生物化学课件第三章-核酸化学

核酸

nucleicacid本章地位：核酸是遗传信息的载体和传递体，在生命的延续中占有特殊地位，是生物化学和分子生物学研究的主要对象和领域。1教学目标与基本要求：掌握：核酸的种类和化学组成；DNA化学本质、结构和性质，理解DNA双螺旋结构的基本特征；RNA的结构与功能。了解DNA基因组的相关内容及核酸的序列测定。

重点：１、核酸的化学结构及双螺旋的基本特征２、核酸的化学性质难点：核酸的二级结构2第一节核酸的概念和重要性第二节核酸的组成成分第三节DNA的结构第四节DNA和基因组第五节RNA的结构和功能第六节核酸的性质第七节核酸的序列测定教学内容(约3学时)：3一.核酸的概念：二.核酸的种类和分布：脱氧核糖核酸DNA：细胞核的细胞核中（真核）类核结构中（原核）核糖核酸RNA：细胞质中三.核酸的主要功能：DNA是遗传信息的载体，少数RNA病毒除外。RNA在蛋白质的合成中起重要作用第一节核酸的概念和重要性是存在于细胞中的一类大分子酸性物质。英文nucleicacid（NA）1869年瑞士F.Miescher（米歇尔）发现了核酸。（研究史）4核酸研究历史1869年Miescher（米歇尔）从脓细胞的细胞核中分离出了一种含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein），后称为核酸（nucleicacid）。

1889年Altman制备了不含蛋白质的核酸（nucleicacid）。1930~40年，Kossel&Levene等确定核酸的的组分：核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）当时的流行假说——“四核苷酸假说”：核酸的结构是含有四种不同的，但碱基量又相等的四个核苷酸连接成一个分子，而这些分子再聚合成大分子核酸.

即核酸由四种核苷酸组成的单体构成的，缺乏结构方面的多样性。1943年Chargaff等证明DNA中4种碱基的比例并不相等，上述假说不能成立。5

20世纪40年代末(1944年），Avery的“肺炎双球菌转化”实验证明DNA是有机体的遗传物质：DNA无荚膜，不致病温育有荚膜，致病传代传代有荚膜，致病有荚膜，致病有荚膜，致病6

1952年Hershey等的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内，证明DNA是遗传物质。

1953年

Watson和Crick建立了DNA结构的双螺旋模型，说明了基因的结构、信息和功能三者间的关系，推动了分子生物学的迅猛发展。

1958年

Crick提出遗传信息传递的中心法则，

60年代

RNA研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转录酶）。核酸研究历史7核酸的研究历史

70年代建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌，并导致生物技术的兴起。

80年代RNA研究出现第二次高潮：ribozyme（核酶）、反义RNA、“RNA世界”假说等等。

90年代以后实施人类基因组计划（HGP）,开辟了生命科学新纪元。生命科学进入后基因时代：

功能基因组学（functionalgenomics）

蛋白质组学（proteomics）

结构基因组学（structuralgenomics）

RNA组学（Rnomics）或核糖核酸组学（ribonomics）8

核酸分类和分布

脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）:遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。

核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA分子，还发现有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。9第二节核酸的组成成分核酸nucleicacid核苷酸nucleotide核苷nucleoside磷酸phosphate嘌呤碱purinebase

或嘧啶碱pyrimidinebase（碱基base）核糖ribose

或脱氧核糖deoxyribose

（戊糖amylsugar）

完全水解产生:

部分水解则产生:核苷和核苷酸。核酸的各种水解产物可用层析或电泳等方法分离鉴定。10一、核糖和脱氧核糖OHOH2COHOHOH12OHOH2COHOH12β-D-2-核糖β-D-2-脱氧核糖O核糖

