第2章核酸結(jié)構(gòu)與功能第一頁(yè)，共139頁(yè)。核酸(nucleicacid)

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。第二頁(yè)，共139頁(yè)。1868年FridrichMiescher

從膿細(xì)胞中提取核素。1944年

Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。1953年

Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法。1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)。1990年美國(guó)啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃(HGP)。1994年中國(guó)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。2001年美英等國(guó)完成人類基因組計(jì)劃。核酸研究的發(fā)展簡(jiǎn)史第三頁(yè)，共139頁(yè)。核酸的分類及分布

存在于細(xì)胞核和線粒體

分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過復(fù)制傳遞給下一代。是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體第四頁(yè)，共139頁(yè)。第一節(jié)核酸的化學(xué)組成以及一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第五頁(yè)，共139頁(yè)。核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成DNA的組成單位是脫氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide）RNA的組成單位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。核酸酶第六頁(yè)，共139頁(yè)。分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖磷酸(phosphate)一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位元素組成C、H、O、N、P(10%)第七頁(yè)，共139頁(yè)。堿基是含氮的雜環(huán)化合物。為嘌呤與嘧啶的衍生物堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基(base)存在于DNA和RNA中第八頁(yè)，共139頁(yè)。嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)第九頁(yè)，共139頁(yè)。嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第十頁(yè)，共139頁(yè)。堿基的互變異構(gòu)體

互變異構(gòu)體的存在為堿基之間形成氫鍵提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第十一頁(yè)，共139頁(yè)。D-核糖（構(gòu)成RNA）α1′2′3′4′5′β-D-核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）β-D-2′脫氧核糖(deoxyribose)第十二頁(yè)，共139頁(yè)。

嘌呤N-9或嘧啶N-1與核糖C-1

通過糖苷鍵相連形成核苷。

核苷(ribonucleoside)NNNH2OOHOHOHOCH211

糖苷鍵OHOOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵第十三頁(yè)，共139頁(yè)。

脫氧核苷(deoxyribonucleoside)嘌呤N-9或嘧啶N-1與脫氧核糖C-1

通過糖苷鍵相連形成脫氧核苷。NNNH2O

HOHOHOCH211

糖苷鍵OHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵第十四頁(yè)，共139頁(yè)。天然條件下，由于空間位阻效應(yīng)，核糖與堿基處在反式構(gòu)象上。第十五頁(yè)，共139頁(yè)。核苷或脫氧核苷與磷酸通過磷酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide)糖苷鍵磷酯鍵第十六頁(yè)，共139頁(yè)。ATPADPAMP

多磷酸核苷酸NMP，NDP，NTP第十七頁(yè)，共139頁(yè)。FormationofADPandATPbythesuccessiveadditionofphosphategroupsviaphosphoricanhydridelinkages.NotetheremovalofequivalentsofH2Ointhesedehydrationsynthesisreactions.第十八頁(yè)，共139頁(yè)。RNA中的核糖核苷酸第十九頁(yè)，共139頁(yè)。DNA中的脫氧核糖核苷酸第二十頁(yè)，共139頁(yè)。多磷酸核苷酸第二十一頁(yè)，共139頁(yè)。

