第三章核酸結(jié)構(gòu)的功能

1、第三章第三章 核酸結(jié)構(gòu)與功能核酸結(jié)構(gòu)與功能 (Structure and Function of Nucleic Acid) 核酸核酸是以核苷酸為基本組成單位的生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。物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。一、什么是核酸一、什么是核酸(nucleic acid) 天然存在的核酸可分為天然存在的核酸可分為核糖核酸核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸和脫氧核糖核酸(DNA)兩大類。兩大類。二、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展二、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展 Y 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” Y 1944年年 A

2、very等人等人證實(shí)證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì)Y 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)Y 1968年年 Nirenberg發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)遺傳密碼遺傳密碼Y 1975年年 Temin和和Baltimore發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶Y 1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立DNA 測序方法測序方法Y 1985年年 Mullis發(fā)明發(fā)明PCR 技術(shù)技術(shù)Y 1990年年 美國啟動美國啟動人類基因組計劃人類基因組計劃(HGP) Y 1994年年 中國人類基因組計劃啟動中國人類基因組計劃啟動Y 2001年年 美、英等國美、英等國完成人類基因組計劃基本框架

3、完成人類基因組計劃基本框架Y 2003年年 人類基因組計劃完成人類基因組計劃完成 約約34萬個基因萬個基因 三、核酸的分類及分布三、核酸的分類及分布 90%以以上分布于細(xì)胞核，上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外其余分布于核外如線粒體，葉如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。綠體，質(zhì)粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。(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，決定細(xì)胞和攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個體的基因型個體的基因型(genotype)。 參與細(xì)胞內(nèi)參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息遺傳信息的表達(dá)。

4、某些病毒的表達(dá)。某些病毒RNA也可作也可作為遺傳信息的載體。為遺傳信息的載體。一、化學(xué)組成一、化學(xué)組成 (一一) 元素組成元素組成 組成核酸的主要元素：組成核酸的主要元素：C、H、O、N、P（9%10%）(二二) 分子組成分子組成1.堿基堿基(base) 嘌呤堿，嘧啶堿嘌呤堿，嘧啶堿2.戊糖戊糖(ribose) 核糖，脫氧核糖核糖，脫氧核糖3.磷酸磷酸(phosphate)稀有堿基：如次黃嘌呤、二氫尿嘧啶等。稀有堿基：如次黃嘌呤、二氫尿嘧啶等。核酸核酸單核苷酸單核苷酸磷酸磷酸核苷核苷核糖核糖堿基堿基腺嘌呤腺嘌呤A 鳥嘌呤鳥嘌呤 G 胞嘧啶胞嘧啶C 胸腺嘧啶胸腺嘧啶T 尿嘧啶尿嘧啶U(1)嘌呤嘌

5、呤(purine) 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鳥嘌呤鳥嘌呤(guanine, G)1.堿堿 基基NNNHN123456789NNNHNNH2NNHNHNNH2O(2)嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHN132456尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOONNHNH2ONHNHOOCH32.戊戊 糖糖（構(gòu)成（構(gòu)成RNA）1 2 3 4 5 核糖核糖(ribose)（構(gòu)成（構(gòu)成DNA）脫氧核糖脫氧核糖(deoxyribose)OHOCH2OHOHOHOHOCH2OHOH二、基本單位二、基本單位核苷酸核苷

6、酸(一一)核苷核苷(ribonucleoside)(二二)核苷酸核苷酸(ribonucleotide)1.堿基和核糖堿基和核糖(脫氧核糖脫氧核糖)通過通過糖苷鍵糖苷鍵連接形連接形 成核苷成核苷(脫氧核苷脫氧核苷)。2.核苷種類核苷種類 核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脫氧核苷：脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR1.核苷核苷（脫氧核苷）和磷酸以脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵磷酸酯鍵連接連接 形成核苷酸（脫氧核苷酸）。形成核苷酸（脫氧核苷酸）。 核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP2.核苷酸種類核苷

