RNA的结构和功能课件

二、病毒和细菌基因组的特点1、共同点基因组较小，只有一个环形或线性的DNA分子多数序列用来编码蛋白质，基因间的间隔序列很短功能相关的基因常串联在一起，由共同的调控元件调控，并转录成同一mRNA分子，指导蛋白质合成，称为操纵子。二、病毒和细菌基因组的特点1、共同点2.病毒基因组的特点1）病毒基因组可以由DNA或RNA组成，但每种病毒只含一种核酸（单、双链，环形、线性）。2）根据合成蛋白质的方式分类：正链病毒：RNA进入宿主细胞后，直接指导蛋白质的合成负链病毒：RNA进入宿主细胞后，先合成与其碱基序列互补的RNA,再指导蛋白质合成双链病毒：RNA为双链，在宿主细胞中先以负链为模板合成正链RNA来指导蛋白质合成，随后合成负链RNA,构成双链RNA，并和蛋白质组装成新的病毒逆转录病毒：RNA进入宿主后，在逆转录酶作用下，合成与其互补的DNA（cDNA),cDNA转录生成mRNA指导蛋白质合成。2.病毒基因组的特点1）病毒基因组可以由DNA或RNA组3）重叠基因

一段可以编码多个肽链的核酸序列重叠基因普遍存在，超过基因总量的10%3）重叠基因3.细菌基因组的特点

细菌染色体有一环形或线性DNA分子，只有一个复制起点编码蛋白质的基因是单拷贝的，但rRNA基因是多拷贝的基因组有多种调控区和少量重复序列基因组中存在可移动的DNA序列（转座子）3.细菌基因组的特点细菌染色体有一环形或线性DNA分子三、真核生物基因组特点

基因组较大

核基因由多条线性染色体构成，每条染色体含有一线性DNA分子，DNA分子含有多个复制起点。不存在操作子

功能相关的基因组成基因簇，基因是在多种调控因子的作用下协调表达。三、真核生物基因组特点基因组较大3.存在大量的重复序列

高度重复序列中度重复序列低度重复序列单一序列（非重复序列）3.存在大量的重复序列高度重复序列4.有断裂基因大多数为蛋白质编码的基因都含有不编码的内含子和编码的外显子。内含子将基因分割成断裂基因（不连续基因）真核生物的基因组含有大量重复序列和内含子，外显子所占比例较小。（人类：1.5%）4.有断裂基因大多数为蛋白质编码的基因都含有不编码的内含第六节

RNA的结构与功能第六节

RNA的结构与功能1.碱基组成A、G、C、U

（A＝U/G≡C）稀有碱基较多，稳定性较差，易水解多为单链结构;少数局部自身回折形成双螺旋（40%~70%),不能配对的碱基形成突环分子较小组成特点A-U

G-C双螺旋区1.碱基组成A、G、C、U（A＝U/G≡C）稀RNA通常是单链线形分子(一级结构)2.自身回折形成局部双螺旋(二级结构)3.进而折叠（三级结构）4.多数形成核蛋白复合物（四级结构）

如：核糖体、拼接体、编辑体等。

结构特点RNA通常是单链线形分子(一级结构)结构特点核糖核苷酸通过

3，，5，-磷酸二酯键相连形成长链核糖核苷酸通过RNA的种类、分布、功能除了上述三种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(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。

核糖体RNA核内不均一RNA核内小RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNAmtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA核糖体组分蛋白质合成模板转运氨基酸成熟mRNA的前体参与hnRNA的剪接、转运rRNA的加工、修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分RNA信使RNA转运RNARNA核内小胞浆小RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNAmtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA蛋白质合成模板转运氨基酸的前体的加工、修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分核仁小RNA含量80％5％10-15％RNA的种类、分布、功能除了上述三种RNA外，细胞的不同部位

