生物化學(xué)：核酸的結(jié)構(gòu)與功能

1、目錄目錄第二章第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能核酸的結(jié)構(gòu)和功能Structure and Function of Nucleic Acid核核 酸酸(nucleic acid) 是以核苷酸為基本組成單位的生物大是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。分子，攜帶和傳遞遺傳信息。n核酸的分類核酸的分類 存在存在于細(xì)胞核和于細(xì)胞核和線粒體線粒體 分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體線粒體(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息攜帶遺傳信息是是DNADNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物

2、，參與遺傳信轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。某些病毒息的復(fù)制與表達(dá)。某些病毒RNARNA也可作為遺傳信息的載體也可作為遺傳信息的載體第一節(jié)第一節(jié)核酸的化學(xué)組成以及一級結(jié)構(gòu)核酸的化學(xué)組成以及一級結(jié)構(gòu)The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acidn分子組成分子組成堿基堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖：核糖，脫氧核糖磷酸磷酸(phosphate)一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位目錄目錄堿基堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。是含氮

3、的雜環(huán)化合物。堿基堿基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鳥嘌呤鳥嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶n堿基堿基嘌呤嘌呤(purine，Pu) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥嘌呤鳥嘌呤(guanine, G)NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)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目錄目錄n堿基的互變異構(gòu)體堿基的互變異構(gòu)體 HNHNCNH2+O+HNNH2NNH2亞氨式氨式+ H+NCO

4、HNCO- -+ H+酮式烯醇式n戊糖戊糖（構(gòu)成（構(gòu)成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH-D-核糖核糖(ribose)（構(gòu)成（構(gòu)成DNA）OHOCH2OHOH-D-2脫氧核糖脫氧核糖(deoxyribose)目錄目錄n嘌呤嘌呤核苷核苷嘌呤嘌呤N-9與脫氧核糖（核糖）與脫氧核糖（核糖）C-1 通過通過-N-糖糖苷鍵苷鍵相連形成相連形成脫氧核苷。天然狀態(tài)下一般形成反式脫氧核苷。天然狀態(tài)下一般形成反式脫氧核苷。脫氧核苷。目錄目錄嘧啶嘧啶N-1 -1與核糖與核糖C-1C-1 通過通過 - -N- -糖苷鍵糖苷鍵相連形成相連形成核苷核苷。n嘧啶嘧啶核苷核苷H1NNNH21OOHOHHH

5、CH2OHH2目錄目錄核苷或脫氧核苷與磷酸通過核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵酯鍵結(jié)合構(gòu)成結(jié)合構(gòu)成核苷酸核苷酸或或脫氧核苷酸脫氧核苷酸。n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO糖苷鍵糖苷鍵酯鍵酯鍵目錄目錄n多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸環(huán)化核苷酸：環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信，是細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPn核苷酸衍生物核苷酸衍生物目錄目錄生物氧化體系的重要成分，在傳遞質(zhì)子或電子的生物氧化體系的重要成分，在傳遞質(zhì)子或電子的過程中具有重要的作用。過程中具有重

6、要的作用。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+），），目錄目錄n 構(gòu)成構(gòu)成RNA的核苷酸的核苷酸堿基堿基 核苷酸核苷酸A 腺苷一磷酸腺苷一磷酸adenosine monophosphate, AMPG 鳥苷一磷酸鳥苷一磷酸guanosine monophosphate, GMPC 胞苷一磷酸胞苷一磷酸cytidine monophosphate, CMPU 尿苷一磷酸尿苷一磷酸uridine monophosphate, UMP目錄目錄n 構(gòu)成構(gòu)成DNA的核苷酸的核苷酸堿基堿基 脫氧核苷酸脫氧核苷酸A脫氧腺苷

7、一磷酸脫氧腺苷一磷酸deoxyadenosine monophosphate, dAMPG脫氧鳥苷一磷酸脫氧鳥苷一磷酸deoxyguanosine monophosphate, dGMPC脫氧胞苷一磷酸脫氧胞苷一磷酸deoxycytidine monophosphate, dCMPT脫氧胸苷一磷酸脫氧胸苷一磷酸deoxythymidine monophosphate, dTMP目錄目錄5-末端末端3-末端末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵二、二、DNA是脫氧核苷酸通過是脫氧核苷酸通過3 ,5 -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形成的大分子連接形成的大分子目錄目錄三、三、RNA也是具有也

