核酸化學(xué)05的學(xué)習(xí)材料

核酸化學(xué)05的學(xué)習(xí)材料第1頁/共74頁2023/4/14【2】第一節(jié)核酸的化學(xué)組成1、核酸的元素組成：C、H、O、N、P2、核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸3、核酸的水解產(chǎn)物：3種成分

磷酸核酸核苷酸戊糖核苷

堿基嘌呤堿嘧啶堿核糖脫氧核糖第2頁/共74頁2023/4/14【3】一、核苷酸中的堿基成分主要有5種堿基：A、G、C、U、T還有稀有堿基酮式和烯醇式互變異構(gòu)體氨基和亞氨基互變異構(gòu)體含共軛雙鍵，260nm左右紫外吸收峰（定性、定量分析）第3頁/共74頁2023/4/14【4】堿基結(jié)構(gòu)式DNA：A、G、C、TRNA：A、G、C、U稀有堿基共軛紫外光第4頁/共74頁2023/4/14【5】二、戊糖與核苷

1．戊糖：β-D-核糖、β-D-2-脫氧核糖

第5頁/共74頁2023/4/14【6】

核苷是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物。在大多數(shù)情況下，核苷是由核糖或脫氧核糖的C-1’

位上的β-羥基與嘧啶堿N1或嘌呤堿N9進(jìn)行縮合，生成的化學(xué)鍵稱為糖苷鍵。核苷酸表2．核苷第6頁/共74頁2023/4/14【7】核苷結(jié)構(gòu)式第7頁/共74頁2023/4/14【8】三、核苷酸（nucleotide）的結(jié)構(gòu)與命名核苷酸是由核苷與磷酸經(jīng)脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物，包括核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸兩大類。由于與磷酸基縮合的位置不同而分別生成2’-核苷酸、3’-核苷酸和5’-核苷酸。最常見者為5’-核苷酸（5’常被省略）。含有一個磷酸基團(tuán)的核苷酸稱為核苷一磷酸（NMP）

；含有兩個磷酸基團(tuán)的核苷酸稱為核苷二磷酸（NDP）；含有三個磷酸基團(tuán)的核苷酸稱為核苷三磷酸（NTP）。核苷酸表第8頁/共74頁2023/4/14【9】AMP與dCTP第9頁/共74頁2023/4/14【10】cAMP（第二信使）第10頁/共74頁2023/4/14【11】第二節(jié)核酸的一級結(jié)構(gòu)

DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種脫氧核糖核苷酸所組成。DNA的一級結(jié)構(gòu)就是指DNA分子中脫氧核糖核苷酸的排列順序及連接方式。

RNA分子主要由AMP，GMP，CMP，UMP四種核糖核苷酸組成。RNA的一級結(jié)構(gòu)就是指RNA分子中核糖核苷酸的排列順序及連接方式。核酸的一級結(jié)構(gòu)：多核苷酸鏈中核苷酸的排列順序（核苷酸序列或堿基序列）第11頁/共74頁2023/4/14【12】核苷酸的連接方式連接方式：

一分子的核苷酸的3’-位羥基與另一分子核苷酸的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。

第12頁/共74頁2023/4/14【13】多核苷酸鏈：核酸就是由許多核苷酸單位通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來形成的不含側(cè)鏈的長鏈狀化合物。核酸具有方向性的長鏈狀化合物，多核苷酸鏈的兩端，一端稱為5’-端，另一端稱為3’-端。第13頁/共74頁2023/4/14【14】核酸一級結(jié)構(gòu)的表示方法2、文字簡化式……pApGpCpT…………pA-G-C-T…………pAGCT……1、線條簡化式第14頁/共74頁2023/4/14【15】第三節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能一、DNA的二級結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（doublehelixmodel）

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。Watson第15頁/共74頁2023/4/14【16】（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景：

1950～1953，Chargaff研究小組對DNA的化學(xué)組成進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)：①不同生物種屬的DNA堿基組成不同，且物種親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，差異越大；②同一個體（相同物種）不同組織器官中DNA堿基組成相同，且不因年齡、環(huán)境及營養(yǎng)而改變；③DNA分子中四種堿基的摩爾百分比具有一定的規(guī)律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。這一規(guī)律被稱為Chargaff原則。第16頁/共74頁2023/4/14【17】1.為右手反向平行雙螺旋；2.主鏈位于螺旋外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)；3.兩條鏈間存在堿基互補(bǔ)：A與T或G與C配對形成氫鍵，稱為堿基互補(bǔ)原則（A與T為兩個氫鍵，G與C為三個氫鍵）；4.螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力；5.螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2nm。（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點（B型）：第17頁/共74頁2023/4/14【18】B型雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)特征

