第04章核酸的结构与功能.ppt

第三章第三章 核酸化学核酸化学Nucleic Acid Chemistry李春梅李春梅生物化学与分子生物学系生物化学与分子生物学系主要内容主要内容一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构四、核酸的理化性质四、核酸的理化性质五、核酸的提取与定量五、核酸的提取与定量(自学自学)一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能（一）什么是核酸（（一）什么是核酸（ Nucleic Acid ）？）？ 核酸是以核酸是以核苷酸核苷酸为基本组成单位、通过为基本组成单位、通过3‘, 5’-磷酸二酯键磷酸二酯键连接而成富含磷元素的酸性连接而成富含磷元素的酸性生物大分子，为生命的最基本物质之一，其生物大分子，为生命的最基本物质之一，其主要功能是携带和传递遗传信息主要功能是携带和传递遗传信息核酸结构示意图核酸结构示意图CGA3',5'-磷酸二酯键磷酸二酯键3',5'-磷酸二酯键磷酸二酯键一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能（二）核酸的分类与功能（二）核酸的分类与功能l 核糖核酸（核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）） 主要主要分布于细胞质，亦存在于细胞核、线粒体、分布于细胞质，亦存在于细胞核、线粒体、叶绿体等。

其主要功能是参与蛋白质的生物合成叶绿体等其主要功能是参与蛋白质的生物合成 参与蛋白质合成的核糖核酸又分为三大类：参与蛋白质合成的核糖核酸又分为三大类：Ø 信使信使RNA（（messenger RNA, mRNA））Ø 转运转运RNA（（transfer RNA，，tRNA））Ø 核糖体核糖体RNA（（ribosomal RNA，，rRNA））一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能（二）核酸的分类与功能（二）核酸的分类与功能l 脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA 主要存在于细胞核、线粒体和叶绿体主要存在于细胞核、线粒体和叶绿体 DNA储存了生命活动的全部遗传信息，是物种储存了生命活动的全部遗传信息，是物种保持世代繁衍和进化的物质基础保持世代繁衍和进化的物质基础主要内容主要内容一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构四、核酸的理化性质四、核酸的理化性质五、核酸的提取与定量五、核酸的提取与定量(自学自学)二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成核酸的元素组成核酸的元素组成碳、氢、氧、氮、碳、氢、氧、氮、磷磷 核酸含磷量比较稳定，核酸含磷量比较稳定，RNA含磷约含磷约9.0%，而，而DNA和核苷酸含磷约和核苷酸含磷约9.2%，故可以利用，故可以利用定磷来测定核酸含量。

定磷来测定核酸含量二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成（一）核苷酸的组成（一）核苷酸的组成核酸核酸(DNA和和RNA)核苷酸核苷酸核苷或脱氧核苷核苷或脱氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖【【RNA】】 【【DNA】】【【核酸的基本单位核酸的基本单位】】核酸的水解核酸的水解二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成（一）核苷酸的组成（一）核苷酸的组成1. 戊糖（戊糖（pentose ））12345【【 构成构成RNA】】核糖核糖(ribose)OHOCH2OHOHOH【【构成构成DNA 】】脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)OHOCH2OHOH二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成（一）核苷酸的组成（一）核苷酸的组成2. 碱基（碱基（base））碱基碱基嘌呤碱基嘌呤碱基嘧啶碱基嘧啶碱基DNA：胞嘧啶（：胞嘧啶（C）） 胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T））RNA：胞嘧啶（：胞嘧啶（C）） 尿嘧啶（尿嘧啶（U））腺嘌呤（腺嘌呤（A）） 鸟嘌呤（鸟嘌呤（G））嘌呤碱基（嘌呤碱基（purine，，Pu））腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)NNNHNNH2NNHNHNNH2ONNNHN123456789嘌呤碱基嘌呤碱基嘧啶嘧啶(pyrimidine，，Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOONNH132456NHNHOOCH3NNHNH2O嘧啶碱基嘧啶碱基2024/9/3广东药学院 李春梅重要的碱基：如次黄嘌呤（Hypoxanthine，H)、黄嘌呤（Xanthine，X）。

