《核酸學(xué)生》ppt課件

1、第第 二二 章章核核 酸酸CHEMISTRY OF CHEMISTRY OF NUCLEIC ACIDNUCLEIC ACID 核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機(jī)體不可核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機(jī)體不可短少的組成部分。短少的組成部分。 核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳送者，核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳送者，它不僅對(duì)于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性它不僅對(duì)于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的堅(jiān)持，生長(zhǎng)發(fā)育，細(xì)胞分化等起著重要的的堅(jiān)持，生長(zhǎng)發(fā)育，細(xì)胞分化等起著重要的作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也親密相關(guān)。代謝病等也親密相關(guān)。 因此，核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)

2、、分子生物學(xué)因此，核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重要根底之一。和醫(yī)學(xué)的重要根底之一。 核酸概述核酸概述 一核酸的開展史一核酸的開展史 1. 1869 1. 1869年年, ,瑞士年輕的醫(yī)生瑞士年輕的醫(yī)生Friedrich Miescher Friedrich Miescher 在廢棄的在廢棄的外科繃帶上的血細(xì)胞核中分別外科繃帶上的血細(xì)胞核中分別到一種物質(zhì)，含有高比例的磷，到一種物質(zhì)，含有高比例的磷，他將其命名為他將其命名為“核素核素 nucleinnuclein。 后來(lái)，發(fā)現(xiàn)有劇烈的酸性，后來(lái)，發(fā)現(xiàn)有劇烈的酸性，改名為改名為“核酸核酸nucleic nucleic acidacid。雖

3、然。雖然MiescherMiescher并不知并不知道，但他發(fā)現(xiàn)了道，但他發(fā)現(xiàn)了DNADNA！ 2. 不久，不久，Hoppe-Seyler 從酵母細(xì)胞中分別從酵母細(xì)胞中分別了類似的物質(zhì)，如今知道是了類似的物質(zhì)，如今知道是RNA。 3. 20世紀(jì)世紀(jì)50年代以前，年代以前，“四核苷酸假說(shuō)四核苷酸假說(shuō)比較流行，但缺乏構(gòu)造方面的多樣性，因此比較流行，但缺乏構(gòu)造方面的多樣性，因此普遍以為核酸不大能夠有重要的生理功能。普遍以為核酸不大能夠有重要的生理功能。 4. 1943年，年，Chargaff等證明等證明DNA中中4種堿種堿基的比例并不相等。基的比例并不相等。 5. 1944年，年， 美國(guó)生化學(xué)家美國(guó)

4、生化學(xué)家Avery經(jīng)過(guò)肺炎經(jīng)過(guò)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明DNA是遺傳物質(zhì)。是遺傳物質(zhì)。6. 1953年年, James Watson and Francis Crick提出了提出了DNA的雙螺旋構(gòu)造模型。的雙螺旋構(gòu)造模型。 二核酸概念二核酸概念 和蛋白質(zhì)一樣，核酸是一種重要的生物高和蛋白質(zhì)一樣，核酸是一種重要的生物高分子化合物，是由其構(gòu)造單體核苷酸經(jīng)過(guò)分子化合物，是由其構(gòu)造單體核苷酸經(jīng)過(guò)3 , 5 - 磷酸二酯鍵聚合而成的長(zhǎng)鏈，繼而構(gòu)磷酸二酯鍵聚合而成的長(zhǎng)鏈，繼而構(gòu)成具有復(fù)雜三維構(gòu)造的大分子化合物。成具有復(fù)雜三維構(gòu)造的大分子化合物。 核酸是動(dòng)物、植物、微生物機(jī)體的重要組核酸是

5、動(dòng)物、植物、微生物機(jī)體的重要組成成分，約占細(xì)胞干重的成成分，約占細(xì)胞干重的 。 三核酸分類和分布三核酸分類和分布 1. 核酸的分類核酸的分類 根據(jù)核酸的化學(xué)組成，分為兩類根據(jù)核酸的化學(xué)組成，分為兩類: 核糖核酸核糖核酸 ribonucleic acid 簡(jiǎn)寫為：簡(jiǎn)寫為：RNA 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 deoxyribonucleic acid 簡(jiǎn)寫為：簡(jiǎn)寫為： DNA 2. 2. 核酸的主要分布核酸的主要分布 DNADNA：主要分布在真核細(xì)胞的細(xì)胞核：主要分布在真核細(xì)胞的細(xì)胞核中，在線粒體、葉綠體等細(xì)胞器中也含有中，在線粒體、葉綠體等細(xì)胞器中也含有較少的較少的DNADNA。原核細(xì)胞那么分布在