第18頁/共74頁2023/4/14【19】堿基配對與氫鍵形成第19頁/共74頁2023/4/14【20】（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性：目前已知DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)可分為A、B、C、D及Z型等數(shù)種，除Z型為左手雙螺旋外，其余均為右手雙螺旋。

螺旋模式第20頁/共74頁2023/4/14【21】二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)（一）原核生物DNA的三級結(jié)構(gòu)：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三級結(jié)構(gòu)。

超螺旋第21頁/共74頁2023/4/14【22】（二）真核生物中的核小體結(jié)構(gòu)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。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNA的三級結(jié)構(gòu)。第22頁/共74頁2023/4/14【23】組蛋白與核小體（nucleosome）組蛋白有5種：H1、H2A、H2B、H3、H4核心組蛋白（組蛋白八聚體）（H2A、H2B、H3、H4）×2核小體的核心顆粒（nucleosomecorepartiele）,連接區(qū)（linker）串珠結(jié)構(gòu)染色體結(jié)構(gòu)棒狀結(jié)構(gòu)螺線管結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋——核小體——串珠狀多核小體細(xì)絲——螺線管——超螺線管——染色單體核小體第23頁/共74頁2023/4/14【24】核小體結(jié)構(gòu)核小體第24頁/共74頁2023/4/14【25】三、DNA的功能遺傳的

物質(zhì)基礎(chǔ)，攜帶與傳遞遺傳信息DNA的基本功能：作為遺傳信息的載體，為生物遺傳信息復(fù)制以及基因信息的轉(zhuǎn)錄提供模板。DNA復(fù)制：親代DNA→子代DNA，遺傳性狀的相對保守性。轉(zhuǎn)錄、翻譯：DNA→RNA→蛋白質(zhì)，表達(dá)特殊的生物學(xué)性狀。第25頁/共74頁2023/4/14【26】基因與基因組

DNA分子中具有特定生物學(xué)功能的片段稱為基因（gene）。一個生物體的全部基因序列稱為基因組（genome）。基因組的大小與生物的復(fù)雜性有關(guān)，如病毒SV40的基因組大小為5.1×103bp，大腸桿菌為5.7×106bp，人為3×109bp。說明第26頁/共74頁2023/4/14【27】第四節(jié)RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能主要存在于細(xì)胞質(zhì)中RNA通常以單鏈形式存在，但也可形成局部的雙螺旋結(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等。種類表第27頁/共74頁2023/4/14【28】RNA的一般結(jié)構(gòu)特征分子比DNA小得多，僅含幾十至數(shù)千個核苷酸。一般是單鏈，堿基組成不遵守Chargaff規(guī)則。堿基組成上RNA分子中含有U，U與T具有相同的結(jié)構(gòu)信息量。RNA核糖分子上C2’-OH是游離的，是易發(fā)生不良反應(yīng)的位置，因此RNA不如DNA穩(wěn)定。第28頁/共74頁2023/4/14【29】一、mRNA的結(jié)構(gòu)與功能信使RNA（messengerRNA）細(xì)胞內(nèi)含量較少，占總RNA的5%左右，但種類很多。在細(xì)胞核內(nèi)合成的初級產(chǎn)物稱為HnRNA（不均一RNA）。成熟的mRNA分子由編碼區(qū)和非編碼區(qū)組成。mRNA的功能是把核內(nèi)DNA的遺傳信息（堿基序列）傳送到胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。（含三聯(lián)體密碼，tripletcode）第29頁/共74頁2023/4/14【30】真核生物mRNA的特殊結(jié)構(gòu)：5’-末端的帽子結(jié)構(gòu)：7-甲基鳥嘌呤核苷三磷酸(m7GpppNm)。促進(jìn)核糖體與mRNA結(jié)合,加速翻譯的起始速度,增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性3’-末端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴結(jié)構(gòu):參與mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)轉(zhuǎn)移,增強(qiáng)mRNA穩(wěn)定性真核生物mRNA含有內(nèi)含子，在核內(nèi)需經(jīng)過一系列的加工、修飾及剪接等去除內(nèi)含子，轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓膍RNA，進(jìn)入胞漿第30頁/共74頁2023/4/14【31】帽子結(jié)構(gòu)哺乳動物成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點第31頁/共74頁2023/4/14【32】