構(gòu)成RNA的堿基、核苷以及核苷酸堿基

核苷

核苷酸A

腺苷adenosine

腺苷一磷酸adenosinemonophosphate,AMPG

鳥苷guanosine

鳥苷一磷酸guanosinemonophosphate,GMPC

胞苷cytidine

胞苷一磷酸cytidinemonophosphate,CMPU

尿苷uridine

尿苷一磷酸uridinemonophosphate,UMP第二十二頁(yè)，共139頁(yè)。

構(gòu)成DNA的堿基、核苷、核苷酸堿基脫氧核苷脫氧核苷酸A脫氧腺苷deoxyadenosine脫氧腺苷一磷酸deoxyadenosinemonophosphate,dAMPG脫氧鳥苷deoxyguanosine脫氧鳥苷一磷酸deoxyguanosinemonophosphate,dGMPC脫氧胞苷deoxycytidine脫氧胞苷一磷酸deoxycytidinemonophosphate,dCMPT脫氧胸苷deoxythymidine或thymidine脫氧胸苷一磷酸deoxythymidinemonophosphate,dTMP第二十三頁(yè)，共139頁(yè)。環(huán)化核苷酸：環(huán)腺苷酸（cAMP）、環(huán)鳥甘酸（cGMP），是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使，具有調(diào)控基因表達(dá)的作用。cAMP核苷酸衍生物第二十四頁(yè)，共139頁(yè)。第二十五頁(yè)，共139頁(yè)。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，nicotinamideadeninedinucleotide,NAD+），輔酶I生物氧化體系的重要成分，在傳遞質(zhì)子或電子的過程中具有重要的作用。第二十六頁(yè)，共139頁(yè)。輔酶中的核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)第二十七頁(yè)，共139頁(yè)。二、DNA是脫氧核苷酸通過3

,5

-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸3

的羥基與另一個(gè)核苷酸5

的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)。

多個(gè)脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA鏈。第二十八頁(yè)，共139頁(yè)。5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵第二十九頁(yè)，共139頁(yè)。交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5

→

3

只能在3

羥基端得以延長(zhǎng)第三十頁(yè)，共139頁(yè)。三、RNA也是具有3

,5

-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也是多個(gè)核苷酸分子通過3

,5

-磷酸二酯鍵連接形成的線性大分子，也具有5

→3

方向性;RNA的戊糖是核糖；

RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。構(gòu)成RNA的四種基本核苷酸是AMP、GMP、CMP和UMP。第三十一頁(yè)，共139頁(yè)。定義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，所以也稱為堿基序列。5

端3

端CGA四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序第三十二頁(yè)，共139頁(yè)。AGP5

PTPGPCPTPOH3

核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)5

pApCpTpGpCpT-OH

3

5

ACTGCT

3

ACTGCT一級(jí)結(jié)構(gòu)就是堿基序列第三十三頁(yè)，共139頁(yè)。

核酸分子大小表示：核苷酸數(shù)目(單鏈)——nucleotide,nt堿基對(duì)數(shù)目（雙鏈）——basepair,bp

或

kilobasepair,kbp

小的核酸片段(＜50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長(zhǎng)度可以高達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)堿基。第三十四頁(yè)，共139頁(yè)。第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第三十五頁(yè)，共139頁(yè)。DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatialstructure)定義：構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間的相對(duì)位置關(guān)系。第三十六頁(yè)，共139頁(yè)。一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)第三十七頁(yè)，共139頁(yè)。（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1、20世紀(jì)50年代查加夫Chargaff利用層析和紫外吸收光譜等技術(shù)研究DNA的化學(xué)組分，提出了有關(guān)DNA分子四種堿基組成的Chargaff規(guī)則：1）不同生物個(gè)體的DNA其堿基組成不同；2）同一個(gè)體不同器官或不同組織的DNA具有相同的堿基組成；3）對(duì)于一特定組織的DNA，其堿基組分不隨其年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境而變化；4）對(duì)于一特定的生物體而言總有A＝T；C＝G，即：∑嘌呤摩爾數(shù)＝∑嘧啶摩爾數(shù)第三十八頁(yè)，共139頁(yè)。AGCTA/TG/CG+C嘌呤/嘧啶大腸桿菌26.024.925.223.91.090.9950.11.04結(jié)核桿菌15.134.935.414.61.030.9970.31.00酵母31.718.317.432.60.971.0535.71.00牛29.021.221.228.71.011.0042.41.01豬29.820.720.729.11.021.0041.41.01人30.419.919.930.11.011.0039.81.01不同生物來源DNA堿基組分和相對(duì)比例第三十九頁(yè)，共139頁(yè)。用高度定向的DNA纖維得到的高質(zhì)量X-光衍射照片

雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)

