第12章核酸三版(2013-11-14))A

第12章核酸通论nucleicacid一、核酸的发现和研究简史（一）核酸的发现1868年瑞士科学家F.Miescher---核素（酸性）1889年Altmann制备了不含蛋白质的------核酸（二）核酸的早期研究核素的功能染色质与核素核酸中的碱基四核苷酸假说核酸的高度特异性（三）DNA双螺旋结构模型的建立（四）生物技术的兴起DNA重组技术：基于切割技术、分子克隆和快速测序。发展了分子水平、细胞水平和个体水平的各种生物技术和生物工程。逆转录酶(20世纪70年代)RNA的研究：核酶、反义RNA、同源异形体蛋白质、mRNA序列可以编辑、核糖体移码。(20世纪80年代)，RNA世界1985年：美国能源部(DepartmentofEnergy，DOE)在加州大学圣克鲁滋会议上第一次对人类基因组全部测序进行可行性论证,形成“人类基因组计划”草案•1986年：著名的诺贝尔奖获得者Dulbecco在Science上发表文章，高瞻远瞩地率先向世界公开提出人类基因组计划，并倡导全世界有能力的科学家共同完成这一国际性大课题。•1990年：NRC（美国国家科学研究委员会）和DOE宣布这年的10月1日为人类基因组计划正式启动时间。（五）人类基因组计划开辟了生命科学新纪元人类基因组计划开辟了生命科学新纪元•2000年：6月26日，HGP与Celera公司的领导人在白宫的庆祝仪式上共同宣布了人类基因组工作框架图的完成，并约定将双方的研究成果同时发表;Celera公司完成了果蝇基因组(180Ｍb)的全部测序工作，证明了“全基因组鸟枪法”的可行性。•2003年4月14日，人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现.稍感意外的是，测序结果显示，人类基因的数目远远小于先前认为的十万个，而只有约3.4～3.5万个，与小鼠接近，不到果蝇的基因数的两倍。人类基因组计划开辟了生命科学新纪元AlternativeSplicing,Intronscanalsoberetained人类基因组计划开辟了生命科学新纪元•实施人类基因组计划（HGP）,开辟了生命科学新纪元。生命科学进入后基因时代：功能基因组学（functionalgenomics）：指详尽分析序列，描述基因组所有基因的功能，包括研究基因的表达及其调控模式。蛋白质组学（proteomics）：细胞内基因组表达的所有蛋白质结构基因组学（structuralgenomics）：是一门用结构生物学方法研究整个生物体、整个细胞或整个基因组中所有的蛋白质和相关蛋白质复合物的三维结构的学科。RNA组学（Rnomics）:就是从基因组水平研究细胞中非编码RNA结构与功能的一门新的科学二、核酸的种类和分布（一）脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）:遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。病毒的遗传物质可以是DNA，也可能是RNA，DNA有双链的，也有单链的。rRNAtRNAmRNA比例80～82％15～16％3～5％沉降系数原核5S、16S、23S真核：5S、18S、28S、5.8S4S6～25S代谢稳定性稳定稳定不稳定存在形式与多种蛋白质形成核糖核蛋白体，位于粗面内质网上或以单体形式存在与氨基酸结合或以游离状态存在与核糖体结合或单独存在存在部位细胞浆细胞浆细胞浆生理功能蛋白质合成的场所在蛋白质合成过程中运输活化的氨基酸蛋白质合成的模板（二）核糖核酸(RNA)TypesofRNA(2)•80年代以来发现新的具有特殊功能的RNA•核内小RNA(smallnuclearRNA，snRNA)•核仁小RNA(smallnucleoarRNA，snoRNA)•胞质小RNA(smallcytoplasmicRNA，SCRNA)•反义RNA(antisenseRNA)•核酶(ribozyme)•RNasePTypesofRNA(3)SmallinterferingRNA(siRNA)：双链RNA经酶切后会形成很多小片段，~21-25核苷酸，由Dicer（RNAaseⅢ家族中对双链RNA具有特异性的酶）加工而成。SiRNA是siRISC的主要成员，激发与之互补的目标mRNA的沉默。MicroRNA(miRNA)：是含有茎环结构的miRNA前体，经过Dicer加工之后的一类非编码的小RNA分子（~21-23个核苷酸），miRNA被认为在调控发育过程中有重要作用。piRNA(Piwi-interactingRNA)是最近从哺乳动物生殖细胞中发现的一类能与PIWI蛋白质相互作用,且长度分布在26～31nt的新型小分子单链RNA三种主要小调节RNAsRNAi(RNAinterference：RNA干扰)②RNA干扰（RNAinterference,RNAi）是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA（double-strandedRNA，dsRNA）诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。它是真核生物中基因转录后沉默作用的重要机制之一.2006NobelPrizeinPhysiology&Medicine2006NobelPrizeinPhysiology&Medicine1.(是非题)RNA干扰技术是一种抑制DNA转录出RNA的技术。中山大学2009年生物化学试题2.siRNA多数来自____________，其作用方式通常为高度特异性的。中山大学2012年生物化学试题2.名词解释：小RNA浙江大学2010生物化学3.解释下列非编码RNA(non-codingRNA)名词：(1)核仁小RNA(smallnucleolarRNA,snoRNA);(2)干扰小RNA(smallinterferingRNA,siRNA);(3)微RNA(microRNA,miRNA)。2005中科院生物化学1、1928年,格里菲斯(F.Griffith)首先在肺炎双球菌中发现转化现象。2、1944，O.Avery肺炎双球菌转化验3、Hershey-Chase噬菌体浸染细菌的实验。