实发现和证实

20、 1953 年 Watson & Crick D.S DNA model 证明沿大沟存在多余的氢键给体与受体潜在的专一与潜在的专一与DNA (蛋白质蛋白质) 结合的能力结合的能力形成形成T.S DNA 可能性可能性 这些发现促进了三螺旋这些发现促进了三螺旋DNADNA的研究的研究 （2 2） 形成条件形成条件 第二股中间链必须是嘌呤链第二股中间链必须是嘌呤链 第三股链至少长于八个核苷酸第三股链至少长于八个核苷酸 1957 Felsenfeld 1957 Felsenfeld等等 发现一股为嘌呤，发现一股为嘌呤，另一股为嘧啶的核另一股为嘧啶的核 苷酸双链能够形成三链苷酸双链能够形成三链

21、如：如： polyA/polyU polyA/polyU polydA/polydT polydA/polydT polyd polyd (AG)/polyd(CT) (AG)/polyd(CT) 1987 年 Mirkin . S . M 证明证明plasmid DNA 在在 pH= 4.3的溶液中的溶液中, 有有T.S DNA的存在的存在 三螺旋三螺旋DNADNA的概念提出的概念提出PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAa、

22、 D.S. DNA + D.S.DNA T.S. DNA + S.S. DNA （3 3） 组成形式组成形式三链螺旋三链螺旋双链螺旋双链螺旋 双链DNA的同源回文序列形成的三链DNA镜向重复）Mirkin (1987) pGG332 plasmid DNA b、 分子组成 PY/PU + PU (偏碱性介质中稳定) GG 、 AA 、 GA PY/PU + PY (偏酸性介质中稳定) 常见类型 GC ATl第三条链位于第三条链位于B-DNA的的 l Major groove中中 H-DNA H-DNA 两种异构体两种异构体 T. S. DNA 的连接键的连接键 Watson bonding A

23、 T G C (D. S. DNA)H+Hoogsteen 氢键氢键G C+(质子化质子化 )(第三链第三链 , pH 小于小于7)三股螺旋三股螺旋DNA结构特点总结结构特点总结第三条单链第三条单链DNA分子分子 位于位于B-DNA大沟内大沟内 与与B-DNA以以 Hoogsteen 键连接键连接 A T , G C两氢两氢键配对，键配对，C必需质子必需质子化化 poly(Py) : (Pu) : (Py)为常见类型为常见类型Trible helixMajor groove Py : Pu : Py3ed * * 可能功能可能功能 可能与基因调控可能与基因调控区域的功能和染色体区域的功能和染色

24、体重组有关重组有关3、 四股螺旋四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable Helix DNA ) 发现发现 1958. Poly(G) X-ray photograph碱基形成环状氢键连接结构碱基形成环状氢键连接结构Tetrable Helix DNA 均有形成均有形成四股螺旋四股螺旋DNA的可能的可能 5-TTAGGGTTAGGGTTAGGG-33-AATCCCAATCCC-5 Poly (G), 4 (dG) 染色体端粒高度重复的染色体端粒高度重复的 DNA序列序列 着丝点附近的高度重复序列着丝点附近的高度重复序列 形成条件串联重复的鸟苷酸形成条件串联重复的鸟苷酸

25、 已有实验结果表明真核细胞端粒中存在四链结构已有实验结果表明真核细胞端粒中存在四链结构 结结 构构 特特 点点碱基之间靠碱基之间靠 Hoogsteen 键连接键连接GGGG基本结构单元鸟嘌呤四联体基本结构单元鸟嘌呤四联体可能的功能可能的功能 A、 稳定真核生物染色体结构稳定真核生物染色体结构 B、 保证保证DNA末端准确复制末端准确复制 C、 与与DNA分子的组装有关分子的组装有关 D、 与染色体的与染色体的 meiosis & mitosis 有关有关 Hoogsteen Bonding 5-TTAGGGTTAGGGTTAGGGT 3-AATCCCAATCCC GGG TA4、超螺旋

26、、超螺旋superhelix OR supercoil）最早在SV40和多瘤病毒 中发现 超螺旋是所有线性或环 形DNA的共有的重要特征The supercoils of the SV40 minichromosome can be relaxed to generate a circular structure, whose loss of histones then generates supercoils in the free DNA.（1）、）、 超螺旋结构的方向性超螺旋结构的方向性B-DNA紧缠紧缠overwinding (overwinding (右旋右旋) ) 正超螺旋正超螺旋

