核酸结构,性质与功能

1、医学分子生物学医学分子生物学Molecular Biology高颖高颖大连医科大学生物化学教研室大连医科大学生物化学教研室gaoying822 分子生物学分子生物学: :是从是从分子水平分子水平研究生命现象、研究生命现象、生命的本质、生命活动及其规律的科学。生命的本质、生命活动及其规律的科学。医学分子生物学医学分子生物学: :是从分子水平研究人体是从分子水平研究人体在正常和疾病状态下生命活动及其规律在正常和疾病状态下生命活动及其规律的一门科学。它主要研究人体的一门科学。它主要研究人体生物大分子生物大分子和大分子体系的和大分子体系的结构、功能、相互作用结构、功能、相互作用及其同疾病发生、发展的关

2、系及其同疾病发生、发展的关系。 医学分子生物学医学分子生物学 ( (供供8 8年制及年制及7 7年制年制 临床医学等专业用临床医学等专业用) ) 冯作化冯作化 主编主编 人民卫生出版社人民卫生出版社(2005)(2005)1.1.2.2.医学分子生物学医学分子生物学( (供研究生用供研究生用) () (全国高等全国高等医药院校教材医药院校教材) ) 查锡良查锡良 主编主编 人民卫生出人民卫生出版社版社(2003, 2006)(2003, 2006)参考教材参考教材主要内容主要内容 核酸的结构与功能核酸的结构与功能 基因组学、遗传信息传递（基因组学、遗传信息传递（DNADNA复制，复制，RNAR

3、NA转转录，蛋白质合成）录，蛋白质合成） 基因表达调控（原核生物基因表达调控，真基因表达调控（原核生物基因表达调控，真核生物基因表达调控）核生物基因表达调控） 分子生物学基本技术（杂交，分子生物学基本技术（杂交，PCR,DNAPCR,DNA测序，测序，基因克隆及工具酶基因克隆及工具酶 基因诊断与基因治疗基因诊断与基因治疗基因是核酸分子中贮存遗传信息的遗传基因是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位，是单位，是RNARNA和蛋白质相关遗传信息的基本和蛋白质相关遗传信息的基本存在形式。存在形式。大部分生物中构成基因的核酸是大部分生物中构成基因的核酸是DNA, DNA, 少少数生物（如数生物（如RNARN

4、A病毒）是病毒）是RNARNA。基因的现代分子生物学概念基因的现代分子生物学概念DNADNA和和RNARNA的化学组成的化学组成元素组成元素组成 C C、H H、 O O、 N N、 P P（9-10%9-10%）分子组成分子组成 - - 碱基：嘌呤碱碱基：嘌呤碱、 嘧啶碱嘧啶碱 - - 戊糖：核糖戊糖：核糖、 脱氧核糖脱氧核糖 - - 磷酸磷酸嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)碱碱 基基NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine

5、, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3核酸的结构核酸的结构Structure of Nucleic Acid一、核酸的一级结构一、核酸的一级结构（primary structure） 定义：定义：核酸中核苷酸的排列顺序。核酸中核苷酸的排列顺序。组成组成DNADNA分子的脱氧核糖核苷酸分子的脱氧核糖核苷酸( (dAMP, dGMP, dTMP, dCMP)的排列顺序。的排列顺序。组成组成RNARNA分子的核糖核苷酸分子的核糖核苷酸( (AMP, GMP, UMP, CMP)的排列顺序。的排列顺序。由于核苷酸间

6、的差异主要是碱基不同，由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为所以也称为碱基序列碱基序列。5 端端3 端端核苷酸之间以核苷酸之间以3 , 5 -磷酸磷酸二酯键二酯键(phosphoester bond )连接形成多核苷酸链，即核酸。连接形成多核苷酸链，即核酸。CGA书写方法书写方法PPAPCPCPTPGOHCPTPAPA53pApCpTpGpCpTpApApC-OH 35 ACTGCTAAC35 碱基 戊糖 磷酸 碱基碱基 戊糖戊糖 磷酸磷酸 嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶DNA A G C T 脱氧核糖脱氧核糖 磷酸磷酸RNA A G C U 核糖核糖 磷酸磷酸N9 N1 C1 核苷核苷糖苷键糖苷键

