1、第第 二二 章章核酸的结构与功能核酸的结构与功能Structure and Function of Nucleic Acid赵蕊赵蕊 副教授副教授2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-211组组 成成基本组成单位基本组成单位 组成单位的种类组成单位的种类 连接方式连接方式 长链骨架长链骨架 链的侧面链的侧面 链的两端链的两端 蛋白质和核酸的比较蛋白质和核酸的比较2. 结结 构构 一级结构一级结构 空间结构空间结构 3功功 能能 4性性 质质 紫外吸收紫外吸收 变变 性性 复复 性性基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核核 酸酸(nucleic acid) 是以是
2、以核苷酸核苷酸为基本组成单位通过为基本组成单位通过磷酸二酯磷酸二酯键键构成的生物大分子，构成的生物大分子，携带和传递遗传信息携带和传递遗传信息。核核 酸：酸： 遗传遗传的物质基础的物质基础蛋白质：蛋白质： 生命生命的物质基础的物质基础基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21指挥制造蛋白质的核酸才是生命的真正幕后操纵者！指挥制造蛋白质的核酸才是生命的真正幕后操纵者！基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核酸的发现和研究工作进展核酸的发现和研究工作进展 1868Miescher提取提取“核核素素”Avery证证实实DNA是遗传是遗传物质物
3、质194419531958Watson和和Crick发现发现DNA的双的双螺旋结构螺旋结构提出了遗提出了遗传信息传传信息传递的递的中心中心法则法则基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核酸的发现和研究工作进展核酸的发现和研究工作进展 1975Temin和和Baltimore发发现现逆转逆转录酶录酶Mullis发发明明PCR 技术技术198519902003美国启动美国启动人类基因人类基因组计划组计划(HGP) 完成人类完成人类基因组计基因组计划划基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核酸的分类及分布核酸的分类及分布 (deoxyribonucleic acid)DNA(ribo
4、nucleic acid )RNA脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸90%以上分布于以上分布于细胞核细胞核，其余分布于，其余分布于核外核外如线粒体，叶绿体，质粒等如线粒体，叶绿体，质粒等 分布于胞核、分布于胞核、胞液胞液和和线粒体线粒体携带遗传信息携带遗传信息参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的复遗传信息的复制与表达。某些病毒制与表达。某些病毒RNA也可也可作为遗传信息的载体。作为遗传信息的载体。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21本本 章章 内内 容容1.核酸的化学组成与一级结构核酸的化学组成与一级结构2. DNA的空间结构与功能的空间结构与功能3. RNA的结构与功能的结
5、构与功能4.核酸的理化性质、变性和复性及其应用核酸的理化性质、变性和复性及其应用5.核酸酶核酸酶基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21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基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成 1. 元素组成元素组成 C、H、O、N、P（910%）u 一般不含元素一般不含元素Su P元素的含量较多并且恒定元素的含量较多并且恒定核酸定量测定的经典方法：核酸定量测定的经典方法：定磷法定
6、磷法基因工程研究所基因工程研究所核酸核酸 (DNA和和RNA)核苷酸核苷酸核苷和脱氧核苷核苷和脱氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基核酸分子组成核酸分子组成 水水解解2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所核苷酸核苷酸碱基碱基戊糖戊糖2. 分子组成分子组成磷酸磷酸核酸的基本组成单位是核酸的基本组成单位是核苷酸核苷酸2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21碱基碱基(base)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鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于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D
7、NA中中碱碱 基基基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21NNH132456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基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21碱基的互变异构体碱基的互变异构体 HNHNCNH2+O+HNNH2NNH2亚
8、氨式氨式+ H+NCOHNCO- -+ H+酮式烯醇式基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21酮式酮式 烯醇式烯醇式碱基互变异构体碱基互变异构体氨式氨式 亚氨式亚氨式基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21碱基互补配对碱基互补配对 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21稀有碱基稀有碱基基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21（构成（构成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose,R)（构成（构成DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose,dR)H核酸中的戊糖有核酸中
