RNA的结构和功能ppt课件.pptx

二、病毒和细菌基因组的特点1、共同点u 基因组较小，只有一个环形或线性的DNA分子u 多数序列用来编码蛋白质，基因间的间隔序列很短u 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，指导蛋白质合成，称为操纵子2. 病毒基因组的特点 1）病毒基因组可以由DNA或RNA组成，但每种病毒只含一种核酸（单、双链，环形、线性）2）根据合成蛋白质的方式分类：正链病毒：RNA进入宿主细胞后，直接指导蛋白质的合成负链病毒：RNA进入宿主细胞后，先合成与其碱基序列互补的RNA,再指导蛋白质合成双链病毒：RNA为双链，在宿主细胞中先以负链为模板合成正链RNA来指导蛋白质合成，随后合成负链RNA,构成双链RNA，并和蛋白质组装成新的病毒逆转录病毒：RNA进入宿主后，在逆转录酶作用下，合成与其互补的DNA（cDNA),cDNA转录生成mRNA指导蛋白质合成3）重叠基因u 一段可以编码多个肽链的核酸序列u 重叠基因普遍存在，超过基因总量的10%3. 细菌基因组的特点u 细菌染色体有一环形或线性DNA分子，只有一个复制起点u 编码蛋白质的基因是单拷贝的，但rRNA基因是多拷贝的u 基因组有多种调控区和少量重复序列u 基因组中存在可移动的DNA序列（转座子）三、真核生物基因组特点1. 基因组较大 核基因由多条线性染色体构成，每条染色体含有一线性DNA分子，DNA分子含有多个复制起点。

2.不存在操作子 功能相关的基因组成基因簇，基因是在多种调控因子的作用下协调表达3. 存在大量的重复序列 u高度重复序列u中度重复序列u低度重复序列u单一序列（非重复序列）4. 有断裂基因u大多数为蛋白质编码的基因都含有不编码的内含子和编码的外显子u内含子将基因分割成断裂基因（不连续基因）u真核生物的基因组含有大量重复序列和内含子，外显子所占比例较小人类：1.5%）第六节 RNA的结构与功能1.碱基组成A、G、C、U（AU/GC）稀有碱基较多，稳定性较差，易水解2. 多为单链结构;少数局部自身回折形成双螺旋（40%70%),不能配对的碱基形成突环3. 分子较小组成特点A-UA-U G-CG-C双螺旋区双螺旋区1.RNA通常是单链线形分子(一级结构)2. 自身回折形成局部双螺旋(二级结构)3. 进而折叠（三级结构）4.多数形成核蛋白复合物（四级结构） 如：核糖体、拼接体、编辑体等 结构特点核糖核苷酸通过 3，5，-磷酸二酯键相连形成长链RNA的种类、分布、功能除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(small non-messengerRNAs,snmRNAs)。

核糖体RNA核内不均一RNA核内小RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNAmtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL -RNA核糖体组分蛋白质合成模板转运氨基酸成熟mRNA的前体参与 hnRNA 的剪接、转运rRNA的加工、修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分RNA信使RNA转运RNARNA核内小胞浆小RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNAmtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL -RNA蛋白质合成模板转运氨基酸的前体的加工、修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分核仁小RNA含量80510-15一、转运RNA的结构与功能tRNA占细胞RNA总量的15%，在细胞核内形成，分子量最小； tRNA在细胞质中将氨基酸转运到核糖体-mRNA中，指导蛋白质合成； 细胞内有50种以上的tRNA； tRNA分子较小，沉降系数平均为4S由7090个核苷酸组成含 1020% 稀有碱基 3末端为 CCA-OH 5末端大多数为G具有 TC （一）tRNA的一级结构特点 稀有碱基 （二）tRNA的二级结构三叶草型模型123反密码子环反密码子载运氨基酸载运氨基酸D环TC环可变环四环四臂D臂氨基酸臂反密码子臂TC臂氨基酸臂：由7对bp组成，富含G，末端为CCA，接受活化AA二氢尿嘧啶环（D环）由814个核苷酸组成，含有二氢尿嘧啶核苷（D），与氨基酰tRNA合成酶的结合有关反密码环：识别mRNA上的密码子可变环：大小是tRNA分类的重要指标假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核苷环（TC环）：含有保守的T C顺序，可识别核蛋白体上的rRNA, 促使tRNA与核蛋白体结合（三）tRNA的三级结构倒L形D臂反密码臂氨基酸臂T C臂 tRNA三级结构像倒写的字母“L” 氨基酸臂和T C臂同轴排列，形成12bp的连续双螺旋 反密码子臂和D臂同轴排列，跟氨基臂所在轴垂直 D环和T C环组成倒L的转角，两环间的氢键和碱基堆积力稳定了转角构象 D环， T C环和可变环中核苷酸残基形成了特定的碱基对，稳定了tRNA的三级结构tRNA三级结构特点tRNA的功能：u结合活化氨基酸（3-CCA-OH），搬运氨基酸到核糖体u识别mRNA密码子。