X-射線衍射數(shù)據(jù)：Franklin和Wilkins發(fā)現(xiàn)不同來源的DNA纖維具有相似的X-射線衍射圖譜，而且延長(zhǎng)軸有0.34nm和3.4nm兩個(gè)重要的周期性變化，說明DNA可能有共同的空間結(jié)構(gòu)。X-射線衍射數(shù)據(jù)說明，DNA含有兩條或兩條以上具有螺旋結(jié)構(gòu)的多核苷酸鏈。第四十頁(yè)，共139頁(yè)。Watson和Crick根據(jù)Wilkins和Franklin高質(zhì)量的DNAX－線衍射照片及前人的研究結(jié)果，提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并在1953年發(fā)表在Nature雜志上。這一發(fā)現(xiàn)提示了生物界遺傳性狀得以世代相傳的分子機(jī)制，解釋了當(dāng)時(shí)已知的DNA的理化性質(zhì)，并將DNA的功能與結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，奠定了現(xiàn)代生命科學(xué)的基礎(chǔ)。第四十一頁(yè)，共139頁(yè)。兩條多聚核苷酸鏈在空間的走向呈反向平行(anti-parallel)。兩條鏈中一條鏈的5

→3

方向是自上而下，而另一條鏈的5

→3

方向是自下而上。兩條鏈圍繞著同一個(gè)螺旋軸形成右手螺旋(right-handed)的結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑為2.4nm，螺距為3.54nm。（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.DNA由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成第四十二頁(yè)，共139頁(yè)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的示意圖第四十三頁(yè)，共139頁(yè)。脫氧核糖和磷酸基團(tuán)組成的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個(gè)大溝(majorgroove)和一個(gè)小溝(minorgroove)。2.核糖與磷酸位于外側(cè)第四十四頁(yè)，共139頁(yè)。親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。疏水性的堿基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。骨架與堿基45第四十五頁(yè)，共139頁(yè)。3.DNA雙鏈之間形成了互補(bǔ)堿基對(duì)堿基配對(duì)關(guān)系稱為互補(bǔ)堿基對(duì)(complementarybasepair)。DNA的兩條鏈則互為互補(bǔ)鏈(complementarystrand)。堿基對(duì)平面與螺旋軸垂直。第四十六頁(yè)，共139頁(yè)。堿基互補(bǔ)配對(duì):鳥嘌呤(G）/胞嘧啶(C)47第四十七頁(yè)，共139頁(yè)。堿基互補(bǔ)配對(duì):腺嘌呤(A)/胸腺嘧啶(T)48第四十八頁(yè)，共139頁(yè)。堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行49第四十九頁(yè)，共139頁(yè)。(4)由于堿基對(duì)的糖苷鍵有一定的鍵角，使兩個(gè)糖苷鍵之間的窄角為120o，廣角為240o。堿基對(duì)因而向兩條主鏈的一側(cè)突出，堿基對(duì)上下堆積起來，窄角的一側(cè)形成小溝(minorgroove)，其寬度為1.2nm。廣角的一側(cè)形成大溝(majorgroove)，其寬度為2.2nm。因此，DNA雙螺旋的表面可看到一條連續(xù)的大溝，和一條連續(xù)的小溝(圖2-20)。大溝和小溝可以特異性地與蛋白質(zhì)相互作用。特別是在大溝處，A-T，T-A，G-C和C-G的有關(guān)基團(tuán)分布各不相同，可以提供與蛋白質(zhì)相互識(shí)別的豐富信息。第五十頁(yè)，共139頁(yè)。相鄰兩個(gè)堿基對(duì)會(huì)有重疊，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力(basestackinginteraction)。堿基堆積力和互補(bǔ)堿基對(duì)的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。堿基堆積力更重要4.堿基對(duì)的疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定第五十一頁(yè)，共139頁(yè)。堿基堆積作用力相鄰堿基對(duì)平面間的距離為0.34nm，該距離使堿基平面間的π電子云可在一定程度上互相交蓋，形成堿基堆積力(basestackingforce)。第五十二頁(yè)，共139頁(yè)。（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性第五十三頁(yè)，共139頁(yè)。92%相對(duì)濕度生理?xiàng)l件下最穩(wěn)定濕度下降研究CGCGCG的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)，左手螺旋第五十四頁(yè)，共139頁(yè)。旋向螺距(nm)堿基數(shù)（每圈）螺旋直徑（nm）骨架走行存在條件A型右手2.3112.5平滑體外脫水B型右手3.4102.3平滑DNA生理?xiàng)l件Z型左手4.5121.8鋸齒型CG序列三種DNA構(gòu)型的比較第五十五頁(yè)，共139頁(yè)。（四）DNA的多鏈結(jié)構(gòu)在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被質(zhì)子化，可與鳥嘌呤的N-7原子形成氫鍵；同時(shí)，胞嘧啶的N-4的氫原子也可與鳥嘌呤的O-6形成氫鍵，這種氫鍵被稱為Hoogsteen氫鍵。Hoogsteen氫鍵Hoogsteen氫鍵，不破壞Watson-Crick氫鍵，由此形成了C＋GC的三鏈結(jié)構(gòu)(triplex)。第五十六頁(yè)，共139頁(yè)。三鏈結(jié)構(gòu)第五十七頁(yè)，共139頁(yè)。4個(gè)鳥嘌呤之間通過8個(gè)Hoogsteen氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)(tetraplex)。四鏈結(jié)構(gòu)1672第五十八頁(yè)，共139頁(yè)。真核生物DNA3