一、转运RNA的结构与功能tRNA占细胞RNA总量的15%，在细胞核内形成，分子量最小；

tRNA在细胞质中将氨基酸转运到核糖体-mRNA中，指导蛋白质合成；

细胞内有50种以上的tRNA；

tRNA分子较小，沉降系数平均为4S。一、转运RNA的结构与功能tRNA占细胞RNA总量的15由70~90个核苷酸组成含10~20%稀有碱基

3´末端为—CCA-OH5´末端大多数为G具有TC（一）tRNA的一级结构特点由70~90个核苷酸组成（一）tRNA的一级结构特点

稀有碱基稀有碱基

（二）tRNA的二级结构—三叶草型模型123反密码子环

反密码子载运氨基酸D环TψC环可变环四环四臂D臂氨基酸臂反密码子臂TψC臂（二）tRNA的二级结构—三叶草型模型123反密码子环反①氨基酸臂：由7对bp组成，富含G，末端为CCA，接受活化AA②二氢尿嘧啶环（D环）

由8－14个核苷酸组成，含有二氢尿嘧啶核苷（D），与氨基酰tRNA合成酶的结合有关③反密码环：识别mRNA上的密码子④可变环：大小是tRNA分类的重要指标⑤假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核苷环（TΨC环）：含有保守的TΨC顺序，可识别核蛋白体上的rRNA,促使tRNA与核蛋白体结合①氨基酸臂：由7对bp组成，富含G，（三）tRNA的三级结构——倒L形D臂反密码臂氨基酸臂TΨC臂（三）tRNA的三级结构——倒L形D臂反密码臂氨基酸臂TtRNA三级结构像倒写的字母“L”

氨基酸臂和TΨC臂同轴排列，形成12bp的连续双螺旋反密码子臂和D臂同轴排列，跟氨基臂所在轴垂直

D环和TΨC环组成倒L的转角，两环间的氢键和碱基堆积力稳定了转角构象

D环，TΨC环和可变环中核苷酸残基形成了特定的碱基对，稳定了tRNA的三级结构tRNA三级结构特点tRNA三级结构像倒写的字母“L”tRNA三级结构特点

tRNA的功能：

结合活化氨基酸（3´-CCA-OH），搬运氨基酸到核糖体识别mRNA密码子。参与蛋白质的翻译。tRNA的功能：rRNA的特点

rRNA占细胞RNA总量的80%，分子量最大核糖体由40%的蛋白质和60%的rRNA组成

rRNA自身的构象决定了核糖体亚基的形态催化肽键合成的是rRNA

蛋白质维持rRNA构象，起辅助作用二、核蛋白体RNA的结构与功能rRNA的功能

参与组成核蛋白体，催化肽键的形成。rRNA的特点二、核蛋白体RNA的结构与功能rRNA的功能rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNArRNA的种类（根据沉降系数）真核生物原核生物复杂的多环多臂结构复杂的多环多臂结构大肠杆菌16srRNA大肠杆菌16srRNA核蛋白体的组成原核生物（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%核蛋白体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为RNA的结构和功能ppt课件RNA的结构和功能ppt课件三、信使RNA的结构与功能结构特点：1.

mRNA占细胞总RNA的3%-5%，含量最少2.mRNA编码区的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列3.mRNA分子中含有非编码区三、信使RNA的结构与功能结构特点：4.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C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。

mRNA的帽子结构可保护mRNA免受核酸酶从5’端的降解，并在翻译起始中起重要作用。5.大多数真核mRNA的3´末端有200多个腺苷酸残基的结构，称为多聚A尾。其作用在于增加mRNA的稳定性和维持其翻译活动。4.大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基①5´末端帽子结构：m7GpppN②3´末端有多聚腺苷酸尾巴结构(polyA)③单顺反子（一条mRNA链上有一个编码区）真核生物、原核生物mRNA一级结构特点（1）真核细胞mRNA①5´末端帽子结构：m7GpppN真核生物、原核生物mRNA真核生物mRNA的共价结构真核生物mRNA的共价结构原核生物mRNA为多顺反子，无修饰碱基。（多顺反子mRNA：一条mRNA链上有多个编码区）（2）原核细胞mRNA原核生物mRNA为多顺反子，无修饰碱基。（2）原核细胞mRN原核生物mRNA的转录和翻译同时进行，不需剪接和加工，直接指导蛋白质合成真核生物先在核内合成包含内含子和外显子的mRNA前体，形成分子大小不均一的核内不均一RNA(hnRNA)。hnRNA通过剪接和加工，转化为成熟的mRNA,进入细胞质，指导蛋白质合成。真核生物、原核生物mRNA成熟过程的特点原核生物mRNA的转录和翻译同时进行，不需剪接和加工，直接指hnRNA内含子(intron)mRNA真核生物mRNA成熟过程