8、是具有3 , 5 -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵的線性大分子的線性大分子RNA也是多個核苷酸分子通過也是多個核苷酸分子通過3 ,5 -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接連接形成的線性大分子，也具有形成的線性大分子，也具有5 3 方向性方向性。 n定義定義核酸中核苷酸的排核酸中核苷酸的排列順序。列順序。由于核苷酸間的差由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所異主要是堿基不同，所以也稱為以也稱為堿基序列堿基序列。5 5 端端3 3 端端CGA四、核酸的一級結(jié)構(gòu)是四、核酸的一級結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序核苷酸的排列順序 單鏈單鏈DNA和和RNA分子的大小常用核苷酸數(shù)目分子的大小常用核苷酸數(shù)目（nucleotide，nt）表示

9、；雙鏈核酸分子的大表示；雙鏈核酸分子的大小常用堿基小常用堿基(base或或kilobase)數(shù)目來表示。數(shù)目來表示。目錄目錄A G P5 P T PG PC PT P OH 3 n核酸的一級結(jié)構(gòu)核酸的一級結(jié)構(gòu)5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 A C T G C T第二節(jié)第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能的空間結(jié)構(gòu)與功能Dimensional Structure and Function of DNA一、一、DNA的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)目錄目錄l不同生物種屬的不同生物種屬的DNA的堿基組成不同的堿基組成不同l同一個體的不同器官或組織的同一個體

10、的不同器官或組織的DNA堿基組堿基組成相同成相同l 對于一特定組織的對于一特定組織的DNA，其堿基組分不隨，其堿基組分不隨年齡、營養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境而變化年齡、營養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境而變化lA = T，G = C Chargaff 規(guī)則規(guī)則（一）（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實驗基礎(chǔ)雙螺旋結(jié)構(gòu)的實驗基礎(chǔ) 獲得了高質(zhì)量的獲得了高質(zhì)量的DNA分子的分子的X射線衍射照片。射線衍射照片。目錄目錄兩條多聚核苷酸鏈在空間兩條多聚核苷酸鏈在空間的走向呈的走向呈反向平行反向平行。兩條鏈圍繞著同一個螺旋兩條鏈圍繞著同一個螺旋軸形成軸形成右手螺旋右手螺旋的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 的 直 徑 為雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 的 直 徑

11、 為2.37nm，螺距為，螺距為3.54nm。（二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點1.1.DNA由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成 脫氧核糖和磷酸基團組成脫氧核糖和磷酸基團組成的親水性骨架位于雙螺旋的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的外側(cè)外側(cè)，疏水的堿基，疏水的堿基位于位于內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)。2. 核糖與磷酸位于外側(cè)核糖與磷酸位于外側(cè) 雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個大溝大溝(major groove)和一個和一個小溝小溝(minor groove)。 3. DNA雙鏈之間形成了互補堿基對雙鏈之間形成了互補堿基對 堿基配對關(guān)系稱為互補堿基對。堿基配

12、對關(guān)系稱為互補堿基對。DNA的兩條鏈則的兩條鏈則互為互補鏈。堿基互補配對互為互補鏈。堿基互補配對: 鳥嘌呤鳥嘌呤/胞嘧啶，胞嘧啶， 腺嘌呤腺嘌呤/胸腺嘧啶胸腺嘧啶目錄目錄n堿基互補配對堿基互補配對: : 鳥嘌呤鳥嘌呤/ /胞嘧啶胞嘧啶目錄目錄n堿基互補配對堿基互補配對: 腺嘌呤腺嘌呤/胸腺嘧啶胸腺嘧啶 相鄰兩個堿基對會有重疊，產(chǎn)生了疏水性的相鄰兩個堿基對會有重疊，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力堿基堆積力(base stacking interaction)。 堿基堆積力和互補堿基對的氫鍵共同維系著堿基堆積力和互補堿基對的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。4. 堿基對的疏水作用力和氫鍵共同維