+H+糠醛甲基间苯二酚FeCl3绿色产物Δ脱氧核糖

+H+

Δω-羟基-γ-酮戊醛二苯胺蓝色产物RNA和DNA定性、定量测定11戊糖的第一位与碱基形成糖苷键，形成的化合物称核苷。核苷中，戊糖的原子编号1

、2。。。。该戊糖为呋喃糖，其糖环有内式（其中一个若偏向C-5

）和外式的差别，DNA中的通常为C-3

内式，或C-2内式(立体结构见图3-2）

。一、核糖和脱氧核糖OHOH2COHOHOH12OHOH2COHOH1212二、嘌呤碱和嘧啶碱NNNNHHHHNNNNHHHH123456789嘌呤NH2腺嘌呤adenine（A）NNNNHHHHOH2N鸟嘌呤guanine（G）1、嘌呤：H

两类核酸所含的碱基都是4种，且其含的两种嘌呤完全相同（A和G）。仅嘧啶有所差别。说明：碱基书写时，可用三个字母表示也可用其英文的第一个字母表示。13NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶thymine（T）2、嘧啶：

RNA主要含胞嘧啶和尿嘧啶，大多数DNA也含胞嘧啶，但不含尿嘧啶而以胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）代之。14NNOOHHH酮式HNNOOHHH酮式HHH烯醇式含氧的碱基有烯醇式和酮式两种互变异构体。在生理pH条件下主要以酮式存在。在体内核酸大分子中的碱基也可以以酮式存在。以尿嘧啶例15修饰碱基在生物体内存在一些碱基，它们是在上述四种(五种)之上经过化学修饰而成的碱基称为修饰碱基。由于其量小，故又称微量碱基或稀有碱基。如在小麦胚中，5-甲基胞嘧啶可在一定限度内取代胞嘧啶，故在小麦胚中比较丰富。再如教材表2-1(第三版）中所示。修饰碱基和种类可见教材图2-2和2-3(第三版）。在tRNA中的修饰碱基种类较多。16三、核苷OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNNHHHH9嘌呤腺苷核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤碱或嘧啶碱生成的糖苷。OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖OHOH2COHOH1′2′3′4′5′核糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（ψ）tRNA中存在假尿苷17核苷也用单字符号表示（A、G、C、U），脱氧核苷则在单字符号前加一小写的d（dA、dG、dC、dT)

少数常见的修饰核苷用单字符号如：次黄苷或肌苷为I，黄嘌呤苷为X，二氢尿嘧啶核苷为D，假尿嘧啶苷为ψ(psi:)。修饰核苷的简写符号

但大多数修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在核苷单字符号的左边，用小写英文字母代表取代基。

核糖取代基团的符号写在右下角。18取代基用下列小写英文字母表示:甲基m乙酰基ac氨基n甲硫基ms羟基o或h硫基s异戊烯基i羧基cCH3H3Cm26G例如：5-甲基脱氧胞苷的符号为：m5dC。19几种稀有核苷假尿苷（

）二氢尿嘧啶（DHU）AmCH3HH5HH20由嘌呤形成的核苷可以有顺式和反式两种结构类型（图3-7），嘧啶形成的核苷只有反式构象是稳定的。在顺式结构中，C2的取代基与糖残基存在空间位阻。三、核苷21四、核苷酸核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷酸上有3个自由的羟基可被磷酸酯化为2

-3

-5

-核苷酸。脱氧核苷酸的核糖上只有2个自由的羟基，只能生成3

-5

-脱氧核苷酸。生物体内游离的核苷酸多为5

-核苷酸，所以通常将核苷-5

-磷酸简称为核苷一磷酸或核苷酸。各种核苷酸通常在文献中用英文缩写表示。如腺苷酸为AMP，脱氧腺苷酸为dAMP。OHOH2COHOH碱基1222腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosine

monophosphate脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）Deoxyadenosine

monophosphate鸟嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOH23PPPPPPPP常见（脱氧）核苷酸的结构和命名鸟嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）24

5

-核苷酸又可按其在5-位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。

25核苷酸的命名及缩写符号脱氧碱基磷酸基数目磷酸dAMPGDTTCU26各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料。其在体内能量代谢中的作用：ATP——能量“货币”UTP——参加糖的互相转化与合成CTP——参加磷脂的合成GTP——参加蛋白质和嘌呤的合成腺苷酸也是一些辅酶的结构成分，如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（辅酶I，NAD+）等，见第七章。27哺乳动物中的3

