核酸化学2

教案

20010～2011学年第二学期

课程名称生物化学

院（部）医学院

教研室(实验室) 生物化学与分子生物学

授课班级09级药学理论

主讲教师刘广超

职称教授

使用教材《生物化学》（6版）吴梧桐主编人民卫生出版社

生物化学实验指导》石渊渊主编河南大学出版社

河南大学教务处制

二○○八年二月

教学过程

四 DNA与基因组织

一、DNA与基因

基因是一段含有特定遗传信息的核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。

基因分为结构基因和调节基因

结构基因（structural gene）：有实际表达产物, 为特定的RNA和多肽编码的基因

调节基因或调节顺序（regulatory sequence）：DNA分子中只起调节功能的非转录和非翻译序列

●基因组(genome): 某生物体所含全部基因的总和

●基因组学（genomics）：研究生物体的基因组的

大小、组织和基因组成的学科

★可见：基因是实体, 其物质基础是DNA(或RNA); 基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据；基因(类型)是可分的。

二、原核生物基因组的特点

1. 除调节序列和信号序列外, DNA的大部分为结构基因，每个基因出现频率低。

2. 功能相关的基因常串联在一起, 并转录在同一mRNA中（多顺反子）。

3. 有基因重叠现象。

三、真核生物基因组的特点

1. DNA分子中有重复序列

单拷贝序列：在整个DNA中只出现一次或少数几次，

主要为编码蛋白质的结构基因。

中度重复序列：在DNA中可重复几十次到几千次。

高度重复序列：或称简单序列DNA，可重复几百万次

高度重复序列一般富含A-T对或G-C对。富含A-T对的在密度梯度离心时在离心管中形成的区带比主体DNA更靠近管口，富含G-C对的更靠近管底，故称为卫星DNA（satellite DNA）

2. 有断裂基因（split gene）由于基因中内含子的存在

内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现的居间序列。

外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。

内含子(intron)指大多数真核结构基因中的居间序列(intervening sequence)或不编码序列。它们可以转录，但在基因转录后，由这些居间序列转录的部分经加工被从初级转录本中准确除去，才产生有功能的RNA。

内含子常比外显子长，且占基因的更大比例。真核基因所含内含子的数目、位置和长度不尽相同，如鸡卵清蛋白基因的外显子被7个内含子隔开(图)，鸡卵伴清蛋白基因有17个内含子，α-珠蛋白基因有2个内含子，胶原蛋白基因含50多个内含子等。

例外：组蛋白基因(histongene)和干扰素基因(interferon gene)无内含子。

内含子的功能－－－－

●可能含有调节信号，调控基因的表达；

●将基因分割成“可交换的单位”，有利于重新组合出新的基因

五RNA的结构与功能

——RNA分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。

一、RNA的结构

（一）RNA分子主要碱基：A、U、G、C

（二）连接方式：3′,5′－磷酸二酯键

（三）单链:自身回折,局部双螺旋(与A-型DNA 结构相似)

（有些病毒为双链RNA）

（四）RNA的高级结构特点

1. RNA是单链分子，因此，在RNA分子中并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基总数。

2. RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构, 不能形成双螺旋的部分则形成突环。这种结构可以形象地称为“发夹型”结构。

3. 在RNA的双螺旋结构中，碱基的配对情况不象DNA中严格。G 除了可以和C 配对外，也可以和U配对。G-U配对形成的氢键较弱。同类型的RNA, 其二级结构有明显差异。

4. tRNA中除了常见的碱基外, 还存在一些稀有碱基，这类碱基大部分位于突环部分。

二、RNA的类型

（一）tRNA （transfer RNA）

1.概况

（1）含量：占细胞内RNA总量的约15%。

（2）种类：50 ~ 60种，有些真核生物可达100多种（运载同一氨基酸的几种tRNA 称为同工tRNA ）。

（3）分子量：23 000～28 000，4S

（4）功能：蛋白质合成中的氨基酸运载工具；另外，在蛋白质合成的起始、反转录合成DNA 及其他代谢和基因表达调节中也起重要作用。

2.一级结构

1965年Holley 等测定了酵母丙氨酸tRNA一级结构

（1）组成：以76个核苷酸为标准，通常由73 ~ 93个核苷酸组成。

（2）修饰碱基（稀有碱基）：较多，可达碱基总数的10%~15％。

（3）3′端皆为CpCpAOH; 5′端多为pG , 也有为pC 的。

（4）有一些保守序列，与其特殊的结构与功能有关。

3. tRNA的二级结构——三叶草模型

tRNA的二级结构都呈“三叶草” 形状，在结构上具有某些共同之处，一般可将其分为四臂四环：包括氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、T C区和可变区。

除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。

tRNA的三叶草型二级结构

主要特征：四环四臂

1、分子中由A-U、G-C碱基对构成的双螺旋区称臂，不能配对的部分称环，tRNA一般由四环四臂组成。

2、5’-端1~7位与近3’-端的67~72位形成7bp的反平行双链称氨基酸臂，3’端有共同的-CCA-OH 结构，其羟基可与该tRNA所能携带的氨基酸形成共价键。

3、第10～25位形成3~4bp的臂和8~14b的环，由于环上有二氢尿嘧啶（D), 故称为D 环, 相应的臂称为D臂。

4、第27~43位有5bp的反密码子臂和7b的反密

码子环，其中34~36位是与mRNA相互作用的

反密码子。

5、第44~48位为可变环，80％的tRNA由4~5b

组成，20％的tRNA由13~21b组成。

6、第49~65位为5bp的TψC臂和7b的TψC环，

因环中有TψC序列而得名。

7、tRNA分子中含有多少不等的修饰碱基，某些

位置上的核苷酸在不同的tRNA分子中很少变

化, 称不变核苷酸。

4.tRNA的三级结构