13、持著堿基對的疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 堿基對平面與螺旋軸垂直。堿基對平面與螺旋軸垂直。目錄目錄n堿基堆積作用力堿基堆積作用力目錄目錄（三）（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性目錄目錄（四）（四）DNA的多鏈結(jié)構(gòu)的多鏈結(jié)構(gòu) 在酸性的溶液中，胞嘧啶的在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被質(zhì)子化，原子被質(zhì)子化，可與鳥嘌呤的可與鳥嘌呤的N-7原子形成氫鍵；同時，胞嘧原子形成氫鍵；同時，胞嘧啶的啶的N-4的氫原子也可與鳥嘌呤的的氫原子也可與鳥嘌呤的O形成氫鍵，形成氫鍵，這種氫鍵被稱為這種氫鍵被稱為Hoogsteen氫鍵。氫鍵。 nHoogsteen氫鍵氫

14、鍵 Hoogsteen氫鍵，不破壞氫鍵，不破壞Watson-Crick氫鍵，氫鍵，由此形成了由此形成了CGC的三鏈結(jié)構(gòu)的三鏈結(jié)構(gòu)(triplex)。目錄目錄n三鏈結(jié)構(gòu)三鏈結(jié)構(gòu)n四鏈結(jié)構(gòu)四鏈結(jié)構(gòu)目錄目錄真核生物真核生物DNA3 3 - -末端末端是是富含富含GT的多次重復(fù)序的多次重復(fù)序列，因而自身形成了折疊列，因而自身形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。的四鏈結(jié)構(gòu)。二、二、DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 正超螺旋正超螺旋(positive superco

15、il)盤繞方向與盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。雙螺旋方同相同。 負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋(negative supercoil)盤繞方向與盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。雙螺旋方向相反。 （一）原核生物（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物原核生物DNA多為環(huán)狀多為環(huán)狀的雙螺旋分子的雙螺旋分子 ，以，以負(fù)超螺旋的形式存在，平均每負(fù)超螺旋的形式存在，平均每200200堿基就有一個堿基就有一個超螺旋形成。超螺旋形成。（二）真核生物（二）真核生物DNA以核小體為單位形成高以核小體為單位形成高度有序致密結(jié)構(gòu)度有序致密結(jié)構(gòu) 真核生物真核生物DNA以非常有序的形式存在于細(xì)胞以非常有序的形式

16、存在于細(xì)胞核內(nèi)。核內(nèi)。 在細(xì)胞周期的大部分時間里，在細(xì)胞周期的大部分時間里，DNA以松散的以松散的染色質(zhì)染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細(xì)胞分裂期，形式存在，在細(xì)胞分裂期，則形成高度致密的染色體則形成高度致密的染色體(chromosome)。目錄目錄n雙鏈雙鏈DNA的折疊和組裝的折疊和組裝目錄目錄DNA經(jīng)過多次折疊，被壓縮了經(jīng)過多次折疊，被壓縮了800080001000010000倍，組裝在直徑只有數(shù)微米的細(xì)胞核內(nèi)。倍，組裝在直徑只有數(shù)微米的細(xì)胞核內(nèi)。 DNADNA是是生物遺傳信息的載體生物遺傳信息的載體，并為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄提供了模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個

17、體提供了模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)。生命活動的信息基礎(chǔ)。 基因基因是攜帶遺傳信息的是攜帶遺傳信息的DNADNA片段片段，它們的序列信息，它們的序列信息意義及其在意義及其在DNADNA整個分子上的排布特點將在第十三整個分子上的排布特點將在第十三章詳述。章詳述。 DNADNA具有具有高度穩(wěn)定性高度穩(wěn)定性的特點，用來保持生物體系遺的特點，用來保持生物體系遺傳的相對穩(wěn)定性。同時，傳的相對穩(wěn)定性。同時，DNADNA又表現(xiàn)出又表現(xiàn)出高度復(fù)雜性高度復(fù)雜性的特點，它可以發(fā)生各種重組和突變，適應(yīng)環(huán)境的的特點，它可以發(fā)生各種重組和突變，適應(yīng)環(huán)境的變遷，為自然選擇提供機會。變遷，為自然

18、選擇提供機會。 三、三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)第三節(jié)第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能Structure and Function of RNA目錄目錄 RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過程的調(diào)控。程的調(diào)控。 RNA通常以單鏈的形式存在，但有復(fù)雜的局通常以單鏈的形式存在，但有復(fù)雜的局部二級結(jié)構(gòu)或三級結(jié)構(gòu)。部二級結(jié)構(gòu)或三級結(jié)構(gòu)。 RNA比比DNA小的多。小的多。 RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多表現(xiàn)出多樣性。樣性。目錄目錄 信使信使RNA(messenger RNA, mRNA)是細(xì)胞內(nèi)合是細(xì)胞內(nèi)

