绪论核酸的结构与功能真核基因与基因组

第三节 RNA的结构与功能
RNA的种类、分布、功能
细胞核和胞液 核蛋白体RNA 信使RNA 转运RNA 核内不均一RNA 核内小RNA 核仁小RNA 胞浆小RNA rRNA mRNA tRNA HnRNA SnRNA SnoRNA scRNA/7SL-RNA 线粒体 mt rRNA mt tRNA 功 能 核蛋白体组分 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
第二章 核酸的结构与功能
课程内容
一、核酸的化学组成以及一级结构 二、DNA的空间结构与功能 三、RNA的结构与功能 四、核酸的理化性质 五、核酸酶

核 酸 (nucleic acid)
1868年，瑞典青年外科医生Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” 。 以核苷酸为基本组成单位的生物大分 子，携带和传递遗传信息。
真核生物5’端帽子结构
2. 真核mRNA的3´末端有多聚腺苷酸(polyA) 尾
和5’-帽结构共同负责mRNA从细胞核向细胞质的转运、 维持mRNA的稳定性以及翻译起始的调控。
3. mRNA的碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列
mRNA为蛋白质的生物合成提供模板。从成熟 mRNA的5’-端起的第一个AUG至终止密码子之间的核苷 酸序列称为开放读框（ORF，open reading frame），决 定多肽链的氨基酸序列。
二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体
转运RNA（transfer RNA, tRNA)作为氨 基酸的载体参与蛋白质的生物合成。tRNA 占细胞总RNA的15%，已知的tRNA都由 74-95个核苷酸组成，具有较好的稳定性。
tRNA的结构特点
1、 tRNA含较多的稀有碱基 如双氢尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶 （）、次黄嘌呤（I）和甲基化的嘌 呤、嘧啶等。
核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid, DNA) 90%以上分布于细胞核 遗传信息的载体，决定细胞和 个体的基因型。
核糖核酸
分布于胞核、胞液
(ribonucleic acid, RNA) 参与细胞内DNA遗传信息的表 达，某些病毒RNA也可作为遗 传信息的载体。
二、分子生物学发展过程中的 一些重要历史事件
1944年确认了遗传的物质基础是DNA。
1953年J Watson 和F Crick提出了DNA双螺 旋结构模型。 重要的里程碑：双螺旋结构的确立
1958年M Messelson 和F W Stahl证实了DNA 半保留复制的机制，揭示了生物界遗传性状 能世代遗传的分子奥秘。
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
第二节 DNA的空间结构 与功能
一、 DNA的二级结构是双螺旋结构
James Dewey Watson （ 1928～）
Francis Harry Compton Crick （ 1916～）
1953年，DNA双螺旋结构模型被提出来了，两位创立者是美 国生物化学家沃森（James Dewey Watson，1928～）和英国 生物物理学家克里克（Francis Harry Compton Crick， 1916～）。获1962年的诺贝尔生理学医学奖。
人类基因计划的启动 分子生物学各分支学科的建立与发展 从20世纪50年代起，分子生物学领域的研究成果共 获得40项诺贝尔医学-生理科学奖，说明分子生物学 在生命科学研究中的重要性
解读生命的“天书”---人类基因组计 划 人类基因组计划要测定的是人体 23对染色体中的
所有DNA的序列，它由31.647亿个碱基对组成，共有 2.5万个基因。换句话说，生命天书是由30多亿个字 写成的，如果将这30多亿字排版到一张报纸上，那么 大约需要20万页纸才能排完这部巨著。由此可以想见， 读取这部巨著所要耗费的时间将是如何的惊人。
（一）DNA双螺旋结构的实验基础
碱基组成分析
Chargaff 规则：[A] = [T] [G] [C]
碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理
DNA纤维的X-线衍射图谱分析
富兰克林拍摄的DNA晶体的X射线衍射照片，这张照片 正是发现DNA结构的关键
（二）DNA双螺旋结构模型的要点
额外环
氨基酸臂
一端为氨基酸臂， 一端为反密码环， L形的拐角处为 DHU环和TΨC环 3、tRNA的3’端可连接氨基 酸 4、tRNA的反密码子能够识
别mRNA密码子
三、rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所
* rRNA的结构 * rRNA的功能 参与组成核蛋白 体，作为蛋白质生物 合成的场所。
側 ，与对 側 碱基形成氢键配
对 （ 互 补 配 对 形 式 ： A=T;
GC） 。
相邻碱基平面距离0.34nm，
螺旋一圈螺距3.4nm，一圈
10对碱基。
氢键维持双链横向稳定 性，碱基堆积力 维持双 链纵向稳定性。
碱基互补配对 A T C G
（三）DNA双螺旋结构的多样性
二、DNA的高级结构是超螺旋结构
戊 糖
HO CH2 5´ O OH HO CH2 O OH
4´ 3´
OH
1´ 2´
OH OH
核糖(ribose) （构成RNA）
脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
核苷 碱基和戊糖通过糖苷键 连接形成的化合物 核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR
核苷酸
核苷（脱氧核苷）中戊糖的自
由羟基与磷酸以磷酸酯键连接形成
核苷酸（脱氧核苷酸）。
O HO P OH O CH 2
NH2 N O N O
核苷酸： 脱氧核苷酸：
AMP, GMP, UMP, CMP
OH OH
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
核苷酸与环腺苷酸的结构
二、DNA是脱氧核糖核苷酸通过3’, 5’-磷酸二 酯键连接形成的大分子
分子生物学
蔡 蓉 ccairong@
考试题型与占分比例
名词解释、问答题。 平时成绩30%，期末考试70%。

