1、绪绪 论论 2021/2/23 2 试述各种氨基酸的结构特点试述各种氨基酸的结构特点、分类依据，分析结构与性分类依据，分析结构与性 质的关系。质的关系。 等电点等电点 第二信使第二信使 稀有碱基稀有碱基 蛋白质的基本结构单蛋白质的基本结构单 体体 核酸的基本结构单体核酸的基本结构单体 第一章复习要点第一章复习要点 概念概念 论述题论述题 概述题概述题 1 简述简述氨基酸的理化性质及在分离鉴定中的意义。氨基酸的理化性质及在分离鉴定中的意义。 2 简述核苷酸的理化性质及在分离鉴定中的意义。简述核苷酸的理化性质及在分离鉴定中的意义。 3 简述简述各种核苷酸的组成特点。各种核苷酸的组成特点。 2021
2、/2/23 3 1 阐述蛋白质的结构，举例说明蛋白质的结构与功能的关系。阐述蛋白质的结构，举例说明蛋白质的结构与功能的关系。 2 叙述蛋白质的理化性质及在蛋白质分离纯化中的应用。叙述蛋白质的理化性质及在蛋白质分离纯化中的应用。 肽键肽键 生物活性肽生物活性肽 谷胱甘肽谷胱甘肽 构象构象 肽单元肽单元 模体模体 锌锌 指结构指结构 结构域结构域 分子伴侣分子伴侣 亚基亚基 分子病分子病 变构效应变构效应 蛋白质构象病蛋白质构象病 蛋白质的变性和复性蛋白质的变性和复性 盐析盐析 电泳电泳 层层 析析 急性时相蛋白急性时相蛋白 第二章复习要点第二章复习要点 概念概念 论述题论述题 概述题概述题 1
3、简述简述等电点在蛋白质分离纯化中的应用等电点在蛋白质分离纯化中的应用 2 简述变构效应与蛋白质和酶活性调节的关系简述变构效应与蛋白质和酶活性调节的关系 3 简述血浆蛋白质的分类及功能简述血浆蛋白质的分类及功能 4 简述蛋白质的分离、纯化及鉴定技术简述蛋白质的分离、纯化及鉴定技术 2021-2-23 4 阐述核酸的理化性质和应用阐述核酸的理化性质和应用 碱基组成规律碱基组成规律 碱基互补碱基互补 DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型 超螺超螺 旋结构旋结构 核小体核小体 基因和基因组基因和基因组 snRNA siRNA snRNA siRNA 核核 酶酶 核酸变性和复性核酸变性和复性 增色效
4、应增色效应 减色效应减色效应 解链曲线解链曲线 融解温度融解温度 核酸分子杂交核酸分子杂交 第三章复习要点第三章复习要点 概念概念 论述题论述题 概述题概述题 1 简述简述DNA的二级结构的二级结构 2 简述简述DNA的超螺旋结构的超螺旋结构 3 简述简述mRNA结构及功能结构及功能 4 简述简述tRNA的组成结构及功能的组成结构及功能 5 简述简述rRNA组成结构及功能组成结构及功能 6 简述核酸内切酶和核酸外切酶简述核酸内切酶和核酸外切酶 内容内容 第一节 生物化学发展简史 第二节 生物化学的研究内容 第三节 生物化学与医学 生物化学（生物化学（Biochemistry）的概念）的概念 生
5、物化学是介于生物与化学之间的学科，是利用化学的理生物化学是介于生物与化学之间的学科，是利用化学的理 论和方法研究生物的一门学科。有生命的化学之称。论和方法研究生物的一门学科。有生命的化学之称。 其任务是阐述构成生物体的基本物质（糖类、脂类、蛋白其任务是阐述构成生物体的基本物质（糖类、脂类、蛋白 质、核酸）的结构、性质及功能；质、核酸）的结构、性质及功能； 生命活动过程的变化规律（物质代谢和能量代谢）。生命活动过程的变化规律（物质代谢和能量代谢）。 19031903年提出年提出BiochemistryBiochemistry，生物化，生物化 学才成为一门独立的学科，在此之学才成为一门独立的学科，
6、在此之 前，由有机化学和生理学分别研究。前，由有机化学和生理学分别研究。 1953年DNA双螺旋结构的发现直接 导致了分子生物学的诞生，分子生 物学是在传统生物化学发展起来的 分子生物学分子生物学（Molecular Molecular BiologyBiology）概念概念 广义广义: : 研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能。研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能。 狭义狭义: : 偏重于核酸偏重于核酸( (或基因或基因) )的分子生物学，主要研的分子生物学，主要研 究基因或究基因或DNADNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，的复制、转录、表达和调节控制等过程， 也涉及这些过程中有关