19、合成蛋白質(zhì)的模板。成蛋白質(zhì)的模板。 生物體內(nèi)生物體內(nèi)mRNA的的豐度最小豐度最小、種類最多種類最多、大小大小也各不相同也各不相同、壽命最短壽命最短。 mRNA的初級產(chǎn)物為的初級產(chǎn)物為不均一核不均一核RNA(hnRNA)，含有內(nèi)含子含有內(nèi)含子(intron)和外顯子和外顯子(exon)。 hnRNA經(jīng)過剪切后成為經(jīng)過剪切后成為成熟的成熟的mRNA。一、一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板是蛋白質(zhì)合成中的模板hnRNA 內(nèi)含子內(nèi)含子( (intron) )mRNA nmRNA成熟過程成熟過程 外顯子外顯子( (exon) )目錄目錄 成熟的成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。由氨基酸編碼區(qū)和非

20、編碼區(qū)構(gòu)成。 5 -末端的帽子末端的帽子(cap)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)和3 -末端的多聚末端的多聚A尾尾(poly-A tail)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 53m7GpppAAAAn3非翻譯區(qū)5非翻譯區(qū)編碼區(qū)AUGUAAn成熟的真核生物成熟的真核生物mRNA目錄目錄ONNNNNH2OOCH3OHHHCH2HOPO-OOHNNNOH2NNOOHHHHCH2HOHOPOO-CH3PO-O5235n帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu): :m7GpppNm1. 真核生物真核生物mRNA的的5 -端有特殊帽結(jié)構(gòu)端有特殊帽結(jié)構(gòu) mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與的帽結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白帽結(jié)合蛋白(cap binding protein，CBP)結(jié)合。結(jié)合。

21、目錄目錄真核生物的真核生物的mRNA 的的3 -末端轉(zhuǎn)錄后加上末端轉(zhuǎn)錄后加上一段長短不一的聚腺苷酸。一段長短不一的聚腺苷酸。2. 真核生物真核生物mRNA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尾在細(xì)胞內(nèi)與尾在細(xì)胞內(nèi)與poly(A)結(jié)結(jié)合蛋白合蛋白（poly(A)-binding protein，PABP）結(jié)合存在。結(jié)合存在。 mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控翻譯起始的調(diào)控 n帽子結(jié)構(gòu)和多聚帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能尾的功能目錄目錄3. mRNA堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列 從從mRN

22、A分子分子5 5 末端起的第一個末端起的第一個AUG開始，開始，每每3 3個核苷酸為一組稱為個核苷酸為一組稱為密碼子密碼子(codon) 。 位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為序列稱為開放閱讀框開放閱讀框(open reading frame, ORF)，決定了多肽鏈的氨基酸序列，決定了多肽鏈的氨基酸序列 。 在在mRNA的開放讀框的兩側(cè)，為非翻譯序列的開放讀框的兩側(cè)，為非翻譯序列（untranslated region，UTR），即），即5 -UTR和和3 -UTR。目錄目錄 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA(transfer RNA, tRNA)在蛋白質(zhì)合成

23、在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體過程中作為各種氨基酸的載體, 將氨基酸轉(zhuǎn)呈將氨基酸轉(zhuǎn)呈給給mRNA。 由由7495核苷酸組成；核苷酸組成； 占細(xì)胞總占細(xì)胞總RNA的的15%； 具有很好的穩(wěn)定性。具有很好的穩(wěn)定性。二、二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體目錄目錄1. tRNA中含有多種稀有堿基中含有多種稀有堿基稀有堿基稀有堿基（rare base）是指除是指除A、G、C、U外的一些堿基。外的一些堿基。目錄目錄tRNA具有局部的莖具有局部的莖環(huán)環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)或發(fā)卡發(fā)卡(hairpin)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。2. tRNA含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)tRNA的

