核酸的結(jié)構(gòu)和功能_第1頁(yè)
核酸的結(jié)構(gòu)和功能_第2頁(yè)
核酸的結(jié)構(gòu)和功能_第3頁(yè)
核酸的結(jié)構(gòu)和功能_第4頁(yè)
核酸的結(jié)構(gòu)和功能_第5頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

核酸的結(jié)構(gòu)和功能StructureandFunctionofNucleicAcid核酸的發(fā)現(xiàn):

1868年,瑞士青年科學(xué)家F.Miescher從外科繃帶上膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離得到一種含磷較高的酸性物質(zhì),稱之為核素(nuclein)核素實(shí)質(zhì)是一種核糖核蛋白1868年FridrichMiescher

從膿細(xì)胞中提取核素。1944年

Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。1953年

Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法。1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)。1990年美國(guó)啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃(HGP)。1994年中國(guó)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。2001年美英等國(guó)完成人類基因組計(jì)劃。核酸研究的發(fā)展簡(jiǎn)史1953年Watson和Crick提出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型劍橋老鷹酒吧Cambridge,TheEaglePub1962年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子,攜帶和傳遞遺傳信息。中心法則(centraldogma)

核酸的分類及分布

存在于細(xì)胞核、線粒體、葉綠體

分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體、葉綠體(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸攜帶遺傳信息,并通過(guò)復(fù)制傳遞給下一代。是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物,參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體第一節(jié)核酸的化學(xué)組成以及一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid

核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成DNA的組成單位是脫氧核糖核苷酸(deoxyribonucleotide)RNA的組成單位是核糖核苷酸(ribonucleotide)。分子組成堿基(base):嘌呤堿,嘧啶堿戊糖(ribose):核糖,脫氧核糖磷酸(phosphate)一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位

堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤鳥嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基嘌呤(purine,Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)嘧啶(pyrimidine,Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)堿基的互變異構(gòu)體

稀有堿基(tRNA中最多)

核酸中除了5類基本的堿基外,還有一些含量甚少的堿基,稱為稀有堿基,大多數(shù)為甲基化堿基。甲基化堿基與表觀遺傳(Epigenetic)有關(guān)。DHUm5Chm5C7-甲基鳥嘌呤Im7G次黃嘌呤HolgerH等提出有可能存在

一種新的DNA堿基:

N6-methyladenine(6mA),它與表觀遺傳有關(guān)。HolgerH,etal.AnAdenineCodeforDNA:ASecondLifeforN6-Methyladenine[J].Cell,2015,161(4):710–713.科學(xué)是一場(chǎng)沒(méi)有終點(diǎn)的馬拉松戊糖(構(gòu)成RNA)1′2′3′4′5′β-D-核糖(ribose)(構(gòu)成DNA)β-D-2′脫氧核糖(deoxyribose)脫氧核苷嘌呤N-9

與脫氧核糖C-1

通過(guò)β-N-糖苷鍵相連形成脫氧核苷(deoxyribonucleoside)。

嘧啶N-1與核糖C-1

通過(guò)β-N-糖苷鍵相連形成核苷(ribonucleoside)。核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵多磷酸核苷酸環(huán)化核苷酸:cAMP、cGMP,是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。cAMP核苷酸衍生物

生物氧化體系的重要成分,在傳遞質(zhì)子或電子的過(guò)程中具有重要的作用。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸,nicotinamideadeninedinucleotide,NAD+),

構(gòu)成RNA的堿基、核苷以及核苷酸堿基

核苷

核苷酸A

腺苷adenosine

腺苷一磷酸adenosinemonophosphate,AMPG

鳥苷guanosine

鳥苷一磷酸guanosinemonophosphate,GMPC

胞苷cytidine

胞苷一磷酸cytidinemonophosphate,CMPU

尿苷uridine

尿苷一磷酸uridinemonophosphate,UMP

構(gòu)成DNA的堿基、核苷、核苷酸堿基脫氧核苷脫氧核苷酸A脫氧腺苷deoxyadenosine脫氧腺苷一磷酸deoxyadenosinemonophosphate,dAMPG脫氧鳥苷deoxyguanosine脫氧鳥苷一磷酸deoxyguanosinemonophosphate,dGMPC脫氧胞苷deoxycytidine脫氧胞苷一磷酸deoxycytidinemonophosphate,dCMPT脫氧胸苷deoxythymidine或thymidine脫氧胸苷一磷酸deoxythymidinemonophosphate,dTMPDNA和RNA的區(qū)別核糖G、C、A、URNA脫氧核糖G、C、A、TDNA堿基核糖核酸

