第三章-多聚核苷酸与核酸课件.ppt

1、目目 录录第第 三三 章章多聚核苷酸与核酸多聚核苷酸与核酸目目 录录多聚核苷酸多聚核苷酸(Polynucleotides)多聚核苷酸是多聚核苷酸是核苷酸核苷酸通过通过3，5-磷酸磷酸二酯键连接的聚合物，是核酸二酯键连接的聚合物，是核酸(nucleic acid)分子中的基本形式。分子中的基本形式。目目 录录n核酸的分类及分布核酸的分类及分布存在存在于细胞核和于细胞核和线粒体线粒体分布于细胞核、细胞质、分布于细胞核、细胞质、线粒体线粒体(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

2、制传递携带遗传信息，并通过复制传递给下一代。给下一代。是是DNADNA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。某些病毒息的复制与表达。某些病毒RNARNA也可作为遗传信息的载体也可作为遗传信息的载体目目 录录第一节第一节多聚核苷酸多聚核苷酸Polynucleotides目目 录录一、多聚核苷酸就是核苷酸的多聚物一、多聚核苷酸就是核苷酸的多聚物多个多个核苷酸核苷酸（nucleitide）通过）通过3，5-磷酸磷酸二酯键（二酯键（phosphodiester bond）连接、形成的）连接、形成的链状聚合物，即多聚核苷酸（链状聚合物，即多聚核苷酸（polynucleotides）

3、。）。目目 录录 3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键（一）（一）3,5-磷酸二酯键是核酸的基本结构键磷酸二酯键是核酸的基本结构键目目 录录5 端端3 端端CGA（二）多聚核苷酸（二）多聚核苷酸链有方向性链有方向性 目目 录录A G P5 P T PG PC PT P OH 3 （三）书写方法（三）书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 目目 录录目目 录录（四）核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类（四）核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类nRNA是单链多聚核糖核苷酸是单链多聚核糖核苷酸 nDNA是单链或双链多聚脱氧核糖核酸是单链或双链多聚脱氧核糖核酸目目 录录二、

4、多聚核苷酸链在细胞内通过复制和二、多聚核苷酸链在细胞内通过复制和转录而合成转录而合成生物体内的生物体内的DNA链或链或RNA链的合成是在包括链的合成是在包括DNA聚合酶或聚合酶或RNA聚合酶在内的一组酶共同参与下完成的。聚合酶在内的一组酶共同参与下完成的。这个合成过程以这个合成过程以dNTP或或NTP为原料，以单链为原料，以单链DNA链为链为模板，逐步地完成从模板，逐步地完成从5-末端到末端到3-末端的合成。末端的合成。以以DNA为模板合成为模板合成DNA链和链和RNA链的过程分别称链的过程分别称为为复制复制（第十六章）和（第十六章）和转录转录（第十七章）。（第十七章）。目目 录录三、多聚核苷

5、酸链可在体外经多种方式合成三、多聚核苷酸链可在体外经多种方式合成（一）（一）DNA聚合酶链反应是当前获得聚合酶链反应是当前获得DNA片段最片段最常用技术常用技术（二）单链寡脱氧核糖核苷酸链可利用亚磷酰胺（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酯方法合成（三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成（三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成 目目 录录（一）（一）DNA聚合酶链反应是当前获得聚合酶链反应是当前获得DNA片片段最常用技术段最常用技术DNA聚合酶链反应聚合酶链反应（DNA polymerase chain reaction，PCR）是在体外条件下复制）是在体外条件下复制DNA

6、片段的方法。将专用的片段的方法。将专用的DNA聚合酶（聚合酶（DNA polymerase）、）、dNTP、一对引物、一对引物（primer）及模板）及模板DNA混合在一起，经过多个升温解链混合在一起，经过多个升温解链-降降温退火温退火-恒温延伸的循环过程，恒温延伸的循环过程，DNA聚合酶将合成出与模板聚合酶将合成出与模板完全相同的双链完全相同的双链DNA片段。片段。每一个循环过程都将被复制的每一个循环过程都将被复制的DNA片段数目按指数增片段数目按指数增长，因此采用长，因此采用PCR技术获得技术获得DNA的过程，又称为的过程，又称为体外扩增体外扩增（in vitro amplificatio