,5

-环状腺苷酸(cAMP)是一些激素发挥生理作用的媒介物，被称为这些激素的第二信使（见第十六章）。cGMP是cAMP的拮抗物，二者共同在细胞的生长和发育中起重要作用。已发现的cUMP和cCMP功能不祥。环核苷酸是在细胞内一些因子的作用下，由某种核苷三磷酸在相应的环化酶的作用下转化而成的。近年来还发现，一些核苷多磷酸和寡核苷酸类对代谢有重要的调控作用。第二信使——cAMP28环核苷酸cAMP

和cGMP的分子结构环一磷酸腺苷环一磷酸鸟苷29核苷酸的性质1、其在260nm左右具有强吸收峰：有碱基有共轭双键。在一定pH下，4种单核苷酸的紫外吸收光谱不同（图3-11），故依此可鉴定各种核苷酸。2、核苷酸的碱基和磷酸基均含有解离基团，其pK值如表3-1所示。图3-12表示了4种单核苷酸的解离曲线。当处在一定的pH下时，第一磷酸基和碱基环的解离曲线的交点时，即二者的解离度相等时（第二磷酸解离基团还没有解离），称为该核苷酸的等电点。当pH小于等电点时，整个核苷酸带净正电荷，相反，则电负电荷。在pH=3.5时，因其所带电荷数有差异，故在电场中，其泳动速度为UMP>GMP>AMP>CMP，由此可将其分开。30五、核苷酸的连接方式1、DNA和RNA是没有分支的多核苷酸链，其连接是由每个核苷酸的3

-羟基和相邻的5

-磷酸相连成3

,5

-磷酸二酯键。2、每一核酸链都有一相同的走向，即都有特殊的方向性，有一个5

-末端和一个3

-末端（图3-13）。3、核酸的一级结构：指各核苷酸在链中的排列顺序。其一级结构链的书写方式：用p代表磷酸基团，当它在核苷符号左侧时表表磷酸与糖环的5-羟基结合，在右侧表示与3

-羟基结合。在表示核酸酶水解时，要用此简写方式。用碱基字母代表核苷酸。31OHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-OO—CH2GO=P—O-3′5′OHOO—CH2OHOHAO=P—OO-3′5′32DNA结构的表示法33第三节DNA及其结构一、DNA的一级结构

DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定顺序，通过3´,5´磷酸二酯键连成的直线形或环形分子。

因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所以脱氧核苷酸的序列常被认为是碱基序列（basesequence)。

DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为4n。34脱氧核苷酸的排列顺序

——核酸中的可变成分（碱基）的排列顺序一级结构的表示方法

——线条式/字母式/结构式DNA的一级结构测定：

DNA分子很大，最小的病毒DNA约含5000b，因此，DNA的序列测定比较困难。1977年Sanger测定了φX174单链DNA的5386b的全序列。随后不断改进测序方法，最近美国贝勒医学院和莱斯大学的研究人员研制出了一种“色盲”荧光检测方法。

35

DNA结构的表示法36二、DNA双螺旋的二级的结构1953年，Watson和Crick

提出。由此于1962年度获诺贝尔奖。1.双螺旋结构的主要依据（1）Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相似的X射线衍射图谱。（2）Chargaff发现DNA中A与T、C与G的数目相等。

