[医学]第02章核酸课件.ppt

1、生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅第 二 章核酸的结构和功能核酸的结构和功能生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅二十世纪是二十一世纪是物理学生命科学的世纪的世纪生命是生命 =核酸 +蛋白质二十一世纪是核酸、蛋白质的世纪？生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅核核 酸酸(nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，是以核苷酸为基本组成单位的生物

2、大分子，携带和传递遗传信息。从高等动植物到最简单的携带和传递遗传信息。从高等动植物到最简单的病毒，都含有核酸。病毒，都含有核酸。概 述生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅一、核酸的发现和研究工作进展一、核酸的发现和研究工作进展 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等人等人证实证实DNA是遗传物质是遗传物质 1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构 1968年年 Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码 1975年年 Temin和和

3、Baltimore发发现现逆转录酶逆转录酶 1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立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 美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划(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 2001年年 美、英等国美、英等国完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅二、核酸的分类及分布二、核酸的分类及分布 90%90%以上分布于细胞核，其余分布于以上分布于细胞核，其余分布于核外核外如线粒体

4、，叶绿体，质粒等。如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。(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，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅RNA又可根据分子大小和生物学功能又可根据分子大小和生物学功能不同，分为

5、：不同，分为：信使核糖核酸（信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）转运核糖核酸（转运核糖核酸（Transfer RNA，tRNA）核糖体核糖核酸（核糖体核糖核酸（Ribosomal RNA，rRNA）生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅rRNAtRNAmRNA比例比例8082151635沉降系数沉降系数原核原核5S、16S、23S；真核真核5S、18S、28S、5.8S4S625S代谢稳定性代谢稳定性稳定稳定稳定稳定不稳定不稳定存在形式存在形式与多种蛋白质形成核与多种蛋白质形成核糖核蛋白体，位于粗糖核蛋白体，位于粗面内质网上或以单

6、体面内质网上或以单体形式存在形式存在与氨基酸结合或与氨基酸结合或以游离状态存在以游离状态存在与核糖体结合或与核糖体结合或单独存在单独存在存在部位存在部位细胞浆细胞浆细胞浆细胞浆细胞浆细胞浆生理功能生理功能蛋白质合成的场蛋白质合成的场所所在蛋白质合成在蛋白质合成过程中运输活过程中运输活化的氨基酸化的氨基酸蛋白质合成的蛋白质合成的模板模板生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅三三、核酸的、核酸的生物学功能生物学功能（一）（一）DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质1944，O.Avery 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验1952，A.D Hers

7、hey 和和M.Chase 噬菌体噬菌体感染实验感染实验（二）（二）RNA功能的多样性功能的多样性1、参与蛋白质的合成、参与蛋白质的合成 2、RNA的转录后加工与修饰的转录后加工与修饰3、参与基因表达的调控、参与基因表达的调控4、生物催化作用、生物催化作用生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅

8、第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅核酸的化学组成核酸的化学组成 1.元素组成元素组成C、H、O、N、P（910%）2.分子组成分子组成 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)生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅

9、核酸的基本构成核酸的基本构成碱基碱基戊糖戊糖核苷核苷核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸Nucleic acidNucleotideNucleoside 脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖Base Ribose Deoxyribose 嘧啶碱嘧啶碱嘌呤碱嘌呤碱胸腺嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶尿嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶Purine basesthyminecytosineuracilPyrimidine basesadenineguanine生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅嘌呤嘌呤(purine)NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(

10、adenine,A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)碱碱 基基生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)NHNHOOCH3生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶 DNA中的碱基：腺嘌呤、

11、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶中的碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶 RNA中的碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶中的碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶 生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅此外自然界还存在一些重要的碱基和稀有碱基如：次黄嘌呤（Hypoxanthine，H)、黄嘌呤（Xanthine，X）。稀有碱基：有些核酸中某些碱基的氢可被其他化学基团如甲基、羟甲基、-F、-S、乙酰基等取代，形成修饰碱基，通常含量很少，故称为。目前已发现几十种稀有碱基。如7甲基鸟嘌呤（m7G)、5甲基胞嘧啶（m5C)、m7A、F5U、Nm6U等。生物化学生

12、物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅戊戊 糖糖（构成（构成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅核苷：核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR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1.核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过碱基和核糖（脱氧核糖）通