7、n）技术，应用极广（第二十三章）。）技术，应用极广（第二十三章）。目目 录录（二）单链寡脱氧核糖核苷酸链可利用亚磷（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酰胺三酯方法合成该合成通常是在该合成通常是在DNA自动合成仪的固相载体上完成的，自动合成仪的固相载体上完成的，连接一个核苷酸需要连接一个核苷酸需要4个步骤。然后，通过氨水高温处理将个步骤。然后，通过氨水高温处理将核苷酸链从固相载体上分离下来。核苷酸链从固相载体上分离下来。利用利用DNA自动合成仪合成的寡核苷酸自动合成仪合成的寡核苷酸DNA单链一般为单链一般为几十个核苷酸。几十个核苷酸。值得注意的是，该方法中的合成方向是从值得注意

8、的是，该方法中的合成方向是从3-末端向末端向5-末末端合成。用于基因检测的寡核苷酸端合成。用于基因检测的寡核苷酸探针探针（probe）以及用于）以及用于PCR反应的反应的引物引物都是利用该方法得到的。都是利用该方法得到的。目目 录录（三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成（三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成利用利用体外转录体系体外转录体系（in vitro transcription system）合成）合成RNA（链）是分子生物学常用技术。这种体外转录体系是现（链）是分子生物学常用技术。这种体外转录体系是现代发展起来的体外转录（代发展起来的体外转录（in vitro transcript

9、ion）技术）技术在在含有含有RNA聚合酶（转录酶）、必要的蛋白质因子、核苷三磷聚合酶（转录酶）、必要的蛋白质因子、核苷三磷酸等条件的体外无细胞体系中，加入酸等条件的体外无细胞体系中，加入DNA模板，模仿体内转模板，模仿体内转录、生成录、生成RNA的过程（第二十四章）。的过程（第二十四章）。利用真核细胞核抽提物（利用真核细胞核抽提物（nuclear extract）建立再造体）建立再造体系是当前生物技术商家提供体外转录商品试剂盒（系是当前生物技术商家提供体外转录商品试剂盒（kit）的主）的主要来源。要来源。目目 录录四、核苷酸的排列顺序就是多聚核苷酸四、核苷酸的排列顺序就是多聚核苷酸链的一级结

10、构链的一级结构 n定义定义多聚核苷酸链的核多聚核苷酸链的核苷酸从苷酸从5-末端到末端到3-末端末端的排列顺序。的排列顺序。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。5 5 端端3 端端CGA目目 录录第二节第二节DNA的结构和功能的结构和功能 Structure and Function of DNA 目目 录录一、一、DNA的二级结构是右手双螺旋的二级结构是右手双螺旋目目 录录（一）（一）DNA的碱基组成遵循的碱基组成遵循Chargaff法则法则 Chargaff 规则规则不同种属生物的不同种属生物的DNA碱基组成不同；碱基组成

11、不同；同一个体不同器官、不同组织的同一个体不同器官、不同组织的DNA具具有相同的碱基组成；有相同的碱基组成；对于一个特定的组织的对于一个特定的组织的DNA，其碱基组，其碱基组份不随其年龄、营养状态和环境而变化；份不随其年龄、营养状态和环境而变化；腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等。呤与胞嘧啶的摩尔数相等。A=TG C 目目 录录不同生物来源的不同生物来源的DNA碱基组分的相对比例碱基组分的相对比例来源来源AGCTA/TG/CG+C嘌呤嘌呤/嘧啶嘧啶大肠杆菌大肠杆菌26.024.925.223.91.090.9950.11.04结核杆菌结核

12、杆菌15.134.935.414.61.030.9970.31.00酵母酵母31.718.317.432.60.971.0535.71.00猪猪29.820.720.729.11.021.0041.41.01牛胸腺牛胸腺28.221.522.527.81.010.9644.00.99牛脾牛脾27.922.722.127.31.011.0144.71.04牛精子牛精子28.722.222.027.21.061.0144.21.04人人30.419.919.930.11.011.039.81.01 包括包括5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶 比值偏离比值偏离1：1是实验误差所致是实验误差所致目目 录录uDN

