生物化學第3章 核酸課件

1、第3章核 酸3.1 核酸的組成成分 3.1.1 戊糖 3.1.2 含氮堿 3.1.3 核苷 3.1.4 核苷酸3.2 核酸的一級結構3.3 DNA的二級結構 3.3.1 雙螺旋結構模型和試驗依據(jù) 3.3.2 DNA雙螺旋結構模型的要點 3.3.3 DNA二級結構的其他類型3.4 DNA的高級結構 3.4.1 環(huán)狀DNA的超螺旋結構 3.4.2 真核生物染色體的結構3.5 DNA和基因組 3.5.1 基因和基因組概念 3.5.2 病毒和細菌基因組的持點 3.5.3 真核生物基因組的特點3.6 RNA的結構和功能 3.6.1 tRNA 3.6.2 rRNA 3.6.3 mRNA和hnRNA 3.6

2、.4 sn RNA和snoRNA 3.6.5 asRNA和 RNAi3.7 核酸的性質 3.7.1 一般理化性質 3.7.2 紫外吸收性質 3.7.3 核酸結構的穩(wěn)定性 3.7.4 核酸的變性 3.7.5 核酸的復性 3.7.6 核酸的分子雜交3.8 核酸的序列測定1. 核酸的發(fā)現(xiàn)（閱讀）1868年瑞士青年科學家F.Miescher由膿細胞分離得到細胞核，并從中提取出一種含磷量很高的酸性化合物，稱核素（nuclein），即現(xiàn)在所知的DNA。 Miescher被認為是細胞核化學的創(chuàng)始人和DNA的發(fā)現(xiàn)者；Miescher的工作移其繼任者所繼續(xù)。如，R.Altmann發(fā)展了從酵母和動物組織中制備不含

3、蛋白質的核酸的方法，核酸這個名稱就是由Altmann在1889年最先提出來的；（待續(xù)）胸腺的細胞核特別大，酵母的細胞質很豐富，這是兩種提取核酸的極好來源，因此這兩種核酸也就研究得最多。O.Hammars于1894年證明酵母核酸中的糖是戊糖，15年后由P.A.Levene和W.A.Jacobs鑒定是D-核糖。曾認為胸腺核酸中的糖是已糖，直至1929年才由Levene和Jacobs確定為2-脫氧-D-核糖；兩類核酸的堿基也有差別，在19世紀末和20世紀初分別得到鑒定，但對它們化學本質的差別還不清楚。Levene在鑒定核酸中的糖以及闡明核苷酸的化學鍵中作出了重要貢獻，但他的“四核苷酸假說”嚴重阻礙核

4、酸研究達30年之久。1912年他提出核酸中含有等量的4種核苷酸，核酸是由四核苷酸單位聚合而成。按照此假說，核酸只是一種簡單的高聚物，從而使生物學家失去對它的關注。（待續(xù)） 理論研究的重大發(fā)展往往首先從技術上的突破開始。20世紀40年代，T.Caspersson的顯微紫外分光光度研究，J.Brachet的組織化學實驗，A.L.Dounce的亞細胞部分的分離以及J.N.Davidson的化學分析結果都有力證明DNA存在于細胞核，RNA存在于細胞質，它們都是動物、植物和細菌細胞共同的重要組成成分。堿基成分的精確測定推翻了“四核苷酸假說”，并證明了核酸的高度特異性。3. DNA雙螺旋結構模型的建立（閱

5、讀）20世紀上半葉，數(shù)理學科進一步滲入生物學。生物化學本身是一門交叉學科，也就成為數(shù)理學科與生物學之間的橋梁。數(shù)理學科的滲入不僅帶來了新的理論和思想方法，而且引入了許多新的技術和實驗方法。1953年J.D.Watson和F.Crick提出DNA雙螺旋結構模型,就是在學科融合的背景下產生的。該模型的提出被認為是20世紀自然科學中最偉大的成就之一，它給生命科學帶來深遠的影響，并為分子生物學的發(fā)展奠定了基礎。（待續(xù)）20世紀50年代許多實驗室對DNA雙螺旋結構模型進行驗證。1956年A.Kornberg發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶可用以在體外復制DNA。1958年Crick總結了當時分子生物學的成果，提出了“中