6、其擬。原核細(xì)胞那么分布在其擬核區(qū)。核區(qū)。 RNARNA：主要分布在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)：主要分布在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，核糖體上含量最多。細(xì)胞核的核仁區(qū)中，核糖體上含量最多。細(xì)胞核的核仁區(qū)域進(jìn)展旺盛的域進(jìn)展旺盛的RNARNA合成占合成占RNARNA總量的總量的10%10%。 目前發(fā)現(xiàn)每種病毒中只含其中一類核酸，目前發(fā)現(xiàn)每種病毒中只含其中一類核酸，因此共有兩類病毒：因此共有兩類病毒： DNADNA病毒病毒DNA virusDNA virus RNARNA病毒病毒RNA virusRNA virus 四核酸的重要性四核酸的重要性 1. DNA是主要遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體。是主要遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的

7、載體。 證據(jù)有：證據(jù)有： 細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。1944年年Avery 第一次證明第一次證明了了DNA是細(xì)菌轉(zhuǎn)化的因子。是細(xì)菌轉(zhuǎn)化的因子。 噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)。噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)。1952 年，年， Hershey 和和Chase 噬菌體感染實(shí)驗(yàn)。噬菌體感染實(shí)驗(yàn)。 2. RNA在蛋白質(zhì)生物合成中起重要作用。在蛋白質(zhì)生物合成中起重要作用。肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)III S型細(xì)胞型細(xì)胞有毒有毒II R型細(xì)胞型細(xì)胞無(wú)毒無(wú)毒破碎細(xì)胞破碎細(xì)胞DNAase降降解后的解后的DNAII R型細(xì)胞接受型細(xì)胞接受III S型型DNA只需只需II R型型大多數(shù)仍大多數(shù)仍為為II R型型少數(shù)少數(shù)II R

8、型細(xì)胞被轉(zhuǎn)化型細(xì)胞被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生產(chǎn)生III S型莢膜型莢膜S光滑光滑 SR RR粗糙粗糙+DNA噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn) 一、核酸的化學(xué)組成一、核酸的化學(xué)組成 核酸的元素組成核酸的元素組成: : C C、H H、O O、N N、P P 其中其中P P在各種核酸中的含量在各種核酸中的含量比較恒定：比較恒定： RNARNA平均含磷量平均含磷量8.9%8.9% DNA DNA平均含磷量平均含磷量9.1% 9.1% 核酸的逐級(jí)水解過(guò)程：核酸的逐級(jí)水解過(guò)程： 核酸酶；核酸酶； 核苷酸酶；核苷酸酶； 核苷酶核苷酶 磷酸磷酸 核酸核酸 核苷酸核苷酸 戊糖戊糖 核苷核苷 堿基堿基 一戊糖一戊糖pent

9、osepentose RNA RNA中的戊糖為中的戊糖為-D-D-核糖核糖 -D- -D-riboseribose DNA DNA中的戊糖為中的戊糖為-D-2-D-2-脫氧核糖脫氧核糖(-D-2-deoxyribose)(-D-2-deoxyribose)OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脫氧核糖RiboseDeoxyribose213 4 5 2 二含氮堿基氮堿二含氮堿基氮堿 核酸中的堿基分為兩類，即嘌呤堿和嘧啶堿。兩類核酸中的堿基分為兩類，即嘌呤堿和嘧啶堿。兩類核酸中所含的主要堿基都是核酸中所含的主要堿基都是4 4種：種： 1. 1. 嘌呤堿嘌呤

10、堿purine purine 為嘌呤的衍生物，兩種：為嘌呤的衍生物，兩種： 腺嘌呤腺嘌呤adenine Ade or A adenine Ade or A 鳥嘌呤鳥嘌呤guanine Gua or G guanine Gua or G 嘌呤環(huán)嘌呤環(huán)腺嘌呤腺嘌呤鳥嘌呤鳥嘌呤N9是成苷位置是成苷位置 2.嘧啶堿嘧啶堿pyrimidine 胞嘧啶胞嘧啶 cytosine Cyt or C 尿嘧啶尿嘧啶 uracil Ura or U 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 thymine Thy or T RNA中的堿基為胞嘧啶和尿嘧啶；中的堿基為胞嘧啶和尿嘧啶； DNA中的堿基為胞嘧啶和胸腺嘧啶。中的堿基為胞嘧啶和胸腺

11、嘧啶。 N1是成苷位置是成苷位置123456pyrimidine ring system 嘧啶環(huán)嘧啶環(huán) 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶 3. 稀有堿基修飾堿基、微量堿基稀有堿基修飾堿基、微量堿基 含量甚少的堿基，多數(shù)為主要堿基的修飾物。含量甚少的堿基，多數(shù)為主要堿基的修飾物。tRNA中大約有中大約有10%。 4. 堿基的構(gòu)造特征堿基的構(gòu)造特征 1構(gòu)造互變構(gòu)造互變酮式酮式 烯醇式烯醇式氨基氨基 亞氨基亞氨基 2 2嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，在紫外區(qū)有吸收體系，在紫外區(qū)有吸收260 nm260 nm左右左右 三核苷三核苷nucleosi

