醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件6

1、第二章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成第二節(jié) 核苷酸的結(jié)構(gòu)第三節(jié) 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)第四節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)與功能第五節(jié) RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能 第六節(jié) 核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用第七節(jié) 核酸酶醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)1第二章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成醫(yī)學(xué)生物核酸的研究歷史： 1868年，瑞士外科醫(yī)生Fridrich Miescher從膿細(xì)胞核中分離到核酸樣物質(zhì)。核酸分為DNA和RNA。DNA存在于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)，RNA存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)。 1944年，Oswald Avery通過(guò)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證實(shí)了DNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)2核酸的研究歷史：醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)2醫(yī)

2、學(xué)生物化學(xué)(6)3醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)3第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成核酸是一種線形多聚核苷酸。核酸 在核酸酶作用下水解為核苷酸，所以核酸的基本單位是：核苷酸。核苷酸由堿基、戊糖和磷酸組成。核苷酸磷酸核苷堿基戊糖核酸核糖脫氧核糖嘌呤嘧啶 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)4第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成核酸是一種線形多聚核苷酸。核酸 在堿基+戊糖 核苷 + 磷酸 核苷酸 poly 聚合 核酸 (核苷酸之間通過(guò)3,5-磷酸二脂鍵連接)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)5堿基+戊糖 醫(yī)學(xué)生物化按戊糖不同，可分：1、脫氧核糖核酸（DNA）：分布于細(xì)胞核中，為染色體主要成份。D-2-脫氧核糖；磷酸；堿基（腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，胸腺嘧啶）2、核糖核酸

3、：（RNA）：分布于細(xì)胞質(zhì)和核仁中。D-核糖；磷酸；堿基（腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶）醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)6按戊糖不同，可分：醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)6戊糖核糖脫氧核糖醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)7戊糖核糖脫氧核糖醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)7核酸的重要性1、DNA是遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體：DNA RNA多肽中氨基酸的組成和順序 （中心法則）2、DNA以自身的半保留復(fù)制方式把遺傳信息一代一代傳遞下去；3、核酸的研究在醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等生命科學(xué)中發(fā)揮重要作用；4、基因工程進(jìn)行的DNA重組，將創(chuàng)造出自然界原來(lái)沒(méi)有的新品種。 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)8核酸的重要性醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)8第二節(jié) 核苷酸的結(jié)構(gòu)一、堿基1、嘧啶堿： 在嘧啶

4、2位碳原子上由酮基取代H，4位碳原子上有氨基或酮基取代H嘧 啶(pyrimidine)胞嘧啶 （2-氧，4-氨基嘧 啶 ）Cytosine(C)尿嘧啶 (2，4-二氧嘧啶)Uracil(U)胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）Thymine(T)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)9第二節(jié) 核苷酸的結(jié)構(gòu)一、堿基嘧 啶(pyrimid此外還有：5-甲基胞嘧啶，5-羥甲基胞嘧啶，5,6-雙氫尿嘧啶，假尿嘧啶。假尿嘧啶核苷DHU:雙氫尿嘧啶醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)10此外還有：5-甲基胞嘧啶，5-羥甲基胞嘧啶，5,6-雙氫尿嘧2、嘌呤堿： 在嘌呤2位或6位碳原子上H被氨基或酮基取代 此外還有：N6-甲基腺嘌呤，7-甲基鳥嘌呤等（p.

5、479，表13-2）。嘌 呤(purine)腺嘌呤 (6-氨基嘌呤)Adenine(A)鳥嘌呤 (2-氨基6-氧嘌呤)Guanine(G)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)112、嘌呤堿：嘌 呤(purine)腺嘌呤 (6-氨基嘌7-甲基鳥嘌呤mG：甲基鳥嘌呤核苷醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)127-甲基鳥嘌呤mG：甲基鳥嘌呤核苷醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)12在DNA和RNA中都有腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。胸腺嘧啶（T）只出現(xiàn)在DNA分子中，尿嘧啶（U）則只出現(xiàn)于RNA分子中。嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC，T脫氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸兩類核酸分子的組成比較 嘌呤、嘧啶環(huán)上由于有共軛雙鍵，在260nm

