细胞的分子基础核酸课件

细胞的分子基础

核酸

主讲人：徐单单DNA分子02RNA分子03生物小分子0101生物小分子01生物小分子组成细胞的物质称为原生质（protoplasm）含50多种化学元素：C、H、O、N占90%；S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe，以上共占99.9%一、生物小分子（1）水和无机盐是细胞内的无机化合物水：游离水、结合水→以氢键结合蛋白质；无机盐：离子状态存在，游离于水中，维持渗透压、PH值；与蛋白质或脂类结合，形成有功能的大分子。（2）有机小分子是组成生物大分子的亚单位有机小分子：分子量100～1000碳化合物，碳原子可多达30个左右分四种：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸02DNA分子二、生物大分子细胞中约有3000种大分子，分子量：1万～100万；主要为核酸、蛋白质、多糖（1）核酸携带遗传信息核糖核酸RNA(ribonucleicacid)脱氧核糖核酸DNA(deoxyribonucleicacid)图1，核酸分子结构1）核酸的化学组成:由几十个～几百万个核苷酸聚合而成核苷酸碱基：嘌呤(A/G)、嘧啶(C/T/U)戊糖磷酸核苷D-核糖D-2-脱氧核糖两类碱基：嘌呤碱：腺嘌呤adenine（A），鸟嘌呤guanine（G）嘧啶碱：胞嘧啶cytosine（C），胸腺嘧啶thymine（T），尿嘧啶uracil（U）2）核苷酸的类型：

dAMP、dGMP、dCMP、dTMP——DNAAMP、GMP、CMP、UMP——RNA

少量修饰碱基(稀有碱基)：6-甲基嘌呤、5-甲基胞嘧啶、5-羟基胞嘧啶等，主要分布于RNA分子上环化核苷酸：3‘,5’-环化腺苷酸cAMP以及3',5'-环化鸟苷酸cGMP图2，cGMP与cAMP分子结构3）核苷酸的组成：碱基+戊糖(核糖)=核苷核苷+磷酸=核苷酸核苷酸之间或脱氧核苷酸之间只有碱基不同，所以可用碱基排列顺序代表RNA或DNA组成顺序，称为一级结构图3，核苷酸的聚合图4，RNA链与DNA链分子结构（2）DNA结构与特点1953年Watson和Crick提出DNA分子双螺旋结构模型(B-DNA)DNA分子由两条相互平行而方向相反的多核苷酸链组成，由磷酸二酯键连接，方向一条5'→3'，另一条3'→5'两条链围绕同一个中心轴，右手螺旋方向盘绕成双螺旋；螺旋的主链由位于外侧的间隔相连的脱氧核糖和磷酸组成，双螺旋的内侧由碱基构成，且按碱基互补原则：A=T，G≡C；碱基位于同一平面，垂直于螺旋纵轴，相邻碱基之间距离0.34nm，10个碱基构成一个螺距3.4nm；螺旋直径2nm；右手螺旋结构上存在两条凹沟：大沟和小沟。DNA结构受环境因素影响右手螺旋左手螺旋右手螺旋图5，DNA超螺旋结构（3）DNA主要功能：储存、复制、传递遗传信息一段DNA分子由n个核苷酸组成，排列顺序4n种，导致遗传信息多样性、生物多样性生物体一套完整的单倍遗传物质——基因组（染色体组）人类基因组DNA碱基数为31.647亿个bp（碱基对）;A+T54%，G+C38%；外显子：1.1%-1.4%；内含子：24%；非编码：75%基因数目：2-3万个(蛋白质编码基因)，长度：2-30Kbp重复序列：50%以上；个体间核苷酸差异：0.1%遗传信息表达：复制(replication)，半保留复制转录(transcription)：DNA→RNA翻译(translation)：RNA→蛋白质03RNA分子（1）RNA与DNA相同：由3‘,5’-磷酸二酯键连接而成与DNA区别：U替代T；戊糖为核糖RNA单链可折叠，形成局部双螺旋——发夹结构动物细胞内主要含有的RNA种类及功能RNA种类存在部位功能mRNA细胞核与细胞质，线粒体(mtmRNA)蛋白质合成模板rRNA细胞核与细胞质，线粒体(mtrRNA)核糖体的组成成分tRNA细胞核与细胞质，线粒体(mt