7、的蛋白质和酶的结构与功能的也涉及这些过程中有关的蛋白质和酶的结构与功能的 研究。研究。 第一节第一节 生物化学发展简史生物化学发展简史 1、初期阶段、初期阶段 二十世纪初以前，静态生物化学时期：二十世纪初以前，静态生物化学时期： 1828年，德国化学家维勒从无机盐合成了尿素等，年，德国化学家维勒从无机盐合成了尿素等， 突破无机和有机的界限突破无机和有机的界限 光合作用的发现（光合作用的发现（1897年首次出现在教科书中）年首次出现在教科书中） 研究生物组织的组成；生物呼吸代谢；研究生物组织的组成；生物呼吸代谢； 18691869年年, , 在所有细胞的核里都找到了不溶于稀在所有细胞的核里都找到
8、了不溶于稀 酸和盐溶液的沉淀物酸和盐溶液的沉淀物, , 命名为核质命名为核质( (NucleinNuclein) )。 18891889年年, ,核质改名为“核酸”核质改名为“核酸”, , 并且已经认识到并且已经认识到 “核质”“核质” 乃“核酸”乃“核酸” 与蛋白质的复合体。与蛋白质的复合体。 2 2、发展阶段、发展阶段 二十世纪前半叶，动态生物化学时期二十世纪前半叶，动态生物化学时期 19031903年年 首次使用“首次使用“Biochemistry”Biochemistry”。 19101910年，年，MorganMorgan发表“染色体理论”。发表“染色体理论”。 19261926年年
9、 结晶得到了脲酶结晶得到了脲酶, ,证明酶就是蛋白质证明酶就是蛋白质 19351935年年 将同位素应用于代谢的研究将同位素应用于代谢的研究 19441944年年 证明遗传信息是核酸证明遗传信息是核酸 19531953年年 SangerSanger胰岛素氨基酸的序列测定胰岛素氨基酸的序列测定 二十世纪五十年代以后二十世纪五十年代以后 19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA双螺旋模型；双螺旋模型； 19571957年年, ,用密度梯度超离心法用密度梯度超离心法, , 证实半保留复制假说。证实半保留复制假说。 19701970年年 发现了发现了D
10、NADNA限制性内切酶限制性内切酶 19721972年年 DNADNA重组技术的建立重组技术的建立 19781978年年 DNADNA双脱氧测序法的建立双脱氧测序法的建立 19901990年年 人类基因组计划的实施人类基因组计划的实施 20032003年人类基因组计划宣告完成测序任务。年人类基因组计划宣告完成测序任务。 3 3、分子生物学时期、分子生物学时期 4 4、人类人类基因组基因组计划计划 (human genome project, HGP)(human genome project, HGP) 是由是由美国美国科学家于科学家于19851985年率先提出，于年率先提出，于1990199
11、0年正式年正式 启动的。启动的。 1 1）这一计划旨在发现所有人类基因；）这一计划旨在发现所有人类基因； 2 2）为由）为由碱基碱基构成的人类基因组精确测序；构成的人类基因组精确测序； 3 3）并搞清其在）并搞清其在染色体染色体上的位置；上的位置； 4 4）破译人类全部遗传信息。）破译人类全部遗传信息。 DNA测序研究历史测序研究历史 19991999年华大基因成立，加盟年华大基因成立，加盟HGPHGP， 承担承担1%1%的测序任务的测序任务 （于军、汪建、杨焕明）（于军、汪建、杨焕明） J.J. CraigCraig VenterVenterThe Institute for Genomic
12、 The Institute for Genomic Research (TIGR)Research (TIGR)，1992 1992 Francis CollinsFrancis Collins JamesJames WatsonWatson ABI ABI Prism Prism 370A370A HamiltonHamilton SmithSmith 19981998年年CeleraCelera GenomicsGenomics成立，开成立，开 始和始和HGPHGP官方团队展开竞争官方团队展开竞争 第一台全自动测序仪器第一台全自动测序仪器 5 5、后基因组研究、后基因组研究 后基因组研究
