生物化學(xué)第三章核酸化學(xué)

1、第三章第三章 核酸化學(xué)核酸化學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 核酸概述核酸概述第二節(jié)第二節(jié) 核酸的分子組成核酸的分子組成第三節(jié)第三節(jié) 核酸的分子結(jié)構(gòu)核酸的分子結(jié)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)u核糖核酸核糖核酸 ( (ribonucleic acid, RNA) )分子量幾萬分子量幾萬幾百萬；幾百萬；u脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸( (deoxyribonucleic acid, DNA) )分子量分子量1.6106-2.2109。u1869年年 Fridrich Miescher從膿細(xì)胞中提取從膿細(xì)胞中提取“核素核素” u1944年年 Avery等人等人證實(shí)證實(shí)DNADNA是遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì)u195

2、3年年 Watson和和Crick發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)u1975年年 Temin和和Baltimore發(fā)發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶u1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立 DNA DNA 測序方法測序方法u1985年年 Mullis發(fā)明發(fā)明 PCR 技術(shù)技術(shù)u1990年年 美國美國啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃( (HGP) ) u2001年年 美、英等國美、英等國完成人類基因組計(jì)劃基本框架完成人類基因組計(jì)劃基本框架u20032003年年 美、英等國美、英等國完成人類基因組序列圖完成人類基因組序列圖 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)

3、展二、核酸的種類、分布及功能二、核酸的種類、分布及功能RNARNA的分類及功能的分類及功能tRNAtRNA分子量最小，占總分子量最小，占總RNA10%-15%RNA10%-15%，功能功能：翻譯中攜帶氨基酸。：翻譯中攜帶氨基酸。mRNAmRNA半壽期最短，占總半壽期最短，占總RNA5%-10%RNA5%-10%，功能功能：是蛋白質(zhì)合成的模板。：是蛋白質(zhì)合成的模板。rRNArRNA含量最多，占總含量最多，占總RNA75%-80%RNA75%-80%，功能功能：是蛋白質(zhì)合成的場所。：是蛋白質(zhì)合成的場所。二、核酸的種類、分布及功能二、核酸的種類、分布及功能一、核酸的元素組成一、核酸的元素組成第二節(jié)第

4、二節(jié) 核酸的分子組成核酸的分子組成二、二、核酸的化學(xué)組成核酸的化學(xué)組成四、核苷酸四、核苷酸( (ribonucleotide) )u主要元素組成：主要元素組成：C C、H H、O O、N N、P(9-11%)P(9-11%)u與蛋白質(zhì)比較，核酸一般不含與蛋白質(zhì)比較，核酸一般不含S S，而，而P P的含的含量較為穩(wěn)定，占量較為穩(wěn)定，占9-11%9-11%。通過測定。通過測定P P的含量來的含量來推算核酸的含量（定磷法）。推算核酸的含量（定磷法）。 一、核酸的元素組成一、核酸的元素組成二、二、核酸的化學(xué)組成核酸的化學(xué)組成u核苷酸由核苷酸由戊糖、磷酸和含氮堿戊糖、磷酸和含氮堿三部分構(gòu)成三部分構(gòu)成戊戊

5、 糖糖基基 本本 堿堿 基基核酸中也存在核酸中也存在一不常見的稀有一不常見的稀有堿基，稀有堿基堿基，稀有堿基的種類很多，大的種類很多，大部分是上述堿基部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。的甲基化產(chǎn)物。tRNAtRNA中含有較中含有較多的稀有堿基。多的稀有堿基。u嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，在紫外區(qū)有吸收（在紫外區(qū)有吸收（260 nm260 nm左右）。左右）。DNADNA、RNARNA組成異同組成異同胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOH

6、HOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2嘌呤（嘌呤（N N9 9-H-H）或嘧啶（）或嘧啶（N N1 1-H-H）與糖（）與糖（C C1 1）上半）上半縮醛羥基脫水縮合而成的化合物。糖與堿基之縮醛羥基脫水縮合而成的化合物。糖與堿基之間的間的C-NC-N鍵，稱為鍵，稱為C-NC-N糖苷鍵。糖苷鍵。（含有稀有堿基或稀有核糖或連接方式不同）（含有稀有堿基或稀有核糖或連接方式不同）稀有核苷稀有核苷四、核苷酸四、核苷酸( (ribonucleotide) )核苷和磷酸以核苷和磷酸以磷酸酯鍵磷酸酯鍵連接形成的化合物連接形成的化合物DNADNA中常見核苷酸中常見核苷酸RNARNA中常見核苷

