核酸的結(jié)構(gòu)與功能分子生物學(xué)

關(guān)于核酸的結(jié)構(gòu)與功能分子生物學(xué)第1頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第3章核酸的結(jié)構(gòu)與功能

3.1

細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)

3.2

核酸的化學(xué)組成與共價(jià)結(jié)構(gòu)

3.3DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)（雙螺旋模型）

3.4DNA分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)

3.5

真核生物的染色體及其組裝

3.6RNA的結(jié)構(gòu)與功能

3.7

核酸的變性、復(fù)性與分子雜交第2頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.1細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)3.1.1DNA是主要的遺傳物質(zhì)

1869年，瑞士的內(nèi)科醫(yī)生FriedrichMiescher從外科醫(yī)院包扎傷口的繃帶上的膿細(xì)胞核中提取到一種富含磷元素的酸性化合物，將其稱為核質(zhì)(nuclein)；后來(lái)他又從鯖魚精子中分離出類似的物質(zhì)，并指出它是由一種堿性蛋白質(zhì)與一種酸性物質(zhì)組成的，此酸性物質(zhì)即是現(xiàn)在所知的核酸(nucleicacid)。第3頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1885—1900年間，Kossel、Johnew、Levene證實(shí)核酸由不同的堿基組成。其最簡(jiǎn)單的單體結(jié)構(gòu)是堿基-核糖-磷酸構(gòu)成的核苷酸。1929年又確定了核酸有兩種，一種是脫氧核糖核酸(DNA)，另一種是核糖核酸(RNA)。第4頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1928年英國(guó)科學(xué)家Griffith進(jìn)行了著名的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。但轉(zhuǎn)化源（transformingprinciple）的化學(xué)本質(zhì)仍是一個(gè)謎。分離出活的S型細(xì)菌第5頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四16年之后首先用實(shí)驗(yàn)證明基因就是DNA分子的是美國(guó)著名的微生物學(xué)家Avery（1944）。第6頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四9年之后1952年D.Hershery和M.Chase

再次用T2噬菌體標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證實(shí)了DNA是遺傳物質(zhì)的本質(zhì)。第7頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四20世紀(jì)50年代Watson和Crick發(fā)現(xiàn)了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，最終確立DNA是遺傳信息的載體。作為遺傳物質(zhì)的DNA具有以下特性:

①

儲(chǔ)存并表達(dá)遺傳信息；②

能把遺傳信息傳遞給子代；③

物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；④

有遺傳變異的能力。第8頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.1.2RNA也是遺傳物質(zhì)

1956年美國(guó)的兩位科學(xué)家A.Gierer和G.Schraman發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒（tobaccomosaicvirus,TMV），其遺傳物質(zhì)是RNA。

1957年美國(guó)的HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre用重建實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一結(jié)論。第9頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第10頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

一些病毒采用RNA作為遺傳物質(zhì)。

類病毒只由RNA組成。類病毒，無(wú)殼病毒：一種病毒樣感染顆粒，含單鏈、共價(jià)閉環(huán)RNA，無(wú)蛋白質(zhì)外殼。類病毒結(jié)構(gòu)上與一些內(nèi)含子近似，可能代表逃逸的內(nèi)含子。第11頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.2核酸的化學(xué)組成與共價(jià)結(jié)構(gòu)

3.2.1核酸的化學(xué)組成

核酸（nucleicacid，多核苷酸）

↓

核苷酸（nucleotide，單核苷酸）┌─────┴─────┐

↓

↓

磷酸（phosphate）

核苷（nucleoside）

┌─────┴─────┐

↓

↓

戊糖（amylsugar

）含氮堿基（base）第12頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.堿基(base)第13頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.核苷（nucleosides）

戊糖與嘧啶或嘌呤堿以糖苷鍵連接就稱為核苷。第14頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)嘧啶的1位N原子、嘌呤的9位N原子與戊糖Ｃ－1所連的羥基形成糖苷鍵。第15頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.核苷酸（nucleotideacid）脫氧核糖堿基磷酸AGCT第16頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.2.2核酸的共價(jià)結(jié)構(gòu)1.DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能

DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA分子中核苷酸的排列順序，簡(jiǎn)稱為DNA順序（或序列）。由于核苷酸之間的差異僅僅是堿基的不同，故可稱為堿基順序。第17頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示法5′3′結(jié)構(gòu)式5′3′

p

p

p

pOH3′ACTG1′線條式5′ACTGCATAGCTCGA3′字母式第18頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能