13、：后基因组研究： 功能基因组学；功能基因组学； 蛋白质组学等蛋白质组学等。 蛋白质组学蛋白质组学 蛋白质组学这个概念最早是在蛋白质组学这个概念最早是在1995年提出的。年提出的。 是在大规模水平上研究蛋白质的特征。是在大规模水平上研究蛋白质的特征。 包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与 蛋白相互作用等。蛋白相互作用等。 由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代 谢等过程的整体而全面的认识。谢等过程的整体而全面的认识。 6 6、我国在生化方面取得的重要成就、我国在生化方面取得的重要成就 19811981年
14、又首先人工合成了具有生物活性的酵母年又首先人工合成了具有生物活性的酵母 tRNAtRNAAla Ala。 。 19651965年结晶牛胰岛素人工合成，是世界上公认的年结晶牛胰岛素人工合成，是世界上公认的 第一个具有全部生物活性的蛋白质人工合成。第一个具有全部生物活性的蛋白质人工合成。 第二节、生物化学的研究内容第二节、生物化学的研究内容 1、生物大分子的结构与功能（蛋白质，生物大分子的结构与功能（蛋白质， 核酸和酶核酸和酶） 2 2、物质代谢及其调节（动态生物化、物质代谢及其调节（动态生物化 学）学） 3 3、遗传信息的传递及其调控、遗传信息的传递及其调控 第三节第三节 生物化学与医学生物化学
15、与医学 致病机理的研究、疾病的诊断与治疗致病机理的研究、疾病的诊断与治疗 糖尿病（糖尿病（diabetes mellitusdiabetes mellitus）是一种全方位的是一种全方位的 代谢病，即不仅影响到糖的代谢，也影响到脂代谢病，即不仅影响到糖的代谢，也影响到脂 肪代谢、蛋白质代谢甚至水、盐代谢、酸硷平肪代谢、蛋白质代谢甚至水、盐代谢、酸硷平 衡，涉及到人体的各个系统。衡，涉及到人体的各个系统。 糖尿病又是一种常见病、多发病，为了防治这种糖尿病又是一种常见病、多发病，为了防治这种 疾病，对其生化背景应有一深入的了解。疾病，对其生化背景应有一深入的了解。 比如生化诊断：比如生化诊断： 酶
16、活力的变化在时相上常出现在组织形态学改变酶活力的变化在时相上常出现在组织形态学改变 之前。之前。 临床上测定酶活力可以为机体的状况、病变临床上测定酶活力可以为机体的状况、病变 的部位及程度提供可靠的信息和证据。的部位及程度提供可靠的信息和证据。 为估价治疗效果和预后提供有价值的资料。为估价治疗效果和预后提供有价值的资料。 目前用于临床诊断的酶已超过目前用于临床诊断的酶已超过6060种，其中种，其中3030多种多种 在临床上应用比较成熟和广泛。在临床上应用比较成熟和广泛。 指用分子生物学的技术，对患者或指用分子生物学的技术，对患者或 受检者的某一特定基因和（或）其受检者的某一特定基因和（或）其
17、转录物进行检测和分析。转录物进行检测和分析。 基因诊断基因诊断 Foundation medicine基因诊断流程基因诊断流程 DNA DNA 抽提抽提, , 文库构建文库构建 癌症基因基因捕获癌症基因基因捕获 高通量测序高通量测序 llumina Hiseqllumina HiseqTM TM2000 2000 治疗方案报告治疗方案报告 测序结果分析流程测序结果分析流程 肿瘤样品采集肿瘤样品采集 癌癌症症预预测测 Cancer prediction 指指导导临临床床实实验验 Guide clinical trial 新新标标记记物物 New Biomarker 个个性性化化治治疗疗方方案案
18、Personalized cancer therapy 更更优优化化的的临临床床实实验验设设计计 更更高高的的临临床床实实验验成成功功率率 提提前前采采取取措措施施、降降低低患患癌癌机机率率 新新的的靶靶向向药药物物 改改进进的的诊诊断断方方法法 新一代新一代DNADNA测序在癌症预防中的应用测序在癌症预防中的应用 基因治疗基因治疗 基因治疗基因治疗(gene therapy)是向有功能是向有功能 缺陷的细胞补充相应功能的基因缺陷的细胞补充相应功能的基因。 以纠正或补偿其基因的缺陷以纠正或补偿其基因的缺陷，从而从而 达到治疗的目的达到治疗的目的。 孙启明孙启明 手机：手机：1377748875
19、513777488755 电邮：电邮： 第一章第一章 核苷酸、多聚核苷酸与核酸核苷酸、多聚核苷酸与核酸 第二章第二章 氨基酸、多肽与蛋白质氨基酸、多肽与蛋白质 第一章第一章 核苷酸、多聚核苷酸与核酸核苷酸、多聚核苷酸与核酸 NucleotideNucleotide，Polynucleotides AND Polynucleotides AND Nucleic AcidsNucleic Acids 核酸研究的历史核酸研究的历史 1869年年 Miescher，发现了不溶于稀酸和盐溶，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液的沉淀物，并在所有细胞的核里都找到了 此物质，故命
