第二章核酸化学

1、第二章第二章 核酸化学核酸化学Hoppe-seyler霍佩霍佩-赛勒赛勒(Ernst Felix Hoppe-Seyler, 1825-1895)，德国人。，德国人。 1877年首次提出年首次提出Biochemie这个名这个名词词 ，译成英文即，译成英文即Biochemistry，首创，首创蛋白质一词蛋白质一词(proteids)。他首次获得纯他首次获得纯卵磷脂卵磷脂，曾获得结晶血红素曾获得结晶血红素，研究过叶研究过叶绿素、血液、脓细胞。绿素、血液、脓细胞。Friedrich Miescher瑞士科学家瑞士科学家 (1844-1895) 1868年，年，Friedrich Miescher 从

2、从外科绷带上脓细胞的细胞核中分离外科绷带上脓细胞的细胞核中分离出了一种有机物质，它的含磷量超出了一种有机物质，它的含磷量超过任何一个当时已经发现的有机化过任何一个当时已经发现的有机化合物并且有很强的酸性，由于这种合物并且有很强的酸性，由于这种物质是从细胞核中分离出来的，就物质是从细胞核中分离出来的，就称之为核素称之为核素(nuclein)。我们现在知。我们现在知道他分离出来时的是混合物脱氧核道他分离出来时的是混合物脱氧核糖核蛋白。糖核蛋白。 二十多年后，二十多年后，1889年年 R.Altman从酵母和动物细从酵母和动物细胞核中制得不含蛋白质的胞核中制得不含蛋白质的核酸，命名核酸，命名 nuc

3、leic acid。Oswald Avery 1944年年,加拿大细菌学家加拿大细菌学家Oswald Avery(1877-1955)美国生物学家美国生物学家Macleod和和McCarty 发表著名论文发表著名论文, 证明证明DNA是遗传物质是遗传物质。 肺炎双球菌肺炎双球菌: :粗糙型粗糙型, ,光滑型光滑型 大肠杆菌大肠杆菌豌豆豌豆DNAdsDNA 17核小体核小体 16螺线管螺线管 140超螺线管超螺线管 15染色单体染色单体 人细胞含有人细胞含有5.74109bp，总长约总长约2米，压缩在米，压缩在46个配对个配对的染色体中，总长只有的染色体中，总长只有200微微米，压缩比达米，压缩

4、比达104。polydactyly 核酸是由许多单核苷酸通过磷酸二核酸是由许多单核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的高分子物质，其基本单酯键连接而成的高分子物质，其基本单位是核苷酸，是由上百个甚至几千万个位是核苷酸，是由上百个甚至几千万个核苷酸聚合而成的长链。这种长链又称核苷酸聚合而成的长链。这种长链又称多聚核苷酸。多聚核苷酸。第一节第一节 核酸的种类和化学组成核酸的种类和化学组成Erwin Chargaff DNA和和RNA在强酸的作用下在强酸的作用下可以完全水解，得到磷酸、戊糖可以完全水解，得到磷酸、戊糖和碱基三种组分，和碱基三种组分，DNA中的戊糖中的戊糖是是D-2-脱氧戊糖，脱氧戊糖，RNA

5、中的戊糖中的戊糖是是D-核糖，核酸分解成核苷酸，核糖，核酸分解成核苷酸，核苷酸进一步分解成核苷和磷酸，核苷酸进一步分解成核苷和磷酸，核苷进一步分解成碱基和戍糖。核苷进一步分解成碱基和戍糖。 在核酸中的含在核酸中的含N碱包括嘌呤（碱包括嘌呤（purine）和嘧啶（）和嘧啶（pyrimidine）两）两类，类，RNA中所含的是腺嘌呤、鸟嘌中所含的是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶呤、胞嘧啶和尿嘧啶(adenine、 guanine、 cytosine 、uracil)。DNA中所含的是腺嘌呤、鸟嘌呤、中所含的是腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶胞嘧啶和胸腺嘧啶(thymine)。核酸按其所含的糖不同而