9、的戊糖有核糖核糖和和脱氧核糖脱氧核糖两种两种戊戊 糖糖(pentose)基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21DNA与与RNA的分子组成差异的分子组成差异磷酸磷酸磷酸磷酸DNARNA A T CGA U CG脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖 碱碱 基基 戊戊 糖糖 磷酸磷酸基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21二、核苷酸的结构二、核苷酸的结构碱基和戊糖通过碱基和戊糖通过N-糖苷糖苷键键连接形成核苷（脱氧核连接形成核苷（脱氧核苷）。苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O1 11. 核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脱氧核苷：脱氧核
10、苷：dAR, dGR, dTR, dCR基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21腺苷腺苷(AR) 脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR)N9N1C1C1通常是戊糖的通常是戊糖的C1与嘧啶碱的与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的或嘌呤碱的N9相连接相连接基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O2. 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）中戊糖的核苷（脱氧核苷）中戊糖的羟基羟基和磷和磷酸以酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。酸）。 由于被磷酸酯化的位置不
11、同而分别生由于被磷酸酯化的位置不同而分别生成（成（2-核苷酸核苷酸）3-核苷酸和核苷酸和5-核苷酸。核苷酸。最常见为最常见为5-核苷酸核苷酸（5 常被省略）。常被省略）。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21NNNNNHHNHNHOOOOHOHOHOHCH2H2OPOHOOOH2O碱基碱基磷酸磷酸戊糖戊糖磷酸酯键磷酸酯键糖苷键糖苷键基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21糖苷键糖苷键磷酸酯键磷酸酯键基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21NOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOO
12、HOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOH基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核苷酸的命名及缩写符号核苷酸的命名及缩写符号脱氧脱氧碱基碱基磷酸基数目磷酸基数目磷酸磷酸命命 名名dAM/D/TP核苷一磷酸核苷一磷酸一磷酸核苷一磷酸核苷(腺苷酸）腺苷酸）dGdTdCU脱氧脱氧核苷一磷酸核苷一磷酸脱氧脱氧一磷酸核苷一磷酸核苷(脱氧脱氧腺苷酸）腺苷酸）基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 RNA碱基核苷碱基核苷 核苷酸核苷酸腺嘌呤（腺嘌呤（A）腺苷（）腺苷（AR） 腺苷酸（腺苷酸（AMP）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）鸟苷（）鸟苷（GR） 鸟苷酸（鸟苷酸（GMP）
13、胞嘧啶（胞嘧啶（C）胞苷（）胞苷（CR） 胞苷酸（胞苷酸（CMP）尿嘧啶（尿嘧啶（U）尿苷（）尿苷（UR） 尿苷酸（尿苷酸（UMP）DNA碱基碱基 脱氧核苷脱氧核苷 脱氧核苷酸脱氧核苷酸腺嘌呤（腺嘌呤（A） 脱氧腺苷（脱氧腺苷（dAR） 脱氧腺苷酸（脱氧腺苷酸（dAMP）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G） 脱氧鸟苷（脱氧鸟苷（dGR） 脱氧鸟苷酸（脱氧鸟苷酸（dGMP）胞嘧啶（胞嘧啶（C） 脱氧胞苷（脱氧胞苷（dCR） 脱氧胞苷酸（脱氧胞苷酸（dCMP）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T） 胸苷胸苷 （dTR） 胸苷酸（胸苷酸（dTMP）参与构成参与构成DNA和和RNA的碱基、核苷及核苷酸的碱基、核苷及核苷酸基因工程研
14、究所基因工程研究所2022-1-21体内重要的游离核苷酸及其衍生物体内重要的游离核苷酸及其衍生物l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPOOOPOOPOO-ATPADPAMPOOPNNNNNH2OOHOHCH2O基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21l 环化核苷酸环化核苷酸: cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHcAMP基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21v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 AMPNADP+NAD+核苷酸之
15、间以核苷酸之间以3,5磷酸二酯键磷酸二酯键连连接形成多聚核苷酸接形成多聚核苷酸链，即核酸。链，即核酸。CGA5 端端3 端端多聚核苷酸链有方向性：多聚核苷酸链有方向性： 5 3 3. 核苷酸的连接核苷酸的连接2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 定义定义核酸中核苷酸的排列核酸中核苷酸的排列顺序。顺序。由于核苷酸间的差异由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也主要是碱基不同，所以也称为称为碱基序列碱基序列。三、核酸的一级结构三、核酸的一级结构基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21A G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法：书写方法：5 pA
16、pCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 戊糖戊糖3-OH5-磷酸磷酸PA核苷酸核苷酸基因工程研究所基因工程研究所2022-1-215 ACTGGAGCTACGGCA 3 5 ACUGUAGCUACCGGU 3 DNARNA基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21vbp: base pair 碱基对碱基对vkb(kbp): kilobase pair 千碱基对千碱基对vMb: 百万碱基对百万碱基对v对短的单链核酸对短的单链核酸 (50bp)常被称为常被称为寡核苷酸寡核苷酸(oligonucleotide)，用用nt(即即nucleotide)或或-mer表示，表示，
