核核 酸酸 化化 学学核酸-生命之本先有蛋白质还是先有先有蛋白质还是先有RNARNA如果你要追问，如果你要追问，RNARNA可以指导合成蛋白质，但这可以指导合成蛋白质，但这些些RNARNA是由谁来合成？还不是蛋白质？那么究竟是由谁来合成？还不是蛋白质？那么究竟先有蛋白质还是先有先有蛋白质还是先有RNARNA呢？这个问题大概也有呢？这个问题大概也有个答案。个答案。19891989年诺贝尔奖获得者们发现了一种核年诺贝尔奖获得者们发现了一种核酶。它们的化学本质是酶。它们的化学本质是RNARNA，但却具有酶的活性。，但却具有酶的活性。目前发现的核酶中，就有一种能够复制目前发现的核酶中，就有一种能够复制RNARNA。也。也就是说，就是说，RNARNA在没有蛋白质存在的情况下就可以在没有蛋白质存在的情况下就可以自我复制。这样看来，自我复制。这样看来，RNARNA应该先于蛋白质出现。应该先于蛋白质出现。核酸研究是生物学研究的核酸研究是生物学研究的最大热点最大热点核酸是啥？核酸是啥？在哪？在哪？有何用处？有何用处？有何特点？有何特点？本章重点本章重点1.核酸是啥含有生物物种含有生物物种的所有遗传信的所有遗传信息，息，基因基因遗传遗传和表达的载体和表达的载体1.1.基因是什么？基因是什么？核酸分为两大类，即：核酸分为两大类，即： 脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）- - Deoxyribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid 核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）- Ribonucleic Acid Ribonucleic Acid单单链链双双链链DNA:DNA:含有生物物种的含有生物物种的所有遗传信息，是所有遗传信息，是基基因遗传和表达的载体因遗传和表达的载体。DNADNA为为双链分子双链分子，其，其中大多数是链状结构中大多数是链状结构大分子，也有少部分大分子，也有少部分呈环状结构。呈环状结构。真核生物真核生物-细胞核细胞核，线状双链线状双链 线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体少量，少量，环状双链环状双链原核细胞原核细胞-类核，类核，环状双链环状双链 质粒，质粒，环状双链环状双链核酸在哪核酸在哪?-DNA?-DNA真核生物真核生物-细胞核细胞核，线状双链线状双链 线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体少量，少量，环状双链环状双链原核细胞原核细胞-类核，类核，环状双链环状双链 质粒，质粒，环状双链环状双链核酸在哪核酸在哪?-DNA?-DNA2.2.质粒是什么？质粒是什么？ tRNAtRNA ：10-15% 10-15% 核糖核酸（核糖核酸（RNARNA） mRNA mRNA ：5-10%5-10% 细胞质细胞质 rRNArRNA ：75-80%75-80% 注意：中英文转换注意：中英文转换核酸在哪核酸在哪?-RNA?-RNAmRNAmRNA: :信使信使RNARNA，蛋白质合成中起蛋白质合成中起决定氨基酸顺序的模板作用决定氨基酸顺序的模板作用tRNAtRNA: : 转运转运RNARNA，蛋白质合成中蛋白质合成中起携带活化氨基酸的作用起携带活化氨基酸的作用rRNArRNA：核糖体核糖体RNARNA，与蛋白质结与蛋白质结合形成核糖体，是合成蛋白质的合形成核糖体，是合成蛋白质的细胞器。细胞器。RNA作用简介蛋白合蛋白合成动画成动画是否每一种生物都含有是否每一种生物都含有RNARNA与与DNA?DNA?病毒（病毒（virus)virus)或只含或只含DNADNA，或只，或只含含RNARNA流感病毒流感病毒-1918-1920，西班牙流感，西班牙流感，2000万人万人HIV(HumanImmunodeficiencyVirus)-RNA病毒，从何而来？病毒，从何而来？2015年3月4日，多国科学家研究发现，艾滋病毒已知的4种病株，均来自喀麦隆的黑猩猩及大猩猩，是人类首次完全确定艾滋病毒毒株的所有源头。艾滋病最早是于20世纪80年代初期在美国被识别，早期的病人都是年轻的男同性恋者，因此艾滋病一度被称作“同性恋病”（gayplague)传播途径：传播途径：血液，性交，母婴血液，性交，母婴HBV-HBV-乙肝病毒，乙肝病毒， DNA DNA病毒，病毒，1965年由丹娜发现,也被称为丹娜颗粒（Dane）。我国我国1.31.3亿亿胶东地区淘汰这种针头在1995年左右，也就是说，在这之前，都是用的重复使用针头。类病毒类病毒(viriod)(viriod)比病毒小百倍比病毒小百倍 植物植物 19691969，T.O.Diener T.O.Diener 马铃薯马铃薯 只有只有RNARNA，没有蛋白，没有蛋白朊病毒朊病毒(prion)(prion)疯牛病疯牛病,早老性痴呆症早老性痴呆症 美国加州大学神经病学家stanley BPrusiner(斯坦利普鲁西纳)于1982年4月在美国科学(Science)杂志上首次提出的。只有蛋白，没有核酸只有蛋白，没有核酸核核酸酸，是是一一切切生生物物机机体体不不可可缺缺少少的的组组成成部部分。分。核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，因此，核酸是现代生物化学、分子生物学因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。和医学的重要基础之一。3.核酸有什么作用18681868年，年，HoppeSeyler的实验室里的实验室里瑞士瑞士F. F. MiescherMiescher从脓细胞核中分离得到一种酸性物质从脓细胞核中分离得到一种酸性物质-核素（脱氧核糖核蛋白）核素（脱氧核糖核蛋白）由于积劳成疾，他51岁就离开了人间。科塞尔（科塞尔（A.Kossel,A.Kossel,德国医生，德国医生， 1853185319271927），发现），发现核素是蛋白质和核酸的复合物。他小心地水解核酸，得核素是蛋白质和核酸的复合物。他小心地水解核酸，得到了组成核酸的基本成分：鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶到了组成核酸的基本成分：鸟嘌呤、腺嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，还有些具有糖类性质的物质和磷酸。荣获和胞嘧啶，还有些具有糖类性质的物质和磷酸。荣获19101910年的诺贝尔生理学或医学奖。年的诺贝尔生理学或医学奖。1934年，科塞尔的学生列文发现核酸可被分解成含有一个嘌呤、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。 FrederickGriffithIn1928ascientistnamedFrederickGriffithwasworkingonaprojectthatenabledotherstopointoutthatDNAwasthemoleculeofinheritance.Griffithsexperimentinvolvedmiceandtwotypesofpneumonia,avirulentandanon-virulentkind.Heinjectedthevirulentpneumoniaintoamouseandthemousedied.Nextheinjectedthenon-virulentpneumoniaintoamouseandthemousecontinuedtolive.Afterthis,heheatedupthevirulentdiseasetokillitandtheninjecteditintoamouse.Themouselivedon.Lastheinjectednon-virulentpneumoniaandvirulentpneumonia,thathadbeenheatedandkilled,intoamouse.Thismousedied.Why?Griffiththoughtthatthekilledvirulentbacteriahadpassedonacharacteristictothenon-virulentonetomakeitvirulent.Hethoughtthatthischaracteristicwasintheinheritancemolecule.Thispassingonoftheinheritancemoleculewaswhathecalledtransformation.OswaldAveryFourteenyearslaterascientistnamedOswaldAverycontinuedwithGriffithsexperimenttoseewhattheinheritancemoleculewas.Inthisexperimenthedestroyedthelipids,ribonucleicacids,carbohydrates,andproteinsofthevirulentpneumonia.Transformationstilloccurredafterthis.Nexthedestroyedthedeoxyribonucleicacid.Transformationdidnotoccur.Averyhadfoundtheinheritancemolecule,DNA!19441944年，年，AveryAvery通过通过肺炎链球菌转化试验肺炎链球菌转化试验首次证实核酸是携带遗传信息的物质。首次证实核酸是携带遗传信息的物质。1952Hershey和和ChaseT2噬菌体噬菌体S35-蛋白质蛋白质P32-DNAS S3535P P3232如何利用核酸？如何利用核酸？食品呈味核酸，40-100味精保健品核酸无所不能？ 该计划是美国科学家在该计划是美国科学家在19851985年率先提出，年率先提出，19901990年正式启动。年正式启动。美、英、德、法、日先后参加了此项工作，美、英、德、法、日先后参加了此项工作，19991999年我国成为年我国成为 HGPHGP的第六个成员国。的第六个成员国。 HGPHGP旨在阐明人类基因组旨在阐明人类基因组DNADNA所具有的所具有的3 310109 9核苷酸的序列，核苷酸的序列，发现所有的人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类的发现所有的人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类的全部遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。全部遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。 到目前为止，已完成了人类基因组的框架图，测序的工作到目前为止，已完成了人类基因组的框架图，测序的工作已基本完成。已基本完成。 HGPHGP的实施，揭开了生命科学新的一页，它可以的实施，揭开了生命科学新的一页，它可以造福于人类，但也面临的伦理的挑战。造福于人类，但也面临的伦理的挑战。人类基因组计划概况人类基因组计划概况（Human Genome Project，HGP） 谁掌握了人类基因图谱，就等于谁破译谁掌握了人类基因图谱，就等于谁破译了人类的生命密码，获得了操纵生命的工具。了人类的生命密码，获得了操纵生命的工具。 与互联网相比，网络只是对人类的信息与互联网相比，网络只是对人类的信息沟通带来了巨大的革命，而基因领域的革命沟通带来了巨大的革命，而基因领域的革命则能够从根本上改变人类的命运，基因工程则能够从根本上改变人类的命运，基因工程所带来的商业机会将会大大超过网络。所带来的商业机会将会大大超过网络。 完成了人类基因组工作草图绘制完成了人类基因组工作草图绘制, ,揭示了人类基因揭示了人类基因组若干细节组若干细节 基本上测定了人类基因组上的碱基序列基本上测定了人类基因组上的碱基序列 一些模式生物一些模式生物( (果蝇、拟南介等果蝇、拟南介等) )和作物（如水稻）和作物（如水稻）基因草图绘制成功，测序基本完成基因草图绘制成功，测序基本完成 促进了生物信息学、蛋白质组学、糖组学的迅猛促进了生物信息学、蛋白质组学、糖组学的迅猛发展发展 人类基因组草图绘就，中国科学家参与其中人类基因组草图绘就，中国科学家参与其中HGP取得的成就取得的成就 基因的隐私权问题基因的隐私权问题 基因组图谱和信息的使用与人的社会权利问题基因组图谱和信息的使用与人的社会权利问题 基因资源问题基因资源问题 基因知识的滥用问题基因知识的滥用问题HGP面临的挑战面临的挑战4.4.核酸特点核酸特点4.14.1核酸的组成核酸的组成4.24.2核酸的结构核酸的结构4.34.3核酸的理化性质核酸的理化性质4.1核酸的组成核酸的组成 核酸核酸 33，5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键 核苷酸核苷酸 磷酸酯键磷酸酯键 核苷核苷 磷酸磷酸 糖苷键糖苷键碱基碱基 脱氧核糖（核糖脱氧核糖（核糖） 嘌呤：嘌呤：腺嘌呤，腺嘌呤， 鸟嘌呤鸟嘌呤DNADNA碱基种类碱基种类 嘧啶：嘧啶：胞嘧啶，胞嘧啶，胸腺嘧啶胸腺嘧啶 嘌呤：嘌呤：腺嘌呤，腺嘌呤， 鸟嘌呤鸟嘌呤RNARNA碱基种类碱基种类 嘧啶：嘧啶：胞嘧啶，胞嘧啶，尿嘧啶尿嘧啶4.1.1 4.1.1 碱基碱基123456798腺嘌呤腺嘌呤-A鸟嘌呤鸟嘌呤-G9碱基种类碱基种类- -嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶-C尿嘧啶尿嘧啶-U胸腺嘧啶胸腺嘧啶-T12345611BasesTUCGA碱基特点碱基特点碱基都具有碱基都具有芳香芳香环环的结构特征。的结构特征。嘌呤环和嘧啶环嘌呤环和嘧啶环均呈平面或接近均呈平面或接近于平面的结构。于平面的结构。嘌呤碱和嘧啶碱分子嘌呤碱和嘧啶碱分子中都含有共轭双键体中都含有共轭双键体系，在紫外区有吸收系，在紫外区有吸收（260 260 nmnm左右左右）。）。DNADNA含含胸腺嘧啶胸腺嘧啶- -T T，RNARNA含含尿嘧啶尿嘧啶- -U U。 4.1.2 4.1.2 戊糖戊糖组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNADNA所含的糖为所含的糖为-D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖；RNARNA所含的糖则为所含的糖则为-D-D-核糖核糖。142很很多多差差异异糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键，称为键，称为C-NC-N糖苷键糖苷键4.1.3 4.1.3 核苷核苷4.1.4 4.1.4 核苷酸核苷酸核苷酸是核苷的磷酸酯核苷酸是核苷的磷酸酯。NMPdNMP核核苷苷酸酸链链3 3，5 5磷酸二脂键磷酸二脂键细胞内游离核苷酸及其衍生物细胞内游离核苷酸及其衍生物( (了解）了解）核苷酸核苷酸 核酸核酸游离游离核苷酸核苷酸 多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 AMP ADP ATPAMP ADP ATP 环式单核苷酸环式单核苷酸 cAMP, cGMPcAMP, cGMP 辅酶类核苷酸辅酶类核苷酸 NAD, FADNAD, FAD提供能量提供能量合成多糖合成多糖-UDP脂类合成脂类合成-CDP多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸请考虑：合成请考虑：合成DNA或或RNA链的直接底物是什么链的直接底物是什么环核苷酸环核苷酸作用作用: :调节细胞代谢调节细胞代谢二二级信使级信使4.24.2 DNADNA的分子结构的分子结构4.2.1 DNA4.2.1 DNA的一级结构的一级结构4.2.2 DNA4.2.2 DNA的二级结构的二级结构* * 4.2.3 DNA4.2.3 DNA的三级结构的三级结构4.2.1 DNA4.2.1 DNA的一级结构的一级结构DNADNA的一级结构是的一级结构是指指DNADNA分子中四种分子中四种脱氧核糖核酸的脱氧核糖核酸的连接方式和排列连接方式和排列顺序顺序核苷酸链写法核苷酸链写法线线条条式式 5 5P PA AP PC CP PG GP PC CP PT TP PG GP PT TP PA 3A 3 或或5 5 ACGCTGTA 3ACGCTGTA 3-最常用最常用19531953年年WatsonWatson and and CrickCrick 提出提出DNA DNA 双螺旋双螺旋结构结构模型，模型，为现代分子为现代分子生物学与分生物学与分子遗传学奠子遗传学奠定了基础定了基础4.2.2 DNA4.2.2 DNA的二级结构的二级结构*2020世纪世纪5050年代初年代初 Chargaff Chargaff 定则定则Franklin and Franklin and WilkinsWilkins DNA DNA晶体的晶体的X X射线射线WatsonWatson和和CrickCrick 1953 1953年年 DNADNA的双螺旋结构模型的双螺旋结构模型1962 1962 Francis CrickFrancis Crick, , James WatsonJames Watson, and , and Maurice WilkinsMaurice Wilkins receive the Nobel Prize for determining the molecular receive the Nobel Prize for determining the molecular structure of DNA.structure of DNA.Chargaff Chargaff 定则定则1.1.几乎所有生物几乎所有生物DNADNA的腺嘌呤（的腺嘌呤（A)A)和胸腺嘌呤和胸腺嘌呤( (T)T)的摩尔数相等，鸟嘌呤的摩尔数相等，鸟嘌呤( (G)G)和胞嘧啶和胞嘧啶( (C)C)的的摩尔数相等。因此，嘌呤碱基与嘧啶碱基总摩尔数相等。因此，嘌呤碱基与嘧啶碱基总数相等：数相等：A+ G =T +C A+ G =T +C ， - -碱基当量定律碱基当量定律2.2.对于不同生物品种的对于不同生物品种的DNADNA分子，其分子，其A/GA/G和和T/CT/C比比值差别较大。值差别较大。A+T/G+CA+T/G+C的比值因物种而异，即的比值因物种而异，即随亲缘关系的远近而变化随亲缘关系的远近而变化不不对称比率对称比率Franklin&WilkinsX-rayCrystallographyDNADNA双螺旋结构特点双螺旋结构特点（1 1）DNADNA分子由分子由两条两条多聚脱氧核糖核苷酸链多聚脱氧核糖核苷酸链组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构右手双螺旋结构。螺旋中的。螺旋中的两条链方向相反两条链方向相反，即其中一条链的方向为即其中一条链的方向为5353，而另一条，而另一条链的方向为链的方向为3535。（2 2）磷酸和脱氧核）磷酸和脱氧核糖基作为不变的链糖基作为不变的链骨架位于螺旋外侧，骨架位于螺旋外侧，嘌呤碱和嘧啶碱基嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧位于螺旋的内侧, ,并并且且A-TA-T配对，配对，G-CG-C配配对对。碱基对平面与。碱基对平面与螺旋轴垂直，糖基螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基对平环平面与碱基对平面成面成9090角。角。（3 3）螺旋横截面的）螺旋横截面的直径约为直径约为2 2 nmnm，每每条链相邻两个碱基条链相邻两个碱基平面之间的距离为平面之间的距离为0.34 0.34 nmnm，每每1010个核个核苷酸形成一个螺旋，苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为转一圈）高度为3.4 3.4 nmnm。3.4 n3.4 n. .（4 4）DNADNA双螺旋结构双螺旋结构是十分稳定的，稳定是十分稳定的，稳定力量有：力量有：碱基堆积力碱基堆积力，氢键氢键 20 20世纪的达尔文世纪的达尔文 开创当代分子生物学开创当代分子生物学双螺旋稳定因素双螺旋稳定因素双螺旋结构内部碱基层层堆积，形成了双螺旋结构内部碱基层层堆积，形成了一个强大的疏水区一个强大的疏水区- -碱基堆积力碱基堆积力，消除，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；两条两条DNADNA链之间形成的链之间形成的氢键氢键；介质中的阳离子（如介质中的阳离子（如NaNa+ +、K K+ +和和MgMg2+2+）可可与磷酸基团上的负电荷形成与磷酸基团上的负电荷形成离子键离子键，降，降低了低了DNADNA链之间的排斥力、范德华引力链之间的排斥力、范德华引力等等碱基间氢键碱基间氢键碱基的相互结合具有碱基的相互结合具有严格的配对规律，严格的配对规律，即腺嘌呤（即腺嘌呤（A A）与与胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）结结合，鸟嘌呤（合，鸟嘌呤（G G）与胞嘧啶（与胞嘧啶（C C）结结合，这种配对关系，合，这种配对关系，称为称为碱基互补碱基互补。A A和和T T之间形成两个之间形成两个氢键，氢键，G G与与C C之间形之间形成三个氢键。成三个氢键。DNADNA双螺旋结构的多态性双螺旋结构的多态性右手螺旋右手螺旋B-DNAB-DNA: : A-DNA A-DNA Z-DNAZ-DNA左手螺旋左手螺旋左手螺旋左手螺旋: :富含鸟嘌呤，嘌呤嘧啶间隔排列富含鸟嘌呤，嘌呤嘧啶间隔排列 Z-DNAZ-DNA：常存在于基因的调控区域，常存在于基因的调控区域， 可能与基因的表达调控有关可能与基因的表达调控有关其它类型的其它类型的DNADNA螺旋螺旋(1)(1)回文序列回文序列：palindromic sequencepalindromic sequence DNA DNA序列中，以某一中心区域为对称轴，其序列中，以某一中心区域为对称轴，其两侧的碱基序列正读和反读都相同的双螺旋结两侧的碱基序列正读和反读都相同的双螺旋结构，即对称轴一侧的片断旋转构，即对称轴一侧的片断旋转180180。后，与另一后，与另一侧片断对称重复，它是分布在两条链上的反向侧片断对称重复，它是分布在两条链上的反向重复。重复。十字型结构十字型结构 cruciformcruciform发夹结构发夹结构 hairpinhairpin(2)(2)镜像重复镜像重复：mirror repeatmirror repeat 有些有些DNADNA区段的反向重复存在于同区段的反向重复存在于同一条链上，这种序列叫一条链上，这种序列叫 镜像重复在各股单链中呈现相同镜像重复在各股单链中呈现相同碱基的颠倒重复，没有互补序列，碱基的颠倒重复，没有互补序列，不能形成十字型或发夹型结构不能形成十字型或发夹型结构DNA DNA 多为线形，少数为环形。多为线形，少数为环形。当双螺旋的当双螺旋的DNADNA分子与其他分子（蛋白质）分子与其他分子（蛋白质）相互作用，使相互作用，使DNADNA双螺旋进一步扭曲时，就双螺旋进一步扭曲时，就形成形成DNADNA的三级结构的三级结构超螺旋结构超螺旋结构 正超螺旋正超螺旋-拧紧状态拧紧状态 负超螺旋负超螺旋-拧松状态拧松状态（多数）（多数）4.2.3 DNA4.2.3 DNA的三级结构的三级结构4.2.44.2.4 RNARNA的分子结构的分子结构RNARNA是腺苷酸、鸟苷酸、胞苷酸、尿苷酸通是腺苷酸、鸟苷酸、胞苷酸、尿苷酸通过过3 3 5 5 -磷酸二酯键连接而成的多核苷酸磷酸二酯键连接而成的多核苷酸长链，这些核苷酸在长链，这些核苷酸在RNARNA分子中的排列顺序分子中的排列顺序即为即为RNARNA的一级结构。的一级结构。RNARNA能不能具有二级结构？能不能具有二级结构？RNARNA基本以单链存在，在某些区段由于互基本以单链存在，在某些区段由于互相靠近，并且含有互补碱基，因而能形相靠近，并且含有互补碱基，因而能形成氢键，另一部分则成环状，叫成氢键，另一部分则成环状，叫“发夹发夹”或或“茎环茎环”结构。结构。-二级结构二级结构4.2.4.1 tRNA的分子结构的分子结构-二二级结构级结构tRNAtRNA的二级结构为的二级结构为四茎四环的四茎四环的三叶草三叶草形形氨基酸臂氨基酸臂二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环反密码子环反密码子环T T C C环环额外环额外环OHOH2COHOH12345OHOH2COHOH12345NNOOHHH1尿苷尿苷NCOONHHH51假尿苷（假尿苷（）5 51.1.分子量较小，由分子量较小，由73738888个核苷酸组成个核苷酸组成2.2.含有含有较多的稀有碱基较多的稀有碱基-对对tRNAtRNA的稳定有重要意的稳定有重要意义。义。3. 3. 多核苷酸链的多核苷酸链的3 3- -末端末端的最后的最后3 3个核苷酸残基都个核苷酸残基都是是CCA-OHCCA-OH，用来用来携带活携带活化氨基酸化氨基酸。目前已知的目前已知的tRNAtRNA的三级结构均为的三级结构均为倒倒L L型型rRNArRNA呈单链存呈单链存在，也有在，也有局部局部双螺旋双螺旋和和发夹发夹结构结构, ,rRNA rRNA 与与蛋白质一起组蛋白质一起组成核糖体，作成核糖体，作为为蛋白质合成蛋白质合成场所场所； 核酶核酶4.2.4.2 rRNA4.2.4.2 rRNA的分子结构的分子结构原核原核70S真核真核80S大亚基大亚基50S(23S,5S)32种蛋白质种蛋白质60S(28S,5S,5.8S)小亚基小亚基30S(16S)21种蛋白质种蛋白质40S(18S)30种蛋白质种蛋白质真核、原核的核糖体比较真核、原核的核糖体比较4.2.4.3 mRNA4.2.4.3 mRNA的分子结构的分子结构mRNAmRNA是以是以DNADNA为模板合成的，携带着为模板合成的，携带着DNADNA的遗传信息，因此称为信使的遗传信息，因此称为信使RNARNA。mRNAmRNA是蛋白质合成的模板，决定着是蛋白质合成的模板，决定着蛋白质中氨基酸的顺序蛋白质中氨基酸的顺序S-DS-D序列、帽子与尾巴结构序列、帽子与尾巴结构帽子结构帽子结构m7G-5ppp5-NPolyA PolyA 位点位点原核与真核细胞的原核与真核细胞的mRNAmRNA在结构上的差异：在结构上的差异：1. 1. 原核细胞原核细胞mRNAmRNA是是多顺反子多顺反子，真核细胞，真核细胞mRNAmRNA为为单顺反子单顺反子。 顺反子：是顺反试验所规定的遗传单位，相顺反子：是顺反试验所规定的遗传单位，相当于一种多肽链的编码基因。一个基因就是当于一种多肽链的编码基因。一个基因就是一个顺反子。一个顺反子。2. 2. 原核生物原核生物mRNAmRNA分子中一般没有修饰成分子中一般没有修饰成 分，而真核生物分，而真核生物mRNAmRNA一般都有修饰成分一般都有修饰成分3. 3. 绝大多数真核细胞的绝大多数真核细胞的mRNAmRNA的的3 3- -末端有末端有一段一段polyApolyA，5 5- -末端有一末端有一“帽子帽子”结构结构猜想：猜想： “帽子结构帽子结构”与与polyApolyA有什有什么作用？么作用？4. 4. “帽子帽子”结构可能与蛋白质合成的结构可能与蛋白质合成的正确正确起始起始作用；作用；抗核酸外切酶降解抗核酸外切酶降解及及协同核协同核糖体与糖体与mRNAmRNA相结合相结合有关，有关， 3 3 - -末端的末端的polyApolyA是是mRNAmRNA与核孔识别的信与核孔识别的信号，有助于其通过核孔；抗核酸外切酶号，有助于其通过核孔；抗核酸外切酶降解降解的作用的作用4.3.1 核酸的理化性质核酸的理化性质物物理理（了解）（了解）1.1.溶解度溶解度：DNA,RNADNA,RNA均微溶于水，不溶于均微溶于水，不溶于 乙醇、乙醚等有机溶剂。乙醇、乙醚等有机溶剂。2.2.酸碱解酸碱解：DNA DNA 抗碱性比抗碱性比RNA RNA 强，二者均强，二者均 不耐强酸、强碱。不耐强酸、强碱。3.3.沉降特性沉降特性：RNARNA环形环形DNADNA蛋白质蛋白质 RNA-RNA-蔗糖梯度超离心蔗糖梯度超离心 DNA-DNA-氯化铯梯度超离心氯化铯梯度超离心4.4.粘度粘度： 线性线性无规则线团球形无规则线团球形5.*5.*紫外吸收紫外吸收：嘌呤碱：嘌呤碱与嘧啶碱有共轭双键与嘧啶碱有共轭双键，因此有紫外吸收，因此有紫外吸收，最大值在最大值在260260nm nm 左右左右如何利用?紫外线杀菌紫外线杀菌紫外光子的能量被DNA中的碱基对吸收，引起遗传物质发生变异，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的核酸的变性核酸的变性（denaturation):denaturation): 指核酸的双螺旋区的氢键断裂，双螺旋指核酸的双螺旋区的氢键断裂，双螺旋解开，变成无规则卷曲的过程。并不涉及共解开，变成无规则卷曲的过程。