核酸的结构与功能ppt演示课件.ppt

1、Structure and Function of Nucleic Acid核酸的结构与功能核酸的结构与功能核酸的发现和研究史核酸的发现和研究史1953年年Watson和和Crick发发现现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构1958年年Crick提出遗传信提出遗传信息传递的中心法则息传递的中心法则1868年年Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核素核素”1944年年Avery等等人通过肺炎球菌转化试验人通过肺炎球菌转化试验证实证实DNA是遗传物质是遗传物质 1968年年 Nirenberg发现遗传密码发现遗传密码 1973年年 美国斯坦福大学首次进行了体外基因重组美国斯

2、坦福大学首次进行了体外基因重组 1975年年 Temin和和Baltimore发现逆转录酶发现逆转录酶 1981年年 Gilbert和和Sanger建立建立DNA测序方法测序方法 1985年年 Mullis发明发明PCR技术技术 1990年年 美国启动人类基因组计划（美国启动人类基因组计划（HGP） 1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动 2003年年 完成人类基因组计划完成人类基因组计划 20世纪末世纪末 发现许多具有特殊功能的发现许多具有特殊功能的RNA核酸（核酸（nucleic acid）遗传的物质基础遗传的物质基础 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，是以核苷酸为

3、基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。携带和传递遗传信息。元素组成元素组成 C、H、O、N、P核酸的种类及分布及功能核酸的种类及分布及功能 存在于细胞核和线粒体存在于细胞核和线粒体 分布于细胞核、细胞质、线粒体分布于细胞核、细胞质、线粒体(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，并通过复制的方携带遗传信息，并通过复制的方式将遗传信息传递给下一代。式将遗传信息传递给下一代。是是DNA转录的产物，参与遗传信转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。息的复制与表达。某些病毒的某些病

4、毒的RNA也可作为遗传信息的载体也可作为遗传信息的载体第一节第一节核酸的化学组成以及一级结构核酸的化学组成以及一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核核酸酸的的组组成成核酸核酸（DNA和和RNA）胰核酸酶胰核酸酶食物核蛋白食物核蛋白胃酸胃酸蛋白质蛋白质nucleic acid核苷酸核苷酸（脱氧核苷酸）（脱氧核苷酸）核苷核苷（脱氧核苷）（脱氧核苷）磷酸磷酸核苷酶核苷酶胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶nucleotidenucleosidephosphate戊糖戊糖核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖amyl sugarri

5、bosedeoxyribosepyrimidine base碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶basepurine base水水解解核苷酸的分子组成核苷酸的分子组成一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位碱基碱基(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)DNA的组成单位是脱氧核糖核苷酸的组成单位是脱氧核糖核苷酸RNA的组成单位是核糖核苷酸的组成单位是核糖核苷酸碱基碱基是含氮的杂环化合物是含氮的杂环化合物碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤A鸟嘌呤鸟嘌呤G胞嘧啶胞嘧啶C尿嘧啶尿嘧啶U胸腺嘧啶

6、胸腺嘧啶T存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中DNA构成构成DNA的碱基的碱基 腺嘌呤腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G) 胞嘧啶胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 (T)RNA构成构成RNA的碱基的碱基 腺嘌呤腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G) 胞嘧啶胞嘧啶 (C) 尿嘧啶尿嘧啶 (U)嘌呤嘌呤(purine, Pu) 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)嘧啶嘧啶(pyrimidine, Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)碱基

7、的互变异构体碱基的互变异构体 戊糖戊糖嘧啶嘧啶N-1与与核糖核糖C-1 通通过过-N-糖苷键糖苷键相连形成相连形成核苷核苷(ribonucleoside)核苷核苷嘌呤嘌呤N-9 与与脱氧核糖脱氧核糖C-1 通通过过-N-糖苷键糖苷键相连形成相连形成脱氧脱氧核苷核苷(deoxyribonucleoside)脱氧核苷脱氧核苷 核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成核苷酸结合构成核苷酸(ribonucleotide)或脱氧核苷酸或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide) 核苷酸核苷酸(ribonucleotide)多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸构成构成RNA的碱基、核