稀有碱基：有些核酸中某些碱基的氢可被其他化学基团如甲基、羟甲基、-F、-S、乙酰基等取代，形成修饰碱基，通常含量很少，故称为～目前已发现几十种稀有碱基 如7－甲基鸟嘌呤（m7G)、 5－甲基胞嘧啶（m5C)、 m7A、F5U、 N－m6U等二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成（二）核苷酸的结构（二）核苷酸的结构1. 糖苷键与核苷糖苷键与核苷 碱基与核糖或脱氧核糖通过碱基与核糖或脱氧核糖通过糖苷键糖苷键缩合形成缩合形成核核苷苷(nucleotide)、、脱氧核苷脱氧核苷(dioxynucleoside)核苷核苷(nucleotide)或脱氧核苷或脱氧核苷(dioxynucleoside)HOCH2OOHOHOHNNNNHNH2HOCH2OOHOHNNNNNH2H2O腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷【【腺苷腺苷, A】】1’91’9【【腺嘌呤腺嘌呤】】【【核糖核糖】】核苷核苷(nucleotide)或脱氧核苷或脱氧核苷(dioxynucleoside)【【胞嘧啶胞嘧啶】】【【2-脱氧核糖脱氧核糖】】HOCH2OOHHOH1’NNHNH2O1H2O胞嘧啶脱氧核糖胞嘧啶脱氧核糖【【脱氧胞苷脱氧胞苷, dC】】NNNH2OHOCH2OOHH1’12024/9/3广东药学院 李春梅β1’C5假尿苷（ψ）β1’,C5-糖苷键二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成（二）核苷酸的结构（二）核苷酸的结构2. 磷酸酯键与核苷酸磷酸酯键与核苷酸 核苷的戊糖与磷酸以核苷的戊糖与磷酸以磷酸酯键磷酸酯键相连形成相连形成核苷酸。

核苷酸核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 '2'OPO- -HOO腺苷酸腺苷酸AMPOHPO- -HOONNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 '2'OH+酯键酯键H2O腺苷腺苷核苷酸核苷酸(ribonucleotide) 核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷核苷酸酸(ribonucleotide)或或脱氧核苷酸脱氧核苷酸(deoxyribonu-cleotide)默认情况下核苷酸均为默认情况下核苷酸均为5'-核苷酸糖苷键糖苷键酯键酯键OO HO HHHHCH2H1 '2'OPO- -HOONNNH2ONNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 '2'OPO- -HOO腺苷酸腺苷酸(AMP)胞苷胞苷酸酸(CMP)核苷酸核苷酸(ribonucleotide)核苷酸结构示意图：核苷酸结构示意图：磷酸磷酸酯酯键键糖糖苷苷键键核糖核糖或或脱氧核糖脱氧核糖5'1'碱基碱基1或或9核苷核苷核苷酸核苷酸总结：总结：DNA、、RNA分子组成比较分子组成比较核酸类型核酸类型戊糖戊糖碱基组成碱基组成DNA脱氧核糖脱氧核糖A、、G、、C、、TRNA核糖核糖A、、G、、C、、UDNA组成的基本单位：组成的基本单位：dAMP dGMP dCMP dTMPRNA组成的基本单位：组成的基本单位： AMP GMP CMP UMP二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成（二）核苷酸的结构（二）核苷酸的结构3. 酸酐键与高能化合物酸酐键与高能化合物 一磷酸（脱氧）核苷可以通过一磷酸（脱氧）核苷可以通过酸酐键酸酐键结结合第二个、第三个磷酸基，形成二磷酸（脱合第二个、第三个磷酸基，形成二磷酸（脱氧）核苷（氧）核苷（NDP/dNDPNDP/dNDP）和三磷酸（脱氧）核）和三磷酸（脱氧）核苷（苷（NTP/dNTPNTP/dNTP）。