(1)參與DNA、RNA的合成、蛋白質(zhì)的合成、糖與磷脂的合成。(5′-NTP和5′-dNTP分別為RNA,DNA合成的前體。UTP,CTP,GTP分別參與糖原、磷脂和蛋白質(zhì)的合成);(2)在能量轉(zhuǎn)化中起重要作用,ATP是生物體內(nèi)能量的“通用貨幣”;(3)是構(gòu)成多種輔酶的成分:NAD、NADP、FAD、FMN和CoA;(4)參與細(xì)胞中的代謝與調(diào)節(jié),作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。(cAMP、cGMP)。

核苷酸的生物學(xué)作用新發(fā)現(xiàn)的DNA堿基與表觀遺傳可能存在新的DNA堿基:N6-甲基腺嘌呤(6mA),參與表觀基因組。此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了新的DNA堿基包括:5mC、5hmC、4mC等。HolgerH,etal.AnAdenineCodeforDNA:ASecondLifeforN6-Methyladenine[J].Cell,2015,161(4):710–713.二、DNA是脫氧核苷酸通過(guò)3

,5

-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸3

的羥基與另一個(gè)核苷酸5

的α-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiesterbond)。

多個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子,稱為多聚脫氧核苷酸(polydeoxynucleotide),即DNA鏈。5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5

3

三、RNA也是具有3

,5

-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也是多個(gè)核苷酸分子通過(guò)3

,5

-磷酸二酯鍵連接形成的線性大分子,也具有5

→3

方向性;RNA的戊糖是核糖;

RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。構(gòu)成RNA的四種基本核苷酸是AMP、GMP、CMP和UMP。定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同,所以也稱為堿基序列。5

端3

端CGA四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序AGP5

PTPGPCPTPOH3

核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)5

pApCpTpGpCpT-OH

3

5

ACTGCT

3

ACTGCT單鏈DNA和RNA分子的大小常用核苷酸數(shù)目(nucleotide,nt)表示;雙鏈核酸分子的大小常用堿基(base或kilobase)數(shù)目來(lái)表示。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長(zhǎng)度可以高達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)堿基。第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNADNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatialstructure)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間的相對(duì)位置關(guān)系。一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)AGCTA/TG/CG+C嘌呤/嘧啶大腸桿菌26.024.925.223.91.090.9950.11.04結(jié)核桿菌15.134.935.414.61.030.9970.31.00酵母31.718.317.432.60.971.0535.71.00牛29.021.221.228.71.011.0042.41.01豬29.820.720.729.11.021.0041.41.01人30.419.919.930.11.011.0039.81.01不同生物來(lái)源DNA堿基組分和相對(duì)比例(一)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)不同生物種屬的DNA的堿基組成不同同一個(gè)體的不同器官或組織的DNA堿基組成相同

對(duì)于一特定組織的DNA,其堿基組分不隨年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境而變化[A]=[T],[G]=[C]Chargaff規(guī)則(一)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)獲得了高質(zhì)量的DNA分子的X射線衍射照片。提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)(doublehelix)模型。兩條多聚核苷酸鏈在空間的走向呈反向平行(anti-parallel)。兩條鏈中一條鏈的5

→3

方向是自上而下,而另一條鏈的5

→3

方向是自下而上。兩條鏈圍繞著同一個(gè)螺旋軸形成右手螺旋(right-handed)的結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑為2.37nm,螺距為3.54nm。(二)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.DNA由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的生物學(xué)意義

該模型揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征,最有價(jià)值的是確認(rèn)了堿基配對(duì)原則,這是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ),亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ),它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。推動(dòng)了分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的發(fā)展,被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。

脫氧核糖和磷酸基團(tuán)組成的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè),疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個(gè)大溝(majorgroove)和一個(gè)小溝(minorgroove)。2.核糖與磷酸位于外側(cè)

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的示意圖DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的俯視圖3.DNA雙鏈之間形成了互補(bǔ)堿基對(duì)堿基配對(duì)關(guān)系稱為互補(bǔ)堿基對(duì)(complementarybasepair)。DNA的兩條鏈則互為互補(bǔ)鏈(complementarystrand)。堿基對(duì)平面與螺旋軸垂直。

