第02章核酸化學(xué)2

1、目目 錄錄第 二 章核酸的結(jié)構(gòu)和功能核酸的結(jié)構(gòu)和功能目目 錄錄核核 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。目目 錄錄一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展 1868年年 Fridrich Miescher從膿細(xì)胞中提取從膿細(xì)胞中提取“核素核素” 1944年年 Avery等人等人證實(shí)證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì) 1953年年 Watson和和Crick發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu) 1968年年 Nirenberg發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)遺傳密碼遺傳密碼 1975年年 Te

2、min和和Baltimore發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立DNA 測(cè)序方法測(cè)序方法 1985年年 Mullis發(fā)明發(fā)明PCR 技術(shù)技術(shù) 1990年年 美國(guó)啟動(dòng)美國(guó)啟動(dòng)人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)基因組計(jì)劃(HGP) 1994年年 中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng) 2001年年 美、英等國(guó)美、英等國(guó)完成人類(lèi)基因組計(jì)劃基本框架完成人類(lèi)基因組計(jì)劃基本框架目目 錄錄二、核酸的分類(lèi)及分布二、核酸的分類(lèi)及分布 (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

3、遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型體的基因型(genotype)。參與細(xì)胞內(nèi)參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表遺傳信息的表達(dá)。某些病毒達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺也可作為遺傳信息的載體。傳信息的載體。目目 錄錄核糖核酸核糖核酸 （RNA）：）：按功能不同分為三大類(lèi)按功能不同分為三大類(lèi)tRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（15%）rRNA 核糖體核糖體RNA （80%）mRNA 信使信使RNA （5%）小分子細(xì)胞核小分子細(xì)胞核RNA（snRNA）染色質(zhì)染色質(zhì)RNA（chRNA）原核細(xì)胞內(nèi)原核細(xì)胞內(nèi)DNA集中在核質(zhì)區(qū)RNA分散在細(xì)胞質(zhì)中真核細(xì)胞內(nèi)真核細(xì)胞內(nèi)DNA95%細(xì)胞核中5%線(xiàn)粒體及葉綠

4、體中RNA75%細(xì)胞質(zhì)中15%線(xiàn)粒體及葉綠體中10%細(xì)胞核中目目 錄錄第一節(jié)第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid目目 錄錄核酸的化學(xué)組成核酸的化學(xué)組成 1. 元素組成元素組成C、H、O、N、P（910%）2. 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)目目 錄錄 基本元素：基本元素：C H O N P核酸的元素組成有兩個(gè)特點(diǎn)：核酸的元素組

5、成有兩個(gè)特點(diǎn)： 1. 一般不含一般不含S 2. P含量較多，并且恒定（含量較多，并且恒定（9%-10%）。）。 因此，實(shí)驗(yàn)室中用因此，實(shí)驗(yàn)室中用定磷法定磷法進(jìn)行核酸的定量進(jìn)行核酸的定量分析。（分析。（DNA9.9% 、RNA9.5%）目目 錄錄核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖堿基堿基水水解解核酸的分子組成目目 錄錄核核 酸酸代表代表，對(duì)，對(duì)DNA而言為而言為，對(duì)，對(duì)RNA而言為而言為； 代表代表 代表代表目目 錄錄嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤(guanine, G)堿堿 基

6、基目目 錄錄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目目 錄錄目目 錄錄稀有堿基稀有堿基 嘌呤嘌呤次黃嘌呤、次黃嘌呤、1-1-甲基次黃嘌呤、甲基次黃嘌呤、N N2 2、N N2 2- -二甲基鳥(niǎo)嘌呤。二甲基鳥(niǎo)嘌呤。 嘧啶嘧啶5-5-甲基胞嘧啶、甲基胞嘧啶、5-5-羥甲基胞嘧啶、羥甲基胞嘧啶、二氫尿嘧啶、二氫尿嘧啶、4-4-巰尿嘧啶巰尿嘧啶 都是基本堿基的都是基本堿基的化學(xué)修飾型化學(xué)修飾型。目目 錄錄NNNNONH2H鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤N

7、NNNOH次黃嘌呤次黃嘌呤CH31-甲基次黃嘌呤甲基次黃嘌呤目目 錄錄 胞嘧啶（胞嘧啶（C）CH35-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶目目 錄錄戊戊 糖糖（構(gòu)成（構(gòu)成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（構(gòu)成（構(gòu)成DNA）OHOCH2OHOH脫氧核糖脫氧核糖(deoxyribose)目目 錄錄核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脫氧核苷：脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR一、核苷酸的結(jié)構(gòu)一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1. 核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)糖糖苷鍵苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。連