u参与蛋白质的翻译rRNA的特点urRNA占细胞RNA总量的80%，分子量最大u核糖体由40%的蛋白质和60%的rRNA组成urRNA自身的构象决定了核糖体亚基的形态u 催化肽键合成的是rRNA u 蛋白质维持rRNA构象，起辅助作用二、核蛋白体RNA的结构与功能rRNA的功能 参与组成核蛋白体，催化肽键的形成rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA复杂的多环多臂结构大肠杆菌16srRNA核蛋白体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%三、信使RNA的结构与功能结构特点：1. mRNA占细胞总RNA的3%-5%，含量最少2. mRNA编码区的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列3. mRNA分子中含有非编码区4.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C2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。

mRNA的帽子结构可保护mRNA免受核酸酶从5端的降解，并在翻译起始中起重要作用5.大多数真核mRNA的3末端有200多个腺苷酸残基的结构，称为多聚A尾其作用在于增加mRNA的稳定性和维持其翻译活动5末端帽子结构：m7GpppN3末端有多聚腺苷酸尾巴结构(polyA) 单顺反子（一条mRNA链上有一个编码区）真核生物、原核生物mRNA一级结构特点（1）真核细胞mRNA真核生物mRNA的共价结构原核生物mRNA为多顺反子，无修饰碱基多顺反子mRNA：一条mRNA链上有多个编码区）（2）原核细胞mRNA原核生物mRNA的转录和翻译同时进行，不需剪接和加工，直接指导蛋白质合成真核生物先在核内合成包含内含子和外显子的mRNA前体，形成分子大小不均一的核内不均一RNA(hnRNA)hnRNA通过剪接和加工，转化为成熟的mRNA,进入细胞质，指导蛋白质合成真核生物、原核生物mRNA成熟过程的特点hnRNA内含子(intron)mRNA真核生物mRNA成熟过程 外显子(exon)DNAmRNA蛋白转录翻译细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核生物原核生物mRNA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。