17、如如20nt 或或20mer表示由表示由20个核苷酸或脱氧核苷酸个核苷酸或脱氧核苷酸构成的寡核苷酸或脱氧寡核苷酸。构成的寡核苷酸或脱氧寡核苷酸。核酸分子（基因）大小的表示法核酸分子（基因）大小的表示法基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21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基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21一、一、 DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21（一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱
18、基组成分析 DNA的的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 已知核苷酸化学结构及键长已知核苷酸化学结构及键长键角数据等键角数据等基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21碱基组成分析碱基组成分析基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21Chargaff规则规则1. DNA的碱基组成具有种属特异性的碱基组成具有种属特异性2.各种生物各种生物DNA分子中，分子中，A = T，G = C， A+ G = T+ C 3. DNA碱基组成没有组织器官特异性碱基组成没有组织器官特异性4. 一种生物一种生物DNA碱基组成不随生物体的年龄、营养碱基组成不随生物体的年龄、营养状态或者环境变化而改变状态或者环
19、境变化而改变基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21DNA 分子分子X射线衍射照片射线衍射照片 Rosalind Franklin(19201958) 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21Molecular Structure of Nucleic Acids. Nature ,April 25, 1953Authors: Francis Crick, James Watson 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-211962年获得诺贝尔生理学或医学奖年获得诺贝尔生理学或医学奖 Francis Crick James Wats
20、on Maurice Wilkins基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 1.DNA是是反向平行、右手反向平行、右手螺旋的的双链螺旋的的双链结构。结构。（二）（二） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）3535双螺旋结构的表面形成了双螺旋结构的表面形成了一个一个大沟大沟和一个和一个小沟小沟。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-212. 双螺旋双螺旋外外侧侧:脱氧核糖脱氧核糖-磷酸骨架链磷酸骨架链; 双螺旋双螺旋内内侧侧: 碱基碱基与对側碱基形成与对側碱基形成氢键配对氢键配对 互补配对形式：互补配对形式：A=T; G C 碱基对垂
21、直螺旋轴碱基对垂直螺旋轴基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21亲水性的骨架位于亲水性的骨架位于双链的外侧。双链的外侧。 疏水性的碱基位于疏水性的碱基位于双链的内侧。双链的内侧。骨架与碱基骨架与碱基基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21碱基互补配对碱基互补配对 G C A=T基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21DNA是反向平行的互补双链结构是反向平行的互补双链结构基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21碱基对与螺旋轴垂直碱基对与螺旋轴垂直基因工程研究所基因工程研究所2022-1-213. DNA双链是右手双链是右手螺旋螺旋结构结构 螺距螺距3.54nm 一圈一圈1
22、0.5对碱基对碱基 螺旋直径为螺旋直径为2.37nm2.37nm3.54nm基因工程研究所基因工程研究所2022-1-214. DNA双螺旋结构稳定的维持双螺旋结构稳定的维持: 横向横向:碱基对之间的碱基对之间的氢键氢键 纵向纵向:碱基堆积力碱基堆积力(主要）主要）基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21v 提出了遗传信息传递的分子基础提出了遗传信息传递的分子基础-碱基配碱基配对规律对规律v 提示了提示了DNA的半保留复制的半保留复制DNA双螺旋结构模型的意义双螺旋结构模型的意义巨型雕塑巨型雕塑“生命螺旋生命螺旋” 中国科技馆新馆中国科技馆新馆的南大厅，是中国科技馆新馆的标志性展项之一。
23、20对手拉手的男人和女人对手拉手的男人和女人组成的巨大组成的巨大DNA双螺旋双螺旋结构，气势如虹，由展馆结构，气势如虹，由展馆地下一层直冲到顶层天窗，地下一层直冲到顶层天窗，全高全高47米，直径米，直径6.4米，米，重重36吨。吨。 2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21The giant sculpture is both a sparkling project of art and an accurate replica of a DNA segment. It can be found hanging in the
24、massive four-story spiral stairway of the Life Sciences building at the University of California in Davis.2022-1-21The jewelry model was developed in 1994 by biology teachers Joyce Roderick and Thomas Atkins. 2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21（三）（三）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性Z型型DNAB型型DNAA型型DNA基因工程研究所基因工程研究所