8、接形成核苷（脫氧核苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O1 1目目 錄錄POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 2. 核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名的結(jié)構(gòu)與命名核苷（脫氧核苷）和磷酸以核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。 目目 錄錄核苷酸磷酸堿基戊糖目目 錄錄OOHOHOHHOCH2NNNNNHHNHNHOOPOHOOO目目 錄錄酯酯 鍵鍵（對(duì)（對(duì)DN

9、A為為H）堿基連接（糖苷鍵）堿基連接（糖苷鍵）l含核苷酸的生物活性物質(zhì)：含核苷酸的生物活性物質(zhì)： NAD+、NADP+、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 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸: : cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHNADP+NAD+目目 錄錄（四）核苷酸的生物學(xué)作用（1）參與DNA、RNA的合成、蛋白質(zhì)的合成、糖與磷脂的合成。（2）在能量轉(zhuǎn)化

10、中起重要作用，ATP是生物體內(nèi)能量的通用貨幣。（3）是構(gòu)成多種輔酶的成分：NAD、NADP、FAD、FMN和CoA。（4）參與細(xì)胞中的代謝與調(diào)節(jié)（cAMP、cGMP）。目目 錄錄5 端端3 端端3. 3. 核苷酸的連接核苷酸的連接 核苷酸之間以核苷酸之間以磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形連接形成多核苷酸鏈，即成多核苷酸鏈，即核酸。核酸。CGA目目 錄錄二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)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(chēng)為以也稱(chēng)為堿基序列堿基序列。55端端3端端CGAA G P5 P T PG PC

11、PT P OH 3 書(shū)寫(xiě)方法書(shū)寫(xiě)方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 目目 錄錄目目 錄錄第二節(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目目 錄錄 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝 DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)的超螺旋結(jié)構(gòu) 原核生物原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu) DNA在真核生物細(xì)

12、胞核內(nèi)的組裝在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝 DNA的功能的功能目目 錄錄一、一、 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)（一）（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景 堿基組成分析堿基組成分析Chargaff 規(guī)則：規(guī)則：A = TG C 堿基的理化數(shù)據(jù)分析堿基的理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以以氫鍵氫鍵配對(duì)較合理配對(duì)較合理 DNA纖維的纖維的X-線(xiàn)衍射圖譜分析線(xiàn)衍射圖譜分析 目目 錄錄目目 錄錄w（1）所有所有DNA中腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾中腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾含量相等，（含量相等，（即即A=T）;鳥(niǎo)嘌呤與胞嘌呤的摩鳥(niǎo)嘌呤與胞嘌呤的摩爾含量相等，（爾含量相等，（即即G=C）。）。

13、堿基當(dāng)量定律：堿基當(dāng)量定律：嘌呤堿總量嘌呤堿總量=嘧啶堿總量。（即嘧啶堿總量。（即A+G=T+C）w（2）不同生物不同生物DNA的堿基組成有很大差異，的堿基組成有很大差異，可用可用不對(duì)稱(chēng)比率不對(duì)稱(chēng)比率：A+T/G+C表示。親緣相近表示。親緣相近的生物，其的生物，其DNA的堿基組成相近，即不對(duì)稱(chēng)的堿基組成相近，即不對(duì)稱(chēng)比率相近。比率相近。w（3）同一種生物所有體細(xì)胞同一種生物所有體細(xì)胞DNA的堿基組的堿基組成相同，可作為該物種的特征。成相同，可作為該物種的特征。目目 錄錄l1、沒(méi)有器官或組織特異性l2、不隨生物體的年齡、 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)或者環(huán)境的變化而改變l3、A=T，G=C; A+G=C+Tl4、具

14、有種的特異性（二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）uDNADNA分子由兩條分子由兩條相互平行但相互平行但走向相反走向相反的脫氧多核苷酸鏈的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以組成，兩鏈以- -脫氧核糖脫氧核糖- -磷磷酸酸- -為骨架，以為骨架，以右手螺旋右手螺旋方方式繞同一公共軸盤(pán)。螺旋直式繞同一公共軸盤(pán)。螺旋直徑為徑為2 2nm，形成大溝，形成大溝(major g ro o v e ) 及 小 溝及 小 溝 ( m i n o r groove)相間。相間。目目 錄錄（二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson

15、, Crick, 1953）u堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配氫鍵配對(duì)對(duì)（互補(bǔ)配對(duì)形式：（互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T; G C） 。u相鄰堿基平面距離相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3.4nm，一圈，一圈10對(duì)堿基。對(duì)堿基。目目 錄錄目目 錄錄腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤胞嘧啶胞嘧啶目目 錄錄A-T配對(duì)G-C配對(duì)（二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）u氫鍵氫鍵維持雙鏈維持雙鏈橫向穩(wěn)定橫向穩(wěn)定性性，堿基堆積力堿基堆積力維持雙維持雙鏈鏈縱向穩(wěn)定性縱向穩(wěn)

16、定性。目目 錄錄 離子鍵離子鍵磷酸基團(tuán)上的負(fù)電荷磷酸基團(tuán)上的負(fù)電荷 與介質(zhì)中的陽(yáng)離子或陽(yáng)離子與介質(zhì)中的陽(yáng)離子或陽(yáng)離子 化合物之間所形成的鹽鍵化合物之間所形成的鹽鍵目目 錄錄計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)模擬DNA雙雙螺旋結(jié)構(gòu)（螺旋結(jié)構(gòu)（藍(lán)色藍(lán)色）大溝中結(jié)合著蛋白大溝中結(jié)合著蛋白質(zhì)（質(zhì)（紅色紅色） 雙螺旋中的大溝對(duì)于DNA和蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)的相互識(shí)別很重要 ，在溝內(nèi)可以辨認(rèn)堿基的順序。目目 錄錄(1)B-DNA(1)B-DNA螺旋螺旋： DNADNA在在92%92%相對(duì)濕度的鈉鹽中相對(duì)濕度的鈉鹽中的構(gòu)型。標(biāo)準(zhǔn)的的構(gòu)型。標(biāo)準(zhǔn)的 右手雙螺旋，細(xì)胞正常狀態(tài)右手雙螺旋，細(xì)胞正常狀態(tài)下下DNADNA存在的構(gòu)型。存在的構(gòu)型。

17、(2)A-DNA(2)A-DNA螺旋螺旋：DNADNA在在75%75%相對(duì)濕度的鈉鹽中相對(duì)濕度的鈉鹽中的構(gòu)型。的構(gòu)型。(3)Z-DNA(3)Z-DNA螺旋螺旋：左手的左手的DNADNA螺旋螺旋，這種螺旋可，這種螺旋可能在基因表達(dá)的調(diào)控中起作用。能在基因表達(dá)的調(diào)控中起作用。(4)(4)H-DNAH-DNA螺旋螺旋：三螺旋結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)三鏈：三螺旋結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)三鏈DNA(tsDNA)DNA(tsDNA)（三）（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性目目 錄錄目目 錄錄 B-DNA & Z-DNA目目 錄錄（1）核酸分子中的回文序列）核酸分子中的回文序列 回文序列中的單回文序列中的單鏈可形

18、成發(fā)卡結(jié)構(gòu)鏈可形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)目目 錄錄雙鏈回文序列可雙鏈回文序列可形成十字架結(jié)構(gòu)形成十字架結(jié)構(gòu)（1）核酸分子中的回文序列）核酸分子中的回文序列目目 錄錄（2 2） 鏡象結(jié)構(gòu)鏡象結(jié)構(gòu) 所謂鏡象結(jié)構(gòu)就是指所謂鏡象結(jié)構(gòu)就是指DNADNA某一片段在一條某一片段在一條鏈上出現(xiàn)鏈上出現(xiàn)顛倒重復(fù)顛倒重復(fù)的序列。的序列。目目 錄錄（3）三股螺旋）三股螺旋 多嘌呤多嘌呤- -多嘧啶的鏡象序列多嘧啶的鏡象序列可形成可形成三股三股螺旋螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(H-(H-螺旋或螺旋或HoogsteenHoogsteen螺旋螺旋): ): 該該螺旋常處在許多真核細(xì)胞基因的表達(dá)調(diào)節(jié)螺旋常處在許多真核細(xì)胞基因的表達(dá)調(diào)節(jié)區(qū)?？赡芘c區(qū)?？赡?/p>