20、名“核质此物质，故命名“核质(Nuclein)”。 1879年年 Kossel经过经过10年的努力，阐明除蛋白年的努力，阐明除蛋白 质外核质中有四种不同的组成部分：质外核质中有四种不同的组成部分：A、T、 C 和和 G。 1889年年 Altman建议将“核质”改名为“建议将“核质”改名为“核核 酸酸”，因为已经认识到“核质”，因为已经认识到“核质” 乃“核酸”乃“核酸” 与蛋白质的复合体。与蛋白质的复合体。 1944年年Avery研究肺炎双球菌的转化因子，证明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。是细菌遗传性状的转化因子。 AveryMacLeodMcCarty e
21、xperiment Frederick Frederick GriffithGriffith， 19281928年年 发现肺炎双发现肺炎双 球菌的转化球菌的转化 因子因子 Griffiths experiment 19521952年，美国年，美国 冷泉港冷泉港 HersheyHershey- - ChaseChase 噬菌体浸染细噬菌体浸染细 菌的实验菌的实验 1950年年 Chargaff,E 分析了分析了DNA的组成成分，的组成成分， 得知得知A=T，G=C， A+G=C+T。 Maurice HF Wilkins Rosalind Franklin DNA X-ray 2DNA双螺旋结构
22、模型双螺旋结构模型 （double-helical structure） 1953年年Watson和和Crick提出了提出了DNA双螺旋结构。双螺旋结构。 该模型揭示了该模型揭示了DNADNA作为遗传物质的稳定性特征作为遗传物质的稳定性特征 ，最有价值的是确认了最有价值的是确认了碱基配对碱基配对原则原则，这是这是DNADNA复复 制制、转录和反转录的分子基础转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递亦是遗传信息传递 和表达的分子基础和表达的分子基础。该模型的提出是上个世纪生命该模型的提出是上个世纪生命 科学的重大突破之一科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生它奠定了生物化学和分子生 物学乃
23、至整个生命科学飞速发展的基石物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。 3 3、 DNADNA的双螺旋结构的意义的双螺旋结构的意义 1957年年 Meselsnhe SD sequence SD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 2）少量的间隔序列少量的间隔序列 （3 3）无帽无尾无帽无尾 ( (4 4) ) 包括起始密码子和终止密码子包括起始密码子和终止密码子 （5 5）中间编码序列
24、中间编码序列。 5 3 顺反子顺反子 顺反子顺反子 顺反子顺反子 插入顺序插入顺序 插入顺序插入顺序 先导区先导区 末端顺序末端顺序 原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点 一、真核一、真核mRNA的成熟的成熟 hnRNA 内含子内含子 ( (intron) ) mRNA 去除内含子去除内含子 外显子外显子 ( (exon) ) （一一）mRNA 5 -末端添加帽子结构末端添加帽子结构 大多数真核成熟的大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的分子具有典型的 5-端的端的7-甲基鸟苷三磷酸帽子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帽子结构是在核内转录后由鸟苷酸转移
25、 酶催化酶催化，加上加上7-甲基鸟苷三磷酸甲基鸟苷三磷酸，形成形成55 的连接的连接，不再有末端的不再有末端的5磷酸结构磷酸结构。同时同时与帽与帽 子结构相邻的第一个和第二个核苷酸中戊糖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 化通 常 也 被 甲 基 化 ， 形 成 帽 子 结 构 ：形 成 帽 子 结 构 ： m7GpppNm-。 真核真核mRNA的的5 -末端末端7-甲基鸟嘌呤核苷帽状结构甲基鸟嘌呤核苷帽状结构 及核糖甲基化及核糖甲基化 m7GpppNm- 帽子结构作用帽子结构作用 帽子结构可以与帽结合蛋白帽子结构可以与帽结合蛋白(CBP)(CBP)结合形成