RNA分子中核苷酸的排列順序叫做RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)。OHOHOH5′3′

RNA與DNA的差異

DNARNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU不含稀有堿基含稀有堿基第19頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)(雙螺旋模型)Watson&Crick建立雙螺旋模型主要是受到4個(gè)方面的影響：1、DNA的X射線衍射分析結(jié)果；2、蛋白質(zhì)的α螺旋模型；3、氫鍵理論；4、1950[英]Chargaff

規(guī)則（當(dāng)量定律）。第20頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3.1雙螺旋模型（doublehelixmodel）特征

(1)

DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，形成右手雙螺旋。

(2)兩條鏈反向平行，即兩條鏈的方向相反。5′3′5′3′磷酸核糖堿基第21頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)糖一磷酸鍵是在雙螺旋的外側(cè)，堿基對(duì)與軸線垂直。

(4)糖與附著在糖上的堿基近于垂直。

(5)

堿基配對(duì)時(shí)，必須一個(gè)是嘌呤，另一個(gè)是嘧啶。

(6)DNA雙螺旋有大溝（majororwidegroove）和小溝（minorornarrowgroove）的存在。T-A堿基對(duì)C-G堿基對(duì)第22頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）堿基對(duì)之間的氫鍵（2）堿基堆集力它包括：①疏水作用②范德華力（3）磷酸基的負(fù)電荷斥力3.3.2維持DNA雙螺旋的作用力第23頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.3.3DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的其他形式(雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性)

在雙螺旋的總體特征之下，能產(chǎn)生各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，這稱為DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的多樣性或多態(tài)性(polymorphism)。

DNA結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多態(tài)性的原因在于核苷酸鏈的骨架含許多可轉(zhuǎn)動(dòng)的單鍵，從而使糖環(huán)可采取不同的折疊形式和苷鍵采取不同構(gòu)象。

DNA的構(gòu)象現(xiàn)已知有A，B，C，D，E，T，Z7種。第24頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）B-DNA的構(gòu)象

Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。相對(duì)濕度92%的DNA鈉鹽。是大多數(shù)DNA在細(xì)胞中的構(gòu)象。右手雙螺旋。第25頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）A-DNA的結(jié)構(gòu)右手螺旋。相對(duì)濕度為75%的DNA鈉鹽。螺旋體短粗，大溝變得窄而深，小溝變得寬而淺。結(jié)晶的A型-DNA纖維在吸收了水分后能夠變長(zhǎng)，并轉(zhuǎn)變?yōu)锽型-DNA。

A-DNA比較常見(jiàn)在RNA分子的雙股發(fā)夾螺旋區(qū)域、RNA-DNA雜交雙鏈中。第26頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）Z-DNA的結(jié)構(gòu)1972年

Pohl

etal發(fā)現(xiàn)poly(dG-dC)在高鹽下旋光性發(fā)生改變；1979年

WangA.H-J(王惠君),A.Rich對(duì)d(CGCGCG)單晶作X衍射分析提出Z－DNA模型。第27頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

嘌呤和嘧啶交替排列，高鹽。左手螺旋。細(xì)長(zhǎng)，只有一條窄而深的小溝，大溝消失。

天然DNA的局部可出現(xiàn)Z-DNA。

CpG二核苷酸序列中胞嘧啶的甲基化形成5-甲基胞嘧啶，可導(dǎo)致B-DNA向Z-DNA轉(zhuǎn)化。第28頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

Z-DNA構(gòu)象有轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)活性。Z-DNA構(gòu)象在轉(zhuǎn)錄區(qū)上游離轉(zhuǎn)錄區(qū)近時(shí)，抑制轉(zhuǎn)錄；若離轉(zhuǎn)錄區(qū)遠(yuǎn)時(shí)，可以增加轉(zhuǎn)錄區(qū)的負(fù)超螺旋程度而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。第29頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.4DNA分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)（其他DNA螺旋結(jié)構(gòu)）3.4.1單鏈核酸形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)單鏈核酸也可由于部分序列之間的堿基配對(duì)而形成分子內(nèi)或分子間的雙螺旋區(qū)域。反向重復(fù)序列間間隔較短或無(wú)間隔反向重復(fù)序列間間隔較長(zhǎng)第30頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.4.2短片段的重復(fù)序列短片段的重復(fù)順序可分為三種類型：（1）正向重復(fù)(directrepeats)又叫順向重復(fù)；（2）反向重復(fù)(invertedrepeats)