8、苷以及核苷酸的碱基、核苷以及核苷酸碱基碱基 核苷核苷核苷酸核苷酸A 腺苷腺苷adenosine腺苷一磷酸腺苷一磷酸adenosine monophosphate, AMPG 鸟苷鸟苷guanosine鸟苷一磷酸鸟苷一磷酸guanosine monophosphate, GMPC 胞苷胞苷cytidine胞苷一磷酸胞苷一磷酸cytidine monophosphate, CMPU 尿苷尿苷uridine尿苷一磷酸尿苷一磷酸uridine monophosphate, UMP构成构成DNA的碱基、核苷、核苷酸的碱基、核苷、核苷酸碱基碱基脱氧核苷脱氧核苷脱氧核苷酸脱氧核苷酸A脱氧腺苷脱氧腺苷 deo

9、xyadenosine脱氧腺苷一磷酸脱氧腺苷一磷酸deoxyadenosine monophosphate, dAMPG脱氧鸟苷脱氧鸟苷deoxyguanosine脱氧鸟苷一磷酸脱氧鸟苷一磷酸deoxyguanosine monophosphate, dGMPC脱氧胞苷脱氧胞苷deoxycytidine脱氧胞苷一磷酸脱氧胞苷一磷酸deoxycytidine monophosphate, dCMPT脱氧胸苷脱氧胸苷deoxythymidine或或thymidine脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一磷酸deoxythymidine monophosphate, dTMP体内重要的游离核苷酸及其衍生物体内重要

10、的游离核苷酸及其衍生物 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP 环化的核苷酸：环化的核苷酸：cAMP，cGMP 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AMP 环化核苷酸环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信号，是细胞信号转导中的第二信使。转导中的第二信使。核苷酸衍生物核苷酸衍生物cAMPcGMP 生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的过程中具有重要的作用。的过程中具有重要的作用。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine din

11、ucleotide, NAD+,辅酶辅酶I)辅酶辅酶A 体内乙酰化反应的辅酶。对糖、脂肪及蛋白体内乙酰化反应的辅酶。对糖、脂肪及蛋白质的代谢起重要作用，其中对脂肪代谢的促进质的代谢起重要作用，其中对脂肪代谢的促进作用更加重要。作用更加重要。黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) 糖代谢三羧酸循环中的一糖代谢三羧酸循环中的一种重要辅基，是一种比种重要辅基，是一种比NAD+和和NADP+更强的氧化剂，能更强的氧化剂，能参与两个连续的电子传递或参与两个连续的电子传递或同时发生的两个电子的传递同时发生的两个电子的传递。核苷酸的生物学功用核苷酸的生物学功用 作为核酸合成的原料作为核酸合成的原料

12、体内能量的利用形式体内能量的利用形式 参与代谢和生理调节参与代谢和生理调节 组成辅酶组成辅酶 活化中间代谢物活化中间代谢物 生成活性物质生成活性物质 一个脱氧核苷酸一个脱氧核苷酸3 的的羟基羟基与另一个脱氧核与另一个脱氧核苷酸苷酸5 的的 - -磷酸磷酸基团缩基团缩合形成合形成3 ,5 磷酸二酯键磷酸二酯键(phosphodiester bond)二、二、DNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3 ,5 -磷酸二酯键磷酸二酯键连接形成的大分子连接形成的大分子交替的磷酸基团和交替的磷酸基团和戊糖构成了戊糖构成了DNA的骨的骨架架 (backbone)。DNA链的合成方向是链的合成方向是5 3 核酸