13、A是反向平行、右手螺旋的是反向平行、右手螺旋的双链结构双链结构p 两条多聚核苷酸链两条多聚核苷酸链相互平行但走向相相互平行但走向相反反，围绕着同一个螺旋轴形成右手双，围绕着同一个螺旋轴形成右手双螺旋结构螺旋结构p 由脱氧核糖和磷酸基团构成的亲水性由脱氧核糖和磷酸基团构成的亲水性骨架（骨架（backbone）位于双螺旋结构的）位于双螺旋结构的外侧外侧，而疏水的碱基位于，而疏水的碱基位于内侧内侧。直径直径为为2 nm，螺距为，螺距为3.4 nmp 从外观上看，从外观上看，DNA双螺旋结构的表面双螺旋结构的表面存在一个存在一个大沟大沟（major groove）和一个）和一个小沟小沟（minor g

14、roove）（二）（二）DNA二级结构是右手双螺旋二级结构是右手双螺旋（Watson,Crick,1953）目目 录录uDNA双链之间具有碱基互双链之间具有碱基互补关系补关系p 碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成与对側碱基形成氢键配对氢键配对（互（互补配对形式：补配对形式：A=T;G C）p 相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm，螺螺旋一圈螺距旋一圈螺距3.4nm，一圈，一圈10对碱对碱基基目目 录录 DNA双链模型双链模型 目目 录录碱基互补配对碱基互补配对 目目 录录u疏水作用力和氢键维系疏水作用力和氢键维系DNA双螺旋结构的稳定双螺旋结构的稳定

15、p 相邻的两个碱基对平面在旋进相邻的两个碱基对平面在旋进过 程 中 发 生 相 互 重 叠过 程 中 发 生 相 互 重 叠（overlapping），由此产生了），由此产生了疏水性的疏水性的碱基堆积力碱基堆积力（base stacking interaction）。）。p 这种这种碱基堆积力碱基堆积力和互补碱基对和互补碱基对的的氢键氢键共同维系着共同维系着DNA双螺旋双螺旋结构的稳定，并且碱基堆积力结构的稳定，并且碱基堆积力在双螺旋结构的稳定中起着更在双螺旋结构的稳定中起着更为重要的作用。为重要的作用。目目 录录（三）（三）DNA双螺旋结构有多种类型双螺旋结构有多种类型目目 录录 不同类型的

16、不同类型的DNA双螺旋结构双螺旋结构 目目 录录A 型型-DNAB 型型-DNAZ 型型-DNA螺旋旋向螺旋旋向右手螺旋右手螺旋右手螺旋右手螺旋左手螺旋左手螺旋螺旋直径螺旋直径2.55 nm2.37 nm1.84 nm每一螺旋的碱基对数目每一螺旋的碱基对数目1110.512螺距螺距2.53 nm3.54 nm4.56 nm相邻碱基对之间的垂直距离相邻碱基对之间的垂直距离0.23 nm0.34 nm0.38 nm糖苷键构象糖苷键构象反式反式反式反式嘧啶为反式嘧啶为反式,嘌呤为顺式，嘌呤为顺式，反式和顺式交替反式和顺式交替 相邻碱基对之间的转角相邻碱基对之间的转角33 34.2 每个二聚体为每个二

17、聚体为-60 使构象稳定的相对环境湿度使构象稳定的相对环境湿度 75%92%碱基对平面法线与主轴的夹角碱基对平面法线与主轴的夹角19 1 9 大沟大沟窄深窄深宽深宽深相当平坦相当平坦小沟小沟宽浅宽浅窄深窄深窄深窄深不同构象不同构象DNA的结构参数的结构参数目目 录录（四）某些状态下（四）某些状态下DNA可形成多链结构可形成多链结构1.Hoogsteen碱基配对碱基配对 形成三股螺旋形成三股螺旋DNA H-DNA的结构的结构 目目 录录 Watson-Grick和和Hoogsteen DNA螺旋中碱基对间氢键的位置螺旋中碱基对间氢键的位置目目 录录2 4条多聚鸟嘌呤核苷酸链形成四螺旋条多聚鸟嘌呤