6、波長(zhǎng)附近對(duì)紫外光有較強(qiáng)的吸收。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)13在DNA和RNA中都有腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（二、核苷 由核糖和堿基之間以糖苷鍵（C-N糖苷鍵）縮合而成。連接方式是嘌呤環(huán)上的N-9或嘧啶環(huán)上的N-1與糖的C-1以糖苷鍵相連。 -構(gòu)型（1位羥基在環(huán)的上面）。核糖核苷：腺嘌呤核苷、鳥嘌呤核苷、胞嘧啶核苷、尿嘧啶核苷（p.480，表13-3）脫氧核糖核苷：腺嘌呤脫氧核苷、鳥嘌呤脫氧核苷、胞嘧啶脫氧核苷、胸腺嘧啶脫氧核苷（假尿嘧啶核苷：核糖與尿嘧啶第5位碳原子形成C-C糖苷鍵）腺嘌呤核苷（腺苷）核苷=核糖+堿基醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)14二、核苷腺嘌呤核苷（腺苷）核苷=核糖+堿基醫(yī)學(xué)生物化學(xué)

7、(6)胞嘧啶脫氧核苷（脫氧脫苷）醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)15胞嘧啶脫氧核苷（脫氧脫苷）醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)15三、核苷酸 核苷中的戊糖羥基（主要是5位上的）被磷酸酯化，形成核苷酸（p.481，表3-4）。 核糖核苷酸：腺嘌呤核苷酸（AMP）、鳥嘌呤核苷酸 （GMP）、胞嘧啶核苷酸（CMP）、尿嘧 啶核苷酸（UMP） 脫氧核糖核苷酸：腺嘌呤脫氧核苷酸（dAMP）、鳥嘌 呤脫氧核苷酸（dGMP）、胞嘧啶脫氧核 苷酸（dCMP）、胸腺嘧啶脫氧核苷酸 （dTMP）核糖核苷酸在2、3、5位上都有一個(gè)自由羥基，能各自被磷酸酯化；脫氧核糖核苷酸在2位上沒(méi)有羥基，故只有3、5能被磷酸酯化。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)16三、核

8、苷酸醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)16四、多磷酸核苷酸 核苷與一個(gè)磷酸產(chǎn)生磷酸酯化的核苷酸，稱為核苷單磷酸（NMP）；核苷單磷酸進(jìn)一步磷酸化，形成核苷二磷酸（NDP）和核苷三磷酸（NTP）。 磷酸之間的焦磷酸鍵含有很高的能量，稱為高能鍵（），是生物體內(nèi)能量利用和貯存的主要物質(zhì)（12000卡/每克分子高能鍵）。 核苷二磷酸：ADP、GDP、CDP、UDP 核苷三磷酸：ATP、GTP、CTP、UTP 脫氧核苷二磷酸：dADP、dGDP、dCDP、dTDP 脫氧核苷三磷酸：dATP、dGTP、dCTP、dTTP醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)17四、多磷酸核苷酸醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)17核苷酸=核苷+磷酸磷酸基團(tuán)位于核糖的第五位

9、碳原子C-5上。 NMP（nucleoside monophosphate) NDP (nucleoside diphosphate) NTP (nucleoside triphosphate)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)18核苷酸=核苷+磷酸磷酸基團(tuán)位于核糖的第五位碳原子C-5上醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)19醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)19五、環(huán)化核苷酸類（3,5-環(huán)狀腺苷酸，cAMP） 由腺苷酸上磷酸與核糖的3，5碳原子形成雙脂環(huán)化而成，其中3位的磷酸酯鍵為高能鍵： 由腺苷酸環(huán)化酶催化ATP脫去一分子焦磷酸而環(huán)化成cAMP；它又可被專一性的磷酸二酯酶水解成5-AMP。 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)20五、環(huán)化核苷酸類（3,5-

