生物化学教学课件：第一章 核苷酸、多聚核苷酸与核酸

第一章核苷酸、多聚核苷酸与核酸

第二章氨基酸、多肽与蛋白质第一章核苷酸、多聚核苷酸与核酸

Nucleotide，PolynucleotidesANDNucleicAcids核酸研究的历史1869年Miescher，发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物，并在所有细胞的核里都找到了此物质，故命名“核质(Nuclein)”。1879年Kossel经过10年的努力，阐明除蛋白质外核质中有四种不同的组成部分：A、T、C和

G。1889年Altman建议将“核质”改名为“核酸”，因为已经认识到“核质”乃“核酸”与蛋白质的复合体。1944年Avery研究肺炎双球菌的转化因子，证明DNA是细菌遗传性状的转化因子。Avery–MacLeod–McCartyexperimentFrederickGriffith，1928年发现肺炎双球菌的转化因子Griffith'sexperiment1952年，美国冷泉港

Hershey-Chase噬菌体浸染细菌的实验1950年Chargaff,E分析了DNA的组成成分，得知[A]=[T]，[G]=[C]，[A+G]=[C+T]。

MauriceHF

WilkinsRosalindFranklinDNA

X-ray

2．DNA双螺旋结构模型（double-helicalstructure）

1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。

该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是上个世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。3、DNA的双螺旋结构的意义1957年Meselsnhe&Stahl用密度梯度超离心法，证实半保留复制假说。1958年Kornberg得到高纯度的DNA聚合酶，这种酶需要一个模板DNA,并且能够复制DNA1960年Cairns将复制中的细菌DNA拍电镜照片。1961年Brenner,Jacob等人用13C，15N标记蛋白质，用32P标记核酸的方法证实了一种新的RNA分子，命名为信使(messenger)RNA,即mRNA。1965年

Holley经过7年的努力测出酵母Ala-tRNA序列。1970年发现第一个DNA限制性内切酶。1972年DNA重组技术的建立。1978年双脱氧DNA测序法的建立。80年代RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、“RNA世界”假说等等。90年代：RNA干扰技术20世纪初：ZFN基因组编辑技术2010年：Talen基因组编辑技术2013年：CRISPR基因组编辑技术张峰核苷酸的结构与功能第一节TheStructureandFunctionofNucleotides核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物质，包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类。RNA和DNA都是以单核苷酸为基本单位所组成的多核苷酸长链。RNA主要参与遗传信息的表达，而DNA则是遗传信息的载体。

DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA的一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。RNA分子主要由AMP，GMP，CMP，UMP四种核糖核苷酸组成。RNA的一级结构就是指RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。核糖核酸（ribonucleicacid-RNA）:转移RNA(transferRNA-tRNA)、信使RNA(messengerRNA-mRNA)、核糖体RNA（ribosomalRNA-rRNA）功能：三者共同参与遗传信息的表达。小分子细胞核RNA（snRNA）、染色质RNA（chRNA）、反义RNA（antisenseRNA）、双链RNA（dsRNA）、细胞质小RNA（scRNA）、具有催化活性的RNA（ribozyme）、各种病毒RNA脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid-DNA）功能：遗传信息的载体，负责遗传信息的贮存和发布。核酸的种类与分布

核酸的分布核酸的化学组成

元素组成C、H、O、N、P（9%~10%）

分子组成——碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱——戊糖(pentose)：核糖，脱氧核糖——磷酸(phosphate)核酸核苷酸磷酸核苷或脱氧核苷核酸酶水解核苷酶核糖脱氧核糖碱基戊糖嘌呤嘧啶（一）核酸中的碱基核酸中常见的5种碱基嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)碱

基:嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)五种碱基的酮基或氨基受介质的影响，G、U、T可形成酮－烯醇互变异构体，体液近中性条件下以酮式为主。