12、de 核苷是戊糖和堿基經(jīng)過(guò)糖苷鍵構(gòu)成的糖核苷是戊糖和堿基經(jīng)過(guò)糖苷鍵構(gòu)成的糖苷。苷。 由戊糖核糖或脫氧核糖的第由戊糖核糖或脫氧核糖的第1位位C碳碳原子與嘌呤堿的第原子與嘌呤堿的第9位位N原子或嘧啶堿的原子或嘧啶堿的第第1位位N原子經(jīng)過(guò)原子經(jīng)過(guò)N-糖苷鍵相連。核苷為糖苷鍵相連。核苷為-型，堿基平面與戊糖平面相互垂直。型，堿基平面與戊糖平面相互垂直。胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2 核苷有兩類，分別存在于核苷有兩類，分別存在

13、于RNARNA和和DNADNA中：中： 核糖核苷核糖核苷ribonucleosideribonucleoside 脫氧核糖核苷脫氧核糖核苷deoxyribonucleosidedeoxyribonucleoside Adenosine Guanosine Cytidine UridineThere are two types nucleoside ProteinsnucleosideDeoxynucleoside核酸中的稀有核苷：核酸中的稀有核苷：次黃苷次黃苷 inosine, I 假尿苷假尿苷( pseudouridine, ) 7-甲基鳥苷甲基鳥苷 7-methylguanosine, m

14、7G 二氫尿嘧啶核苷二氫尿嘧啶核苷 dihydrouridine, DHU 四核苷酸四核苷酸nucleotide 核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷酸是核苷的磷酸酯。 在核苷酸的核糖上，有在核苷酸的核糖上，有3個(gè)游離的羥基，它們個(gè)游離的羥基，它們磷酸化可構(gòu)成磷酸化可構(gòu)成2-、3-和和5-核苷酸。核苷酸。 在脫氧核苷酸核糖上，有在脫氧核苷酸核糖上，有2個(gè)游離羥基，磷酸個(gè)游離羥基，磷酸化構(gòu)成化構(gòu)成3-和和5-脫氧核苷酸。脫氧核苷酸。 生物體游離核苷酸多為生物體游離核苷酸多為5-核苷酸。核苷酸。 水解核酸得到水解核酸得到5-核苷酸和核苷酸和3-核苷酸。核苷酸。OHH腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸 AMP Aden

15、osine monophosphate脫氧腺嘌呤核苷酸脫氧腺嘌呤核苷酸dAMP Deoxyadenosine monophosphate RNA中的核苷酸有中的核苷酸有4種：種： 腺嘌呤核糖核苷一磷酸腺苷一磷酸、腺苷酸腺嘌呤核糖核苷一磷酸腺苷一磷酸、腺苷酸 adenosine monophosphate AMP 鳥嘌呤核糖核苷一磷酸鳥苷一磷酸、鳥苷酸鳥嘌呤核糖核苷一磷酸鳥苷一磷酸、鳥苷酸 guanosine monophosphate GMP 胞嘧啶核糖核苷一磷酸胞苷一磷酸、胞苷酸胞嘧啶核糖核苷一磷酸胞苷一磷酸、胞苷酸 cytidine monophosphate CMP 尿嘧啶核糖核苷一磷酸

16、尿苷一磷酸、尿苷酸尿嘧啶核糖核苷一磷酸尿苷一磷酸、尿苷酸 uridine monophosphate UMPAMPGMPUMPCMP DNA中的脫氧核苷酸有中的脫氧核苷酸有4種：種： 腺嘌呤脫氧核糖核苷一磷酸脫氧腺苷酸腺嘌呤脫氧核糖核苷一磷酸脫氧腺苷酸 deoxyadenosine monophosphate dAMP 鳥嘌呤脫氧核糖核苷一磷酸脫氧鳥苷酸鳥嘌呤脫氧核糖核苷一磷酸脫氧鳥苷酸 deoxyguanosine monophosphate dGMP 胞嘧啶脫氧核糖核苷一磷酸脫氧胞苷酸胞嘧啶脫氧核糖核苷一磷酸脫氧胞苷酸 deoxycytidine monophosphate dCMP 胸腺