10、環(huán)狀腺苷酸，cAMP）醫(yī)學(xué)生物化六、核苷酸的性質(zhì) 1、紫外吸收：嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵，因此使得堿 基、核苷和核苷酸在240290nm的紫外波段有強(qiáng)烈的吸 收峰，最大吸收值在260nm附近。 2、互變異構(gòu)作用：凡含有酮基的嘧啶或嘌呤堿，在溶液中 可發(fā)生酮式和烯醇式的互變異構(gòu)現(xiàn)象： 在生物細(xì)胞內(nèi)一般是以酮式存在（這對(duì)核酸中氫鍵結(jié)構(gòu) 的形成十分重要）。 酮式烯醇式胞嘧啶 （2-氧，4-氨基嘧 啶 ）Cytosine(C)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)21六、核苷酸的性質(zhì)酮式烯醇式胞嘧啶 （2-氧，4-氨基嘧 啶 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)22醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)22第三節(jié) 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)指其核苷酸的排列順序

11、。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，也稱堿基序列。 DNA：四種脫氧核苷酸按一定順序以磷酸二酯鍵相連形成的聚脫氧核苷酸鏈（polydeoxynucleotides）。 DNA的書寫順序是53。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)23第三節(jié) 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)指其核苷酸的排列順序。由于DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)24DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)245末端的磷酸基團(tuán)3，5-磷酸二酯鍵3末端羥基醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)255末端的磷酸基團(tuán)3，5-磷酸二酯鍵3末端羥基醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)26醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)26醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)27醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)27第四節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)與功能一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究

12、史二十世紀(jì)二十年代，Levene研究了核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)并提出了四核苷酸假說(shuō)。他認(rèn)為DNA分子是由A、G、C、T 4 種核苷酸不斷重復(fù)延伸而成。二十世紀(jì)五十年代初，Chargaff采用層析和紫外吸收分析等技術(shù)研究了DNA分子的堿基組成，發(fā)現(xiàn)不同物種的DNA堿基組成不一樣，并總有A=T；C=G。 1953年，Watson和Crick以Chargaff的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行DNA晶體的X-射線衍射圖譜研究，提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1962年， Watson（美）和 Crick（英）與Wilkins共享Nobel生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)， Wilkins通過(guò)對(duì)DNA分子的X -射線衍射研究證實(shí)了Watson和Crick

13、的DNA模型。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)28第四節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)與功能一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究史醫(yī)學(xué)生醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)29醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)29DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)(雙螺旋) 1953年，Watson 和 Crick 提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)30DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)(雙螺旋) 1953年，Watson 和二、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)1、 Watson-Crick模型模型的特性：雙螺旋：兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞，并且均為右手螺旋；雙螺旋結(jié)構(gòu)上有二條螺形凹溝：一條較深，稱大溝；一條較淺，稱小溝。基團(tuán)位置：堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，且其平面與縱軸垂直；磷酸與核糖位于雙螺旋外側(cè)，彼

14、此通過(guò)3,5-磷酸二酯鍵相連，形成DNA分子的骨架，且糖環(huán)的平面與縱軸平行。基團(tuán)走向：多核苷酸鏈的方向取決于磷酸二酯鍵的走向，習(xí)慣上以C3C5為正向。尺度：雙螺旋平均直徑為2nm。兩個(gè)相鄰的堿基之間相距高度（堿基堆積距離）為0.34nm，兩個(gè)核苷酸之間的夾角為36o。因此，沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一周有10個(gè)核苷酸，每一轉(zhuǎn)的高度（螺距）為3.4nm。堿基在一條鏈上的排列順序不受任何限制，但依據(jù)堿基配對(duì)原則，當(dāng)一條鏈序列確定后，可決定另一條互補(bǔ)鏈的序列。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)31二、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)1、 Watson-Crick模型醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)32醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)32醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)33醫(yī)學(xué)生