7、酸中常見核苷酸核苷酸的其他形式核苷酸的其他形式u核苷多磷酸（核苷多磷酸（NDPNDP、NTP)NTP)u環(huán)化核苷酸（環(huán)化核苷酸（cAMPcAMP、cGMPcGMP等）等）u輔酶或輔基類核苷酸（輔酶或輔基類核苷酸（NADNAD、NADPNADP、 FADFAD、CoACoA等，均含有等，均含有AMPAMP）u活性代謝物（活性代謝物（UDPGUDPG、CDP-CDP-膽堿，等）膽堿，等）腺苷多磷酸腺苷多磷酸核酸鏈核酸鏈一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（一）核酸的一級結(jié)構(gòu)（一）核酸的一級結(jié)構(gòu)（primary structure）u一一級結(jié)構(gòu)是指核酸分子

8、中核苷酸的排列順序及連接方級結(jié)構(gòu)是指核酸分子中核苷酸的排列順序及連接方式。核苷酸的排列順序代表了遺傳信息。式。核苷酸的排列順序代表了遺傳信息。1 1、核苷酸的連接方式：、核苷酸的連接方式： 3 3 , 5, 5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵2 2、核酸的基本結(jié)構(gòu)形式：多核苷酸鏈、核酸的基本結(jié)構(gòu)形式：多核苷酸鏈 末端：末端： 5 5 端、端、 3 3 端端 多核苷酸鏈的方向：多核苷酸鏈的方向： 55端端33端端( (由左至右由左至右) ) 3 3、表示方法：結(jié)構(gòu)式、線條式、文字式、表示方法：結(jié)構(gòu)式、線條式、文字式一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)核酸一級結(jié)構(gòu)的表示法核酸一級結(jié)構(gòu)的表示法u堿基組成分

9、析堿基組成分析Chargaff 規(guī)則：規(guī)則： A A = = T T ； G G = = C C u堿基的理化數(shù)據(jù)分析：堿基的理化數(shù)據(jù)分析：A-TA-T、G-CG-C以以氫鍵氫鍵配配對較合理對較合理uDNADNA纖維的纖維的X-X-線衍射圖譜分析線衍射圖譜分析 1 1、DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景（二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)堿基組成規(guī)則堿基組成規(guī)則(Chargaff(Chargaff規(guī)則規(guī)則) )nA=TA=T，G=CG=C； A+G=T+C(A+G=T+C(嘌呤與嘧啶的

10、總數(shù)相等嘌呤與嘧啶的總數(shù)相等) )n有種屬特異性，無組織、器官特異性有種屬特異性，無組織、器官特異性可用不對稱比率可用不對稱比率A+T/G+CA+T/G+C的相近程度表示種的相近程度表示種間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近。 n不受年齡、營養(yǎng)、性別及其他環(huán)境等影響不受年齡、營養(yǎng)、性別及其他環(huán)境等影響 （二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)u19531953年年2 2月月2828日，日，DNADNA的的雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型誕生了。誕生了。u雙螺旋結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNADNA二級結(jié)二級結(jié)

11、構(gòu)的最基本形式。構(gòu)的最基本形式。（1 1）DNADNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈( (簡稱簡稱DNADNA單鏈單鏈) )組成。兩條鏈沿著同一中心軸平行盤繞，形成組成。兩條鏈沿著同一中心軸平行盤繞，形成右手螺旋。右手螺旋。（二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)2 2、DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)（double helix model）的特點(diǎn)）的特點(diǎn)右手性的定義示意圖。大姆指指向軸向，其他四、右手性的定義示意圖。大姆指指向軸向，其他四、指由掌根向指尖方向表示螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)方向