7、酸種類 PiPi糖苷鍵糖苷鍵OOHOCH2HOHNNNH2O磷酸酯鍵磷酸酯鍵OPOOOHOHOCH2HOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O1 1NOCH2OOHNNNNH2H脫脫 氧氧 腺腺 苷苷胞胞 苷苷 糖與堿基之間的糖與堿基之間的C-N鍵，稱為鍵，稱為C-N糖苷鍵。糖苷鍵。胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2幾種稀有核苷幾種稀有核苷假尿苷（假尿苷（ ）二氫尿嘧啶（二氫尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3C

8、m26GHH5HHPPPPPPPP常見（脫氧）核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名常見（脫氧）核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名 ATP是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物。它的結(jié)構(gòu)如下：種核苷酸衍生物。它的結(jié)構(gòu)如下：ATP (ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸) )O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP) 5 -NMP 5 -NDP 5 -NTPN=A、G、C、U 5 -dNMP 5 -dNDP 5 -dNTP N=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物腺苷酸及其多磷酸化合物 AMP Adenosine monoph

9、osphate ADP Adenosine diphosphate ATP Adenosine triphosphate 堿基堿基核苷或脫氧核苷核苷或脫氧核苷核苷酸或脫氧核苷酸核苷酸或脫氧核苷酸RNA腺嘌呤腺嘌呤A腺苷腺苷腺苷酸腺苷酸AMP鳥嘌呤鳥嘌呤G鳥苷鳥苷鳥苷酸鳥苷酸GMP胞嘧啶胞嘧啶C胞苷胞苷胞苷酸胞苷酸CMP尿嘧啶尿嘧啶U尿苷尿苷尿苷酸尿苷酸UMPDNA腺嘌呤腺嘌呤A脫氧腺苷脫氧腺苷脫氧腺苷酸脫氧腺苷酸dAMP鳥嘌呤鳥嘌呤G脫氧鳥苷脫氧鳥苷脫氧鳥苷酸脫氧鳥苷酸dGMP胞嘧啶胞嘧啶C脫氧胞苷脫氧胞苷脫氧胞苷酸脫氧胞苷酸dCMP胸腺嘧啶胸腺嘧啶T胸苷胸苷脫氧胸苷酸脫氧胸苷酸dTMP主要堿

10、基、核苷和核苷酸主要堿基、核苷和核苷酸(三三)重要的游離核苷酸及其衍生物重要的游離核苷酸及其衍生物1.多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 NMP，NDP，NTP2.環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸 cAMP，cGMP 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 AMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHNADP+NAD+OPOOHOA (G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGMP)的結(jié)

11、構(gòu)的結(jié)構(gòu)Cyclic adenylie (Guanine)acidCyclic adenylie (Guanine)acid5 端端3 端端(四四)核苷酸的連接核苷酸的連接 1.核苷酸之間核苷酸之間以以磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接連接形成多核苷酸鏈，形成多核苷酸鏈，即核酸。即核酸。CANH2NNOPOHHOOOH3COOHPHOOOH3COOHNH2NNNN磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵A G P5 P T PG PC PT P OH 3 2.書寫方法書寫方法5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3 與功能與功能一、核酸的一級結(jié)構(gòu)一、核酸的一級結(jié)構(gòu) (一一)定義定義 核酸中核苷

12、酸的排列順序。核酸中核苷酸的排列順序。 由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為也稱為堿基序列堿基序列。DNA: A、T、G、CRNA: A、U、G、C55端端3端端CGA堿堿基基序序列列二、DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能(一一) DNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu) 1. 定義定義 即平行反向的右手雙螺即平行反向的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。旋結(jié)構(gòu)。Watson, Crick于于1953提出提出。2. 研究背景研究背景(1) 堿基組成分析堿基組成分析Chargaff 規(guī)則：規(guī)則：A = TG C(2)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以以氫鍵氫鍵配對較合理配對較合