15、物化學(xué)(6)33 氫鍵：兩條核苷酸鏈依靠彼此堿基之間的氫鍵相連而結(jié) 合在一起： A與T相配對(duì)，形成兩個(gè)氫鍵：A（N6）-T（O4） A（N1）-T（N3） G與C相配對(duì)，形成三個(gè)氫鍵：G（N2）-C（O2） G（N1）-C（N3） G（O6）-C（N4） 上述堿基之間的配對(duì)原則，稱之為堿基互補(bǔ)。T = AC G醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)34 氫鍵：兩條核苷酸鏈依靠彼此堿基之間的氫鍵相連而結(jié)T = 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)35醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)352、Dickerson十二聚體（人工合成）的補(bǔ)充：（1）兩個(gè)核苷酸之間的夾角并非都是36，可由28至42不等， 實(shí)際平均每一螺周含10.4個(gè)堿基對(duì)；（2）組成堿基對(duì)

16、的兩個(gè)核苷酸的分布并非在同一平面上，而 是堿基對(duì)沿長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)一定角度，從而使堿基對(duì)的形狀像 螺旋槳葉片的樣子，故稱為螺旋槳狀扭曲。這可提高堿 基堆積力，使DNA結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定； （3）維持DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力：氫鍵、堿基堆積力。后者 為維持二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)362、Dickerson十二聚體（人工合成）的補(bǔ)充：醫(yī)學(xué)生物化三、DNA結(jié)構(gòu)的多樣性DNA的右手螺旋并不是自然界DNA唯一存在的方式。右手螺旋結(jié)構(gòu)是在生理鹽水溶液中提取的DNA的結(jié)構(gòu)，目前將這種結(jié)構(gòu)稱為B-DNA。1979年，Alexander Rich發(fā)現(xiàn)了左手螺旋，稱為Z-DNA，另外也有A-DNA的存在。醫(yī)學(xué)生物化

17、學(xué)(6)37三、DNA結(jié)構(gòu)的多樣性DNA的右手螺旋并不是自然界DNA唯一1、C-3內(nèi)式和C-2內(nèi)式是指呋喃核糖信封式構(gòu)象中C3還是C2指向C5，見p14圖1-13；2、糖苷鍵構(gòu)象：嘌呤六元環(huán)或嘧啶的O2指向。遠(yuǎn)離糖的為反式，指向糖的為順式。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)381、C-3內(nèi)式和C-2內(nèi)式是指呋喃核糖信封式構(gòu)象中C3還嘌呤六元環(huán)順式嘧啶O2環(huán)順式醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)39嘌呤六元環(huán)順式嘧啶O2環(huán)順式醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)39四、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指DNA雙螺旋通過(guò)扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象，包括不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用、單鏈與二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNA的拓?fù)涮卣鳌－h(huán)形DNA：

18、 大部分原核生物的DNA是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋。包括：某些病毒、噬菌體、細(xì)菌質(zhì)粒、真核生物線粒體和葉綠體、細(xì)菌染色體DNA。 線形DNA的兩端有粘末端，也可借助DNA連接酶將互補(bǔ)的粘末端連接成環(huán)形DNA。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)40四、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指DN超螺旋結(jié)構(gòu)1、超螺旋的形成原因： 當(dāng)DNA雙螺旋分子以一定構(gòu)象自由存在時(shí)，是處于能量最低狀態(tài)，為松弛型；如果額外多轉(zhuǎn)或少轉(zhuǎn)幾圈，就會(huì)使雙螺旋中存在張力。當(dāng)雙螺旋分子的末端是開放的，這種張力可以通過(guò)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)而釋放出來(lái)，DNA將恢復(fù)正常的雙螺旋狀態(tài)；但如果DNA分子的兩端是固定的，或者是環(huán)狀分子，這種額外的張力就不能釋放掉，DNA分

19、子本身就會(huì)發(fā)生扭曲，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋（雙螺旋的螺旋）。 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)41超螺旋結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)412、拓?fù)鋵W(xué)特性：（1）連環(huán)數(shù)：在雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)，以L表示；（2）扭曲數(shù)：DNA分子中的Watson-Crick螺旋數(shù)目（螺周數(shù)），以T表示；（3）超螺旋數(shù)：雙螺旋鏈再扭曲成螺旋的周數(shù)，以W表示。 三者關(guān)系：L=T+W L值必須是整數(shù)。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)422、拓?fù)鋵W(xué)特性：醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)423、負(fù)超螺旋： 設(shè)一段260bp，螺周數(shù)為25的DNA。1）當(dāng)將此線形DNA連接成環(huán)形時(shí)，此環(huán)形DNA稱為松弛型DNA： L=25 T=25 W=0