6、心法則”（centraldogma），即遺傳信息從DNA傳到RNA，再傳到蛋白質，一旦傳給蛋白質就不再轉移。每當DNA研究取得理論上或技術上的重大進展，都會帶動RNA研究出現(xiàn)一個高潮：（待續(xù)）4. 生物技術的興起（閱讀）20世紀70年代前期誕生了DNA重組技術(DNA recombinant technology），這一技術系統(tǒng)是在三項關鍵技術的基礎上建立起來的：DNA切割技術、分子克隆和快速測序；W.Arber最早發(fā)現(xiàn)細菌細胞存在DNA限制性內切酶，1970年H.O.Smith分離純化出特異的限制酶，次年D.Nathans用限制酶切割DNA繪制出酶切位點的圖譜，即限制圖譜；DNA的特異切割使

7、得分離基因或基因片段成為可能。許多DNA修飾酶（DNA連接酶、DNA聚合酶、逆轉錄酶等）被用于基因操作，這些酶統(tǒng)稱為工具酶。（待續(xù)）將DNA重組技術用于改變生物機體的性狀特征、改造基因、以至改造物種統(tǒng)稱為基因工程或遺傳工程(genetic engineering)。工程一詞用于表示對基因的分子施工。在DNA重組技術的帶動下又發(fā)展出分子水平、細胞水平和個體水平的各種生物技術和生物工程。DNA重組技術的出現(xiàn)，被認為是分子生物學的第二次革命，它改變了分子生物學的面貌，并導致一個新的生物技術產業(yè)群的興起。（待續(xù)）80年代RNA研究出現(xiàn)了第二個高潮，取得了一系列生命科學研究領域最富挑戰(zhàn)性的成果。1981

8、年T.Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA前體能夠通過自我拼接切除內含子，表明RNA也具有催化功能，稱為核酶(ribozyme)，這是對“酶一定是蛋白質”的傳統(tǒng)觀點一次大的沖擊。1983年R.Simons等以及T.Mizuno等分別發(fā)現(xiàn)反義RNA(antisense RNA)，表明 RNA還具有調節(jié)功能。1987年R.Weiss論述了核糖體移碼，說明遺傳信息的解碼是可以改變的。許多傳統(tǒng)觀點被打破，RNA已成為最活躍的研究領域之一。5. 人類基因組計劃開辟了生命科學新紀元（閱讀）1986年，著名生物學家、諾貝爾獎獲得者H.Dulbecco在Science雜志上率先提出“人類基因組計劃”(簡稱HGP)。人類

9、細胞有23對染色體，單倍體基因組大約有3109堿基對，完成人類基因組DNA全序列測定的意義十分明顯,人類對自己遺傳信息的認識將有益于人類健康、醫(yī)療、制藥、人口、環(huán)境等諸多方面，并且對生命科學也將有極大貢獻，但投入大量人力、物力、時間去完成這項工作是否值得？其間還可能遇到許多事先想象不到的問題。 （待續(xù)）經(jīng)過3年多的激烈爭論，1990年10月美國政府決定出資30億美元，用15年時間(19912005年)完成“人類基因組計劃”。該計劃是生物學有史以來最巨大和意義深遠的一項科學工程，它首先在美國啟動，并很快得到國際科學界的重視，英國、日本、法國、德國和中國科學家先后加入這個國際合作計劃。中國是在19

10、99年加入的，承擔了1的測序任務。由于技術上的突破，計劃進度一再提前，全序列的測定現(xiàn)已基本完成。一些低等生物的DNA全序列也已陸續(xù)被測定。生命科學已經(jīng)進入了后基因組時代(postgenome era)。（待續(xù)）在后基因組時代，科學家們的研究重心已從揭示基因組DNA的序列轉移到在整體水平上對基因組的研究。這種轉向的第一個標志就是產生了一門稱為功能基因組學(functional genomics)的新學科。但是，生物功能是通過蛋白質來體現(xiàn)的，蛋白質有其自身活動規(guī)律，僅僅從基因角度來研究是不夠的。因此，在功能基因組學的基礎上產生了蛋白質組學(proteomics，在整體水平上研究細胞內蛋白質組分及其

11、活動規(guī)律的學科) 。（完） 核酸的概念和重要性核酸（nucleic aid）：是重要的生物大分子，是生物化學與分子生物學研究的重要對象和領域；生物的特征由生物大分子決定；生物分子之間以及其它分子之間的相互作用決定了一切生命活動；核酸的類別和分布（1）DNA：是遺傳信息的主要載體，任何一種生物體細胞都具有發(fā)育成完整生物的全套遺傳信息；基因（遺傳的最小功能單位）：是DNA分子的一個片段，一個細胞的所有基因組合在一起成為“基因組”；（2）RNA（3種： mRNA、tRNA、rRNA）：RNA在蛋白質生物合成中起重要作用；在為生長和分泌而進行蛋白質生物合成的細胞中含量特別豐富 ；3種RNA的功能（1）