13、过糖糖苷键苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。连接形成核苷（脱氧核苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O1 1NNNNOO HOHN H2H O C H2腺嘌呤核苷 （腺苷）NNN H2OHO HOH O C H2胞嘧啶脱氧核苷（脱氧胞苷）生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅腺苷腺苷(AR)脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷键糖苷键 1,N1-糖苷键糖苷键11N-9N-1生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅1C5假尿苷（假尿苷（）1,C5-糖苷键糖苷键生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022

14、-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP 2.核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名的结构与命名核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅核苷酸的分子结构核苷酸的分子结构l含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质：NAD+、N

15、ADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHNADP+NAD+生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅5 端端3 端端3.3.核苷酸的连接核苷酸的连接 CGAl核 苷 酸 单 位核 苷 酸 单 位 通 过通 过3,5-3,5-磷酸二酯磷酸二酯键

16、连键连接起来核酸就是由许多接起来核酸就是由许多形成的不含侧链的长链形成的不含侧链的长链状化合物。状化合物。l核酸核酸具有方向性具有方向性的长链的长链状化合物，多核苷酸链状化合物，多核苷酸链的两端，一端称为的两端，一端称为5-5-端，另一端称为端，另一端称为3-3-端。端。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅4.DNA4.DNA与与RNARNA的区别：的区别：RNA核苷酸的戊糖是核糖而不是脱氧核糖 RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶，没有胸腺嘧啶生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅二、核酸的一级结构二、

17、核酸的一级结构定义定义核酸中核苷酸的排核酸中核苷酸的排列顺序。列顺序。由于核苷酸间的差由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所异主要是碱基不同，所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGAA C P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅第二节第二节DNA的空间结构与功能的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022

18、-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅 DNA的二级结构的二级结构-双螺旋结构双螺旋结构 DNA双螺旋结构的研究背景和历史意义双螺旋结构的研究背景和历史意义 DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装的超螺旋结构及其在染色质中的组装 DNA的超螺旋结构的超螺旋结构 原核生物原核生物DNA的高级结构的高级结构 DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装 DNA的功能的功能生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅一、一、DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构生物化学生物化学 (第七版）第七

19、版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅（一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景1、DNA分子中碱基组成的规律分子中碱基组成的规律Chargaff 规律规律(1950-1953年年)a.在所有生物的DNA中，DNA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 且A+G=C+T(碱基当量规律或Chargaff 规律）。b.DNA的碱基组成具有种的特异性。c.DNA碱基组成没有组织和器官的特异性。d.年龄、营养状况、环境等因素不影响DNA的碱基组成。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅2、DNA纤维和D

20、NA晶体的X光衍射分析。Franklin、Wilkins1953年由Wilkins研究小组完成的研究工作，发现了DNA晶体的X线衍射图谱中存在两种周期性反射，DNA分子是由两条链排列成螺旋状，沿纤维长轴有0.34nm和3.4nm两个重要的周期性变化。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅1953年，Watson和 C r i c k 根 据Chargaff 规律和DNA Na盐纤维的X光衍射分析提出了DNA的双螺旋结构模型。（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）（1 1）DNADNA分子由两条

21、分子由两条相互平相互平行但走向相反行但走向相反的脱氧多核苷的脱氧多核苷酸链围绕同一中心轴构成的酸链围绕同一中心轴构成的双螺旋结构，一条链的走向双螺旋结构，一条链的走向是是5353，另一条链是，另一条链是3535。两条多核苷酸链。两条多核苷酸链都是都是右手螺旋右手螺旋。2022-8-9广东药学院 李春梅 两条反平行的多核苷酸链绕同一中心轴相缠绕，形成右手双股螺旋，一条53，另一条35（2）两条链中，磷酸与脱氧核）两条链中，磷酸与脱氧核糖链位于螺旋外侧，碱基位于糖链位于螺旋外侧，碱基位于内侧。碱基平面与脱氧核糖平内侧。碱基平面与脱氧核糖平面垂直。螺旋表面面垂直。螺旋表面形成大沟形成大沟(major

22、 groove)及小沟及小沟(minor groove)。这些沟状结构。这些沟状结构与与DNA、Pr之间识别有关。之间识别有关。2022-8-9广东药学院 李春梅 磷酸与脱氧核糖彼此通过3、5-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架。磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。2022-8-9广东药学院 李春梅（3）双螺旋的直径为）双螺旋的直径为2.37 nm，碱基平面，碱基平面与螺旋纵轴垂直。相邻碱基平面距离与螺旋纵轴垂直。相邻碱基平面距离0.34 nm，螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3.54 nm，一圈，一圈10.5 对对碱基。碱基。2022-8-9广东药学院 李春梅 每圈螺旋10

