人类基因组计划与后基因组时代

核酸 (nucleic acid)
是以核苷酸为基本组成单位 的生物信息大分子，起携带和传递遗 传信息的作用。
核酸的分类、分布及功能
脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid, DNA): 90%以上分布于细胞核，其余分布于线粒体内。 储存和携带遗传信息。
核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA): 分布于胞核、胞质、线粒体中。 参与遗传信息的表达，病毒RNA也可作为遗传
第三节
RNA的结构与功能
RNA的种类和功能
转运RNA（tRNA）：转运氨基酸 信使RNA（mRNA）：蛋白质合成的模板 核糖体RNA（rRNA）：核蛋白体组成成分 不均一核RNA（hnRNA）：成熟mRNA的前体 小核RNA（snRNA）： 参与hnRNA的剪接、转运 小核仁RNA（snoRNA）：rRNA的加工和修饰 小胞质RNA（scRNA/7SL-RNA）：蛋白质内质网定位合 成的信号识别体的组成成分
O
N
H
尿嘧啶 (uracil, U)
O
N
H
胸腺嘧啶 (thymine, T)
➢嘌呤和嘧啶环中的共轭双键对260nm 左右的紫外光具有较强的光吸收。
➢此特点可用作对核酸、核苷酸、核苷 及碱基进行定性和定量分析。
二、戊糖
戊糖结构：
5
CH2OHO
OH
4H H3
H1 2H
OH OH
β -D-核糖
（β -D -r ibo se） （构成 RNA ）
（二）DNA双螺旋结构
1953年，Watson和Crick以Chargaff 规则为基础，经过对DNA晶体的X－射线衍 射分析，提出了右手DNA双螺旋结构模型。
DNA双螺旋结构模型的要点:
1.DNA分子由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴 构成的双螺旋结构，一条链的走向是5’-3’，另一条链的走 向是3’-5’。两条链均为右手双螺旋（double helix)。 2.磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基垂直于螺旋轴 而伸入内侧。表面有大沟和小沟。这些沟状结构与蛋白质、 DNA之间的相互识别有关。 3.螺旋直径2nm ，碱基平面与螺旋轴垂直，相邻碱基的距离
酯键 N
N
O
HO
PO O-
CH2 HH
9
N
N
O
1'
H 2'
H
糖苷键
OH
OH
腺苷酸
核苷酸的命名：
➢“核苷”＋“磷酸”： 核苷一磷酸 （nucleoside monophosphate, NMP） 核苷二磷酸 （nucleoside diphosphate, NDP） 核苷三磷酸 （nucleoside triphosphate, NTP） ➢再加上碱基的名称，就构成了各种核苷酸的命名。
存在条件
A 右手 型 螺旋
2.3
11
变宽
平滑
体外脱水
B 右手 型 螺旋
3.4
10
2nm
平滑
随机DNA生理 条件下
Z 左手 型 螺旋
4.5
12
变窄
锯齿 型
CG间隔排列 区段
二、DNA的超级结构
（一）超螺旋：原核生物DNA的高级结构。 正超螺旋，负超螺旋
（二）核小体、
真核生物染色质的基本组成单位是核 小体。
（三）DNA结构的多样性
B型DNA双螺旋是核酸二级结构的重要 形式。当改变了溶液的离子强度和相对湿度 时，DNA螺旋结构可以改变，除B型外，还 有Z型及A型。
在体内，不同构象的DNA可能与基因表 达的调控有关。
三种类型DNA双螺旋的比较
类 型
螺旋 方向
螺距 (nm)
每圈 bp 数
螺旋 直径
骨架 走行
N1 6 5
N
7
2
3
N
4
8 9
N
嘌呤 H
(purine, Pu) O
HN
NH2 N
N
N
N H
腺嘌呤
(adenine, A)
N
H2N
N 鸟嘌呤
N H
(guanine, G)
NH 2
N3 4 5 2 16 N
嘧啶 (pyrimidine, Py)
O
N
O
N
H
胞嘧啶 (cytosine, C)
O
HN
HN
CH3
5
CH2OHO
OH
4H H3
H1 2H
OH H
β -D-2-脱氧核糖
（β - D- 2-d eo xy ri bose） （构成 DNA ）
三、核苷（ribonucleoside)：