6、分为核酸按其所含的糖不同而分为: 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic Acid，简写作，简写作DNA） 核糖核酸（核糖核酸（ribonucleic Acid，简写作简写作RNA）核酸的种类核酸的种类（一）（一）DNA 真核细胞内真核细胞内DNA主要分布在细胞核中，占总主要分布在细胞核中，占总量的量的98%以上，不同各生物的细胞核中的以上，不同各生物的细胞核中的DNA含含量有很大差异，但同种生物的体细胞核中的量有很大差异，但同种生物的体细胞核中的DNA含量是相同的，而性细胞核中含量是相同的，而性细胞核中DNA含量则占有体含量则占有体细胞的一半，在细胞核内，细胞的一半，在细

7、胞核内，DNA呈高度卷曲的双呈高度卷曲的双股螺旋链状态，与碱性蛋白即组蛋白结合成为染股螺旋链状态，与碱性蛋白即组蛋白结合成为染色质。每一个染色质含一个色质。每一个染色质含一个DNA分子，这个分子，这个DNA分子没有分枝，呈线状分子没有分枝，呈线状 。但是，原核细胞的。但是，原核细胞的DNA呈环状，存在于拟核内。呈环状，存在于拟核内。（二）（二）RNA RNA 在细胞内的在细胞内的RNARNA主要存在于细胞主要存在于细胞质中，约占质中，约占90%90%，不论动、植、微生物细胞内，不论动、植、微生物细胞内都含有三种主要的都含有三种主要的RNARNA。1 1核糖体核糖体RNA(ribosomal R

8、NA RNA(ribosomal RNA 简写作简写作rRNA)rRNA) rRNA rRNA与蛋白质结合而构成核糖体与蛋白质结合而构成核糖体(ribosome)(ribosome)，它是合成蛋白质的细胞器，在，它是合成蛋白质的细胞器，在核糖体内有三种分子大小不同的核糖体内有三种分子大小不同的rRNArRNA。rRNArRNA约占总约占总RNARNA的的75-80%75-80%。 2 2转移转移RNARNA（transfer RNAtransfer RNA简写作简写作tRNAtRNA） tRNAtRNA分子量最小，约为分子量最小，约为25000-30000D25000-30000D，核苷酸数目

9、在，核苷酸数目在75-8875-88之间，占总之间，占总RNARNA的的10-10-15%15%，主要功能是携带活化的，主要功能是携带活化的AAAA到核糖体上到核糖体上去合成蛋白质，起着转移去合成蛋白质，起着转移AAAA的作用。的作用。3 3信使信使mRNA(messenger RNAmRNA(messenger RNA简称简称mRNA)mRNA)，mRNAmRNA只占总只占总RNARNA的的5-19%5-19%，核苷，核苷酸数目在酸数目在12001200左右，左右，mRNAmRNA在蛋白质合成在蛋白质合成是起着决定氨基酸顺序的模板是起着决定氨基酸顺序的模板。大肠杆菌的大肠杆菌的RNA二、核酸

10、的化学组成二、核酸的化学组成( (一一) )碱基碱基: : 基本碱基的结构与命名基本碱基的结构与命名(A)(A)(G)(G)(C)(C)(T)(T)(U)(U)DNADNA中的四种碱基及它们间的氢键中的四种碱基及它们间的氢键胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌啉鸟嘌啉腺嘌啉腺嘌啉TCAGCH3RNA分子中的四个碱基分子中的四个碱基脱氧核糖脱氧核糖 上述的嘌呤或嘧啶碱与核糖或脱氧核上述的嘌呤或嘧啶碱与核糖或脱氧核糖连接便形成核苷，碱基与戊糖缩合而成糖连接便形成核苷，碱基与戊糖缩合而成有化合物叫核苷，碱基与脱氧戊糖缩合而有化合物叫核苷，碱基与脱氧戊糖缩合而成的化合物叫脱氧核苷。嘌呤碱以第成的化合物叫脱