17、嘧啶脫氧核糖核苷一磷酸脫氧胸苷酸胸腺嘧啶脫氧核糖核苷一磷酸脫氧胸苷酸 deoxythymidine monophosphate dTMPdAMPdGMPdTMPdCMP 五重要的其他核苷酸衍生物五重要的其他核苷酸衍生物 1. 1. 多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 各種核苷一磷酸各種核苷一磷酸NMPNMP繼續(xù)磷酸化繼續(xù)磷酸化可生成為核苷二磷酸可生成為核苷二磷酸NDPNDP和核苷三磷和核苷三磷酸酸NTPNTP例如：例如： AMPAMPadenosine monophosphateadenosine monophosphate ADPADPadenosine diphosphateadenosine di

18、phosphate ATPATPadenosine triphosphateadenosine triphosphateAMPADPATP2. 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸NcAMPcGMP二、核酸的一級(jí)構(gòu)造二、核酸的一級(jí)構(gòu)造 指核苷酸殘基沿多核苷酸鏈的陳列次序。指核苷酸殘基沿多核苷酸鏈的陳列次序。 實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，DNADNA和和RNARNA是沒有分支的多核是沒有分支的多核苷酸鏈。苷酸鏈。 1. 1. 銜接方式：銜接方式： 3, 5-3, 5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 2. 2. 確定：確定：3-3-末端和末端和5-5-末端末端 3. 3. 核酸的一級(jí)構(gòu)造：各種不同的核苷酸在核酸的一級(jí)構(gòu)造：各種不同

19、的核苷酸在多核苷酸鏈上的陳列順序。多核苷酸鏈上的陳列順序。5-末端磷酸末端磷酸3-末端羥基末端羥基3，5-磷磷酸二酯鍵酸二酯鍵 4. 4. 核酸一級(jí)構(gòu)造的表達(dá)方式：核酸一級(jí)構(gòu)造的表達(dá)方式： 1 1化學(xué)構(gòu)造式：繁瑣、復(fù)雜?；瘜W(xué)構(gòu)造式：繁瑣、復(fù)雜。 2 2簡(jiǎn)寫式簡(jiǎn)寫式 pApCpGpUpC pApCpGpUpC p p表示為磷酸基團(tuán)，表示為磷酸基團(tuán)，p p在堿基的左側(cè)表示與在堿基的左側(cè)表示與戊糖的戊糖的5-OH5-OH結(jié)合，右側(cè)表示與戊糖的結(jié)合，右側(cè)表示與戊糖的3-3-OHOH結(jié)合。結(jié)合。 讀向：左讀向：左 右右 堿基序列：堿基序列：5 3 5 3 T C A T G A5P P P P P P

20、OH 35pTpCpApTpGpA-OH 35TCATGA 33豎線式豎線式 三、DNA的二級(jí)構(gòu)造雙螺旋構(gòu)造 一雙螺旋構(gòu)造的主要根據(jù)一雙螺旋構(gòu)造的主要根據(jù) 1. DNA 1. DNA堿基組成的堿基組成的ChargaffChargaff規(guī)那么規(guī)那么 組成的四種堿基：組成的四種堿基：A A、G G、C C、T T 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，A=TA=T 鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)相等，鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)相等，C=GC=G 嘌呤堿基總數(shù)嘌呤堿基總數(shù)= =嘧啶堿基總數(shù)嘧啶堿基總數(shù) 即：即：A+G=C+TA+G=C+T DNA DNA的堿基組成有物種的特異性，不同的堿基

21、組成有物種的特異性，不同物種的物種的DNADNA有其獨(dú)特的堿基組成。有其獨(dú)特的堿基組成。 同一物種不同組織、器官有一樣同一物種不同組織、器官有一樣DNADNA堿堿基基組成，不受生長(zhǎng)發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)情況及環(huán)境影響。組成，不受生長(zhǎng)發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)情況及環(huán)境影響。DNA來(lái)源來(lái)源腺嘌呤腺嘌呤A 胸腺嘧啶胸腺嘧啶T鳥嘌呤鳥嘌呤G胞嘧啶胞嘧啶CA+T/G+C大腸桿菌大腸桿菌25.424.824.125.71.01小麥小麥27.327.122.822.71.21鼠鼠28.628.421.421.51.33豬：肝豬：肝29.429.720.520.51.43胸腺胸腺30.028.920.420.7脾脾29.629.220

22、.420.8酵母酵母31.332.918.717.51.079不同生物來(lái)源的不同生物來(lái)源的DNA四種堿基比例關(guān)系四種堿基比例關(guān)系 2. X-光衍射數(shù)據(jù) 1938年，Astbury等用小牛胸腺DNA纖維做X-射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)有0.34nm的周期變化。 以后Franklin和Wilkins對(duì)DNA的X-衍射進(jìn)展了更多的研討，獲得明晰的衍射圖譜。闡明DNA是由2條或2條以上的多核苷酸鏈組成，沿長(zhǎng)軸有0.34nm和3.4nm兩個(gè)重要的周期性變化。 DNA的的Na鹽纖維和鹽纖維和DNA晶體的晶體的X光衍射圖譜光衍射圖譜Franklin 3DNA的滴定曲線的滴定曲線 DNA分子中的磷酸基可被滴定，堿基的