25、2022-1-21A A 型型B B 型型Z Z 型型外型外型粗短粗短中中细长细长螺旋方式螺旋方式右手右手右手右手左手左手直径直径26 A26 A20 A20 A18 A18 A每螺旋的碱基对数每螺旋的碱基对数111110.510.51212每碱基对的升距每碱基对的升距2.6 A2.6 A3.4 A3.4 A3.7 A3.7 A螺距螺距2.532.533.543.544.564.56糖苷键构型糖苷键构型反式反式反式反式嘧啶反式，嘌呤嘧啶反式，嘌呤顺式顺式大沟大沟窄深窄深宽深宽深平坦平坦小沟小沟宽浅宽浅窄深窄深较窄、很深较窄、很深轴心与碱基对的关系轴心与碱基对的关系不穿过碱基对不穿过碱基对穿过碱
26、基对穿过碱基对不穿过碱基对不穿过碱基对A、B和和Z型型DNA分子的比较分子的比较 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21旋向旋向螺距螺距(nm)碱基数碱基数（每圈）（每圈）螺旋直径螺旋直径（nm）骨架骨架走行走行存在条件存在条件A型型右手右手2.53112.55平滑平滑体外脱水体外脱水B型型右手右手3.5410.52.37平滑平滑DNA生理条件生理条件Z型型左手左手4.56121.84锯齿型锯齿型CG序列序列三种三种DNA构型的比较构型的比较基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21（四）（四）DNA的多链螺旋结构的多链螺旋结构基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21Hoog
27、steen氢键氢键基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21DNA的四链结构的四链结构基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21二、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双螺旋链再盘绕即双螺旋链再盘绕即形成形成超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil) 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21（一）（一）DNA的超螺旋结构的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（盘绕过分）（盘绕过分） 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil) 盘绕
28、方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反（盘绕不足）（盘绕不足） 解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成多见多见基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21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。 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21（二）原核生物（二）原核生物DNA的环状超螺旋结构的环状超螺旋结构基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21（三）真核生物（三）真核生物DNA的高度有序、致密的结构的高度有序、致密的结构 真核生物真核
29、生物DNA以非常有序的形式存在于以非常有序的形式存在于细胞核细胞核内。内。 在细胞周期的大部分时间里，在细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的以松散的染色质染色质形形式存在，在细胞分裂期，则形成高度致密的式存在，在细胞分裂期，则形成高度致密的染色体染色体。 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 DNA染色质呈现出的染色质呈现出的串珠样结构。串珠样结构。 染色质的基本单位是染色质的基本单位是核小体核小体(nucleosome)。DNA染色质的电镜图像染色质的电镜图像基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21DNA：约约200bp 组蛋白组蛋白：H1H2A，H2BH3H4n核小体的组
30、成核小体的组成基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核小体结构核小体结构核心：核心： (H2A、H2B、H3、H4)各各2分子分子 构成八聚体构成八聚体DNA绕八聚体绕八聚体1.75周（周（146bp)核心核心颗粒颗粒DNA双链片断（约双链片断（约60bp)H1连接部连接部基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21串珠状核小体结构串珠状核小体结构基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核小体核小体螺线管螺线管真核生物染色体真核生物染色体DNADNA组装组装串珠状核小体串珠状核小体DNA
31、DNA双螺旋双螺旋染色质纤维染色质纤维伸展形染色质片段伸展形染色质片段密集形染色质片段密集形染色质片段整个染色体整个染色体2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21第一次折叠第一次折叠第二次折叠第二次折叠第三次折叠第三次折叠第四次折叠第四次折叠基因工程研究所基因工程研究所2022-1-211944年，年，Avery的体外肺炎球菌转化实验的体外肺炎球菌转化实验三、三、DNA的功能的功能基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21DNA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。传信息，并作为基因复制和转录的模板。它它是生
32、命遗传的物质基础，是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动也是个体生命活动的信息基础。的信息基础。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21v合成有功能的合成有功能的蛋白质多肽链蛋白质多肽链或或RNA所必需的全部所必需的全部核苷酸序列。核苷酸序列。v具有编码一定生物功能分子的核苷酸序列。具有编码一定生物功能分子的核苷酸序列。v一般是一般是DNA序列序列（或（或RNA病毒中的病毒中的RNA）。）。基因基因 (gene)基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21v是指一种生物体中的整套遗传信息，一般为一个是指一种生物体中的整套遗传信息，一般为一个受精卵或一个体细胞的细胞核中所有受精卵或一个体
