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1、第 五 章 核 酸 的 化 學Nucleic Acid Chemistry 第 五 章 核 酸 的 化 學 第 一 節(jié) 核 酸 的 化 學 組 成 第 二 節(jié) 核 酸 的 分 子 結 構 第 三 節(jié) 核 酸 的 理 化 性 質(zhì) 第 四 節(jié) 核 酸 的 分 離 和 含 量 測 定 核 酸 的 發(fā) 現(xiàn) 和 研 究 工 作 進 展 1868年 Fridrich Miescher從 膿 細 胞 中 提 取 “ 核 素 ” 1944年 Avery等 人 證 實 DNA是 遺 傳 物 質(zhì) 1953年 Watson和 Crick發(fā) 現(xiàn) DNA的 雙 螺 旋 結 構 1968年 Nirenberg發(fā) 現(xiàn) 遺

2、傳 密 碼 1975年 Temin和 Baltimore發(fā) 現(xiàn) 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 1981年 Gilbert和 Sanger建 立 DNA 測 序 方 法 1985年 Mullis發(fā) 明 PCR 技 術 1990年 美 國 啟 動 人 類 基 因 組 計 劃 (HGP) 1994年 中 國 人 類 基 因 組 計 劃 啟 動 2001年 美 、 英 等 國 完 成 人 類 基 因 組 計 劃 基 本 框 架 遺 傳 病 遺 傳 物 質(zhì) 發(fā) 生 改 變 或 由 致 病 基 因 所 控 制 的 疾 病 , 遺 傳 病 特 征 具 有 垂 直 傳 遞 和 終 身 性 特 征 . 具 有 由 親 代 向

3、 后 代 傳 遞 的 特 點 . 是 指 致 病 基 因 的 傳 遞 .父 母 的 生 殖 細 胞 攜 帶 的 致 病 基 因 ,通 過 生 殖 把 致 病 基 因 傳 給 下 一 代 表 現(xiàn) 家 族 性 基 因 療 法 基 因 治 療 遺 傳 病 是 一 種 根 本 的 和 有 希 望 的 方 法 。 人 類 的 遺 傳 物 質(zhì) 可 以 向 別 的 生 物 借 用 即 向 有 基 因 缺陷 的 細 胞 注 入 正 常 基 因 ， 以 達 到 治 療 目 的 。 基 因 治 療 首 先 找 出 缺 陷 基 因 ， 同 時 制 備 出 相 應 的 正 常 基 因 ， 然 后 將 正 常 基 因

4、轉(zhuǎn) 入 細 胞 內(nèi) 替 代 缺 陷 基 因 ， 并 表 達 正 常 研 究 和 探 索 階 段 之 中 。 現(xiàn) 階 段 遺 傳 病 “表 現(xiàn) 型 治 療 ” 方 法 ， 只 能 消 除 一 代 人 的 病 痛 ， 致 病 基 因 將 一 如 既 往 ， 傳 遞 給 子 孫 后 代 。 第 一 節(jié) 核 酸 的 化 學 組 成 基 本 元 素 組 成 ： C、 H、 O、 N、 P P的 含 量 比 較 穩(wěn) 定 ， 占 9%-10%， 核 酸 含 量 : 測 定 P的 含 量 來 推 算 （ 定 磷 法 ）分 子 量 RNA： 幾 萬 幾 百 萬 DNA： 1.6 10 6 2.2 109 真 核

5、 生 物 原 核 生 物 DNA 細 胞 核 （ 95%） 線 粒 體 、 葉 綠 體 （ 5%） 核 質(zhì) 區(qū) （ 擬 核 ） RNA 細 胞 質(zhì) （ 75%） 線 粒 體 、 葉 綠 體 （ 15%） 細 胞 核 （ 10%） 細 胞 質(zhì)核 酸 的 分 布 核 酸 的 化 學 組 成 核 苷 酸 組 成 核 酸 分 子 的 基 本 單 位 。 核 苷 核 苷 酸 戊 糖 磷 酸 堿 基 嘧 啶 堿 (pyrimidine)： （ 一 ） 、 核 苷 酸 中 的 堿 基 組 成 尿 嘧 啶 胞 嘧 啶 胸 腺 嘧 啶Uracil， U Cytosine， C Thymine， T3 12 4

6、56N N ON NOH H N NO HNH2 N NOOH H CH3 嘌 呤 堿 (purine)： 312 456 7 89 腺 嘌 呤 (adenine, A) 鳥 嘌 呤 (guanine, G)N N NNH NH2N N NNH N N NNHNH2 OH I X 稀 有 堿 基 稀 有 堿 基 HN NHO O R5 1 HN N NN HN CH2CH2NO O 7 O RI RDHU N N NNOH R mGH2N CH3假 尿 嘧 啶二 氫 尿 嘧 啶 次 黃 嘌 呤 （ 二 ） 、 戊 糖 與 核 苷 戊 糖 (pentose)： 1-D-核 糖 (ribose)