AMPAMPADPADPATPATP二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成（二）核苷酸的结构（二）核苷酸的结构3. 酸酐键与高能化合物酸酐键与高能化合物 一磷酸（脱氧）核苷可以通过一磷酸（脱氧）核苷可以通过酸酐键酸酐键结结合第二个、第三个磷酸基，形成二磷酸（脱合第二个、第三个磷酸基，形成二磷酸（脱氧）核苷（氧）核苷（NDP/dNDPNDP/dNDP）和三磷酸（脱氧）核）和三磷酸（脱氧）核苷（苷（NTP/dNTPNTP/dNTP） ATP ATPαβγβ、γ-磷酸基是高能基团核苷酸的命名核苷酸的命名AMP adenosine monophosphate 一磷酸腺苷一磷酸腺苷 或或 腺苷一磷酸腺苷一磷酸 简称：简称：腺苷酸腺苷酸ADP adenosine diphosphate 二磷酸腺苷二磷酸腺苷 或或 腺苷二磷酸腺苷二磷酸ATP adenosine triphosphate 三磷酸腺苷三磷酸腺苷 或或 腺苷三磷酸腺苷三磷酸核苷酸的命名核苷酸的命名dAMP deoxyadenosine monophosphate 脱氧一磷酸腺苷脱氧一磷酸腺苷 或或 脱氧腺苷一磷酸脱氧腺苷一磷酸 简称：简称：脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸dADP deoxyadenosine diphosphate 脱氧二磷酸腺苷脱氧二磷酸腺苷 或或 脱氧腺苷二磷酸脱氧腺苷二磷酸dATP deoxyadenosine triphosphate 脱氧三磷酸腺苷脱氧三磷酸腺苷 或或 脱氧腺苷三磷酸脱氧腺苷三磷酸习惯上把核苷酸的通式书写为：习惯上把核苷酸的通式书写为： NMP、、NDP、、NTP或者或者dNMP、、dNDP、、dNTP（（N代表任意一个碱基的符号）代表任意一个碱基的符号）二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成（二）核苷酸的结构（二）核苷酸的结构4. 磷酸二酯键与环核苷酸磷酸二酯键与环核苷酸 环腺苷酸（环腺苷酸（cAMPcAMP）和环鸟苷酸（）和环鸟苷酸（cGMPcGMP））cAMPcAMP5’3’细胞间信号传导示意图细胞间信号传导示意图 细胞膜外的激素细胞膜外的激素信号为第一信使，通信号为第一信使，通过跨膜蛋白的连锁反过跨膜蛋白的连锁反应，生成第二信使应，生成第二信使cAMP。

生成的生成的cAMP最最终引发激素（第一信终引发激素（第一信使）的生物学作用使）的生物学作用•含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质： NAD+、、NADP+、、CoA-SH、、FAD 等都含等都含有有 AMPNADP+NAD+主要内容主要内容一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构四、核酸的理化性质四、核酸的理化性质五、核酸的提取与定量五、核酸的提取与定量(自学自学)三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构一级结构（primary structure）二级结构(secondary structure)三级结构(tertiary structure)：超螺旋结构、染色体结构空间构象三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构（一）（一）核酸的一级结构核酸的一级结构O CH2OOHOHN1HO POHOO CH2OOHOHN2HOPOHOH2OOHOHO CH2OOOHN1HO POHOO CH2ON2HOPO3'5'5'3'3'-磷酸酯键磷酸酯键5'-磷酸酯键磷酸酯键核苷酸的连接方式核苷酸的连接方式 5´-末末端端CGA3',5'-磷酸磷酸二酯键二酯键3´-末末端端3',5'-磷酸磷酸二酯键二酯键Ø核苷酸的链接方式核苷酸的链接方式为：为：3',5'-磷酸二酯磷酸二酯键键Ø核酸链的方向是核酸链的方向是5 →3 Ø交交替替的的磷磷酸酸基基团团和和戊戊糖糖构构成成核核酸酸链链的的骨架骨架 (backbone)（一）核酸分子的一级结构（一）核酸分子的一级结构核酸的一级结构是核酸分子的核苷酸序列，核酸的一级结构是核酸分子的核苷酸序列，由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为也称为碱基序列碱基序列。