7、核苷酸（多为核苷酸（多为55核苷酸）核苷酸）磷酸二酯键磷酸二酯键两种核酸的比较两种核酸的比较DNADNA的结构的结构一、一、DNA DNA 的一级结构的一级结构 四种脱氧核糖核苷酸四种脱氧核糖核苷酸或四种碱基的排列顺序或四种碱基的排列顺序称为称为DNADNA的一级结构。的一级结构。 二、二、DNA的二级结构的二级结构（Secondary structure） -双螺旋结构双螺旋结构(Double helix of DNA) James Watson and Francis Crick proposed a double helix model of DNA in 1953. DNA双螺旋结构模

8、型要点双螺旋结构模型要点 1. 两条链反向平行两条链反向平行(antiparallel )，围绕同一中，围绕同一中心轴构成心轴构成右手双螺旋右手双螺旋 (double helix)。螺旋。螺旋直径直径2nm，表面有，表面有大沟和小沟大沟和小沟。2. 磷酸磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋脱氧核糖骨架位于螺旋外侧外侧，碱基垂直于螺旋轴而，碱基垂直于螺旋轴而伸入伸入内侧内侧。每圈螺旋含。每圈螺旋含10个个碱基对碱基对 (base pairs,bp)，螺螺距为距为3.4nm。大沟大沟小沟小沟3. 两条链通过碱基间的氢两条链通过碱基间的氢键相连，键相连，A对对T有两个氢有两个氢键，键，C对对G有三个氢键有三个

9、氢键，这种这种A-T、C-G配对的规配对的规律，称为律，称为碱基互补规则碱基互补规则。4. 维持双螺旋稳定的因素：维持双螺旋稳定的因素：横向为横向为氢键氢键，纵向为，纵向为碱碱基间的堆积力基间的堆积力。DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性Z型型DNAB型型DNAA型型DNA右手螺旋右手螺旋左手螺旋左手螺旋三、三、DNADNA的高级结构（三级结构）的高级结构（三级结构） DNA DNA 分子在形成双螺旋结构的基础上，分子在形成双螺旋结构的基础上，进一步折叠成进一步折叠成超螺旋结构超螺旋结构 (supercoil) (supercoil) ( (原核细胞原核细胞) )，或在蛋白质的参与下，进

10、行，或在蛋白质的参与下，进行精密的包装精密的包装 ( (真核细胞真核细胞) )。高度压缩的。高度压缩的 DNA DNA 分子才能容纳于细胞质或细胞核中。分子才能容纳于细胞质或细胞核中。 原核生物原核生物(Prokaryotic)DNA的高级结构的高级结构 环状双螺旋分子，进一步盘绕形成类核。环状双螺旋分子，进一步盘绕形成类核。超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。结构。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。双螺旋方同相同。 负超螺旋负超螺旋

11、(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。双螺旋方向相反。 自然界的闭合双链自然界的闭合双链DNADNA主要以负超螺旋形式主要以负超螺旋形式存在。存在。意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于扑学变化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过程具有关键作用。转录过程具有关键作用。 DNA在真核生物在真核生物(Eukaryotic) 细胞核内的组装细胞核内的组装真核生物染色体由真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，和蛋白质构成，其基本单位是其基本单位是 核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成核小体的组成D

12、NA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2BH3H4(约约60bp)组蛋白组蛋白H1八聚体核心组蛋白八聚体核心组蛋白串珠状核小体结构串珠状核小体结构真核生物染色体真核生物染色体DNA组装组装DNA的功能：是以的功能：是以基因基因的形式荷载遗传的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命生命遗传的物质基础遗传的物质基础，也是个体生命活动的，也是个体生命活动的信息基础。信息基础。基因从结构上定义，是指基因从结构上定义，是指DNA特定区段，特定区段，其中核苷酸排列顺序决定了基因的功能。其中核苷酸排列顺序决定了基因的功能。 DNADNA携带