23、分子中的磷酸基可被滴定，堿基的可解離基團(tuán)不能被滴定?？山怆x基團(tuán)不能被滴定。 1953年，年，J. Watson和和F. Crick 在前人研在前人研討任務(wù)根底上，根據(jù)討任務(wù)根底上，根據(jù)DNA結(jié)晶結(jié)晶X-衍射圖譜，衍射圖譜，提出了著名的提出了著名的DNA雙螺旋構(gòu)造模型雙螺旋構(gòu)造模型The double helical model of DNA structure，并對(duì)模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋并對(duì)模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測(cè)，這是和預(yù)測(cè)，這是20世紀(jì)生物科學(xué)最偉大的成世紀(jì)生物科學(xué)最偉大的成就。因此而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。就。因此而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。 二二 雙螺旋構(gòu)造模型雙螺旋構(gòu)造模型B-

24、DNA要點(diǎn)要點(diǎn) 1. DNA分子由兩條反向平行的多核苷分子由兩條反向平行的多核苷 酸鏈酸鏈一條鏈一條鏈5 3, 另一條鏈另一條鏈3 5沿同一中心沿同一中心軸右手環(huán)繞而成。軸右手環(huán)繞而成。 磷酸與脫氧核糖經(jīng)過(guò)磷酸與脫氧核糖經(jīng)過(guò) 3, 5- 磷酸二酯鍵相銜磷酸二酯鍵相銜接，構(gòu)成接，構(gòu)成DNA分子的主鏈骨架。分子的主鏈骨架。 兩條主鏈?zhǔn)怯闪姿醿蓷l主鏈?zhǔn)怯闪姿?脫氧核糖交替而成，位于脫氧核糖交替而成，位于雙螺旋外側(cè)，側(cè)鏈堿基位于雙螺旋內(nèi)側(cè)。雙螺旋外側(cè)，側(cè)鏈堿基位于雙螺旋內(nèi)側(cè)。 堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行. 2. 兩條鏈之間存在堿基互補(bǔ)的關(guān)系。即：兩條鏈

25、之間存在堿基互補(bǔ)的關(guān)系。即： A和和T配對(duì)，中間構(gòu)成兩個(gè)氫鍵；配對(duì)，中間構(gòu)成兩個(gè)氫鍵； C和和G配對(duì)，中間構(gòu)成三個(gè)氫鍵。配對(duì)，中間構(gòu)成三個(gè)氫鍵。5533 3. 螺旋直徑2nm，相鄰堿基平面垂直間隔0.34nm,螺旋構(gòu)造每隔10個(gè)堿基對(duì)base pair, bp反復(fù)一次，間隔為3.4nm。 4. 雙螺旋的外表含有明顯的大溝和小溝，其寬度分別為2.2nm和1.2nm，其堿基對(duì)暴露在外，與其他調(diào)理分子相互作用。 5. 雙螺旋構(gòu)造的穩(wěn)定要素雙螺旋構(gòu)造的穩(wěn)定要素 1互補(bǔ)堿基之間氫鍵互補(bǔ)堿基之間氫鍵 主要決議堿基配對(duì)的特異性，而對(duì)雙螺旋主要決議堿基配對(duì)的特異性，而對(duì)雙螺旋穩(wěn)定的奉獻(xiàn)不是最重要的。穩(wěn)定的奉獻(xiàn)

26、不是最重要的。 2堿基堆積力堿基堆積力 包括疏水作用和范德華力。為螺旋穩(wěn)定的包括疏水作用和范德華力。為螺旋穩(wěn)定的主要作用力。主要作用力。 3溶液中的陽(yáng)離子或帶正電荷的化合溶液中的陽(yáng)離子或帶正電荷的化合物對(duì)物對(duì)DNA外表磷酸基團(tuán)的中和，消除了靜電外表磷酸基團(tuán)的中和，消除了靜電斥力。斥力。 三三DNA二級(jí)構(gòu)造的構(gòu)象類型二級(jí)構(gòu)造的構(gòu)象類型 DNA在不同鹽溶液及不同相對(duì)濕度下可以各在不同鹽溶液及不同相對(duì)濕度下可以各種不同形狀存在：種不同形狀存在：1B-DNA 相對(duì)濕度相對(duì)濕度92%的鈉鹽，典型的的鈉鹽，典型的Watson-Crick雙螺旋雙螺旋DNA，右手雙螺旋，每圈，右手雙螺旋，每圈螺旋螺旋10.4

