winne-生物化學(xué)-核酸課件

1、第二章核 酸01核酸的化學(xué)組成02DNA、RNA的分子結(jié)構(gòu)03核酸的理化性質(zhì)20世紀(jì)是物理學(xué)的世紀(jì)21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)生命是什么？蛋白質(zhì) + 核酸第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成Whats nucleic acid?1869 Miescher從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一 種含磷酸的有機(jī)物，當(dāng)時稱為核素（nuclein）,后稱為核酸（nucleic acid）1935年，Kossel和Levene等確定核酸的組分是DNA和RNA，提出“四核苷酸假說1944年Avery 等人通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗證明DNA是遺傳物質(zhì)1953年Watson和Crick提出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型1958年Crick提出遺傳信

2、息傳遞的中心法則70年代 建立DNA重組技術(shù)80年代以后，分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科突飛猛進(jìn)發(fā)展，90年代以后，實施人類基因組計劃（HGP）核糖核酸(ribonucleic acid, RNA) RNA主要參與遺傳信息的表達(dá);脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA) DNA是遺傳信息的載體;核酸的分類：RNA和DNA都是以單核苷酸(nucleotide)為基本單位所組成的多核苷酸長鏈。核酸的水解產(chǎn)物：核酸核苷酸磷酸核苷戊糖含氮堿核糖脫氧核糖嘌呤堿嘧啶堿1. 嘧啶堿(pyrimidine)： 核苷酸中的堿基組成 尿嘧啶 胞嘧啶 胸腺嘧啶Uracil，U Cytosi

3、ne，C Thymine，T312456NNONNOHHNNOHNH2NNOOHHCH32. 嘌呤堿(purine)： 312456789腺嘌呤(adenine, A)鳥嘌呤(guanine, G)NNNNHNH2NNNNHNNNNHNH2OH磷酸脫氧核糖堿基磷酸A腺嘌呤G鳥嘌呤C胞嘧啶T胸腺嘧啶DNA與RNA在化學(xué)組成上的區(qū)別脫氧核苷酸核糖堿基磷酸A腺嘌呤G鳥嘌呤C胞嘧啶U尿嘧啶核糖核苷酸A G C TA G C U腺苷(AR) 脫氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷鍵 1,N1-糖苷鍵11N9N1OH “稀有核苷”是由“稀有堿基”所生成的核苷。假尿苷（）1,C5-糖苷鍵1C5核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸(

4、nucleotide)是由核苷與磷酸經(jīng)脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物，包括:核糖核苷酸: 5-AMP,5-GMP,5-CMP,5-UMP脫氧核糖核苷酸: 5-dAMP,5-dGMP,5-dCMP,5-dTMP與磷酸基縮合的位置：2-核苷酸、3-核苷酸和5-核苷酸。最常見的核苷酸是5-核苷酸（5常被省略） 5 -核苷酸的分子結(jié)構(gòu) 5-核苷酸又可按其在5位縮合的磷酸基的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。 1、 3，5-環(huán)化腺苷酸（ cAMP）核苷酸的衍生物環(huán)核苷酸放大激素信號核苷酸的衍生物輔酶類核苷酸在物質(zhì)代謝中遞氫體核苷酸的連接方式一分子核苷酸的3-位羥基與另一分子核苷酸的

5、5-位磷酸基通過脫水可形成3,5-磷酸二酯鍵，從而將兩分子核苷酸連接起來。 TcGAA核苷酸連成長鏈過程演示以脫氧核苷酸為例核酸一級結(jié)構(gòu)的簡寫： 5-pGpApCpTpTpApC-OH-3 5-GACTTAC-3第二節(jié) DNA的分子結(jié)構(gòu)LOREM IPSUM DOLORDNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的一級結(jié)構(gòu)是指DNA分支中脫氧核苷酸的排列順序。遺傳信息就存在于DNA的不同堿基排列順序中。DNA的二級結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級結(jié)構(gòu)的一種重要形式，它是Watson和Crick兩位科學(xué)家于1953年提出來的一種結(jié)構(gòu)模型（獲1962年度諾貝爾獎）。James Watson (L) and