碱基当量定律A+G=T+C不对称比率A+T/G+C后Pauling

和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键。（3）电位滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接。37B型DNA双螺旋结构模式图382.双螺旋结构模型要点（4点）（1）两条多核苷酸链反向平行；表面有大沟和小沟。骨架？（3）碱基内侧，A与T、G与C配对，分别形成3和2个氢键。（2）双螺旋每转一周有10个bp，螺距3.4nm，直径2nm。糖平面与轴平行，磷酸在外侧。碱基平面与轴基本垂直。（4）大多天然DNA为双链。少数如病毒是单链。39碱基间的氢键：参照教材图3-161313403.DNA双螺旋的构象类型B-DNA：92%相对湿度的DNA钠盐得到的图提出的称为B-DNA。接近细胞内的DNA构象，与Watson和Crick提出的模型相似。A-DNA：75%相对湿度，推测转录时发生B→A。其碱基平面倾斜20°，螺距与每一转碱基对数目都有变化（教材图3-21）。Z-DNA：1979年，研究人工合成的DNA片段晶体，主链呈锯齿型左向盘绕，直径约1.8nm，螺距4.5nm，每一转含12个bp，只有小沟。B-DNA与Z-DNA的相互转换可能和基因的调控有关。对含水量不同的天然DNA和人工合成的DNA进行X射线衍射图研究发现:41C-DNA：DNA的锂盐在44~46%相对湿度下，螺距3.09nm，每转螺旋9.33个碱基对，碱基对倾斜6°。推测可能是特定条件下B-DNA和A-DNA的转化中间物。D-DNA：60%相对湿度，DNA中A、T序列交替的区域，每个螺旋含8个bp，螺距2.43nm，碱基平面倾斜16°，称为~。双螺旋DNA的结构参数（表3-2）类型旋转方向螺旋直径（nm）螺距（nm）每转碱基对数目碱基对间垂直距离（nm）碱基对与水平面倾角A－DNAB－DNAZ－DNA右右左2.32.01.82.83.44.51110120.2550.340.3720º0º7º42DNA双螺旋的5种构象类型43三种DNA双螺旋构象比较A-DNAZ-DNAB-DNAABZ外型粗短适中细长螺旋方向右手右手左手螺旋直径2.3nm2.0nm1.8nm碱基直升0.255nm0.34nm0.37nm每圈碱基数111012螺距2.8nm3.4nm4.5nm大沟很窄很深很宽较深平坦小沟很宽、浅窄、深较窄很深碱基对与水平面倾角20º0º7º444.双螺旋结构的稳定因素（1）氢键（太弱但量大）：G与CA与T之间（2）碱基堆积力（basestackingforce）：是相邻碱基平面间的距离使平面上下分布的π电子云可以相互作用，同时环境中的水对疏水的碱基产生的作用力也有助于螺旋内的碱基堆积成有规律的疏水核心。是稳定DNA最重要的因素（3）离子键：螺旋区外侧带负电荷的磷酸基在不与正离子结合的状态下有静电斥力。451.为右手、反平行双螺旋；有一大沟和一小沟．2.主链位于螺旋外侧，糖平面与轴平行，碱基位于内侧，碱基平面与轴垂直；3.两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个氢键，G与C为三个氢键）；4.螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆积力；5.螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm，每周有10个碱基对。

小结：B型双螺旋DNA的结构特点：465、DNA二级结构的特殊类型

回文结构（二重对称结构）镜像重复(mirrorrepeat)三股螺旋（triple-helicalDNA）47回文结构也称反向重复顺序（invertedrepeatsequence）

回文结构（二重对称结构）—DNA序列中以某一中心区域为对称轴，其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同的双螺旋结构。即对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复。（图3-22）回文结构能形成:十字结构和发夹结构48发夹形和十字形回文顺序作用：有些可以作为限制性内切酶的识别位点，还有些形成的发夹结构在转录的终止或转录活性调控方面发挥重要的作用。49AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATCTTAAGTTCCCTCTTCATATCTTCTCCCTTCCTAG存在于同一股上的某些DNA区段的反向重复序列。此序列各单股中没有互补序列，不能形成十字型或发夹结构。其可形成三股螺旋结构（图3-23）。*镜像重复（图3-22）50

多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的DNA螺旋区段，其序列中有较长的镜像重复时，形成局部三股配对，并互相盘绕的三股螺旋（图3-23），其中两股的碱基按Watson-Crick方式配对，第三股多聚嘧啶（镜像重复）通过TA*T、CG*C+、TA*A和CG*G四种三联碱基配对（图3-24），而处于双螺旋的大沟中。*DNA三股螺旋（H-DNA,ts-DNA）51DNA的三股螺旋（图3-23）52三、DNA的三级结构DNA双螺旋的进一步扭曲构成三级结构。