23、.5nt，碱基堆积距0.34nm，双螺旋平均直径2.37nm，大沟：宽1.2nm，深0.85nm，小沟：宽0.6nm，深0.75nm（4 4）两条链之间通过碱基）两条链之间通过碱基之间形成的氢键之间形成的氢键配对配对联联系。系。（互补配对形式：（互补配对形式：A=T;G C）。）。氢键氢键维维持双链持双链横向稳定性横向稳定性，碱碱基堆积力基堆积力维持双链维持双链纵向纵向稳定性稳定性。2022-8-9广东药学院 李春梅2022-8-9广东药学院 李春梅碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行 两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢链结合在一起。螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持生物化学生物化学 (第七版

24、）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅DNA双螺旋结构模型的意义双螺旋结构模型的意义 为DNA储存和复制遗传信息的机制提供了最好的解释。DNA的双链碱基互补特点揭示了DNA半保留复制的机制。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅稳定双螺旋结构的因素稳定双螺旋结构的因素碱基堆积力碱基堆积力形成疏水环境（主要因素）形成疏水环境（主要因素）。碱基配对的碱基配对的氢键氢键。GCGC含量越多，越稳定。含量越多，越稳定。磷酸基上的负电荷磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成离子键，中和了磷酸

25、基上的负电荷间离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于的斥力，有助于DNADNA稳定。稳定。碱基分子内能碱基分子内能。碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，。碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击可免受水溶性活性小分子的攻击。（三）（三）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅相对湿度92%：BDNA相对湿度75%：ADNA。（1）BDNA：典型的：典型的Watson-Crick双螺旋双螺旋DNA右手双螺旋每圈螺旋10.4个碱基对螺距：3.54nm（2）A-DNA右手双螺旋

26、，外形粗短。RNA-RNA、RNA-DNA杂交分子具有这种结构。（3）Z-DNA左手螺旋，外形细长。天然B-DNA的局部区域可以形成Z-DNA。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅二、二、DNA的的高级结构是高级结构是超螺旋结构超螺旋结构DNA的超螺旋结构的超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋(negativ

27、e supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于变化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过转录过程具有关键作用。程具有关键作用。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅（一）原核生物（一）原核生物DNADNA的环状超螺旋结构：的环状超螺旋结构：绝大多数原核生物绝大多数原核生物的的DNADNA都是共价封都是共价封闭的环状双螺旋。闭的环状双螺旋。如

28、果再进一步盘绕如果再进一步盘绕则形成麻花状的超则形成麻花状的超螺旋三级结构。螺旋三级结构。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅（二）真核生物（二）真核生物DNA高度有序和高度致密的结构高度有序和高度致密的结构真核生物染色质由真核生物染色质由DNA和蛋白质构成，和蛋白质构成，其基本单位是其基本单位是 核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成核小体的组成DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2BH3H4生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）

29、2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅三、三、DNA是遗传物质的物质基础是遗传物质的物质基础DNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的形式荷载遗的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。的信息基础。基因从结构上定义，基因从结构上定义，是指是指DNA分子中的分子中的特定区段，其中的

30、核苷酸排列顺序决定了基特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。因的功能。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅RNA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

31、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 tRNAHnRNASnRNASn

32、oRNAscRNA/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、mRNA是蛋白质合成的模板是蛋白质合成的模板hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程 外显外显子子(exon)生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅*mRNA结构特点结构特点1.大多数真核大多数真核mRNA

33、的的5 末端均在转录后加上末端均在转录后加上一个一个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C 2也也是甲基化，形成帽子结构：是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。2.大多数真核大多数真核mRNA的的3 末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅帽子结构帽子结构生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅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

34、起始的调控 帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅（3）mRNA依据自身的碱基序列指导蛋白依据自身的碱基序列指导蛋白质氨基酸序列的合成，也就是为蛋白质质氨基酸序列的合成，也就是为蛋白质的生物合成提供模板的生物合成提供模板 mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由AUG开始，每开始，每3个核苷酸为个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为称为密码子密码子，或，或三联体密码三联体密码(triplet cod

35、en)。（4）mRNA的成熟过程是的成熟过程是hnRNA的剪接的剪接过程过程*mRNAmRNA结构特点结构特点生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅*mRNA的功能的功能 把把DNA所携带的遗传信息，按碱基互所携带的遗传信息，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。决定其合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