11、氧核苷。嘌呤碱以第9 9位位氮与戊糖的第一位碳的半缩醛羟基连接。氮与戊糖的第一位碳的半缩醛羟基连接。嘧啶碱则以第嘧啶碱则以第1 1位氮与第一位半缩醛基连位氮与第一位半缩醛基连接。接。( (二二) )、核苷、核苷( (三三) ) 核苷酸核苷酸由核苷和磷酸生成由核苷和磷酸生成酯，称为核苷酸。由核酯，称为核苷酸。由核糖核苷生成的核苷酸称糖核苷生成的核苷酸称为核苷酸为核苷酸 (ribonudeotide)(ribonudeotide)由脱由脱氧核糖核苷生成的核苷氧核糖核苷生成的核苷酸则称为脱氧核糖核苷酸则称为脱氧核糖核苷酸酸(deoxyribonudeotide)(deoxyribonudeotide

12、)。磷酸不是同碱基相连。磷酸不是同碱基相连，而是同核糖的，而是同核糖的5 5位位相连或相连或2 2位或位或3 3位相位相连。连。ATPdATP4、细胞内核苷酸衍生物、细胞内核苷酸衍生物 环核苷酸环核苷酸:常见的有常见的有3,5环腺苷环腺苷酸酸cAMP、cGMP。它们是传递激素作用。它们是传递激素作用的媒介物的媒介物,在细胞代谢调节中具有重要作用在细胞代谢调节中具有重要作用。第二节第二节 DNA的分子结构的分子结构一、一、DNA的碱基组成的碱基组成E.charguff规则规则:1.体细胞碱基组成体细胞碱基组成2.不同生物碱基组成不同生物碱基组成3.亲缘关系相近的生物亲缘关系相近的生物4.A=T、

13、G=C5.A+G=C+TErwin Chargaff二、二、DNA的一级结构的一级结构 DNA分子中分子中碱基的排列顺序碱基的排列顺序叫叫DNA的一级结的一级结构。构。DNA的水解产物中有碱基、磷酸、脱氧核的水解产物中有碱基、磷酸、脱氧核糖、核苷、核苷酸等，因而推测糖、核苷、核苷酸等，因而推测DNA的骨的骨架结构为架结构为:DNA结构结构书写方式书写方式:三、三、DNA的二级结构的二级结构1.Watson和和Crick的的DNA的双的双螺旋结构的模型螺旋结构的模型 A.两条脱氧核苷酸链的走向：两条脱氧核苷酸链的走向：DNA分子由两条多脱氧核苷酸链组成，分子由两条多脱氧核苷酸链组成，这两条链都是

14、以磷酸二酯键连接起这两条链都是以磷酸二酯键连接起来的磷酸脱氧核糖长链骨架，位于来的磷酸脱氧核糖长链骨架，位于外侧，以右旋方式围绕一个共同的外侧，以右旋方式围绕一个共同的中轴向前旋绕，但二条链的方向相中轴向前旋绕，但二条链的方向相反，即一条链的走向为反，即一条链的走向为35方向，方向，另一条链为另一条链为53走向，二者呈逆走向，二者呈逆平行状态形成双螺旋，在螺旋中形平行状态形成双螺旋，在螺旋中形成大沟和小沟。嘌呤和嘧啶碱基重成大沟和小沟。嘌呤和嘧啶碱基重叠于螺旋内侧，碱基平面与纵轴相叠于螺旋内侧，碱基平面与纵轴相互垂直。互垂直。B. 碱基的配对：碱基的配对： 碱基的配对是一条链的腺嘌呤与另一碱基