原核双链环状DNA（dcDNA）doublecircle

细菌、病毒单链环状DNA（scDNA）singlecircle

单链线性DNA（ssDNA）singlestring

真核

多双链线性DNA(dsDNA)doublestring

线粒体和叶绿体双链环状DNA（dcDNA）超螺旋结构(superhelix

或supercoil)也称共价闭环DNADNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋(positivesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。负超螺旋(negativesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。

53螺旋和超螺旋电话线螺旋超螺旋54L=25,T=25,W=0松弛环形DNA1152010523L=23,T=23,W=0解链环形DNA15101520231510152025L=23,T=25,W=–2负超螺旋121482316131510152023右手旋转拧松两匝后的线形DNADNA超螺旋的形成也称开环DNA55超螺旋状态的定量描述公式：L=T+WL——连环数（linkingnumber），DNA双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。

T——DNA分子中的螺旋数（twistingnumber）

W——超螺旋数或缠绕数（writhingnumber）L=25,T=25,W=0松弛环形1152010523L=23,T=25,W=-2负超螺旋1214823161356绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋。如果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋结构。

（一）原核生物DNA的高级结构：57环状DNA形成的超螺旋58（二）DNA在真核生物细胞核内的组装：在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体(nucleosome)。核小体结构属于DNA的高级结构。核小体的结构59核小体、染色质与染色体（图3-27）60线状DNA形成的超螺旋61第四节DNA和基因组DNATranscription

RNA（mRNA、tRNA、rRNA）TranslationProtein基因基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能单位。结构基因调节基因：及间隔序列基因组一、DNA与基因为RNA或蛋白质编码只有一些调节功能,不转录：不编码也不调节62二、病毒和细菌基因组的特点（一）病毒和细菌和共有特点：1、基因组小、通常只有一个环形或线形DNA分子。2、基因组的大部分序列用来编码蛋白质，基因之间的间隔序列很短。3、功能相关的基因常串联在一起，由共同的调控元件调控，并转录成同一mRNA分子，可指导多种蛋白质的合成，这种结构称操纵子。（二）病毒基因组的特点：P621、2、3、（三）细菌基因组的特点：P62-631、2、3、4、63三、真核生物基因组的特点（4点）1、基因组较大：

一般有多条线形染色体组成，每条有一个线形DNA分子，每个分子有多个复制起点。（其线粒体和叶绿体DNA为环形，结构和原核生物的相似）2、不存在操纵子结构：真核生物功能上密切相关的基因可以排列在一起，组成基因簇(genecluster)，也可以相距较远，甚至位于不同的染色体。即使同一个基因簇的基因，也不转录到同一个mRNA上，基因的协调表达是通过多种调控因子构成的复杂系统完成的。64三、真核生物基因组的特点（4点）3、有大量的重复序列P84-85单拷贝序列：在整个DNA中只出现一次或少数几次，主要为编码蛋白质的结构基因。中度重复序列：在DNA中可重复几十次到几千次。高度重复序列：可重复几百万次高度重复序列一般富含A-T或G-C，富含A-T的在密度梯度离心时在离心管中形成的区带比主体DNA更靠近管口；富含G-C的更靠近管底，因此高度重复序列被形象的称为卫星DNA（satelliteDNA）富含A-T富含G-C主体DNA三、真核生物基因组的特点（4点）654、有断裂基因mRNA1872bp内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现。ABCDEG7700bpF外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。：由于基因中内含子的存在。例外：组蛋白基因(histongene)和干扰素基因(interferongene)没有内含子。transcription卵清蛋白基因有7段不编码的片段三、真核生物基因组的特点（4点）66第五节RNA的结构与功能RNA通常以单链形式存在，但也可形成局部的双螺旋结构。RNA分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样。主要的RNA种类有rRNA、mRNA、tRNA另外还有：hnRNA(核内不均一RNA)、SnRNA(核内小RNA)、asRNA(反义RNA)等。67RNA的种类、分布与功能68（一）tRNA

tRNA约占RNA总量的15%，主要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质。

tRNA分子量为4S，1965年Holley测定AlatRNA的一级结构，提出tRNA的三叶草二级结构模型。

RNA分子中各核苷之间的连接方式（3

-5

磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构69tRNA的一级结构已测出400多种，其共有特点为：