（一）DNA是主要的遗传物质三、核酸的功能FrederickGriffith’sTransformationExperiment-19281944:Avery噬菌体浸染细菌的实验Bacteriophage=Virusthatattacksbacteriaandreplicatesbyinvadingalivingcellandusingthecell’smolecularmachinery.Fig.2.4StructureofT2phageBacteriophagesarecomposedofDNA&protein噬菌体浸染细菌的实验（二）RNA参与蛋白质的生物合成1.三类RNA共同控制着蛋白质的合成。2.核糖体23SrRNA为装配者并起催化作用3.tRNA是转换器，携带氨基酸并起解译作用。4.mRNA携带DNA的遗传信息并起蛋白质合成的模版作用。(三）核酸的功能多样性1、参与蛋白质的合成2、RNA的转录后加工与修饰如：snRNA，snoRNA3、参与基因表达的调控，如miRNA，siRNA4、生物催化作用，如核酶5、遗传信息的加工与进化思考题RNA与DNA一样，都是由核糖和碱基排列起来的分子，虽然迄今为止，“风光占尽”的是DNA，但目前认为RNA正开创生命科学的一个新时代，有关RNA的研究成果越来越令人瞩目，生物学顶级期刊上有关RNA生物功能的研究也层出不穷。请根据现有研究成果论述RNA的生物功能多样性。浙江理工大学2012生物化学华南理工大学2012年-生物化学与分子生物学核酸的组成核酸核苷酸磷酸戊糖碱基水解基本结构单位核糖脱氧核糖嘌呤AG嘧啶CTUbase(pentose)(nucleicacids)(nucleoside)(phosphate)核苷第13章核酸的结构nucleicacid•nucleoside=(ribose)+(base)+(phosphate)glycosylic(orglycosidic)bondesterbond一、核苷酸酯键核苷键(糖苷键)（一）、碱基(1).嘧啶碱：尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶(2).嘌呤碱：腺嘌呤鸟嘌呤base嘌呤环由嘧啶环和咪唑环组成base碱基DNA中：腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶RNA中：腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶WhydoesDNAcontainthyminenoturacil?Cytosinespontaneouslydeaminatestoformuracil.RepairenzymesrecognizethesemutationsandreplacetheseUswithCs.ButhowwouldtherepairenzymesdistinguishnaturalUfrommutantU.Naturesolvesthisdilemmabyusingthymine(5-methyl-U)inplaceofuracil.GCGUmutationDNA为什么选择了T而不是U？判断：5-甲基尿嘧啶,即胸腺嘧啶。华东师范大学2000年碱基(3)嘌呤和嘧啶结构近似平面结构，嘌呤环的疏水性远大于嘧啶碱基的同分异构形式碱基一般以酮式存在，而不是醇烯式核酸中五种碱基中的酮基和氨基，均位于碱基环中氮原子的邻位，可以发生酮式-烯醇式或氨基-亚氨基之间的结构互变。这种互变异构在基因的突变和生物的进化中具有重要作用。受介质中pH值的影响稀有碱基（修饰碱基）修饰主要是甲基化，RNA中以tRNA含修饰碱基最多DNARNA嘌呤m7G：7-甲基鸟嘌呤N6，N6-2m6A：N6，N6-二甲基腺嘌呤N6-m6A：N6-甲基腺嘌呤N6-m6A：N6-甲基腺嘌呤m7G：7-甲基鸟嘌呤嘧啶m5C：5-甲基胞嘧啶DHU：二氢尿嘧啶hm5C：5-羟甲基胞嘧啶T：胸腺嘧啶核酸中部分稀有碱基Modifiedbase(修飾碱基)，这些碱基是有特殊功能的。稀有碱基（修饰碱基）I:InosineT:RibothimidineD:5,6-dihydrouridineM1l:1-methylinosineM1G:1-methylguanosineM2G:dimethylguanosinetRNA中的稀有碱基非常多DNA中：腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶RNA中：腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶RNA中出现胸腺嘧啶算稀有还是常见碱基？稀有碱基（修饰碱基）2.判断：RNA分子中永远找不到胸腺嘧啶。-南开大学2001年3.含有胸腺嘧啶的RNA种类是（）A，rRNA；B，mRNA；C，tRNA；D，snRNA-中国科学院2005年1、一个RNA片段GTCmDUA中含有稀有碱基（）A、五个B、四个C、三个D、两个厦门大学2002年生物化学思考题4.南开大学2005年生物化学（判断）1）．核酸的稀有碱基具有特殊的生物学活性。2）．tRNA分子中的稀有碱基是转录后修饰的产物。3）.tRNA曾经被称为“可溶性RNA”是因为它具有更多的稀有碱基5.江南大学2007年在各类核糖核酸中稀有碱基含量百分比最高的是A.tRNAB.5srRNAC.mRNA6.华南理工大学2005年核酸中的稀有碱基有何生物学功能。(10分)（二）Nucleosides(核苷)Nucleosides=base+sugars核糖Nucleosides=base+sugarsβ-糖苷键Glycosidic(glycoside,glycosylic)bond戊糖的C原子编号都加上撇“′”核苷键的顺式和反式嘧啶糖苷键通常是反式的，而嘌呤糖苷酸键既可成顺式的也可成反式的。而在Z－DNA中，嘌呤碱是顺式的。糖苷键通对碱稳定，易被酸水解核苷与脱氧核苷主要核苷有8种基本核苷：碱基与核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。★嘧啶碱：N1—C1`，嘌呤碱：N9—C1`。★核酸中的核苷与脱氧核苷均为