13、遗传信息携带遗传信息结构信息结构信息 DNARNADNARNA蛋白质蛋白质调控信息调控信息 特定的特定的DNADNA区段与蛋白质分子的区段与蛋白质分子的识别、结合识别、结合、 控制基因复制和基因控制基因复制和基因表达等有关。表达等有关。 基因的结构特点基因的结构特点结构基因结构基因 定义：定义： 在基因片段中，贮存着一个特定的转录在基因片段中，贮存着一个特定的转录RNARNA分子的分子的DNADNA序列，这段序列决定该序列，这段序列决定该RNARNA分子的一级结构，就称为结构基因。分子的一级结构，就称为结构基因。 不同生物结构基因特点不同生物结构基因特点1.1.原核生物结构基因的特点原核生物结

14、构基因的特点结构基因在结构基因在DNADNA上是连续的上是连续的2.2.真核生物结构基因的特点真核生物结构基因的特点结构基因在结构基因在DNADNA上是不连续的（断裂基因）上是不连续的（断裂基因）3.3.病毒结构基因的特点病毒结构基因的特点有的是连续的，有的是间断的，取决于有的是连续的，有的是间断的，取决于其能够侵染宿主。其能够侵染宿主。外显子外显子（exon) 结构基因中在成熟结构基因中在成熟RNARNA分子中保留分子中保留的相对应的序列的相对应的序列内含子内含子(intron) 是指是指RNARNA分子剪接时删除部分相对应分子剪接时删除部分相对应的结构基因序列的结构基因序列 基因转录调控序

15、列基因转录调控序列定义：与转录相关的、结构基因以外的序列定义：与转录相关的、结构基因以外的序列原核生物基因的转录调控序列原核生物基因的转录调控序列1.1.启动子启动子（promoter) 是是RNARNA聚合酶特异性识别和结合的聚合酶特异性识别和结合的DNADNA序列，序列，位于结构基因转录起始点的上游。启动子本身位于结构基因转录起始点的上游。启动子本身并不被转录。并不被转录。2. 2. 终止子终止子 是结构基因是结构基因33段下游的一段段下游的一段DNADNA序列，序列，其中有其中有GCGC富集区组成的反向重复序列，富集区组成的反向重复序列，转录后在转录后在RNARNA分子中形成特殊的结构以

16、分子中形成特殊的结构以终止终止RNARNA链的延伸。链的延伸。3. 3. 操纵元件（操纵元件（operator)operator) 操纵元件是被阻遏蛋白识别与结合的操纵元件是被阻遏蛋白识别与结合的一小段一小段DNADNA序列（阻遏蛋白与操纵元件结合序列（阻遏蛋白与操纵元件结合后抑制下游结构基因的转录）后抑制下游结构基因的转录） 4. 4. 正调控结合蛋白结合位点正调控结合蛋白结合位点 在弱启动子附近有一些特殊的在弱启动子附近有一些特殊的DNADNA序列，序列，转录激活蛋白可以识别并转录激活蛋白可以识别并结合这种结合这种DNADNA序列序列，该蛋白可与该蛋白可与RNARNA聚合酶作用，聚合酶作用

17、，促进转录的启动促进转录的启动。这种这种DNADNA序列就是正调控蛋白结合位点。序列就是正调控蛋白结合位点。 真核生物的转录调控序列真核生物的转录调控序列 与转录调控有关的与转录调控有关的DNADNA序列成为顺式序列成为顺式作用元件作用元件（cis-actingelement), 包括启动子、包括启动子、上游启动子元件、增强子、加尾信号和一些上游启动子元件、增强子、加尾信号和一些反应元件等。反应元件等。 启动子启动子 RNARNA聚合酶特异性识别和结合的聚合酶特异性识别和结合的DNADNA 序列，多数位于结构基因转录起始点的序列，多数位于结构基因转录起始点的 上游，启动子本身不被转录，但有些上

18、游，启动子本身不被转录，但有些 启动子（如启动子（如tRNAtRNA启动子）可以位于转录启动子）可以位于转录 起始点的下游，这些起始点的下游，这些DNADNA序列可以被转录。序列可以被转录。2. 2. 上游启动子元件上游启动子元件 指指TATATATA盒上游的一些特定的盒上游的一些特定的DNADNA序列序列（1 1）与）与TATATATA盒共同组成启动子盒共同组成启动子（2 2）是反式作用因子（转录激活蛋白）是反式作用因子（转录激活蛋白） 识别与结合的位点识别与结合的位点常见的上游启动子元件常见的上游启动子元件CAAT盒：含有盒：含有5GGNCAATCT 3 -80 bp -90 bpCACA