由74-93个（多为76个）核苷酸组成单链；具有不变的（恒定的）核苷酸:U8、G18、G19；含较多的修饰核苷酸；

5ˊ端多为PG；

3ˊ端多为CCAOH。2.tRNA的二级结构——三叶草结构3.tRNA的三级结构——倒L形结构（一）tRNA70tRNA

的高级结构二级结构特征：单链三叶草叶形四臂四环三级结构特征：在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型71酵母tRNA

Ala

的二级结构

DHU环IGC反密码子反密码环氨基酸臂可变环TψC环CCA共有3´5´主要特征：1.单链，四臂四环；2.氨基酸臂,3

端有CCAOH的共有结构；3.D环上有二氢尿嘧啶（D）；4.反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；5.可变环上的核苷酸数目可以变动；6.TψC环含有T和ψ；7.含有修饰碱基和不变核苷酸。72携带氨基酸辨认并结合氨基酰tRNA合成酶识别mRNA上的密码识别并结合核蛋白体氨基酸臂DHU臂反密码臂可变环T

C臂四个臂的作用73tRNA的三级结构：图3-30和图3-31氨基酸臂DHU臂反密码臂可变环T

C臂74tRNA的三级和二级结构75（二）rRNA1、原核生物核糖体70S50S30S5SrRNA，23SrRNA34种蛋白质16SrRNA21种蛋白质是细胞中含量最多的RNA，占RNA总量的80％,与蛋白质（40%）共同组成核糖体。其种类和大小用S表示。特征：

单链，螺旋化程度较tRNA低

单独存在时不能发挥其功能762、真核生物核糖体80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49种蛋白质18SrRNA33种蛋白质77rRNA的二级结构78大肠杆菌16SrRNA的二级结构79(三)、mRNA和hnRNA占细胞总RNA的3％～5％，代谢活跃但寿命短。原核生物mRNA特征：

先导区+翻译区（多顺反子）+末端序列真核生物mRNA特征：

“帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）+单顺反子+“尾巴”（PolyA）80原核细胞mRNA的结构特点5´3´顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序顺反子，也叫作用子，它是1955年由美国分子生物学家本兹尔提出的，他称基因内部的功能互补群为顺反子。它是遗传物质的最小单位。一个完整的顺反子是传递遗传信息的前提，即多肽链的氨基酸顺序的正确编排。有一种对基因的定义认为，基因与顺反子为同一物，是一个最小的遗传功能单位。但是另一种定义则认为，顺反子是比基因更小的功能单位，一个基因包含几个遗传的功能单位，即顺反子81真核细胞mRNA的结构特点AAAAAAA-OH5´

“帽子”PolyA

3´

顺反子m7G-5´ppp-N-3´p5´-帽子5´-非密码区密码区3´-非密码区polyA

825´-cap的功能（了解）(1)防止mRNA被核酸酶降解。(2)为mRNA翻译活性所必需。(3)与蛋白质合成的正确起始有关。3´-polyA:polyA的残基数20~200个，或更多。polyA的功能（了解）

(1)保护mRNA，免受核酸外切酶的作用。(2)与翻译有关，没有polyA翻译活性降低。(3)与mRNA从细胞核转移到细胞质有关。真核生物mRNA的前体在核内合成，包括整个基因的内含子和外显子的整个基因均被转录，形成分子大小极不均匀的hnRNA。83（四）、snRNA

和asRNA

（antisenseRNA）snRNA（核小RNA）：

主要存在于细胞核中，少数在核质之间运动。存在广泛，但含量不高，只占细胞RNA量的0.1%-1%。其与蛋白质连在一起以核糖核蛋白（RNP）的形式存在。U-RNP(5´-端富含U的RNP)在hnRNA剪接和加工中起重要作用，其他的在细胞分裂、分化等方面起作用。snoRNA（核仁小RNA）：分布在核仁区，大小一般为几十到几百个核苷酸，主要参与rRNA前体的加工。asRNA：