15、的配对是一条链的腺嘌呤与另一条的胸腺嘧啶配对，一条链的鸟嘌呤与另条的胸腺嘧啶配对，一条链的鸟嘌呤与另一条胞嘧啶配对，一条胞嘧啶配对，A与与T形成两个氢键形成两个氢键(A=T)G与与C之间形成三个氢键之间形成三个氢键(GC)嘌呤，嘌呤，每个碱基之间配对叫互补碱基，并联后的每个碱基之间配对叫互补碱基，并联后的两条多脱氧核苷酸链叫互补链，一条链的两条多脱氧核苷酸链叫互补链，一条链的碱基顺序确定之后，就可推知另一条链的碱基顺序确定之后，就可推知另一条链的碱基顺序。碱基顺序。 C. DNA二级结构二级结构呈螺旋上升，旋呈螺旋上升，旋转过程中每转过程中每10个个核苷酸旋转一圈，核苷酸旋转一圈，螺旋上升一圈

16、，螺旋上升一圈，10个核苷酸上升个核苷酸上升3.4nm，每个核，每个核苷酸上升苷酸上升0.34nm，螺旋的直径螺旋的直径2nm。一、碱基堆积力：这是主要的稳定因素，一、碱基堆积力：这是主要的稳定因素， 因为各个碱基堆积在一起，产生碱因为各个碱基堆积在一起，产生碱基间的范德华引力，使得两条脱氧多核苷基间的范德华引力，使得两条脱氧多核苷酸链成螺旋开稳定结构，碱基堆积力是由酸链成螺旋开稳定结构，碱基堆积力是由于芳香族碱基的于芳香族碱基的电子之间相互作用而引电子之间相互作用而引起的起的DNA分子中碱基层层堆积，在分子中碱基层层堆积，在DNA分子内部形成了一个疏水核心，核心内几分子内部形成了一个疏水核心

17、，核心内几乎没有游离水分子，所以使互补的碱基之乎没有游离水分子，所以使互补的碱基之间形成氢键。间形成氢键。2.双螺旋结构稳定性双螺旋结构稳定性C6H6(benzene)H22H23H2H=_120KJ / molH=_232KJ / molH=_208KJ / molH苯实=208 KJ / molH苯理=3x120=360KJ / mol从氢化热看苯的稳定性从氢化热看苯的稳定性 碱基堆积力碱基堆积力二、碱基对之间的氢键：这种力量比二、碱基对之间的氢键：这种力量比碱基堆积力弱。碱基堆积力弱。三、磷酸残基上的负电荷与介质三、磷酸残基上的负电荷与介质中的阳离子中的阳离子(胺类，金属离子，稳胺类，金

18、属离子，稳定蛋白定蛋白)之间形成的离子键。之间形成的离子键。外来的外来的力量！力量！4、DNA双螺旋结构的多态性双螺旋结构的多态性 以上介绍的以上介绍的DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型是是DNA分子在细胞内和水溶液中的分子在细胞内和水溶液中的主要形式，现在称为主要形式，现在称为B-DNA，它是，它是相对湿度为相对湿度为92%时，时，DNA-钠盐纤维钠盐纤维所呈现的构象。在相对湿度为所呈现的构象。在相对湿度为75%，由由B-DNA脱水制成的脱水制成的DNA钠盐纤维钠盐纤维为为A-DNA。当。当DNA纤维中的水分再纤维中的水分再进一步减少时就出现进一步减少时就出现C-DNA。A-DNA、B-DN

19、A、C-DNA都是右手螺旋都是右手螺旋，它们之间只是碱基，它们之间只是碱基的平面不再垂直，而的平面不再垂直，而出现不同程度的倾角出现不同程度的倾角，螺距和每匝螺旋的，螺距和每匝螺旋的碱基数目也发生了改碱基数目也发生了改变。变。A-DNA、B-DNA、C-DNA都是右手螺旋都是右手螺旋，它们之间只，它们之间只是碱基的平面是碱基的平面不再垂直，而不再垂直，而出现不同程度出现不同程度的倾角，螺距的倾角，螺距和每匝螺旋的和每匝螺旋的碱基数目也发碱基数目也发生了改变。生了改变。但是，但是，Wang和和Rich等人在研究人工合成的等人在研究人工合成的CGCGCG单晶的单晶的X射线射线衍射图谱时分别发现这种