18、核苷酸链形成四螺旋DNA目目 录录二、二、DNA在二级结构基础上形成超螺旋结构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（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在双螺旋结构基础上通过盘绕和折盘绕和折叠所形成的空间构象称为叠所形成的空间构象称为三级结构三级结构。目目 录录超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)将将DNA的两端固定，使之旋进过分或旋进不足，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。这种扭曲称为消张力。这种扭曲称为DN

19、A双链的超螺旋结构。双链的超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)旋进过分的方向与旋进过分的方向与DNA双链的螺旋方向相同双链的螺旋方向相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)旋进过分的方向与旋进过分的方向与DNA双链的螺旋方向相反双链的螺旋方向相反 松弛态松弛态DNA（relaxed DNA）在溶液中是以能量最低的状态存在的线性在溶液中是以能量最低的状态存在的线性DNA。目目 录录目目 录录自然条件下的自然条件下的DNA都是以负超螺旋的构象存在都是以负超螺旋的构象存在的，也就是说，的，也就是说，DNA的实际螺旋数要少于它含有的碱的实际螺旋数要

20、少于它含有的碱基对数目应该对应的螺旋数。基对数目应该对应的螺旋数。负超螺旋状态有利于解开负超螺旋状态有利于解开DNA双链。双链。DNA的复制、转录、组装等许多过程都需要解的复制、转录、组装等许多过程都需要解开双链才能进行。开双链才能进行。生物体可以通过生物体可以通过DNA的不同超螺旋结构来控制的不同超螺旋结构来控制其功能状态。其功能状态。目目 录录（二）原核生物（二）原核生物DNA和线粒体和线粒体DNA是环状是环状DNA的结构的结构原核生物的原核生物的DNADNA都是闭合环状的双螺旋结构。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，称为它在细胞内紧密缠绕形成了致密的小体，称为

21、类核类核（nucleoidnucleoid）。）。目目 录录线粒体和叶绿体是真核细胞中含有核外遗传物质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。线粒体的细胞器。线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)是一个封闭的双链环状分子。人是一个封闭的双链环状分子。人mtDNA全长全长16,569个个碱基对，共计碱基对，共计37个基因个基因,分别编码分别编码13个蛋白质、个蛋白质、2个个rRNA、22个个tRNA。目目 录录核小体核小体(nucleosome)是是染色质染色质的基本组成单的基本组成单位，由位，由DNA和蛋白质构成和蛋白质构成。1双链双链DNA缠绕在组蛋白核心

22、上构成核小体缠绕在组蛋白核心上构成核小体DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4（三）真核生物（三）真核生物DNA与组蛋白组成高度有序与组蛋白组成高度有序的染色质的染色质目目 录录 核小体的结构示意图核小体的结构示意图a.组蛋白八聚体核心组蛋白八聚体核心 b.核小体核小体 c.直径直径30nm纤维的剖面图显示纤维的剖面图显示H1的位置的位置 d.核小体组成串珠样的染色质核小体组成串珠样的染色质acbd目目 录录目目 录录2组蛋白是小分子量的碱性蛋白质组蛋白是小分子量的碱性蛋白质 组蛋白组蛋白分子质量在分子质量在11kD到到21kD之间，组蛋白中之间，组蛋白中富含

23、精氨酸和赖氨酸。各种真核细胞都有富含精氨酸和赖氨酸。各种真核细胞都有5种组蛋白，种组蛋白，但分子质量和氨基酸的顺序有些差异。在所有真核但分子质量和氨基酸的顺序有些差异。在所有真核生物中生物中H3，H4组蛋白氨基酸序列高度保守，提示功组蛋白氨基酸序列高度保守，提示功能是相同的。但是各种生物的能是相同的。但是各种生物的H1、H2A、H2B的相的相似性很少。似性很少。目目 录录核小体核小体进一步组装成染色质进一步组装成染色质/染色体染色体1核小体组成核小体组成30nm纤维纤维 2螺线管进一步折叠、包装为染色质和染色体螺线管进一步折叠、包装为染色质和染色体 目目 录录目目 录录三、三、DNA是生物遗传