12、 mRNA：信使RNA，約占細胞RNA的5%；功能：轉錄DNA上的遺傳信息并指導蛋白質的生物合成。每一種蛋白質有一種相應的mRNA，因此細胞中含有多種不同的mRNA，且分子大小不一致；mRNA常在細胞質中與核糖體結合；（2）tRNA：轉運RNA（或受體RNA），約占細胞RNA的 15%；功能：在蛋白質生物合成過程中作為氨基酸的受體，攜帶活化的氨基酸到生長中肽鏈的正確位置，起轉移氨基酸作用；tRNA主要存在于細胞質的非顆粒部分；（3）rRNA：核糖體RNA， 存在于核糖體內，約占細胞RNA的80%；與蛋白質共同組成復合體，蛋白質由兩個大小不同的亞基（30S和50S）組成；功能：蛋白質生物合成場所

13、；2. 分布 3.1 核酸的組成成分 P64 3.1.1 戊糖 P64（1）DNA中的核糖是脫氧核糖；RNA中的核糖是核糖；（2）核酸中核糖環(huán)碳的編號： 碳位數(shù)上加一撇； 3.1.2 含氮堿 P67五種堿基：P66：圖3-5，3-6核酸中堿基環(huán)編號嘌呤堿和嘧啶堿性質簡介（閱讀）1. 含酮基的嘧啶堿和含酮基的嘌呤堿皆有酮式和烯醇式互變異構現(xiàn)象，且處于平衡狀態(tài)；（圖3-6） 互變異構是導致基因突變的原因之一；2. 堿基分子中皆有共軛雙鍵(-CH=CH-CH=CH-)，在240290nm的紫外波段有強烈吸收峰；不同堿基有不同吸收性，可用紫外分光光度計對其定量和定性測定；3. 兩種堿基較穩(wěn)定，不被稀酸

14、、稀堿破壞，可與苦味酸結為晶體，嘌呤堿還可被銀鹽沉淀；這些性質用于兩種堿的分離和鑒定； 3.1.3 核苷 P66核酸經(jīng)核酸酶水解得到核苷酸；核苷酸經(jīng)核苷酸酶水解得到核苷和磷酸；經(jīng)用X-射線衍射分析證實（下頁圖）：（1） 嘌呤核苷： 由嘌呤第9位N與核糖或脫氧核糖第1位碳經(jīng)糖苷鍵相連 成核苷；（2）嘧啶核苷： 由嘧啶第1位N與糖第1位碳經(jīng)糖苷鍵相連成核苷； 腺嘌呤核苷和尿嘧啶核苷 核苷的類別3.1.4 核苷酸 P67核苷酸：是核苷的磷酸酯；核苷酸組成：堿基 + 核糖或脫氧核糖 + 磷酸；核苷糖基的第2、3或第5位和脫氧核苷糖基的第3或第5位上的羥基皆可分別磷酸酯化，產生不同的核苷酸異構體；天然核

15、酸只有5-核糖磷酸酯； （1）核苷酸的結構和功能P67 圖3-8 核苷酸的重要衍生物 P67生物體內的自由核苷5-磷酸進一步磷酸化，產生核苷二磷酸和核苷三磷酸等衍生物（圖2-4）；生理上較重要核苷酸衍生物： ADP（腺苷二磷酸）， ATP（腺苷三磷酸）， GTP（鳥苷三磷酸）， UDP（尿苷二磷酸）， CTP（胞苷三磷酸）。上述重要核苷酸衍生物的主要生理功能 ADP、ATP與機體能量轉換有關； GTP參與蛋白質和腺嘌呤生物合成； UDP參與糖的互變作用； CTP在磷脂的生物合成中起主要作用； ADP和ATP結構式（記?。〢TP、ADP是生物體內眾多高能磷酸化合物中最重要的兩種；高能鍵高能鍵高能