7、OHOCH2OH OH-D-脫 氧 核 糖 (deoxyribose) 2345 OHOCHOH OH OH2 腺 苷 脫 氧 胞 苷1,N9-糖 苷 鍵 1,N1-糖 苷 鍵1 1N9 N1OH OH核 苷 (nucleoside) “稀 有 核 苷 ” 是 由 “ 稀 有 堿 基 ” 生 成假 尿 苷 （ ）1,C5-糖 苷 鍵1C5 幾 種 稀 有 核 苷假 尿 苷 （ ） 二 氫 尿 嘧 啶 （ DHU） Am CH 3 CH3H3Cm 26GHH5 核 苷 酸 的 結 構 與 命 名 核 苷 酸 (nucleotide) 核 苷 與 磷 酸 脫 水 縮 合 生 成 磷 酸 酯 類 ；

8、 磷 酸 基 縮 合 的 位 置 不 同 而 分 別 生 成 ： 2-核 苷 酸 、 3-核 苷 酸 和 5-核 苷 酸 最 常 見 的 核 苷 酸 是 5-核 苷 酸 （ 5常 被 省 略 ） 。 5 -核 苷 酸 的 分 子 結 構 核 苷 一 磷 酸 2-d-3-ADP 2-d-3-ATP 環(huán) 化 核 苷 酸環(huán) 一 磷 酸 腺 苷 環(huán) 一 磷 酸 鳥 苷 核 苷 多 磷 酸 : 含 有 兩 個 或 兩 個 以 上 磷 酸 基 團 的 核 苷 酸 各 種 核 苷 三 磷 酸 在 體 內(nèi) 能 量 代 謝 中 的 作 用 ：ATP能 量 “ 貨 幣 ”UTP參 加 糖 的 互 相 轉(zhuǎn) 化 與

9、合 成CTP參 加 磷 脂 的 合 成GTP參 加 蛋 白 質(zhì) 和 嘌 呤 的 合 成第 二 信 使 cAMP 重 要 的 核 苷 酸 衍 生 物 幾 種 重 要 的 輔 酶NAD 煙 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸NADP 煙 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 磷 酸FAD 黃 素 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸CoA 輔 酶 ACoA-SH 還 原 型 輔 酶 A - H2O核 苷 酸 通 過 3,5-磷酸 二 酯 鍵 相 連 形 成的 線 形 結 構一 、 核 酸 的 一 級 結 構第 二 節(jié) 核 酸 的 分 子 結 構 5端 3端端 側 的 PO42-基 和 -OH 基 不 被 修

10、飾 ，核 酸 長 鏈 具 有 方向 性 ， 表 達 為 ： 5-P 3-OH端 ， CGA A G P5 P T P G P C P T P OH 3 書 寫 方 法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 線 條 式文 字 式 二 級 結 構 ： 兩 條 單 鏈 DNA通 過 堿 基 互 補 配 對 形 成 的 雙 螺 旋 結 構 。 DNA的 堿 基 組 成 （ Chargaff法 則 ） 堿 基 當 量 定 律 A+G = T+C 二 、 DNA的 二 級 結 構堿 基 互 補 配 對 ： A = T G C DNA雙 螺 旋 結 構 模 型 （ doubl

11、e-helical structure） 1953年 Watson和 Crick提 出 了 DNA雙 螺 旋 結 構 。 1、 雙 螺 旋 結 構 模 型 的 要 點 （ 1） DNA分 子 由 兩 條 相 互 平 行 但 走 向 相 反 的 脫 氧 多 核 苷 酸 鏈 組 成 ， 一 條 鏈 的 方 向 5 3 ， 另 一 條 鏈 的 方 向 3 5 （ 2） 堿 基 疊 于 螺 旋 內(nèi) 側 ， 與 縱 軸 垂 直 ， 磷 酸 與 脫 氧 核 糖 在 外 側 ， 形 成 DNA的 骨 架 。 糖 環(huán) 平 面 與 中 軸 平 行 與 堿 基 環(huán) 平 面 成 90 角 0.34nm2nm直 徑