19、盒：含有盒：含有5GCCACACCC3核心序列核心序列 -80 bp -90 bp （大多数真核生物基因具有）（大多数真核生物基因具有）GC盒：含有盒：含有5CCGCC3核心序列核心序列 -70 bp 和和 -120 bp （组成型基因具有）（组成型基因具有）3.3.增强子（增强子（enhanceenhance） 是一种较短的是一种较短的DNADNA序列，能够被反式序列，能够被反式作用因子识别与结合。与增强子元件结合作用因子识别与结合。与增强子元件结合后能够增强邻近基因转录。后能够增强邻近基因转录。 位于转录起始点上游位于转录起始点上游 -100-100 -300bp-300bp处。处。4.

20、4. 反应元件反应元件 一类能介导基因对细胞外的某种信号一类能介导基因对细胞外的某种信号产生反应的特异的产生反应的特异的DNADNA序列序列。特点：特点： 具有较短的保守序列具有较短的保守序列 通常位于启动子附近，启动子内或通常位于启动子附近，启动子内或 增强子区域增强子区域5.poly(A)信号信号 真核生物基因除了调控转录起始的真核生物基因除了调控转录起始的序列外，在结构基因的序列外，在结构基因的33端下游还有端下游还有加尾信号加尾信号，由，由AATAAAATAA序列和序列和GTGT丰富区，丰富区，或或T T丰富区组成。丰富区组成。作用：终止作用：终止mRNAmRNA转录和为其加上转录和为

21、其加上poly(A)尾。尾。不同生物基因的基本结构特点不同生物基因的基本结构特点 原核生物基因的基本结构原核生物基因的基本结构 5-5-启动子启动子- -结构基因结构基因- -转录终止子转录终止子-3-3 操纵子（操纵子（operon)operon) 功能上相关联的数个结构基因串联功能上相关联的数个结构基因串联 在一起，由一套转录调控序列控制其转录，在一起，由一套转录调控序列控制其转录， 构成的基因表达单位。构成的基因表达单位。2. 2. 真核生物基因的基本结构真核生物基因的基本结构组成组成 一个结构基因一个结构基因 + + 转录调控序列转录调控序列特点特点 mRNAmRNA多是单顺反子（多是

22、单顺反子（monocistron)monocistron)例外例外 rRNArRNA基因结构是多顺反子基因结构是多顺反子3. 3. 病毒基因的基本结构病毒基因的基本结构特点特点 很小（和真核基因相比）很小（和真核基因相比） 一般没有内含子一般没有内含子 调控序列较少调控序列较少 有不规则基因有不规则基因不同生物体的基因组不同生物体的基因组物种物种总总DNA（kbp）染色体数染色体数基因数基因数大肠杆菌大肠杆菌4 63914 405酵母酵母12 068166 200线虫线虫97 00012/1119 000拟南芥拟南芥125 0001025 500果蝇果蝇180 0001813 600水稻水稻4

23、80 0002457 000小鼠小鼠2 500 0004030 00035 000人人3 200 0004630 00035 000玉米玉米3 000 00020鸡鸡2 100 00078 DNADNA是生物遗传信息的载体，并为基因复制是生物遗传信息的载体，并为基因复制和转录提供了模板。它是生命遗传的物质和转录提供了模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。基础，也是个体生命活动的信息基础。 DNADNA具有高度稳定性，用来保持生物体系遗具有高度稳定性，用来保持生物体系遗传的相对稳定性。同时，传的相对稳定性。同时，DNADNA又表现出高度又表现出高度复杂性的特点，它可以发生各种

24、重组和突复杂性的特点，它可以发生各种重组和突变，适应环境的变迁，为自然选择提供机变，适应环境的变迁，为自然选择提供机会。会。 RNARNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA RNARNA是是DNADNA的转录产物的转录产物 RNARNA通常以通常以单链线性形式单链线性形式存在，但是可以存在，但是可以 通过链内的碱基互补配对形成通过链内的碱基互补配对形成局部的局部的 双螺旋结构双螺旋结构，进而形成三级结构。，进而形成三级结构。 与与DNADNA相比，相比，RNARNA的种类、大小、结构以及的种类、大小、结构以及 稳定性表现出了多样化，这与它们的功能

