生物化学与分子生物学课件4、核酸的结构功能

创求严勤新实谨 个人简1988-1993-

北医基础医学北医生1998年至今医生化系学与研究真 表达调DNA损伤与细胞教学基础医学院PBL中心师资培训组组创求严勤新实谨 授课内创求严勤新实谨奋

第三酸的结构与TheStructureandFunctionofNucleicAcids创求严勤新实谨 本章主要核酸的分子组（DNA、RNA的结构核酸的理化性（应用335创求严5新实谨奋蛋白质的分子蛋白质蛋白质的分子蛋白质的分子蛋白质的理化性质及其分离第10章核苷酸代谢第14DNA的生物合成第16RNA的生创求严勤新实谨 核酸的发现与研究简1868年，24岁的 科学家米歇尔（MiescherF.），出核素（nuclein），实际是白创求严勤

Friedrich（1844-新实谨 tonesintheDevelopmentofBiochemistryWohler’ssynthesisofBuchners’fermentationofsugarfromyeastextractsSumner’scrystallizationofureaseFlemming’sdiscoveryofchromosomesMendel’scharacterizationofgenesMiescher’sisolationofnucleicacidsWatsonandCrick’sstructureofDNAGenomicsandproteomics创求严勤新实谨 91889年，生化学RichardAltmann（Miescher的学生）从酵母和动植物组织中出纯净的、不含（NucleicAcid） (transforming创求严勤

Frederick（1879-新实谨 双球R S S型加 S型加热+RTheSignificanceof JHyg(Lond),January1,1928;27(2):113- 1944年,OlswaldAvery证明“转化因子”就是创求严勤新实谨奋

Averywasoneofthefirstbiologistsandainimmunochemistry,butheisbestknownforhisdiscoveryin1944,withhisco-workersColinMacLeodandMaclynMcCarty,thatDNAisthematerialofwhichgenesandchromosomesaremade.TheNobellaureateArneTiseliussaidthatAverywasthemostdeservingscientisttonotreceivetheNobelPrizeforhiswork,thoughhewasnominatedfortheawardthroughoutthe1930s,'40sand'50s. 年，和用同位素标记法进行噬菌体实验，是遗传的物质基础。标创求严勤新实标

标标 TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicineTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969wasawardedjointlytoMaxDelbrück,AlfredD.HersheyandSalvadorE.Luria"fortheirdiscoveriesconcerningthereplicationmechanismandthegeneticstructureofMax

AlfredD.

SalvadorE.1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构1968Nirenberg破译遗传1973年体外融合不同质粒，促 工程技术发1981年Gilbert和Sanger建立 方1985年Mullis发明PCR技术（1993 化学奖1990 启动人 组计划1996年克隆羊“多利”诞生，尝试动物克2003年美、英、法、中等国共同完成人 组计2003年启动功 组学研组学、组学、转录组学、蛋白质组学、代——进入组学核酸的种类RNA（核糖核酸ribonucleicacid）核酸在真核细胞内的分DNA：细胞核（98%），线粒体：细胞核（10%），细胞质创求严勤新实谨奋

第一节核酸的分子核酸的元素（9%核酸的基本结构单位—核苷酸>P O 碱P

PP

O 碱

创求严勤5’-核糖核新实谨奋

5’-脱氧核糖核 核苷酸的组磷酸戊糖碱基创求严勤新实谨 核苷酸中的碱基嘌呤(purine)：腺嘌呤（adenine,N789 1789

鸟嘌呤（guanine, 嘧啶(pyrimidine)：胞嘧啶（cytosine,56132胸腺56132尿嘧啶（uracil,创求严勤新实谨 NN 789789

腺嘌呤(adenine,ON嘌呤

鸟嘌呤(guanine,O嘧啶5 3NN

O尿嘧啶(uracil,O胞嘧啶(cytosine,

胸腺嘧啶(thymine,碱基的结构特含氮的杂环化合含共轭双键，260nm处有吸收峰（A260定量可发生酮-醇互变异构，在生理条件下，以酮式为

鸟嘌呤(酮式 鸟嘌呤(醇式创求严勤新实谨奋

DNA定量——紫外分光光用0.1×TE对待测DNA样品按1：20或合适的开机，仪器会自动对光路及分析软件进行检测，待显示屏上出“instrumentReady”时，进入调零。先用0.×T击“tf”吸70μl已稀释的DNA样品转入石英样品杯，放入样品槽，关闭盖。如果样品很少，可以用5~7μl的石英样品杯。点击“enter”键，仪器即进入分析状态。窗口将同时显示260和280nm处的光密度（从细胞核酸明核酸？从细胞核酸明核酸？260nm/280nm创求260nm/280nm稀有碱黄嘌呤（xanthine, 6-甲基腺嘌呤 双氢尿嘧啶tRNAtRNA含有多种稀有DNARNA创求严勤新实谨 碱基的MechanismtoTherapy.Cell,2012:150:12-OO