-末端是富含GT的多次重復(fù)序列（端粒），因而自身形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。保護(hù)端粒的完整性。ATA人端粒區(qū)序列：TTAGGGAAA端粒（英文名：Telomere）是存在于真核細(xì)胞線狀染色體末端的一小段DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它與端粒結(jié)合蛋白一起構(gòu)成了特殊的“帽子”結(jié)構(gòu)，作用是保持染色體的完整性和控制細(xì)胞分裂周期。第五十九頁(yè)，共139頁(yè)。二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。

第六十頁(yè)，共139頁(yè)。61第六十一頁(yè)，共139頁(yè)。（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，以負(fù)超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個(gè)超螺旋形成。62第六十二頁(yè)，共139頁(yè)。DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象63第六十三頁(yè)，共139頁(yè)。（二）真核生物DNA以核小體為單位形成高度有序致密結(jié)構(gòu)真核生物DNA以非常有序的形式存在于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞周期的大部分時(shí)間里，DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在，在細(xì)胞分裂期，則形成高度致密的染色體(chromosome)。第六十四頁(yè)，共139頁(yè)。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像第六十五頁(yè)，共139頁(yè)。DNA：約150bp

組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成第六十六頁(yè)，共139頁(yè)。各兩個(gè)，組成八聚體組蛋白核心。150bpDNA雙鏈，盤繞1.75圈，形成核小體的核心顆粒。第六十七頁(yè)，共139頁(yè)。核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)第六十八頁(yè)，共139頁(yè)。核心顆粒之間由60bpDNA和組蛋白H1構(gòu)成第六十九頁(yè)，共139頁(yè)。染色質(zhì)的中空螺旋管70第七十頁(yè)，共139頁(yè)。雙鏈DNA的折疊和組裝71第七十一頁(yè)，共139頁(yè)。DNA經(jīng)過多次折疊，被壓縮了8000～10000倍，近2米DNA組裝在直徑只有為數(shù)微米的細(xì)胞核內(nèi)。72第七十二頁(yè)，共139頁(yè)。真核生物的染色體端粒：染色體末端膨大的粒狀結(jié)構(gòu)，人端粒區(qū)序列為TTAGGG。維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，維持復(fù)制過程中DNA的完整性，還與衰老及腫瘤相關(guān)。著絲粒:是兩個(gè)染色單體連接位點(diǎn)，富含A，T。細(xì)胞分裂時(shí)的斷裂點(diǎn)。73第七十三頁(yè)，共139頁(yè)。DNA是生物遺傳信息的載體，并為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄提供了模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)?；蚴菙y帶遺傳信息的DNA片段。DNA具有高度穩(wěn)定性的特點(diǎn)，用來保持生物體系遺傳的相對(duì)穩(wěn)定性。同時(shí)，DNA又表現(xiàn)出高度復(fù)雜性的特點(diǎn)，它可以發(fā)生各種重組和突變，適應(yīng)環(huán)境的變遷，為自然選擇提供機(jī)會(huì)。三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)第七十四頁(yè)，共139頁(yè)。75第七十五頁(yè)，共139頁(yè)。第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第七十六頁(yè)，共139頁(yè)。RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在，但可通過鏈內(nèi)堿基配對(duì)，形成局部的雙鏈二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多樣性。第七十七頁(yè)，共139頁(yè)。動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要的RNA種類及功能RNA種類縮寫細(xì)胞內(nèi)位置功能核糖體RNArRNA細(xì)胞質(zhì)核糖體組成成分信使RNAmRNA細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)RNAtRNA細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸微RNAmicroRNA細(xì)胞質(zhì)翻譯調(diào)控胞質(zhì)小RNAscRNA/7SL-RNA細(xì)胞質(zhì)信號(hào)肽識(shí)別體的組成成分不均一核RNAhnRNA細(xì)胞核成熟mRNA的前體核小RNAsnRNA細(xì)胞核參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)核仁小RNAsnoRNA核仁rRNA的加工和修飾線粒體核糖體RNAmtrRNA線粒體核糖體組成成分線粒體信使RNAmtmRNA線粒體蛋白質(zhì)合成模板線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)RNAmttRNA線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸第七十八頁(yè)，共139頁(yè)。信使RNA(messengerRNA,mRNA)是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的模板。生物體內(nèi)mRNA的豐度最小（2%-5%）、種類最多（105）、大小也各不相同、壽命最短。mRNA的初級(jí)產(chǎn)物為不均一核RNA(hnRNA)，含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。hnRNA經(jīng)過剪切后成為成熟的mRNA。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板第七十九頁(yè)，共139頁(yè)。hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNAmRNA成熟過程

外顯子(exon)第八十頁(yè)，共139頁(yè)。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。5

-末端的帽子(cap)結(jié)構(gòu)和3

-末端的多聚A尾(poly-Atail)結(jié)構(gòu)。成熟的真核生物mRNA第八十一頁(yè)，共139頁(yè)。帽子結(jié)構(gòu)m7GpppNp----1.大部分真核細(xì)胞mRNA的5′末端都以7-甲基鳥嘌呤-三磷酸核苷為起始結(jié)構(gòu)mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白(capbindingprotein，CBP)結(jié)合。第八十二頁(yè)，共139頁(yè)。真核生物的mRNA的3-末端轉(zhuǎn)錄后加上一段80~250個(gè)核苷酸的多聚腺苷酸(polyA)。2.在真核生物mRNA的3'末端有多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)mRNA的多聚A尾在細(xì)胞內(nèi)與poly(A)結(jié)合蛋白（poly(A)-bindingprotein，PABP）結(jié)合存在。第八十三頁(yè)，共139頁(yè)。mRNA細(xì)胞核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能原核生物mRNA沒有這些構(gòu)造第八十四頁(yè)，共139頁(yè)。3.mRNA堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列從mRNA分子5

末端起的第一個(gè)AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組稱為密碼子(codon)

。位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為開放閱讀框(openreadingframe,ORF)，決定了多肽鏈的氨基酸序列。在mRNA的開放閱讀框的兩側(cè)，為非翻譯序列（untranslatedregion，UTR），即5