26、复结合形成复 合物：合物： 1) 1) 使使mRNAmRNA从胞核向胞质转移从胞核向胞质转移 2) 2) 与翻译过程相关因子结合与翻译过程相关因子结合 3) 3) 保护保护mRNAmRNA mRNA 3 -末端加末端加ployA尾尾 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个腺苷酸的多聚腺苷酸结构，称为称为 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相结合而存相结合而存 在在，每每1020个腺苷酸结合一个个腺苷
27、酸结合一个PABP单体单体。 所以所以，真核细胞的真核细胞的mRNA的的3 -端实际上是端实际上是 一个一个poly(A)和蛋白质多聚体形成的复合物和蛋白质多聚体形成的复合物。 真核生物真核生物mRNA 3mRNA 3- -端的端的polyApolyA结构结构是在是在mRNAmRNA转录转录 好后由好后由polyApolyA转移酶催化加入的。转移酶催化加入的。 mRNA核内向胞质的转移核内向胞质的转移 保护保护mRNA 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 （二二）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的功能是
28、转录核内编码蛋白质信息的 DNA碱基排列顺序碱基排列顺序，并携带至细胞质并携带至细胞质，指导蛋白质指导蛋白质 合成合成。 mRNA分子从分子从5 -末端的第一个末端的第一个AUG(起始密码起始密码 子子)开始开始，每每3个核苷酸为一组个核苷酸为一组，决定肽链上一个氨决定肽链上一个氨 基酸基酸，称为三联体密码称为三联体密码(triplet code)或密码子或密码子 (codon)。位于起始密码子和终止密码子之间的核苷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酸序列称为开放阅读框(open reading frame，ORF)， 可读框内的核苷酸序列决定了多肽链的氨基酸序列可读框
29、内的核苷酸序列决定了多肽链的氨基酸序列。 一条完整的一条完整的mRNA包括包括5 -非编码区非编码区、编码区和编码区和3 -非非 编码区编码区。 编码区包括起始密码子编码区包括起始密码子、编码氨基酸的序列和终止编码氨基酸的序列和终止 密码子密码子。 二、转运二、转运RNA：tRNA （一）（一）tRNAtRNA的二级结构：的二级结构： 三叶草二级结构模型三叶草二级结构模型。 主要特征：主要特征： 1.1.四臂三环；四臂三环； 2.2.氨基酸臂氨基酸臂33端有端有 CCAOHCCAOH的共有结构；的共有结构； 3.D3.D环上有二氢尿嘧啶（环上有二氢尿嘧啶（D D）；）； 三叶草二级结构模型三叶
30、草二级结构模型。 4.4.反密码环上的反密码子反密码环上的反密码子 与与mRNAmRNA相互作用；相互作用； 5.5.可变环上的核苷酸数目可变环上的核苷酸数目 可以变动；可以变动； 6.T6.T C C环含有环含有T T和和 ； 7.7.含较多修饰碱基含较多修饰碱基。 N NH NH N N O CH3 CH3 N N NH N NH CH2CHC CH3 CH3 NH NH O O H H H H NH NH S O N,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 tRNA中常见的稀有碱基中常见的稀有碱基 tRNA
31、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 活化活化、搬运氨基酸到核糖体搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译参与蛋白质的翻译。 5 反密码子 密码子mRNA 3 GUA U A C A C C 酪氨酸 （二）（二）tRNAtRNA的三级结构：的三级结构： 二十世纪七十年代初科学家用二十世纪七十年代初科学家用X线射衍线射衍 技术分析发现技术分析发现tRNA的三级结构为倒的三级结构为倒L形。形。 tRNA三级结构的特点是氨基酸臂与三级结构的特点是氨基酸臂与 TC臂构成臂构成L的一横，的一横，-CCAOH3末端末端 就在这一横的端点上，是结合氨基酸的就在这一横的端点上