20、衍射图谱时分别发现这种六聚体的构象与上面讲到六聚体的构象与上面讲到的完全不同。它是左手双的完全不同。它是左手双螺旋，在主链中各个磷酸螺旋，在主链中各个磷酸根呈锯齿状排列，有如根呈锯齿状排列，有如“之之”字形一样，因此叫它字形一样，因此叫它Z构象（英文字构象（英文字Zigzag的的第一个字母）。还有，这第一个字母）。还有，这一构象中的重复单位是二一构象中的重复单位是二核苷酸而不是单核苷酸；核苷酸而不是单核苷酸；而且而且ZDNA只有一个螺只有一个螺旋沟，它相当于旋沟，它相当于B构象中构象中的小沟，它狭而深，大沟的小沟，它狭而深，大沟则不复存在。则不复存在。Z-DNA研究表明，研究表明，Z-DNA的

21、形成是的形成是DNA单链上出现嘌呤与单链上出现嘌呤与嘧啶交替排列所成的。比如嘧啶交替排列所成的。比如CGCGCGCG或者或者CACACACA。这种碱基排列方式会造成核苷酸的糖苷。这种碱基排列方式会造成核苷酸的糖苷键的顺式和反式构象的交替存在。当碱基与糖构成反式键的顺式和反式构象的交替存在。当碱基与糖构成反式结构时，它们之间离得远；而当它们成顺式时，就彼此结构时，它们之间离得远；而当它们成顺式时，就彼此接近。嘧啶糖苷键通常是反式的，而嘌呤糖苷酸键既可接近。嘧啶糖苷键通常是反式的，而嘌呤糖苷酸键既可成顺式的也可成反式的。而在成顺式的也可成反式的。而在Z-DNA中，嘌呤碱是顺式中，嘌呤碱是顺式的。这

22、样，在的。这样，在Z-DNA中嘧啶的糖苷链离开小沟向外挑出中嘧啶的糖苷链离开小沟向外挑出，而嘌呤上的糖苷键则弯向小沟。嘌呤与嘧啶的交替排，而嘌呤上的糖苷键则弯向小沟。嘌呤与嘧啶的交替排列就使得糖苷键也是顺式与反式交替排列，从而使列就使得糖苷键也是顺式与反式交替排列，从而使ZDNA主链呈锯齿状或主链呈锯齿状或“之之”字形。字形。Z-DNA生物学意义生物学意义 这种结构是怎样生成的？这一结构在这种结构是怎样生成的？这一结构在天然状态下存在吗？它有什么生物学天然状态下存在吗？它有什么生物学意义？意义？ 人们相信，并用实验证明细胞人们相信，并用实验证明细胞DNA分分子中确实存在有子中确实存在有ZDNA

23、区。而且，区。而且，细胞内有一些因素可以促使细胞内有一些因素可以促使BDNA转变为转变为ZDNA。比如，胞嘧啶第五。比如，胞嘧啶第五位碳原子的甲基化。位碳原子的甲基化。 螺距螺距 残基数残基数 碱基倾斜碱基倾斜 A型型(75%,Na) 2.8 11 20B型型(92%,Na) 3.4 10 0C型型(66%,Li) 3.1 9.3 6D/R hybrid 2.8 11 20Z型型 4.6 12 9三股螺旋三股螺旋DNADNA三链结构三链结构 环型环型DNA 生物体内有些生物体内有些DNA是以双链环形是以双链环形DNA形形式存在的，如某些病毒式存在的，如某些病毒DNA，噬菌体，噬菌体DNA、细菌