-UTR和3

-UTR。第八十五頁(yè)，共139頁(yè)。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74～95核苷酸組成；占細(xì)胞總RNA的15%；具有很好的穩(wěn)定性。二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體第八十六頁(yè)，共139頁(yè)。1.tRNA中含有多種稀有堿基稀有堿基（rarebase）是指除A、G、C、U外的一些堿基。雙氫尿嘧啶假尿嘧啶核苷甲基化鳥嘌呤第八十七頁(yè)，共139頁(yè)。氨基酸臂DHU環(huán)反密碼子環(huán)可變環(huán)TψC環(huán)tRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡(hairpin)結(jié)構(gòu)。2.tRNA含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂，DHU環(huán)，反密碼環(huán)，TψC環(huán)，可變環(huán)88第八十八頁(yè)，共139頁(yè)。tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L型89第八十九頁(yè)，共139頁(yè)。3.tRNA的3-末端連接氨基酸t(yī)RNA的3-末端都是以CCA結(jié)尾。3-末端的A與氨基酸共價(jià)連結(jié)（脂鍵），tRNA成為了氨基酸的載體（氨基酰-tRNA）。不同的tRNA可以結(jié)合不同的氨基酸。90第九十頁(yè)，共139頁(yè)。tRNA的反密碼子環(huán)上有一個(gè)由三個(gè)核苷酸構(gòu)成的反密碼子(anticodon)。tRNA上的反密碼子依照堿基互補(bǔ)的原則識(shí)別mRNA上的密碼子。4.tRNA的反密碼子識(shí)別mRNA的密碼子Ile91第九十一頁(yè)，共139頁(yè)。核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核糖體蛋白結(jié)合組成核糖體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所第九十二頁(yè)，共139頁(yè)。核糖體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%第九十三頁(yè)，共139頁(yè)。大腸桿菌的核蛋白體第九十四頁(yè)，共139頁(yè)。真核18S

rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)第九十五頁(yè)，共139頁(yè)。

蛋白質(zhì)合成時(shí)形成的復(fù)合體第九十六頁(yè)，共139頁(yè)。四、其他非編碼RNA參與基因表達(dá)的調(diào)控長(zhǎng)鏈非編碼RNA（longnon-codingRNA,lncRNA）非編碼RNA（

Non-codingRNA,ncRNA）不編碼蛋白質(zhì)但具有重要生物學(xué)功能的RNA分子。短鏈（?。┓蔷幋aRNA（smallnon-codingRNA,sncRNA）第九十七頁(yè)，共139頁(yè)。ncRNA功能參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA的剪切和修飾、mRNA的穩(wěn)定和翻譯調(diào)控、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)運(yùn)、染色體的形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等細(xì)胞重要功能lncRNA功能lncRNA在結(jié)構(gòu)上類似于mRNA，但序列中不存在開放讀框。許多已知的lncRNAs由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄并經(jīng)可變剪切形成，通常被多聚腺苷酸化。lncRNA具有復(fù)雜的生物學(xué)功能，并與一些疾病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。有的lncRNA能使基因沉默，有的則激活基因的表達(dá)。第九十八頁(yè)，共139頁(yè)。核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小干涉RNA

微

RNA短鏈非編碼RNA亦稱為非編碼小RNA（smallnon-messengerRNA）

第九十九頁(yè)，共139頁(yè)。核內(nèi)小RNA（smallnuclearRNA,snRNA）位于細(xì)胞核內(nèi)。snRNA有5種，分別稱為U1、U2、U4、U5、U6，它們與多種蛋白形成復(fù)合體，參與真核細(xì)胞不均一核RNA（hnRNA）的內(nèi)含子加工剪接（第十六章）。核仁小RNA（smallnucleolarRNA,snoRNA）：定位于核仁，主要參與rRNA的加工和修飾，如rRNA中核糖C-2

的甲基化修飾。胞質(zhì)小RNA（smallcytoplasmicRNA,scRNA）：存在于細(xì)胞質(zhì)中，參與形成信號(hào)識(shí)別顆粒，引導(dǎo)含有信號(hào)肽的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成（第十七章）。第一百頁(yè)，共139頁(yè)。催化性小RNA亦被稱為核酶（ribozyme）。是細(xì)胞內(nèi)具有催化功能的一類小分子RNA，具有催化特定RNA降解的活性，在RNA的剪接修飾中具有重要作用。小干擾RNA（smallinterferingRNA，siRNA）是生物宿主對(duì)于外源侵入基因表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)行切割所產(chǎn)生的具有特定長(zhǎng)度（21～23bp）和特定序列的小片段RNA。這些siRNA可以單鏈形式與外源基因表達(dá)的mRNA相結(jié)合，并誘導(dǎo)相應(yīng)mRNA降解。第一百零一頁(yè)，共139頁(yè)。微RNA（microRNAs,miRNAs