19、與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)有關(guān)有關(guān). .目目 錄錄三股螺旋目目 錄錄目目 錄錄(4)(4)四鏈四鏈DNADNA：可能存在于真核細(xì)胞染色體的端粒中。：可能存在于真核細(xì)胞染色體的端粒中。目目 錄錄DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)定義：是指雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的更高層次的空間結(jié)構(gòu)，也就是比雙螺旋更為復(fù)雜的構(gòu)象。線(xiàn)狀DNA形成的紐結(jié)、超螺旋和多重螺旋環(huán)狀DNA形成的結(jié)、超螺旋和連環(huán)類(lèi)型DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)主要是指雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的超螺旋。超螺旋即DNA雙螺旋的螺旋。目目 錄錄（一）（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)的超螺旋結(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(pán)繞

20、即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盤(pán)繞方向與盤(pán)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(pán)繞方向與盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反雙螺旋方向相反 目目 錄錄意義意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。程具有關(guān)鍵作用。 目目 錄錄（二）原核生物（二）原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu)目目 錄錄（三）（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真

21、核生物染色體由真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是其基本單位是 核小體核小體(nucleosome)。核小體的組成核小體的組成DNA：約約200bp 組蛋白：組蛋白：H1H2A，H2BH3H4目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄DNA的功能的功能DNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的形式荷載遺的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，基因從結(jié)構(gòu)上定義，是指是指DNA分子中的分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列

22、順序決定了基特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。因的功能。 目目 錄錄第三節(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目目 錄錄RNA的種類(lèi)、分布、功能的種類(lèi)、分布、功能核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線(xiàn)粒體線(xiàn)粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸成熟成

23、熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號(hào)識(shí)別體的組分的信號(hào)識(shí)別體的組分核仁小核仁小RNA核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線(xiàn)粒體線(xiàn)粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接

24、、轉(zhuǎn)運(yùn)的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號(hào)識(shí)別體的組分的信號(hào)識(shí)別體的組分核仁小核仁小RNA目目 錄錄 RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定順序，通過(guò)3,5磷酸二酯鍵連成的線(xiàn)形分子，其表示方法與DNA相同。 RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是短的，不完全螺旋的多核苷酸鏈。（天然RNA并不像DNA一樣都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，而是單鏈線(xiàn)形分子。只有局部區(qū)域?yàn)殡p螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋區(qū)約占RNA分子的50%） RNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是在莖環(huán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲折疊而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)目目 錄錄信使RNA（messenge

25、r RNA，mRNA）不均一核RNA（heterogeneou nuclear RNA，hnRNA）： 在細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA的初級(jí)產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)剪接成為成熟的mRNA并移到細(xì)胞質(zhì)。mRNA的功能：是把核內(nèi)DNA的堿基順序按照堿基互補(bǔ)的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。一一 、信使、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能目目 錄錄mRNA的成熟過(guò)程目目 錄錄z真核生物成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及與原核生物的區(qū)別：1、5端帽子結(jié)構(gòu)（cap sequence): m7G5ppp5Nm- 5-末端的G的N7被甲基化。鳥(niǎo)嘌呤核苷酸焦磷酸與相鄰的一個(gè)核苷酸相連，形成5,5-磷酸二酯鍵。 帽子結(jié)構(gòu)能促進(jìn)核蛋

26、白體與mRNA的結(jié)合加速翻譯起始速度，同時(shí)可以增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性。 原核生物無(wú)此結(jié)構(gòu)目目 錄錄mRNA的帽子結(jié)構(gòu)目目 錄錄2、3末端多聚A的尾巴。 極大多數(shù)真核細(xì)胞mRNA在3-末端有一段長(zhǎng)約20200個(gè)多聚腺苷酸的polyA。 polyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶的作用而添加上去的。 原核生物無(wú)些結(jié)構(gòu)polyA的功能：1、與mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)；2、與mRNA的半壽期有關(guān)，新合成的mRNA， polyA鏈較長(zhǎng)，而衰老的mRNA ，polyA鏈縮短。 目目 錄錄3、真核生物mRNA是單順?lè)醋拥模松锏膍RNA是多順?lè)醋拥?。順?lè)醋樱菏怯身樂(lè)丛囼?yàn)所規(guī)定的遺傳單位相當(dāng)于一個(gè)基因

27、，含有決定一種蛋白質(zhì)氨基酸序列的全部核苷酸序列。多順?lè)醋樱菏侵笖y帶一種以上蛋白質(zhì)合成信息的mRNA也就是說(shuō)：原核生物mRNA可編碼幾條不同的多肽鏈。單順?lè)醋樱褐痪幋a一條多肽鏈。目目 錄錄* mRNA的功能的功能 把把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白蛋白轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯原核細(xì)胞原核細(xì)胞 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞核DNA內(nèi)含子內(nèi)含子外顯子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯翻譯蛋白蛋白真核細(xì)