25、稳定性表现出了多样化，这与它们的功能 多样化密切相关。多样化密切相关。RNA特点特点真核细胞内主要真核细胞内主要RNARNA的种类和功能的种类和功能种类种类细胞定位细胞定位功能功能信使信使RNARNAmessenger RNA (mRNA)messenger RNA (mRNA)细胞核、细胞质、细胞核、细胞质、线粒体线粒体蛋白质的合成模板蛋白质的合成模板非均一核非均一核RNARNAheterogeneous nuclear heterogeneous nuclear RNA (hnRNA)RNA (hnRNA)细胞核细胞核 成熟成熟mRNAmRNA的前体的前体转运转运RNARNA transf

26、er RNA (tRNA)transfer RNA (tRNA)细胞核、细胞质、细胞核、细胞质、线粒体线粒体转运氨基酸转运氨基酸核糖体核糖体RNARNA ribosomal RNA (rRNA)ribosomal RNA (rRNA)细胞核、细胞质、细胞核、细胞质、线粒体线粒体构成核糖体构成核糖体非编码小非编码小RNARNAsmall non-coding RNA small non-coding RNA (sncRNA)(sncRNA)细胞核、细胞质细胞核、细胞质参与参与hnRNAhnRNA的剪接和的剪接和转运、转运、rRNArRNA加工、基加工、基因表达调控等因表达调控等一一 、信使、信使

27、RNA含有氨基酸编码序列含有氨基酸编码序列 - 作为蛋白质合成的模板作为蛋白质合成的模板hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA mRNA成熟过程成熟过程 外显外显子子(exon)* mRNA结构特点结构特点1. 真核真核mRNA的的5 末端在转录后加上一个末端在转录后加上一个7-甲基甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的鸟苷，同时第一个核苷酸的C 2也是甲基化，也是甲基化，形成帽子结构：形成帽子结构：m7GpppNm-。2. 真核真核mRNA的的3 末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。 真核真核mRNA的的5 -末端末端7-甲基鸟嘌呤核

28、苷帽状结构及核糖甲基化甲基鸟嘌呤核苷帽状结构及核糖甲基化 mRNAmRNA核内向胞质的转移核内向胞质的转移mRNAmRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 帽子结构和多聚帽子结构和多聚A A尾的功能尾的功能DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 mRNAmRNA含有氨基酸密码子含有氨基酸密码子 mRNA mRNA的功能是转录核内编码蛋白质信息的功能是转录核内编码蛋白质信息的的DNADNA碱基排列顺序，并携带至细胞质，指

29、碱基排列顺序，并携带至细胞质，指导蛋白质合成。导蛋白质合成。 mRNAmRNA分子从分子从5 5 - -末端的第一个末端的第一个AUGAUG( (起始密起始密码子码子) )开始，每开始，每3 3个核苷酸为一组，决定肽链个核苷酸为一组，决定肽链上一个氨基酸，称为上一个氨基酸，称为三联体密码三联体密码或或密码子密码子(codon)(codon)。位于起始密码子和终止密码子之。位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为间的核苷酸序列称为开放阅读框开放阅读框(open (open reading framereading frame，ORF)ORF)，可读框内的核苷酸，可读框内的核苷酸序列决定了多

30、肽链的氨基酸序列。序列决定了多肽链的氨基酸序列。一条完整的一条完整的mRNAmRNA包括包括5 5 - -非编码区、编码区和非编码区、编码区和3 3 - -非编非编码区。码区。编码区包括起始密码子、编码氨基酸的序列和终止编码区包括起始密码子、编码氨基酸的序列和终止密码子。密码子。 tRNA的一级结构特点的一级结构特点含稀有碱基较多含稀有碱基较多3 末端为末端为 - CCA-OH二、转运二、转运RNA (Transfer RNA,tRNA) - 氨基酸的携带者，转运氨基酸至氨基酸的携带者，转运氨基酸至 核糖体，参与蛋白质的合成。核糖体，参与蛋白质的合成。（一）（一） tRNA分子含有稀有碱基分子