32、，是结合氨基酸的 部位，而二氢尿嘧啶臂与反密码臂及反部位，而二氢尿嘧啶臂与反密码臂及反 密码环共同构成密码环共同构成L的一竖，反密码环在的一竖，反密码环在 一竖的端点上，能与一竖的端点上，能与mRNA上对应的密上对应的密 码子识别，二氢尿嘧啶环与码子识别，二氢尿嘧啶环与TC环在环在L 的拐角上。形成三级结构的很多氢键与的拐角上。形成三级结构的很多氢键与 tRNA中不变的核苷酸密切有关，这就中不变的核苷酸密切有关，这就 使得各种使得各种tRNA三级结构都呈倒三级结构都呈倒L形的。形的。 在在tRNA中碱基堆积力是稳定中碱基堆积力是稳定tRNA构型构型 的主要因素。的主要因素。 * rRNA的结构
33、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 * 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 rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA 原核生物原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA （一）原核、真核（一）原核、真核rRNA分子质量不同分子质量不同 （二）核糖体的组成（二）核糖体的组成 原核生物（以大肠杆菌为原核生物（以大肠杆菌为 例）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 30S 40S rRNA 16S 1542个核苷酸个核苷酸 18S 1874个
34、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 50S 60S rRNA 23S 5S 2940个核苷酸个核苷酸 120个核苷酸个核苷酸 28S 5.85S 5S 4718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% rRNA与核糖体蛋白质共同构成与核糖体蛋白质共同构成核糖体核糖体，是蛋是蛋 白质生物合成的场所：为肽链合成所需要的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
35、的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位点和相互作用的空间环境。 （三）（三）rRNA参与组成的核糖体是蛋参与组成的核糖体是蛋 白质翻译的场所白质翻译的场所 四、非信使小四、非信使小RNA具有多样性具有多样性 其 他 小 分 子其 他 小 分 子 RNARNA 统 称 ： 非统 称 ： 非 mRNAmRNA 小小 RNARNA （snmRNAssnmRNAs） snmRNAssnmRNAs包括：核内小包括：核内小RNARNA（snRNAsnRNA）、 核 仁 小核 仁 小 RNARNA （ snoRNAsnoRNA ） 、 胞 质 小胞 质 小 RNARNA （scRNAsc
36、RNA）、催化性小催化性小RNARNA（核酶核酶）、小小 片段干扰片段干扰RNARNA（siRNAsiRNA） 1 、核内小、核内小RNA ：snRNA snRNA主要存于细胞核中，占细胞主要存于细胞核中，占细胞RNA总量总量 的的0.11%，与蛋白质以，与蛋白质以RNP（核糖核酸蛋白）（核糖核酸蛋白） 的形式存在。的形式存在。 由于其分子量较小，约含由于其分子量较小，约含70300个核苷酸，个核苷酸， 故称之为核内小故称之为核内小RNA( small nuclear RNA， snRNA)。 snRNA至少有至少有15种之多，其中有种之多，其中有7种均富含种均富含 尿苷酸尿苷酸(U)，含量可
37、高达，含量可高达35，故称其为，故称其为U族族 snRNA，即，即U-snRNA。 包括包括U1、U2、U3、U4、U5、U6及及U7- snRNA。 其他则称为非其他则称为非U族族snRNA 。 每分子每分子snRNA与与78种蛋白质分子结合，种蛋白质分子结合， 以小核糖核蛋白以小核糖核蛋白(snRNP)颗粒的形式存在和颗粒的形式存在和 执行功能。执行功能。 snRNAsnRNA的作用：的作用： 在在hnRNAhnRNA和和rRNArRNA的加工、细胞分裂和分化、构成的加工、细胞分裂和分化、构成 染色质等方面有重要作用。染色质等方面有重要作用。 现已知，现已知，U1U1、U2U2、U4U4、