24、质粒、细菌质粒DN A、真核细胞中的线、真核细胞中的线粒体粒体DNA、叶绿体、叶绿体DNA等。等。在细胞内，由于在细胞内，由于DNA分子与其他分分子与其他分子的相互作用，使子的相互作用，使DNA双螺旋进一双螺旋进一步扭曲成三级结构，超螺旋是步扭曲成三级结构，超螺旋是DNA三级结构中最常见的形式。三级结构中最常见的形式。BacteriophageLambda Bacteriophage DNA第三节第三节 RNA的结构的结构 RNA的碱基组成：的碱基组成： RNA中所含的四种基本碱基是：中所含的四种基本碱基是：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶，腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶，此外还含有几十种修饰碱

25、基。此外还含有几十种修饰碱基。RNA的的碱基组成，不象碱基组成，不象DNA那样具有严格的那样具有严格的A=T，G=C的规律，因为的规律，因为RNA的结构的结构不象不象DNA那样，整个分子都是双螺旋那样，整个分子都是双螺旋结构。结构。 RNA的一级结构：的一级结构： 核糖核酸的一级结构很象脱氧核糖核酸的一级结构很象脱氧核糖核酸，是由许许多多的核糖核核糖核酸，是由许许多多的核糖核苷酸借助苷酸借助3、5-磷酸二酯键连接而磷酸二酯键连接而成的多核苷酸链，尽管成的多核苷酸链，尽管RNA的核糖的核糖C2上有一自由羟基，但不形成上有一自由羟基，但不形成2，5-磷酸二酯键，用牛脾磷酸二酯酶磷酸二酯键，用牛脾磷

26、酸二酯酶降解天然降解天然RNA，酶解产物中只有，酶解产物中只有3-核苷酸，并无核苷酸，并无2-核苷酸。核苷酸。一、一、mRNAmRNA的一级结构特点：的一级结构特点： 真核细胞的真核细胞的mRNA5-末端还有一特殊的结末端还有一特殊的结构，构，m7GpppNm，通称为，通称为“帽子结构帽子结构”。5末端末端的鸟嘌呤的鸟嘌呤N7被甲基化被甲基化m7G，核苷酸经过磷酸与，核苷酸经过磷酸与相邻的核苷酸（相邻的核苷酸（N）相连，形成）相连，形成5、5-磷酸二磷酸二酯键，这个（酯键，这个（N）核苷酸的）核苷酸的C2上也是被甲基化上也是被甲基化了的，这种特殊的了的，这种特殊的5末端有抗核酸酶水解的作末端有

27、抗核酸酶水解的作用。用。Nm表示表示N核苷酸的核苷酸的C2上也是被甲基化了。上也是被甲基化了。mRNA5末端的末端的“帽子帽子”结结构构启动子启动子外显子外显子内含子内含子转录终转录终止子止子 极大多数真核细胞极大多数真核细胞mRNA在在3末端连末端连续续200个核苷酸均为腺嘌呤核苷酸残个核苷酸均为腺嘌呤核苷酸残基，称为多聚腺苷酸（或称基，称为多聚腺苷酸（或称polyA），），原核细胞的原核细胞的mRNA其其3端一般没有端一般没有polyA、polyA的结构与的结构与mRNA从细胞从细胞转移至细胞质的过程有关，也与转移至细胞质的过程有关，也与mRNA的半衰期有关。新合成的的半衰期有关。新合成的

28、mRNA、polyA较长，衰老的较长，衰老的mRNA分子，分子，polyA短。短。二、二、tRNA三叶草结构具有下列共同特三叶草结构具有下列共同特点。点。1. 3末端起为三个不构成碱基末端起为三个不构成碱基对但也不是连接成环的核苷对但也不是连接成环的核苷酸，即酸，即C-C-AOH，连接它们，连接它们的是的是5-末端形成末端形成7个碱基对的个碱基对的一个螺旋区，通常称这一部一个螺旋区，通常称这一部分为分为“氨基酸臂氨基酸臂”或称氨基或称氨基酸接受基），因为在蛋白质酸接受基），因为在蛋白质生物合成中，生物合成中，tRNA运送氨基运送氨基酸时，氨基酸总是接在酸时，氨基酸总是接在3-末末端的腺苷酸上。