并不涉及共价键的断裂。价键的断裂。变性因素：变性因素：加热、酸碱、尿素加热、酸碱、尿素4.3.2 核酸的理化性质核酸的理化性质变性变性*试想：试想：变性后，核酸链的紫外吸收变性后，核酸链的紫外吸收有何改变？有何改变？变性的特点变性的特点： 1. 1. 增色效应增色效应：与天然：与天然DNADNA相比，变性相比，变性DNADNA因其双螺旋结构被破坏，使碱基充分暴露，因其双螺旋结构被破坏，使碱基充分暴露，因此紫外吸收增加，这种现象叫因此紫外吸收增加，这种现象叫. . 2. 2. 粘度下降粘度下降 3. 3. 浮力升高浮力升高 4. 4. 失去部分或全部活力失去部分或全部活力熔点熔点/ /熔解温度熔解温度（melting temperture)melting temperture) 通常把增色效应达到一半时的温度通常把增色效应达到一半时的温度或或DNADNA的双螺旋结构失去一半时的温度称的双螺旋结构失去一半时的温度称为该为该DNADNA的的，用，用TmTm表示表示与与TmTm相关的因素相关的因素 1. 1. DNADNA的均一性的均一性 2. 2. G-CG-C含量含量 3. 3. 介质离子强度介质离子强度 强度高，强度高， TmTm高高 核酸的降解核酸的降解 指多核苷酸骨架上共价键的断裂指多核苷酸骨架上共价键的断裂 (3 (3,5,5磷磷酸二酯键酸二酯键) )RNARNA有局部的双螺旋，因此也可变性有局部的双螺旋，因此也可变性RNARNA能否变性？能否变性？复性（复性（Renaturation)Renaturation) 变性变性DNADNA在适当条件下，又可使两条在适当条件下，又可使两条 彼此分开的链重新缔合成为双螺旋，彼此分开的链重新缔合成为双螺旋， 这个过程称为这个过程称为.4.3.3 4.3.3 核酸的理化性质核酸的理化性质复性复性*退火：退火： 热变性的热变性的DNADNA在在缓慢冷却缓慢冷却时，两条彼此时，两条彼此 分开的单链又可以发生不同程度的重分开的单链又可以发生不同程度的重 新结合而形成双链螺旋结构，称为新结合而形成双链螺旋结构，称为.PCRPCR- - Polymerase Chain ReactionPolymerase Chain Reaction即聚合酶链式反应，是指在即聚合酶链式反应，是指在DNADNA聚合酶催化下，以母聚合酶催化下，以母链链DNADNA为模板，以特定引物为延伸起点，通过变性、为模板，以特定引物为延伸起点，通过变性、退火、延伸等步骤，体外复制出与母链模板退火、延伸等步骤，体外复制出与母链模板DNADNA互补互补的子链的子链DNADNA的过程。是一项的过程。是一项DNADNA体外合成放大技术，能体外合成放大技术，能快速特异地在体外扩增任何目的快速特异地在体外扩增任何目的DNADNA。分子杂交（分子杂交（Hybridization)Hybridization) 两条来源不同但有核苷酸互补关两条来源不同但有核苷酸互补关系的系的DNADNA单链分子或单链分子或DNADNA单链与单链与RNARNA分分子，在去掉变性条件后，互补的区子，在去掉变性条件后，互补的区段能够退火复性形成双链段能够退火复性形成双链DNADNA分子或分子或DNA/RNADNA/RNA异质分子，这一过程称为核异质分子，这一过程称为核酸的分子杂交。酸的分子杂交。4.3.4 4.3.4 核酸的理化性质核酸的理化性质分子杂交分子杂交基因：能够指导合成有功能的多肽基因：能够指导合成有功能的多肽或或RNARNA的一段的一段DNADNA序列。序列。所有生物细胞都含有DNA和RNA这两类核酸。原核细胞DNA集中在拟核。真核细胞DNA分布在核内，与蛋白质组成染色体（染色质）。线粒体、叶绿体等细胞器也含有DNA。病毒或只含DNA，或只含RNA，从未发现两者兼有的病毒。原核生物DNA、质粒DNA、真核生物细胞器DNA都是环状双链DNA。所谓质粒是指拟核DNA外基因，它能够自主复制，并表现出特定的性状。真核生物染色体DNA是线型双链DNA。病毒DNA种类很多，结构各异。动物病毒DNA通常是环状双链或线型双链。植物病毒基因组大多是RNA，DNA较少见。少数植物病毒DNA或是环状双链，或是环状单链。噬菌体DNA多数是线型双链，也有为环状双链的。