20、2）當(dāng)將此線形DNA的螺旋先擰松兩周（其他的周內(nèi)螺旋不解鏈），再連接成環(huán)形時(shí)，可形成兩種環(huán)形DNA：（1）解鏈環(huán)形DNA：L=23 T=23 W=0 （含有一個(gè)解鏈后形成的突環(huán)）（2）超螺旋DNA：L=23 T=25 W=-2 （為負(fù)超螺旋） 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)433、負(fù)超螺旋：醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)43真核生物：DNA和蛋白質(zhì)組裝成染色體，染色體的基本單位是核小體。核小體由DNA和組蛋白構(gòu)成。組蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4。 H2A，H2B，H3和H4各兩分子構(gòu)成核小體的核心，稱為組蛋白八聚體。DNA雙螺旋分子纏繞在八聚體上構(gòu)成核小體的核心顆粒。核小體的核心顆粒之間再由DNA和組蛋白H

21、1構(gòu)成的連接區(qū)連接起來(lái)形成串珠狀結(jié)構(gòu)。核小體進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)折疊形成棒狀染色體，將近1 m長(zhǎng)的DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米的細(xì)胞核中。核小體結(jié)構(gòu)模式圖醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)44真核生物：DNA和蛋白質(zhì)組裝成染色體，染色體的基本單位是核小真核染色不同層次的結(jié)構(gòu)模型醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)45真核染色不同層次的結(jié)構(gòu)模型醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)45DNA的功能 DNA的基本功能：用為生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)?；蚪M（genome）： 一個(gè)生物體的全部基因序列。最簡(jiǎn)單的生物如SV40病毒的基因組僅含有5100堿基對(duì)（base pair bp）， 大腸桿菌基因組的大小為5700千堿基對(duì)

22、（kbp），人的基因組則由大約3.0109個(gè)bp組成。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)46DNA的功能 DNA的基本功能：用為生物遺傳信息復(fù)制的模板第五節(jié) RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1、堿基組成：AMP、GMP、CMP、UMP，還有一些稀有堿基； 2、戊糖是核糖； 3、天然RNA是單鏈線形分子，只有局部區(qū)域?yàn)殒渻?nèi)雙螺旋（單鏈分子自身回折使得互補(bǔ)堿基配對(duì)而形成，不配對(duì)的區(qū)域形成突環(huán)）。 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)47第五節(jié) RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6核糖核酸(RNA)分為信使RNA(mRNA)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)核糖體RNA(rRNA)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)48核糖核酸(RNA)分為信

23、使RNA(mRNA)二、類型1、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能信使RNA（messenger RNA，mRNA）不均一核RNA（heterogeneou nuclear RNA，hnRNA）： 在細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA的初級(jí)產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)剪接成為成熟的mRNA并移到細(xì)胞質(zhì)。真核生物成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）5端帽子結(jié)構(gòu)（cap sequence)：mGpppNm. 帽子結(jié)構(gòu)能促進(jìn)核糖體與mRNA的結(jié)合，加速翻譯起始速度,同時(shí)可以增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性。（2）3末端多聚A的尾巴。可能與mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位及mRNA的穩(wěn)定有關(guān)。 mRNA的功能是把核內(nèi)DNA的堿基順序按照堿基互補(bǔ)的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞

24、質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)49二、類型真核生物成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)4醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)50醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)502、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transfer RNA，tRNA）是細(xì)胞內(nèi)分子量最小的一類核酸，其功能是在細(xì)胞蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體。tRNA的特點(diǎn)：1、tRNA分子中含有1020%的稀有堿基，包括雙氫尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（）和甲基化的嘌呤（mG，mA）。mG：甲基鳥嘌呤核苷I：次黃嘌呤核苷醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)512、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transfer R假尿嘧啶核苷DHU:雙氫尿嘧啶醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)52

