生物化学第二章核酸的结构与功能（二）

写在前面：

RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。

RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。

RNA比DNA小的多。

RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多样性。

RNA分为编码RNA和非编码RNA。编码RNA仅有信使RNA（mRNA）。非编码RNA分为组成性非编码RNA（丰度恒定，有转运RNAtRNA、核糖体RNArRNA）和调控性非编码RNA（丰度变化，在基因表达中发挥重要调控作用）。

1、RNA（mRNA、tRNA、rRNA）的结构与功能

mRNA是蛋白质合成中的模板

生物体内mRNA的丰度最小、种类最多、大小也各不相同、寿命最短。

mRNA的初级产物为核不均一RNA(hnRNA)，含有内含子和外显子。

1）真核生物mRNA的5’端有帽结构。G

鸟苷酸转移酶将鸟嘌呤三磷酸核苷加到转录后的mRNA5’端，形成了一个5’-5’三磷酸键。

mRNA的帽结构可以与帽结合蛋白(CBP)结合形成复合体

注意：原核生物没有5’帽结构。

2）真核生物和有些原核生物mRNA3’端有多聚腺苷酸尾结构。

真核生物的mRNA 的3’端转录后加上一段长短不一的多聚腺苷酸。

mRNA的多聚A尾在细胞内与poly(A)结合蛋白（PABP）结合（1PABP/20A）。

Ø  帽结构和多聚A尾的功能：有助于维持mRNA的稳定性，协同mRNA向细胞质转运，以及在蛋白质合成中促进核糖体和翻译起始因子的结合。

3）真核生物细胞核内的hnRNA经过一系列修饰和剪接成为成熟的mRNA。

hnRNA的内含子被剪切，外显子被连接，再加帽加尾修饰，转变为成熟的mRNA。

4）mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列。

一条成熟的真核mRNA包括5’-非翻译区、编码区、3’-非翻译区。

从成熟mRNA的5’帽结构到核苷酸序列中起始密码子（第一个AUG）之间的核苷酸序列是5’-非翻译区。

从5’端的第一个AUG开始，编码区的每三个连续的核苷酸组成一个遗传密码子，每个密码子编码一个氨基酸，直至终止密码子（UAA、UAG、UGA）。

由起始密码子和终止密码子所限定的区域是编码区（可读框ORF），是编码蛋白质多肽链的核苷酸序列。

从终止密码子到3’多聚腺苷酸尾的区域是3’-非翻译区。

Ø  非翻译区调控蛋白质合成。

tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体

转运RNA(tRNA)在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体, 将活化的氨基酸转呈给mRNA。

由74～95核苷酸组成，占细胞总RNA的15%。具有稳定的空间结构。

1）tRNA含有多种稀有碱基（占10%~20%）。

稀有碱基是指除A、G、C、U外的一些碱基，包括双氢尿嘧啶、假尿嘧啶核苷和甲基化的嘌呤。均是转录后修饰而成。

2）tRNA具有特定的空间结构。

tRNA能形成局部的链内双螺旋结构。tRNA具有局部的茎环结构或发卡结构。

tRNA的二级结构呈三叶草形。位于两侧的发夹结构含有稀有碱基，分别称DHU环和TψC环。位于上方的茎称氨基酸臂（接纳茎）。位于下方的发夹结构称反密码子环。反密码子环与TψC环间还有一可变臂。

tRNA的三级结构是倒L形结构。稳定三级结构的是特殊氢键和碱基堆积力。

Ø  除DHU环和可变臂外，其余部位高度保守。

3）tRNA的3’端连接着氨基酸。

tRNA的3’端为CCA结尾。

3’端的A与氨基酸以酯键相连生成氨酰-tRNA。只有连接在tRNA上的氨基酸才能参与蛋白质的合成。

不同的tRNA结合不同的氨基酸，由反密码子决定。有的氨基酸只有一种tRNA，有的氨基酸有多种tRNA，但一种tRNA只转运一种氨基酸。

4）tRNA的反密码子能识别mRNA的密码子。

tRNA的反密码子环上有反密码子。

tRNA上的反密码子通过碱基互补识别mRNA上的密码子

以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所

含量最多(>80％)。rRNA与核糖体蛋白结合组成核糖体，为蛋白质的合成提供场所。

rRNA的二级结构有很多茎环结构。

Ø  核糖体A位：氨酰位 P位：肽酰位 E位：排出位

 

2、核酸的理化性质

1）核酸具有强烈的紫外吸收。

核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是由碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。

2）DNA变性是一条DNA双链解离为链两条DNA单链的过程。

DNA变性：某些理化因素（加热等）导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂以及破坏碱基堆积力，DNA双链解离为单链的过程。DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。

未改变DNA的核苷酸序列。

Ø  增色效应：DNA变性时，更多碱基暴露，含DNA的溶液在260nm的吸光度（OD260）随之增加。——用于判断DNA是否变性。

Ø  解链温度Tm：解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度。在此温度，50%的DNA双链解离成了单链。Tm与DNA长短、GC含量及离子强度有关。GC含量越高，Tm越高；离子强度越高，Tm越高。

3）变性的核酸可以复性或形成杂交双链。

DNA复性：当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构。

热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火。但将热变性的DNA迅速冷却至4℃时，两条解离的互补链来不及形成双链，故不能复性。

Ø  减色效应：DNA复性时，其溶液OD260降低。

熟悉：

核酸分子杂交：不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，就可能形成杂化双链。这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成。