13、共价结构的表示方法：结构式、竖线式、文字式核酸共价结构的表示方法：结构式、竖线式、文字式结构式结构式竖线式竖线式文字式文字式三、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序三、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序 核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序。核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，也也叫叫碱基序列碱基序列。 单链单链DNA和和RNA分子大小用分子大小用核苷酸核苷酸 ( (nucloide, nt) )表示表示 双链双链DNA用用碱基对碱基对( (base pair, bp) )或或 千碱基对千碱基对kbp表示表示DNA链链RNA链链基本结构键

14、基本结构键3 , ,5 磷酸二酯键磷酸二酯键3 , ,5 磷酸二酯键磷酸二酯键合成的方向性合成的方向性5 3 5 3 嘌呤嘌呤腺嘌呤腺嘌呤A、鸟嘌呤、鸟嘌呤G腺嘌呤腺嘌呤A A、鸟嘌呤、鸟嘌呤G嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶C、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶T 胞嘧啶胞嘧啶C、尿嘧啶、尿嘧啶U戊糖戊糖脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖基本单位基本单位脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸dAMP、dGMPdCMP、dTMP核糖核苷酸核糖核苷酸AMP、GMPCMP、UMP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的二级结构是双螺旋结构

15、的二级结构是双螺旋结构l不同生物种属的不同生物种属的DNA的碱基组成不同的碱基组成不同l同一个体的不同器官或组织的同一个体的不同器官或组织的DNA碱基组成碱基组成相同相同l对于一特定组织的对于一特定组织的DNA，其碱基组分不随年，其碱基组分不随年龄、营养状态和环境而变化龄、营养状态和环境而变化lA = T，G = C A+G=T+CChargaff 规则规则（一）（一）DNA双螺旋结构的实验基础双螺旋结构的实验基础 获得了高质量的获得了高质量的DNA分子的分子的X射线衍射照片射线衍射照片1962年诺贝尔年诺贝尔生理学生理学/ /医学奖医学奖 提出了提出了DNA分子双螺旋分子双螺旋结构结构(do

16、uble helix)模型模型（二）（二） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点DNA分子是由分子是由两条长度相同、方两条长度相同、方向相反向相反的平行多核苷酸链围绕同的平行多核苷酸链围绕同一中心轴构成的双螺旋结构；两一中心轴构成的双螺旋结构；两条螺旋都是条螺旋都是右手螺旋。右手螺旋。表面形成表面形成了凹下去的大沟和小沟。了凹下去的大沟和小沟。双螺旋双螺旋直径直径2.37nm，磷酸和脱氧，磷酸和脱氧核糖相连而成的核糖相连而成的糖糖- -磷酸骨架磷酸骨架位位于螺旋外侧，于螺旋外侧，碱基碱基位于内侧。相位于内侧。相邻碱基间堆砌距离邻碱基间堆砌距离0.34nm，旋转，旋转夹角夹角36，每旋转一

17、周包括，每旋转一周包括10.5个个脱氧核苷酸对，螺距为脱氧核苷酸对，螺距为3.54nm。两条多核苷酸链通过碱基间的两条多核苷酸链通过碱基间的氢键氢键连接，遵从连接，遵从碱基互补配对碱基互补配对原则：原则： A-T配对，形成配对，形成两个两个氢键氢键 G-C配对，形成配对，形成三个三个氢氢键键维持维持DNA双螺旋结构稳定的因素：双螺旋结构稳定的因素： 碱基堆积力碱基堆积力( (范德华力和疏水力范德华力和疏水力) )和氢键和氢键脱氧核糖平面与螺旋的纵轴脱氧核糖平面与螺旋的纵轴平行平行碱基平面与螺旋的碱基平面与螺旋的纵轴纵轴垂直垂直（三）（三）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性三种三种DNA