38、U5U5、U6 snRNPU6 snRNP是是mRNAmRNA 前体加工时必不可少的因素，前体加工时必不可少的因素， U7U7- -snRNPsnRNP参与组蛋白的参与组蛋白的mRNA3mRNA3端的成熟过端的成熟过 程，程， 断裂基因的发现断裂基因的发现 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
39、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（Richard John Roberts）共同获得 了1993年诺贝尔生理学-医学奖。 Phillip Sharp Richard J. Roberts 1978年，在麻省理工学院任职的同时，夏普帮助成立年，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”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）。该公司现已搬至马萨诸 塞州（塞州（Massa
40、chusetts）的剑桥（）的剑桥（Cambridge）。）。 1994 2004 2014 真核真核mRNA的成熟的成熟 hnRNA 内含子内含子 ( (intron) ) mRNA 去除内含子去除内含子 外显子外显子 ( (exon) ) RNA的剪接，的剪接， 以以mRNA的剪接为例的剪接为例 、U3U3- -snRNPsnRNP参与参与rRNArRNA前体的加前体的加 工。工。 所以说，所以说，snRNAsnRNA既非任何其他既非任何其他RNARNA的前体，亦非的前体，亦非 其他其他RNARNA代谢的中间产物。而是具有独特功能代谢的中间产物。而是具有独特功能 并且独立存在的实体。并且独
41、立存在的实体。 2 小片段干扰小片段干扰RNA（siRNA） 小片段干扰小片段干扰RNA（siRNA） 是宿主对外源侵入的基因所表达的是宿主对外源侵入的基因所表达的RNA链进行切割，产链进行切割，产 生的具有特定长度和特定序列的小片段生的具有特定长度和特定序列的小片段RNA。 这些这些siRNA与外源侵入的基因所表达的与外源侵入的基因所表达的mRNA相结合，相结合， 通过同源通过同源RNARNA相互作用，并诱发这些靶相互作用，并诱发这些靶mRNA 的降解。的降解。 利用这一机制发展起来的利用这一机制发展起来的RNA干扰技术是研究基因功能干扰技术是研究基因功能 的有力工具。的有力工具。 2005
42、年诺贝尔生理学年诺贝尔生理学-医学奖医学奖 3 3、核酶、核酶 1981年，年， Thomas CechThomas Cech 发现发现RNA的催化活的催化活 性，提出核酶（性，提出核酶（ribozyme）。）。 具有自身催化作用的具有自身催化作用的RNARNA称为核酶，称为核酶，大部分大部分 核酶参加核酶参加RNA合成后的加工和成熟。合成后的加工和成熟。 核酶通常具有特殊的分子结构，如锤头结核酶通常具有特殊的分子结构，如锤头结 构。构。 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 Acid
43、s 一、核酸的理化性质一、核酸的理化性质 （一）核酸一般理化性质（一）核酸一般理化性质 1.1.为两性电解质，通常表现为酸性。为两性电解质，通常表现为酸性。 2.DNA2.DNA为白色纤维状固体，为白色纤维状固体，RNARNA为白色粉末，为白色粉末， 不溶于有机溶剂。不溶于有机溶剂。 3.DNA3.DNA溶液的粘度极高，而溶液的粘度极高，而RNARNA溶液要小得溶液要小得 多。多。 4.RNA4.RNA能在室温条件下被稀碱水解而能在室温条件下被稀碱水解而DNADNA对对 碱稳定。碱稳定。 5.5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴 定定DNADNA与与RNAR
44、NA。 NH N N H N O NH2 N H N N N OH NH2 G NH N H O O N N OH OH U NH N H O O CH3 N N OH OH CH3 T N N N H N NH2 N H N NH N NH A N N H NH2 O NH N H NH O C （二）核酸是两性分子（二）核酸是两性分子 碱基可发生互变异构碱基可发生互变异构 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 （三）核酸溶液具有高分子性质（三）核酸溶液具有高分子性质 黏滞度黏滞度 ： DNA RNA dsDNA ssDNA 沉降系数：沉降系数： 溶液中的核酸在离心力
