生物化学教学课件：第02章核酸的结构与功能（改）

1、第二章第二章核酸的结构与功能核酸的结构与功能Structure and Function of Nucleic Acidn核核 酸酸(nucleic acid) (nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生物大是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。分子，携带和传递遗传信息。元素组成：元素组成：C、H、O、N、Pn核酸的分类及分布核酸的分类及分布存在存在于于细胞核细胞核和和线粒体线粒体 分布于细胞核、分布于细胞核、细胞质细胞质、线粒体线粒体(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核

2、酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型的基因型(genotype)。 遗传信息的载体遗传信息的载体是是DNA转录的产物转录的产物,传递遗传信息传递遗传信息RNA也可作为遗传信息的载体也可作为遗传信息的载体第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核酸核酸 (DNA和和RNA)核苷酸核苷酸核苷和脱氧核苷核苷和脱氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖n核酸组成核酸组成 n分子组成分

3、子组成碱基碱基(base)(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)(phosphate)一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位碱基碱基(base)是含氮的杂环化合物。是含氮的杂环化合物。碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤A鸟嘌呤鸟嘌呤G尿嘧啶尿嘧啶U胸腺嘧啶胸腺嘧啶T胞嘧啶胞嘧啶C存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中n碱基碱基嘌呤嘌呤(purine，Pu) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌

4、呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3n碱基的互变异构体 HNHNCNH2+O+HNNH2NNH2亚氨式氨式+ H+NCOHNCO- -+ H+酮式烯醇式n戊糖戊糖（构成（构成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose) n核苷核

5、苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键嘌呤嘌呤N-9 或或嘧啶嘧啶N-1与与核糖核糖C-1 通过通过糖苷键糖苷键相连相连形成核苷。形成核苷。核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成核苷酸结合构成核苷酸n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO-HOO糖苷键糖苷键酯键酯键OOOPOOPOO-ATPADPAMPOOPNNNNNH2OOHOHCH2On多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸如如:环化核苷酸：环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞，是细胞信号转导中的第二信使。信号转导中的第二信使。NOCH2O

6、OHONNNNH2POOHcAMPn核苷酸衍生物核苷酸衍生物二、二、DNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3 ,5 -磷酸二酯磷酸二酯键连接形成的大分子键连接形成的大分子一个脱氧核苷酸一个脱氧核苷酸3 -OH与另一个核苷酸与另一个核苷酸5 -Pi缩合缩合形成形成3 ,5 -磷酸二酯键磷酸二酯键。 多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链。链。5-末末端端3-末末端端C CG GA A磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键三、三、RNA也是具有也是具有3,5-磷酸二酯键磷

7、酸二酯键的线性大分子的线性大分子 RNA也是多个核苷酸分子通过酯化反应形也是多个核苷酸分子通过酯化反应形成的线性大分子，并且具有方向性；成的线性大分子，并且具有方向性； RNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖； RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。n定义定义核酸中核酸中核苷酸的排核苷酸的排列顺序列顺序，即，即碱基序列碱基序列。5端端3端端CGA四、核酸的四、核酸的一级结构一级结构是是核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序A A G G P P5 5 P P T T P PG G P PC C P PT T P P OH 3OH 3 n书写方法：书写方法：5 5 p pA Ap pC Cp

8、 pT Tp pG Gp pC Cp pT T- -OHOH 3 3 5 5 A C T G C TA C T G C T 3 3 核酸分子的大小常用碱基核酸分子的大小常用碱基(base或或kilobase)数目数目来表示。来表示。 小的核酸片段小的核酸片段(RNA dsDNA ssDNAl沉降行为沉降行为:不同构象的核酸分子的沉降的不同构象的核酸分子的沉降的速率有很大差异，这是超速离心法提取和速率有很大差异，这是超速离心法提取和纯化核酸的理论基础。纯化核酸的理论基础。二、二、DNA变性变性是双链解离为单链的过程是双链解离为单链的过程在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解双链

9、解开成两条单链的过程开成两条单链的过程。n定义定义DNA变性的变性的本质本质：碱基堆积力碱基堆积力和双链间和双链间氢键氢键的的破坏破坏。lDNA热变性：热变性：特点特点 骤然、突发式骤然、突发式融解温度融解温度Tm：A260变化值达到最大变变化值达到最大变化值一半时的温度，即化值一半时的温度，即50DNA双链被双链被解开时候的温度。解开时候的温度。Tm与与G+C含量含量成正比成正比l增色效应：增色效应： DNA变性变性时其溶液时其溶液A260增高增高的现象的现象 G+C 含量越高，解链温度就越高。含量越高，解链温度就越高。n解链曲线的变化解链曲线的变化三、变性的核酸可以复性或形成三、变性的核酸

10、可以复性或形成杂交双链杂交双链当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为一现象称为DNA复性复性。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液A260降低。降低。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为过程称为退火退火。 只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成形成杂化双链杂化双链。 这种杂化双链可以在

11、不同的这种杂化双链可以在不同的DNA与与DNA之间形之间形成，也可以在成，也可以在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。n核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization) 双链双链DNA1DNA1双链双链DNA2DNA2+加热变性加热变性DNADNA变性、复性及分子杂交变性、复性及分子杂交缓慢降温复性缓慢降温复性形成单链形成单链杂化双链杂化双链双链双链DNA1双链双链DNA2+注：也可发生在注：也可发生在DNA与与RNA或或RNA与与RNA之间之间 研究研究DNA分子中某一种基因的位置。分子中某一种基因的位置。 监定两种核酸分子间的序列相似性。监定两种核酸分子间的序列相似性。 检测某些专一序列在待检样品中存在与否。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。 是基因芯片技术的基础是基因芯片技术的基础n核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用第五节 核酸酶 Nuclease依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(DNas