四、snRNA和snoRNA核小RNA（snRNA）含量及分布主要存在于细胞核中，含量占总RNA量的0.1%1%snRNA存在形式及作用usnRNA均与蛋白质相连，以核糖核蛋白的形式存在u在hnRNA的剪接、细胞分裂和分化、细胞内物质运输及构成染色体等方面起作用核仁小RNA（snoRNA)：u 位于核仁，几十几百个碱基u snoRNA参与rRNA前体的加工以及部分核苷酸的甲基化修饰五、反义RNA和RNA干扰反义RNA（asRNA)的特性u asRNA在翻译水平上抑制基因表达，还可抑制DNA复制和转录u asRNA稳定性较差RNA干扰（RNAi) 利用双链RNA抑制特定基因表达的技术应用一段与asRNA序列互补的RNA，两者构成双链，稳定性增强，抑制率增加）六、非编码RNA的多样性高等生物的转录产物有97%以上是不编码蛋白质的非编码RNA（ncRNA）：不编码蛋白质，以RNA形式发挥作用1. 按ncRNA的功能分类u催化RNA（cRNA)：核酶，有催化功能并参与RNA的加工 u类似mRNA的RNA：u指导RNA（gRNA): 指导mRNA编辑的小RNA分子utmRNA：既可以转运氨基酸，又可以作为模板u端粒酶RNA: 作为染色体端粒复制的模板u 信号识别颗粒（SRP）：参与细胞内蛋白质的转运u 微小RNA（miRNA): 参与基因表达和个体发育的调控u 小干扰RNA（siRNA): 在RNA干扰中介导靶mRNA降解ncRNA的分类2. 按ncRNA的分布分类核小RNA（snRNA） 剪接体snRNA U7-snRNA核仁小RNA（snoRNA) 最丰富的ncRNA, 参与rRNA及其他RNA的加工成熟胞质小RNA（scRNA） 位于细胞质，参与蛋白质的合成过程Cajal 小体小RNA（CBs） 参与核糖甲基化和假尿嘧啶形成3. 按ncRNA的大小分类2125nt的ncRNA 包括miRNA家族和小干扰RNA家族，参与基因表达。

100200nt的ncRNA 参与细菌细胞的翻译调节大于10000nt的ncRNA 参与高级真核生物的基因沉默RNA既可以作为遗传物质，又可以实现蛋白质的使命RNA可能是DNA和蛋白质的共同祖先；生物进化早期可能是一个由RNA主导的世界核酸的理化性质第 七 节一、核酸一般理化性质（一）核酸的水解u 酸、碱、酶水解u 水解位点在磷酸二酯键和糖苷键uDNA/RNA对酸/碱的耐受程度有差别 碱性条件下，RNA可被稀碱水解；而DNA变性，但不被水解；可用此法测定RNA的碱基组成或去除RNA杂质 酸性条件下，糖苷键不稳定，嘌呤与脱氧核糖间的糖苷键最易被水解；故对核酸部分水解时，很少采用酸水解（二）核酸的酸碱性质1、碱基的解离v具有芳香环结构特点，能发生酮式/烯醇式互变v碱基都具有弱碱性（主要是环内氨基的贡献）2、核苷的解离 戊糖可增强碱基的解离 核糖中的羟基也可发生解离3、核苷酸的解离 磷酸基使核苷酸具有很强的酸性核酸为两性物质，通常具有较强的酸性（在中性溶液中带负电荷）；DNA等电点为44.5；RNA等电点为22.5u DNA是白色线性高分子，粘度极大；RNA为白色粉末，粘度较小u DNA和RNA均微溶于水，不溶于有机溶剂，常用乙醇从溶液中沉淀核酸u 加热时，D核糖浓盐酸苔黑酚绿色D-2脱氧核糖酸二苯胺 蓝紫色（三）核酸的其他理化性质二、核酸的紫外吸收性质u 碱基含有共轭双键，可强烈吸收250290nm处的紫外光，最大吸收峰260nm左右u核酸紫外吸收性质的应用 利用紫外光照相来定位测定核酸在细胞和组织中的分布 每摩尔碱基在一定PH下的紫外吸收值为定值，故利用此性质可定量碱基或碱基衍生物在纯溶液中的含量 利用碱基的紫外吸收性质可确定其在色谱和电泳谱上的位置 载体（浅蓝色荧光）， 核酸区（暗区）增色效应 将核酸水解为核苷酸，紫外吸收值会增加30%40%，这种现象称为增色效应原因：双螺旋结构中，碱基有规律的紧密堆积降低了其对紫外光的吸收1. DNA或RNA的定量OD260=1.0相当于50g/ml双链DNA40g/ml单链DNA（或41.67g/ml RNA）20g/ml寡核苷酸DNA浓度（g/ml)=OD26050;RNA浓度(g/。