45、场中可下沉。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，分子经反复盘曲形成超螺旋后， 其沉降系数增加，超螺旋松解后其沉其沉降系数增加，超螺旋松解后其沉 降系数减小。降系数减小。 （四）核酸具有紫外线吸收特性（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，嘌呤和嘧啶碱基具有共轭双键， 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 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DNA 40g/ml单链单链DNA（或（或RNA） 20g/ml寡核苷酸寡核苷酸 2. 判断
46、核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度 DNA纯品纯品: A260/A280 = 1.8 RNA纯品纯品: A260/A280 = 2.0 A260的应用的应用 二、核酸二、核酸变性、复性变性、复性 定义：核酸的变性（定义：核酸的变性（denaturation）指）指 DNA双螺旋之间的氢键断裂变成单双螺旋之间的氢键断裂变成单 链、或链、或RNA局部氢键断裂变成线性局部氢键断裂变成线性 单链结构，单链结构，从而导致核酸的理化性质从而导致核酸的理化性质 及生物学性质发生改变及生物学性质发生改变的过程的过程 方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿 素以及某些有机溶剂如乙
47、醇、丙酮等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（一）核酸变性是双链解离为单链的过程 DNADNA变性后的性质改变：变性后的性质改变： 增色效应：指增色效应：指DNADNA变性后对变性后对260260nmnm紫紫 外光的光吸收度增加的现象外光的光吸收度增加的现象。 解链过程解链过程，暴露的碱基不断增加暴露的碱基不断增加。 旋光性下降。旋光性下降。 粘度降低。粘度降低。 生物学功能丧失或改变。生物学功能丧失或改变。 DNA变性的本质是双链间氢键的变性的本质是双链间氢键的 断裂断裂 （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
48、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。 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加热DNA的过程中以温度对的过程中以温度对 A260值作图值作图，所得的曲线称为解链曲线所得的曲线称为解链曲线（融解融解曲线曲线）。 融解温度 Tm 76100 C9692888480 0.50 0.70 0.65 0.60 0.55 光密度（260nm） 50% 50% Tm： DNA变性是个突变过程变性是个突变过程，变性是在一个相当窄变性是在一个相当窄 的温度范围内完成的温度范围内完成，类似结晶的熔解类似结晶的熔解。将将260nm紫紫 外吸收
49、的增加量达到最大增量一半时所对应的温度外吸收的增加量达到最大增量一半时所对应的温度 称融解温度称融解温度(melting temperature, Tm)或叫解链温或叫解链温 度度。 影响因素：影响因素： 1DNA均一性决定融解温度范围大小；均一性决定融解温度范围大小； 2G-C碱基对含量决定融解温度高低；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介质中的离子强度影响变性。 Tm值是值是DNA变性的重要参数变性的重要参数 （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，两条解离的互当变性条件缓慢地除去
50、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。复局部双螺旋结构。这一现象称为复性。 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，经缓慢冷却后才可复性， 这一过程称为退火这一过程称为退火(annealing) 。 （四）利用变性、复性可进行分子杂交（四）利用变性、复性可进行分子杂交 将不同来源的将不同来源的DNA混合在一起混合在一起，经热变性后经热变性后， 让其慢慢冷却复性让其慢慢冷却复性。若这些异源若这些异源DNA之间在某些区之间在