27、positive supercoiled positive supercoiled ）导致左手超螺旋导致左手超螺旋以一根绳子做实验：以一根绳子做实验：原来的绳子的两股以原来的绳子的两股以右旋方向缠绕；在绳右旋方向缠绕；在绳子的一端向紧缠方向子的一端向紧缠方向捻转，再将绳子的两捻转，再将绳子的两端连接起来，则产生端连接起来，则产生一个左旋的超螺旋以一个左旋的超螺旋以解除外加捻转的协变解除外加捻转的协变B-DNA松缠松缠unwinding (unwinding (左旋左旋) ) 负超螺旋负超螺旋Negative Supercoiled ）导致右手超螺旋导致右手超螺旋在绳子的一端向松缠在绳子的一端向

28、松缠方向捻转，再将绳子方向捻转，再将绳子的两端连接起来，则的两端连接起来，则产生一个右旋的超螺产生一个右旋的超螺旋以解除外加捻转的旋以解除外加捻转的协变协变 超螺旋的形成总是要向着抵消超螺旋的形成总是要向着抵消初级螺旋改变的方向发展初级螺旋改变的方向发展所有生物的所有生物的DNA几乎几乎 有有5%为为 Negative Superhelix （2）、超螺旋状态的描述）、超螺旋状态的描述可用数学公式描述可用数学公式描述Vinograd 方程式方程式L = T + W ( = + )？L 连接数连接数Linking number ） 双链双链DNA的交叉数，的交叉数， 不发生链断裂时，不发生链断裂

29、时，L为定值为定值T 盘绕数盘绕数Twisting number ） 双链双链DNA的缠绕数，初级螺旋圈数的缠绕数，初级螺旋圈数W 超盘绕数超盘绕数Writhing number） 直观上为双螺旋在空间的转动数直观上为双螺旋在空间的转动数W= 负值负值negative superhelix）W = 正值正值 ( positive superhelix） 420bp* B-DNA是是 力学上稳定力学上稳定 的结构的结构( 10 bp/ helix)* 螺旋数改 变的结果之 一是产生超 螺旋 或是在B_DNA中保留一单链区域，但须能量的功给 DNA在水溶液中, 构型偏B型状态 DNA以10.5 b

30、p/helix为最稳定构型 小于10.5bp/helix 向正超螺旋发展(紧缩态) 大于大于10.5bp/helix 10.5bp/helix 向负超螺旋向负超螺旋发展发展(松弛态松弛态) ) 天然的天然的DNADNA都是负超螺旋都是负超螺旋 但一些生命活动过程中存在正超螺旋但一些生命活动过程中存在正超螺旋B-DNA的变化情况：的变化情况： base base3.4埃埃EB 7.0埃埃 base basebasebase（3 3）、体外可产生正超螺旋）、体外可产生正超螺旋 溴化乙锭溴化乙锭Ethidium bromide EBEthidium bromide EB） 放线菌素放线菌素D Da

31、a、EBEB的插入只改变盘绕数的插入只改变盘绕数T T使其降低使其降低 但但L L值不变值不变WWL LT TL L值不变值不变T T值降低值降低WW正值正值产生正超螺旋产生正超螺旋360o/helix 360o-26o/helix / 0ne of EB inserted负负 Superhelix OC, L, DNA 正正 Superhelix EB对超螺旋结构的影响对超螺旋结构的影响（4）、拓扑异构酶）、拓扑异构酶l 拓扑异构体：只在连接数上有差别的同种拓扑异构体：只在连接数上有差别的同种DAN分子称为分子称为l 这种这种DNA的拓扑异构体的拓扑异构体l 拓扑异构酶拓扑异构酶topois

32、omerase ）：催化）：催化DNA由一种拓扑异由一种拓扑异l 构体转变成另一种拓扑异构体的酶类构体转变成另一种拓扑异构体的酶类拓扑异构酶的类别和特性拓扑异构酶的类别和特性被切割的被切割的DNADNA链链 1 1 2 2 1 1 2 2对对ATPATP的需求的需求 否否 否否 是是 是是依赖于依赖于DNADNA的的ATPATP酶酶 否否 否否 是是 是是产生负超螺旋产生负超螺旋 否否 否否 是是 否否松弛负超螺旋松弛负超螺旋 是是 是是 否否 是是松弛正超螺旋松弛正超螺旋 否否 是是 是是 是是性质性质型型型型原核生物原核生物原核生物原核生物真核生物真核生物真核生物真核生物改变超螺旋的方式改

33、变超螺旋的方式结合到结合到一条链一条链上形成上形成复合物复合物切断一切断一条链形条链形成酶和成酶和蛋白的蛋白的复合体复合体共价连接共价连接 Tyrosine-5P一条链一条链穿越穿越重新重新连接连接L=2L=3 、拓扑异构酶 (topoisomerase I) 结果：连接数增加一个结果：连接数增加一个增加一个负超增加一个负超 、拓扑异构酶、拓扑异构酶Top II 旋转酶旋转酶(gyrase) Top亚类之一亚类之一 引入负超螺旋引入负超螺旋作用于双链作用于双链涉及双链的涉及双链的 断裂和连接断裂和连接每次使每次使DNADNA的连接的连接数改变数改变2 2 、拓扑异构酶的生物学功能、拓扑异构酶的

34、生物学功能 b、防止细胞、防止细胞DNA的过度超螺旋的过度超螺旋 多种拓扑异构酶的作用严格控制体内负超螺旋多种拓扑异构酶的作用严格控制体内负超螺旋 维持在维持在5%程度程度 所以所以 一种拓扑异构酶的单向突变对细胞来说是致命的一种拓扑异构酶的单向突变对细胞来说是致命的 因而一般两种拓扑异构酶的突变水平相当因而一般两种拓扑异构酶的突变水平相当a、恢复由一些细胞过程产生的超螺旋、恢复由一些细胞过程产生的超螺旋 如：复制叉前面正超的消除如：复制叉前面正超的消除 转录酶前正超的消除，后面负超的产生转录酶前正超的消除，后面负超的产生第五节第五节 RNA RNA的结构与功能的结构与功能Structure

35、and Function of RNARNA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 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

36、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 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一一 、信使

37、、信使RNA的结构与功能的结构与功能hnRNA 内含子内含子(intron)(intron)mRNA * mRNA成熟过程成熟过程 外显子(exon)* * mRNA mRNA结构特点结构特点1.帽：大多数真核帽：大多数真核mRNA的的5末端均在转录后加末端均在转录后加上一个上一个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C2也是甲基化，形成帽子结构：也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。尾：大多数真核尾：大多数真核mRNA的的3末端有一个多聚末端有一个多聚腺苷酸腺苷酸(polyA)构造，称为多聚构造，称为多聚A尾。尾。编码区：核苷酸残基编码区：核苷酸残基帽子结构帽子

38、结构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* 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。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 tRNA的一级结构特点

39、的一级结构特点分子量小，稀有碱基多分子量小，稀有碱基多 含含 1020% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU 3末端为末端为 CCA-OH 5末端大多数为末端大多数为G 具有具有 TyyC 二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能NNHNHNNOCH3CH3NNNHNNHCH2CHCCH3CH3NHNHOOHHHHNHNHSON,N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 稀有碱基稀有碱基 tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形四臂三环四臂三环: 氨基酸臂氨基酸臂 DHU(臂臂)环环 反密码反密码(臂臂)环环 额外环额外环(可变臂

40、可变臂) TC(臂臂)环环氨基酸臂氨基酸臂额外环额外环* 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、搬运氨基酸到核活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻糖体，参与蛋白质的翻译。译。* rRNA的含量多的含量多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的功能参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。* 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

41、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%49种种占总重量的占总重量的35% mRNA tRNA rRNA 呈三叶草形呈三叶草形四四 、其他小分子、其他

42、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RNA核仁小核仁小RNA胞质小胞质小RNA催化性小催化性小RNA小片段干涉小片段干涉 RNA 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snmRNAssnmRNAs的种类、的种类、结构和功能。同一生物

43、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snmRNAssnmRNAs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 六六 节节n两性电离两性电离n紫外吸收紫外吸收n变性变性n复性复性n分子杂交分子杂交+带正电荷的核酸带正电荷的核酸带负电荷的核酸带负电荷的核酸兼性离子兼性离子酸酸碱碱一两性电离一两性电离二紫外吸收二紫外吸收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: OD260/OD280 = 1.8RNA纯品纯品: OD260/OD280 = 2.0OD260的应用的应用目目 录录三、三、DNADNA的变性的变性(denaturatio