18、构型的比较构型的比较三链结构三链结构Hoogsteen氢键氢键（四）（四）DNA的多链结构的多链结构4个个鸟嘌呤之间通过鸟嘌呤之间通过8个个Hoogsteen氢键形成特殊的氢键形成特殊的四链结构四链结构(tetraplex)四链结构四链结构真核生物真核生物DNA3 - -末端末端是是富含富含GT的多次重的多次重复序列，因而自身形复序列，因而自身形成了折叠的四链结构。成了折叠的四链结构。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在双螺旋结构的基础上，进一步旋转折叠，在双螺旋结构的基础上，进一步旋转折叠，在

19、蛋白质的参与下组装成的空间构象在蛋白质的参与下组装成的空间构象。对于对于DNA复复制和制和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的环状超螺旋结构的环状超螺旋结构 原核生物原核生物DNA多为共价封闭环状多为共价封闭环状的双螺旋分子的双螺旋分子 ，以负超螺旋的形式存在，平均每以负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个碱基就有一个超螺旋形成。超螺旋形成。lDNA超螺旋结构的电镜图象超螺旋结构的电镜图象（二）真核生物（二）真核生物DNA以核小体为单位形成高度以核小体为单位形成高度有序致密结构有序致密结构 真核生物真核生物DNA以非常有序的形式存在于以非常有

20、序的形式存在于细胞核内。细胞核内。 在细胞周期的大部分时间在细胞周期的大部分时间里，里，DNA以松散的以松散的染色质染色质(chromatin)形式存在，在细形式存在，在细胞分裂期，则形成高度致胞分裂期，则形成高度致密的密的染色体染色体(chromosome) DNA染色质呈串珠样结构染色质呈串珠样结构 染色质的基本单位是核小体染色质的基本单位是核小体(nucleosome)l DNA染色质的电镜图像染色质的电镜图像DNA：约约210bp 组蛋白：组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4核小体的组成核小体的组成核小体的核心颗粒核小体的核心颗粒核小体串珠样的结构核小体串珠样的结构双链双链DNA的

21、折叠和组装的折叠和组装双链双链DNA（2nm）核小体链核小体链（ 11nm，每每个核小体个核小体200bp）染色质纤维空管染色质纤维空管（ 30nm，每圈每圈6个核小体）个核小体）突环突环（ 150nm，每个每个突环大约突环大约75000bp）第一次折叠第一次折叠第二次折叠第二次折叠 DNA经过多次折叠，被压缩了经过多次折叠，被压缩了800010000倍，倍，组装在直径只有数微米的细胞核内。组装在直径只有数微米的细胞核内。伸展型染色质伸展型染色质片段片段(300nm)密集型染色质密集型染色质片段片段(700nm) )染色体染色体( (1400nm) )第三次折叠第三次折叠第四次折叠第四次折叠

22、DNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的形式的形式荷载遗传信息荷载遗传信息，并为基因复制和转录提供了模板。它是生命遗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，也是个体生命活动的信息基础。传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。 基因基因是携带遗传信息的是携带遗传信息的DNA片段片段。 DNA具有具有高度稳定性高度稳定性的特点，用来保持生物体的特点，用来保持生物体系遗传的相对稳定性。同时，系遗传的相对稳定性。同时，DNA又表现出又表现出高高度复杂性度复杂性的特点，它可以发生各种重组和突变，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。适应环境的变迁，为自

23、然选择提供机会。 三、三、DNA是遗传信息的物质基础是遗传信息的物质基础第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。程的调控。 RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。部二级结构或三级结构。 RNA比比DNA小的多。小的多。 RNA的种类、大小和结构远比的种类、大小和结构远比DNA表现出多表现出多样性。样性。动物细胞内主要的动物细胞内主要的RNA种类及功能种类及功能 信使信使RNA(messeng

24、er RNA, mRNA) 是细胞内合成蛋白质的模板；是细胞内合成蛋白质的模板； 生物体内生物体内mRNA的的丰度最小丰度最小、种类最多种类最多、大大小也各不相同小也各不相同、寿命最短寿命最短； 真核生物真核生物mRNA的初级产物的初级产物为为不均一核不均一核RNA(hnRNA)，含有内含子含有内含子(intron)和外显子和外显子(exon)。hnRNA经过剪切后成为经过剪切后成为成熟的成熟的mRNA。一、一、mRNA是蛋白质合成中的模板是蛋白质合成中的模板真核生物真核生物mRNA成熟过成熟过程程剪接剪接基因是由外显子和内含子相间排列而成，基因是由外显子和内含子相间排列而成，是分裂而不连续的