13、理(3)X-線線衍射圖譜分析衍射圖譜分析 3. 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) (1) 由兩條由兩條相互平行但走向相互平行但走向相反相反的脫氧多核苷酸鏈組成，的脫氧多核苷酸鏈組成，以以右手螺旋右手螺旋方式盤繞中心軸。方式盤繞中心軸。螺旋直徑為螺旋直徑為2nm，形成大溝，形成大溝及小溝相間。及小溝相間。 這些溝結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)、這些溝結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)、DNA之間的相互識別有關(guān)。之間的相互識別有關(guān)。5/3/5/3/(2) 堿基間距堿基間距0.34nm，螺旋一螺旋一圈圈10對堿基，螺距對堿基，螺距3.4nm 。(4)糖與磷酸骨架居雙螺旋外糖與磷酸骨架居雙螺旋外側(cè)，堿基在內(nèi)相互形成側(cè)，堿基在內(nèi)相互

14、形成氫鍵氫鍵配對配對(A=T; G C)。(3)氫鍵氫鍵維持橫向穩(wěn)定性，維持橫向穩(wěn)定性，堿堿基堆積力基堆積力維持縱向穩(wěn)定性。維持縱向穩(wěn)定性。堿基互補(bǔ)配對堿基互補(bǔ)配對 4.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性 Watson和和Crick當(dāng)年提出的是理想當(dāng)年提出的是理想化的化的DNA雙螺旋模雙螺旋模型，后來發(fā)現(xiàn)其各型，后來發(fā)現(xiàn)其各項參數(shù)均與實(shí)際的項參數(shù)均與實(shí)際的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)有雙螺旋結(jié)構(gòu)有一定差異。一定差異。 三種三種DNA雙螺旋構(gòu)象比較雙螺旋構(gòu)象比較A B Z外型外型 粗短粗短 適中適中 細(xì)長細(xì)長螺旋方向螺旋方向 右手右手 右手右手 左手左手螺旋直徑螺旋直徑 2.55nm 2.37nm

15、1.84nm堿基直升堿基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm堿基夾角堿基夾角 32.70 34.60 60.00每圈堿基數(shù)每圈堿基數(shù) 11 10.4 12軸心與堿軸心與堿基對關(guān)系基對關(guān)系2.46nm 3.32nm 4.56nm堿基傾角堿基傾角 190 10 90大溝大溝 很窄很深很窄很深 很寬較深很寬較深 平坦平坦小溝小溝 很寬、淺很寬、淺 窄、深窄、深 較窄很深較窄很深A(yù)-DNAZ-DNAB-DNA(二二) DNA的的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)1.原核生物原核生物DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)的超螺旋結(jié)構(gòu)(1) 定義定義 即在即在DNA二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步折二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊成環(huán)狀或麻花狀的疊

16、成環(huán)狀或麻花狀的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或或supercoil)。 環(huán)狀環(huán)狀 麻花狀麻花狀 (3) 意義意義 DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對于撲學(xué)變化及其調(diào)控對于DNA復(fù)制和復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄過程具有關(guān)鍵作用。錄過程具有關(guān)鍵作用。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)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。 (2) 種類種類原核生物原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu)2.真核生物真核

17、生物DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)的超螺旋結(jié)構(gòu)真核生物染色體由真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是本單位是 核小體核小體。(1) 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 核小體的組成核小體的組成DNA：約約200bp H1H2A，H2BH3H4組蛋白組蛋白2nm DNA組蛋白與組蛋白與DNA的結(jié)合的結(jié)合(三三) DNA的功能的功能1.DNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的形式荷載的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。遺傳信息，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)，也是個體生命活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)。動

18、的信息基礎(chǔ)。2.基因從結(jié)構(gòu)上定義，基因從結(jié)構(gòu)上定義，是指是指DNA分子中分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能?；虻墓δ?。 3.進(jìn)化程度越高的生物其進(jìn)化程度越高的生物其DNA分子越大，分子越大，人類基因組有人類基因組有3109個堿基對。個堿基對。根據(jù)根據(jù)RNA的功能可分為的功能可分為信使信使RNA(mRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)、核蛋白體核蛋白體RNA(rRNA)等多種。等多種。RNA的種類、分布、功能的種類、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