tRNA)转运氨基酸，参与蛋白质合成snRNA细胞核参与mRNA前体的剪接、加工miRNA细胞核与细胞质基因表达调节piRNA细胞核与细胞质基因表达调节核酶细胞核与细胞质催化RNA剪接1）mRNA及特点

占细胞内总RNA的1%-5%

每三个核苷酸组成1个密码子，决定1个氨基酸真核生物mRNA特有：5'端有帽子结构——7-甲基三磷酸鸟苷，3'端有多聚腺苷酸尾巴PolyAmRNA分子中每三个相邻碱基，组成一个密码子(codon)，密码子确定氨基酸组成真核生物mRNA在合成后，需要一系列加工，成为合成蛋白质的模板mRNA指导特定蛋白质合成的过程称为翻译原核细胞的mRNA是多顺反子——每分子RNA可携带几种蛋白质遗传信息，指导几种蛋白质合成真核细胞的mRNA是单顺反子——

每分子RNA只携带一种蛋白质信息两种细胞的mRNA的5'端和3'端，各有30至几百个核苷酸的非翻译区(UTR)，是翻译调控的靶点2）tRNA及特点占细胞RNA总量的5％～10％分子量较小，含70～90个核苷酸特点是含稀有碱基

tRNA部分折叠成双链，结构呈三叶草形，tRNA3‘末端柄部的CCA-OH共价结合特定氨基酸图6，tRNA二级结构：三叶草型（二氢尿嘧啶环）反密码环核蛋白体的结合位点氨基酸接受位点图7，

tRNA三级结构实验表明，tRNA必须具备倒“L”型的三级结构才具有携带氨基酰的功能相对的反密码环上三个碱基构成反密码子，反密码子可识别mRNA上相应的密码子，并结合（配对）其功能是转运氨基酸到核糖体合成蛋白质反转录病毒在细胞内复制时，需要细胞内的tRNA为引物，如：色氨酸-tRNA、脯氨酸-tRNA3）rRNA占RNA总量的80％～90％，分子量在RNA中最大单链结构，主要功能参与构成核糖体真核细胞核糖体（80S）含5S、5.8S、28S和18S四种rRNA原核细胞核糖体（70S）含5S、23S和16S三种rRNA核糖体是细胞合成蛋白质的机器，rRNA占核糖体总量60%，蛋白质占40%4)snRNA真核细胞核内的小分子RNA，含70~300个核苷酸，称小核RNA(smallnuclearRNA,snRNA)不及总RNA1%，但snRNA的拷贝数很多，约100~200万个/细胞已发现snRNA20多种，大多富含尿苷酸（U），称U-snRNA

U-snRNA的5‘端含甲基化稀有碱基，形成特有的帽子结构，常见为2,2,7-三甲基三磷酸鸟苷（m32,2,7Gppp）主要功能：参与基因转录产物的加工(5)miRNA

microRNA(微小RNA)，长21~25nt的非编码RNA，其前体70~90nt，具有发夹结构最先在秀丽隐杆线虫发现，随后在哺乳动物中不断发现新miRNA，哺乳动物基因的近1%可能编码miRNA。

miRNA普遍存在于生物界，具有高度保守性，参与细胞分化与发育的基因表达调控

miRNA的形成与作用机制

Dicer酶是双链RNA专一性RNA内切酶；Dicer酶可将外源双链RNA也加工成22nt(nucleotide)左右的siRNA(smallinterferenceRNA)。6)核酶1981年ThomasCech在原生动物四膜虫中发现具有酶活性的RNA，当去除所有蛋白质后，rRNA剪接仍可完成核酶是RNA分子，底物也是RNA分子，通过与序列特异性的靶