核酸概述分子生物學(xué)

關(guān)于核酸概述分子生物學(xué)第1頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三一核酸＊1925－1930年，Levene確定核酸是由4種核苷酸組成；Chargaff發(fā)現(xiàn)四種核苷酸并不是簡(jiǎn)單的1：1的關(guān)系。1核酸的發(fā)現(xiàn)＊1868年，Miescher發(fā)現(xiàn)核素，是一類在白細(xì)胞中富含磷酸酸性的物質(zhì)。＊1889年，Altmann在酵母中制備了不含蛋白的核素，稱之為核酸（Nucleicacid）。第2頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三＊轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

1928年，Griffith等人肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)（圖1－1）；

1944年，Avery提出轉(zhuǎn)化因子是DNA（圖1－2）。＊Blendor實(shí)驗(yàn)

1952年，Hershey進(jìn)一步證明DNA是遺傳物質(zhì)（圖1－3）。第3頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第4頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第5頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三噬菌體模式圖第6頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第7頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第8頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三2核酸的分類與分布

90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)脫氧核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)

核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型(genotype)。參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。第9頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三二核酸的化學(xué)成分第10頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三嘧啶堿基嘌呤堿基＊堿基第11頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三β-D-核糖β-D-2-脫氧核糖＊戊糖第12頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷鍵

β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1β，N糖苷鍵主要核苷有八種＊核苷第13頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三＊核苷酸第14頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三＊核酸第15頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三5＇pＡpＣpＴpＴpＧpＡpＡpＣpＧ3＇DNA5＇pＡpＣpＵpＵpＧpＡpＡpＣpＧ3＇RNA5＇pＡＣＴＴＧＡＡＣＧ3＇5＇pＡＣＵＵＧＡＡＣＧ3＇核酸的簡(jiǎn)寫(xiě)式：第16頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三5’→3’5’→3’第17頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三三核酸的理化性質(zhì)＊溶解性均溶于水不溶于一般有機(jī)溶劑,在70%乙醇中形成沉淀

＊晶形

DNA為白色纖維狀固體

RNA為白色粉末狀固體＊兩性解離呈酸性在中性溶液中帶負(fù)電荷第18頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三＊沉降速度：

RNA>環(huán)狀DNA>開(kāi)環(huán)、線狀DNA＊粘度

DNA粘度大

RNA粘度?。庑跃軓?qiáng)＊密度

RNA>雙鏈DNA；環(huán)狀DNA>開(kāi)環(huán)、線狀DNA

單鏈DNA>雙鏈DNA第19頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三＊核酸的紫外吸收

堿基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有強(qiáng)烈的光吸收，λmax=260nm1OD260dsDNA=50μg/ml1OD260ssDNA=33μg/ml1OD260RNA=40μg/ml

純DNAA260/A280=1.8

純RNAA260/A280=2.0第20頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三＊核酸的酸解和堿解

DNA和RNA對(duì)酸或堿的耐受程度有很大差別RNA的堿解第21頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三＊酶水解核酸水解酶:水解磷酸二酯鍵。

DNA水解酶（DNases）:以DNA為底物

RNA水解酶（RNases）:以RNA為底物的。核酸外切酶:從一端（3′-端或5′-端）開(kāi)始核酸內(nèi)切酶:從中間開(kāi)始第22頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三四DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)1、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)DNA分子中核苷酸的排列順序，DNA順序（或序列）DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種脫氧核糖核苷酸所組成第23頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第24頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第25頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)模式圖第26頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三1）DNA結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：＊DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈盤(pán)繞而成的。＊DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架，堿基排列在內(nèi)側(cè)。＊兩條鏈上的堿基通過(guò)氫鍵相結(jié)合，形成堿基對(duì)，它的組成有一定的規(guī)律。第27頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第28頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三2）DNA分子的多樣性＊

堿基的排列順序，構(gòu)成了DNA分子的多樣性＊100bpDNA分子可能排列方式就是4100＊DNA中的堿基排列順序是DNA分子的重要屬性＊基因的功能取決于DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