24、二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)三葉草形三葉草形氨基酸臂，氨基酸臂，DHU環(huán)，環(huán)，反密碼環(huán)，反密碼環(huán)，TC環(huán)，環(huán)，附加叉附加叉目錄目錄ntRNA的倒的倒L三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)目錄目錄 tRNA的的3 -末末端為端為CCA結(jié)尾。結(jié)尾。 3 -末末端的端的A與氨基酸以與氨基酸以酯鍵相連酯鍵相連生成氨基酰生成氨基酰- -tRNA 。 不同的不同的tRNA結(jié)合不同的結(jié)合不同的氨基酸。氨基酸。 3. tRNA的的3 -末末端連接氨基酸端連接氨基酸目錄目錄 tRNA的反密碼子環(huán)的反密碼子環(huán)上 有上 有 反 密 碼 子反 密 碼 子(anticodon)。 tRNA上的反密碼子上的反密碼子通過堿基互補識別通過堿基互補識別mR

25、NA上的密碼子。上的密碼子。4. tRNA的反密碼子識別的反密碼子識別mRNA的密碼子的密碼子目錄目錄核糖體核糖體RNA(ribosomal RNA，rRNA)是細(xì)胞是細(xì)胞內(nèi)含量最多的內(nèi)含量最多的RNA(80)。r R N A 與 核 糖 體 蛋 白 結(jié) 合 組 成與 核 糖 體 蛋 白 結(jié) 合 組 成 核 糖 體核 糖 體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場所。，為蛋白質(zhì)的合成提供場所。三、以三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所質(zhì)合成的場所目錄目錄n核糖體的組成核糖體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）真核生物

26、（以小鼠肝為例）小亞基小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸個核苷酸18S1874個核苷酸個核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)21種種占總重量的占總重量的40%33種種占總重量的占總重量的50%大亞基大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸個核苷酸160個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)31種種占總重量的占總重量的30%49種種占總重量的占總重量的35%目錄目錄70S ribosome50S large subunit23S rRNA5S rRNA31 proteins16S rRNA21 proteins

27、30S small subunitn大腸桿菌的核蛋白體大腸桿菌的核蛋白體目錄目錄n1818S rRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)目錄目錄動物細(xì)胞內(nèi)主要的動物細(xì)胞內(nèi)主要的RNA種類及功能種類及功能RNA種類種類縮寫縮寫細(xì)胞內(nèi)位置細(xì)胞內(nèi)位置功能功能微微RNAmicroRNA細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)翻譯調(diào)控翻譯調(diào)控胞質(zhì)小胞質(zhì)小RNAscRNA/7SL-RNA細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)信號肽識別體的組成成分信號肽識別體的組成成分不均一核不均一核RNAhnRNA細(xì)胞核細(xì)胞核成熟成熟mRNA的前體的前體核小核小RNAsnRNA細(xì)胞核細(xì)胞核參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運的剪接、轉(zhuǎn)運核仁小核仁小RNAsnoRNA核仁核仁rRNA的加工和修飾

28、的加工和修飾線粒體核糖體線粒體核糖體RNA mt rRNA線粒體線粒體核糖體組成成分核糖體組成成分線粒體信使線粒體信使RNAmt mRNA線粒體線粒體蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板線粒體轉(zhuǎn)運線粒體轉(zhuǎn)運RNAmt tRNA線粒體線粒體轉(zhuǎn)運氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸目錄目錄四、四、其他非編碼其他非編碼RNA參與基因表達(dá)的調(diào)控參與基因表達(dá)的調(diào)控長鏈非編碼長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA, lncRNA）n非編碼非編碼RNA（ Non-coding RNA, ncRNA）不編碼蛋白質(zhì)但具有重要生物學(xué)功能的不編碼蛋白質(zhì)但具有重要生物學(xué)功能的RNA分子。分子。 短鏈（?。┓蔷幋a短鏈（?。┓蔷幋a

29、RNA（small non-coding RNA, sncRNA）目錄目錄n ncRNA 功能功能 參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA的剪切和修飾、的剪切和修飾、mRNA的穩(wěn)定和翻譯調(diào)控、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)運、染色的穩(wěn)定和翻譯調(diào)控、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)運、染色體的形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等細(xì)胞重要功能體的形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等細(xì)胞重要功能 n lncRNA 功能功能 lncRNA在結(jié)構(gòu)上類似于在結(jié)構(gòu)上類似于mRNA，但序列中不存在，但序列中不存在開放讀框。許多已知的開放讀框。許多已知的lncRNAs由由RNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄并轉(zhuǎn)錄并經(jīng)可變剪切形成，通常被多聚腺苷酸化。經(jīng)可變剪切形成，通常被多聚腺苷酸化。lncRNA

