医学分子生物学
? 一、概念：是从分子水平来研究生物体及
生命现象，主要研究蛋白质、核酸等生物
大分子的结构功能以及相互作用，不同的
生物大分子与疾病的发生、发展的相关性，
以及在疾病的诊断和治疗中的应用价值。
? 二、医学价值
? 1疑难疾病的诊断
? 2为癌症的预防、监控、治疗提供新途径
? 3.推动基因工程、基因治疗的发展
第一章 核酸的结构与功能
? 一、核酸的种类与组成
? 二,DNA的结构与功能
? 三,RNA的结构与功能
? 四,其它小分子 RNA
? 五,双链 RNA（ dsRNA）
一、核酸的种类与组成
? 核酸的基本构成单位是核苷酸，是由多
个核苷酸连接而成，又称多聚核苷酸。
? （一）化学组成：碱基 +戊糖 +磷酸
? （二）种类,DNA/RNA两类
? 1.碱基 2.戊糖 3.核苷 4.核苷酸 5.核酸
DNA/RNA比较
核酸
碱基
核糖 磷酸
嘌呤 嘧啶
DNA A,G C,T 脱氧核 糖 磷酸
RNA A,G C,U 核糖 磷酸
碱基
? DNA/RNA
均有 A,G、
C，但 DNA
中由胸腺嘧
啶 T替换了
RNA中的尿
嘧啶 U。
戊糖
? RNA中为 β-D-核糖,DNA中为 β-D-2-脱氧核糖。
核苷
? 碱基和核糖通
过糖苷键连成
核苷：嘌呤类
以 N9与核糖 C1
相连，嘧啶类
以 N1与核糖 C1
相连。
核苷酸
? 任何核苷与磷酸缩合（磷酸化）生成的
磷酸酯称为核苷酸。由核糖核苷（或脱
氧核苷）生成的磷酸酯称核糖核苷酸
（或脱氧核糖核苷酸）。
? 根据缩合在 C5上的磷酸数目又可组成：
核苷一磷酸（ NMP/dNMP）；核苷二磷
酸（ MDP/dNDP）；核苷三磷酸
（ NTP/dNTP）。 （如图）
核酸
? 由多个核苷酸
通过 C3-C5的
磷酸二酯键连
接而成的多核
苷酸链。
? 种类有 DNA,
RNA两种
二,DNA的结构与功能
? （一） DNA的一级结构
? （二） DNA的二级结构
? （三）功能
? （四）三链 DNA
（一） DNA的一级结构
? 核苷酸中脱氧核糖和磷酸的一样，但由
于碱基不同而带有不同的遗传信息，通
常称为碱基序列（又称碱基对,bp）。
人类有 3× 109bp。
（二） DNA的二级结构
? 1.Watson-Crick双螺旋结构模型
? 两条逆向（ 5’-3’/3’-5’）平行的脱氧核糖核苷酸
链彼此间以 A=T,G≡C的碱基氢键相连。（ 如
图 1-7）。由于不同湿度、离子强度，分子构象
呈现多样性（ 多态性 ）有 A,B,B’,C,C’、
C’’,D,E,S,Z等构象。
? 由于双链的扭结或进一步盘绕可形成三级结构
等 超螺旋结构,其意义：①使 DNA体积压缩变
小，节约空间位置；②使 DNA遗传信息获得稳
定储存。
（三）功能
? 1.可提供 64个遗传密码的遗传信息（ 如表 ）
? 2.可按半保留方式进行复制，稳定传代
? 3.可通过转录 mRNA合成蛋白质，可遵循
遗传的中心法则。逆转录酶的发现又使该
中心法则得以修正可由 RNA逆转录成
cDNA。
（四）三链 DNA
? 三链 DNA由于双螺旋的一股轻微旋转、折叠
后，该股中的碱基可与双螺旋的碱基以
Hoogsteen氢键相连如 TAT,CGC,TAA、
CGG。（ 如图 ）
? 三链 DNA结构类型、意义：①可作为精确切
割 DNA的靶序列的“分子剪刀”②抑制基因
表达（转录）（反义 DNA基因治疗）③影响
DNA与蛋白质结合及 DNA复制、转录等，
此外，还有四链 DNA。
三,RNA的结构与功能
? 通常为单链,T被 U替代（ T是 U的甲基取
代衍生物）；由核糖取代脱氧核糖，因
RNA由 DNA转录而成，故保留有 DNA遗
传信息。 RNA由 rnRNA,rRNA,tRNA
三种类型共同担负着基因表达、表达调
控和蛋白质合成的任务。
四、其它小分子 RNA
? （一）细胞核内 RNA（ hnRNA和 SnRNA）