核酸分子的大小常用碱基（核酸分子的大小常用碱基（base）数目）数目或碱基对（或碱基对（base pair，，bp）来表示小的核酸）来表示小的核酸片段（片段（<50bp））常被称为寡核苷酸大的核酸常被称为寡核苷酸大的核酸片段（片段（>50bp）则被称为多核苷酸则被称为多核苷酸PRN3’2’5’1’ATCGATCGPOH5’3’5’ pApTpCpGpApTpCpG-OH 3’5’ pATCGATCG-OH 3’ATCGATCG核苷酸简式核苷酸简式核酸的书写方法核酸的书写方法生物化学护理学专业本科教材（二）（二）DNA的二级结构的二级结构1. DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 20世纪世纪20年代，年代，大多数科学家认为蛋白质是遗传大多数科学家认为蛋白质是遗传物质，而不是物质，而不是DNAn1944年年Avery等利用从致病肺等利用从致病肺炎球菌中提取的炎球菌中提取的DNA使另一使另一种非致病性肺炎球菌的遗传种非致病性肺炎球菌的遗传性状改变而成为致病菌，证性状改变而成为致病菌，证实了遗传物质是实了遗传物质是DNA而不是而不是蛋白质蛋白质 Avery生物化学护理学专业本科教材生物化学护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 n1951年，年， Pauling利用利用X线线晶体衍射技术研究晶体衍射技术研究α角蛋白角蛋白的空间结构，发现了蛋白的空间结构，发现了蛋白质的质的α螺旋结构螺旋结构 nα螺旋结构理论首次用分子形螺旋结构理论首次用分子形成螺旋这种方式解释生物大成螺旋这种方式解释生物大分子的空间结构分子的空间结构 Linus Pauling生物化学护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 nFranklin获得高质量的获得高质量的DNA X射线衍射图谱射线衍射图谱 生物化学护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 nWilkins通过通过 X射射线衍射获得了精确线衍射获得了精确的的DNA分析数据分析数据 生物化学护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 n1952年，年， Chargaff等科学家等科学家采用层析和紫外吸收光谱分采用层析和紫外吸收光谱分析等技术发现了析等技术发现了DNA碱基的碱基的组成规律（组成规律（Chargaff定律）定律） Chargaff生物化学护理学专业本科教材DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 n综合了前人的研究成果，综合了前人的研究成果，Watson和和 Crick提出了提出了DNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构模型模型 ，并于并于1953年年4月月在在英国英国《《Nature》》杂志上发杂志上发表表 Watson Crick生物化学护理学专业本科教材DNA双螺旋结构示意图双螺旋结构示意图A TG CDNA俯视图俯视图（（二二））DNA二二级级结结构构——双双螺螺旋结构旋结构2. 结构要点：结构要点：（（1 1））DNADNA分分子子由由两两条条相相互互平平行行但但走走向向相相反反的的脱脱氧氧多多核核苷苷酸酸链链围围绕绕同同一一中中心心轴轴构构成成的的双双螺螺旋旋结结构构，，一一条条链链的的走走向向是是5 5’→3→3’，，另另一一条条链链是是3 3’→5→5’。