6、 Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點：目前已知DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)可分為：A、B、C、D（右手雙螺旋）Z型（左手雙螺旋） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點1、反平行的兩條多核苷酸鏈形成右手雙股螺旋2、外側(cè)：磷酸與脫氧核糖 內(nèi)側(cè)：嘌呤與嘧啶堿 堿基互補(bǔ)規(guī)律：A-T，G-C3、堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行 橫向作用力：氫鍵 縱向作用力：堿基平面間的堆積力4、每圈螺旋：10個核苷酸 堿基堆積距：0.34nm 雙螺旋直徑：2nm 兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏繞，形成右

7、手雙股螺旋，一條53，另一條35 磷酸與脫氧核糖彼此通過3、5-磷酸二酯鍵相連接，構(gòu)成DNA分子的骨架。磷酸與脫氧核糖在雙螺旋外側(cè)，嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。堿基互補(bǔ)規(guī)律：A-T，G-C堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行 兩條核苷酸鏈之間依靠堿基間的氫鍵結(jié)合在一起。螺圈之間主要靠堿基平面間的堆積力維持每圈螺旋10個核苷酸 堿基堆積距0.34nm，雙螺旋平均直徑2nm雙螺旋表面有凹陷，分別稱為大溝和小溝B型雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)特征 例題已知某DNA溶液,堿基A占16%, 求其余堿基所含的比例。 解：因為，A=T，G=C 所以，T=A=16% G=C=50%-16%=34%DNA的三級超螺旋

8、結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 螺旋超螺旋絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進(jìn)一步盤繞則形成麻花狀的超螺旋結(jié)構(gòu)。 （一）原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)：（二）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝：在真核生物中，雙螺旋的DNA分子圍繞一蛋白質(zhì)八聚體進(jìn)行盤繞，從而形成特殊的串珠狀結(jié)構(gòu)，稱為核小體(nucleosome)。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNA的高級結(jié)構(gòu)。核小體的結(jié)構(gòu)核小體、染色質(zhì)與染色體第三節(jié) RNA的分子結(jié)構(gòu)LOREM IPSUM DOLORRNA在蛋白質(zhì)生物合成過程中起著重要的作用RNA通常以單鏈形式存在，但也可形成局

9、部的雙螺旋結(jié)構(gòu)。RNA分子的種類較多，分子大小變化較大，功能多樣化。主要的RNA種類有rRNA、mRNA、tRNA、HnRNA、SnRNA、SnoRNA、ScRNA等。 RNA的種類（1）細(xì)胞質(zhì)中的RNA核糖體RNA（ribosomal RNA, rRNA）轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transfer RNA ,tRNA）信使RNA（message RNA, mRNA）小胞漿RNA（scRNA, small cytosol RNA）線粒體RNA葉綠體RNA（2）細(xì)胞核中的RNAhnRNA(heterogeneous nuclear RNA)不均一RNAsnRNA(small nuclear RNA),小核RN

10、A；chRNA(chromosome RNA),染色體RNA；（3）病毒RNARNA的種類、分布與功能轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸（tRNA）tRNA是分子量最小，但含有稀有堿基最多的RNA，約占總RNA的15%。tRNA是保守性最強(qiáng)的RNA。tRNA是單鏈核酸，但其分子中的某些局部也可形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸（tRNA）的結(jié)構(gòu)tRNA的二級結(jié)構(gòu)由于局部雙螺旋的形成而呈現(xiàn)“三葉草”形，故稱為“三葉草”結(jié)構(gòu)。tRNA的“三葉草”形結(jié)構(gòu)包括： 四臂四環(huán)靠氫鍵維持穩(wěn)定性。攜帶氨基酸辨認(rèn)并結(jié)合氨基酰tRNA合成酶識別mRNA上的密碼識別并結(jié)合核蛋白體氨基酸臂DHU臂反密碼臂可變臂TC臂tRNA的三級結(jié)構(gòu)（倒L型