30、具有具有復(fù)雜的生物學(xué)功能，并與一些疾病的發(fā)病機制密切相關(guān)。復(fù)雜的生物學(xué)功能，并與一些疾病的發(fā)病機制密切相關(guān)。有的有的lncRNA能使基因沉默，有的則激活基因的表達(dá)。能使基因沉默，有的則激活基因的表達(dá)。 l核內(nèi)小核內(nèi)小RNAl核仁小核仁小RNAl胞質(zhì)小胞質(zhì)小RNAl催化性小催化性小RNAl小干涉小干涉 RNA l微微 RNAn短鏈非編碼短鏈非編碼RNA亦稱為非編碼小亦稱為非編碼小RNA（small non-messenger RNA） 目錄目錄 核內(nèi)小核內(nèi)小RNA（small nuclear RNA, snRNA）位于細(xì)胞核）位于細(xì)胞核內(nèi)。內(nèi)。snRNA有有5種，分別稱為種，分別稱為U1、U2、

31、U4、U5、U6，它們與多種蛋白形成復(fù)合體，參與真核細(xì)胞它們與多種蛋白形成復(fù)合體，參與真核細(xì)胞hnRNA的內(nèi)的內(nèi)含子加工剪接（第十六章）。含子加工剪接（第十六章）。 核仁小核仁小RNA（small nucleolar RNA, snoRNA）：定位于）：定位于核仁，主要參與核仁，主要參與rRNA的加工和修飾，如的加工和修飾，如rRNA中核糖中核糖C-2 的甲基化修飾。的甲基化修飾。 胞質(zhì)小胞質(zhì)小RNA（small cytoplasmic RNA, scRNA）：存在）：存在于細(xì)胞質(zhì)中，參與形成信號識別顆粒，引導(dǎo)含有信號肽于細(xì)胞質(zhì)中，參與形成信號識別顆粒，引導(dǎo)含有信號肽的蛋白質(zhì)進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成

32、（第十七章）。的蛋白質(zhì)進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成（第十七章）。 目錄目錄 催化性小催化性小RNA亦被稱為核酶（亦被稱為核酶（ribozyme）。是細(xì)胞內(nèi)具）。是細(xì)胞內(nèi)具有催化功能的一類小分子有催化功能的一類小分子RNA，具有催化特定，具有催化特定RNA降解降解的活性，在的活性，在RNA的剪接修飾中具有重要作用。的剪接修飾中具有重要作用。 小干擾小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）是生物）是生物宿主對于外源侵入基因表達(dá)的雙鏈宿主對于外源侵入基因表達(dá)的雙鏈RNA進行切割所產(chǎn)生進行切割所產(chǎn)生的具有特定長度（的具有特定長度（2123 bp）和特定序列的小片段）和特定序列的小片

33、段RNA。這些。這些siRNA可以單鏈形式與外源基因表達(dá)的可以單鏈形式與外源基因表達(dá)的mRNA相結(jié)合，并誘導(dǎo)相應(yīng)相結(jié)合，并誘導(dǎo)相應(yīng)mRNA降解。降解。 目錄目錄n微微RNA（microRNAs, miRNAs ）是一類長度為是一類長度為22nt左右的內(nèi)源性左右的內(nèi)源性sncRNA。miRNAs主要是通過結(jié)合主要是通過結(jié)合mRNA而選擇性調(diào)控而選擇性調(diào)控基因的表達(dá)。基因的表達(dá)。 核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第四節(jié)第四節(jié)核酸在波長核酸在波長 260nm 處有強烈的吸收，是處有強烈的吸收，是由由堿

34、基的共軛雙鍵堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有強烈的紫外吸收一、核酸分子具有強烈的紫外吸收n堿基的紫外吸收光譜堿基的紫外吸收光譜DNA或或RNA的定量的定量A260 = 1.0 相當(dāng)于相當(dāng)于 50g/ml 雙鏈雙鏈DNA(dsDNA)40g/ml 單鏈單鏈DNA (ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸確定樣品中核酸的純度確定樣品中核酸的純度 純純 DNA: A260/A280 = 1.8純純 RNA: A260/A280 = 2.0n紫外吸收的應(yīng)用紫外吸收的應(yīng)用二、二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程變性是雙鏈解離為單鏈的過程某些理化因素導(dǎo)致某些理化因素導(dǎo)致DNA雙鏈互補堿基雙鏈