24、信息的载体是生物遗传信息的载体早在早在20世纪世纪30年代，人们就已经知道了染色体是遗年代，人们就已经知道了染色体是遗传物质，也知道了传物质，也知道了DNA是染色体的组成部分。是染色体的组成部分。直到直到Avery等人采用等人采用细菌转化实验细菌转化实验（1944年），后年），后经经Hershey和和Chase通过通过同位素标记噬菌体同位素标记噬菌体DNA感染细感染细菌实验菌实验（1952年）才直接证明了年）才直接证明了DNA是遗传的物质基是遗传的物质基础础。（一）（一）DNA是遗传的物质基础是遗传的物质基础 目目 录录DNA的遗传信息是以的遗传信息是以基因基因的形式存在的。的形式存在的。基因

25、基因（gene）是编码）是编码RNA或多肽的或多肽的DNA片段，片段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。DNA利用四种碱基的不同排列对生物体的所利用四种碱基的不同排列对生物体的所有遗传信息进行编码，经过有遗传信息进行编码，经过复制复制遗传给子代，并遗传给子代，并通过通过转录转录和和翻译翻译确保生命活动中所需的各种确保生命活动中所需的各种RNA和蛋白质在细胞内有序合成。和蛋白质在细胞内有序合成。目目 录录（二）（二）DNA全部核苷酸序列组成基因组全部核苷酸序列组成基因组 基因组基因组（genome）就是一个生物体的全部遗传信息，就是一个生物体的全部遗传信

26、息，即即DNA的全部核苷酸序列。绝大多数生物个体的基因组的全部核苷酸序列。绝大多数生物个体的基因组是是DNA，但有些病毒的基因组是，但有些病毒的基因组是RNA。目目 录录不同生物体的基因组不同生物体的基因组物种物种总总DNA（kbp）染色体数染色体数基因数基因数大肠杆菌大肠杆菌4 63914 405酵母酵母12 068166 200线虫线虫97 00012/1119 000拟南芥拟南芥125 0001025 500果蝇果蝇180 0001813 600水稻水稻480 0002457 000小鼠小鼠2 500 0004030 00035 000人人3 200 0004630 00035 000玉

27、米玉米3 000 00020鸡鸡2 100 00078注：注：1.酵母染色体数是单倍体数，野生酵母株通常含酵母染色体数是单倍体数，野生酵母株通常含8倍体或更多倍体或更多 2.除酵母外的真核生物的染色体数均为双倍体数除酵母外的真核生物的染色体数均为双倍体数 3.雌性线虫染色体是雌性线虫染色体是12条，雄性条，雄性11条条目目 录录nDNA是生物遗传信息的载体，并为基因复制和转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，也是录提供了模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。个体生命活动的信息基础。nDNA具有高度稳定性的特点，用来保持生物体系具有高度

28、稳定性的特点，用来保持生物体系遗传的相对稳定性。同时，遗传的相对稳定性。同时，DNA又表现出高度复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。环境的变迁，为自然选择提供机会。目目 录录第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能 Structure and Function of RNA目目 录录 RNA是是DNA的转录产物。的转录产物。RNA通常以单链线性形式存在，但是可以通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。构

29、，进而形成三级结构。与与DNA相比，相比，RNA的种类、大小、结构以及的种类、大小、结构以及稳定性表现出了多样化，这与它们的功能多稳定性表现出了多样化，这与它们的功能多样化密切相关。样化密切相关。目目 录录真核细胞内主要真核细胞内主要RNA的种类和功能的种类和功能种类种类细胞定位细胞定位功能功能信使信使RNAmessenger RNA(mRNA)细胞核、细胞质、细胞核、细胞质、线粒体线粒体蛋白质的合成模板蛋白质的合成模板非均一核非均一核RNAheterogeneous nuclear RNA(hnRNA)细胞核细胞核 成熟成熟mRNA的前体的前体转运转运RNA transfer RNA(tRN