11、）： 氨基酸接受臂與反密碼子環(huán)分別位于兩端； 分子上有兩個雙螺旋區(qū)； 構(gòu)象靠非螺旋區(qū)的堿基之間的氫鍵維持。信使核糖核酸（mRNA）mRNA占細(xì)胞總RNA的2%5%，大小相差很大，不穩(wěn)定，壽命短。mRNA分子中帶有遺傳密碼，其功能是為蛋白質(zhì)的合成提供模板(templet) mRNA分子中每三個相鄰的核苷酸組成一組，在蛋白質(zhì)翻譯合成時代表一個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯(lián)體稱為遺傳密碼（coden)。mRNA的結(jié)構(gòu)核蛋白體核糖核酸（rRNA）rRNA是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上。rRNA與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核蛋白體（核糖體），作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)LOR

12、EM IPSUM DOLOR一、酸堿性質(zhì)兩性電解質(zhì)：含酸性的磷酸基團(tuán)，又含弱堿性的堿基，通常表現(xiàn)為較強(qiáng)的酸性。pH大于4時，呈陰離子狀態(tài)。二、溶解性和粘度1、溶解性：微溶于水，不溶于有機(jī)溶劑、 所以常用乙醇、異丙醇從溶液中沉淀提取核酸2、粘度： DNARNA DNA粘度很大，可作為變性指標(biāo)RNA粘度很小三、紫外吸收堿基、核苷、核苷酸和核酸在240290nm的紫外波段有強(qiáng)烈的光吸收，max=260nm2202402602800.10.20.30.4波長（nm）光吸收123鑒定純度：純DNA的A260/A280應(yīng)為1.8純RNA的A260/A280應(yīng)為2.0五、變性、復(fù)性和分子雜交1、變性 在物化

13、因素影響下，核酸互補(bǔ)堿基之間的氫鍵斷裂的現(xiàn)象。DNA：雙鏈變成兩條單鏈RNA：局部雙螺旋被破壞，失去原有的空間構(gòu)象 增色效應(yīng)(hyperchromic effect)：指DNA變性后對260nm紫外光的光吸收度增加的現(xiàn)象； 旋光性下降； 粘度降低； 生物學(xué)功能喪失或改變。DNA變性后的性質(zhì)改變：加熱DNA溶液，使其對260nm紫外光的吸收度突然增加，達(dá)到其最大值一半時的溫度，就是DNA的變性溫度（融解溫度，melting temperature, Tm）。DNA變性溫度：Tm的高低與DNA分子中G+C的含量有關(guān)，G+C的含量越高，則Tm越高。 變性DNA在一定條件下，兩條互補(bǔ)的單鏈重新締合而恢復(fù)天然的雙螺旋結(jié)構(gòu)，其物理性質(zhì)和生物活性隨之恢復(fù)的過程。熱變性的DNA在緩慢冷卻后可以復(fù)性，也稱為退火。2、復(fù)性DNA復(fù)性后，一系列性質(zhì)將得到恢復(fù)，但是生物活性一般只能得到部分的恢復(fù)，具有減色效應(yīng)。將熱變性的DNA驟然冷卻至低溫時，DNA不可能復(fù)性。變性的DNA緩慢冷卻時可復(fù)性，因此又稱為“退火”。 退火溫度Tm25復(fù)性影響因素 片段濃度/片段大小/片段復(fù)雜性（重復(fù)序列數(shù)目）/ 溶液離子強(qiáng)度 DNA的復(fù)性3、分子雜交 在變性的DNA溶液中加入外源DNA單鏈分子或RNA單鏈分子，去掉變性條件后復(fù)性形成雙螺旋