外显子(exon)hnRNA内含子mRNA真核生物mRNA成熟过程DNAmRNA蛋白转录翻译细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核生物原核生物DNAmRNA蛋白转录翻译细胞质细胞核DNA内含子外显子转录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，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。mRNA的功能四、snRNA和snoRNA核小RNA（snRNA）含量及分布

主要存在于细胞核中，含量占总RNA量的0.1%~1%。snRNA存在形式及作用snRNA均与蛋白质相连，以核糖核蛋白的形式存在。在hnRNA的剪接、细胞分裂和分化、细胞内物质运输及构成染色体等方面起作用。四、snRNA和snoRNA核小RNA（snRNA）含量及核仁小RNA（snoRNA)：位于核仁，几十~几百个碱基。

snoRNA参与rRNA前体的加工以及部分核苷酸的甲基化修饰。核仁小RNA（snoRNA)：五、反义RNA和RNA干扰反义RNA（asRNA)的特性

asRNA在翻译水平上抑制基因表达，还可抑制DNA复制和转录。

asRNA稳定性较差。RNA干扰（RNAi)

利用双链RNA抑制特定基因表达的技术。（应用一段与asRNA序列互补的RNA，两者构成双链，稳定性增强，抑制率增加）五、反义RNA和RNA干扰反义RNA（asRNA)的特性六、非编码RNA的多样性高等生物的转录产物有97%以上是不编码蛋白质的。非编码RNA（ncRNA）：不编码蛋白质，以RNA形式发挥作用。六、非编码RNA的多样性高等生物的转录产物有97%以上是不编按ncRNA的功能分类催化RNA（cRNA)：核酶，有催化功能并参与RNA的加工类似mRNA的RNA：指导RNA（gRNA):指导mRNA编辑的小RNA分子tmRNA：既可以转运氨基酸，又可以作为模板端粒酶RNA:作为染色体端粒复制的模板信号识别颗粒（SRP）：参与细胞内蛋白质的转运微小RNA（miRNA):参与基因表达和个体发育的调控小干扰RNA（siRNA):在RNA干扰中介导靶mRNA降解ncRNA的分类按ncRNA的功能分类ncRNA的分类2.按ncRNA的分布分类核小RNA（snRNA）

剪接体snRNAU7-snRNA核仁小RNA（snoRNA)

最丰富的ncRNA,参与rRNA及其他RNA的加工成熟胞质小RNA（scRNA）

位于细胞质，参与蛋白质的合成过程Cajal小体小RNA（CBs）

参与核糖甲基化和假尿嘧啶形成2.按ncRNA的分布分类核小RNA（snRNA）3.按ncRNA的大小分类21~25nt的ncRNA

包括miRNA家族和小干扰RNA家族，参与基因表达。100~200nt的ncRNA

参与细菌细胞的翻译调节大于10000nt的ncRNA

参与高级真核生物的基因沉默3.按ncRNA的大小分类21~25nt的ncRNARNA既可以作为遗传物质，又可以实现蛋白质的使命RNA可能是DNA和蛋白质的共同祖先；生物进化早期可能是一个由RNA主导的世界RNA既可以作为遗传物质，又可以实现蛋白质的使命RNA可能是核酸的理化性质第七节核酸的理化性质第七节一、核酸一般理化性质（一）核酸的水解

酸、碱、酶水解水解位点在磷酸二酯键和糖苷键

DNA/RNA对酸/碱的耐受程度有差别碱性条件下，RNA可被稀碱水解；而DNA变性，但不被水解；可用此法测定RNA的碱基组成或去除RNA杂质酸性条件下，糖苷键不稳定，嘌呤与脱氧核糖间的糖苷键最易被水解；故对核酸部分水解时，很少采用酸水解一、核酸一般理化性质（一）核酸的水解酸、碱、酶水解（二）核酸的酸碱性质1、碱基的解离具有芳香环结构特点，能发生酮式/烯醇式互变碱基都具有弱碱性（主要是环内氨基的贡献）2、核苷的解离