31、含有稀有碱基 含含 10 % 20% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU 3 末端为末端为 CCA-OH 5 末端大多数为末端大多数为G 具有具有 T C 二、转运二、转运RNARNA含有接纳氨基酸和含有接纳氨基酸和mRNAmRNA识别识别序列序列氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环（二）（二）tRNAtRNA有有“三叶草三叶草”样二级结构和倒样二级结构和倒“L”L”形三级结形三级结构构环环氨基酸臂氨基酸臂DHU环环反密码环反密码环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环有些氨基酸只有一种有些氨基酸只有一种tRNA作为载体，而另外的作为载体，而另外的一 些 氨 基 酸 则 需 要 几 种一 些 氨 基 酸 则 需

32、要 几 种tRNA作为载体。作为载体。 （三）（三）tRNAtRNA有识别有识别mRNAmRNA密码的反密码子密码的反密码子* tRNA的功能的功能活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。* rRNA的结构的结构三、核蛋白体三、核蛋白体RNA (Ribosomal RNA,rRNA)* rRNA的功能的功能参与组成核蛋白参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物体，作为蛋白质生物合成的场所。合成的场所。* rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数） 真核生物真核生物 5S rRNA 28S rRNA5.8S rRNA 18S rRNA 原核生物原

33、核生物 5S rRNA23S rRNA16S rRNA（一）原核、真核（一）原核、真核rRNArRNA分子质量不同分子质量不同核糖体核糖体(ribosomes)的组成的组成原核生物原核生物真核生物真核生物小亚基小亚基30S40SrRNA16S18S蛋白质蛋白质21种种33种种大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S28S5.8S5S蛋白质蛋白质33种种49种种核糖体核糖体70S80S核糖体的组成核糖体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例） 真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个

34、核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S 5.85S 5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%18S rRNA的二级结构的二级结构 rRNA与核糖体蛋白质共同构成与核糖体蛋白质共同构成核糖体核糖体，是蛋白质生物合成的场所：为肽链合成所需要是蛋白质生物合成的场所：为肽链合成所需要的的mRNA、tRNA、多种蛋白因子提供了相互结、多种蛋白因子提供了相

35、互结合的位点和相互作用的空间环境。合的位点和相互作用的空间环境。（三）（三）rRNArRNA参与组成的核糖体是蛋白质翻参与组成的核糖体是蛋白质翻译的场所译的场所四、非信使小四、非信使小RNARNA具有多样性具有多样性除了上述三种除了上述三种RNA外，细胞内存在的许多外，细胞内存在的许多其他种类的小分子其他种类的小分子RNA，统称为，统称为非信使小非信使小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 snmRNAs非编码非编码RNA(non-coding RNA)专指那些具专指那些具有调节作用的小有调节作用的小RNA，如，如siRNA、miRNA等。等。 snm

36、RNAs的种类的种类核内小核内小RNA（small nuclear RNA，snRNA）核仁小核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）胞质小胞质小RNA（small cytoplasmic RNA，scRNA）催化性小催化性小RNA（small catalytic RNA）小干扰小干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）微微RNA（microRNA，miRNA）等）等在在hnRNA和和rRNA的转录后加工、转运中发挥作用，的转录后加工、转运中发挥作用，有的参与基因表达调控等；是现代生物学研究的新领域。有的参与基因表达调控等；是现代生物学

37、研究的新领域。真核细胞内重要的真核细胞内重要的snmRNAssnmRNAs种类英文名称生物学功能核内小RNAsmall nuclear RNA (snRNA)参与hnRNA剪接，包括U1、U2、U4、U5、U6核仁小RNAsmall nucleolar RNA (snoRNA) 参与rRNA核糖C-2的甲基化 胞质小RNAsmall cytoplamsic RNA (scRNA) 催化小RNAsmall catalytic RNA RNA剪接，包括核酶等小干扰RNAsmall interference RNA(siRNA) 参与转录后调节；对外源入侵RNA基因的切割（一）核内小（一）核内小RN