30、A)细胞核、细胞质、细胞核、细胞质、线粒体线粒体转运氨基酸转运氨基酸核糖体核糖体RNA ribosomal RNA(rRNA)细胞核、细胞质、细胞核、细胞质、线粒体线粒体构成核糖体构成核糖体非编码小非编码小RNAsmall non-coding RNA(sncRNA)细胞核、细胞质细胞核、细胞质参与参与hnRNA的剪接和的剪接和转运、转运、rRNA加工、加工、基因表达调控等基因表达调控等目目 录录一、信使一、信使RNA结构含有氨基酸编码序列结构含有氨基酸编码序列hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程 外显子外显子(exon)目目 录录（一）（一）mRNA

31、5-末端具有帽结构末端具有帽结构大多数真核大多数真核mRNA的的5 末端均在转录后加上一末端均在转录后加上一个个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 也会被甲也会被甲基化，形成帽子结构：基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。mRNA的帽结构的帽结构可以与一类称为帽结合蛋白可以与一类称为帽结合蛋白（cap binding proteins,CBP）的分子结合。这种）的分子结合。这种结合对维持结合对维持mRNA的稳定性、将的稳定性、将mRNA从细胞核从细胞核转运到细胞质中、以及与核糖体以及翻译起始因转运到细胞质中、以及与核糖体以及翻译起始因子的结合等密切相关。子的结

32、合等密切相关。目目 录录 真核真核mRNA的的5-末端末端7-甲基鸟嘌呤核苷帽状结构及核糖甲基化甲基鸟嘌呤核苷帽状结构及核糖甲基化 目目 录录（二）（二）mRNA 3-末端具有多聚末端具有多聚A的尾结构的尾结构 大多数真核大多数真核mRNA的的3 末端是一段有末端是一段有80250个腺苷酸的多聚腺苷酸结构，称为个腺苷酸的多聚腺苷酸结构，称为多聚多聚A尾尾(poly(A)-tail)。多聚多聚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相结合而存在，相结合而存在，每每1020个腺苷酸结合一个个腺苷酸结合一个PABP单体。所以，真

33、单体。所以，真核细胞的核细胞的mRNA的的3-端实际上是一个端实际上是一个poly(A)和蛋和蛋白质多聚体形成的复合物。白质多聚体形成的复合物。目目 录录mRNA核内向胞质的转移核内向胞质的转移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尾的功能尾的功能目目 录录（三）（三）mRNA含有氨基酸密码子含有氨基酸密码子mRNA的功能是转录核内编码蛋白质信息的功能是转录核内编码蛋白质信息的的DNA碱基排列顺序，并携带至细胞质，指导碱基排列顺序，并携带至细胞质，指导蛋白质合成。蛋白质合成。mRNA分子从分子从5-末端的第一个末端的第一个AUG(起始密起始

34、密码子码子)开始，每开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上个核苷酸为一组，决定肽链上一个氨基酸，称为一个氨基酸，称为三联体密码三联体密码(triplet code)或或密密码子码子(codon)。位于起始密码子和终止密码子之。位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为间的核苷酸序列称为开放阅读框开放阅读框(open reading frame，ORF)，可读框内的核苷酸序列决定了，可读框内的核苷酸序列决定了多肽链的氨基酸序列。多肽链的氨基酸序列。目目 录录一条完整的一条完整的mRNA包括包括5-非编码区、编码区和非编码区、编码区和3-非非编码区。编码区。编码区包括起始密码子、编码氨基酸的序列

35、和终止编码区包括起始密码子、编码氨基酸的序列和终止密码子。密码子。目目 录录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 目目 录录（一）（一）tRNA分子含有稀有碱基分子含有稀有碱基 含含 10%20%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、转运二、转运RNA含有接纳氨基酸和含有接纳氨基酸和mRNA识别序列识别序列目目 录录NNHNHNNOCH3CH3NNNHNN

36、HCH2CHCCH3CH3NHNHOOHHHHNHNHSON,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 目目 录录tRNA中常见的稀有碱基中常见的稀有碱基 目目 录录氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环（二）（二）tRNA有有“三叶草三叶草”样二级结构和倒样二级结构和倒“L”形三级形三级结构结构环环氨基酸臂氨基酸臂DHU环环反密码环反密码环目目 录录 AUAACACCGCGGCUUUUGAAAACGGGGGGUCGA C A CGUGUCGGTAUG CCUCAAAADDGCGCAUUCmGmAYC5G7G22OH-357570