25、，称为是分裂而不连续的，称为断裂基因断裂基因 成熟的成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区由氨基酸编码区和非编码区(untranslated region, UTR)，即，即5 -UTR和和3 -UTR构成；构成； 5 -末端的帽子末端的帽子(cap)结构和结构和3 -末端的多聚末端的多聚A尾尾(poly-A tail)结构结构； 从从5 端的第一个端的第一个AUG开始，每三个开始，每三个相邻的相邻的核苷酸为一组编码一核苷酸为一组编码一个氨基酸，个氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码这种核苷酸三联体称为遗传密码(codon)； 位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为位于起始密码子和终止

26、密码子之间的核苷酸序列称为开放阅开放阅读框读框(open reading frame, ORF)，决定了多肽链的氨基酸序列，决定了多肽链的氨基酸序列 。1. 成熟的真核生物成熟的真核生物mRNA，碱基序列决定蛋白质碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列的氨基酸序列2. 真核生物真核生物mRNA的的5 - -端有特殊帽结构端有特殊帽结构 mRNA的帽子结构可以与的帽子结构可以与帽结合蛋白帽结合蛋白(cap binding protein，CBP)结合。结合。 真核生物的真核生物的mRNA 的的3 -末端转录后加上一段末端转录后加上一段长短不一的聚腺苷酸。长短不一的聚腺苷酸。3. 真核生物真核生物mRNA

27、的的3 末端有多聚腺苷酸尾末端有多聚腺苷酸尾 mRNA的多聚的多聚A尾在细胞内与尾在细胞内与poly(A)结合蛋白结合蛋白(poly(A)-binding protein, PABP)结合存在。结合存在。 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尾的功能尾的功能原核生物原核生物mRNA真核生物真核生物mRNA常以常以多顺反子多顺反子的形式存在的形式存在一般以一般以单顺反子单顺反子的形式存在的形式存在转录与翻译一般是偶联的转录与翻译一般是偶联的转录的转录的mRNAmRNA前体则需经前体则需经转录后转录

28、后加工加工成为成熟的成为成熟的mRNAmRNA半寿期很短，一般为几分钟半寿期很短，一般为几分钟 ，最长只有数小时（最长只有数小时（RNA噬菌体噬菌体中的中的RNA除外）除外）半衰期较长，半衰期较长， 如胚胎中的如胚胎中的mRNA可达数日可达数日5端不翻译区端不翻译区( (前导区前导区) )，3端不端不翻译区，中间是蛋白质的编码翻译区，中间是蛋白质的编码区，一般编码几种蛋白质区，一般编码几种蛋白质由由5端端帽子结构帽子结构、5端不翻译区端不翻译区、翻译区（编码区）、翻译区（编码区）、3端不翻端不翻译区和译区和3端端聚腺苷酸尾巴聚腺苷酸尾巴构成构成有有66.4%的核苷酸以自身回折产的核苷酸以自身回

29、折产生的双链结构的形式存在生的双链结构的形式存在丰富的二级结构，折叠的二级结丰富的二级结构，折叠的二级结构有利于蛋白质合成的启动，伸构有利于蛋白质合成的启动，伸展状态有利于转译的继续展状态有利于转译的继续 转运转运RNA(transfer RNA, tRNA)活化、搬运氨活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的生物合成；基酸到核糖体，参与蛋白质的生物合成； 5 末端大多数为末端大多数为pG，3 末端为末端为 -CCA-OH； 由由7495核苷酸组成，含核苷酸组成，含10-20%的稀有碱基；的稀有碱基； 占细胞总占细胞总RNA的的15%； 具有很好的稳定性。具有很好的稳定性。二、二、tRNA是蛋白