12、（ 3） 螺 旋 直 徑 約 為 2 nm， 相 鄰 兩 堿 基 間 距 離 為 0.34nm ,夾 角 為 36螺 距 ： 10對 核 苷 酸 /圈 高 度 ： 3.4nm/圈表 面 ： 大 溝 及 小 溝 相 間3.4nm 大 溝 與 小 溝 是 蛋 白 質(zhì) 識 別 DNA的 堿 基 序 列 ， 與 其 發(fā) 生 作 用 的基 礎 。 兩 條 鏈 沿 同 一 軸 平行 盤 繞 ， 形 成 右手 雙 螺 旋 結 構 。 2、 穩(wěn) 定 雙 螺 旋 結 構 的 力 ?（ 1） 堿 基 堆 集 力 堿 基 之 間 的 疏 水 作 用 力 內(nèi) 部 形 成 強 大 的 疏 水 區(qū) ,與 介 質(zhì) 中 的

13、水 分 子 隔 開 ， 有 利 于 堿 基 間 氫 鍵 形 成 。（ 2） 氫 鍵 堿 基 對 之 間 ; DNA外 側 的 氧 與 介 質(zhì) 中 的 水 或 蛋 白 質(zhì) 上 的 -OH（ 3） 離 子 鍵 磷 酸 基 團 上 的 負 電 荷 與 介 質(zhì) 中 的 陽 離 子 之 間 形 成 離 子 鍵 ， 減 少 雙 鏈 間 的 靜 電 排 斥 力 。 問 題 ： 堿 基 配 對 的 化 學 基 礎 ？ 由 于 堿 基 對 的 方 向 性 ， 使 得 堿 基 對 占 據(jù) 的 空 間 是不 對 稱 的 ， 因 此 在 雙 螺 旋 的 表 面 形 成 二 個 凹 下 去的 槽 ，問 題 ：DNA ？

14、 Watson DNA雙 螺 旋 結 構 （ B型 ） 類 型 結 晶 狀 態(tài)A Na鹽 ， 相 對 濕 度 75%時 結 晶B Na鹽 ， 相 對 濕 度 92%時 結 晶C 鋰 鹽 ， 相 對 濕 度 66%時 結 晶3 雙 螺 旋 的 多 態(tài) 性不 同 DNA纖 維 的 空 間 結 構 A-DNA和 B-DNA之 間 可 以 相 互 轉(zhuǎn) 換 ， 轉(zhuǎn) 錄 時 ， DNA分 子 發(fā) 生 BA的 轉(zhuǎn) 變 。 Z-DNA螺 旋 ：左 手 的 DNA螺 旋 ，這 種 螺 旋 可 能 在 基因 表 達 或 遺 傳 重 組中 起 作 用 。 三 種 DNA雙 螺 旋 構 象 比 較 A B Z外 型

15、粗 短 適 中 細 長螺 旋 方 向 右 手 右 手 左 手螺 旋 直 徑 2.55nm 2.37nm 1.84nm堿 基 直 升 0.23nm 0.34nm 0.38nm堿 基 夾 角 32.70 34.60 60.00每 圈 堿 基 數(shù) 11 10.4 12軸 心 與 堿基 對 關 系 2.46nm 3.32nm 4.56nm堿 基 傾 角 19 1 9 糖 苷 鍵 構 象 反 式 反 式 C/T反 式 ,G順 式大 溝 很 窄 很 深 很 寬 較 深 平 坦小 溝 很 寬 、 淺 窄 、 深 較 窄 很 深Z-DNA A-DNAB-DNA 在 多 核 苷 酸 鏈 中 ， 脫 氧 核 糖

16、的 五元 環(huán) 能 折 疊 成 多 種 構 象 。此 外 ， C N糖 苷 鍵 以 及 3 、 5 磷 酸 二 酯 鍵 旋 轉(zhuǎn)都 可 以 使 具 有 同 樣 堿 基 配 對 的DNA雙 螺 旋 可 以 采 取 另 一 些 構象 ， DNA構 象 上 這 種 差 異 稱 為多 態(tài) 性 。DNA空 間 結 構 多 態(tài) 性 產(chǎn) 生 的 原 因 ？ 在 多 聚 嘧 啶 和 多 聚 嘌 呤 區(qū) 段 ， 局 部 形 成 三 股 螺 旋 。 DNA三 股 螺 旋 （ H-DNA）該 螺 旋 常 處 于 真 核 細 胞 基因 的 表 達 調(diào) 節(jié) 區(qū) 。 鏡 像 重 復 序 列鏡 像 重 復 序 列 DNA的 三