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。

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信息，稱三聯(lián)體密碼或密碼子（codon）。三聯(lián)體密碼(tripletcode)第32頁/共74頁2023/4/14【33】二、tRNA的結(jié)構(gòu)與功能tRNA是分子最?。?0～90核苷酸）,約占總RNA的15%。但含有稀有堿基(rarebase)最多的RNA，其稀有堿基的含量可多達(dá)20%。包括二氫尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（ψ,pseudouridine）、甲基化嘌呤（mG,mA）等tRNA是保守性最強(qiáng)的RNA。功能：轉(zhuǎn)運氨基酸的載體。

稀有堿基第33頁/共74頁2023/4/14【34】（一）tRNA的二級結(jié)構(gòu)：tRNA是單鏈核酸，分子中的某些局部也可形成雙螺旋（堿基互補(bǔ)區(qū)域），進(jìn)而形成“莖-環(huán)樣結(jié)構(gòu)”（stem-loop）（發(fā)夾結(jié)構(gòu)）；（以及環(huán)、襻狀結(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（cloverleafpattern），故稱為“三葉草”結(jié)構(gòu)。三葉草第34頁/共74頁2023/4/14【35】

tRNA的三葉草結(jié)構(gòu)：tRNA的“三葉草”形結(jié)構(gòu)包括：氨基酸臂、DHU環(huán)、反密碼環(huán)、可變環(huán)、TψC環(huán)五部分。（4螺旋區(qū)，3環(huán)突，1附加叉）反密碼環(huán)中有反密碼子(anticodon)與mRNA的相應(yīng)的密碼子互補(bǔ)各種tRNA的3’端，末端三個核苷酸序列均為-CCA,是結(jié)合氨基酸的部位（氨基酸接納莖，acceptorstem）。三葉草第35頁/共74頁2023/4/14【36】（二）tRNA的三級結(jié)構(gòu)：tRNA的三級結(jié)構(gòu)為“倒L型”結(jié)構(gòu)，使tRNA有較大的穩(wěn)定性。一端為氨基酸臂，另一端為反密碼環(huán)；L型的拐角處為DHU環(huán)和TψC環(huán)。各環(huán)的核苷酸序列差異較大，這是各種tRNA的特異性所在。這些結(jié)構(gòu)特征與tRNA和核蛋白體中的蛋白質(zhì)及rRNA的相互作用有關(guān)。L型第36頁/共74頁2023/4/14【37】三、rRNA的結(jié)構(gòu)與功能

rRNA是細(xì)胞中含量最多的RNA，占總量的80%。rRNA與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核蛋白體（核糖體，ribosome），作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。核蛋白體由大、小亞基構(gòu)成。第37頁/共74頁2023/4/14【38】核蛋白體的大、小亞基第38頁/共74頁2023/4/14【39】核蛋白體的組成在原核生物中，rRNA有三種：5S，16S，23S。其中，16S的rRNA參與構(gòu)成核蛋白體的小亞基，而5S和23S的rRNA參與構(gòu)成核蛋白體大亞基。在真核生物中，rRNA有四種：5S，5.8S，18S，28S。其中，18S的rRNA參與構(gòu)成核蛋白體小亞基，其余的rRNA參與構(gòu)成核蛋白體大亞基。組成表二級結(jié)構(gòu)第39頁/共74頁2023/4/14【40】四、其他小分子RNA小核RNA(snRNA)小核仁RNA(snoRNA)小胞質(zhì)RNA(scRNA)參與hnRNA、rRNA的轉(zhuǎn)運和加工種類表第40頁/共74頁2023/4/14【41】五、核酶1982年ThomasCeeh在研究真核生物嗜熱四膜蟲的rRNA基因中發(fā)現(xiàn)具有催化功能的RNA，把這種具有酶促活性（自身催化作用）的RNA稱為核酶（ribozyme）。核酶通常有特殊的分子結(jié)構(gòu)，如錘頭結(jié)構(gòu)。這些RNA可以獨立完成rRNA的剪接。核酶可用于腫瘤相關(guān)基因生成的mRNA、病毒RNA等的切割等。第41頁/共74頁2023/4/14【42】第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)及其應(yīng)用一、核酸的一般理化性質(zhì)核酸具有酸性DNA粘度大；RNA粘度較小能吸收紫外光，最大吸收峰為260nm。分子大?。?μmDNA=3000bp=2x106Dalton（人DNA分子量：3×1012，長約1.7米）紫外光第42頁/共74頁2023/4/14【43】二、DNA的變性