27、個(gè)個(gè)bp，螺距：，螺距：3.32nm。2A-DNA 相對(duì)濕度相對(duì)濕度75%鈉鹽，右手雙螺鈉鹽，右手雙螺旋，外形粗短。旋，外形粗短。RNA-RNA、RNA-DNA雜交分雜交分子具有這種構(gòu)造。子具有這種構(gòu)造。3Z-DNA 1979年年Rich等發(fā)現(xiàn)。等發(fā)現(xiàn)。 GC交替交替的寡聚體，左手螺旋，外形細(xì)長(zhǎng)。天然的寡聚體，左手螺旋，外形細(xì)長(zhǎng)。天然B-DNA的部分區(qū)域可以構(gòu)成的部分區(qū)域可以構(gòu)成Z-DNA。A-DNA B-DNA Z-DNA 四四 DNA雙螺旋構(gòu)造模型的意義雙螺旋構(gòu)造模型的意義 該模型提示了該模型提示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價(jià)值的是確認(rèn)了堿基配對(duì)原那么，這征

28、，最有價(jià)值的是確認(rèn)了堿基配對(duì)原那么，這是是是是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子根底，亦復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子根底，亦是遺傳信息傳送和表達(dá)的分子根底。該模型的是遺傳信息傳送和表達(dá)的分子根底。該模型的提出是本世紀(jì)生命科學(xué)的艱苦突破之一，它奠提出是本世紀(jì)生命科學(xué)的艱苦突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速開展的基石。飛速開展的基石。四、四、DNA的高級(jí)構(gòu)造的高級(jí)構(gòu)造 DNA在雙螺旋構(gòu)造根底上經(jīng)過(guò)扭曲和在雙螺旋構(gòu)造根底上經(jīng)過(guò)扭曲和折疊所構(gòu)成構(gòu)象。超螺旋是三級(jí)構(gòu)造主要折疊所構(gòu)成構(gòu)象。超螺旋是三級(jí)構(gòu)造主要方式。方式。 一一 雙鏈環(huán)狀雙鏈環(huán)狀DNA

29、分子分子dcDNA 存在于某些細(xì)菌的染色存在于某些細(xì)菌的染色體、質(zhì)粒、病毒、真核生物體、質(zhì)粒、病毒、真核生物的線粒體和葉綠體中。的線粒體和葉綠體中。 在共價(jià)閉環(huán)雙螺旋根底上在共價(jià)閉環(huán)雙螺旋根底上進(jìn)一步改動(dòng)盤曲進(jìn)一步改動(dòng)盤曲,構(gòu)成超螺構(gòu)成超螺旋旋(supercoil)體積進(jìn)一步緊體積進(jìn)一步緊縮?？s。 拓?fù)溥B環(huán)數(shù)拓?fù)溥B環(huán)數(shù)linking numberlinking number L L：一：一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)。條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)。 改動(dòng)數(shù)改動(dòng)數(shù)twisting numbertwisting number T T ：B-B-DNADNA模型雙螺旋數(shù)。模型雙螺旋數(shù)。

30、超螺旋數(shù)超螺旋數(shù)writhing numberwrithing numberW W L = T + L = T + W W W = 0 W = 0 松弛環(huán)松弛環(huán) W 0 W 0 W 0 正超螺旋正超螺旋 左手扭曲左手扭曲 二雙鏈線性二雙鏈線性DNAdsDNA分子分子 存在于真核生物的染色質(zhì)和一些病毒中。存在于真核生物的染色質(zhì)和一些病毒中。五、五、DNA和基因組和基因組 本部分為自學(xué)內(nèi)容。本部分為自學(xué)內(nèi)容。六、六、RNA的構(gòu)造和功能的構(gòu)造和功能 組成組成RNA的戊糖是核糖，主要堿基：的戊糖是核糖，主要堿基： A、U、G、C， U替代替代DNA中的中的T，還常，還常有一些稀有堿基。有一些稀有堿基。

31、 RNA的構(gòu)造單位主要是四種核苷酸：的構(gòu)造單位主要是四種核苷酸：AMP、GMP、CMP、UMP。 核苷酸銜接方式：核苷酸銜接方式：3, 5- 磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。 天然天然RNA分子都是單鏈線形分子分子都是單鏈線形分子有些病毒是雙鏈有些病毒是雙鏈 ，可本身回折，構(gòu)，可本身回折，構(gòu)成部分雙螺旋成部分雙螺旋A-型，型，AU、GC，RNA中約中約40%-70%的核苷酸參與螺旋的的核苷酸參與螺旋的構(gòu)成。構(gòu)成。 穩(wěn)定性較差，易水解。穩(wěn)定性較差，易水解。4功能：專注攜帶氨基酸，是氨基酸功能：專注攜帶氨基酸，是氨基酸運(yùn)載工具。有些運(yùn)載工具。有些tRNA可作為反轉(zhuǎn)錄酶的可作為反轉(zhuǎn)錄酶的引物，參與引物，參與