A、C可形成氨基－亚氨基互变异构体，体液近中性条件下以氨式为主。使碱基间能形成氢键。嘌呤或嘧啶既可碱性解离又可酸性解离，液近中性条件下以碱性解离为主。碱基可发生互变异构烯醇式酮式氨式亚氨式酮式酮式烯醇式氨式烯醇式亚氨式核酸中存在稀有碱基

核酸中还有一些含量甚少的碱基，称为稀有碱基(rarebase)。稀有碱基种类很多，大多数都是甲基化碱基。tRNA中含有较多的稀有碱基，可高达10%。

DNARNA嘌呤m7G7-甲基鸟嘌呤

N6，N6-2m6AN6，N6-二甲基腺嘌呤N6-m6AN6-甲基腺嘌呤N6-m6AN6-甲基腺嘌呤m7G7-甲基鸟嘌呤嘧啶m5C5-甲基胞嘧啶DHU二氢尿嘧啶Hm5C5-羟甲基胞嘧啶T胸腺嘧啶核酸中部分稀有碱基N,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

tRNA中常见的稀有碱基

（二）

核苷酸中的戊糖核糖核苷酸：β-D-核糖脱氧核糖核苷酸：β-D-2-脱氧核糖

戊糖是核苷酸的另一个基本成分。

戊

糖（构成RNA）1´2´3´4´5´核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)H（三）核苷：

核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。

在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的C1′β-羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进行缩合，故生成的化学键称为β，N糖苷键。

腺苷(AR)脱氧胞苷(dCR)β1′,N9-糖苷键β1′,N1-糖苷键β1′β1′N9N1

“稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成的核苷。假尿苷（ψ）β1′,C5-糖苷键β1′C5（四）核苷酸的结构与命名核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。

由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2’-核苷酸、3’-核苷酸和5’-核苷酸。最常见者为5’-核苷酸（5’

常被省略）。

腺苷(AR)脱氧胞苷(dCR)1234512345含有一个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸（NMP）；含有两个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸（NDP）；含有三个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸（NTP）。腺苷一磷酸AMP核苷酸的多种功能：①作为合成核酸的原料：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成RNA，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成DNA。②作为能量的贮存和供应形式：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。

5′-核苷酸又可按其在5′位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。

三磷酸腺苷继续磷酸化核苷酸的多种功能：③参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素的第二信使。④参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。⑤作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。2.环化磷酸化

cAMP

cGMP环核苷酸分子：第二信使核苷酸的多种功能：④参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。⑤作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。FADNAD、NADPHSCoA3.辅酶：NAD、NADP、FAD、HSCoA三、核苷酸的理化性质是其分离鉴定的基础核苷酸一般为白色粉末或结晶状物，平均分子量约为340。溶于水，水溶液呈酸性。不溶于丙酮、乙醇等有机溶剂。（一）核苷酸的紫外吸收特征可用于

其定性定量分析1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相当于50μg/ml双链DNA40μg/ml单链DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度DNA纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品:OD260/OD280=2.0OD260的应用（二）

核苷酸的解离特征可用

于其分离纯化核苷酸分子在特定溶液中各基团的解离常数（pK）和等电点（pI）均为特征性常数。这些特性赋予核苷酸以层析和电泳行为的差异，因此被广泛用于核苷酸的分离和纯化。例如，薄层层析、离子交换层析、毛细管电泳等技术都可用于分离和纯化核苷酸。

第二节多聚核苷酸Polynucleotides一、多聚核苷酸就是核苷酸的多聚物多个核苷酸（nucleitide）通过3，5-磷酸二酯键（phosphodiesterbond）连接、形成的链状聚合物，即多聚核苷酸（polynucleotides）（一）3,5-磷酸二酯键是核酸的基本结构键

一分子的核苷酸的3′-位羟基与另一分子核苷酸的5′-位磷酸基通过脱水可形成3′,5′-磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。

5端3端CGA（二）多聚核苷酸链有方向性AGP5PTPGPCPTPOH3（三）书写方法5pApCpTpGpCpT-OH

35

ACTGCT

3二、多聚核苷酸链在细胞内通过复制和转录而合成生物体内的DNA链或RNA链的合成是在包括DNA聚合酶或RNA聚合酶在内的一组酶共同参与下完成的。这个合成过程以dNTP或NTP为原料，以单链DNA链为模板，逐步地完成从5-末端到3-末端的合成。

三、多聚核苷酸链可在体外经多种方式合成

（一）DNA聚合酶链反应是当前获得DNA片段最常用技术（PCR技术）（二）单链寡脱氧核糖核苷酸链可利用亚磷酰胺三酯方法合成

（三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成四、核苷酸的排列顺序就是多聚核苷酸链的一级结构

多聚核苷酸链的核苷酸从5-末端到3-末端的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。5端3端CGA第二节DNA的结构和功能

StructureandFunctionofDNA

一、DNA的二级结构是右手双螺旋（一）DNA双螺旋结构的研究背景：夏尔加夫（Chargaff,Erwin)奥地利-美国生物化学家。四十年代后期，夏尔加夫是定量确定存在于核酸分子中的各种氮碱的科学家之一。他采用纸层析法和紫外法仔细分析了DNA的组成成分，对各种核酸分子进行广泛的试验。发现通常每种核酸分子里腺嘌呤的数目同胸腺嘧啶的数目相等；鸟嘌呤的数目则和胞嘧啶的数目相等。这一发现对克里克和沃森建立沃森-克里克DNA结构模型是非常有益的。

1950～1953，夏尔加夫（Chargaff,Erwin)研究小组对DNA的化学组成进行了研究，发现：①DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，差异越大；②相同物种，不同组织器官中DNA碱基组成相同，而且不因年龄、环境及营养而改变；③DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为Chargaff原则或叫碱基组成规律。1951年发现了DNA晶体的X线衍射图谱中存在两种周期性反射，证明DNA是一种螺旋构象。Watson和Crick综合对DNA的知识，提出DNA双螺旋结构模型(二)B型双螺旋DNA的结构特点：（1）两条链反向平行，绕同一轴相互缠绕成右手螺旋；（2）亲水的磷酸和戊糖交替处于螺旋外围，疏水的碱基处于内部，形成碱基对；

(3)双螺旋的直径为2nm，螺距为3.4nm；每个螺旋有10个碱基对，每两个碱基对间相对旋转角度为36°（4）两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个氢键，G与C为三个氢键）；一条链的核苷酸序列可以决定另一条互补链的核苷酸序列。氢键的定义：氢原子与电负性大、半径小的原子X以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。（与可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）碱基配对及氢键形成（5）螺旋的稳定因素为：

氢键和碱基堆积力（碱基之间的范德华力）；两条互补链间碱基对形成氢键，横向稳定。相邻的两个碱基对在旋转过程中会彼此重叠，产生具有疏水性的碱基堆积力，维持纵向稳定。对双螺旋结构稳定更为重要。（三）DNA构象有多态性1DNA双螺旋分子的钠盐结晶结构一共发现了三种，分别命名为A、B和C型。2其中B型与Watson-Crick提出的模型一致，是在相对湿度92％下得到的，这是DNA双螺旋在水性环境和生理条件下最稳定结构。3A和C型在降低相对湿度的条件下形成，它们的螺距都比B型要短。沟槽、旋转角度等都有变化。4右手螺旋。

Z型DNA首先在富含GC的DNA短片段中发现，后来证明天然DNA中也有。它是一种左旋螺旋。在细胞中可能有助解链和调控基因表达的作用。二、DNA在二级结构基础上形成超螺旋结构（一）超螺旋结构具有不同的拓扑异构体DNA在双螺旋结构基础上通过盘绕和折叠所形成的空间构象称为三级结构。超螺旋结构(superhelix或supercoil)将DNA的两端固定，使之旋进过分或旋进不足，DNA双链上就会产生额外的张力而发生扭曲，以抵消张力。这种扭曲称为DNA双链的超螺旋结构。松弛态DNA（relaxedDNA）在溶液中是以能量最低的状态存在的线性DNA