19、 細(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線粒體線粒體功功能能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、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)定位合成的信號識別體的組分的信號識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)胞核和胞液線粒體線粒體功功能能

20、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、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)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA(一一) mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5 末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個個7-甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的C 2也是也是甲基化，形成

21、甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppN。2.大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的3 末端有一個多聚腺苷酸末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)構(gòu)，稱為多聚多聚A尾尾。 一、一、mRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能7 7甲基鳥苷三磷酸甲基鳥苷三磷酸帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)多聚多聚A尾結(jié)構(gòu)尾結(jié)構(gòu)OOCH2OOH+NHNNOH2NNCH3OOHH2CO-OPOOPO-OP鳥嘌呤鳥嘌呤OO-OPOOAAA-OH 3/AUGGUGGCGAGGTGTATTGAUAAAAAA Anm7Gpppp5/5/3/3/帽子結(jié)構(gòu)和多聚帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能尾的功能帽子結(jié)構(gòu)：帽子結(jié)構(gòu)：1、保護(hù)、保護(hù)mRNA不被核酸內(nèi)

22、切酶的水解不被核酸內(nèi)切酶的水解 2、被翻譯其起始因子識別，與翻譯起始有關(guān)、被翻譯其起始因子識別，與翻譯起始有關(guān)多聚多聚A尾：尾：1、長度、長度20-200nt，與，與mRNA壽命有關(guān)壽命有關(guān) 2、與翻譯效率有關(guān)、與翻譯效率有關(guān)(二二) mRNA的功能的功能 1.構(gòu)成遺傳密碼，傳遞構(gòu)成遺傳密碼，傳遞DNA所攜帶的遺傳所攜帶的遺傳信息信息。 2.用用連續(xù)三個核苷酸作為連續(xù)三個核苷酸作為密碼子密碼子以決定其以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。(一一) tRNA的特點(diǎn)的特點(diǎn)1.含含 1020% 稀有堿基，如稀有堿基，如 DHU、 T C。 2. 3 末端為末端為 CCA-O

23、H； 5 末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G。二、二、tRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能N,N二甲基鳥嘌呤二甲基鳥嘌呤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稀有有堿堿基基 ONNHNHNNCH3CH3NHNHSONHNHOOHHHHNNNHNNHCH2CHCCH3CH3(二二) tRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)OHACCAGAGGGCCCCCCGCAAGCCGCUCUCGUAUCTCCGGGGGGGCAAGmDDGGDDDAACAGUUAAAAGUUCCDmAACAtRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu) (1) tRNA的二級結(jié)構(gòu)為平的二級結(jié)構(gòu)為平面卷曲的面卷曲的三葉草構(gòu)型。三葉草構(gòu)型。(2

24、)由單鏈卷曲形成局由單鏈卷曲形成局部環(huán)狀雙鏈。部環(huán)狀雙鏈。(3)反密碼環(huán)，帶有反反密碼環(huán)，帶有反密碼子可破譯遺傳密密碼子可破譯遺傳密碼。碼。 (4)氨基酸臂，直接結(jié)氨基酸臂，直接結(jié)合被活化的氨基酸。合被活化的氨基酸。2. tRNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu) 倒倒L形形(三三) tRNA的功能的功能破譯遺傳密碼；活化、破譯遺傳密碼；活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。與蛋白質(zhì)的翻譯。 X線衍射結(jié)構(gòu)證明，線衍射結(jié)構(gòu)證明，tRNA的共同三級結(jié)構(gòu)為的共同三級結(jié)構(gòu)為倒倒L形。形。(二二) rRNA由單鏈卷曲由單鏈卷曲構(gòu)成的多莖環(huán)結(jié)構(gòu)。構(gòu)成的多莖環(huán)結(jié)構(gòu)。三、三、rRNA的結(jié)的結(jié)構(gòu)與

25、功能構(gòu)與功能(三三)rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)與蛋白質(zhì)結(jié)合后才能發(fā)揮功能，合后才能發(fā)揮功能，參與組成核參與組成核糖糖體體的大、的大、小亞基小亞基，作為蛋白質(zhì)，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。生物合成的場所。(一一) rRNA占總占總RNA的的80以上。以上。(四四)根據(jù)沉降系數(shù)根據(jù)沉降系數(shù)，rRNA在在原核生物原核生物中有中有 5S,23S,16S 三三種種；在；在真核生物真核生物中有中有 5S,28S,5.8S,18S四四種種。 沉降系數(shù)沉降系數(shù)（sedimentation coefficient） 生物大分子在單位離心力場作用下的沉降速度稱為沉降系生物大分子在單位離心力場作用下的沉降速度稱為沉降系數(shù)。即

26、沉降系數(shù)是微顆粒在離心力場的作用下，從靜止?fàn)顟B(tài)數(shù)。即沉降系數(shù)是微顆粒在離心力場的作用下，從靜止?fàn)顟B(tài)到達(dá)極限速度所需要的時間。到達(dá)極限速度所需要的時間。 沉降系數(shù)單位沉降系數(shù)單位：由于蛋白質(zhì)、核酸、病毒等的沉降系數(shù)介于由于蛋白質(zhì)、核酸、病毒等的沉降系數(shù)介于1 11010-13-13到到2002001010-13-13秒的范圍，為方便起見，把作為沉降系數(shù)的一個單位，用秒的范圍，為方便起見，把作為沉降系數(shù)的一個單位，用SvedbergSvedberg單位，用即單位，用即S S表示。因?yàn)槌两迪禂?shù)表示。因?yàn)槌两迪禂?shù)S S大體上和分子量成正比關(guān)系，大體上和分子量成正比關(guān)系，故可應(yīng)用超速離心法測定蛋白質(zhì)分子

27、量，但對分子形狀的高度不對稱的大故可應(yīng)用超速離心法測定蛋白質(zhì)分子量，但對分子形狀的高度不對稱的大多數(shù)纖維狀蛋白質(zhì)不適用。多數(shù)纖維狀蛋白質(zhì)不適用。四、小分子核內(nèi)四、小分子核內(nèi)RNA與與RNA組學(xué)組學(xué)(一一) snmRNAs 除了上述三種除了上述三種RNARNA外，細(xì)胞的不同部位存在外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子的許多其他種類的小分子RNARNA，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為非非mRNAmRNA小小RNA (small non-messenger RNAs, snmRNAs)RNA (small non-messenger RNAs, snmRNAs)。包。包括核內(nèi)小括核內(nèi)小RNARNA、核仁小、

28、核仁小RNARNA、胞質(zhì)小、胞質(zhì)小RNARNA、催化、催化性小性小RNARNA、小片段干涉、小片段干涉 RNARNA。參與。參與hnRNAhnRNA和和rRNArRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。RNA組學(xué)是組學(xué)是研究細(xì)胞中研究細(xì)胞中snmRNAs的種類、結(jié)的種類、結(jié)構(gòu)和功能。生物的不同細(xì)胞、不同時間、不同狀構(gòu)和功能。生物的不同細(xì)胞、不同時間、不同狀態(tài)下態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時間和空間特異性。的表達(dá)具有時間和空間特異性。 (二二) RNA組學(xué)組學(xué) 1982年年Thomas Cech在研究四膜蟲在研究四膜蟲26 S rRNA前體加工時發(fā)現(xiàn)前體加工時發(fā)現(xiàn) rRNA前體自身具有自我前體自身具有