25、假尿嘧啶核苷DHU:雙氫尿嘧啶醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)522、tRNA中存在一些能局部互補(bǔ)配對(duì)的區(qū)域，能形成局部雙鏈，進(jìn)而形成一種莖-環(huán)狀或發(fā)夾結(jié)構(gòu)，由于莖環(huán)結(jié)構(gòu)的存在，使tRNA形成了三葉草形的二級(jí)結(jié)構(gòu)。3、tRNA共同的三級(jí)結(jié)構(gòu)：倒L型 。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)532、tRNA中存在一些能局部互補(bǔ)配對(duì)的區(qū)域，能形成局部雙鏈，醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)54醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)54 結(jié)構(gòu)：（1）氨基酸臂：由7對(duì)堿基組成，3末端為-CCA，接受活化 的氨基酸；（2）二氫尿嘧啶環(huán)：由8-12個(gè)堿基組成，具有兩個(gè)二氫尿嘧 啶；（3）反密碼子環(huán)：由7個(gè)堿基組成，環(huán)中部有3個(gè)堿基組成的 反密碼子，將由此與mRNA上的密碼子

26、配 對(duì)；（4）額外環(huán)：由3-18個(gè)堿基組成，大小不同，為tRNA分類的 依據(jù)之一；（5）TC環(huán)：由7個(gè)堿基組成，含有假尿嘧啶。 （，psai） 醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)55 結(jié)構(gòu)：醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)553、核糖體RNA的結(jié)構(gòu)與功能核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）， 是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上。rRNA與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體（ribosome）。傳統(tǒng)認(rèn)為rRNA是構(gòu)成核糖體的骨架，催化蛋白質(zhì)肽鍵形成的是核糖體蛋白質(zhì)（大亞基）上的肽基轉(zhuǎn)移酶催化的?，F(xiàn)在認(rèn)為核糖體催化肽鍵形成的是rRNA，蛋白質(zhì)只是維持rRNA構(gòu)象，起輔助作用。 大腸桿菌核糖體中有：5S

27、rRNA，16S rRNA，23S rRNA 動(dòng)物細(xì)胞核糖體中有：5S rRNA，5.8S rRNA，18S rRNA， 28S rRNA。小亞基大亞基醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)563、核糖體RNA的結(jié)構(gòu)與功能核糖體RNA（ribosomal醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)57醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)57核糖體的組成原核生物真核生物核糖體70S80S小亞基30S40SrRNA16S(1542個(gè)核苷酸)18S（1874個(gè)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50S60SrRNA23S(2940個(gè)核苷酸)28S（4718個(gè)核苷酸）5S(120個(gè)核苷酸)5.85S(160個(gè)核苷酸)5S(120

28、個(gè)核苷酸)蛋白質(zhì)31種(占總重量的30%)49種(占總重量的35%)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)58核糖體的組成原核生物真核生物核糖體70S80S小亞基30S44、其它小分子RNA功能核糖體RNArRNA核糖體組成成分 信使RNAmRNA蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)RNAtRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸不均一核RNAHnRNA成熟mRNA的前體小核RNASnRNA參與HnRNA的剪接轉(zhuǎn)運(yùn)小核仁RNASnoRNArRNA的加工和修飾小胞質(zhì)RNAScRNA蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號(hào)識(shí)別體的組成成分醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)594、其它小分子RNA功能核糖體RNArRNA核糖體組成成分 五、核酶 某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成

29、rRNA的剪接。這種有催化作用的RNA被稱為核酶（Ribozyme）。1989年，美國(guó)科學(xué)家Altman和Cech由于發(fā)現(xiàn)核酶而獲Nobel 化學(xué)獎(jiǎng)。 是對(duì)傳統(tǒng)觀念的一種挑戰(zhàn)。 在醫(yī)學(xué)上有特殊的用途。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)60五、核酶 某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成r第六節(jié) 核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用一、核酸的一般理化性質(zhì)多元酸，較強(qiáng)的酸性。既有磷酸基，又有堿性基，故為兩性電解質(zhì)，在一定的pH條件下，可解離而帶電荷，因此都有一定的等電點(diǎn)（p.504-506）。DNA為線性高分子極性化合物，粘度極大，而RNA分子遠(yuǎn)小于DNA，粘度也小得多。溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)61第六節(jié)