12、。指由掌根向指尖方向表示螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 杭州植物園杭州植物園百草園中一株人百草園中一株人為左手性的常青為左手性的常青油麻藤油麻藤( ( Mucuna Mucuna sempervirenssempervirens ) )，被纏繞的被纏繞的“植物植物”是一根人造的水是一根人造的水泥柱。泥柱。 北京育新花園一株本來應(yīng)北京育新花園一株本來應(yīng)當(dāng)是右手性的紫藤，在幼當(dāng)是右手性的紫藤，在幼苗期工作人員可能強(qiáng)行以苗期工作人員可能強(qiáng)行以左手螺旋的方式編織使其左手螺旋的方式編織使其上爬。但是天性是不容易上爬。但是天性是不容易改變的，等到這棵紫藤長改變的，等到這棵紫藤長高了，沒人管時(shí)，它又恢高了，沒人管時(shí)，它又恢

13、復(fù)了右手性的本性。復(fù)了右手性的本性。 （2 2）嘌呤和嘧）嘌呤和嘧啶堿基位于螺啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖酸和脫氧核糖基位于螺旋外基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平直，糖基環(huán)平面與中軸平行。面與中軸平行。（二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)2 2、DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)（double helix model）的特點(diǎn)）的特點(diǎn)（3 3）螺旋橫截面）螺旋橫截面的直徑約為的直徑約為2nm2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離

14、基平面之間的距離為為0.34 nm0.34 nm，每，每1010個(gè)堿基對（個(gè)堿基對（bpbp）形）形成一個(gè)螺旋，其螺成一個(gè)螺旋，其螺矩（為矩（為3.4 nm3.4 nm）。）。（二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)2 2、DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)（double helix model）的特點(diǎn)）的特點(diǎn)（二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（4 4）維持兩條）維持兩條DNADNA鏈相互結(jié)鏈相互結(jié)合的力是鏈間堿基

15、對形成的合的力是鏈間堿基對形成的氫鍵。堿基結(jié)合具有嚴(yán)格的氫鍵。堿基結(jié)合具有嚴(yán)格的配對規(guī)律配對規(guī)律:A:A與與T T結(jié)合，結(jié)合，G G與與C C結(jié)結(jié)合，這種配對關(guān)系，稱為堿合，這種配對關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)?；パa(bǔ)。A A和和T T之間形成兩個(gè)之間形成兩個(gè)氫鍵，氫鍵，G G與與C C之間形成三個(gè)氫之間形成三個(gè)氫鍵。在鍵。在DNADNA分子中，嘌呤堿基分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基總數(shù)相等。的總數(shù)與嘧啶堿基總數(shù)相等。2 2、DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)（double helix model）的特點(diǎn)）的特點(diǎn)（5 5）螺旋表面形成大）螺旋表面形成大溝溝(major groove)(major gr

16、oove)及小及小溝溝(minor groove)(minor groove)，彼，彼此相間排列。小溝較淺；此相間排列。小溝較淺；大溝較深，是蛋白大溝較深，是蛋白質(zhì)識(shí)別質(zhì)識(shí)別DNADNA堿基序列的堿基序列的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。（二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)2 2、DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（雙螺旋結(jié)構(gòu)（double helix model）的特點(diǎn)）的特點(diǎn)3 3、影響、影響DNADNA雙螺旋穩(wěn)定性的因素雙螺旋穩(wěn)定性的因素u堿基堆積力堿基堆積力（由疏水作用力和范德華力構(gòu)成）（由疏水作用力和范德華力構(gòu)成） 堆積的堿

17、堆積的堿基使雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一個(gè)強(qiáng)大的疏水區(qū)，與介質(zhì)中的基使雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一個(gè)強(qiáng)大的疏水區(qū)，與介質(zhì)中的水分子隔開，有利于互補(bǔ)堿基間形成氫鍵。水分子隔開，有利于互補(bǔ)堿基間形成氫鍵。堿基堆積力維堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。持雙鏈縱向穩(wěn)定性。u氫鍵氫鍵 互補(bǔ)堿基對供氫體（氨基、羥基）與受氫體（酮基、互補(bǔ)堿基對供氫體（氨基、羥基）與受氫體（酮基、亞氨基）之間形成。亞氨基）之間形成。氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性。氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性。u帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)的靜電斥力帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)的靜電斥力 不利于雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)不利于雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定定u堿基分子內(nèi)能堿基分子內(nèi)能 改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋

18、改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。（二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)u堿基堆積力堿基堆積力 （即疏水作用力和范德華力）（即疏水作用力和范德華力）u氫鍵氫鍵 u離子鍵離子鍵 磷酸基團(tuán)上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽離子之間形磷酸基團(tuán)上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽離子之間形成離子鍵，減少雙鏈間的靜電排斥力。成離子鍵，減少雙鏈間的靜電排斥力。提純的提純的DNADNA保存在低溫、鹽溶液條件下保存在低溫、鹽溶液條件下維持維持DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的力雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的力4 4、DNADNA二級結(jié)構(gòu)的多態(tài)性

19、二級結(jié)構(gòu)的多態(tài)性在多核苷酸鏈中，脫氧核糖的五員環(huán)能折疊成多種在多核苷酸鏈中，脫氧核糖的五員環(huán)能折疊成多種構(gòu)象，此外，分子還可繞構(gòu)象，此外，分子還可繞C CN N糖苷鍵糖苷鍵以及以及3 3 , 5, 5 一一磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵旋轉(zhuǎn)一定的角度，這就使具有同樣堿基旋轉(zhuǎn)一定的角度，這就使具有同樣堿基配對的配對的DNADNA雙螺旋可以采取另一些構(gòu)象，雙螺旋可以采取另一些構(gòu)象，DNADNA構(gòu)象上構(gòu)象上這種差異稱為這種差異稱為多態(tài)性多態(tài)性。 （二）（二）DNADNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)uB-DNA B-DNA （相對濕度為

20、相對濕度為92%92%時(shí)時(shí)DNADNA的構(gòu)象）的構(gòu)象）uA-DNA A-DNA ( (相對濕度為相對濕度為75%75%時(shí)時(shí)B-DNAB-DNA就轉(zhuǎn)變成就轉(zhuǎn)變成A-DNAA-DNA）uC-DNA C-DNA ( (相對濕度為相對濕度為66%66%時(shí)就轉(zhuǎn)變成時(shí)就轉(zhuǎn)變成C-DNAC-DNA）uZ-DNA Z-DNA （左手雙螺旋，在基因表達(dá)調(diào)控及基因重組（左手雙螺旋，在基因表達(dá)調(diào)控及基因重組 方面有重要作用）方面有重要作用）uH-DNA H-DNA ( (三鏈三鏈DNADNA，可能與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)，可能與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)) )DNADNA二級結(jié)構(gòu)的多態(tài)性二級結(jié)構(gòu)的多態(tài)性 RNA-DNARNA-DN

21、A雜交雙鏈以及雜交雙鏈以及RNARNA雙螺旋區(qū)具有與雙螺旋區(qū)具有與A ADNADNA相似的結(jié)構(gòu)。相似的結(jié)構(gòu)。 A-DNAB-DNAC-DNAZ-DNA螺旋手性螺旋手性右手右手右手右手右手右手左手左手直徑直徑nmnm2.31.91.91.8bp/bp/螺旋螺旋11109.3312螺距螺距2.83.43.14.5堿基對間距堿基對間距0.2560.340.3320.371bpbp面間轉(zhuǎn)角面間轉(zhuǎn)角 333638.660/2DNADNA構(gòu)象的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)象的結(jié)構(gòu)參數(shù)一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（三）（三）DNADNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)雙螺旋進(jìn)一步扭曲雙螺旋進(jìn)一步扭曲, ,形成一種比雙螺旋更高