16、鍵（2） 核苷酸的性質 P68核苷酸的性質將帶入到核酸中；一般物理性質： 無色粉末或結晶，易溶于水，不溶于有機溶劑，具旋光性,在酸性溶液中不穩(wěn)定，易破壞，在中性及堿性溶液中很穩(wěn)定；互變異構現(xiàn)象： 同堿基，有酮式和烯醇式互變異構現(xiàn)象, 在體內核酸結構中酮式占優(yōu)勢（對于核酸分子中氫鍵的形成很重要）；紫外吸收: 同堿基。核苷及核苷酸在240290nm波段有一強烈吸收峰，最大吸收值在260nm附近。不同核苷酸有不同的紫外吸收曲線，可用紫外分光光度法對核苷酸定性和定量測定；核苷酸的兩性解離和等電點: 核苷酸分子既含磷酸基，又含堿基，是兩性電解質，在不同pH值的溶液中解離程度不同，在一定條件下可形成兩性離

17、子，有等電點；3.2 核酸的一級結構（一）P70 核酸的連接方式和蛋白質一樣，核酸有一級、二級和三級結構；核苷酸序列是核酸的一級結構（共價結構） ； 核酸中的核苷酸以磷酸二酯鍵（共價鍵）彼此相連；見圖：P71 圖3-13核苷酸之間由哪兩個羥基之間形成磷酸二酯鍵DNA核糖上有2個羥基，RNA核糖上有3個羥基；由一個核苷酸的核糖或脫氧核糖第5位的磷酸與另一核苷酸的核糖或脫氧核糖第3位的OH 基相連成3, 5-磷酸二酯鍵；5 端和3端；3.3 DNA的二級結構 P72Watson and Crick提出了DNA的雙螺旋結構模型；3.3.1 雙螺旋結構模型的試驗依據(jù) P72 （1）X射線衍射數(shù)據(jù)（2）

18、關于堿基成對的證據(jù)（3）DNA的滴定曲線3.3.2 DNA雙螺旋結構模型要點 P73 DNA分子由兩條方向相反的平行多脫氧核苷酸鏈組成。每條鏈的骨干由磷酸二酯基通過3、5鍵與兩個核苷的呋喃型-D-脫氧核糖基連接而成； 兩條鏈上的堿基均在主鏈內側，一條鏈上的T與另一條鏈上的A配對，G與C配對，兩條鏈是互補的： 一條鏈上的堿基順序由另一條鏈上的堿基順序決定！這點在DNA的復制過程中具有極大的重要性； 兩條鏈由堿基對之間的氫鍵相連；A-T 和 C-G的連接 成對堿基大致處于同一平面，其平面與中心軸垂直，糖環(huán)平面與螺旋軸基本平行，磷酸基連在糖環(huán)外側，相鄰堿基對平面間距離0.34nm（電子云形成堿基堆積

19、力），堿基在螺旋內；DNA分子大?。河脡A基對（bp）表示； DNA分子表面形成連續(xù)的大溝和小溝；（P75圖3-19）多數(shù)天然DNA屬雙鏈DNA，某些病毒的為單鏈DNA；雙鏈DNA分子主鏈上的化學鍵受堿基配對等因素影響旋轉受到限制，使DNA分子比較剛硬，呈比較伸展結構。閱讀：DNA堿基組成的規(guī)律（Chargaff規(guī)則）1. 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等：A=T2. 鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)相等：G=C3. 嘌呤堿基的總數(shù)等于嘧啶堿基的總數(shù)：A+G=C+T4. 含氨基的堿基(A和C)總數(shù)等于含酮基的堿基（G和T）總數(shù)：A+C=G+T 5. 堿基的配對規(guī)律：一鏈的嘌呤與另一鏈的嘧啶堿相連,而且必須是A

20、與T相連，G與C相連；6. A和T之間由兩個氫鍵連接，G和C之間由3個氫鍵連接；每鏈可含有腺苷酸、鳥苷酸、胞苷酸及胸苷酸等4種核苷酸，但各種核苷酸的排列次序極復雜和多樣化；3.3.3 DNA二級結構的其他類型 P75DNA鏈中有不少單鍵可以旋轉，所以DNA會有不同的二級結構類型：Watson-Crick的DNA雙螺旋結構屬B型DNA；細胞內的DNA為A型DNA；有人工合成的DNA片段呈鋸齒形左手螺旋，稱Z-DNA；二重對稱結構（回文順序，反向重復順序） P76DNA分子中，在一個假想軸兩側，某些堿基序列之間有反向重復關系： 有些回文順序可以作為限制性內切酶識別位點，有些回 文順序形成的發(fā)卡結構

21、在轉錄的終止，或轉錄活性的調 控方面發(fā)揮重要作用。見P78圖3-22 3. 4 DNA的高級結構 P793.4.1 環(huán)狀DNA的超螺旋結構DNA在二級結構基礎上還可以產生三級結構；DNA的三級結構：指DNA分子（雙螺旋）通過扭曲和折疊所形成的特定構象 超螺旋結構；超螺旋：DNA三級結構的一種形式，是雙螺旋的螺旋；當DNA雙螺旋分子在溶液中以一定構象自由存在時，雙螺旋處于能量最低狀態(tài)松弛態(tài)。如使這種正常DNA分子額外多轉或少轉幾圈，會使雙螺旋中存在張力；當雙螺旋分子末端是開放的，這種張力可通過鏈的轉動而釋放，DNA恢復正常雙螺旋狀態(tài)；如果DNA分子兩端是固定的或是環(huán)狀分子，這種張力不能釋放，DN

22、A分子本身會發(fā)生扭曲以抵消張力，這種扭曲稱超螺旋； 3.4.2 真核生物染色體的結構 P80略。3.5 DNA和基因組 P81生物體的遺傳特征由DNA中特定的核苷酸序列決定；DNA通過自我復制合成出完全相同的分子，從而將遺傳信息由親代傳到子代；DNA是基本遺傳物質；DNA在遺傳過程中的具體作用：（1）在細胞分裂時按照自己的結構精確復制傳給子代；（2）作為模板將所儲遺傳信息傳給mRNA；3.5.1 基因和基因組概念 P81（1） 基因 遺傳學將DNA分子中最小的功能單位稱作基因；結構基因：為RNA或蛋白質編碼的基因；調節(jié)基因：DNA中一些只有調節(jié)功能，而不轉錄生成 RNA的片斷；（2） 基因組

23、某生物體所含的全部基因； 基因表達生命活動通過蛋白質來體現(xiàn)，生物的遺傳特征通過DNAmRNA蛋白質的過程傳遞，這一過程稱基因表達： DNA mRNA 蛋白質 轉錄 翻譯 （1）DNA的轉錄：以DNA為模板，合成與其核苷酸序列相應的mRNA的過程稱轉錄；（2）DNA的翻譯：根據(jù)mRNA鏈上的遺傳密碼，轉譯成相應的氨基酸的過程稱翻譯；中心法則以DNA為模板合成mRNA，又以mRNA為模板合成蛋白質的遺傳信息傳遞過程稱中心法則；DNA與基因遺傳密碼: DNA分子中所儲存的遺傳信息由其分子的4種堿基以特定順序排成3個一組的三聯(lián)體代表，這種代表遺傳信息的三聯(lián)體稱遺傳密碼子；蛋白質的生物合成不是直接用DN

24、A作模板，而是用DNA的轉錄本mRNA作模板，也就是以DNA堿基的相應互補堿基組成的密碼子作模板的；mRNA上的遺傳密碼子3.5.2 病毒和細菌基因組的特點 P82病毒和細菌基因組有一些共同點，又有一些各自特點；（1）病毒和細菌基因組的共同點基因組較小，通常只有一個線性或環(huán)形的DNA分子；基因組大部分序列為蛋白質編碼，基因之間間隔序列很短；功能相關的基因常串聯(lián)在一起，并轉錄在同一mRNA分子，可指導多種蛋白質合成，這種結構稱操縱子，操縱子在真核生物中很少見；（2）病毒基因的特點病毒基因由DNA或RNA組成，每種病毒只含一種核酸，核酸分子結構可是單鏈或雙鏈，閉合環(huán)形或線性；以RNA為遺傳物質的R

25、NA病毒分4類： 正鏈病毒：病毒RNA在宿主細胞內直接指導蛋白質合成； 負鏈病毒：先合成與其堿基序列互補的RNA，才能合成相應蛋白 質； 雙鏈病毒：以其中一條RNA（負鏈RNA）為模板合成新RNA （正鏈）用于指導蛋白質 合成，隨后合成負鏈RNA構 成雙鏈RNA； 逆轉錄病毒：其RNA在逆轉錄酶作用下合成與其堿基序列互補的 DNA（互補DNA，cDNA ）,再由cDNA轉錄合成 mRNA指導合成蛋白質； 有重疊基因：一段核酸序列可以編碼多個肽鏈；（3）細菌基因組的特點細菌“染色體”通常由一個環(huán)形或線性DNA分子組成，只有一個復制起點，不少細菌含有質粒（環(huán)形閉合的DNA顆粒），可在細菌間轉移，可

26、以啟動復制，是基因工程的良好載體；編碼蛋白質的結構基因為單拷貝（某個基因在DNA分 子中只出現(xiàn)一次或幾次），rRNA基因一般是多拷貝；基因組中有多種調控區(qū)和少量重復序列，調控元件比病毒復雜，比真核生物簡單，重復序列比真核生物少得多；基因組中存在與真核生物類似的可移動DNA序列（轉座子）；3.5.3 真核生物基因組的特點 P83 真核生物的基因一般分布在若干條染色體上，DNA分子有多個復制起點；（1）基因組較大（2）不存在操縱子結構（3）存在大量重復序列 根據(jù)重復次數(shù)多少可分為： 高度重復序列可重復幾百萬次，多數(shù)為小于10bp的短序列。一般位于異染色質上。多數(shù)不編碼蛋白質或RNA，可能與染色體結

27、構的形成及基因表達的調控有關。高度重復序列一般富合A-T對或G-C對。 中度重復序列在DNA分子中可重復幾十次或幾千次。rRNA基因、tRNA基因和某些蛋白質基因屬中度重復序列。中度重復序列在人細胞中占DNA總量的3040。 低度重復序列編碼細胞骨架蛋白等的基因只有數(shù)個拷貝； 單一序列在整個DNA分子中只出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次，主要是編碼蛋白質的結構基因。大多數(shù)蛋白質的基因是單拷貝序列。單拷貝序列在人體細胞中約占DNA總量的一半。 （4） 有斷裂基因 P84原核生物基因是編碼DNA的一個完整片段。迄今分析的大多數(shù)真核生物為蛋白質編碼的基因都含有“居間序列”，即不為多肽編碼，其轉錄產物不在有功能的成

28、熟mRNA中出現(xiàn)的片段；內含子和外顯子（1） 內含子（intron）：基因中不編碼的居間序列；（2） 外顯子 （exons）：編碼的片段；內含子的存在使真核生物基因成為不連續(xù)基因或斷裂基因（split gene）。各類真核生物基因中的內含子數(shù)目、位置和占基因總長的比例都不相同。 3. 6 RNA的結構與功能 P85RNA通常是單鏈線型分子，但可自身回折形成局部雙螺 旋（二級結構），進而折疊（三級結構）；鏈的回折使可以配對的堿基在螺旋區(qū)內相遇成對； 配對的堿基之間形成氫鍵，不能配對的堿基形成突環(huán)； 除tRNA外，幾乎全部細胞中的RNA都與蛋白質形成核蛋白復合物（四級結構），RNA復合物承擔著重要

29、的細胞功能；RNA的二級結構在一條多核苷酸鏈中有幾個螺旋區(qū) 具有互補的堿基配對的區(qū)，X處表示螺旋的突環(huán)部分3.6.1 tRNAtRNA功能： 在蛋白質生物合成過程中轉運氨基酸和識別密碼子； 在蛋白質生物合成的起始過程中，在DNA反轉錄合成中及其他代謝和基因表達調節(jié)中起重要作用；細胞內tRNA種類很多，每一種氨基酸都有相應的一種或幾種tRNA； tRNA的二級結構三葉草型結構 P86許多tRNA的一級結構已被闡明，對tRNA的二級結構和三級結構也較清楚。其二級結構特點： tRNA的二級結構都呈三葉草形：雙螺旋區(qū)構成葉柄，突環(huán)區(qū)好像是三葉草的三片小葉； 三葉草形結構由氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼

30、環(huán)、額外環(huán)和TC環(huán)等5個部分組成； 因雙螺旋結構所占比例高，故tRNA二級結構很穩(wěn)定； 圖: tRNA的高級結構 tRNA的三級結構-倒L型tRNA的二級結構三葉草型To二氫尿嘧啶假尿苷P86 圖3-29，3-30（1）氨基酸臂（amino acid arm）： 由7對堿基組成，富含鳥嘌呤，末端為 CCA，接受活化的氨基酸；（2）二氫尿嘧啶環(huán)（dihydrouracil loop，D環(huán)）： 由812個核苷酸組成，具有兩個二氫尿嘧啶。通過由34對堿基組成的雙螺旋區(qū)（二氫尿嘧啶臂）與tRNA分子的其余部分相連；（3）反密碼環(huán)（anticodon loop）： 由 7個核苷酸組成，環(huán)中部為反密碼子，

31、由 3個堿基組成，次黃嘌呤核苷酸（肌苷酸，縮寫成）常出現(xiàn)于反密碼子中。反密碼環(huán)通過由5對堿基組成的雙螺旋區(qū)（反密碼臂）與tRNA的其余部分相連，反密碼子可識別mRNA的密碼子；（4）額外環(huán)（extra loop）： 由318個核苷酸組成，不同的tRNA具有不同大小的額外環(huán)，所以是tRNA分類的重要指標；（5）假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)（TC環(huán)）： 由7個核苷酸組成,通過由5對堿基組成的雙螺旋區(qū)（TC臂）與tRNA的其余部分相連,除個別例外，幾乎所有tRNA在此環(huán)中都含有TC； tRNA折疊形成三級結構 倒L形 P86 因獲得了酵母苯丙氨酸t(yī)RNA晶體，應用高分辨率的X射線衍射儀，證明了t

32、RNA的生物學功能與其三級結構有密切的關系；3.6.2 rRNA3.6.3 mRNA3.6.4 snRNA和snoRNA3.6.5 asRNA和RNAi3.6.6 非編碼RNA的多樣性 P89不編碼蛋白質，以RNA形式發(fā)揮作用的RNA稱非編碼RNA，ncRNA； RNA的功能 P891. RNA具有催化作用：1981年cech發(fā)現(xiàn)了RNA的催化作用，并提出核酶（ribozyme）的概念，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的核酶大部分參加RNA的加工和成熟，但已發(fā)現(xiàn)可催化CN鍵合成的RNA，23srRNA具肽酰轉移酶活性，說明RNA的催化功能是個很值得研究的領域。 RNA的功能 P892. RNA在 DNA復制、轉錄、翻

33、譯中均有一定的調控作用。3. 與細胞內或細胞間一些物質的運輸和定位有關；由于RNA既可以做為遺傳物質，又可以實現(xiàn)某些通常由蛋白質完成的使命，故RNA在生命起源方面的重要性十分引人關注。 3.7 核酸的性質 P90核酸的性質與其組成和結構密切相關；核酸的結構特點：分子巨大，有共軛雙鍵、氫鍵、苷鍵和磷酸二酯鍵；有烯醇式羥基、自由氨基（嘌呤和嘧啶）和磷酸基，這些特點都是核酸特性的基礎；3.7.1 一般理化性質 P90性狀和溶解度DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末，都微溶于水，它們的鈉鹽在水中的溶解度較大；都溶于2-甲氧乙醇，但不溶于一般有機溶劑如乙醇、乙醚、氯仿、戊醇和三氯醋酸等，DNA能被乙

34、醇或異丙醇沉淀；兩種核糖的特性D-核糖與濃鹽酸和甲基間苯二酚混合后，加熱成綠色，D-2-脫氧核糖與酸和二苯胺一同加熱呈藍色，此二反應可作為區(qū)別RNA和DNA或二者定量的基礎；參看實驗：核酸的分離與鑒定。核酸是兩性電解質同核苷酸。因磷酸的酸性比堿性基團酸性強，所以核酸通常表現(xiàn)為酸性。分子大小DNA和RNA的相對分子質量都很大；DNA的相對分子質量比RNA的相對分子質量大：RNA的相對質量大約從幾萬到幾百萬或更大一些；DNA相對分子質量約在1.61062.2109之間。沉降核酸與蛋白質及其他雜質各有不同沉降系數(shù)，在超速離心機強大引力場中，它們的沉降速率差異很大，故可用超速離心法使核酸與其他雜質分開

35、。也可將不同核酸分離； 降解酸、堿、核酸酶都可使核酸起不同程度的降解，降解產物有單核苷酸、核苷、嘌呤、嘧啶等，隨降解程度而異； 核酸的解聚作用和相關的酶 2-1 P911.核酸酶（磷酸二酯酶）： 作用于核酸的磷酸二酯鍵，使核酸解聚的酶；2.核糖核酸酶： 水解核糖核酸的酶；3.脫氧核糖核酸酶： 水解脫氧核糖核酸的酶；核酸的解聚作用和相關的酶 2-24.核酸內切酶： 脫氧核糖核酸酶和核糖核酸酶中能夠水解核酸分子內磷酸二酯鍵的酶；5.核酸外切酶： 從核酸鏈的一端逐個水解下核苷酸的酶； 與核酸結構研究有關的工具酶舉例1. 核糖核酸酶類：（1）牛胰核糖核酸酶（RNase A，RNase）： 存在于牛胰中

36、，只作用于RNA，不作用于DNA，是具有高度專一性的內切酶；作用點：嘧啶核苷-3-磷酸與其他核苷酸之間的連鍵；產物： 3 -嘧啶核苷酸或以3 -嘧啶核苷酸為結尾的寡核苷酸；（2）核糖核酸酶T1（RNase T1）：內切酶；作用點：鳥嘌呤核苷-3 -磷酸與其他核苷酸之間的連鍵；產物： 3 鳥苷酸或以3 鳥苷酸為結尾的寡核苷酸；2. 脫氧核糖核酸酶類 限制性內切酶一類對DNA具有堿基專一性內切酶。能識別DNA分子上特定堿基順序，并在特定位點切割。限制性內切酶從細菌、霉菌等中分離得到，主要降解外源的未經(jīng)修飾的DNA，但不降解自身DNA（酶切位點上經(jīng)甲基化修飾）；多數(shù)限制性內切酶的識別順序具有回文結構

37、：粘性末端和平整末端1. 粘性末端： 大多數(shù)限制性內切酶對兩條DNA鏈進行交錯切割，所以切割后形成末端為單鏈的互補順序，形成粘性末端（sticky ends或 cohesive ends）；2 . 平整末端： 有一些限制性內切酶在同一部位切斷DNA，形成平整末端（blun ends或 flush ends）； 3. 非專一性核酸酶類 P91（1）牛脾磷酸二酯酶：從核酸的5端逐個水解下3-核苷 酸；說明RNA中核苷酸是以3,5-磷酸二酯鍵連接的；DNA的糖為 2-脫氧核糖,只能形成3,5-磷酸二酯鍵。（2）蛇毒磷酸二酯酶：從核酸的3端逐個水解下5核苷 酸；用磷酸二酯酶可水解核酸的磷酸二酯鍵：3.

38、7.2 核酸的紫外吸收性質核酸含有堿基，也各有其獨特的紫外線吸收光譜(磷酸和糖與核酸的吸收光譜無關)；核酸的紫外吸收在260nm波段最強；增色效應：將核酸水解為核苷酸，紫外吸收值通常增加30%40% ，這種現(xiàn)象稱；3.7.3 核酸結構的穩(wěn)定性 P92 核酸的結構相當穩(wěn)定，主要原因有3：（1）堿基對間的氫鍵在DNA和RNA的雙螺旋區(qū)，堿基對大小使其在螺旋內的距離適合于形成氫鍵；氫鍵是核酸三級結構穩(wěn)定的重要因素；（2 ）堿基堆積力在DNA雙螺放和RNA的螺旋區(qū)，相鄰堿基平面間的距離使平面上下分布的電子云相互作用；環(huán)境中的水對疏水的堿基產生的作用力有助于螺旋內堿基堆積成有規(guī)律的疏水核心；等。（3）環(huán)

39、境中的正離子DNA雙螺旋和RNA的螺旋區(qū)外側帶負電荷的磷酸基在不與正離子結合的狀念下有靜電斥力；環(huán)境中帶正電荷的Na+、K 、Mg2+、Mn2+等離子，原核生物細胞內帶正電荷的多胺類，真核細胞中帶正電荷的組蛋白等，可與磷酸基團結合，消除靜電斥力，對核酸的結構有重要的穩(wěn)定作用。3.7.4 核酸的變性變性的概念和Tm雙鏈核酸的變性：DNA雙螺旋區(qū)氫鍵斷裂，空間結構破壞，形成無規(guī)則線團狀態(tài)的過程；加熱、強酸或射線以及一切可以破壞核酸分子氫鍵的處理，都可使核酸變性；如：DNA的稀鹽溶液加熱到80-100時，雙螺旋結構解體，兩條鏈分開，形成無規(guī)則線團； 核酸變性后表現(xiàn) P93變性后：理化性質和生物功能都有顯著變化： 粘性降低、沉降速率增高、紫外吸收急劇增高（增色效應）、生物功能減小或消失等；DNA的變性是爆發(fā)式的，變性作用發(fā)生在一個很窄的溫度范圍內，有一個相變過程； DNA的Tm 值 P92Tm值（熔點，熔解溫度：melting temperaature）：加熱變性使DNA的雙螺旋結構失去一半時的溫度；