36、白真核细胞真核细胞 生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅*tRNA的一级结构特点的一级结构特点 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 T C 二、二、tRNA是蛋白质合成的氨基酸载体是蛋白质合成的氨基酸载体生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅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

37、尿嘧啶4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 稀有碱基稀有碱基 生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅*tRNA的二级结构（茎环的二级结构（茎环结构）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 额外环额外环 TC环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅*tRNA的三级结的三级结构构 倒倒L形形*tRNA的功能的功能活化、搬运活化、搬运氨基酸到核糖体，氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻参与蛋白质的翻译。译。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学

38、院广东药学院 李春梅李春梅*rRNA的结构的结构三、以三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白为组分的核糖体是蛋白质合成的场所质合成的场所*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。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅核蛋白体的组成核蛋白体的组成原核生物（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

39、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%生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅*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18S rRNA5S rRNA5.8S rRNA28S rRNA原核生物原核生物16S rRNA5S rRNA23S rRNA生物化学生物化学 (第七版）第七版

40、）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)大亚基大亚基小亚基：小亚基：结合模板结合模板mRNA生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅四四、snmRNAs参与了基因表达的调控参与了基因表达的调控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，

41、统称为，统称为非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs,snmRNAs)。snmRNAs生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅RNARNA组学研究细胞中组学研究细胞中snmRNAs 的种类、的种类、结构和功能。同一生物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snmRNAs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组学组学生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅snm

42、RNAs的种类的种类核内小核内小RNA:RNA:参与参与hnRNAhnRNA加工剪接加工剪接核仁小核仁小RNARNA：参与了：参与了rRNArRNA甲基化修饰甲基化修饰胞质小胞质小RNARNA催化性小催化性小RNARNA：催化特定：催化特定RNARNA降解降解小片段干涉小片段干涉 RNARNA：诱发外源：诱发外源RNARNA的降的降解解 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。生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅五、核酸在真核细胞和原核细胞中表五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现了不同的时空特性现了不同

43、的时空特性 原核细胞：没有核膜，复制、转录和翻原核细胞：没有核膜，复制、转录和翻译同一空间进行。译同一空间进行。真核细胞：有核膜，转录和翻译在时间真核细胞：有核膜，转录和翻译在时间和空间上得以分开。和空间上得以分开。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2022-8-9广东药学院 李春梅对酸碱的稳定性：DNA对碱稳定，易被酸破坏；RNA对酸稳定，易被碱破坏。粘度：DNA粘度极大（线性高分子），RNA小（RNA分子远小于DNA）紫外吸收：DNA、RNA有260nm紫外吸收（嘌

44、呤、嘧啶碱基有共轭双键）。一.核酸分子具有强烈的紫外吸收生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅1.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的应用的应用二、二、DNA变性变性(denaturation)是双链解是双链解离为单链的过程离为单链的过程定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用

45、下，DNA双链间的氢双链间的氢键被破坏，双链解开成两条单链的过程。键被破坏，双链解开成两条单链的过程。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乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：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生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅DNADNA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例：变性引

46、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。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A260A260（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。Tm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的在这一范围内，紫外

47、光吸收值达到最大值的50%时的温度称为时的温度称为DNA的解链温度，又称融解的解链温度，又称融解温度温度(melting temperature,Tm)。其大小与。其大小与G+C含量成正比。含量成正比。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 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，

48、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)。2022-8-9广东药学院 李春梅在在DNA变性后的复性过程中，如果将变性后的复性过程中，如果将不不同种类同种类的的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，只要两种溶液中，只要两种单链单链分子之间存在着分子之间存在着一定一定程度的碱基配对关系程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成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

49、，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。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅DNA-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分子分子生物化学生物化学 (第七版）第七版）2022-8-9广东药学院广东药学院 李春梅李春梅2022-8-9广东药学院 李春梅核酸分

50、子杂交的应用核酸分子杂交的应用研究研究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 2022-8-9广东药学院 李春梅l常用的核酸分子杂交技术有：常用的核酸分子杂交技术有：原位杂交、斑原位杂交、斑点杂交、点杂交、SouthernSouthern杂交及杂交及NorthernNorthern杂交杂交等。等。1、Southern BlottingDNA样品 酶切 电泳 碱变性 转膜 固定 杂交 洗涤 放射自显影变性（NaOH