28、胞真核細(xì)胞 目目 錄錄* tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 含含 1020% 稀有堿基，如稀有堿基，如 DHU 3 末端為末端為 CCA-OH 5 末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G 具有具有 T C 二、轉(zhuǎn)運(yùn)二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能目目 錄錄NNHNHNNOCH3CH3NNNHNNHCH2CHCCH3CH3NHNHOOHHHHNHNHSON,N二甲基鳥(niǎo)嘌呤二甲基鳥(niǎo)嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶巰尿嘧啶 稀有堿基稀有堿基 目目 錄錄* tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)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) 額外環(huán)額外環(huán) TC環(huán)

29、環(huán)氨基酸氨基酸臂臂額外環(huán)額外環(huán)目目 錄錄tRNAtRNA的三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)的三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)1 12 24 4反密碼子環(huán)反密碼子環(huán) 反密碼子反密碼子RNA中的堿基配對(duì)原則 3 3額外環(huán)額外環(huán)二氫尿嘧二氫尿嘧啶環(huán)啶環(huán)識(shí)別氨酰識(shí)別氨酰tRNA合合成酶成酶次黃嘌呤次黃嘌呤不同的不同的tRNA具有不同的具有不同的額外環(huán)額外環(huán)，所，所以額外環(huán)是以額外環(huán)是tRNA分類(lèi)的分類(lèi)的重要指標(biāo)重要指標(biāo)TC環(huán)，識(shí)別核糖體目目 錄錄* tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 倒倒L形形* tRNA的功能的功能活化、搬運(yùn)氨基活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。白質(zhì)的翻譯。目目 錄錄* rRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

30、三、核蛋白體三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能* rRNA的功能的功能參與組成核蛋白參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。合成的場(chǎng)所。目目 錄錄* rRNA的種類(lèi)（根據(jù)沉降系數(shù)）的種類(lèi)（根據(jù)沉降系數(shù)）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目目 錄錄核蛋白體的組成核蛋白體的組成原核生物（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（以小鼠肝為例）小亞基小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸個(gè)核

31、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(gè)核苷酸個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸個(gè)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%目目 錄錄四四 、其他小分子、其他小分子RNA及及RNA組學(xué)組學(xué)除了上述三種除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類(lèi)的小分子存在的許多其他種類(lèi)的小分子RNA，統(tǒng)稱(chēng)為，統(tǒng)稱(chēng)為非非mRNA小小RNA(small non-messen

32、ger RNAs, snmRNAs)。 snmRNAs目目 錄錄snmRNAs的種類(lèi)的種類(lèi)核內(nèi)小核內(nèi)小RNARNA核仁小核仁小RNARNA胞質(zhì)小胞質(zhì)小RNARNA催化性小催化性小RNARNA小片段干涉小片段干涉 RNARNA snmRNAs的功能的功能參與參與hnRNA和和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。目目 錄錄RNARNA組學(xué)研究細(xì)胞中組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類(lèi)、的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類(lèi)的細(xì)胞、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類(lèi)的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。

33、 RNARNA組學(xué)組學(xué)核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 質(zhì)質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 節(jié)節(jié)目目 錄錄目目 錄錄核酸的水解 (一) 酸水解 糖苷鍵比磷酸酯鍵更易水解，特別是嘌呤與脫氧核糖之間的糖苷鍵很容易水解。 (二) 堿水解 通常用于RNA水解，DNA的堿水解比較困難。DNA易被酸水解RNA易被堿水解目目 錄錄食食物物核核蛋蛋白白胃酸蛋白質(zhì)核核酸酸（R RN NA A, ,D DN NA A) )胰核酸酶核糖核酸酶脫氧核糖核酸酶（磷酸二酯酶）單單核核苷苷酸酸胰腸核苷酸酶（磷酸單酯酶）磷磷酸酸核核苷苷堿堿

34、基基戊戊糖糖核苷酶氨基酸（磷酸戊糖）n nu uc cl le ei ic c a ac ci id dn nu uc cl le eo ot ti id de ep ph ho os sp ph ha at te eb ba as se ep pu ur ri in ne ep py yr ri im mi id di in ne es su ug ga ar rr ri ib bo os se ed de eo ox xy yr ri ib bo os se e目目 錄錄核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶是指所有可以水解核酸的酶依據(jù)底物不同分類(lèi)依據(jù)底物不同分類(lèi)lDNA酶酶(deoxyri