33、细胞的细胞核中所有DNA分子的分子的总和。总和。v基因组的大小用全部基因组的大小用全部DNA的碱基对总数表示。的碱基对总数表示。基因组基因组(Genome)基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因基因(gene) ：合成有功能的合成有功能的蛋白质蛋白质或或RNA所必需的全部核苷酸序列。所必需的全部核苷酸序列。基因组基因组(Genome) ：是指一种生物体中的整是指一种生物体中的整套遗传信息，一般为一个受精卵或一个体细胞套遗传信息，一般为一个受精卵或一个体细胞中所有中所有DNA分子的总和。分子的总和。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-211. 常见核苷酸的结构、符号常见核苷酸的
34、结构、符号, 戊糖与碱基、磷酸的连接方式。戊糖与碱基、磷酸的连接方式。2. 核酸分子中核苷酸的连接方式，核酸一级结构及其表示法。核酸分子中核苷酸的连接方式，核酸一级结构及其表示法。3. DNA和和RNA的分子组成异同。的分子组成异同。4. DNA二级结构的特点。二级结构的特点。5. 真核生物染色体的基本单位真核生物染色体的基本单位-核小体结构的核小体结构的特点。特点。6. 正超螺旋和负超螺旋的本质正超螺旋和负超螺旋的本质7. DNA的生物学功能。的生物学功能。小小 结结基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21Structure and Function of RNA第三节第三节RNA的结
35、构与功能的结构与功能基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 单链单链,局部形成双螺旋局部形成双螺旋 分子小分子小种类多样，功能多样种类多样，功能多样RNA基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21RNA与与DNA的比较的比较RNADNA碱基碱基A、G、C、UA、G、C、T戊糖戊糖-D-核糖核糖-D-2脱氧核糖脱氧核糖碱基含量碱基含量A与与U的含量不一定相同；的含量不一定相同；G与与C的的含量也不一定相同含量也不一定相同 A = TG = C 碱基互补配对碱基互补配对U与与A，G与与CA与与T，G与与C分子大小分子大小不等，从几十至数千个核苷酸不等，从几十至数千个核苷酸 因物种不同而
36、异，但较因物种不同而异，但较RNA大得多大得多 结构结构单链，局部互补配对形成双螺旋单链，局部互补配对形成双螺旋 双链，形成双螺旋结构双链，形成双螺旋结构 功能功能 多样，涉及遗传信息表达的各个方多样，涉及遗传信息表达的各个方面面 携带遗传信息携带遗传信息 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21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 tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组
37、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 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
38、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RNARNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21一一 、信使、信使RNA的结构与功能的结构与功能 （messenger RNA, mRNA）u 种类最多种类最多: 105u 丰度最小丰度最小: 25%u 寿命最短寿命最短基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21原核、真核细胞基因原核、真核细胞基因表达的表达的时空特异性时空特异性HnRNA核不
39、均一核不均一RNA基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21DNAmRNA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 原核、真核细胞基因表达的原核、真核细胞基因表达的时空特异性时空特异性基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA * 真核真核mRNA成熟过程成熟过程 外显子外显子(exon)剪接剪接核不均一核不均一RNA基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21* (真核生物）真核生物）mRNA结
40、构特点结构特点1. 大多数真核大多数真核mRNA的的5 末端末端均在转录后加上均在转录后加上一个帽子结构：一个帽子结构：m7GpppNm。2. 大多数真核大多数真核mRNA的的3 末端末端有一个多聚腺苷有一个多聚腺苷酸酸(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21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。蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板*
41、 mRNA的功能的功能基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码: 成熟成熟mRNA分子上每分子上每3个核苷酸为一组，决定肽个核苷酸为一组，决定肽链上的一个氨基酸（或多肽链合成的起始或终止链上的一个氨基酸（或多肽链合成的起始或终止信号），称为信号），称为三联体密码或密码子。三联体密码或密码子。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能 (transfer RNA, tRNA) 由由7495核苷酸组成；核苷酸组成； 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。基因工程研究所基因