OHOO创求严勤新实谨奋

核（构成

2-（构成 碱基和戊糖通过N-C糖苷键缩合而HHH

O 碱HH

O 碱创求严勤新实谨奋

脱氧核

糖苷HHH 各种嘧啶N1－C1’核糖（2-脱氧核糖

核苷（脱氧核苷ON H9H

O ON

创求严勤

腺 尿新实谨 核苷类似物糖胞苷：治疗急性白血（DNA聚合酶抑制剂NHNHNHOCHONOOHOH胞创求严勤

阿糖新实谨 核苷酸核苷中戊糖的羟基与磷酸以磷酯键P O 碱P

P O 碱P 磷酯

磷酯 5’-核糖核苷酸 5’-脱氧核糖核苷酸 创求严勤新实谨 名名碱核5’碱核5’核糖核苷AA腺腺苷酸NG鸟鸟苷酸RC胞胞苷酸U尿尿苷酸碱核5’脱氧核AA脱氧腺脱氧腺苷酸NG脱氧鸟脱氧鸟苷酸DC脱氧胞脱氧胞苷酸T脱氧胸脱氧胸苷酸新实谨 核苷酸名称中的缩写符脱碱磷酸基磷dAMPGDTTCU 脱脱氧核糖核苷 核核糖核苷体内重要的游离核苷酸1 (A,G,C,U) (A,G,C,创求严勤新实谨奋NO

NNN

N

NNN

NN

创求严勤新实谨奋

多磷酸核苷酸的功参与合成代合成核酸的原料NTP（RNA），创求严勤新实谨 2.环化核苷 3’5’-环化腺3’5’-环化鸟

第二信3’,5’-环化腺苷 3’,5’-环化鸟苷创求严勤新实谨 肾上腺素＋受肾上腺素·受体复物激活Gs蛋

磷酸化酶激酶磷蛋白磷酸磷酸化酶激酶b-激活

磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶磷蛋白磷酸肾上肾上腺素参与分解，升高血

抑制剂-

磷蛋白磷酸抑制 3.核苷酸衍生 辅酶I（NAD+）辅酶A（CoA-黄素腺嘌呤二核苷酸

均含腺苷创求严勤新实谨 小 —核酸的分子组创求严勤新实谨奋

HaveaDNA的分子结5´ 一、3’，5’-磷酸二酯A5’末端（5’-磷酸基团3’末端（3’-羟基方向 5’末 3’末3´ 二、DNA的一级结构

O O

碱基

PO PODNA的基本单位

O

碱基书写方

PPPP PPPP

P P

5’

OH (2)5’pApGpCpTpApT

碱基

5’AGCTAT

3’

MolCellBiol33:887-AnticancerRes31:2723-2732三、DNA的空（一）DNA的二级结——双螺旋结构模DNA双螺旋结构研究DNA是遗传的物质ChargaffDNA分子的X双螺旋结构模型的建1952年，ErwinChargaff测定了Chargaff规则：所有DNA分子中（嘌呤碱的摩尔数=嘧啶碱的摩尔数提示：A与T配对，G与C配不同生物的DNA碱基组成 DNA分子X射线衍 （1951年创求严勤新实谨 DNA双螺旋结构模型的（JamesWatson&Francis创求严新实谨奋创求严勤新实谨奋年月日，Nature以“DNA:Celebratetheunknowns”为题，发现DNA双螺旋60年后， 更 Nature,2013;496:419- Cell,Cell,In1953,WatsonandCricknotonlydescribedthedouble-helixstructureofDNA,butalsoembracedtheideathatgenescontainedacodethatexpressesinformationandtherebychangedourviewoflife.articletraceshowtheseideasenteredbiologicalthinkingandhighlightstheconnectionsbetweendifferentbranchesofscienceatthetime,exploringthepowerofmetaphorinscience.DNA双螺旋结构要（5′33′→5′骨架，碱基向内创求严勤新实谨奋左手螺旋A＝T,G＝C；创求严勤新实谨 3.4。创求严勤新实谨 在双螺旋的表面形成大沟（majorgroove和小沟(minorgroove),二者交替出现，是蛋白质－DNA相互创求严勤新实谨 大沟大沟创求严勤新实谨奋DNAduble创求严勤新实谨 A B