35、bonuclease, DNase)：專(zhuān)一降解專(zhuān)一降解DNA。lRNA酶酶 (ribonuclease, RNase)：專(zhuān)一降解專(zhuān)一降解RNA。依據(jù)切割部位不同依據(jù)切割部位不同l核酸內(nèi)切酶：核酸內(nèi)切酶：分為限制性核酸內(nèi)切酶和非分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶。特異性限制性核酸內(nèi)切酶。l核酸外切酶：核酸外切酶：5 3 或或3 5 核酸外切酶。核酸外切酶。目目 錄錄l(三) 酶水解lSnake venom phosphodiesterase and spleen phosphodiesterase are exonucleases that degrade polynucleotid

36、es from opposite ends.Snake venom phosphodiesterase and spleen phosphodiesterase are exonucleases that degrade polynucleotides from opposite ends.蛇毒磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶目目 錄錄目目 錄錄l具有識(shí)別雙鏈DNA分子中特定核苷酸序列，并由此切割DNA雙鏈的核酸內(nèi)切酶統(tǒng)稱(chēng)為限制性核酸內(nèi)切酶l發(fā)現(xiàn)：l 1952， Smith Human 用T4 phage 感染E.coli. 提出了限制與修飾現(xiàn)象。目目 錄錄Type IType IIType III功

37、能功能內(nèi)切酶內(nèi)切酶 & 甲基化酶甲基化酶內(nèi)切酶內(nèi)切酶內(nèi)切酶內(nèi)切酶反應(yīng)條件反應(yīng)條件ATP, Mg2+Mg2+ATP, Mg2+識(shí)別序列識(shí)別序列EcoK: AACN6GTGCEcoB: TGAN8TGCTPalindromic(回文回文序列）序列）EcoP1: AGACCEcoP15: CAGCAG切點(diǎn)切點(diǎn)至少至少 1000bp 遠(yuǎn)遠(yuǎn)識(shí)別序列的附近識(shí)別序列的附近識(shí)別序列識(shí)別序列24-26 bp 左右左右分類(lèi)分類(lèi)目目 錄錄目目 錄錄5 突出端突出端3 突出端突出端5-CCCGGG-33-GGGCCC-55-CCC-OH3-GGG- pp -GGG-3OH-CCC-5+SmaI齊末端、平端齊末

38、端、平端粘性末端粘性末端目目 錄錄u參與參與DNA的合成與修復(fù)及的合成與修復(fù)及RNA合成后的剪合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基因表達(dá)過(guò)程接等重要基因復(fù)制和基因表達(dá)過(guò)程 u負(fù)責(zé)清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，負(fù)責(zé)清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時(shí)也可以清除侵入細(xì)胞的外源性核酸同時(shí)也可以清除侵入細(xì)胞的外源性核酸 u在消化液中降解食物中的核酸以利吸收在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 u體外重組體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶技術(shù)中的重要工具酶 生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外催化核酸的降解生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外催化核酸的降解 核酸酶的功能核酸酶的功能 目目 錄錄1. DNA或或RNA的定量的

39、定量OD260=1.0相當(dāng)于相當(dāng)于50 g/ml雙鏈雙鏈DNA40g/ml單鏈單鏈DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度判斷核酸樣品的純度DNA純品純品: OD260/OD280 = 1.8RNA純品純品: OD260/OD280 = 2.0OD260的應(yīng)用的應(yīng)用目目 錄錄二、二、DNA的變性的變性(denaturation)定義定義：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)雙鏈解開(kāi)成兩條單鏈的過(guò)程。成兩條單鏈的過(guò)程。方法：方法：過(guò)量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、過(guò)量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、 酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。酰胺以及

40、某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質(zhì)變化：變性后其它理化性質(zhì)變化：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堿滴定曲線(xiàn)改變酸堿滴定曲線(xiàn)改變生物活性喪失生物活性喪失目目 錄錄目目 錄錄DNADNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂例：變性引起紫外吸收值的改變例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。增高的現(xiàn)象。目目 錄錄解鏈曲線(xiàn)：解鏈曲線(xiàn)：如果在連續(xù)加熱如果在連續(xù)加熱DNADNA的過(guò)程中以的過(guò)程中以溫度對(duì)溫度對(duì)A260A260（absorbanceabsorbance，A A，A260A260代表溶