是1983年在原核生物中发现的可通过互补序列与特定的mRNA结合，抑制mRNA的翻译。随后在真核中也发现。其还可抑制复制和转录。84（五）非编码RNA的多样性最新研究发现高等真核生物的转录产物超过97%是不编码蛋白质的，这些不编码蛋白质，以RNA形式发挥作用的RNA称为非编码RNA（noncodingRNA,ncRNA)。其种类多，除rRNA和tRNA以外的其他ncRNA，可从不同角度分为不同的种类(P89-90)：1、按照ncRNA的功能分类：

(1)催化RNA(2)类似mRNA的RNA(3)指导RNA(4)tmRNA(5)端粒RNA(6)信号识别颗粒(7)微小RNA(8)小干扰RNA2、根据ncRNA在细胞内的分布分类：

(1)核小RNA(2)核仁小RNA(3)胞质小RNA(4)新近发现的Cajal小体3、ncRNA的大小分类

(1)21-25nt的ncRNA(2)100-200nt的smallRNA(3)大于1000nt的ncRNA85第六节核酸的理化性质一、一般理化性质1.晶形

DNA为白色纤维状固体；RNA为白色粉末状固体2.溶解性

均微溶于水；不溶于一般有机溶剂；在70%乙醇中形成沉淀，故常用乙醇从溶液中沉淀核酸。3.粘度：DNA粘度很大

RNA粘度小得多4.对碱的稳定性：

RNA能在室温条件下被稀碱水解，而DNA对碱稳定。5、密度及沉降速度：865、密度及沉降速度：

密度:RNA>双链DNA；环状DNA>开环、线状DNA

单链DNA>双链DNA沉降速度：

RNA>环状DNA>开环、线状DNAD-核糖+浓盐酸+甲基间苯二酚绿色产物ΔD-脱氧核糖+酸+Δ二苯胺蓝色产物鉴定RNA和DNA6、DNA的颜色反应：87二、核酸的紫外吸收性质核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质250-290nm，最高的吸收峰在260nm（蛋白质的紫外吸收峰在280nm）。

核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30~40%。当核酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应）。——核苷酸总吸收值——变性DNA——天然DNA88核酸能吸收紫外光，最大吸收峰为260nm。故常用紫外分光光度法测定细胞中核酸的位置和测定嘌呤或嘧啶的含量。89（三）核酸结构的稳定性1.碱基对间的氢键；2.碱基堆积力；3.环境中的正离子。（四）核酸的的变性

1、变性的概念：

核酸双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状的过程。（只涉及次级键的破坏。）变性后其生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效应）90

加热DNA的稀盐酸溶液，达到一定温度后，260nm的吸光度骤然增加，表明两链开始分开，吸光度增加约40%后，变化趋于增坦，说明两链已完全分开。TmTm——细菌DNA——病毒DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。因此将紫外吸收的增加量达到最大增量一半时的温度称熔解温度(Tm即meltingtemperature)。2、热变性和Tm（溶解温度）913、影响Tm的因素：（4点）（1）G-C的相对含量：高则高

经验公式：（G+C）%=（Tm-69.3）×2.44（2）介质离子强度：

低则Tm低。如纯水时室温即变性。（3）溶液的pH：

高pH下，碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力。当pH大于11.3时，DNA完全变性；当低于5.0时，DNA易脱嘌呤。（4）变性剂：

如甲酰胺、尿素、甲醛等破坏氢键，妨碍碱基堆积，使Tm下降。92（五）核酸的复性（renaturation）（退火）1、复性复性后性质:比旋光度↑粘度↑高于Tm值5℃复性也称退火生物活性得到部分恢复：变性核酸的互补链在适当条件下重新缔合成双螺旋的过程。最合适的复性温度是Tm-25℃932、影响复性速度的因素（5点）：（1）单链片段浓度：高则快（2）单链片段的大小：小则快（3）片段内重复序列的多少：多则快（4）溶液离子强度的大小：一定条件下（5）溶液温度的高低（T–25℃）（五）核酸的复性（renaturation）（退火）94（六）分子杂交：在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成双链，或DNA