17、 股 螺 旋 常 處 于 雙 螺 旋 的 大 溝 中 四 鏈 DNA： 可 能 存 在 于 真 核 細 胞 染 色 體 的 端 粒 中 。 .穩(wěn) 定 DNA的 結 構 ， 保 持 生 物 遺 傳 特 性 的 相對 連 續(xù) 性 。 .很 容 易 對 損 傷 進 行 修 復 ， 一 條 多 核 苷 酸鏈 受 損 后 ， 可 以 根 據(jù) 堿 基 配 對 原 則 進 行 修 復 ， 這也 使 遺 傳 特 征 保 持 穩(wěn) 定 。 雙 螺 旋 結 構 的 生 物 學 意 義 三 、 DNA的 三 級 結 構 :超 螺 旋 （ supercoil） 在 二 級 結 構 的 基 礎 上 ， 進 一 步 扭 曲

18、 形 成 的 超 螺 旋 。超 螺 旋 螺 旋 線 狀 DNA形 成 的 超 螺 旋 閉 環(huán) DNA的 超 螺 旋 形 式 ， 如 細 菌 質(zhì) 粒 DNA 、 病 毒 DNA 、 噬 菌 體 DNA 、 線 粒 體 DNA。閉 環(huán) 超 螺 旋 結 構 緊 密 ， 體 積 更 小 ； 能 影 響 雙 螺 旋 的 解 鏈 程 序 ， 影 響 DNA分 子 與 其 它 分 子 之 間 的 相 互 作 用 。 超 螺 旋 的 意 義 ?答 案 ： 壓 縮 分 子 空 間 真 核 生 物 染 色 體 由 DNA和 蛋 白 質(zhì) 構 成 ，其 基 本 單 位 是 核 小 體 (nucleosome)。核 小

19、 體 組 成 ：DNA 約 200bp 組 蛋 白 H1H2A， H2BH3H4舉 例 ： DNA超 螺 旋 結 構 在 染 色 質(zhì) 中 的 組 裝 核 小 體 的 結 構核 心 顆 粒 2分 子 （ H2A,H2B,H3,H4 ） 構 成 八 聚 體 ，DNA纏 繞 其 外 旋 轉(zhuǎn) 1.75圈 ， 約 含 140bp 核 小 體 結 構核 小 體 纖 維 ： 核 小 體 再 螺 旋 形 成染 色 體 ： 核 小 體 纖 維 再 螺 旋 形 成從 雙 螺 旋 DNA到 染 色 體 ，DNA總 共 壓 縮 了 約 8000 10000倍 真 核 生 物 染 色 體 DNA組 裝 不 同 層 次

20、的 結 構DNA(2nm)核 小 體 鏈 (11nm， 每 個 核 小 體 200bp)纖 絲 (30nm， 每 圈 6個 核 小 體 )突 環(huán) (150nm， 每 個 突 環(huán) 大 約 75000bp) 玫 瑰 花 結 (300nm ， 6個 突 環(huán) )螺 旋 圈 (700nm， 每 圈 30個 玫 瑰 花 )染 色 體 (1400nm,每 個 染 色 體含 10個 玫 瑰 花 200bp) DNA的 功 能 載 體 遺 傳 信 息 的 載 體 ， DNA的 基 本 功 能 。 模 板 為 遺 傳 信 息 復 制 以 及 基 因 信 息 的 轉(zhuǎn) 錄 提 供 。 基 因 DNA分 子 中 具 有

21、 特 定 生 物 學 功 能 的 片 段 ?；?因 組 一 個 生 物 體 的 全 部 DNA序 列 稱 為 。 四 、 RNA的 種 類 和 分 子 結 構 rRNA占 總 量 80% tRNA最 小 RNA占 總 量 15% mRNA占 總 量 3-5%在 蛋 白 質(zhì) 合 成 中 起 模 板 作 用 ；在 蛋 白 質(zhì) 合 成 時 起 著 攜 帶 活 化 氨 基 酸 的 作 用 。核 糖 體 是 蛋 白 質(zhì) 合 成 的 場 所 ； RNA的 種 類 、 分 布 、 功 能核 蛋 白 體 RNA信 使 RNA轉(zhuǎn) 運 RNA核 內(nèi) 不 均 一 RNA核 內(nèi) 小 RNA胞 漿 小 RNA 細 胞

22、核 和 胞 液 線 粒 體 功 能rRNAmRNA mt rRNAtRNA mt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核 蛋 白 體 組 分蛋 白 質(zhì) 合 成 模 板轉(zhuǎn) 運 氨 基 酸成 熟 mRNA的 前 體參 與 hnRNA的 剪 接 、 轉(zhuǎn) 運rRNA的 加 工 、 修 飾蛋 白 質(zhì) 內(nèi) 質(zhì) 網(wǎng) 定 位 合 成 的 信 號 識 別 體 的 組 分核 仁 小 RNA核 蛋 白 體信 使轉(zhuǎn) 運核 內(nèi) 不 均 一核 內(nèi) 小胞 漿 小 細 胞 核 和 胞 液 線 粒 體 功 能核 蛋 白 體 組 分蛋 白 質(zhì) 合 成 模 板轉(zhuǎn) 運 氨 基 酸成 熟