；（3）回文順序

(Palindromicsequence)5′-GTGAGCTCAC-3′3′-CACTCGAGTG-5′

第31頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四上海自來(lái)水來(lái)自海上農(nóng)學(xué)人才多多才人學(xué)農(nóng)畫上荷花和尚畫書臨漢字翰林書順?lè)聪嗤?2頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

能在DNA或RNA中形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。通常是作為一種特別信號(hào)。如：限制性內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)；一些調(diào)控蛋白的識(shí)別位點(diǎn)。限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ的識(shí)別位點(diǎn)第33頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.4.3三股螺旋的DNA

1957年，F(xiàn)elsenfeld等發(fā)現(xiàn)一股為嘌呤，另一股為嘧啶的核苷酸雙鏈能夠形成三鏈。如：polyA/polyU；polydA/polydT；

polyd(AG)/polyd(CT)。

1987年，Mirkin.S.M證明plasmidDNA在pH=4.3的溶液中,有T.SDNA的存在。第34頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DNA分子內(nèi)的三鏈結(jié)構(gòu)

多聚嘌呤多聚嘧啶DNA分子間的三鏈結(jié)構(gòu)三股螺旋DNA的生物學(xué)意義：◆參與基因表達(dá)調(diào)控?！鬜NA分子參與表觀遺傳調(diào)節(jié)?！艋蛑委熁蚨ㄏ蛘T變。第35頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.4.4DNA的四鏈結(jié)構(gòu)

2002年，一組英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)染色體端粒DNA可以形成四鏈結(jié)構(gòu)，并測(cè)定了其晶體結(jié)構(gòu)。GGGG5‘3‘TTTGGGGGGGGGGGGGGGGTTTTTT第36頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四功能

（1）穩(wěn)定真核生物染色體結(jié)構(gòu)

（2）保證DNA末端準(zhǔn)確復(fù)制

（3）與DNA分子的組裝有關(guān)

（4）與染色體的meiosis&mitosis有關(guān)

第37頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.4.5DNA的結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性與精細(xì)結(jié)構(gòu)1.DNA結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性：不同DNA結(jié)構(gòu)形式相互轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。在活細(xì)胞中，下面幾種因素能使DNA雙螺旋構(gòu)象發(fā)生相互轉(zhuǎn)變：（1）核苷酸順序（堿基組成）；（2）鹽的種類和濃度；（3）相對(duì)濕度。

第38頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的呼吸作用:

DNA雙鏈中氫鍵的迅速斷裂和再生過(guò)程。在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，配對(duì)堿基之間的氫鍵處于連續(xù)不斷的斷裂和再生的動(dòng)態(tài)平衡之中，局部開鏈的泡狀結(jié)構(gòu)對(duì)于DNA結(jié)合蛋白識(shí)別DNA內(nèi)部所含信息以及與DNA結(jié)合都有重要作用。第39頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.DNA分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)(局部構(gòu)象)DNA雙螺旋的許多結(jié)構(gòu)參數(shù)不是完全均勻的，是隨著堿基序列的不同而在一定范圍內(nèi)變化的，稱為DNA雙螺旋的局部構(gòu)象。在DNA雙螺旋中，依賴于序列的構(gòu)象變化的主要形式有：（1）螺旋扭轉(zhuǎn)角：兩個(gè)相鄰堿基對(duì)之間繞螺旋軸旋轉(zhuǎn)的夾角在28°-42°變動(dòng)。（2）螺旋槳效應(yīng)。第40頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.4.6DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)與拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)1.DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)（DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)）

螺旋超螺旋第41頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

超螺旋（superhelix）是雙螺旋DNA進(jìn)一步扭曲盤繞形成的三級(jí)結(jié)構(gòu)。超螺旋是DNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的一種普遍形式，雙螺旋DNA的松開導(dǎo)致負(fù)超螺旋(negativesuperhelix)，而擰緊則導(dǎo)致正超螺旋(positivesuperhelix)。天然的DNA都呈負(fù)超螺旋，但體外可得到正超螺旋。第42頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四超螺旋可能有兩方面的生物學(xué)意義：（1）超螺旋DNA比松弛型DNA更緊密，使DNA分子體積變得更小，得以包裝在細(xì)胞內(nèi)；（2）超螺旋能影響雙螺旋的解鏈程度，因而影響DNA分子與其他分子，如酶、蛋白質(zhì)分子的相互作用。第43頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)

拓?fù)洌菏侵肝矬w或圖像作彈性移位而又保持物體不變的性質(zhì)。（1）連環(huán)數(shù)（linkingnumber,L）：連環(huán)數(shù)指雙螺旋DNA中兩條鏈互相纏繞交叉的總次數(shù)，L為整數(shù)。一個(gè)閉合環(huán)狀DNA分子，只要其主鏈的共價(jià)鍵不斷裂，連環(huán)數(shù)值就不會(huì)改變。（2）盤繞數(shù)（twistingnumber,T）：盤繞數(shù)是DNA分子中雙螺旋的周數(shù)，表示DNA分子一條鏈繞另一條鏈的扭轉(zhuǎn)數(shù)。對(duì)于松弛態(tài)的環(huán)狀DNA，以每周10.5個(gè)堿基對(duì)計(jì)算，T=堿基對(duì)總數(shù)/10.5。即DNA分子中Watson-Crick螺旋數(shù)，是雙螺旋自身的性質(zhì)。第44頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）超螺旋周數(shù)（writhingnumber,W）：超螺旋周數(shù)指雙螺旋結(jié)構(gòu)在一定的盤繞數(shù)（T）下，DNA分子的超螺旋纏繞數(shù)，即整個(gè)DNA分子在雙螺旋基礎(chǔ)上，一條雙螺旋鏈繞另一雙螺旋鏈纏繞轉(zhuǎn)動(dòng)的周數(shù)，它表示DNA超螺旋的程度，負(fù)超螺旋的W為負(fù)值，正超螺旋的W為正值。

White方程：L=T+W（T與W的值可以是小數(shù)，但L的值必須是整數(shù)）（4）連環(huán)數(shù)比差（λ）

λ=ΔL/L0=(L-L0)/L0超螺旋密度第45頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第46頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第47頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.5真核生物的染色體及其組裝3.5.1真核生物的染色體

19世紀(jì)中葉，發(fā)現(xiàn)染色體。染色體只包含1個(gè)DNA分子，在細(xì)胞不同周期表現(xiàn)為不同形態(tài)，間期表現(xiàn)為染色質(zhì)。其蛋白質(zhì)與DNA的質(zhì)量比約為2：1。常染色質(zhì)染色質(zhì)組成型異染色質(zhì)異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)洛陽(yáng)紅

首案紅第48頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.5.2染色體中的組蛋白

組蛋白(histones)是一種堿性蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)一般在pH10.0以上，其特點(diǎn)是富含二種堿性氨基酸(賴氨酸和精氨酸)，根據(jù)這兩種氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的相對(duì)比例，將組蛋白分為五種類型：H1、H2A、H2B、H3、H4。特點(diǎn)：◆富含賴氨酸和精氨酸；◆進(jìn)化上的極端保守性；◆無(wú)組織特異性；◆氨基酸分布的不對(duì)稱性。第49頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.5.3核小體的形成

KlugA（英，獲得1982年諾貝爾獎(jiǎng)）。核小體是由H2A、H2B、H3、H4各兩個(gè)分子生成的八聚體和由大約200bpDNA組成的。八聚體在中間，DNA分子盤繞在外，而H1則在核小體的外面。每個(gè)核小體只有一個(gè)H1。

若以每堿基對(duì)沿螺旋中軸上升距離為0.34nm計(jì)，200bpDNA的伸展長(zhǎng)度為68nm，形成核小體后僅為11nm，長(zhǎng)度壓縮了6～7倍。①染色體DNA的一級(jí)包裝——核小體第50頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第51頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

非組蛋白是染色體上與特異DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì)，所以又稱序列特異性DNA結(jié)合蛋白，非組蛋白的特性是：①

含有較多的天門冬氨酸、谷氨酸，帶負(fù)電荷，屬酸性蛋白質(zhì)；②

整個(gè)細(xì)胞周期都進(jìn)行合成，而組蛋白只在S期合成，并與DNA復(fù)制同步進(jìn)行；③

有明顯的組織特異性。非組蛋白的功能是：①

幫助DNA分子折疊；②

協(xié)助啟動(dòng)DNA復(fù)制；③

有調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。第52頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.5.4染色質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)包裝——染色質(zhì)螺線管(chromatinsolenoid)

在H1組蛋白分子間的相互作用下，核小體鏈進(jìn)一步盤繞形成一種中空螺線管，其外徑為30nm，每圈含6個(gè)核小體。又壓縮了6倍。第53頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3三級(jí)包裝——染色質(zhì)纖維環(huán)(loopsofchromatinfiber)

螺線管纖維相隔一定間距的某些區(qū)段被“拉攏”固定在蛋白軸上，從而產(chǎn)生了許多從骨架上伸出的纖維環(huán)(loops)。DNA又壓縮約100倍。第54頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)側(cè)環(huán)模型第55頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.6RNA的結(jié)構(gòu)與功能

RNA通常是單鏈線型分子（一級(jí)結(jié)構(gòu)），在分子內(nèi)可自身回折形成局部的雙螺旋（二級(jí)結(jié)構(gòu)），進(jìn)而折疊（三級(jí)結(jié)構(gòu)）。除tRNA外，幾乎全部細(xì)胞中的RNA都與蛋白質(zhì)形成核蛋白復(fù)合物。第56頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.6.1RNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及與DNA的區(qū)別（1）堿基組成不同。（2）RNA分子中有許多稀有堿基或微量堿基、修飾堿基。（3）核糖不同。

（4）對(duì)整個(gè)RNA分子而言，沒(méi)有雙螺旋結(jié)構(gòu)。

（5）RNA分子中的堿基不遵守Chargaff法則。

（6）RNA在堿性溶液中十分敏感。

（7）增色效應(yīng)沒(méi)有DNA明顯。

（8）DNA是遺傳信息的儲(chǔ)存者和攜帶者。而RNA是遺傳信息的傳遞者和表達(dá)者。

（9）RNA分子攜帶和儲(chǔ)存遺傳信息。（10）某些RNA的特殊結(jié)構(gòu)具有催化功能，稱這些RNA為核酶。第57頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.6.2細(xì)胞中RNA的分布細(xì)胞質(zhì)中的RNA（占總RNA的90%）可分為4大類：

①

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)；

②信使RNA(messengerRNA,mRNA)；

③

核蛋白體RNA(ribosomeRNA,rRNA)。

④細(xì)胞質(zhì)中的小分子RNA叫scRNA。scRNA與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。比如轉(zhuǎn)運(yùn)-信使RNA(transfer-messengerRNA,tmRNA)。tmRNA兼具tRNA分子和mRNA分子的雙重功能。細(xì)胞核內(nèi)的RNA（占總RNA的10%）統(tǒng)稱為nRNA，由兩部分組成：

①一部分是核內(nèi)mRNA、tRNA和rRNA的初始轉(zhuǎn)錄混合物；

②

另一小部分是核內(nèi)小分子RNA(smallnuclearRNA,snRNA)。功能是參與hnRNA的加工。第58頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.6.3RNA分類概述1.mRNA的結(jié)構(gòu)（占細(xì)胞總RNA的3%-5%

）m7G5’ppp5’Nm(Nm)5’帽子(A)nAAOH3’polyAAAUAAAUGAUAAUAGAUG5’非編碼區(qū)3’非編碼區(qū)編碼區(qū)翻譯起始調(diào)節(jié)區(qū)定位信號(hào)

真核細(xì)胞mRNA的基本結(jié)構(gòu)第59頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四酵母tRNAAla

的二級(jí)結(jié)構(gòu)DHU環(huán)IGC反密碼子反密碼環(huán)氨基酸臂可變環(huán)TψC環(huán)CCAAla3′5′二級(jí)結(jié)構(gòu)特征：?jiǎn)捂溔~草葉形四臂四環(huán)2.tRNA的結(jié)構(gòu)（約占細(xì)胞總RNA的15%）第60頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)：

tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是倒L形。在三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突環(huán)上未配對(duì)的堿基由于整個(gè)分子的扭曲而配成對(duì)，目前已知的tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)均為倒L型。所有tRNA有以下共同特點(diǎn):（1）含稀有堿基和稀有核苷較多,達(dá)核苷酸總量的5%～20%。（2）不同的tRNA盡管核苷酸組分和排列順序各異，但其3′端都含有CCA序列，是所有tRNA接受氨基?；奶囟ㄎ恢?。CCA序列由tRNA合成后酶促加工產(chǎn)生，而非tRNA基因編碼。（3）所有的tRNA分子都折疊成緊密的三葉草二級(jí)結(jié)構(gòu)和L形立體構(gòu)象，結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，半衰期均在24h以上。第61頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5sRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)3.rRNA的結(jié)構(gòu)（占細(xì)胞總RNA的80%）

基本上都是由部分雙螺旋與部分突環(huán)相間排列而成。特征：?jiǎn)捂?，螺旋化程度較tRNA低

與蛋白質(zhì)組成核糖體后方能發(fā)揮其功能。核糖體由RNA和蛋白質(zhì)組成，真核細(xì)胞中兩者比例為1：1，原核細(xì)胞為2：1。第62頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.snRNA(smallnuclearRNA,snRNA)細(xì)胞核小分子RNA

核內(nèi)小RNA，snRNA是含70～300個(gè)核苷酸的小分子RNA，占細(xì)胞RNA總量的0.1%-1%。主要參與基因初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工。5.snoRNA

核仁小分子RNA(smallnucleolarRNA,snoRNA)廣泛分布于從酵母到哺乳動(dòng)物細(xì)胞的核仁區(qū)，大小一般在幾十到幾百個(gè)核苷酸，主要功能是參與rRNA前體的加工。6.非編碼的mRNA（ncRNA）非編碼mRNA與傳統(tǒng)的mRNA一樣可進(jìn)行剪接和3’端加尾修飾，但不具有典型的可讀框（ORF）；它們參與許多生理過(guò)程，是一些調(diào)控RNA。第63頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DNA的變性過(guò)程加熱部分雙螺旋解開無(wú)規(guī)則線團(tuán)鏈內(nèi)堿基配對(duì)3.7核酸的變性、復(fù)性與分子雜交3.7.1核酸的變性（denaturation）或解鏈（melting）

指DNA分子由穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)松解為無(wú)規(guī)則線性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。確切地就是維持雙螺旋穩(wěn)定性的氫鍵和疏水鍵的斷裂。DNA變性不涉及到其一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變。凡能破壞雙螺旋穩(wěn)定性的因素都可以成為變性的條件：1）加熱。2）極端的pH。3）有機(jī)試劑甲醇、乙醇、尿素及甲酰胺等。第64頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DNA變性后物理性質(zhì)發(fā)生的變化：（1）流體力學(xué)的性質(zhì)發(fā)生改變：粘度下降，而沉降速度增加；（2）提高了對(duì)紫外線的吸收能力，此稱為增色效應(yīng)。第65頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DNA的變性溫度：

通常將核酸加熱變性過(guò)程中，紫外光吸收值達(dá)到最大值50%時(shí)的溫度稱為DNA的變性溫度（融解溫度，Tm）。

Tm（meltingtemperature）是使DNA雙螺旋鏈解開一半時(shí)的溫度。DNATm一般在70—85℃之間。第66頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四影響DNATm值的因素:(1)DNA的均一性,均一性高,熔解過(guò)程會(huì)發(fā)生在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)。(2)G+C的含量,含量越高,Tm值越高。經(jīng)驗(yàn)公式為:(G+C)%=(Tm-69.3)×2.44（馬默多蒂（Marmur-Doty）關(guān)系式）Tm值計(jì)算公式：Tm＝69.3+0.41（G+C)%，＜25bp的寡核苷酸的Tm計(jì)算：Tm＝4（G+C）+2（A+T）。(3)

溶液中的離子強(qiáng)度:一般來(lái)說(shuō),離子強(qiáng)度低,熔解溫度低,熔解溫度范圍寬。第67頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四G-C含量越高，Tm的值越大，當(dāng)GC的含量上升1%，則Tm上升0.41℃。第68頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第69頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.7.2核酸的復(fù)性與分子雜交1.核酸的復(fù)性(renaturation)及復(fù)性條件

指變性DNA在適當(dāng)條件下,二條互補(bǔ)鏈全部或部分恢復(fù)到天然雙螺旋結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象,它是變性的一種逆轉(zhuǎn)過(guò)程(又稱退火,annealing)

。DNA的復(fù)性有兩個(gè)必要條件：

（1）一定的離子強(qiáng)度，用于削弱兩條鏈中磷酸基團(tuán)之間的排斥力，通常使用0.15～0.50mol/LNaCl；

（2）較高的溫度，用以避免隨機(jī)形成的無(wú)規(guī)則氫鍵，但也不能太高，否則不能形成有效的氫鍵以維持穩(wěn)定的雙鏈。第70頁(yè)，共80頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.DNA的復(fù)性動(dòng)力學(xué)曲線

成核作用（nucleation）、拉拉鏈作用（Zippering）復(fù)性過(guò)程基本上符合二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。雙鏈DNA的復(fù)性過(guò)程方程是：dsDNA2ssDNA

根據(jù)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式：