第29頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三五DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1、DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)特征＊Watson和Crick在1953年根據(jù)DNA纖維X射線晶體衍射圖，提出了DNA為右手雙螺旋結(jié)構(gòu)的科學(xué)假設(shè)。＊二級(jí)結(jié)構(gòu)是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤(pán)繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。＊通常情況下，DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)分為兩類：一類是右手螺旋，如A－DNA，B－DNA；一類是左手螺旋，即Z－DNA。第30頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第31頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第32頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三2、DNA雙螺旋的穩(wěn)定性氫鍵疏水作用堿基堆積力離子第33頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三3、DNA結(jié)構(gòu)的多態(tài)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。B型A型D型C型E型92％相對(duì)濕度75％相對(duì)濕度DNA－RNA雜交分子66％相對(duì)濕度堿基對(duì)減少1)右手螺旋第34頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三DNA結(jié)構(gòu)類型和螺旋參數(shù)結(jié)構(gòu)類型螺旋（nm）螺旋對(duì)稱性每個(gè)核苷酸殘基軸（h）和扭角軸（I）溝的寬度（nm）溝的深度（nm）h（nm）I（度）小溝大溝小溝大溝A2.82110.25632.71.100.270.281.35B3.38100.33836.00.571.170.750.85C3.109.330.33238.60.481.050.790.75D2.4380.30445.00.130.890.58E2.437.50.32548.0第35頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三Z型:在DNA單鏈中存在嘌呤與嘧啶（CGCGCG或CACACA）交替排列的順序時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)左手雙螺旋結(jié)構(gòu)。在主鏈中各個(gè)磷酸根呈鋸齒狀排列，猶如“之”字形一樣，因此叫做Z型溝象。2)左手螺旋－－Z型

特點(diǎn)：每圈螺旋12個(gè)堿基，螺距4.46－4.47nm，h為0.74nm，-60度旋轉(zhuǎn)，堿基負(fù)傾斜-7度，直徑1.81-1.84nm（B型DNA為1.93nm），只有小溝，且窄而深（寬0.88nm，深1.38nm），嘌呤糖苷鍵呈順式（B型所有糖苷鍵均為反式）。第36頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第37頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三不同螺旋形式DNA分子主要參數(shù)比較雙螺旋堿基傾角（度）堿基間距（nm）螺旋直徑（nm）每輪堿基數(shù)螺旋方向A-DNA200.262.611右B-DNA60.342.010右Z-DNA70.371.812左第38頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第39頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三3）Z型DNA與生物的基因調(diào)控有關(guān)A鄰近調(diào)控控制區(qū)－啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄區(qū)Z-DNAB-DNA不轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄第40頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三B遠(yuǎn)距離調(diào)控●●●●●●控制區(qū)Z-DNAB－DNA可能轉(zhuǎn)錄負(fù)超螺旋程度高，有扭轉(zhuǎn)能力不轉(zhuǎn)錄負(fù)超螺旋程度低，無(wú)扭轉(zhuǎn)張力第41頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三六DNA超螺旋結(jié)構(gòu)

超螺旋結(jié)構(gòu)是DNA分子高級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式?？煞譃檎菪拓?fù)超螺旋兩類。

負(fù)超螺旋松弛DNA正超螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶溴乙錠拓?fù)洚悩?gòu)酶溴乙錠第42頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三A：正超螺旋；B：環(huán)狀雙鏈DNA；C：負(fù)超螺旋用電話線說(shuō)明DNA鏈中的螺旋與超螺旋第43頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三1、超螺旋特點(diǎn)

I型DNA共價(jià)閉合環(huán)狀

II型DNA開(kāi)環(huán)，松弛型Ⅲ型線狀

I°型開(kāi)環(huán)，松弛型pH11.3pH11.3pH11.3pH11.3I第44頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第45頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三

溴化乙錠（ethidiumbromide，EB），通過(guò)嵌入到配對(duì)堿基之間的方式與DNA結(jié)合，導(dǎo)致DNA雙螺旋的局部解旋（untwisting）沉降系數(shù)EB濃度第46頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三

CsCl密度梯度（含EB）離心：超螺旋〉開(kāi)環(huán)、線性第47頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第48頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三

環(huán)狀DNA分子常以超螺旋結(jié)構(gòu)存在，并以負(fù)超螺旋為主，有利于轉(zhuǎn)錄的起始。DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。

第49頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三七核小體與染色體

1、核小體

DNA雙螺旋鏈，等距離纏繞組蛋白（見(jiàn)表2-5）（H2A、H2B、H3、H4）各二分子，組成八聚體，形成眾多核心顆粒，外繞1.75圈左右的DNA鏈，每圈約85bpDNA，各顆粒之間為帶有H1組蛋白的連接區(qū)DNA。進(jìn)化上的極端保守性；無(wú)組織特異性；氨基酸分布的不對(duì)稱性；修飾作用；組蛋白富H5含賴氨酸.第50頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三核小體單位核心顆粒染色小體2第51頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三3第52頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構(gòu)成核心組蛋白，雙螺旋DNA(146bp)以左手超螺旋的方式繞核心顆粒1.75圈，纏繞在核心組蛋白表面，構(gòu)成核心顆粒，兩端各有11bp與H1結(jié)合，形成完整的核小體連接區(qū)DNA（平均55bp）將相鄰的核小體連接。4第53頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三5第54頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第55頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三其他非組蛋白：HMC蛋白；DNA結(jié)合蛋白；A24非組蛋白.第56頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第57頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三DNA（2nm,200bp