23、的 前 體參 與 的 剪 接 、 轉(zhuǎn) 運的 加 工 、 修 飾蛋 白 質(zhì) 內(nèi) 質(zhì) 網(wǎng) 定 位 合 成的 信 號 識 別 體 的 組 分核 仁 小 RNA的 結 構 一 單 鏈 形 式 存 在 ， 局 部 可 有 二 級 或 三 級 結 構 。 較 DNA分 子 小 : 小 者 數(shù) 十 個 核 苷 酸 組 成 ， 大 者 數(shù) 千 個 核 苷 酸 組 成 一 級 結 構 RNA 二 級 結 構 三 級 結 構 RNA一 級 結 構 ： AMP、 GMP、 CMP、 UMP 3、 5磷 酸 二 酯 鍵 連 成 線 形 分 子 。RNA二 級 結 構 ：單 鏈 RNA自 行 盤 繞 ， 形 成 局 部

24、 雙 螺 旋 多 “ 莖 ” 、 多 “ 環(huán) ” 結 構 螺 旋 部 分 “ 莖 ” 或 “ 臂 ” ， 非 螺 旋 部 分 “ 環(huán) ” 。 （ 一 ） tRNA： 轉(zhuǎn) 運 氨 基 酸一 級 結 構 單 鏈 小 分 子 ， 含 7393個 核 苷 酸 , 含 1020% 稀 有 堿 基 ， 如 DHU 沉 降 系 數(shù) 在 4S左 右 . 5 端 總 是 磷 酸 化 ， 且 常 是 pG。 3 端 為 CCAOH。 氨 基 酸 臂 7對 bp組 成 ， 末 端 含 -CCAOH DHU環(huán) 8-12個 核 苷 酸反 密 碼 環(huán) 由 7個 核 苷 酸 組 成額 外 環(huán) 3-18個 核 苷 酸 組 成

25、 T環(huán) 7個 核 苷 酸 氨 基 酸 臂tRNA的 二 級 結 構 三 葉 草 形 反 密 碼 環(huán)識 別 mRNA上 的 密 碼DHU環(huán)辨 認 并 結 合 氨 基酰 tRNA合 成 酶 T環(huán)識 別 并 結 合核 蛋 白 體額 外 環(huán) 大 小 不 一 是 tRNA分 子 分 類 的 指 標 氨 基 酰 tRNA tRNA的 三 級 結 構 ：進 一 步 折 疊 扭 曲 形 成 倒 L型 結 構 ， 利 于 攜 帶 氨 基 酸 的 tRNA進 入核 糖 體 的 特 定 部 位 。 額 外 環(huán) :其 功 能 是 在 tRNA的L型 三 維 結 構 中 負 責 連 接 兩 個區(qū) 域 （ D環(huán) 反 密

26、碼 子 環(huán) 和 TC-受 體 臂 ） 。 氨 酰 -tRNA合 成 酶 識 別 氨 酰 -RNA合 成 酶 的 位 點 ： 倒 L結 構 中 參 與 此 作 用 核 糖 體 識 別 位 點 ： 倒 L結 構 中 T C環(huán) 與 此 有 關 。DHU環(huán)反 密 碼 環(huán)氨 基 酸 臂關 于 tRNA （ 二 ） mRNA的 結 構單 鏈 大 部 分 有 突 環(huán) 形 二 級 結 構 .分 子 量 幾 百 2萬 個 核 苷 酸 不 等 ， 變 化 大 。mRNA占 細 胞 RNA總 量 的 1% 5%，代 謝 活 躍 ， 一 級 結 構 的 研 究 帶 來 一 定 困 難 。原 核 和 真 核 生 物 m

27、RNA的 結 構 不 同 分 別 討 論 5 3順 反 子 順 反 子 順 反 子插 入 順 序 插 入 順 序先 導 區(qū) 末 端 順 序順 反 子 ： 遺 傳 學 上 將 編 碼 一 個 多 肽 的 遺 傳 單 位 稱 順 反 子先 導 區(qū) + 翻 譯 區(qū) （ 多 順 反 子 ） + 末 端 序 列原 核 生 物 mRNA的 結 構 原 核 生 物 mRNA結 構 特 點 ：1、 多 順 反 子 （ polycistron） :一 分 子 mRNA帶 有幾 種 蛋 白 質(zhì) 的 遺 傳 信 息 ， 可 以 作 為 幾 種 蛋 白 質(zhì)的 模 板 ， 能 翻 譯 出 幾 種 蛋 白 質(zhì) 。2、 一