➢ 嘌呤碱N-9或嘧啶碱N-1与核糖或脱氧核糖 C-1′通过C-N糖苷键相连形成核苷或脱氧核苷。 ➢核苷的命名就是在核苷的前面加上碱基的名 称，如腺嘌呤核苷，简称腺苷；如果由脱氧核 糖构成的，就再加上“脱氧”二字，如脱氧胞 嘧啶核苷，简称脱氧胞苷，依次类推（P.156 表9－1）。
体的DNA总长达1.7m,经过这样的折叠 压缩，46 条染色体总长亦不过 200nm 左右。
三、DNA的功能
以基因的形式携带遗传信息；并作为基因复制和 转录的模板。它是生命遗传的物质基础（基因的物 质基础），也是个体生命活动的信息基础。
基因：（从结构上定义）是指DNA分子中的特定区 段， 其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。 （从功能上定义）是为生物活性物质编码的DNA功能 片段。
NH2
N
N
O
N
HO P O CH2 O OHH
OH AMP
N
HH OH
NH2
N
N
O
O
N
HO P O P O CH2 O
O-
O-
HH
N HH
OH OH ADP
NH2
N
N
O OO
N
N
-O P O P O P OH OH ATP
五、核酸的一级结构
指核酸中核苷酸的排列顺序。5'-端 又称为核苷酸序列或碱基序 列。
NH2
N
N
9 NN
CH2OH O
HH
1'
H 2'
H
OH OH
腺嘌呤核苷
NH2
N
糖苷键
1 ON CH2OH O
HH
2H' 1'H
糖苷键
OH H 胞嘧啶脱氧核苷
四、核苷酸（nucleotide）
核苷（或脱氧核苷）与磷酸通过酯键结合构成核
苷酸（或脱氧核苷酸）。生物体内多数核苷酸都是5’-
核苷酸。
NH2
中心法则（The Central Dogma）
﹡DNA是遗传信息的载体，能够为生物活性产物（蛋白质或RNA） 编码的DNA功能片段称为基因(gene)。
﹡DNA通过复制，将遗传信息代代相传。 ﹡通过基因表达（转录和翻译），将DNA分子携带的遗传信息转变
为蛋白质分子的氨基酸信息或RNA的信息，从而表现出生物体的 各种遗传性状。 ﹡RNA参与遗传信息的表达过程。 ﹡RNA也可作为遗传信息的载体。 ﹡以RNA携带遗传信息的病毒可以RNA为模板逆转录合成DNA。
tRNA三级结构特点： 倒L型
tRNA的功能： 在蛋白质合成中
作为氨基酸的载体
三、rRNA的结构与功能
大亚基 rRNA + 核蛋白体蛋白→核蛋白体
(ribosome) 小亚基
核蛋白体的组成
亚基
原核生物（70S） 真核生物（80S）
蛋白质
rRNA 蛋白质
rRNA
小亚基
21种
30 S
16S
33种
40 S
3'非翻译区
真核生物mRNA的结构
真核生物mRNA的结构特点：
1. 帽子结构：转录后加工中，在5-端加 上7甲基三磷酸鸟苷，并在第二位核苷酸 的C2上甲基化（m7GpppNm）。
H2N N HN O
OH OH
NH 2
H
H
H H 5'
O- O
O
5'
N
N
NO
CH2
OPOP OPO
O
O-
O-
CH2 O
N
核苷酸之间通过3，5-磷 酸二酯键相连形成的线性大 分子，称为核苷酸链。(是前 一核苷酸的3 -OH和后一核 苷酸的5 -磷酸形成的)
O
N
HO P OH
O N
5' CH2 O
O
NH G
N
NH2
H
H 3'
O HO P O
O 5' CH2
HH OH N
N O
NH2 N
A N
H
H 3'
O HO P O
18S
大亚基
31种
50 23S S 5S
28S
49种
60 S
5.8S 5S
真核生物 18S rRNA的 二级结构呈 花状。
rRNA的功能：
参与构成核蛋白体，核蛋白体 是蛋白质合成的场所。
由亲代DNA合成两个相同子代DNA的过程
复制
蛋白质的生物合成
蛋白质生物合成的概念
DNA基因中的遗传信息，通过转录成为携带遗传信息 的mRNA，mRNA作为合成各种多肽链的模板，指导 合成特定氨基酸排列顺序的蛋白质；tRNA是运载各种 氨基酸的工具；rRNA和多种蛋白质构成核蛋白体,作 为氨基酸缩合成多肽链的装配场所。
一、mRNA的结构与功能
细胞核内合成的mRNA 初级产物为不均一核RNA (hnRNA), 在细胞核内存在时间极短,经过剪接成为成 熟的mRNA后转移到细胞质。成熟的mRNA由编码区 和非编码区构成,它的结构特点(图3-11)如下: