第1章 核酸的分子結構、性質(zhì)和功能課件

第一章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能第一節(jié)DNA的結構與功能第二節(jié)RNA的結構與功能第三節(jié)核酸的分子雜交第四節(jié)反義核酸及藥物第五節(jié)RNA干擾第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能1869年，F(xiàn).Miescher從膿細胞中提取到一種富含磷元素的酸性化合物。稱核素(nuclein)第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能一、核酸的種類和分布核酸有兩大類：DNA和RNADNA分布的主要場所：細胞核，線粒體，葉綠體RNA分布的主要場所：細胞核，細胞質(zhì)細胞生物中DNA和RNA均有病毒體內(nèi)則只含有DNA或RNA二、核酸是主要的遺傳物質(zhì)歷史經(jīng)典實驗證明遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)1928年Griffith肺炎球菌轉化實驗1943年Avery離體條件下完成轉化1952年HersheyChase噬菌體轉導實驗第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能一、DNA的一級結構DNA的一級結構是由4種脫氧核糖核苷酸即：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶脫氧核苷酸，通過3’，5’，—磷酸二酯鍵連接起來的直線形或環(huán)形多聚體。第一節(jié)DNA的結構與功能第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能DNA的一級結構5’3’5’5’---------------------------3’第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能DNA的相對分子質(zhì)量非常大，通常一個染色體就是一個DNA分子，最大的染色體DNA可超過108bp。bp,basepairb,base那么一種生物基因組有多大呢？DNA分子量的表示方法第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能C值：一個物種單倍體的染色體所含的DNA的量。第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能C值矛盾：DNA含量與其結構和功能并不一致，可能有的基因種類遠大于實際所需的DNA含量。第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能為了闡明生物的遺傳信息，首先要測定生物基因組的序列。迄今已經(jīng)測定基因組序列的生物數(shù)以百計，其中包括病毒、大腸桿菌、酵母、線蟲、果蠅和擬南芥菜、玉米、水稻和人類基因組。GenomesizeGenenumber基因組大小實際上就是它的C值第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能DNA的二級結構就是指兩條脫氧核苷酸鏈反向平行排列所形成的雙螺旋結構右手螺旋，A-DNA、B-DNA、C-DNA、D-DNA左手螺旋，Z-DNA雙螺旋堿基傾角/o堿基間距/nm大溝和小溝每輪堿基數(shù)螺旋方向A-DNA200.26大溝窄，很深小溝很寬，淺11右B-DNA60.34大溝寬，深小溝窄，很深10右Z-DNA70.37大溝平坦小溝很窄，深12左不同螺旋形式DNA分子主要參數(shù)比較：二、DNA的二級結構第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能關于DNA雙螺旋的小溝和大溝大溝寬小溝窄蛋白質(zhì)的alpha螺旋第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能1.B-DNA是活性最高的DNA構象，B變成A仍有活性，但變成Z，活性明顯降低。

2.雙螺旋是動態(tài)的平衡，結構改變以適應行使不同的功能。說明：第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能三、DNA的三級結構

DNA三級結構是指DNA分子通過扭曲和折疊所形成的特定構象。包括不同二級結構單元間的相互作用、單鏈與二級結構單元間的相互作用及DNA的拓撲特征。超螺旋是三級結構的一種形式。第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能拓撲結構見p9就是指在DNA雙螺旋的結構基礎上，DNA進異步扭曲形成的特定的空間結構。超螺旋是其主要的形式。超螺旋又有正和負之分。負超螺DNA易于解鏈。DNA的復制、重組和轉錄等過程都需將兩條鏈解開，因此負超螺旋有利于這些功能的進行，但這些過程需要的需要的負超螺旋程度是各不相同的，可以通過DNA的拓撲結構來調(diào)節(jié)其功能拓撲異構酶DNA的拓撲異構體之間的轉變是通過拓撲異構酶(topoisomerase)來實現(xiàn)的。第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能四、Triplex（三股螺旋）Hoogsteen于1963年描述了三股螺旋結構。第三股堿基可與Watson-Crick堿基對中的嘌呤堿形成Hoogsteen配對；第三股與寡嘌呤核苷酸之間同向平行；第三股可來自分子間也可來自分子內(nèi)。第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能RNA的一級結構RNA的二級結構分子內(nèi)的局部雙鏈圖tRNARNA的三級結構tRNA三葉草倒LrRNA的高級結構其他RNA高級結構核酶：錘頭型、發(fā)夾型等第二節(jié)RNA的結構與功能一、RNA的結構第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能RNA的一級結構RNA的二級結構RNA的二級結構第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能二、RNA的功能mRNAtRNArRNA細菌rRNA有5S、16S、23S三種；哺乳動物rRNA有5S、5.8S、18S、28S四種sRNAsnRNA核小RNAscRNA胞漿RNA通常與蛋白質(zhì)結合形成核糖核蛋白顆粒（RNP），U-snRNP對基因表達和細胞功能有調(diào)節(jié)功能的RNAmiRNARNAiRNA干擾

第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能一、核酸的變性和復性

核酸的變性（denaturation）是指核酸雙螺旋氫鍵的斷裂，變成單鍵并不涉及共價鍵的斷裂。共價鍵的斷裂是核酸的降解.

將DNA雙螺旋失去一半時的溫度稱為該DNA的Tm（meltingtemperature）

第三節(jié)核酸的分子雜交p15第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能復性（renaturation）

變性DNA在適當?shù)臈l件下又可使兩條彼此分開的鏈自發(fā)重新締合成為雙螺旋結構的過程稱為復性。

變性DNA在緩慢冷卻時可以復性，稱為退火

核酸的變性和復性在基因工程中有何應用？第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能已經(jīng)復性的DNA分子如果兩條鏈來源不同，就叫雜交分子核酸的雜交（hybridization）序列互補的單鏈RNA和DNA，或DNA和DNA，或RNA和RNA，根據(jù)堿基互補的原則，借助氫鍵相連而形成雙鏈雜交分子的過程二、核酸分子雜交的基本原理第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能探針probe:

是一段可以與靶核酸序列特異結合發(fā)生相互作用的核酸序列，經(jīng)過標記后可以用來檢測出靶核酸序列探針的性質(zhì)：DNA，RNA，雙鏈或單鏈均可探針的長度：從20bp到幾kb都可以探針的標記：同位素或非同位素三、核酸探針及標記第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能1.Southernblot

1975英國分子生物學家E.M.Southern發(fā)明的DNA印跡方法檢測DNA2.Northernblot

1977年Alwine建立Thonas改進的RNA印跡方法檢測RNA3.Westernblot以親和或免疫反應檢測蛋白的蛋白質(zhì)印跡方法四、核酸分子雜交的應用第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能SouthernBlot第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能4.hybridizationinsitu

原位雜交在組織或細胞水平上使用標記探針與細胞內(nèi)DNA或RNA雜交的方法5.其他形式的雜交如斑點雜交,狹縫雜交,菌落雜交,噬菌斑雜交,本質(zhì)還是SouthernorNorthernblot第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能6.

Biochip生物芯片

來源于微陣列技術(Microarray)生物芯片：將數(shù)以萬計的生物大分子探針分別固定在微小載體表面而制成的芯片。目前有蛋白質(zhì)芯片和核酸芯片兩類。原理:核酸或蛋白質(zhì)之間的雜交1998年世界十大科技進展之一第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能第四節(jié)反義核酸及藥物p18（1）概念：反義核酸是根據(jù)堿基互補的原理,利用人工合成或細胞中天然存在的DNA或RNA片段(或其化學修飾的衍生物)與目的靶序列核酸結合，通過空間位阻作用或誘導RNAase活性的降解作用，在復制、轉錄、剪接、mRNA轉運及翻譯等水平上，抑制或封閉目的靶基因的表達。反義核酸的功能主要取決于其穩(wěn)定性、生物利用度以及與靶基因結合或反應的特性。1.反義核酸(antisensenucleicacid)第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能（2）.反義核酸作用的靶區(qū)域mRNA5’非翻譯區(qū)mRNA5’編碼區(qū)mRNA5’帽子形成位點區(qū)域前體mRNA外顯子與內(nèi)含子結合部位mRNApolyA形成位點區(qū)域阻止mRNA的成熟及其向胞漿中的轉運第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能

反義技術是利用人工合成或細胞中天然存在的DNA或RNA片段(或其衍生物)與特定的基因相互作用,從而抑制基因的表達。目前發(fā)展到第三代。第一代硫代修飾寡聚核苷酸第二代甲氧/乙氧基反義寡核苷酸第三代肽核酸（PNA）

2.反義技術與藥物第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能20年來,反義核酸藥物的發(fā)展非常緩慢,僅有一個反義藥物進入市場,惟一獲得批準的RNA反義藥物是1998年8月27日得到美國FDA正式批準的諾華、Isis制藥的福米韋生（fomivirsen、Vitravene），該藥主要用來治療艾滋病人的巨細胞病毒性視網(wǎng)膜炎。

其他大部分都在Ⅲ期臨床試驗中遭遇失敗,有關反義新藥的申請也很快被FDA駁回。人們開始把目光投向競爭RNA技術平臺尤其是小干擾RNA(siRNA)。這是否意味著反義核酸藥物沒有發(fā)展前途了呢?第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能第五節(jié)RNA干擾（RNAinterference，RNAi

）

2002年度Science評選的10大科學成就中RNAi名列榜首1998年諾貝爾獎從反向的角度為基因表達調(diào)控的研究，基因的功能分析提供了更好、更有效的手段第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能

概念一：正義鏈和反義鏈RNA組成的雙鏈RNA可有效抑制靶基因的表達，這種現(xiàn)象稱為RNA干擾。

概念二：RNA干擾是指在進化過程中高度保守的、由雙鏈RNA（double-strandedRNA，dsRNA）誘發(fā)的、同源mRNA高效特異性降解的現(xiàn)象。（來自于網(wǎng)絡）

1.概念第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能2.RNA干擾作用原理RNAi抑制基因表達方式：（1）與mRNA形成雙鏈，阻止蛋白與靶mRNA的結合；（2）促使目標mRNA的降解。第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能3種不同的survivinsiRNA對EJ28細胞增殖和凋亡的影響第三軍醫(yī)大學學報2007/22目的觀察靶向survivin的不同siRNA對EJ28細胞增殖和凋亡的影響。方法通過化學合成方法合成3對siRNA和1對熒光標記的陰性對照siRNA。轉染熒光標記的siRNA后,在熒光顯微鏡下觀察轉染效率。實驗分為siRNA164、siRNA167、siRNA389、陰性對照組、脂質(zhì)體對照組和細胞對照組。轉染后24h、48h和72h,MTT法檢測siRNA對EJ28細胞增殖的影響,流式細胞術檢測凋亡率。結果靶向survivin的序列特異性siRNA均能抑制EJ28細胞的增殖,其中以siRNA164抑制細胞的增殖能力最強(P<0.05),轉染48h后的抑制率最高[(41.32±2.54)%];轉染48h后,siRNA164組凋亡率最高[(13.20±0.25)%]。結論靶向survivin的RNAi技術在膀胱癌的基因治療中可能具有一定的價值文獻選讀第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能3.microRNA或miRNA，小RNAMicroRNAs(miRNAs)是一種大小約21—23個堿基的單鏈小分子RNA，是由具有發(fā)夾結構的約70-90個堿基大小的單鏈RNA前體經(jīng)過Dicer酶加工后生成。最早被發(fā)現(xiàn)的兩個miRNAs——lin-4andlet-7被認為是通過不完全互補結合到目標靶mRNA3’非編碼區(qū)端，以一種未知方式誘發(fā)蛋白質(zhì)翻譯抑制，進而抑制蛋白質(zhì)合成。多個果蠅miRNA也被發(fā)現(xiàn)和他們的目標靶mRNAs的3’非編碼區(qū)有部分同源。由于miRNA和其潛在的目標靶之間并非完全互補，這使得通過信息學的方法鑒定miRNA的目標靶位點變得困難。MiRNA的作用目標靶和活性機制一直是各地的研究人員的關注熱點。

第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能MicroRNA-21targetstumorsuppressorgenesininvasionandmetastasis.CellResearch(2008)18:350-359.MicroRNAs(miRNAs)areaclassofnaturallyoccurringsmallnon-codingRNAsthattargetprotein-codingmRNAsbyrepressingtranslationorcausingmRNAdegradation.MaturemiRNAscompriseabout22nucleotides,derivedfromlongtranscriptspri-miRNAsandpre-miRNAs.AlthoughmiRNAsoperateinasimilarfashionasshortinterferingRNAs(siRNAs)theytypicallytargetaclusterofgenesinsteadofonespecificgene.ItispredictedthatanaveragemiRNAcanhavemorethan100targets].EmergingevidencedemonstratesanimportantroleofmiRNAsinregulatingdiversecellularprocessesincludingdifferentiation,proliferationandapoptosis.第1章核酸的分子結構、性質(zhì)和功能DeregulationofmiRNAsaffectsnormalcellgrowthanddevelopment,leadingtoavarietyofdisordersincludinghumanmalignancies.Ofparticularinterest,theove