28、 般 沒 有 修 飾 堿 基 。5 3 每 種 順 反 子 是 一 個 特 異 的 翻 譯 區(qū) ； 每 個 翻 譯 區(qū) 與 核 蛋 白 體 之 間 有 一 個 獨 立 的 結 合 部 位 ； 各 個 翻 譯 區(qū) 之 間 借 一 段 無 編 碼 功 能 的 核 苷 酸 序 列 相 連 ； 5 端 、 3 端 有 非 編 碼 區(qū) 。 真 核 生 物 mRNA的 結 構5 “帽 子 ” PolyA 3 5 端 有 帽 子 結 構 （ m7GTP）3 端 有 尾 巴 結 構 (polyA ,20200個 A)有 修 飾 堿 基 （ 甲 基 化 )5 非 編 碼 區(qū) 有 翻 譯 起 始 信 號 ： AU

29、G5-帽 子 5-非 密 碼 區(qū) 密 碼 區(qū) 3-非 密 碼 區(qū) polyA “ 帽 子 ” + 單 順 反 子 + “ 尾 巴”結 構 特 點 帽 子 結 構帽 子 結 構 m7G-5ppp-N-3 p 帽 子 功 能 ： 1.有 抗 5 -核 酸 外 切 酶 的 降 解 作 用 ， 以 增 加 mRNA的 穩(wěn) 定 性2.與 蛋 白 質(zhì) 合 成 的 正 確 起 始 作 用 有 關 ； 幫 助 核 糖 體 與 mRNA結 合 ， 使 翻 譯 在 AUG（ 起 始 密 碼 子 ） 處 開 始 5 5聚 A尾 的 功 能 ： 保 護 mRNA， 免 受 核 酸 外 切 酶 的 作 用 。 與 mR

30、NA從 細 胞 核 到 細 胞 質(zhì) 的 轉(zhuǎn) 移 有 關 與 翻 譯 有 關 ， 沒 有 polyA翻 譯 活 性 降 低 。 新 合 成 聚 A尾 長 衰 老 的 聚 A尾 短 * mRNA的 功 能 : 抄 錄 、 模 板 功 能 （ 三 ） 、 rRNA的 結 構 與 功 能 rRNA是 細 胞 中 含 量 最 多 的 RNA， 占 總 量 的 80% rRNA與 蛋 白 質(zhì) 一 起 構 成 核 蛋 白 體 （ 核 糖 體 ） ， 蛋 白 質(zhì) 合 成 的 場 所 ， 種 類 和 大 小 用 S表 示 。 在 原 核 生 物 中 ， 16S的 rRNA參 與 構 成 核 蛋 白 體 的 小

31、亞 基 ， 5S和 23SrRNA參 與 構 成 核 蛋 白 體 大 亞 基 。在 真 核 生 物 中 ， 18S的 rRNA參 與 構 成 核 蛋 白 體 小 亞 基 ， 其 余 的 rRNA參 與 構 成 核 蛋 白 體 大 亞 基 。 核 糖 體 的 組 成原 核 生 物 （ 以 大 腸 桿 菌 為 例 ） 真 核 生 物 （ 以 小 鼠 肝 為 例 ）小 亞 基 30S 40SrRNA 16S 1542個 核 苷 酸 18S 1874個 核 苷 酸蛋 白 質(zhì) 21種 占 總 重 量 的 40% 33種 占 總 重 量 的 50%大 亞 基 50S 60SrRNA 23S5S 2940個

32、 核 苷 酸120個 核 苷 酸 28S5.85S 5S 4718個 核 苷 酸160個 核 苷 酸120個 核 苷 酸蛋 白 質(zhì) 31種 占 總 重 量 的 30% 49種 占 總 重 量 的 35% rRNA的 二 級 結 構特 征 ： 單 鏈 ， 螺 旋 化 程 度 較 tRNA低 與 蛋 白 質(zhì) 組 成 核 糖 體 后 方 能 發(fā) 揮 其 功 能5sRNA的 二 級 結 構 大 腸 桿 菌 16S rRNA的 二 級 結 構 rRNA的 結 構 研 究 原 核 生 物 16SrRNA 3端 有 一 保 守 序 列 ACCUCCU， 是 mRNA的 識 別 結 合 位 點 。 5SrRN