在理化因素作用下，DNA雙螺旋的兩條互補(bǔ)鏈松散而分開成為單鏈，從而導(dǎo)致DNA的理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為DNA的變性。引起DNA變性的因素主要有：①高溫，②強(qiáng)酸強(qiáng)堿，③有機(jī)溶劑等。物理化學(xué)因素DNA分子互補(bǔ)堿基氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，成為單鏈DNADNA變性，A260↑↑第43頁/共74頁2023/4/14【44】①增色效應(yīng)（hyperchromiceffect）：DNA變性后對260nm紫外光的光吸收度增加的現(xiàn)象；②旋光性下降；③粘度降低；④生物學(xué)功能喪失或改變。DNA變性后的性質(zhì)改變第44頁/共74頁2023/4/14【45】融解溫度（Tm，meltingtemperature）連續(xù)加熱DNA，以溫度對A260的關(guān)系作圖，得解鏈曲線。DNA的解鏈溫度：加熱DNA溶液，使對260nm紫外光吸收值達(dá)到其最大值的50％，該溫度稱DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度（Tm，熔點）。在Tm時，DNA分子內(nèi)50％的雙鏈結(jié)構(gòu)被解開。曲線第45頁/共74頁2023/4/14【46】三、DNA的復(fù)性與分子雜交變性DNA在適當(dāng)條件下兩條互補(bǔ)鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱DNA復(fù)性。熱變性DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可以復(fù)性，這一過程又稱為退火（annealing）。一般認(rèn)為復(fù)性溫度應(yīng)比Tm值低25℃，該溫度是DNA復(fù)性的最佳條件。

圖示第46頁/共74頁2023/4/14【47】核酸的分子雜交：

將不同源的核酸熱變性，再進(jìn)行復(fù)性，只要這些核酸分子含有可形成堿基配對的片段（即具有互補(bǔ)序列），就可以形成局部雙鏈的過程。核酸雜交可以是DNA-DNA雜交，也可以是DNA-RNA雜交。不同來源的、具有大致相同互補(bǔ)堿基順序的核酸片段稱為同源順序。雜交分子雜交(molecularhybridization)第47頁/共74頁2023/4/14【48】核酸探針在核酸雜交分析過程中，常將已知順序的核酸片段（DNA或RNA）用放射性同位素或其他化合物進(jìn)行標(biāo)記。這種帶有一定標(biāo)記的已知順序的核酸片段稱為探針(probe)。作為探針，與待測樣品進(jìn)行雜交試驗，可以判斷待測核酸分子中是否含有探針同源的序列。雜交第48頁/共74頁2023/4/14【49】第六節(jié)核酸酶（nucleases）凡是能水解核酸的酶都稱為核酸酶。核酸酶按底物分為DNA酶、RNA酶。從多核苷酸鏈的末端開始水解核酸的酶稱為核酸外切酶；核酸5′末端外切酶。核酸3′末端外切酶。第49頁/共74頁2023/4/14【50】內(nèi)切酶從多核苷酸鏈中間開始水解核酸的酶稱為核酸內(nèi)切酶。能識別特定的核苷酸順序，并從特定位點水解核酸的內(nèi)切酶稱為限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）。核酸酶，尤其是限制性內(nèi)切酶，是基因工程不可缺少的工具。第50頁/共74頁2023/4/14【51】兩類核酸的比較DNARNA分布98％DNA分布在核內(nèi)90％RNA在胞質(zhì)（包括mRNArRNAtRNA）組成單位

dNMP(dAMPdGMPdCMPdTMP)

NMP(AMPGMPCMPUMP)功能DNA是生物體儲存遺傳信息的物質(zhì)，是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。生物體遺傳信息通過DNA復(fù)制傳遞給子代，體現(xiàn)遺傳的相對保守性。DNA不同功能單位–基因可指導(dǎo)合成RNA,翻譯表達(dá)特異蛋白質(zhì)RNA主要功能是轉(zhuǎn)錄，傳遞DNA上遺傳信息，直接參與蛋白的生物合成。mRNA–蛋白質(zhì)合成的直接模板；tRNA–轉(zhuǎn)運、活化蛋白質(zhì)合成原料氨基酸；rRNA–組成核蛋白體，是蛋白質(zhì)合成場所。近年核酶（ribozyme)發(fā)現(xiàn)第51頁/共74頁2023/4/14【52】稀有堿基>堿基>tRNA第52頁/共74頁2023/4/14【53】堿基的紫外吸收光譜曲線>性質(zhì)>堿基第53頁/共74頁2023/4/14【54】互變異構(gòu)>堿基第54頁/共74頁2023/4/14【55】主要的核苷酸第55頁/共74頁2023/4/14【56】分子生物學(xué)的先驅(qū)第56頁/共74頁2023/4/14【57】ThreeformsofDNA第57頁/共74頁2023/4/14【58】超螺旋第58頁/共74頁2023