戊糖可增强碱基的解离核糖中的羟基也可发生解离3、核苷酸的解离磷酸基使核苷酸具有很强的酸性

核酸为两性物质，通常具有较强的酸性（在中性溶液中带负电荷）；

DNA等电点为4～4.5；RNA等电点为2～2.5（二）核酸的酸碱性质1、碱基的解离具有芳香环结构特点，能发生DNA是白色线性高分子，粘度极大；RNA为白色粉末，粘度较小

DNA和RNA均微溶于水，不溶于有机溶剂，常用乙醇从溶液中沉淀核酸

加热时，D－核糖＋浓盐酸＋苔黑酚绿色

D-2－脱氧核糖＋酸＋二苯胺蓝紫色（三）核酸的其他理化性质DNA是白色线性高分子，粘度极大；RNA为白色粉末，粘度较二、核酸的紫外吸收性质

碱基含有共轭双键，可强烈吸收250~290nm处的紫外光，最大吸收峰260nm左右核酸紫外吸收性质的应用利用紫外光照相来定位测定核酸在细胞和组织中的分布每摩尔碱基在一定PH下的紫外吸收值为定值，故利用此性质可定量碱基或碱基衍生物在纯溶液中的含量利用碱基的紫外吸收性质可确定其在色谱和电泳谱上的位置

载体（浅蓝色荧光），核酸区（暗区）二、核酸的紫外吸收性质碱基含有共轭双键，可强烈吸收250~增色效应

将核酸水解为核苷酸，紫外吸收值会增加30%~40%，这种现象称为增色效应原因：双螺旋结构中，碱基有规律的紧密堆积降低了其对紫外光的吸收增色效应原因：双螺旋结构中，碱基有规律的紧密堆积降低了其对紫RNA的结构和功能ppt课件DNA或RNA的定量

OD260=1.0相当于

50μg/ml双链DNA40μg/ml单链DNA（或41.67μg/ml

RNA）

20μg/ml寡核苷酸

DNA浓度（μg/ml)=OD260×50;RNA浓度(μg/ml)=OD260×41.672.判断核酸样品的纯度DNA纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品:OD260/OD280=2.0含杂蛋白及苯酚，比值会降低OD260的应用DNA或RNA的定量OD260的应用三、核酸结构稳定性的因素①碱基堆积力

碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，碱基平面间的范德华力和疏水作用力共同组成碱基堆积力，是结构稳定的主要因素。②碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。③环境中的正离子磷酸基上的负电荷与介质中的正离子或组蛋白的正离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。三、核酸结构稳定性的因素①碱基堆积力四、DNA的变性(denaturation)（一）定义：在某些理化因素作用下，双螺旋区氢键断裂，DNA双链解开成两条单链无规则线团状态的过程。

变性时，某些理化因素破坏了氢键和碱基堆积力，使核酸分子高级结构改变、理化性质及生物活性发生改变。

但不涉及磷酸二酯键断裂，一级结构不变核酸降解：核苷酸骨架上3’，5’-磷酸二酯键的断裂四、DNA的变性(denaturation)（一）定义：在某DNA变性的本质是双链间氢键的断裂DNA变性的本质是双链间氢键的断裂DNA变性DNA变性影响核酸变性的因素：

过量酸，碱，加热（一般＞75℃），变性试剂如尿素、酰胺，某些有机溶剂（如乙醇、丙酮等）变性后理化性质的改变：

OD260增高、粘度下降、比旋度下降、浮力密度升高、酸碱滴定曲线改变、生物活性丧失RNA变性：从螺旋到线团之间的转变RNA的变性引起的性质变化没有DNA明显影响核酸变性的因素：变性后理化性质的改变：OD260增高核酸变性引起紫外吸收值的增加-增色效应DNA的紫外吸收光谱核酸变性引起紫外吸收值的增加-增色效应DNA的紫外吸收光谱完全变性后核酸紫外吸收值增加：天然DNA25－40%、RNA约1.1%实质：碱基暴露由于变性或降解引起核酸紫外吸收增加的现象称增色效应