33、A 4347位 核 苷 酸 為 CGAAC序 列 ， 可 與 tRNA上 GCTG互 補 。 真 核 生 物 5.8SrRNA上 也 有 相 同 的 CGAAC序 列 , 是 與 tRNA相 互 識 別 、 相 互 作 用 的 部 位 rRNA的 主 要 作 用具 有 肽 酰 轉(zhuǎn) 移 酶 的 活 性 ；提 供 結 合 位 點 為 tRNA (A位 、 P位 和 E位 )； 為 多 種 蛋 白 質(zhì) 合 成 因 子 選 擇 性 地 結 合 mRNA 在 蛋 白 質(zhì) 合 成 起 始 時 、 肽 鏈 延 伸 中 ；核 糖 體 大 小 亞 單 位 的 結 合 、 校 正 閱 讀 等 作 用 。 RNA前

34、 體 成 熟 RNA（ 有 功 能 的 RNA） 斷 裂 、 修 剪 、 修 飾 細 胞 不 同 部 位 中 其 他 種 類 的 小 分 子 RNA的 統(tǒng) 稱主 要 包 括 核 內(nèi) 小 RNA（ snRNA） 核 仁 小 RNA （ snoRNA） 胞 質(zhì) 小 RNA （ scRNA 催 化 性 小 RNA（ ribozyme） 小 片 段 干 涉 RNA （ siRNA） 小 非 RNA (small non-messenger RNAs, snmRNAs) (四 ) 、 其 他 小 分 子 RNAsnmRNAs的 功 能 :參 與 hnRNA（ 核 內(nèi) 的 初 級 mRNA稱 為 不 均

35、一 RNA ）和 rRNA的 加 工 和 轉(zhuǎn) 運 。 HnRNA： 真 核 細 胞 轉(zhuǎn) 錄 生 成 mRNA的 前 體 。hnRNA mRNA RNA組 學 研 究 ： 主 要 對 snmRNA的 種 類 、 結 構 與 功 能 的 研 究不 均 一 RNA 反 義 RNA（ 調(diào) 節(jié) RNA） 與 mRNA配 對 結 合 ， 抑 制 mRNA作 為 模 板 進 行 翻 譯 。 作 為 DNA復 制 的 抑 制 因 子 ， 與 引 物 RNA互 補 結 合 抑 制DNA復 制 ， 在 轉(zhuǎn) 錄 水 平 上 與 mRNA5端 互 補 ， 阻 止 RNA合 成 轉(zhuǎn) 錄 。 堿 基 序 列 與 有 意

36、義 mRNA互 補 的 RNA作 用人 工 合 成 反 義 RNA， 調(diào) 節(jié) 基 因 的 表 達 ,用 于 疾 病 治 療 。 3 535 3 535 解 鏈 方 向 領 頭 鏈(leading strand)隨 從 鏈(lagging strand)DNA的 半 不 連 續(xù) 復制 35岡 崎 片 段 RNA引 物 第 三 節(jié) 核 酸 的 理 化 性 質(zhì)一 、 一 般 理 化 性 質(zhì) 1. 晶 形 DNA為 白 色 纖 維 狀 固 體 ； RNA為 白 色 粉 末 狀 固 體 2. 溶 解 性 均 溶 于 水 ； 不 溶 于 一 般 有 機 溶 劑 ， 在 70%乙 醇 中 形 成 沉 淀 ；

37、 在 0.14MNaCl 和 12MNaCl中 DNA-蛋 白 溶 解 度 低 溶 解 度 高 RNA-蛋 白 溶 解 度 高 溶 解 度 低 3. 粘 度 DNA粘 度 很 大 RNA粘 度 小 得 多 4. 旋 光 性 均 很 強 5. 密 度 及 沉 降 特 性密 度 ： RNA雙 鏈 DNA； 環(huán) 狀 DNA 開 環(huán) 、 線 狀DNA單 鏈 DNA 雙 鏈 DNA 沉 降 速 度 ： RNA 環(huán) 狀 DNA 開環(huán) 、 線 狀 DNA 二 .核 酸 的 紫 外 吸 收260nm處 吸 收 最 強定 量 測 定 的 基 礎 1. DNA或 RNA的 定 量 OD260=1.0相 當 于 :

38、 50g/ml雙 鏈 DNA 40g/ml單 鏈 DNA（ 或 RNA） 20g/ml寡 核 苷 酸2.判 斷 核 酸 樣 品 的 純 度 DNA純 品 : OD260/OD280 = 1.8 RNA純 品 : OD 260/OD280 = 2.0 OD260的 應 用 ： 核 酸 的 磷 酸 基 具 有 酸 性 ， 堿 基 具 有 堿 性 具 有 兩 性 電 離 的 性 質(zhì) 。 但 磷 酸 基 的 酸 性 大 于 堿 基 的 堿 性 ， 其 pI偏 酸 性 。 DNA pI 4 5， RNA pI 2.0 2.5， 在 pH7 8電 泳 時 泳 向 正 極 。三 、 核 酸 的 兩 性 電