42、工程研究所2022-1-21* tRNA的一级结构特点的一级结构特点 3 末端为末端为 CCA-OH 5 末端大多数为末端大多数为G含含 10 20% 稀有碱基或稀有核苷稀有碱基或稀有核苷，如，如 DHU、 T、 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21N-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷 稀有碱基稀有碱基 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21tRNA的二级结构的二级结构 氨基酸臂氨基酸臂 DHU环环 反密码环反密码环 TC环环 额外环额外环三叶草形三叶草形基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-2
43、1A U C53mRNA反密码环与反密码子反密码环与反密码子tRNA上的反密码子依上的反密码子依照照碱基互补的原则碱基互补的原则识别识别mRNA上的密码子。上的密码子。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21与密码子与密码子5-AUU-3相识别的反密码子为相识别的反密码子为:A. 5-UAU-3 B. 5-UAA-3C. 3-AAU-5 D. 5-AAU-3 E. 3-TAA-5 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21tRNA的功能的功能转运氨基酸转运氨基酸 搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译
44、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21* rRNA(ribsomal RNA, rRNA)三、核糖体三、核糖体RNA的结构与功能的结构与功能* rRNA的功能的功能参与组成核参与组成核糖糖体，体，作为作为蛋白质生物合成蛋白质生物合成的场所。的场所。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21rRNA的花状三级结构的花状三级结构基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核核蛋蛋白白体体的的组组成成基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21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
45、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28S5.8S5S4718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34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%基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21核糖体核糖体亚单位亚单位rRNA蛋白质蛋白质原核生物原核生物
46、(70S)小亚基小亚基(30S)大亚基大亚基(50S)16S rRNA5S rRNA23S rRNA21种种31种种真核生物真核生物(80S)小亚基小亚基(40S)大亚基大亚基(60S)18S rRNA5.8S rRNA5S rRNA28S rRNA33种种49种种核糖体的组成核糖体的组成基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21* 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 rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 2009 2009
47、年度，因在年度，因在核糖体的结构和功能核糖体的结构和功能研究中做研究中做出突出贡献而获得诺贝尔化学奖出突出贡献而获得诺贝尔化学奖基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21四四 、其他小分子、其他小分子RNA及及RNA组学组学RNA组学组学是研究细胞中全部是研究细胞中全部RNA基因和基因和RNA的分子结构和功能。的分子结构和功能。核内小核内小RNA(SnRNA)核仁小核仁小RNA (SnoRNA)胞质小胞质小RNA (ScRNA)催化性小催化性小RNA小片段干扰小片段干扰RNA (SiRNA)snmRNAs非非mRNA小小RNA基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21RNA组学研究细胞
48、中全部组学研究细胞中全部RNA分子的结分子的结构、功能，并从整体水平阐明构、功能，并从整体水平阐明RNA的生物学的生物学意义。意义。RNA组学组学基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 核核 酶酶(ribozyme)u 某些小某些小RNA分子具有催化特定分子具有催化特定RNA降解的活降解的活性，这种性，这种具有催化作用的小具有催化作用的小RNA亦被称为核亦被称为核酶或催化性酶或催化性RNA(catalytic RNA)。 基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21siRNAsiRNA associatedWith RISC complex5POH3Target mRNASiRNA介
49、导的介导的RNA干扰干扰基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21第第 四四 节节核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid基因工程研究所基因工程研究所2022-1-211.酸水解与碱水解：酸水解与碱水解： DNA对碱较稳定，对碱较稳定，RNA易易被碱水解被碱水解2.核酸的两性解离及等电点核酸的两性解离及等电点 DNA的的pI约为约为4-5，RNA的的pI约为约为2.0-2.5，在在pH7-8电泳时泳向正极。电泳时泳向正极。3.紫外吸收（紫外吸收（260nm）一一.核酸的一般理化性质核酸的
50、一般理化性质基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21 嘌呤和嘧啶环中含有嘌呤和嘧啶环中含有共轭双键共轭双键，对，对260nm左左右波长的紫外光有较强的吸收。右波长的紫外光有较强的吸收。基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21各种碱基的紫外吸收光谱各种碱基的紫外吸收光谱基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21OD: optical density，光密度光密度（习惯用名）（习惯用名）A: absorbance， 吸光度吸光度（国际命名）（国际命名）基因工程研究所基因工程研究所2022-1-21A260的应用的应用1. DNA或或RNA的定量的定量A260=1.0相当于相当于50