）核小體鏈（11nm,每個(gè)核小體200bp）纖絲（30nm,每圈6個(gè)核小體）突環(huán)（150nm,每個(gè)突環(huán)大約75000bp）

玫瑰花結(jié)（300nm,6個(gè)突環(huán)）

螺旋圈（700nm,每圈30個(gè)玫瑰花）

染色體（1400nm每個(gè)染色體含10個(gè)玫瑰花）第58頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮7倍壓縮6倍壓縮5倍壓縮30-40倍

DNA共壓縮6300-8400倍第59頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第60頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三八、基因與基因組1、基因DNA分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。合成有功能的多肽鏈或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。第61頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三類型編碼蛋白質(zhì)的基因不轉(zhuǎn)錄的基因只有轉(zhuǎn)錄而沒(méi)有翻譯功能的基因結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因酶和結(jié)構(gòu)蛋白阻遏蛋白tRNA基因、rRNA基因調(diào)節(jié)性RNA啟動(dòng)基因操縱基因調(diào)節(jié)控制作用第62頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三2、基因組指某種生物所包含的全套基因。不同生物體中具有不同的基因組大小。第63頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三3、原核生物基因組＊基因組很小，且大小相差較大＊單倍體（逆轉(zhuǎn)錄病毒除外）＊基因重疊＊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練＊轉(zhuǎn)錄單元（多順?lè)醋咏Y(jié)構(gòu)）＊基因多是連續(xù)的（真核細(xì)胞病毒除外）第64頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三

基因組大小編碼蛋白質(zhì)

乙肝病毒3Kb4種痘病毒3000Kb幾百種大腸桿菌4600Kb3000－4000第65頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三ΦX174：?jiǎn)捂淒NA病毒編碼11個(gè)蛋白質(zhì)分子，總分子量為25萬(wàn)左右，相當(dāng)于6078個(gè)核苷酸所容納的信息量，但其DNA本身只有5375個(gè)核苷酸，最多能編碼總分子量為20萬(wàn)的蛋白質(zhì)分子，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了基因重疊。第66頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三基因重疊的幾種情況：

（1）完全重疊（2）部分重疊（3）兩個(gè)基因只有一個(gè)堿基重疊一個(gè)基因終止密碼子的最后一個(gè)堿基是另一個(gè)基因起始密碼子的第一個(gè)堿基第67頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三＊讀框不同5’……GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU……3’5’……GAAGGAGUGAUGUAA……3’GluGlyValMetStop基因D5’……AUGUCUAAAGGU……3’MetSetLys基因J5’……GAAGGAGUGA……3’LysGlyStop基因E

ΦX174mRNAD、J、E基因重疊5’……GCTGGTGGAAAATGAGGAAATTCAAT……3’DNA序列

LeuValGluAsnGluGluIleGlnK蛋白

AlaGlyGlyLysTerA蛋白

fMetArgLysPheAsnC蛋白

噬菌體G4一段DNA序列內(nèi)A、C、K基因三重重疊第68頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三*基因讀框相同，只是起始部位不同第69頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第70頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三4、真核生物基因組1）C值單倍體基因組中的DNA含量同類生物不同種屬之間DNA總量變化很大從編碼每類生物所需DNA量的最低值看，C值具有從低等到高等增加的趨勢(shì)第71頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三A

基因組大，含有多種序列組分B

染色體C

重復(fù)序列D

斷裂基因E

單順?lè)醋?/p>

2）特點(diǎn)第72頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三C重復(fù)序列（序列組分）快復(fù)性成分高度重復(fù)序列中復(fù)性成分中度重復(fù)序列慢復(fù)性成分不重復(fù)序列第73頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三高度重復(fù)序列：重復(fù)頻率高，復(fù)性速度很快，在基因組中所占比例隨種屬而異。常被稱為衛(wèi)星DNA。特點(diǎn)

2-100bp

成串排列著絲粒區(qū)和端粒區(qū)約占5-6％根據(jù)長(zhǎng)度衛(wèi)星DNA：100bp左右小衛(wèi)星DNA：15-70bp

微衛(wèi)星DNA：2-5bp功能與染色體穩(wěn)定性有關(guān)第74頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三第75頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三中度重復(fù)序列特點(diǎn)＊在基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬(wàn)（<105）次＊復(fù)性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復(fù)順序＊所占比例在不同種屬之間差異很大＊大多不編碼蛋白質(zhì)＊大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列,少數(shù)在基因組中成串排列在一個(gè)區(qū)域＊具有種特異性第76頁(yè)，講稿共85頁(yè)，2023年5月2日，星期三●

rRNA?真核生物rRNA基因的重復(fù)