29、自我催化的功能于是提出了核酶（催化的功能于是提出了核酶（ribozyme）的概）的概念。最簡單核酶的二級結(jié)構(gòu)呈錘頭狀，既錘頭結(jié)念。最簡單核酶的二級結(jié)構(gòu)呈錘頭狀，既錘頭結(jié)構(gòu)。現(xiàn)以合成多種核酶，用以剪切破壞一些有害構(gòu)。現(xiàn)以合成多種核酶，用以剪切破壞一些有害基因轉(zhuǎn)錄出的基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA 或其前體、病毒或其前體、病毒RNA ，現(xiàn)，現(xiàn)已被試用于治療腫瘤、病毒性疾病和基因治療的已被試用于治療腫瘤、病毒性疾病和基因治療的研究。研究。 1994年年Breaker發(fā)現(xiàn)人工合成的發(fā)現(xiàn)人工合成的DNA的某些的某些 片斷也具有酶的活性而稱為脫氧核酶（片斷也具有酶的活性而稱為脫氧核酶（deoxy-ribozyme

30、）五、核酶五、核酶 (一一)具有催化功能的核酸稱為核酶。具有催化功能的核酸稱為核酶。底物部分底物部分(二二) 核酶的錘頭核酶的錘頭狀結(jié)構(gòu)狀結(jié)構(gòu) 通常為通常為60個核苷酸個核苷酸組成，包括有催化部組成，包括有催化部分和底物部分組成錘分和底物部分組成錘頭結(jié)構(gòu)。頭結(jié)構(gòu)。 (三三)核酶研究的意義核酶研究的意義 核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補(bǔ)充；是對核酶的發(fā)現(xiàn)，對中心法則作了重要補(bǔ)充；是對傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)；利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計合成人傳統(tǒng)酶學(xué)的挑戰(zhàn)；利用核酶的結(jié)構(gòu)設(shè)計合成人工核酶工核酶 。 核酸是線性的大分子，其在溶液中的粘度很高。核酸是線性的大分子，其在溶液中的粘度很高。RNA分子比分子比DNA短，在溶液

31、中的粘度低于短，在溶液中的粘度低于DNA。一、核酸的一般性質(zhì)一、核酸的一般性質(zhì)1 1核酸的兩性性質(zhì)及等電點(diǎn)核酸的兩性性質(zhì)及等電點(diǎn) 與蛋白質(zhì)相似，核酸分子中既含有酸性基團(tuán)與蛋白質(zhì)相似，核酸分子中既含有酸性基團(tuán)（磷酸基）也含有堿性基團(tuán)（氨基），因而核（磷酸基）也含有堿性基團(tuán)（氨基），因而核酸也具有兩性性質(zhì)。酸也具有兩性性質(zhì)。 由于核酸分子中的磷酸是一個中等強(qiáng)度的酸，由于核酸分子中的磷酸是一個中等強(qiáng)度的酸，而堿性（氨基）是一個弱堿，所以核酸的等電而堿性（氨基）是一個弱堿，所以核酸的等電點(diǎn)比較低。如點(diǎn)比較低。如DNADNA的等電點(diǎn)為的等電點(diǎn)為4 44.54.5，RNARNA的等的等電點(diǎn)為電點(diǎn)為2 22

32、.52.5。 2核酸的水解核酸的水解 （1）酸或堿水解）酸或堿水解 核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸或堿性核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸或堿性條件下水解切斷。條件下水解切斷。 DNADNA和和RNARNA對酸或堿的耐受程度有很大對酸或堿的耐受程度有很大差別。例如，在差別。例如，在0.1 mol/L NaOH0.1 mol/L NaOH溶液中，溶液中，RNARNA幾乎可以完全水解，幾乎可以完全水解，DNADNA在同樣條件在同樣條件下則不受影響。利用此性質(zhì)可清除下則不受影響。利用此性質(zhì)可清除DNADNA中中混雜的的混雜的的RNARNA（2）酶水解）酶水解 生物體內(nèi)存在多種核酸水解酶。這些酶可以催化水解多