堿基互補(bǔ)配對(duì):鳥嘌呤/胞嘧啶堿基互補(bǔ)配對(duì):腺嘌呤/胸腺嘧啶大溝與小溝

相鄰兩個(gè)堿基對(duì)會(huì)有重疊,產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力(basestackinginteraction)。堿基堆積力和互補(bǔ)堿基對(duì)的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。4.堿基對(duì)的疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素:(1)氫鍵DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下是很穩(wěn)定的,維持這種穩(wěn)定性的因素包括:①氫鍵A=T,G≡C。氫鍵雖然是弱鍵,但大量氫鍵的總作用力是很大的。堿基形狀扁平,分布于雙螺旋內(nèi)側(cè)。大量的堿基層層堆積,相鄰堿基的平面十分接近,這樣,芳香環(huán)上N原子π電子云交錯(cuò)產(chǎn)生一定的吸引力,就是堿基堆積力。堿基呈疏水性,雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一個(gè)強(qiáng)大的疏水區(qū),消除了介質(zhì)中水分子對(duì)堿基之間氫鍵的影響,利于堿基之間形成氫鍵。堿基堆積力是DNA雙螺旋穩(wěn)定的最主要因素。雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素:(2)堿基堆積作用力③

各種陽(yáng)離子,如多胺,組蛋白,Na+,K+,Mg2+能與DNA分子中帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)作用,降低了兩條DNA鏈之間的靜電排斥力,也有助于雙螺旋的穩(wěn)定改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度,也影響雙螺旋的穩(wěn)定性。雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素:(3)鹽鍵Watson和Crick提出的DNA雙螺旋構(gòu)象現(xiàn)在稱為B-DNA,它代表DNA鈉鹽在相對(duì)濕度92%制得的纖維的結(jié)構(gòu),比較接近生理?xiàng)l件下細(xì)胞內(nèi)大部分DNA的構(gòu)象。DNA還有其它雙螺旋構(gòu)象類型:A,C,D,E,Z型。另外還有三股螺旋DNA。(三)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性旋向螺距(nm)堿基數(shù)(每圈)螺旋直徑(nm)骨架走行存在條件A型右手2.3112.5平滑體外脫水B型右手3.4102.3平滑DNA生理?xiàng)l件Z型左手4.5121.8鋸齒型CG序列三種DNA構(gòu)型的比較(四)DNA的多鏈結(jié)構(gòu)在酸性的溶液中,胞嘧啶的N-3原子被質(zhì)子化,可與鳥嘌呤的N-7原子形成氫鍵;同時(shí),胞嘧啶的N-4的氫原子也可與鳥嘌呤的O-6形成氫鍵,這種氫鍵被稱為Hoogsteen氫鍵。Hoogsteen氫鍵Hoogsteen氫鍵,不破壞Watson-Crick氫鍵,由此形成了C+GC的三鏈結(jié)構(gòu)(triplex)。

三鏈結(jié)構(gòu)鳥嘌呤之間通過(guò)8個(gè)Hoogsteen氫鍵形成特殊的四鏈結(jié)構(gòu)(tetraplex)。四鏈結(jié)構(gòu)真核生物DNA3

-末端(端粒,telomere)是富含GT的多次重復(fù)序列,因而自身形成了折疊的四鏈結(jié)構(gòu)。二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。

(一)原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀的雙螺旋分子

,以負(fù)超螺旋的形式存在,平均每200堿基就有一個(gè)超螺旋形成。DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象版權(quán)所有未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載(二)真核生物DNA以核小體為單位形成高度有序致密結(jié)構(gòu)真核生物DNA以非常有序的形式存在于細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞周期的大部分時(shí)間里,DNA以松散的染色質(zhì)(chromatin)形式存在,在細(xì)胞分裂期,則形成高度致密的染色體(chromosome)。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體(nucleosome)。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像DNA:約200bp

組蛋白:H1H2A,H2BH3H4核小體的組成

核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)雙鏈DNA的折疊和組裝DNA經(jīng)過(guò)多次折疊,被壓縮了8000~10000倍,組裝在直徑只有數(shù)微米的細(xì)胞核內(nèi)。南加州大學(xué)華裔教授陳林首創(chuàng)人體基因三維結(jié)構(gòu)圖Populationof10,000genomestructuresNatureBiotechnologyVolume:30,Pages:90–98Yearpublished:RezaKalhor,etal.,Genomearchitecturesrevealedbytetheredchromosomeconformationcaptureandpopulation-basedmodeling.NatureBiotechnology30,90–98(2012)真核生物的染色體兩個(gè)功能區(qū):端粒(telomeres):染色體末端膨大的粒狀結(jié)構(gòu),由染色體末端DNA(端粒DNA)與DNA結(jié)合蛋白構(gòu)成。與染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、完整性以及衰老和腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。著絲粒(centromere):兩個(gè)染色單體的連接位點(diǎn),富含A、T序列。細(xì)胞分裂時(shí),著絲??煞珠_使染色體均等有序地進(jìn)入子代細(xì)胞。DNA是生物遺傳信息的載體,并為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄提供了模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ),也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)?;蚴菙y帶遺傳信息的DNA片段,它們的序列信息意義及其在DNA整個(gè)分子上的排布特點(diǎn)將在第十三章詳述。DNA具有高度穩(wěn)定性的特點(diǎn),用來(lái)保持生物體系遺傳的相對(duì)穩(wěn)定性。同時(shí),DNA又表現(xiàn)出高度復(fù)雜性的特點(diǎn),它可以發(fā)生各種重組和突變,適應(yīng)環(huán)境的變遷,為自然選擇提供機(jī)會(huì)。