? （二）反义 RNA
? （三）核酶
（一）细胞核内 RNA（ hnRNA
和 SnRNA）
? DNA转录产物很不均一，故将 mRNA前
体称为不均一核 RNA（核内 hnRNA）。
此外，核内还存有小核 RNA（ SnRNA），
约为 70~300个核苷酸，可参与真核生物
的 RNA剪接。
（二）反义 RNA
? 反义 RNA：指能与特定 mRNA互补结合
的 RNA片断，其功能：①阻断 mRNA的
翻译②抑制 DNA复制③可选择性地关闭
基因。意义：①参与基因调控②可用于
基因治疗（病毒、肿瘤）
（三）核酶
核酶是指具有催化活性的 RNA，命名为核酶（ ribozyme），
又指“酶 RNA”。酶 RNA不用于 RNA酶（ Rnase），前者
是 RNA，后者是蛋白质。核酶呈锤头状（如图）。
? 由 13个保守核苷酸残
基好个螺旋结构域构
成的锤头状二级结构，
剪切反应是在 GUX序
列的 3’端自动发生。
催化结构域（ R）可
据底物（ S）和 R在锤
头结构中的相对位置
行使对 S（底物）的
剪接。
? 功能：参加 RNA剪切和降解。
? 意义：①肿瘤的基因治疗（人工合成锤
头状核酶）② HIV-1等病毒病的治疗
五、双链 RNA（ dsRNA）
? 小分子的双链 RNA能引发转录后的基因沉默
（ Post-transcriptional gene silencing PTGS）或
RNA干扰（ RNA interference,RNAi）。该
dsRNA在 Dicer酶作用下可被降解，进而发生基
因干扰（或沉默），也就是说阻断了基因的表
达。（ 机理如图 ）
? 特点：①不同 SiRNA序列可行使特异识别，切
割作用② mRNA被切割后所产生的 dsRNA在
RNA依赖性 RNA多聚物下可发生 PCR扩增起放
大干扰效应③ dsRNA可进行人工设计合成，也
可用于载体构建体外扩增或基因敲除工具，可
应用于病毒病、肿瘤基因治疗。
? 一、概念：是从分子水平来研究生物体及
生命现象，主要研究蛋白质、核酸等生物
大分子的结构功能以及相互作用，不同的
生物大分子与疾病的发生、发展的相关性，
以及在疾病的诊断和治疗中的应用价值。
? 二、医学价值
? 1疑难疾病的诊断
? 2为癌症的预防、监控、治疗提供新途径
? 3.推动基因工程、基因治疗的发展
第一章 核酸的结构与功能
? 一、核酸的种类与组成
? 二,DNA的结构与功能
? 三,RNA的结构与功能
? 四,其它小分子 RNA
? 五,双链 RNA（ dsRNA）
一、核酸的种类与组成
? 核酸的基本构成单位是核苷酸，是由多
个核苷酸连接而成，又称多聚核苷酸。
? （一）化学组成：碱基 +戊糖 +磷酸
? （二）种类,DNA/RNA两类
? 1.碱基 2.戊糖 3.核苷 4.核苷酸 5.核酸
DNA/RNA比较
核酸
碱基
核糖 磷酸
嘌呤 嘧啶
DNA A,G C,T 脱氧核 糖 磷酸
RNA A,G C,U 核糖 磷酸
碱基
? DNA/RNA
均有 A,G、
C，但 DNA
中由胸腺嘧
啶 T替换了
RNA中的尿
嘧啶 U。
戊糖
? RNA中为 β-D-核糖,DNA中为 β-D-2-脱氧核糖。
核苷
? 碱基和核糖通
过糖苷键连成
核苷：嘌呤类
以 N9与核糖 C1
相连，嘧啶类
以 N1与核糖 C1
相连。
核苷酸
? 任何核苷与磷酸缩合（磷酸化）生成的
磷酸酯称为核苷酸。由核糖核苷（或脱
氧核苷）生成的磷酸酯称核糖核苷酸
（或脱氧核糖核苷酸）。
? 根据缩合在 C5上的磷酸数目又可组成：
核苷一磷酸（ NMP/dNMP）；核苷二磷
酸（ MDP/dNDP）；核苷三磷酸
（ NTP/dNTP）。 （如图）
核酸
? 由多个核苷酸
通过 C3-C5的
磷酸二酯键连
接而成的多核
苷酸链。
? 种类有 DNA,
RNA两种
二,DNA的结构与功能
? （一） DNA的一级结构
? （二） DNA的二级结构