22、層次形成一種比雙螺旋更高層次的空間構(gòu)象。包括：線狀的空間構(gòu)象。包括：線狀DNADNA形成的紐結(jié)、超螺形成的紐結(jié)、超螺旋和多重螺旋、環(huán)狀旋和多重螺旋、環(huán)狀DNADNA形成的結(jié)、超螺旋和連形成的結(jié)、超螺旋和連環(huán)等。環(huán)等。u共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋分子共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋分子u超螺旋結(jié)構(gòu)：雙螺旋基礎(chǔ)上超螺旋結(jié)構(gòu)：雙螺旋基礎(chǔ)上的螺旋化的螺旋化正超螺旋正超螺旋( (positive supercoil):):擰緊雙螺旋時(shí)形成正超螺旋擰緊雙螺旋時(shí)形成正超螺旋負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋( (negative supercoil):):擰松雙螺旋會(huì)形成負(fù)超螺旋。擰松雙螺旋會(huì)形成負(fù)超螺旋。（自然狀態(tài)，減少內(nèi)部張力，（自然狀態(tài)

23、，減少內(nèi)部張力，利于解旋。）利于解旋。） 1 1、原核生物、原核生物一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（三）（三）DNADNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)2 2、DNADNA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)的組裝核小體核小體( (nucleosome) )： 由由DNADNA和組蛋白構(gòu)成。和組蛋白構(gòu)成。u組蛋白核心：組蛋白核心：H2BH2B， H2A, H2A, H3, H4H3, H4 各兩分子。各兩分子。uDNADNA：以左手超螺旋纏繞：以左手超螺旋纏繞在組蛋白上在組蛋白上( (繞約繞約1.751.75圈）圈）uH1H1組蛋白在核小體之間組蛋白在核小體之間u核小體直徑核小體直徑11

24、nm11nm一、一、DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（三）（三）DNADNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)RNARNA的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)uRNARNA是單鏈分子，因此在是單鏈分子，因此在RNARNA分子中，分子中，嘌呤的嘌呤的總數(shù)不一定等于嘧啶的總數(shù)總數(shù)不一定等于嘧啶的總數(shù)。uRNARNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成單鏈突環(huán)。不能形成雙螺旋的部分，則形成單鏈突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)稱為這種結(jié)構(gòu)稱為“發(fā)夾型發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。u在在RNARNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對不象的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配

25、對不象 DNADNA中嚴(yán)格。中嚴(yán)格。G G除了可以和除了可以和C C配對外，也可以和配對外，也可以和U U配對配對。G-UG-U配對形成的氫鍵較弱。配對形成的氫鍵較弱。utRNAtRNA中還存在一些稀有堿基，這類堿基大部中還存在一些稀有堿基，這類堿基大部分位于突環(huán)部分。分位于突環(huán)部分。1 1、tRNAtRNA的一級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（一）（一）tRNAtRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能u含含 10-20%10-20% 稀有堿基稀有堿基，如，如DHU;DHU;u3 3 末端為末端為CCA-OH;CCA-OH;u5 5 末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G;G;u具

26、有具有T T C;C; u氨基酸臂氨基酸臂uDHUDHU環(huán)環(huán)u反密碼環(huán)反密碼環(huán)u額外環(huán)額外環(huán)uTCTC環(huán)環(huán)2 2、tRNAtRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu) 三葉草形三葉草形二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（一）（一）tRNAtRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能3 3、tRNAtRNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)倒倒L L型型二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（一）（一）tRNAtRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。4 4、tRNAtRNA的功能的功能二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（二）（二）tRNAtRN

27、A的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（二）（二）rRNArRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能u結(jié)構(gòu)：基本上都是結(jié)構(gòu)：基本上都是由部分雙螺旋與部由部分雙螺旋與部分突環(huán)相間排列而分突環(huán)相間排列而成。成。urRNArRNA的功能的功能: :組成組成核蛋白體，作為蛋核蛋白體，作為蛋白質(zhì)合成的場所白質(zhì)合成的場所（三）（三）mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能mRNAmRNA種類繁多，含量低，半衰期短，分子種類繁多，含量低，半衰期短，分子大小不一，可形成鏈內(nèi)發(fā)夾結(jié)構(gòu)。細(xì)胞在大小不一，可形成鏈內(nèi)發(fā)夾結(jié)構(gòu)。細(xì)胞在發(fā)育的不同時(shí)期存在不同種類的發(fā)育的不同時(shí)期存在不同種類的mRNAmR

28、NA。二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（三）（三）mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能1 1、原核生物、原核生物mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物原核生物mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在同一空間，且轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在同一空間，且兩個(gè)過程幾乎是同時(shí)的。兩個(gè)過程幾乎是同時(shí)的。mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄后一般不需轉(zhuǎn)錄后一般不需加工和修飾，直接進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯。加工和修飾，直接進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯。原核生物的原核生物的mRNAmRNA結(jié)構(gòu)簡單，一條結(jié)構(gòu)簡單，一條mRNAmRNA往往含往往含有幾個(gè)功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的編碼序列，可翻有幾個(gè)功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的編碼序列，可翻譯出幾種蛋白質(zhì)，為多順反子。譯出幾種

29、蛋白質(zhì)，為多順反子。二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（三）（三）mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能2 2、真核生物、真核生物mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNAmRNA由其前體由其前體核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNARNA（hnRNA)hnRNA)剪接并經(jīng)修飾后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)參與蛋剪接并經(jīng)修飾后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)參與蛋白質(zhì)的合成，因此轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在不同的白質(zhì)的合成，因此轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在不同的時(shí)間和空間。時(shí)間和空間。真核生物真核生物mRNAmRNA為單順反子結(jié)構(gòu)，即一個(gè)為單順反子結(jié)構(gòu)，即一個(gè)mRNAmRNA分子只包含一條多肽鏈的信息。分子只包含一條多肽鏈的信息。二、二、RN

30、ARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)（三）（三）mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能2 2、真核生物、真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)u 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNAmRNA的的5 5 末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)個(gè)7-7-甲基鳥苷甲基鳥苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C C 2 2也甲基也甲基化，形成化，形成帽子結(jié)構(gòu)：帽子結(jié)構(gòu)：m m7 7GpppNGpppNm m- -。u 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNAmRNA的的3 3 末端有一個(gè)末端有一個(gè)多聚腺苷酸多聚腺苷酸( (polyA) ) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，稱為，稱為多聚多聚A A尾尾。二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)帽

31、子結(jié)構(gòu)和帽子結(jié)構(gòu)和多聚多聚A A尾的功能尾的功能3 3、mRNAmRNA的功能的功能 （三）（三）mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)把把DNADNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對原則所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白，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。質(zhì)的氨基酸排列順序。（四）其他小分子（四）其他小分子RNARNA及及RNARNA組學(xué)組學(xué)u種類：核內(nèi)小種類：核內(nèi)小RNA；核仁??；核仁小RNA；胞質(zhì)??；胞質(zhì)小RNA；催化性小催化性小RNA；小片段干涉；小片段干涉 RNAu功能：參與功

32、能：參與hnRNAhnRNA和和rRNArRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。ncRNA在在基因表達(dá)以及應(yīng)激信號傳導(dǎo)等方面起著重要的調(diào)節(jié)作基因表達(dá)以及應(yīng)激信號傳導(dǎo)等方面起著重要的調(diào)節(jié)作用。因此，有人也將其稱為調(diào)節(jié)用。因此，有人也將其稱為調(diào)節(jié)RNARNA（regulatory regulatory RNARNA）。）。 二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)除了上述三種除了上述三種RNARNA外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子他種類的小分子RNARNA，統(tǒng)稱為，統(tǒng)稱為非非mRNA,mRNA,小小RNA (small non-messenger RNAs,

33、snmRNAs),),或非編碼蛋白質(zhì)的或非編碼蛋白質(zhì)的RNA(non-coding RNA, ncRNA) 。RNA組學(xué)（組學(xué)（RNomics） : :（四）其他小分子（四）其他小分子RNARNA及及RNARNA組學(xué)組學(xué)二、二、RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)RNARNA組學(xué)研究細(xì)胞中組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAssnmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和的種類、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一功能。同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAssnmRNAs的表的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。 一、一般性質(zhì)一、一般性質(zhì)二、紫