三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA

RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過(guò)程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在,但有復(fù)雜的局部二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多樣性。

動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要的RNA種類及功能RNA種類縮寫細(xì)胞內(nèi)位置功能核糖體RNArRNA細(xì)胞質(zhì)核糖體組成成分信使RNAmRNA細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)RNAtRNA細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸微RNAmicroRNA細(xì)胞質(zhì)翻譯調(diào)控胞質(zhì)小RNAscRNA/7SL-RNA細(xì)胞質(zhì)信號(hào)肽識(shí)別體的組成成分不均一核RNAhnRNA細(xì)胞核成熟mRNA的前體核小RNAsnRNA細(xì)胞核參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)核仁小RNAsnoRNA核仁rRNA的加工和修飾線粒體核糖體RNAmtrRNA線粒體核糖體組成成分線粒體信使RNAmtmRNA線粒體蛋白質(zhì)合成模板線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)RNAmttRNA線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸信使RNA(messengerRNA,mRNA)是細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的模板。生物體內(nèi)mRNA的豐度最小、種類最多、大小也各不相同、壽命最短。mRNA的初級(jí)產(chǎn)物為不均一核RNA(hnRNA),含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。hnRNA經(jīng)過(guò)剪切后成為成熟的mRNA。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNAmRNA成熟過(guò)程

外顯子(exon)

mRNA的成熟過(guò)程是hnRNA的剪接過(guò)程卵清蛋白mRNA的成熟成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構(gòu)成。5

-末端的帽子(cap)結(jié)構(gòu)和3

-末端的多聚A尾(poly-Atail)結(jié)構(gòu)。成熟的真核生物mRNA帽子結(jié)構(gòu):m7GpppNm1.真核生物mRNA的5

-端有特殊帽結(jié)構(gòu)

mRNA的帽結(jié)構(gòu)可以與帽結(jié)合蛋白(capbindingprotein,CBP)結(jié)合。真核生物的mRNA的3-末端轉(zhuǎn)錄后加上一段長(zhǎng)短不一的聚腺苷酸。2.真核生物mRNA的3

末端有多聚腺苷酸尾mRNA的多聚A尾在細(xì)胞內(nèi)與poly(A)結(jié)合蛋白(poly(A)-bindingprotein,PABP)結(jié)合存在。mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能

3.mRNA堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列從mRNA分子5

末端起的第一個(gè)AUG開始,每3個(gè)核苷酸為一組稱為密碼子(codon)

。位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為開放閱讀框(openreadingframe,ORF),決定了多肽鏈的氨基酸序列。在mRNA的開放讀框的兩側(cè),為非翻譯序列(untranslatedregion,UTR),即5

-UTR和3

-UTR?!犊茖W(xué)》雜志新發(fā)現(xiàn)

ShenPS等首次證實(shí)氨基酸可以在沒(méi)有中間模板(mRNA)的情況下進(jìn)行組裝。特定蛋白執(zhí)行了通常由mRNA承擔(dān)的任務(wù),指揮這一過(guò)程的氨基酸添加。ShenPS,etal.Rqc2pand60SribosomalsubunitsmediatemRNA-independentelongationofnascentchains[J].Science,2015,347(6217):75-78.轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74~95核苷酸組成;占細(xì)胞總RNA的15%;具有很好的穩(wěn)定性。二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體

1.tRNA中含有多種稀有堿基稀有堿基(rarebase)是指除A、G、C、U外的一些堿基。tRNA具有局部的莖環(huán)(stem-loop)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡(hairpin)結(jié)構(gòu)。2.tRNA含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂,DHU環(huán),反密碼環(huán),TψC環(huán),附加叉tRNA的倒L三級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的3-末端為CCA結(jié)尾。3-末端的A與氨基酸以酯鍵相連生成氨基酰-tRNA