37、65605550403530252015105pA1G2G7环环氨基酸臂氨基酸臂DHU环环反密码环反密码环反密码子反密码子tRNA三级结构及氢键的位置三级结构及氢键的位置目目 录录氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环有些氨基酸只有一种有些氨基酸只有一种tRNA作为载体，而另外的作为载体，而另外的一 些 氨 基 酸 则 需 要 几 种一 些 氨 基 酸 则 需 要 几 种tRNA作为载体。作为载体。目目 录录（三）（三）tRNA有识别有识别mRNA密码的反密码子密码的反密码子*tRNA的功能的功能活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。目目 录录*rRNA

38、的结构的结构三、核糖体三、核糖体RNA与核糖体蛋白组成核糖体与核糖体蛋白组成核糖体目目 录录*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 rRNA 28S rRNA5.8S rRNA 18S rRNA 原核生物原核生物 5S rRNA23S rRNA16S rRNA（一）原核、真核（一）原核、真核rRNA分子质量不同分子质量不同目目 录录核糖体的组成核糖体的组成原核生物（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

39、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28S 5.85S 5S4718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%目目 录录rRNA与与核核糖糖体体蛋白质共同构成蛋白质共同构成核核糖糖体体，是是蛋白质生物合成的场所蛋白质生物合成的场所：为肽链合成所需要：为肽链合成所需要的的mRNA、tRNA、多种蛋白因子提供了相互结、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。合的位点和相

40、互作用的空间环境。（三）（三）rRNA参与组成的核糖体是蛋白质参与组成的核糖体是蛋白质翻译的场所翻译的场所目目 录录四、非信使小四、非信使小RNA具有多样性具有多样性除了上述三种除了上述三种RNA外，细胞外，细胞内内存在的许多存在的许多其他种类的小分子其他种类的小分子RNA，统称为，统称为非信使小非信使小RNA(small non-messenger RNAs,snmRNAs)。snmRNAs非编码非编码RNA(non-coding RNA)专指那些具专指那些具有调节作用的小有调节作用的小RNA，如，如siRNA、miRNA等。等。目目 录录snmRNAs的种类的种类核内小核内小RNA（sma

41、ll nuclear RNA，snRNA）核仁小核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）胞质小胞质小RNA（small cytoplasmic RNA，scRNA）催化性小催化性小RNA（small catalytic RNA）小干扰小干扰RNA（small interfering RNA,siRNA）微微RNA（microRNA，miRNA）等）等在在hnRNA和和rRNA的转录后加工、转运中发挥作用，的转录后加工、转运中发挥作用，有的参与基因表达调控等；是现代生物学研究的新领域。有的参与基因表达调控等；是现代生物学研究的新领域。目目 录录真核细胞内重要的真核细胞

42、内重要的snmRNAs种类英文名称生物学功能核内小RNAsmall nuclear RNA(snRNA)参与hnRNA剪接，包括U1、U2、U4、U5、U6核仁小RNAsmall nucleolar RNA(snoRNA)参与rRNA核糖C-2的甲基化 胞质小RNAsmall cytoplamsic RNA(scRNA)催化小RNAsmall catalytic RNA RNA剪接，包括核酶等小干扰RNAsmall interference RNA(siRNA)参与转录后调节；对外源入侵RNA基因的切割目目 录录（一）核内小（一）核内小RNA与核糖核蛋白结合共同参与与核糖核蛋白结合共同参与mR

43、NA前体加工前体加工snRNA长度（nt）剪接hnRNA的靶位点U1U2U4U5 U6U7165189145115106635-端 内含子腺苷酸分支点 5端，补充分支点转酯化反应，3剪接点，使外显子连接转酯化反应组蛋白H3前体的mRNA3末端裂解高等真核细胞高等真核细胞snRNA的特征的特征 目目 录录（二）催化性小（二）催化性小RNA参与参与RNA剪接加工剪接加工 一些小一些小RNA分子具有催化特定分子具有催化特定RNA降解的活性，降解的活性，在在RNA合成后的剪接中具有重要作用。这种具有催化合成后的剪接中具有重要作用。这种具有催化作用的小作用的小RNA亦被称为亦被称为核酶核酶(ribozy