两两条条多多核核苷苷酸酸链链都是都是右手螺旋右手螺旋2024/9/3广东药学院 李春梅★ 两条反平行的多核苷酸链绕同一中心轴相缠绕，形成右手双股螺旋，一条5’→3’，另一条3’→5’（（2））两两条条链链中中，，磷磷酸酸与与脱脱氧氧核核糖糖链链位位于于螺螺旋旋外外侧侧，，碱碱基基位位于于内内侧侧碱碱基基平平面面与与脱脱氧氧核核糖糖平平面面垂垂直直螺螺旋旋表表面面形形成成大大沟沟(major groove)及及小小沟沟(minor groove)这这些些沟沟状状结结构构与与DNA、、Pr之间识别有关之间识别有关2024/9/3广东药学院 李春梅★ 磷酸与脱氧核糖彼此通过3‘、5‘-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架★磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧2024/9/3广东药学院 李春梅（（3）双螺旋的直径为）双螺旋的直径为2 nm，碱基平面与螺，碱基平面与螺旋纵轴垂直相邻碱基平面距离旋纵轴垂直相邻碱基平面距离0.34 nm，，螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3. 4 nm，一圈，一圈10对碱基2024/9/3广东药学院 李春梅★ 每圈螺旋10.4nt ，碱基堆积距0.34nm，双螺旋平均直径2.37nm，★大沟：宽1.2nm ，深0.85nm，★小沟 ：宽0.6nm，深0.75nm（（4 4））两两条条链链之之间间通通过过碱碱基基之之间间形形成成的的氢氢键键配配对对联联系系。

互互补补配配对对形形式式：：A=T; G C））氢氢键键维维持持双双链链横横向向稳稳定定性性，，碱碱基基堆堆积积力力维维持持双双链链纵纵向向稳定性稳定性2024/9/3广东药学院 李春梅3. 其他二级结构其他二级结构三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构（三）（三）DNA的三级结构的三级结构1. 超螺旋超螺旋（（supercoil））结构结构u DNA双螺旋链再盘绕即形成双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构超螺旋结构u 超螺旋结构依据螺旋的方向又分为：超螺旋结构依据螺旋的方向又分为：l 正超螺旋：盘绕方向与正超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 l 负超螺旋：盘绕方向与负超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 原核生物原核生物DNA的超螺旋结构的超螺旋结构2024/9/3广东药学院 李春梅2. 染色体结构染色体结构(1) 染色体的组成染色体的组成uDNAuRNA：含量最少，变化最大含量最少，变化最大u组蛋白：组蛋白：H1、、H2A、、H2B、、H3和和H4共共5种u非组蛋白：含量不稳定，种类繁多，具有种非组蛋白：含量不稳定，种类繁多，具有种属和组织特异性，在真个细胞周期均可合成。

属和组织特异性，在真个细胞周期均可合成2024/9/3广东药学院 李春梅2. 染色体结构(2) 染色体的结构染色体的结构l 核小体：真核细胞染色体的基本单位，由200 bp DNA和组蛋白构成的念珠状结构2024/9/3广东药学院 李春梅2024/9/3广东药学院 李春梅2024/9/3广东药学院 李春梅2. 染色体结构(2) 染色体的结构染色体的结构l 核小体：真核细胞染色体的基本单位，由200 bp DNA和组蛋白构成的念珠状结构l 螺线管（30nm纤维）l 超螺线管（300nm纤维）l 染色单体：700nm2. 染色体结构染色体结构DNA双螺旋双螺旋核小体核小体超螺线管超螺线管染色体染色体螺螺线线管管3. DNA三级结构的生理意义三级结构的生理意义•DNA分子在长度上高度压缩，有利于装配分子在长度上高度压缩，有利于装配•超螺旋结构影响超螺旋结构影响DNA复制和转录复制和转录4. DNA的功能的功能 DNA是遗传信息的载体，主要以基因的形式携是遗传信息的载体，主要以基因的形式携带遗传信息，是生物遗传的物质基础，带遗传信息，是生物遗传的物质基础，。