? （三）功能
? （四）三链 DNA
（一） DNA的一级结构
? 核苷酸中脱氧核糖和磷酸的一样，但由
于碱基不同而带有不同的遗传信息，通
常称为碱基序列（又称碱基对,bp）。
人类有 3× 109bp。
（二） DNA的二级结构
? 1.Watson-Crick双螺旋结构模型
? 两条逆向（ 5’-3’/3’-5’）平行的脱氧核糖核苷酸
链彼此间以 A=T,G≡C的碱基氢键相连。（ 如
图 1-7）。由于不同湿度、离子强度，分子构象
呈现多样性（ 多态性 ）有 A,B,B’,C,C’、
C’’,D,E,S,Z等构象。
? 由于双链的扭结或进一步盘绕可形成三级结构
等 超螺旋结构,其意义：①使 DNA体积压缩变
小，节约空间位置；②使 DNA遗传信息获得稳
定储存。
（三）功能
? 1.可提供 64个遗传密码的遗传信息（ 如表 ）
? 2.可按半保留方式进行复制，稳定传代
? 3.可通过转录 mRNA合成蛋白质，可遵循
遗传的中心法则。逆转录酶的发现又使该
中心法则得以修正可由 RNA逆转录成
cDNA。
（四）三链 DNA
? 三链 DNA由于双螺旋的一股轻微旋转、折叠
后，该股中的碱基可与双螺旋的碱基以
Hoogsteen氢键相连如 TAT,CGC,TAA、
CGG。（ 如图 ）
? 三链 DNA结构类型、意义：①可作为精确切
割 DNA的靶序列的“分子剪刀”②抑制基因
表达（转录）（反义 DNA基因治疗）③影响
DNA与蛋白质结合及 DNA复制、转录等，
此外，还有四链 DNA。
三,RNA的结构与功能
? 通常为单链,T被 U替代（ T是 U的甲基取
代衍生物）；由核糖取代脱氧核糖，因
RNA由 DNA转录而成，故保留有 DNA遗
传信息。 RNA由 rnRNA,rRNA,tRNA
三种类型共同担负着基因表达、表达调
控和蛋白质合成的任务。
四、其它小分子 RNA
? （一）细胞核内 RNA（ hnRNA和 SnRNA）
? （二）反义 RNA
? （三）核酶
（一）细胞核内 RNA（ hnRNA
和 SnRNA）
? DNA转录产物很不均一，故将 mRNA前
体称为不均一核 RNA（核内 hnRNA）。
此外，核内还存有小核 RNA（ SnRNA），
约为 70~300个核苷酸，可参与真核生物
的 RNA剪接。
（二）反义 RNA
? 反义 RNA：指能与特定 mRNA互补结合
的 RNA片断，其功能：①阻断 mRNA的
翻译②抑制 DNA复制③可选择性地关闭
基因。意义：①参与基因调控②可用于
基因治疗（病毒、肿瘤）
（三）核酶
核酶是指具有催化活性的 RNA，命名为核酶（ ribozyme），
又指“酶 RNA”。酶 RNA不用于 RNA酶（ Rnase），前者
是 RNA，后者是蛋白质。核酶呈锤头状（如图）。
? 由 13个保守核苷酸残
基好个螺旋结构域构
成的锤头状二级结构，
剪切反应是在 GUX序
列的 3’端自动发生。
催化结构域（ R）可
据底物（ S）和 R在锤
头结构中的相对位置
行使对 S（底物）的
剪接。
? 功能：参加 RNA剪切和降解。
? 意义：①肿瘤的基因治疗（人工合成锤
头状核酶）② HIV-1等病毒病的治疗
五、双链 RNA（ dsRNA）
? 小分子的双链 RNA能引发转录后的基因沉默
（ Post-transcriptional gene silencing PTGS）或
RNA干扰（ RNA interference,RNAi）。该
dsRNA在 Dicer酶作用下可被降解，进而发生基
因干扰（或沉默），也就是说阻断了基因的表
达。（ 机理如图 ）
? 特点：①不同 SiRNA序列可行使特异识别，切
割作用② mRNA被切割后所产生的 dsRNA在
RNA依赖性 RNA多聚物下可发生 PCR扩增起放
大干扰效应③ dsRNA可进行人工设计合成，也
可用于载体构建体外扩增或基因敲除工具，可
应用于病毒病、肿瘤基因治疗。