。

负超螺旋(negativesupercoil)自然界中闭合双链DNA，即细胞中的环状DNA，一般呈负超螺旋。DNA双螺旋为右旋螺旋。由于右旋螺旋不足，导致部分碱基不形成配对。在拓扑异构酶的作用下，分子通过整体拓扑学上的右旋来补足右旋螺旋的不足。旋进过分的方向与DNA双链的螺旋方向相反在数学上呈1：1，即分子整体右旋一圈来补双螺旋上的一圈不足。自然条件下的DNA都是以负超螺旋的构象存在的，也就是说，DNA的实际螺旋数要少于它含有的碱基对数目应该对应的螺旋数。负超螺旋状态有利于解开DNA双链。DNA的复制、转录、组装等许多过程都需要解开双链才能进行。生物体可以通过DNA的不同超螺旋结构来控制其功能状态。

正超螺旋(positivesupercoil)为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左旋来去除过度的螺旋。正超螺旋旋进过分的方向与DNA双链的螺旋方向相同

（二）原核生物DNA和线粒体DNA是环状DNA的结构原核生物的DNA都是闭合环状的双螺旋结构。它在细胞内紧密缠绕形成了致密的小体，称为类核（nucleoid）。线粒体和叶绿体是真核细胞中含有核外遗传物质的细胞器。线粒体DNA(mitochondrialDNA,

mtDNA)是一个封闭的双链环状分子。人mtDNA全长16,569个碱基对，共计37个基因,分别编码13个蛋白质、2个rRNA、22个tRNA。核小体(nucleosome)是染色质的基本组成单位，由DNA和蛋白质构成。双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。完整的核小体由两部分组成：即核小体核心（nucleosomecore），以及连接各核心颗粒之间的区域称连接区（linker）。（三）真核生物DNA与组蛋白组成高度有序的染色质核小体是染色质的基本组成单位，由DNA和5种组蛋白（H1,H2A,H2B,H3,H4）组成。两分子组蛋白H2A,H2B,H3,H4构成八聚体核心蛋白，长度150bpDNA缠绕在八聚体上构成核小体核心颗粒。

DNA和H1构成连接区，连成染色质丝，使染色质DNA体积压缩6～7倍。染色质纤维进一步压缩成染色单体，在核内组装成染色体。此过程DNA被压缩几千倍,将2米长的DNA组装在核内。细胞周期大部分时间核DNA以松散的染色质存在，分裂期以致密的染色体存在。

DNA双螺旋→核小体→串珠状多核小体细丝（染色质丝）→

中空螺线管（直径30nm)→超螺线管（染色质纤维直径400nm

）→染色单体三、DNA是生物遗传信息的载体早在20世纪30年代，人们就已经知道了染色体是遗传物质，也知道了DNA是染色体的组成部分。直到Avery等人采用细菌转化实验（1944年），后经Hershey和Chase通过同位素标记噬菌体DNA感染细菌实验（1952年）才直接证明了DNA是遗传的物质基础。

（一）DNA是遗传的物质基础基因（gene）是生物遗传信息的携带者。

它是编码一种蛋白质或一条多肽链或一种RNA的DNA的功能片段。

它是一个功能性遗传单位，也是一个突变单位或重组单位。DNA是生物遗传信息的载体，并为基因复制和转录提供了模板。它是生命遗传的物质基础。１DNA具有高度稳定性的特点，用来保持生物体系遗传的相对稳定性。２DNA又表现出高度复杂性的特点，它可以发生各种重组和突变，适应环境的变迁，为自然选择提供机会。（二）DNA全部核苷酸序列组成基因组基因组(genome)是指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的DNA的总和。基因组是一个十分稳定的体系。1同一种系不同个体的染色体数目是相同的。2各染色体上有相同数量的基因和基因分布。3也有基本相同的核苷酸顺序。一个有机体从它的发生、发展到衰老、死亡，不同细胞、组织和器官的基因组是基本稳定不变的.绝大多数生物个体的基因组是DNA；但有些病毒的基因组是RNA。