32、DNA的合成。的合成。 2. tRNA一級(jí)構(gòu)造一級(jí)構(gòu)造 1組成：組成：70-90個(gè)核苷酸規(guī)范：個(gè)核苷酸規(guī)范：76nt。 2不變和半不變的核苷酸：約有不變和半不變的核苷酸：約有20多種。多種。 半不變的核苷酸主要是嘌呤或嘧啶間的互換的半不變的核苷酸主要是嘌呤或嘧啶間的互換的核苷酸。核苷酸。 3TCG序列：序列：54-57位，與位，與 5S rRNA結(jié)合結(jié)合并與并與 tRNA 空間構(gòu)造有關(guān)?？臻g構(gòu)造有關(guān)。 4修飾堿基修飾核苷酸：轉(zhuǎn)錄后加工修飾堿基修飾核苷酸：轉(zhuǎn)錄后加工而構(gòu)成，而構(gòu)成，2-19個(gè)，個(gè)，70多種，占多種，占10%。 3. tRNA的二級(jí)構(gòu)造的二級(jí)構(gòu)造 tRNA的二級(jí)構(gòu)造都呈的二級(jí)構(gòu)造都

33、呈“三葉草三葉草 外形，普外形，普通可將其分為四臂四環(huán)：通可將其分為四臂四環(huán)：四環(huán)四環(huán)二氫尿嘧啶環(huán)：二氫尿嘧啶環(huán)：8-12nt反密碼環(huán)：反密碼環(huán)：7ntTC環(huán)環(huán):7nt額外環(huán)額外環(huán)4-5nt 可變可變四臂四臂氨基酸臂：氨基酸臂：7bp 3 -CCA二氫尿嘧啶臂：二氫尿嘧啶臂：D臂臂 3bp反密碼臂：反密碼臂：5bpTC臂：臂：5bp酵母酵母tRNA Ala 的二級(jí)構(gòu)造的二級(jí)構(gòu)造DHU環(huán)環(huán)IGC反密碼子反密碼子反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂可變環(huán)可變環(huán)CCAAla3 5 TC環(huán)環(huán) 4. tRNA的三級(jí)構(gòu)造的三級(jí)構(gòu)造 倒倒“L形，是形，是一切一切tRNA折疊后折疊后構(gòu)成大小類似及構(gòu)成大小類似及三

34、維構(gòu)象類似三三維構(gòu)象類似三級(jí)構(gòu)造，這有利級(jí)構(gòu)造，這有利于攜帶的氨基酸于攜帶的氨基酸的的tRNA進(jìn)入核糖進(jìn)入核糖體的特定部位。體的特定部位。二二mRNAmessenger RNA 概念：概念：1961年年Jacob和和Monod提出用信提出用信使使RNA命名。是帶有從命名。是帶有從DNA上的到信息上的到信息并指點(diǎn)蛋白質(zhì)合成的一類并指點(diǎn)蛋白質(zhì)合成的一類RNA分子，稱分子，稱信使信使RNA。 含量：含量：3-5% 平均分子量平均分子量50萬(wàn)，萬(wàn)，8S。 功能：蛋白質(zhì)合成模板遺傳密碼。功能：蛋白質(zhì)合成模板遺傳密碼。 hnRNA：真核生物：真核生物RNA前體，需剪接、前體，需剪接、加工后為成熟的加工后為

35、成熟的mRNA。 三三rRNA ribosomal RNA 占占RNA總量的總量的80，與蛋白質(zhì)結(jié)合組，與蛋白質(zhì)結(jié)合組成核糖體，是生物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。成核糖體，是生物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。 種類：種類： 細(xì)菌有細(xì)菌有16S、5S、23S三種，組成三種，組成30S的的轉(zhuǎn)錄單位。轉(zhuǎn)錄單位。 真核生物有真核生物有18S、5.8S、28S和和5S四種，四種，前前3種組成種組成45S的轉(zhuǎn)錄單位，的轉(zhuǎn)錄單位，5S rRNA單獨(dú)單獨(dú)轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。 rRNA的二級(jí)構(gòu)造：莖環(huán)構(gòu)造的二級(jí)構(gòu)造：莖環(huán)構(gòu)造大腸桿菌大腸桿菌 5S rRNA 構(gòu)造構(gòu)造七、核酸的理化性質(zhì)七、核酸的理化性質(zhì) 核酸的構(gòu)造特點(diǎn)：分子大，有一些