。不同的tRNA結(jié)合不同的氨基酸。3.tRNA的3-末端連接氨基酸

tRNA的反密碼子環(huán)上有反密碼子(anticodon)。tRNA上的反密碼子通過(guò)堿基互補(bǔ)識(shí)別mRNA上的密碼子。密碼子具有五個(gè)特性4.tRNA的反密碼子識(shí)別mRNA的密碼子核糖體RNA(ribosomalRNA,rRNA)是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA(>80%)。rRNA與核糖體蛋白結(jié)合組成核糖體(ribosome),為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所

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30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸18S1874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50S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸120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%大腸桿菌的核蛋白體18S

rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)合成時(shí)形成的復(fù)合體首個(gè)人造核糖體問(wèn)世

核糖體是負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成的重要細(xì)胞結(jié)構(gòu)。在體外人工構(gòu)建核糖體,一直是合成生物學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)??茖W(xué)家們構(gòu)建了一種被稱為Ribo-T的人造核糖體。Ribo-T可以在細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)。CédricO,etal.Proteinsynthesisbyribosomeswithtetheredsubunits[J].Nature,2015,524(7563):119-124.四、其他非編碼RNA參與基因表達(dá)的調(diào)控長(zhǎng)鏈非編碼RNA(longnon-codingRNA,lncRNA)非編碼RNA(

Non-codingRNA,ncRNA)不編碼蛋白質(zhì)但具有重要生物學(xué)功能的RNA分子。短鏈(小)非編碼RNA(smallnon-codingRNA,sncRNA)ncRNA功能參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA的剪切和修飾、mRNA的穩(wěn)定和翻譯調(diào)控、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)運(yùn)、染色體的形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等細(xì)胞重要功能lncRNA功能lncRNA在結(jié)構(gòu)上類似于mRNA,但序列中不存在開放讀框。許多已知的lncRNAs由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄并經(jīng)可變剪切形成,通常被多聚腺苷酸化。lncRNA具有復(fù)雜的生物學(xué)功能,并與一些疾病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。有的lncRNA能使基因沉默,有的則激活基因的表達(dá)。核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小干涉RNA

RNA短鏈非編碼RNA亦稱為非編碼小RNA(smallnon-messengerRNA)

核內(nèi)小RNA(smallnuclearRNA,snRNA)位于細(xì)胞核內(nèi)。snRNA有5種,分別稱為U1、U2、U4、U5、U6,它們與多種蛋白形成復(fù)合體,參與真核細(xì)胞hnRNA的內(nèi)含子加工剪接(第十六章)。核仁小RNA(smallnucleolarRNA,snoRNA):定位于核仁,主要參與rRNA的加工和修飾,如rRNA中核糖C-2

的甲基化修飾。胞質(zhì)小RNA(smallcytoplasmicRNA,scRNA):存在于細(xì)胞質(zhì)中,參與形成信號(hào)識(shí)別顆粒,引導(dǎo)含有信號(hào)肽的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成(第十七章)。催化性小RNA亦被稱為核酶(ribozyme)。是細(xì)胞內(nèi)具有催化功能的一類小分子RNA,具有催化特定RNA降解的活性,在RNA的剪接修飾中具有重要作用。小干擾RNA(smallinterferingRNA,siRNA)是生物宿主對(duì)于外源侵入基因表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)行切割所產(chǎn)生的具有特定長(zhǎng)度(21~23bp)和特定序列的小片段RNA。這些siRNA可以單鏈形式與外源基因表達(dá)的mRNA相結(jié)合,并誘導(dǎo)相應(yīng)mRNA降解。基于此機(jī)理,人們發(fā)明了RNA干擾(RNAinterference,RNAi)技術(shù)。微RNA(microRNAs,miRNAs

)是一類長(zhǎng)度為22nt左右的內(nèi)源性sncRNA。miRNAs主要是通過(guò)結(jié)合mRNA而選擇性調(diào)控基因的表達(dá)。原核生物基因表達(dá)的特異性五、核酸在真核細(xì)胞和原核細(xì)胞中表現(xiàn)出不同的時(shí)空特性真核生物基因表達(dá)的特異性核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)

核酸在波長(zhǎng)260nm

處有強(qiáng)烈的吸收,是由堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有強(qiáng)烈的紫外吸收

堿基的紫外吸收光譜DNA或RNA的定量A260=1.0相當(dāng)于50μg/m

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