第三节

RNA的结构与功能

StructureandFunctionofRNA一、mRNA的结构与功能约占总RNA的3%-5%，含量最少，种类最多。成熟mRNA不含内含子，hnRNA含有。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。RNA是DNA的转录产物。RNA通常以单链线性形式存在，但是可以通过链内的碱基互补配对形成局部的双螺旋结构，进而形成三级结构。与DNA相比，RNA的种类、大小、结构以及稳定性表现出了多样化，这与它们的功能多样化密切相关。原核生物mRNA真核生物mRNA

多顺反子

单顺反子

转录后不需加工

转录后需加工成熟直接翻译成蛋白质

翻译成蛋白质

半衰期短

半衰期长

数秒

数小时2、原核生物mRNA的结构（1）５’端：翻译起始序列:

SD序列；３’端：翻译终止序列.英文名称：Shine-Dalgarnosequence;

SDsequenceSD序列（Shine-Dalgarnosequence）：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列.SD序列在细菌mRNA起始密码子AUG上游10个碱基左右处,有一段富含嘌呤的碱基序列,能与细菌16SrRNA3’端识别,帮助从起始AUG处开始翻译.（2）少量的间隔序列（3）无帽无尾(4)包括起始密码子和终止密码子（5）中间编码序列。5´3´顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序原核细胞mRNA的结构特点一、真核mRNA的成熟hnRNA内含子(intron)mRNA去除内含子

外显子(exon)（一）mRNA5-末端添加帽子结构大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的5′-端的7-甲基鸟苷三磷酸帽子。5′帽子结构是在核内转录后由鸟苷酸转移酶催化，加上7-甲基鸟苷三磷酸，形成5′—5′的连接，不再有末端的5′磷酸结构。同时与帽子结构相邻的第一个和第二个核苷酸中戊糖C-2′通常也被甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。

真核mRNA的5-末端7-甲基鸟嘌呤核苷帽状结构及核糖甲基化m7GpppNm-帽子结构作用帽子结构可以与帽结合蛋白(CBP)结合形成复合物：1)使mRNA从胞核向胞质转移2)与翻译过程相关因子结合3)保护mRNAmRNA3-末端加ployA尾

大多数真核mRNA的3末端是一段有80~250个腺苷酸的多聚腺苷酸结构，称为多聚A尾(poly(A)-tail)

。多聚A尾在细胞内与poly(A)结合蛋白[poly(A)-bindingprotein,PABP]相结合而存在，每10～20个腺苷酸结合一个PABP单体。所以，真核细胞的mRNA的3-端实际上是一个poly(A)和蛋白质多聚体形成的复合物。

真核生物mRNA3’-端的polyA结构是在mRNA转录好后由polyA转移酶催化加入的。mRNA核内向胞质的转移保护mRNA翻译起始的调控帽子结构和多聚A尾的功能（二）mRNA含有氨基酸密码子mRNA的功能是转录核内编码蛋白质信息的DNA碱基排列顺序，并携带至细胞质，指导蛋白质合成。

mRNA分子从5-末端的第一个AUG(起始密码子)开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上一个氨基酸，称为三联体密码(tripletcode)或密码子(codon)。位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为开放阅读框(openreadingframe，ORF)，可读框内的核苷酸序列决定了多肽链的氨基酸序列。一条完整的mRNA包括5-非编码区、编码区和3-非编码区。编码区包括起始密码子、编码氨基酸的序列和终止密码子。二、转运RNA：tRNA（一）tRNA的二级结构：