）是一類長(zhǎng)度為22nt左右的內(nèi)源性短鏈非編碼RNA（sncRNA）。miRNAs主要是通過結(jié)合mRNA而選擇性調(diào)控基因的表達(dá)。第一百零二頁(yè)，共139頁(yè)。原核生物基因表達(dá)的特異性五、核酸在真核細(xì)胞和原核細(xì)胞中表現(xiàn)出不同的時(shí)空特性無核膜，RNA的轉(zhuǎn)錄與蛋白翻譯在同一時(shí)空進(jìn)行。第一百零三頁(yè)，共139頁(yè)。真核生物基因表達(dá)的特異性第一百零四頁(yè)，共139頁(yè)。核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)第一百零五頁(yè)，共139頁(yè)。核酸的酸堿及溶解度性質(zhì)核酸為多元酸，具有較強(qiáng)的酸性。由于核酸分子中的磷酸是一個(gè)中等強(qiáng)度的酸，而堿性（氨基）是一個(gè)弱堿，所以核酸的等電點(diǎn)比較低。

DNA的等電點(diǎn)為4～4.5RNA的等電點(diǎn)為2～2.5不溶有機(jī)溶劑，其鈉鹽易溶于水。核酸的高分子性質(zhì)粘度：DNA>RNAdsDNA>ssDNA沉降行為：不同構(gòu)象的核酸分子的沉降的速率有很大差異，這是超速離心法提取和純化核酸的理論基礎(chǔ)。第一百零六頁(yè)，共139頁(yè)。核酸在波長(zhǎng)260nm

處有強(qiáng)烈的吸收，是由堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有強(qiáng)烈的紫外吸收第一百零七頁(yè)，共139頁(yè)。堿基的紫外吸收光譜第一百零八頁(yè)，共139頁(yè)。DNA或RNA的定量A260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA(dsDNA)40μg/ml單鏈DNA(ssDNAorRNA)20μg/ml寡核苷酸確定樣品中核酸的純度

純

DNA:A260/A280=1.8

純

RNA:A260/A280=2.0紫外吸收的應(yīng)用第一百零九頁(yè)，共139頁(yè)。二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程某些理化因素（溫度、PH值、離子強(qiáng)度等）導(dǎo)致DNA雙鏈互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵發(fā)生斷裂，DNA雙鏈解離為單鏈的過程。

定義DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。第一百一十頁(yè)，共139頁(yè)。DNA的變性第一百一十一頁(yè)，共139頁(yè)。部分變性DNA的電鏡圖像第一百一十二頁(yè)，共139頁(yè)。增色效應(yīng)(hyperchromiceffect)：DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。DNA解鏈時(shí)的紫外吸收變化第一百一十三頁(yè)，共139頁(yè)。DNA的解鏈曲線連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度相對(duì)于A260值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。解鏈過程中，紫外吸光度的變化達(dá)到最大變化值的一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。解鏈溫度(meltingtemperature，Tm)第一百一十四頁(yè)，共139頁(yè)。G+C含量越高，解鏈溫度就越高。解鏈曲線的變化第一百一十五頁(yè)，共139頁(yè)。三、變性的核酸可以復(fù)性或形成雜交雙鏈當(dāng)變性條件緩慢地除去后，兩條解離的互補(bǔ)鏈可重新配對(duì)，恢復(fù)原來的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一現(xiàn)象稱為DNA復(fù)性(renaturation)

。減色效應(yīng)：DNA復(fù)性時(shí)，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為退火(annealing)