34、外吸收二、紫外吸收三、變性、復(fù)性、分子雜交三、變性、復(fù)性、分子雜交1 1、提純的、提純的DNADNA為白色纖維狀固體，為白色纖維狀固體，RNARNA為白色粉末，為白色粉末，兩者都微溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑。兩者都微溶于水，不溶于一般有機(jī)溶劑。2 2、DNADNA分子由于直徑小而長度大，因此溶液粘度極分子由于直徑小而長度大，因此溶液粘度極高，高，RNARNA分子粘度則小得多。分子粘度則小得多。3 3、溶液中的核酸在引力場中可以下沉，沉降速度、溶液中的核酸在引力場中可以下沉，沉降速度與分子量和分子構(gòu)象有關(guān)?？捎贸匐x心技術(shù)測與分子量和分子構(gòu)象有關(guān)?？捎贸匐x心技術(shù)測定核酸的沉降常數(shù)。定核酸的沉降

35、常數(shù)。4 4、核酸是兩性電解質(zhì)，因磷酸的酸性強(qiáng)，常表現(xiàn)、核酸是兩性電解質(zhì)，因磷酸的酸性強(qiáng)，常表現(xiàn)酸性。由于核酸分子在一定酸度的緩沖液中帶有酸性。由于核酸分子在一定酸度的緩沖液中帶有電荷，因此可利用電泳進(jìn)行分離和研究其特性。電荷，因此可利用電泳進(jìn)行分離和研究其特性。最常用的是凝膠電泳。最常用的是凝膠電泳。一、一般性質(zhì)一、一般性質(zhì)二、紫外吸收二、紫外吸收二、紫外吸收二、紫外吸收減色效應(yīng)：核酸的光吸收值常比其各核苷酸減色效應(yīng)：核酸的光吸收值常比其各核苷酸成分的光吸收值之和少成分的光吸收值之和少303040%40%，這是在有規(guī)，這是在有規(guī)律的雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基緊密地堆積在一起造律的雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基緊密地

36、堆積在一起造成的。成的。u核酸最大吸收波長：核酸最大吸收波長：260nm260nmn 核酸定性、定量分析核酸定性、定量分析OD260OD260的應(yīng)用的應(yīng)用1 1、DNADNA或或RNARNA的定量的定量 OD260=1.0OD260=1.0相當(dāng)于相當(dāng)于50g/mL50g/mL雙鏈雙鏈DNADNA；40g/mL40g/mL單單鏈鏈DNADNA（或（或RNARNA）；）；20g/mL20g/mL寡核苷酸。寡核苷酸。2 2、判斷核酸樣品的純度、判斷核酸樣品的純度DNADNA純品純品: OD260/OD280 = 1.8: OD260/OD280 = 1.8RNARNA純品純品: OD260/OD28

37、0 = 2.0: OD260/OD280 = 2.0 三、變性、復(fù)性、分子雜交三、變性、復(fù)性、分子雜交1 1、DNADNA變性（變性（DNA denaturation）方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺方法：過量酸，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。以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。DNADNA變性是指在理化因素作用下，變性是指在理化因素作用下，DNADNA分子中的氫鍵分子中的氫鍵斷裂，堿基堆積力遭到破壞，雙螺旋結(jié)構(gòu)解體，雙斷裂，堿基堆積力遭到破壞，雙螺旋結(jié)構(gòu)解體，雙鏈分開形成單鏈的過程。鏈分開形成單鏈的過程。核酸變性并不涉及共價(jià)鍵的斷裂，共價(jià)鍵（核酸變性并不涉及共價(jià)鍵的斷裂，共價(jià)鍵（3 3 , 5, 5 磷酸二酯鍵）的斷裂稱為核酸的降解。磷酸二酯鍵）的斷裂稱為核酸的降解。uDNADNA變性的本質(zhì)是變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂雙鏈間氫鍵的斷裂DNADNA變性變性u增色效應(yīng)：增色效應(yīng)：DNADNA變性時(shí)其溶液變性時(shí)其溶液ODOD260260增高的現(xiàn)象。增高的現(xiàn)象。熔解溫度（熔解溫度（melting temperature,Tm）：）：DNADNA熱變性過熱變性過程中，紫外吸收達(dá)到最大值的一半時(shí)溶液的溫度稱為程中，紫外吸收達(dá)到最大值的一半時(shí)溶液的溫度稱為熔解溫度（熔解溫度（T