30、质合成中的氨基酸载体是蛋白质合成中的氨基酸载体1. tRNA中含有多种稀有碱基中含有多种稀有碱基 稀有碱基稀有碱基（rare base）是指除是指除A、G、C、U外的一些碱基。外的一些碱基。 局部的茎环局部的茎环(stem-loop) 结构或发卡结构或发卡(hairpin)结构结构2. tRNA含有茎环结构含有茎环结构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 TC环环 附加叉附加叉 tRNA的的3 - -末末端为端为CCA结尾。结尾。 3 - -末末端的端的A与氨基酸以酯键与氨基酸以酯键相连生成氨基酰相连生成氨基酰-tRNA 。 不同的不同的

31、tRNA结合不同的氨结合不同的氨基酸。基酸。 3. tRNA的的3 - -末末端连接氨基酸端连接氨基酸 tRNA的反密码子环的反密码子环上 有上 有 反 密 码 子反 密 码 子(anticodon)。 反密码子通过碱基反密码子通过碱基互补识别互补识别mRNA上上的密码子。的密码子。4. tRNA的反密码子识别的反密码子识别mRNA的密码子的密码子tRNA的二级结构的二级结构主要特征主要特征1. 三环四臂三环四臂2. 氨基酸臂氨基酸臂3端有端有CCA-OH的共有结构的共有结构3. DHU环上有二氢尿嘧啶环上有二氢尿嘧啶（DHU）4. 反密码环上的反密码子与反密码环上的反密码子与mRNA上的密码

32、子上的密码子互互补结合补结合5. 可变环上的核苷酸数目可以变动可变环上的核苷酸数目可以变动6. TC环含有环含有T、和和C7. 含有修饰碱基和不变核苷酸含有修饰碱基和不变核苷酸tRNA的倒的倒L三级结构三级结构 核糖体核糖体RNA(ribosomal RNA，rRNA)是是细胞内含量最多的细胞内含量最多的RNA(80%)； 一般一般rRNA分子有分子有40%左右的左右的 螺旋结构；螺旋结构； rRNA(60%)与核糖体蛋白与核糖体蛋白(40%) 结合构成结合构成核糖体核糖体(ribosome)， 为蛋白质的合成提供场所。为蛋白质的合成提供场所。三、以三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场

33、所为组分的核糖体是蛋白质合成的场所核糖体的组成核糖体的组成原核生物原核生物（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）真核生物真核生物（以小鼠肝为例）（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%大肠杆菌的核糖

34、体大肠杆菌的核糖体四、其他非编码四、其他非编码RNA参与基因表达的调控参与基因表达的调控 长链非编码长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA) 短链非编码短链非编码RNA (small non-coding RNA, sncRNA)非编码非编码RNA(Non-coding RNA, ncRNA)不编码蛋白质但具有重要生物学功能的不编码蛋白质但具有重要生物学功能的RNA分子分子 核酶核酶 (ribozyme)小干扰小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA)微微RNA (microRNAs)RNA干扰技术干扰技术 RNAi利用具有同

35、源性的双链利用具有同源性的双链RNA(dsRNA)诱导序诱导序列特异的目标列特异的目标基因基因的沉寂，迅速阻断基因活性，是的沉寂，迅速阻断基因活性，是一种典型的负调控。一种典型的负调控。 基因功能研究基因功能研究 药物靶标确认药物靶标确认 疾病治疗疾病治疗 抗病毒治疗抗病毒治疗 肿瘤治疗肿瘤治疗核酸的理化性质核酸的理化性质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第四节第四节 RNA为白色粉末状，为白色粉末状，DNA是白色纤维状固体，二是白色纤维状固体，二者均者均溶于水溶于水，而不溶于一般有机溶剂中，故常用，而不溶于一般有机溶剂中，