36、可核酸的構(gòu)造特點(diǎn)：分子大，有一些可解離的基團(tuán)，具有共軛雙鍵等。解離的基團(tuán)，具有共軛雙鍵等。 一普通理化性質(zhì)一普通理化性質(zhì) 1. 兩性電解質(zhì)。含有磷酸基和堿基，兩性電解質(zhì)。含有磷酸基和堿基，但表現(xiàn)為酸性。但表現(xiàn)為酸性。 2. RNA純品是白色的粉末，純品是白色的粉末，DNA為疏為疏松的石棉一樣的纖維狀固體。松的石棉一樣的纖維狀固體。 3. 線性大分子，極不對(duì)稱，具有粘度線性大分子，極不對(duì)稱，具有粘度高，抗剪切力差等特點(diǎn)。高，抗剪切力差等特點(diǎn)。 3. 溶解性：溶解性：RNA和和DNA都是極性的化合物，都是極性的化合物，普通都微溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等普通都微溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等

37、有機(jī)溶劑，但其鈉鹽易溶于水。有機(jī)溶劑，但其鈉鹽易溶于水。 4. RNA的磷酸二酯鍵對(duì)堿敏感，室溫下，被的磷酸二酯鍵對(duì)堿敏感，室溫下，被稀堿水解為稀堿水解為2- 或或3- 核苷酸。核苷酸。DNA在堿中雖變?cè)趬A中雖變性，但不被水解，所以性，但不被水解，所以DNA更穩(wěn)定。更穩(wěn)定。 5. 鑒別鑒別DNA和和RNA的反響：的反響：RNA：D-核糖核糖 + 濃鹽酸濃鹽酸 + 苔黑酚苔黑酚 綠色綠色DNA：D-2-脫氧核糖脫氧核糖 + 酸酸 + 二苯胺二苯胺 藍(lán)紫色藍(lán)紫色 二核酸的紫外吸收二核酸的紫外吸收 1. 核酸中的堿基有共軛雙鍵體系，有核酸中的堿基有共軛雙鍵體系，有獨(dú)特的紫外線吸收光譜，其吸收峰獨(dú)特的

38、紫外線吸收光譜，其吸收峰240-290nm，最大吸收峰，最大吸收峰260nm。 2. 天然核酸比其各核天然核酸比其各核苷酸成分的光吸收值之苷酸成分的光吸收值之和少和少30-40%如圖。如圖。1. 天然天然DNA2. 變性變性DNA3. 核苷酸總吸收值核苷酸總吸收值 三核酸的變性、復(fù)性與分子雜交三核酸的變性、復(fù)性與分子雜交 1. 核酸的變性核酸的變性 1變性變性denaturation的概念的概念 某些理化要素使核酸分子互補(bǔ)雙鏈之間某些理化要素使核酸分子互補(bǔ)雙鏈之間的氫鍵斷裂，使雙螺旋變成松散單鏈的過(guò)的氫鍵斷裂，使雙螺旋變成松散單鏈的過(guò)程。程。 2變性要素變性要素 熱變性：熱變性：80幾分鐘，螺

39、旋幾分鐘，螺旋線團(tuán)線團(tuán) 酸堿變性酸堿變性pH小于小于4或大于或大于11 變性劑尿素、鹽酸胍、甲醛變性劑尿素、鹽酸胍、甲醛 3變性表征變性表征 黏度下降、比旋光度下降、沉降系數(shù)添黏度下降、比旋光度下降、沉降系數(shù)添加、浮力密度增大、酸堿滴定曲線改動(dòng)、生物加、浮力密度增大、酸堿滴定曲線改動(dòng)、生物活性喪失。活性喪失。 增色效應(yīng)增色效應(yīng)hyperchromic effect： 變性后的核酸紫外吸收值添加的景象。變性后的核酸紫外吸收值添加的景象。 4熱變性和熱變性和Tm DNA的熱變性是迸發(fā)式的，變性作用發(fā)的熱變性是迸發(fā)式的，變性作用發(fā)生在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)。生在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)。 Tm：即解鏈溫度或熔解溫度：即解鏈溫度或熔解溫度melting temperature，指核酸加熱變性過(guò)程中，指核酸加熱變性過(guò)程中，A260紫外吸收的添加量達(dá)最大量一半時(shí)的溫紫外吸收的添加量達(dá)最大量一半時(shí)的溫度。度。 在在Tm時(shí)，時(shí)，DNA內(nèi)內(nèi)50%的雙鏈構(gòu)造被解開。的雙鏈構(gòu)造被解開。 DNA的的Tm普通在普通在82 -95之間。之間。DNA的熱變性曲線的熱變性曲線 影響影響Tm值大小要素值大小要素 核酸均一性：均一性高，變性溫度范圍越窄。核酸均一性：均一性高，變性溫度范圍越窄。 G-C含量與含量與Tm值成正比。閱歷公式：值成正比。閱歷公式： Tm=69.3+0.41(G+C)%l 介質(zhì)離