39、離 與 等 電 點 四 、 DNA的 變 性 、 復 性 與 分 子 雜 交 DNA變 性 ： 指 DNA分 子 雙 螺 旋 結 構 解 鏈 為 無 規(guī) 則 線 性 結 構 。DNA變 性 的 本 質(zhì) ： 氫 鍵 斷 裂 ， 堿 基 間 的 堆 積 力 遭 到 破 壞 ， 但 不 涉 及 一 級 結 構 的 改 變 。導 致 DNA變 性 的 因 素 ： 加 熱 、 極 端 的 pH、 有 機 試 劑 甲 醇 、 乙 醇 、 尿 素 及 甲 酰 胺 等 .（ 一 ） DNA變 性 (denaturation) DNA的 變 性 過 程部 分 雙 螺 旋 解 開 無 規(guī) 則 線 團 鏈 內(nèi) 堿

40、基 配 對加 熱 變 性 DNA的 特 征 ：溶 液 粘 度 降 低 ： 無 規(guī) 則 單 股 線 性 結 構旋 光 性 發(fā) 生 變 化 ： 分 子 的 對 稱 性 及 構 型 改 變 紫 外 吸 收 增 強 : 雙 螺 旋 解 開 ， 堿 基 外 露 ，紫 外 吸 收 增 強 。增 色 效 應 指 DNA變 性 后 紫 外 吸 收 明 顯 增 強 的 效 應 . DNA的 變 性 溫 度 Tm熔 解 溫 度 (Tm ): 熱 變 性 過 程 中 A260達 到最 大 值 一 半 時 的 溫 度 . DNA變 性 曲 線 1. 與 G C所 占 總 堿 基 數(shù) 的 百 分 比 成 正 相 關 ，

41、 (G+C)% = （ Tm-69.3） 2.44 (經(jīng) 驗 公 式 ) 2.與 核 酸 分 子 的 長 度 有 關 ， 核 酸 分 子 越 長 ， Tm 值 越 大 (僅 對 相 對 較 短 的 核 酸 分 子 ) ； 3.與 離 子 強 度 有 關 ： 離 子 強 度 較 低 時 ， Tm較 低 ， 熔 點 范 圍 也 較 寬 ， 反 之 亦 然 。Tm值 的 影 響 因 素 (二 ) DNA的 復 性 與 分 子 雜 交 DNA復 性 (renaturation) 在 適 當 條 件 下 ， 變 性 DNA的 兩 條 互 補 鏈 恢復 天 然 的 雙 螺 旋 構 象 。減 色 效 應 :

42、 DNA復 性 時 ， 其 溶 液 OD 260降 低 。退 火 (annealing): 熱 變 性 DNA經(jīng) 緩 慢 冷 卻 后 可 復 性 的 過 程 。 熱 變 性 的 DNA在 復 性 過 程 中 ， 堿 基 序 列 部 分互 補 的 不 同 的 DNA -DNA之 間 或 DNA-RNA之 間形 成 雜 化 雙 鏈 的 現(xiàn) 象 。核 酸 分 子 雜 交 (hybridization)： 變 性復 性 復 性核 酸 分 子 雜 交 探 針 技 術 DNA探 針RNA探 針寡 核 苷 酸 探 針探 針 50300bp為 宜 帶 有 一 定 標 記 的 已 知 順 序 的 核 酸 片 段

43、 稱 為 探 針 （ probe）標 記 物 放 射 性 同 位 素 標 記 物 125I， 3H， 14C， 32P， 35S 32P和 35S使 用 頻 率 高 。 非 放 射 性 標 記 物 生 物 素 、 2-乙 酰 胺 二 苯 丙 茂 ， 地 高 辛 配 體 核 酸 分 子 雜 交 的 應 用研 究 DNA分 子 中 某 一 種 基 因 的 位 置確 定 兩 種 核 酸 分 子 間 的 序 列 相 似 性檢 測 某 些 專 一 序 列 在 待 檢 樣 品 中 存 在 與 否是 基 因 芯 片 技 術 的 基 礎 探 針 技 術 在 遺 傳 性 疾 病 診 斷 應 用地 中 海 貧 血 或 血 紅 蛋 白 病 預 習 酶 和 維 生 素 章 節(jié)謝 謝