三叶草二级结构模型。主要特征：

1.四臂三环；

2.氨基酸臂3′端有

CCAOH的共有结构；

3.D环上有二氢尿嘧啶（D）；

三叶草二级结构模型。

4.反密码环上的反密码子

与mRNA相互作用；

5.可变环上的核苷酸数目

可以变动；

6.TψC环含有T和ψ；

7.含较多修饰碱基。N,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tRNA中常见的稀有碱基tRNA有识别mRNA密码的反密码子*tRNA的功能活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。（二）tRNA的三级结构：二十世纪七十年代初科学家用X线射衍技术分析发现tRNA的三级结构为倒L形。tRNA三级结构的特点是氨基酸臂与TψC臂构成L的一横，-CCAOH3’末端就在这一横的端点上，是结合氨基酸的部位，而二氢尿嘧啶臂与反密码臂及反密码环共同构成L的一竖，反密码环在一竖的端点上，能与mRNA上对应的密码子识别，二氢尿嘧啶环与TψC环在L的拐角上。形成三级结构的很多氢键与tRNA中不变的核苷酸密切有关，这就使得各种tRNA三级结构都呈倒L形的。在tRNA中碱基堆积力是稳定tRNA构型的主要因素。*rRNA的结构三、核糖体RNA与核糖体蛋白组成核糖体*rRNA的种类（根据沉降系数）

真核生物

5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA

原核生物

5SrRNA23SrRNA16SrRNA（一）原核、真核rRNA分子质量不同（二）核糖体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%rRNA与核糖体蛋白质共同构成核糖体，是蛋白质生物合成的场所：为肽链合成所需要的mRNA、tRNA、多种蛋白因子提供了相互结合的位点和相互作用的空间环境。（三）rRNA参与组成的核糖体是蛋白质翻译的场所四、非信使小RNA具有多样性

其他小分子RNA统称：非mRNA小RNA（snmRNAs）

snmRNAs包括：核内小RNA（snRNA）、核仁小RNA（snoRNA）、胞质小RNA（scRNA）、催化性小RNA（核酶）、小片段干扰RNA（siRNA）1、核内小RNA：snRNA

snRNA主要存于细胞核中，占细胞RNA总量的0.1~1%，与蛋白质以RNP（核糖核酸蛋白）的形式存在。由于其分子量较小，约含70～300个核苷酸，故称之为核内小RNA(smallnuclearRNA，snRNA)。

snRNA至少有15种之多，其中有7种均富含尿苷酸(U)，含量可高达35％，故称其为U族snRNA，即U-snRNA。包括U1、U2、U3、U4、U5、U6及U7-snRNA。其他则称为非U族snRNA。每分子snRNA与7～8种蛋白质分子结合，以小核糖核蛋白(snRNP)颗粒的形式存在和执行功能。

snRNA的作用：在hnRNA和rRNA的加工、细胞分裂和分化、构成染色质等方面有重要作用。１现已知，U1、U2、U4、U5、U6snRNP是mRNA前体加工时必不可少的因素，２U7-snRNP参与组蛋白的mRNA3’端的成熟过程，断裂基因的发现1974年，30岁的Sharp开始在麻省理工大学（MIT）任教，并于1979年成为那里的生物学教授。直至70年代中期，生物学家们都认为脱氧核糖核酸是一串不间断的基因，但1977年夏普与罗伯茨各自发现了“断裂”（split）基因——携带遗传指令的DNA碎片所组成的外显子（exons）被不携带遗传指令的碎片间隔开。而这种断裂基因也被称为基因内区（introns）。这项发现增进了人们对基因变异以及一些遗传疾病的认识。他与另一位独立研究出相近成果的英国生物学家理查德•约翰•罗伯茨（RichardJohnRoberts）共同获得了1993年诺贝尔生理学-医学奖。Phillip

SharpRichardJ.Roberts1978年，在麻省理工学院任职的同时，夏普帮助成立了一家私立基因工程公司，“美国生物基因公司”（Biogen,Incorporated）。该公司现已搬至马萨诸塞州（Massachusetts）的剑桥（Cambridge）。199420042014真核mRNA的成熟hnRNA内含子(intron)mRNA去除内含子