OD260:单核苷酸>单链DNA>双链DNA完全变性后核酸紫外吸收值增加：由于变性或降解引起核酸紫外吸收1.解链曲线：如果在连续加热DNA稀盐溶液的过程中以温度对A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。（二）核酸的热变性及Tm变性过程是“跃变式”的，而非渐变1.解链曲线：如果在连续加热DNA稀盐溶液的过程中以温度对2.Tm：变性在一个窄的温度范围内完成，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称熔解温度(meltingtemperature,Tm)。其大小与G+C含量成正比。2.Tm：变性在一个窄的温度范围内完成，紫外光吸收值达到最

双链RNA比双链DNA稳定，Tm高大约20C

一般DNATm

值在85-90C之间3.影响Tm的因素

G-C含量：G-C含量越高，Tm越高

经验公式:（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44

溶液的离子浓度：浓度越低，Tm越低

离子溶液的PH

PH大于11.3时，碱基不能形成氢键，DNA完全变性；PH小于5.0，DNA易脱嘌呤

变性剂：变性剂可破坏氢键，使Tm下降双链RNA比双链DNA稳定，Tm高大约20C3.影RNA的结构和功能ppt课件五、DNA的复性1.DNA复性(renaturation)的定义在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。

DNA复性后，一系列性质将得到恢复，但生物活性一般只能得到部分恢复，具有减色效应。减色效应DNA复性时，其紫外吸收降低五、DNA的复性1.DNA复性(renaturation变性和复性是可逆的，将热变性的DNA骤然冷却至低温时，DNA不可能复性。

热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing)。退火温度＝Tm－25℃变性和复性是可逆的，将热变性的DNA骤然冷却至低温时，DN2.影响复性的因素复性的温度：Tm－25℃是合适的温度，不宜太低

单链片段的浓度：浓度越高，碰撞频率越高，复性越快单链片段的长度：片段越大，错配率越高，复性越慢单链片段的复杂度：重复序列越多，复杂度越小，越易形成互补区，复性速度越快溶液的离子浓度：维持一定的正离子浓度，消除磷酸基负电荷引起的斥力，可加快复性2.影响复性的因素复性的温度：Tm－25℃是合适的温度，RNA的结构和功能ppt课件六、核酸的分子杂交

热变性的DNA在复性过程中，具有碱基序列部分互补的不同的DNA之间或DNA与RNA之间形成杂化双链的现象。这样形成的新分子称为杂交DNA分子。核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。六、核酸的分子杂交热变性的DNA在复性过程中，具有碱基序探针探针技术：在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究和诊断的新技术。探针(probe)：经同位素或荧光标记的具有特定碱基序列的单链核苷酸聚合体。探针可用于：基因诊断、致病基因的定位、Southernblotting、Northernblotting、原位杂交、DNA芯片技术等临床实践和科研。探针探针技术：在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究和诊断

核酸分子杂交是根据两条核酸单链在一定条件下可按碱基互补原则退火形成双链的原理，用已知的单链核苷酸片段作为探针检测样本中是否存在与其互补的同源核酸序列的方法。

常用的核酸分子杂交方法：

Southern

印迹杂交、Northern

印迹杂交斑点杂交、狭缝杂交原位杂交（菌落原位杂交、细胞原位杂交、 组织片原位杂交）核酸分子杂交是根据两条核酸单链在一定条件下可按原位杂交法筛选DNA重组体图解复印至硝酸纤维素膜上用NaOH菌体裂解DNA变性杂交放射自显影32P-cDNA与放射性cDNA杂交的菌落的斑点细菌菌落单链DNA结合到膜上原位杂交法筛选DNA重组体图解复印至硝酸纤维素膜上用NaOHSouthern印迹法DNA分子限制片段限制性酶切割琼脂糖电泳转移至硝酸纤维素膜上与放射性标记DNA探针杂交放射自显影带有DNA片段的凝胶凝胶滤膜用缓冲液转移DNA吸附有DNA片段的膜Southern印迹法DNA分子限制片段限制性酶切割琼脂糖电DNA-DNA杂交双链分子变性复性不同来源的DNA分子DNA-DNA变性复性不同来源的DNA分子RNA的结构和功能ppt课件RNA的结构和功能ppt课件核酸分子杂交的应用研究DNA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核酸分子杂交的应用基因芯片技术

将相关基因的探针排列在特定芯片上，样品DNA用荧光基团标记后与