30、 核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用一、核酸的一般理化性質(zhì)醫(yī)學(xué)生物化 由于堿基成分的紫外吸收特征，DNA和RNA溶液均具有260nm紫外吸收峰。 與核苷酸的紫外吸收特性類似，可通過(guò)測(cè)定核酸溶液中 磷含量W和紫外吸收值，再求出摩爾磷吸光系數(shù)(P)來(lái)表示溶液中核酸的含量： (P)=30.98A/WL （A=光密度，L=比色杯直徑，W=每升中磷的重量（克） 單鏈多核苷酸的(P)雙螺旋多核苷酸的(P)。所以： 增色效應(yīng)：當(dāng)核酸變性時(shí)，(P)值升高的現(xiàn)象； 減色效應(yīng)：當(dāng)核酸復(fù)性后，(P)值又降低的現(xiàn)象。二、核酸的紫外吸收特性醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)62 由于堿基成分的紫外吸收特征，DNA和RNA溶三、DNA的變性 DNA變

31、性：在某些理化因素作用下，DNA分子互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈。監(jiān)測(cè)指標(biāo)為A260的變化。常用的變性方法為加熱。增色效應(yīng)（hyperchromic effect）：DNA解鏈過(guò)程中，其A260增加，并與解鏈程度有一定的關(guān)系。解鏈曲線：在連續(xù)加熱過(guò)程中以溫度對(duì)A260的關(guān)系作圖。解鏈溫度：DNA變性從開始到完全解鏈?zhǔn)窃谝粋€(gè)相當(dāng)窄的范圍內(nèi)完成 的。在這一范圍內(nèi)A260達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度稱為解鏈溫度，又稱為融解溫度（melting temperature，Tm）。 Tm的大小與其所含堿基中的G+C比例相關(guān)，G+C比例越高，Tm值越高。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)63三、

32、DNA的變性 DNA變性：在某些理化因素作用下，DNA醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)64醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)64四、DNA的復(fù)性與分子雜交復(fù)性；變性DNA在適當(dāng)條件下，兩條互補(bǔ)鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，稱為復(fù)性。熱變性DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，也稱為退火（annealing）。 DNA復(fù)性速度受溫度的影響。復(fù)性時(shí)溫度緩慢下降才可使其重新配對(duì)復(fù)性。如加熱后將其迅速冷卻至4 以下，則不可能發(fā)生復(fù)性。比Tm低25為DNA復(fù)性的最佳條件。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)65四、DNA的復(fù)性與分子雜交復(fù)性；變性DNA在適當(dāng)條件下，兩 核酸的分子雜交(hybridization):加熱雙鏈DNA單鏈DNA雜交雜化雙鏈在DNA復(fù)性過(guò)程中，雙鏈分子的再形成既可以發(fā)生在序列完全互補(bǔ)的核酸分子之間,也可以發(fā)生在堿基序列部分互補(bǔ)的不同的DNA之間或DNA與RNA之間，這種現(xiàn)象稱為分子雜交。醫(yī)學(xué)生物化學(xué)(6)66 核酸的分子雜交(四、沉降特性 在超離心機(jī)強(qiáng)大引力場(chǎng)中，不同構(gòu)象的核酸沉降速度 差異很大： RNA閉環(huán)形質(zhì)粒DNA開環(huán)形及線形DNA蛋白質(zhì)離心后，用注射針頭從離心管側(cè)面在超螺旋DNA 區(qū)帶部位刺入，收集這一區(qū)帶的DNA。用異戊醇抽提收集到的DNA 以除去染料，然后透析除CsCl，再用苯酚抽提12 次，即可用乙醇將DNA 沉淀