。第一百一十六頁(yè)，共139頁(yè)。保持DNA變性狀態(tài)第一百一十七頁(yè)，共139頁(yè)。不同種類的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系，在適宜的條件可以在不同的分子間形成雜化雙鏈(heteroduplex)。這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成，也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成。這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。核酸分子雜交(hybridization)

第一百一十八頁(yè)，共139頁(yè)。核酸分子復(fù)性和雜交第一百一十九頁(yè)，共139頁(yè)。研究DNA分子中某一種基因的位置。監(jiān)定兩種核酸分子間的序列相似性。檢測(cè)靶基因在待檢樣品中存在與否。核酸分子雜交的應(yīng)用第一百二十頁(yè)，共139頁(yè)。第五節(jié)

核酸酶

Nuclease第一百二十一頁(yè)，共139頁(yè)。依據(jù)底物不同分類DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：專一降解DNA。RNA酶(ribonuclease,RNase)：專一降解RNA。依據(jù)對(duì)底物作用方式不同核酸內(nèi)切酶：在DNA或RNA分子內(nèi)部切斷磷酸二酯鍵

。核酸外切酶：水解核酸分子鏈末端的磷酸二酯鍵。有5′→3′或3′→5′核酸外切酶。核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。第一百二十二頁(yè)，共139頁(yè)。5’5’3’3’外切位點(diǎn)外切位點(diǎn)內(nèi)切位點(diǎn)內(nèi)切位點(diǎn)第一百二十三頁(yè)，共139頁(yè)。AAGCTTHindⅢTTCGAA

限制性核酸內(nèi)切酶：可以識(shí)別DNA的特異序列，并在識(shí)別位點(diǎn)或其周圍切割雙鏈DNA的一類內(nèi)切酶，簡(jiǎn)稱限制酶。一般是以微生物屬名的第一個(gè)字母和種名的前兩個(gè)字母組成，第四個(gè)字母表示菌株（品系）。在同一品系細(xì)菌中得到的識(shí)別不同堿基順序的幾種不同特異性的酶，可以編成不同的號(hào)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……等。例如：從流感嗜血桿菌d株(Haemophilusinfluenzaed)中先后分離到3種限制酶，則分別命名為HindⅠ、HindⅡ和HindⅢ。AAGCTTTTCGAA第一百二十四頁(yè)，共139頁(yè)。參與DNA的合成、修復(fù)以及RNA的剪接。清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，以及侵入細(xì)胞的外源性核酸。分泌細(xì)胞外，例如消化液中的核酸酶，降解食物中的核酸。體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶。核酸酶的功能第一百二十五頁(yè)，共139頁(yè)。DNA與RNA比較

DNARNA分布細(xì)胞核、線粒體細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、線粒體基堿

本基

成

戊

分

糖A、G、C、T脫氧核糖A、T、C、U核糖一級(jí)結(jié)構(gòu)（1）核苷酸之間通過3',5'-磷酸二酯鍵相連

（2）核苷酸呈線性排列，不含側(cè)鏈二堿基

級(jí)組成

結(jié)

形

構(gòu)

狀

具有嚴(yán)格規(guī)律，

堿基配對(duì)：A-T，G-C

右手雙螺旋結(jié)構(gòu)(B-DNA)

有兩條反向平行的

多核苷酸鏈沒有嚴(yán)格規(guī)律

堿基配對(duì)：A-U，G-C

發(fā)夾結(jié)構(gòu)（局部堿基配對(duì)）

有一條多核苷酸鏈功能遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)mRNA:蛋白質(zhì)生物合成的直接模板

tRNA:在蛋白質(zhì)合成中起轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

rRNA：蛋白質(zhì)生物合成場(chǎng)所的組成第一百二十六頁(yè)，共139頁(yè)。蛋白質(zhì)和核酸比較蛋白質(zhì)核酸組成單位種類氨基酸20種核苷酸ACGT(DNA)ACGU(RNA)連接方式肽鍵磷酸二酯鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)aa排列順序堿基序列空間結(jié)構(gòu)二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋、超螺旋、核酸-蛋白質(zhì)非共價(jià)結(jié)合功能生命