外显子(exon)RNA的剪接，以mRNA的剪接为例３、U3-snRNP参与rRNA前体的加工。所以说，snRNA既非任何其他RNA的前体，亦非其他RNA代谢的中间产物。而是具有独特功能并且独立存在的实体。2小片段干扰RNA（siRNA）

小片段干扰RNA（siRNA）是宿主对外源侵入的基因所表达的RNA链进行切割，产生的具有特定长度和特定序列的小片段RNA。这些siRNA与外源侵入的基因所表达的mRNA相结合，通过同源RNA－RNA相互作用，并诱发这些靶mRNA的降解。利用这一机制发展起来的RNA干扰技术是研究基因功能的有力工具。2005年诺贝尔生理学-医学奖3、核酶1981年，ThomasCech

发现RNA的催化活性，提出核酶（ribozyme）。具有自身催化作用的RNA称为核酶，大部分核酶参加RNA合成后的加工和成熟。核酶通常具有特殊的分子结构，如锤头结构。TheNobelPrizeinChemistry1989

第四节核酸的理化性质ChemicalandPhysicalPropertiesofNucleicAcids

一、核酸的理化性质（一）核酸一般理化性质1.为两性电解质，通常表现为酸性。2.DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。

3.DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。

4.RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。（二）核酸是两性分子碱基可发生互变异构碱基在体液环境中以碱性解离为主（三）核酸溶液具有高分子性质黏滞度：DNA〉RNAdsDNA〉ssDNA沉降系数：溶液中的核酸在离心力场中可下沉。DNA分子经反复盘曲形成超螺旋后，其沉降系数增加，超螺旋松解后其沉降系数减小。（四）核酸具有紫外线吸收特性嘌呤和嘧啶碱基具有共轭双键，核酸的紫外吸收（OD260）单核苷酸〉ssDNA（或RNA）〉dsDNA1.DNA或RNA的定量A260=1.0相当于50μg/ml双链DNA40μg/ml单链DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度DNA纯品:A260/A280=1.8RNA纯品:A260/A280=2.0A260的应用二、核酸变性、复性定义：核酸的变性（denaturation）指DNA双螺旋之间的氢键断裂变成单链、或RNA局部氢键断裂变成线性单链结构，从而导致核酸的理化性质及生物学性质发生改变的过程方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等（一）核酸变性是双链解离为单链的过程DNA变性后的性质改变：①增色效应：指DNA变性后对260nm紫外光的光吸收度增加的现象。解链过程，暴露的碱基不断增加。②旋光性下降。③粘度降低。④生物学功能丧失或改变。DNA变性的本质是双链间氢键的断裂（二）核酸变性时伴有增色效应DNA的紫外吸收光谱增色效应：DNA变性时其溶液A260增高的现象。热变性解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图，所得的曲线称为解链曲线（融解曲线）。Tm：DNA变性是个突变过程，变性是在一个相当窄的温度范围内完成，类似结晶的熔解。将260nm紫外吸收的增加量达到最大增量一半时所对应的温度称融解温度(meltingtemperature,Tm)或叫解链温度。影响因素：1．DNA均一性决定融解温度范围大小；2．G-C碱基对含量决定融解温度高低；3．介质中的离子强度影响变性。Tm值是DNA变性的重要参数（三）变性的DNA可以复性

DNA复性(renaturation)的定义当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补单链可重新配对结合成为双螺旋结构，或恢复局部双螺旋结构。这一现象称为复性。减色效应DNA复性时，其溶液A260降低。热变性的DNA经缓慢冷却后才可复性，这一过程称为退火(annealing)。（四）利用变性、复性可进行分子杂交将不同来源的DNA混合在一起，经热变性后，让其慢慢冷却复性。若这些异源DNA之间在某些区域具有互补的序列，复性时就会形成杂化双链（heteroduplex）。这种杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成，也可在RNA单链之间形成，甚至还可以在DNA单链和RNA单链之间形成，其前提条件是两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系。这种现象称为核酸分子杂交（hybridization）。DNA-DNA杂交双链分子变性复性不同来