基因基因（（gene）是）是DNA分子中的功能性片段，是分子中的功能性片段，是能编码有功能蛋白质或合成能编码有功能蛋白质或合成RNA所必需的完整序列所必需的完整序列 生物体的全部基因序列称为生物体的全部基因序列称为基因组基因组(genome)，，包含了所有编码包含了所有编码RNA和蛋白质的序列及所有的非编和蛋白质的序列及所有的非编码序列，也就是码序列，也就是DNA分子的全序列分子的全序列（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构 RNA的一般特点的一般特点ØRNA比比DNA小很多；小很多；ØRNA的种类、大小和结构表现出多样性；的种类、大小和结构表现出多样性；RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构（右手螺旋结构、局部二级结构或三级结构（右手螺旋结构、茎环结构）茎环结构）RNA结构示意图结构示意图发夹结构（发夹结构（Hairpin））/茎茎-环结构（环结构（stem-loop））（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构 RNA的种类及功能的种类及功能细胞核细胞核/细胞质细胞质线粒体线粒体功能功能核蛋白体核蛋白体RNArRNAmt rRNA核蛋白体组成成分核蛋白体组成成分信使信使RNAmRNAmt mRNA蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板转移转移RNAtRNAmt tRNA转运氨基酸转运氨基酸不均一核不均一核RNAhnRNA成熟成熟mRNA的前体的前体小核小核RNAsnRNA参与参与hnRNA的成熟的成熟小核仁小核仁RNAsnoRNA参与参与rRNA的成熟的成熟1. 信使信使RNA（（mRNA）） 特点特点：（：（1）含量少：占总）含量少：占总RNA的的2% ~ 5%；； （（2）种类多：可达）种类多：可达105种；种； （（3）寿命短：细菌半衰期约为）寿命短：细菌半衰期约为1.5 min，， 脊椎动物半衰期为脊椎动物半衰期为3 h。

四）RNA的种类和分子结构hnRNA 内含子(intron)mRNA 1. 信使信使RNA（（mRNA）* mRNA成熟过程 外显子(exon)（四）RNA的种类和分子结构2024/9/3广东药学院 李春梅* mRNA结构特点（1）大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-2）大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾2024/9/3广东药学院 李春梅帽子结构2024/9/3广东药学院 李春梅mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA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尾的功能尾的功能2024/9/3广东药学院 李春梅（（3））mRNA依据自身的碱基序列指导蛋白质依据自身的碱基序列指导蛋白质氨基酸序列的合成，也就是为蛋白质的生氨基酸序列的合成，也就是为蛋白质的生物合成提供模板物合成提供模板 mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由AUG开始，每开始，每3个个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为起始、终止信号，称为密码子密码子，或，或三联体密码三联体密码(triplet coden)。

4））mRNA的成熟过程是的成熟过程是hnRNA的剪接过的剪接过程程* mRNAmRNA结构特点结构特点2024/9/3广东药学院 李春梅* mRNA的功能的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞 细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞 （四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构2. 转运转运RNA（（tRNA））（（1）） tRNA一级结构特点一级结构特点Ø单链小单链小RNA，长，长73 nt~93 nt个，在三种个，在三种RNA中质量最小中质量最小Ø含含 10 % ~20% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU稀有碱基稀有碱基 由四种基本碱基衍生出的其他各种碱基由四种基本碱基衍生出的其他各种碱基称为称为稀有碱基稀有碱基如：二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶假尿嘧啶假尿嘧啶7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤NHNH2CH2COORDihydrouridine（DHU）135NHHNOORpseudouridine（y）513NHNNNONH2RCH37-Methylguanosine（mG）3517（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构2. 转运转运RNA（（tRNA））（（1）） tRNA一级结构特点一级结构特点Ø单链小单链小RNA，长，长73 nt~93 nt个，在三种个，在三种RNA中质量最小中质量最小Ø含含 10 % ~20% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHUØ5’端核苷酸往往是鸟苷酸端核苷酸往往是鸟苷酸Ø3-末端最后的三个核苷酸总是末端最后的三个核苷酸总是CCA（（“氨氨基酸臂基酸臂”）。

（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构2. 转运转运RNA（（tRNA））（（2）） tRNA二级结构特点二级结构特点——“三叶草形三叶草形”三叶草三叶草tRNA（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构2.转运转运RNA（（tRNA））（（2）） tRNA二级结构特点二级结构特点——“三叶草形三叶草形”l 二氢尿嘧啶环（二氢尿嘧啶环（DHU））l 反密码环反密码环反密码环与反密码子反密码环与反密码子utRNA的的反反密密码码子子环环上上有有一一个个由由三三个个核核苷苷酸酸构构 成成 的的 反反 密密 码码 子子(anticodon)utRNA上上的的反反密密码码子子依依照照碱碱基基互互补补的的原原则则识识别别mRNA上的密码子上的密码子（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构2. 转运转运RNA（（tRNA））（（2）） tRNA二级结构特点二级结构特点——“三叶草形三叶草形”l 二氢尿嘧啶环（二氢尿嘧啶环（DHU））l 反密码环反密码环l 胸苷假尿苷环（胸苷假尿苷环（TΨΨ））l 氨基酸臂（氨基酸臂（CCA））（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构2. 转运转运RNA（（tRNA））（（3）） tRNA三级结构特点三级结构特点——“倒倒L形形”倒倒L形形tRNA的功能的功能活活化化、、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，，参参与蛋白质的翻译与蛋白质的翻译（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构3. 核糖体核糖体RNA（（rRNA））大肠杆菌大肠杆菌16S rRNArRNA的功能的功能参参与与组组成成核核糖糖体体，，作作为为蛋蛋白白质质生物合成的场所。

生物合成的场所 rRNA的结构的结构（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构3. 核糖体核糖体RNA（（rRNA））Ø含量最多：占含量最多：占RNA总量的总量的80%~85%；；Ø寿命长：半衰期长，更新慢；寿命长：半衰期长，更新慢；Ø种类少：原核生物有种类少：原核生物有5S、、16S和和23S三种，三种， 真核生物有真核生物有5S、、5.8S、、18S和和28S四种ØrRNA与数十中蛋白质形成了一个小的复合物（与数十中蛋白质形成了一个小的复合物（小小亚基亚基）及形成了一个大的复合物（）及形成了一个大的复合物（大亚基大亚基），大），大小复合物聚合形成有活性的小复合物聚合形成有活性的核蛋白体核蛋白体核蛋白体的组成核蛋白体的组成（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构4. 核酶（核酶（ribozyme）） 由活细胞合成，起催化作用的由活细胞合成，起催化作用的RNA（四）（四）RNA的种类和分子结构的种类和分子结构5. 其他其他RNA: 大小为大小为20 nt~ 300 ntØ核内小核内小RNA（（snRNA））Ø核仁小核仁小RNA（（snoRNA））Ø胞质小胞质小RNA（（scRNA））Ø小片段干扰小片段干扰RNA（（siRNA））研究细胞内全部研究细胞内全部RNA基因和基因和RNA的分子的分子结构和功能的一门学科，称为结构和功能的一门学科，称为RNA组学组学。

主要内容主要内容一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构四、核酸的理化性质四、核酸的理化性质五、核酸的提取与定量五、核酸的提取与定量(自学自学)四、核酸的理化性质四、核酸的理化性质（一）紫外吸收特征（一）紫外吸收特征对酸碱的稳定性：DNA对碱稳定，易被酸破坏；RNA对酸稳定，易被碱破坏粘度：DNA粘度极大（线性高分子），RNA小（RNA分子远小于DNA）紫外吸收：DNA、RNA有260nm紫外吸收（嘌呤、嘧啶碱基有共轭双键）2024/9/3广东药学院 李春梅1. DNA或RNA的定量OD260=1.0相当于50μg/ml双链DNA40μg/ml单链DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0OD260的应用四、核酸的理化性质四、核酸的理化性质（二）核酸的变性、复性与杂交（二）核酸的变性、复性与杂交1. 变性（变性（denaturation）） 在一定条件下（例如加热）对开双链核酸碱基在一定条件下（例如加热）对开双链核酸碱基对氢键，可以使其局部解离，甚至完全解离成单链，对氢键，可以使其局部解离，甚至完全解离成单链，形成无规则线团，也称为形成无规则线团，也称为溶解（溶解（melting））。

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四、核酸的理化性质四、核酸的理化性质（二）核酸的变性、复性与杂交（二）核酸的变性、复性与杂交1. 变性（变性（denaturation）） 在一定条件下（例如加热）对开双链核酸碱基在一定条件下（例如加热）对开双链核酸碱基对氢键，可以使其局部解离，甚至完全解离成单链，对氢键，可以使其局部解离，甚至完全解离成单链，形成无规则线团，也称为形成无规则线团，也称为溶解（溶解（melting））方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等酰胺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：OD260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例：变性引起紫外吸收值的改变例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱Ø增增色色效效应应（hyperchromic effect） ：：DNA变变性性时时其其溶液溶液OD260增高的现象。

增高的现象热变性热变性解解链链曲曲线线：：如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线Ø Tm：：变变性性是是在在一一个个相相当当窄窄的的温温度度范范围围内内完完成成，，在在这这一一范范围围内内，，紫紫外外光光吸吸收收值值达达到到最最大大值值的的50%时时的的温温度度称称为为DNA的的温温度度，，成成为为解解链链温温度度，，又又称称融融解解温温度度(melting temperature, Tm)、、变变性性温度、熔点其大小与温度、熔点其大小与G+C含量成正比含量成正比六、核酸的理化性质六、核酸的理化性质（二）核酸的变性、复性（二）核酸的变性、复性2. 复性（复性（renaturation）） 两股单链核酸的序列部分互补或完全互补，则两股单链核酸的序列部分互补或完全互补，则在一定条件下可以自发结合，形成双链结构，称为在一定条件下可以自发结合，形成双链结构，称为“退火退火（（annealing））”复性：同一来源的变性核酸单链复性：同一来源的变性核酸单链部分互补或完全互部分互补或完全互补，则在一定条件下可以形成双链结构的过程。

补，则在一定条件下可以形成双链结构的过程 核酸复性时核酸复性时260nm的紫外吸收将下降，称为的紫外吸收将下降，称为减减色效应（色效应（hypochromic effect））变性与复性示意图变性与复性示意图六、核酸的理化性质六、核酸的理化性质（二）核酸的变性、复性（二）核酸的变性、复性3. 杂交杂交 不同一来源的变性核酸单链不同一来源的变性核酸单链部分互补或完全互部分互补或完全互补，则在一定条件下可以形成双链的过程，称为杂补，则在一定条件下可以形成双链的过程，称为杂交交(heteroduplex)核酸分子杂交示意图核酸分子杂交示意图2024/9/3广东药学院 李春梅2024/9/3广东药学院 李春梅DNA-DNA杂交双链分子变性 复性 不同来源的DNA分子2024/9/3广东药学院 李春梅2024/9/3广东药学院 李春梅核酸分子杂交的应用研究DNA分子中某一种基因的位置鉴定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础 主要内容主要内容一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构四、核酸的理化性质四、核酸的理化性质五、核酸的提取与定量五、核酸的提取与定量(自学自学)五、核酸的提取与定量（一）核酸的提取 主要步骤： ①破碎细胞 ②出去多余的蛋白质、多糖等生物大分子 ③分离核酸（DNA或RNA） ④出去杂质（二）核酸定量1.定磷法2.定糖法（二苯胺法、地衣酚法）3.紫外吸收法本章的主要内容本章的主要内容一、核酸的分类、分布与功能一、核酸的分类、分布与功能二、核酸的分子组成二、核酸的分子组成三、核苷酸的代谢三、核苷酸的代谢四、四、DNA的结构与功能的结构与功能五、五、RNA的结构与功能的结构与功能六、核酸的理化性质六、核酸的理化性质。