ZDNA双螺旋不同构象的比类bp/倾斜角度垂直上升螺旋直A0.右B6右Z7左AformB Z DNA的三链结（TriplexTCTCCGATDNA的四链结构——G（二）DNA的三级结 DNA双螺旋进一步盘曲所形成的空间

创求严勤

闭环双螺 超螺新实谨 创求严勤新实谨 正超螺(positive盘绕方向与DNA双螺旋方同负超螺(negative盘绕方向与DNA双螺旋方向创求严勤新实谨奋核小体

2222

Linker颗颗颗创求严勤

DNA的分新实谨 人类46 的DNA总长可1.7m，经过螺旋化压缩，实长只有200nm )小 —DNA的分子结aa2新实谨奋本章主要核酸的分子组（DNA、RNA的结构核酸的理化性（应用33创求严新实谨奋第三RNA的分子RNA的结构特碱基组成：A、G、C、U（发夹结构或茎环结构稳定性较与DNA结构的异同 创求严勤新实谨奋RNA的主要种类及种 英文名 功ribosomal transferRNA

nuclearRNA

非信使小smallnon-messengerRNA,种 英文名 生物学功核仁小 small

参与rRNA核糖C-2’的甲基small胞质小催化小 smallcatalytic RNA剪接，包括核酶微小微小 转录后调小干扰

smallRNA

对外 的切核核内小small参与hnRNA剪接，包括U2，U4，U5,RNA的一般结：核糖核苷酸的：A、G、C、（A-U，G-连接方3’，5’-方向性5’端3’创求严勤新实谨 为什么DNA中含T，不含 NHNHNHNHNNHNNH

DNA损伤修系统识脱O

O尿嘧啶(uracil,ONHNHNHNH为什么RNA中含U，不含

O胸腺嘧啶(thymine, （二）RNA的二级结构“茎环”“发卡（三）RNA的三级结构“假结创求严勤新实谨 核糖体的组成成分,其种类和大小用S（沉降系数）含量（bs），创求严勤新实谨 核糖体的组原 真小小亚1621301833405S，5.8S，蛋白34495060核糖 大 70 80创求严勤

28S18S5S新实谨 转运

(transferRNA,tRNA的结构特点含10~20%的稀有碱基（DHU、假尿嘧啶、mG、二级结构为三叶草形；三级结构为倒“L”形3’端为CCA-OH结构，与氨基酸相连种类较多，每种tRNA都可以携带与其

环反环DHU

额外

环反环反tRNA的三叶草型结氨基酸臂：由7个bp组成，含GC较多，3’-CCA-连接氨基酸双氢尿嘧啶环（DHU环）：由8~11个核苷酸组成； 额外环（可变环）：由3~18个核苷酸组成，不tRNA此环大小不等，是tRNA的分类标志TC环：由7创求严勤新实谨 tRNA的功能： 创求严勤新实谨 信使RNA(messengerRNA,结构特点：前体：核内不均一（heterogeneousnuclearRNA,编码区、非编码-5’非编码编码3’非编码新实谨 mRNA的功能：合成蛋白质的模板 子创求严勤新实谨 非信使小smallnon-messengerRNA,种英文名生物学种英文名生物学核内小small参与hnRNA剪接，包括U2，U4，U5,核仁小small参与rRNA核糖C-2’的甲基胞质小smallcytosmic催化小smallcatalyticRNA剪接，包括核酶微小转录后调RNA

对外 的切非编码RNA，22个核苷酸左右在转录后水平调 表达创求严勤新实谨奋

AltafA.Dar,etal.JBiolChem

RoleofthelncRNA-p53regulatorynetworkinAdvancesinfunctionalgenomicshaveledtodiscoveryofalargegroupofpreviousuncharacterizedlongnon-codingRNAs(lncRNAs).EmergingevidenceindicatesthatlncRNAsmayserveasmastergeneregulatorsthroughvariousmechanisms.DysregulationoflncRNAsisoftenassociatedwithavarietyofhumandiseasesincludingcancer.Ofsignificantinterest,recentstudiessuggestthatlncRNAsparticipateinthep53tumorsuppressorregulatorynetwork.Inthisreview,wediscusshowlncRNAsserveasp53regulatorsorp53effectors.Furthercharacterizationofthesep53-associatedlncRNAsincancerwillprovideabetterunders