44、me)或催化性或催化性RNA(catalytic RNA)。（三）核仁小（三）核仁小RNA参与参与rRNA甲基化修饰甲基化修饰（四）小干扰（四）小干扰RNA特异阻断体内同源基因的表达特异阻断体内同源基因的表达目目 录录第第 四四 节节核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质Chemical and Physical Properties of Nucleic Acids目目 录录n核酸的核酸的酸碱及溶解度性质酸碱及溶解度性质q核酸为多元酸，具有较强的酸性核酸为多元酸，具有较强的酸性。q可与金属离子成盐，不溶于乙醇或异丙醇可与金属离子成盐，不溶于乙醇或异丙醇一、核酸具备多种基本物理化学性质一、核

45、酸具备多种基本物理化学性质核酸中的核酸中的糖苷键糖苷键和和磷酸酯磷酸酯键都能被酸、键都能被酸、碱和酶水解。碱和酶水解。（一）核酸可被酸、碱水解（一）核酸可被酸、碱水解目目 录录NHNNHNONH2NHNNNOHNH2GNHNHOONNOHOHUNHNHOOCH3NNOHOHCH3TNNNHNNH2NHNNHNNHANNHNH2ONHNHNHOC（二）核酸是两性分子（二）核酸是两性分子n 碱基可发生互变异构碱基可发生互变异构n 碱基在体液环境中以碱性解离为主碱基在体液环境中以碱性解离为主n 核酸分子是酸性化合物核酸分子是酸性化合物目目 录录（三）核酸溶液具有高分子性质（三）核酸溶液具有高分子性质

46、n黏滞度黏滞度：DNA RNAdsDNA ssDNAn沉降系数沉降系数：溶液中的核酸在离心力场中可下沉。溶液中的核酸在离心力场中可下沉。DNA分子分子经反复盘曲形成超螺旋后，其沉降系数增加，超螺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。旋松解后其沉降系数减小。目目 录录（四）核酸具有紫外线吸收特性（四）核酸具有紫外线吸收特性n核酸的紫外吸收（核酸的紫外吸收（OD260）单核苷酸单核苷酸 ssDNA（或（或RNA）dsDNA 目目 录录目目 录录1.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DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA

47、）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:A260/A280=1.8RNA纯品纯品:A260/A280=2.0A260的应用的应用目目 录录二、核酸二、核酸变性、复性是很多分子生物学变性、复性是很多分子生物学技术操作的基础技术操作的基础定义定义：核酸的变性（核酸的变性（denaturation）指）指DNA双螺旋之间双螺旋之间的氢键断裂变成单链、或的氢键断裂变成单链、或RNA局部氢键断裂变成局部氢键断裂变成线性单链结构的过程线性单链结构的过程 方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素以及某些有过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素以及某些有机溶剂如乙醇

48、、丙酮等机溶剂如乙醇、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：A260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（一）核酸变性是双链解离为单链的过程（一）核酸变性是双链解离为单链的过程目目 录录DNA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目目 录录（二）核酸变性时伴有增色效应（二）核酸变性时伴有增色效应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A260增高的现象。增高的现象。目目 录录热变性热变性解链曲线：解链曲线：如果在连续加热如果在连续

49、加热DNA的过程中以温度对的过程中以温度对A260值值作图，所得的曲线称为解链曲线作图，所得的曲线称为解链曲线。目目 录录 Tm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一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范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称时的温度称为为DNA的解链温度，又称熔解温度的解链温度，又称熔解温度(melting temperature,Tm)。影响因素影响因素：1DNA均一性决定熔解温度范围大小；均一性决定熔解温度范围大小；2G-C碱基对含量决定熔解温度高低；碱基对含量决定熔解温度高低；3介质中的离子强度影响变性。介质中的离子强

50、度影响变性。Tm值是值是DNA变性的重要参数变性的重要参数Tm值的经验公式是：值的经验公式是：Tm=69.3+0.41（%G+C）目目 录录（三）变性的（三）变性的DNA可以复性可以复性 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补单链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。这一现象称为结构。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A260降低。降低。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后才可复性，这一过经缓慢冷却后才可