36、故常用冷乙醇从水溶液中将核酸沉淀出来。冷乙醇从水溶液中将核酸沉淀出来。 核酸是两性电解质，酸性的磷酸基和碱性的碱基，核酸是两性电解质，酸性的磷酸基和碱性的碱基，DNA在在pH411间最稳定间最稳定，超出此范围易变性。，超出此范围易变性。 大多数大多数DNA为线性分子，长度可达数厘米，直径为线性分子，长度可达数厘米，直径仅为仅为2nm，故，故DNA溶液粘度很高，溶液粘度很高， 分子极分子极易断裂易断裂；RNA溶液粘度较小。溶液粘度较小。核酸的一般性质核酸的一般性质一、核酸分子具有强烈的紫外吸收一、核酸分子具有强烈的紫外吸收 核酸在波长核酸在波长260nm处有处有强烈的吸收，是由强烈的吸收，是由碱

37、基的碱基的共轭双键共轭双键所决定的。这一所决定的。这一特性常用作核酸的定性和特性常用作核酸的定性和定量分析。定量分析。 紫外线照射可引起紫外线照射可引起DNA突变突变，也是由于，也是由于DNA中的中的核苷酸吸收紫外光造成的。核苷酸吸收紫外光造成的。 DNA或或RNA的定量的定量A260 = 1.0 相当于相当于 50g/ml 双链双链DNA(dsDNA) 40g/ml 单链单链DNA (ssDNA or RNA) 20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸 确定样品中核酸的纯度确定样品中核酸的纯度 纯纯 DNA: A260/A280 = 1.8纯纯 RNA: A260/A280 = 2.0紫外吸收的应用紫

38、外吸收的应用二、二、DNA变性是双链解离为单链的过程变性是双链解离为单链的过程DNA变性变性（DNA denaturation） 某些理化因素导致某些理化因素导致DNA双链互补碱基对之间双链互补碱基对之间的的氢键发生断裂氢键发生断裂，DNA双链解离为单链双链解离为单链的过程。的过程。 DNA变性的本质变性的本质磷酸二酯键的断裂称核酸降解磷酸二酯键的断裂称核酸降解部分变性部分变性DNA的电镜图像的电镜图像DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高增高的现象。的现象。DNA解链时的紫外吸收变化解链时的紫外吸收变化增色效应增色效应(hyperchromic effect)检测检测DNA是是否发生变

39、性的否发生变性的最常用指标最常用指标DNA的解链曲线的解链曲线 连续加热连续加热DNA的过程的过程中以温度相对于中以温度相对于A260值作值作图，所得的曲线称为图，所得的曲线称为解链解链曲线曲线(melting curve)。 解链过程中，紫外吸光解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大变化值度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度。的一半时所对应的温度。解链温度解链温度(melting temperature，Tm)G+C 含量越高，解链温度就越高含量越高，解链温度就越高解链曲线的变化解链曲线的变化三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链当变性条件缓慢地除去后，

40、两条解离的互补链当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为象称为DNA复性复性(renaturation) 。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经经缓慢冷却缓慢冷却后即可复性，这一过程称后即可复性，这一过程称为为退火退火(annealing) 。 不同种类的不同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一溶液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，就可能形成配对关系，就

41、可能形成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization) 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，也可以之间形成，也可以在在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间形成。这种现象分子间形成。这种现象称为称为核酸分子杂交核酸分子杂交。 研究研究DNA分子中某一种基因的位置分子中某一种基因的位置 鉴定两种核酸分子间的序列相似性鉴定两种核酸分子间的序列相似性 检测靶基因在待检样品中存在与否检测靶基因在待检样品中存在与否核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用聚合酶链式反应聚合酶链式反应(Polymer