38、ARNA与核糖核蛋白结合共同参与与核糖核蛋白结合共同参与mRNAmRNA前体加工前体加工snRNA长度（nt） 剪接hnRNA的靶位点U1U2U4U5 U6U7165189145115106635-端 内含子腺苷酸分支点 5端，补充分支点转酯化反应，3剪接点，使外显子连接转酯化反应组蛋白H3前体的mRNA3末端裂解高等真核细胞高等真核细胞snRNA的特征的特征 （二）催化性小（二）催化性小RNARNA参与参与RNARNA剪接加工剪接加工 一些小一些小RNA分子具有催化特定分子具有催化特定RNA降解的活性，降解的活性，在在RNA合成后的剪接中具有重要作用。这种具有催化合成后的剪接中具有重要作用。

39、这种具有催化作用的小作用的小RNA亦被称为亦被称为核酶核酶(ribozyme)或催化性或催化性RNA (catalytic RNA) 。（三）核仁小（三）核仁小RNARNA参与参与rRNArRNA甲基化修饰甲基化修饰（四）小干扰（四）小干扰RNARNA特异阻断体内同源基因的表达特异阻断体内同源基因的表达核酸的理化性质核酸的理化性质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid 核酸的核酸的酸碱及溶解度性质酸碱及溶解度性质 核酸为多元酸，具有较强的酸性核酸为多元酸，具有较强的酸性。可与金属离子成盐，不溶于乙醇或异丙可与金属离子成盐，不溶于

40、乙醇或异丙醇醇一、核酸具备多种基本物理化学性质一、核酸具备多种基本物理化学性质核酸中的核酸中的糖苷键糖苷键和和磷酸酯磷酸酯键都能键都能被酸、碱和酶水解。被酸、碱和酶水解。 （一）核酸可被酸、碱水解（一）核酸可被酸、碱水解NHNNHNONH2NHNNNOHNH2GNHNHOONNOHOHUNHNHOOCH3NNOHOHCH3TNNNHNNH2NHNNHNNHANNHNH2ONHNHNHOC（二）核酸是两性分子（二）核酸是两性分子n 碱基可发生互变异构碱基可发生互变异构n 碱基在体液环境中以碱性解离为主碱基在体液环境中以碱性解离为主n 核酸分子是酸性化合物核酸分子是酸性化合物（三）核酸溶液具有高分

41、子性质（三）核酸溶液具有高分子性质 黏滞度黏滞度 ：DNA DNA RNARNAdsDNA dsDNA ssDNAssDNA 沉降系数沉降系数：溶液中的核酸在离心力场中可下沉。溶液中的核酸在离心力场中可下沉。DNADNA分子经反复盘曲形成超螺旋后，其沉分子经反复盘曲形成超螺旋后，其沉降系数增加，超螺旋松解后其沉降系数减降系数增加，超螺旋松解后其沉降系数减小。小。（四）核酸具有紫外线吸收特性（四）核酸具有紫外线吸收特性 核酸的紫外吸收（核酸的紫外吸收（ODOD260260） 单核苷酸单核苷酸 ssDNAssDNA（或（或RNARNA） dsDNAdsDNA 腺嘌呤腺嘌呤1. DNA或或RNA的定

42、量的定量A260=1.0相当于相当于50g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2. 判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品: A260/A280 = 1.8RNA纯品纯品: A260/A280 = 2.0A A260260的应用的应用二、核酸二、核酸变性、复性是很多分子生物学变性、复性是很多分子生物学技术操作的基础技术操作的基础定义：定义：核酸的变性（核酸的变性（denaturationdenaturation）指）指DNADNA双螺旋之间的氢键断裂变成单链、双螺旋之间的氢键断裂变成单链、或或RNARNA局部氢键断裂变成线性单链

43、结局部氢键断裂变成线性单链结构的过程构的过程 （一）核酸变性是双链解离为单链的过程（一）核酸变性是双链解离为单链的过程方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等素以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等变性后其它理化性质变化：变性后其它理化性质变化：A A260260增高增高 粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂（二）核酸变性时伴有增色效应（二）核酸变性时伴有增色效应DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNADNA变性时其溶液变性时其溶液A A260260增高的