33、聚核苷生物體內(nèi)存在多種核酸水解酶。這些酶可以催化水解多聚核苷酸鏈中的磷酸二酯鍵。酸鏈中的磷酸二酯鍵。 以以DNADNA為底物的為底物的DNADNA水解酶（水解酶（DNasesDNases）和以）和以RNARNA為底物的為底物的RNARNA水解水解酶（酶（RNasesRNases）。）。 根據(jù)作用方式又分作兩類：核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。根據(jù)作用方式又分作兩類：核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。 核酸外切酶的作用方式是從多聚核苷酸鏈的一端（核酸外切酶的作用方式是從多聚核苷酸鏈的一端（3-3-端或端或5-5-端）開始，逐個水解切除核苷酸；核酸內(nèi)切酶的作用方式端）開始，逐個水解切除核苷酸；核酸內(nèi)切酶的作用方式剛

34、好和外切酶相反，它從多聚核苷酸鏈中間開始，在某個位點(diǎn)剛好和外切酶相反，它從多聚核苷酸鏈中間開始，在某個位點(diǎn)切斷磷酸二酯鍵。切斷磷酸二酯鍵。 在分子生物學(xué)研究中最有應(yīng)用價值的是限制性核酸內(nèi)切酶。這在分子生物學(xué)研究中最有應(yīng)用價值的是限制性核酸內(nèi)切酶。這種酶可以特異性的水解核酸中某些特定堿基順序部位。種酶可以特異性的水解核酸中某些特定堿基順序部位。二、紫外吸收二、紫外吸收 (一一) 由于嘌呤和嘧啶中含有共軛雙鍵，核酸在由于嘌呤和嘧啶中含有共軛雙鍵，核酸在260nm處有最大吸收峰。處有最大吸收峰。1. DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相當(dāng)于：相當(dāng)于：50g/ml雙鏈雙鏈DNA40g/ml

35、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 = 2.0(二二) OD260的應(yīng)用的應(yīng)用若有蛋白質(zhì)和酚的污染此值下降若有蛋白質(zhì)和酚的污染此值下降三、三、DNA的變性與復(fù)性的變性與復(fù)性(一一)變性變性 (denaturation)1.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雙鏈解開雙鏈解開成兩條單鏈的過程。成兩條單鏈的過程。本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。3.變性后其他理化性質(zhì)變化變性后其他理化性質(zhì)變化 OD260增

36、高增高 浮力密度升高浮力密度升高 粘度下降粘度下降 酸堿滴定曲線改變酸堿滴定曲線改變 比旋度下降比旋度下降 生物活性喪失生物活性喪失(1)理化性質(zhì)變化理化性質(zhì)變化2.因素因素 強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，高溫，高壓，變性試劑如強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，高溫，高壓，變性試劑如尿素以及某些有機(jī)溶劑如乙醇等。尿素以及某些有機(jī)溶劑如乙醇等。DNADNA變性變性天然狀態(tài)天然狀態(tài)(2)增色效應(yīng)：增色效應(yīng)： DNA變性時其溶液變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象。增高的現(xiàn)象。DNA的紫外吸收光譜的紫外吸收光譜200 250 260 3001.51.00.5變性狀態(tài)變性狀態(tài)天然狀態(tài)天然狀態(tài)(3)Tm：紫外光吸收值達(dá)到最大值的紫外光吸收值達(dá)到最

37、大值的50%時的溫度時的溫度稱為稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度的解鏈溫度，又稱融解溫度(melting temperature, Tm)。其大小與。其大小與G+C含量成正比。含量成正比。 解鏈曲線：解鏈曲線：在連續(xù)加在連續(xù)加熱熱DNA的過程中以溫度為的過程中以溫度為橫坐標(biāo)，以吸光度橫坐標(biāo)，以吸光度A260為為縱坐標(biāo)作圖，所得的曲線縱坐標(biāo)作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。稱為解鏈曲線。76 80 84 88 92 96 100 OD2600.700.650.600.550.50TmDNADNA變性的特征變性的特征 DNADNA的變性過程是突變性的，它在很窄的變性過程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成。因此