42、ase Chain Reaction, PCR)感染性疾病。最有价值的应用感染性疾病。最有价值的应用。肿瘤：检测基因的突变肿瘤：检测基因的突变、癌基因的表达量。癌基因的表达量。遗传病：遗传病：PCRPCR技术首次临床应用就是从检测镰状细胞技术首次临床应用就是从检测镰状细胞和和-地中海贫血的基因突变开始的。地中海贫血的基因突变开始的。第五节第五节核酸酶核酸酶Nuclease 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DNARNA酶酶 (ribonuclease, RNase) 专一降解专一降解RNA所有可以水解核酸的酶所有可以

43、水解核酸的酶核酸酶核酸酶依据对底物作用方式不同依据对底物作用方式不同核酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键核酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键。有有5 3 或或3 5 核酸外切酶核酸外切酶核酸内切酶：核酸内切酶：在在DNA/ /RNA分子内部切断磷酸二酯键分子内部切断磷酸二酯键限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 (restriction enzyme) 能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶解核酸的内切酶 参与参与DNA的合成、修复以及的合成、修复以及RNA的剪接的剪接 清除多余的、结构和功能异常的核酸，清除多余的、结构和功能异常的核

44、酸，以及侵入细胞的外源性核酸以及侵入细胞的外源性核酸 降解食物中的核酸降解食物中的核酸 体外重组体外重组DNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶核酸酶的功能核酸酶的功能本章小结本章小结1. 重要概念：重要概念：DNA变性，解链温度变性，解链温度(Tm)，增色效应，增色效应， 复性，复性，annealing，hybridization，ribozyme2. 结构层次：结构层次： 元素组成：元素组成：C.H.O.N.P 基本单位：基本单位：核苷酸（核苷酸（DNA及及RNA组成的异同）组成的异同） 一级结构：一级结构：35-磷酸二酯键，磷酸二酯键，5端到端到3端，各种端，各种 RNA组成特点组成特

45、点 二级结构：二级结构：DNA双螺旋，双螺旋，tRNA三叶草三叶草 三级结构：三级结构：DNA超螺旋，超螺旋，tRNA倒倒L L型型3. 重要性质：重要性质：紫外吸收、紫外吸收、DNADNA变性及分子杂交变性及分子杂交两种最重要的生物大分子比较两种最重要的生物大分子比较项项 目目 蛋蛋 白白 质质核核 酸酸组成单位组成单位 氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸种种 类类 20种种A、C 、G 、T (DNA) A、C 、G 、U (RNA)连接方式连接方式 肽键肽键磷酸二酯键磷酸二酯键一级结构一级结构 AA排列顺序排列顺序碱基序列碱基序列空间结构空间结构 二、三、四级结二、三、四级结构构 双螺旋、超螺旋、

46、蛋白双螺旋、超螺旋、蛋白 - -核酸非共价结合核酸非共价结合功功 能能 生命活动直接执生命活动直接执行者行者 遗传信息贮存、传代、遗传信息贮存、传代、 表表达，决定蛋白结构达，决定蛋白结构DNARNA嘌呤嘌呤腺嘌呤腺嘌呤A、鸟嘌呤、鸟嘌呤G腺嘌呤腺嘌呤A、鸟嘌呤、鸟嘌呤G嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶C、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶T胞嘧啶胞嘧啶C、尿嘧啶、尿嘧啶U戊糖戊糖 脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖形状形状 双螺旋，碱基配对双螺旋，碱基配对 单链，部分碱基配对单链，部分碱基配对联合物质联合物质组蛋白、精氨酸组蛋白、精氨酸核糖体蛋白与核糖体蛋白与rRNArRNA结合结合碱解碱解不敏感不敏感敏感敏感 碱基分布碱基分布嘌呤碱嘌呤碱= =嘧啶碱嘧啶碱A=T，C=G无一定关系无一定关系 细胞内分布细胞内分布 绝大部分在细胞核内绝大部分在细胞核内 某些在线粒体某些在线粒体一般在细胞浆内一般在细胞浆内某些在核和核仁某些在核和核仁DNA和和RNA的比较的比较