绪论
课程内容 一、介绍分子生物学的定义。 二、介绍分子生物学的发展历史。
一、分子生物学的定义
分子生物学是生物化学的重要组成 部分，通常将研究核酸、蛋白质等生物 大分子的结构、功能及基因结构、表达 与调控的内容，称为分子生物学。
NH5 46 来自 N1N 2腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
N
鸟嘌呤(guanine, G)
NH2
O
嘧啶(pyrimidine)
5 4 3 2 N
NH NH
6 1 NH
NH2
O
尿嘧啶(uracil, U)
O H3C
N
NH
NH
NH
O
O
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但
走向相反的脱氧多核苷酸链
组成，两链以 - 脱氧核糖 - 磷
酸 - 为骨架，以右手螺旋方 式绕同一公共轴盘。螺旋直 径为 2nm ，形成大沟 (major groove) 及 小 沟 (minor
groove)相间。
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内
1977年，基因工程产品的出现。
H.W.Boyer,第一个基因工程产品(SS)
somatostatin 生长素释放抑素
80年代的代表性研究领域 基因工程产品的开发应用
定点突变的研究与应用
癌基因的发现
DNA-蛋白质分子相互辨认
PCR技术的出现 人类基因组计划开始酝酿
90年代
基因诊断技术渐趋成熟
基因治疗合法化
五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现出不 同的时空特性
第四节 核酸的理化性质
一、核酸分子具有强烈的紫外吸收
• OD260的应用
判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0
二、DNA变性是双链解离为单链的过程
变性
定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开 成两条单链的过程。 方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。
60年代 分子生物学作为一门独立学科正式出现
70 年代初 Graessmann 和 Dicumako 莫定了用显微注射法转 移基因。 1972年Grahant等对磷酸钙介导的 DNA转移过程进行了详 细的研究，使这技术能被普遍接受和应用。 1972年，P.Berg: 构建第一个DNA重组分子。
70年代出现 1973年，S.S.Cohen:第一个基因克隆实验。 基因工程并 有初步成果
James Dewey Watson （ 1928～）
Francis Harry Compton Crick （ 1916～）
1953年，DNA双螺旋结构模型被提出来了，两位创立者是美 国生物化学家沃森（James Dewey Watson，1928～）和英国 生物物理学家克里克（Francis Harry Compton Crick， 1916～）。获1962年的诺贝尔生理学医学奖。
三、RNA也是具有3’, 5’-磷酸二酯键的线性大 分子
5´端
C
核苷酸之间以3’,5’磷 酸二酯键连接形成多核苷
A
酸链，即核酸（DNA和
RNA)。
G
3´端
四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以 也称为碱基序列。
书写方式