29、端的腺苷酸上。2.环环I由由8至至11个不能个不能形成碱基对的核苷酸形成碱基对的核苷酸组成的小环，接在由组成的小环，接在由3或或4个碱基对形成的个碱基对形成的另一个螺旋区的一端，另一个螺旋区的一端，此环因含有此环因含有5、6-二二氢尿嘧啶，故称为氢尿嘧啶，故称为“二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环”（DHU环）。连接环）。连接此环的螺旋区称二氢此环的螺旋区称二氢尿嘧啶区。尿嘧啶区。3.环环为由为由7个核苷酸个核苷酸组成的小环，它们也都组成的小环，它们也都不能互补为碱基对，接不能互补为碱基对，接在由在由5个碱基对级成的个碱基对级成的另一螺旋另一螺旋 区区 一端，位一端，位于此环中间部位的三个于此环中间部位

30、的三个核苷酸偏成一组，构成核苷酸偏成一组，构成所谓的所谓的“反密码子反密码子”，故称此环为故称此环为“反密码反密码环环”，连接此环的，连接此环的5个个碱基对组成的螺旋区称碱基对组成的螺旋区称“反密码区反密码区”。4. 环环为为7个核苷个核苷酸组成的小环，接酸组成的小环，接在由在由5 个碱基对形个碱基对形成的又一螺旋区的成的又一螺旋区的一端，此环因含有一端，此环因含有修饰核苷修饰核苷（假尿（假尿嘧啶核苷）及嘧啶核苷）及T（胸腺嘧啶核糖核（胸腺嘧啶核糖核苷酸残基）并必定苷酸残基）并必定含有含有-T-C的碱基的碱基顺序，所以又称为顺序，所以又称为T-C环。环。5.在环在环与环与环之间，之间，由由 3

31、-18个核苷酸组成个核苷酸组成的的“附加叉附加叉”又可称又可称额外环或不变环，这额外环或不变环，这些核苷酸以含有较多些核苷酸以含有较多修饰碱基为其特点，修饰碱基为其特点，它们有的可形成碱基它们有的可形成碱基对，称可变环或额外对，称可变环或额外环，有的不能形成碱环，有的不能形成碱基对，在不同种类的基对，在不同种类的tRNA中，额外环的大中，额外环的大小很不一致，核苷酸小很不一致，核苷酸的数目相差很远，所的数目相差很远，所以是以是tRNA分类的重要分类的重要指标。指标。tRNA三级结构三级结构三三. rRNARNA的结构的结构 原核生物和真核生物的核糖体大小不一原核生物和真核生物的核糖体大小不一样

32、。样。 原核生物（原核生物（70S） 真核生物（真核生物（80S）核糖体核糖体 rRNA 核糖体核糖体 rRNA小亚基小亚基 (30S ) 16S (40S ) 18S大亚基大亚基 (50S) 23S、5S (60S) 28S、5S、5.8S核糖体由两个亚基组成，核糖体由两个亚基组成，每个亚基由数十个蛋白每个亚基由数十个蛋白质和质和34种种rRNA组成。组成。 核糖体的大亚基和小亚基都有结合核糖体的大亚基和小亚基都有结合位点位点,小亚基有与小亚基有与mRNA结合的部结合的部位，大亚基有与位，大亚基有与tRNA结合的位点，结合的位点，在核糖体内，在核糖体内，rRNA以单链存在，而以单链存在，而且

33、也和且也和tRNA一样，多核苷酸链发生一样，多核苷酸链发生折叠而形成发夹式结构，同时，也折叠而形成发夹式结构，同时，也局部呈双螺旋结构，但是局部呈双螺旋结构，但是rRNA的双的双螺旋结构没有螺旋结构没有DNA稳定，它容易因稳定，它容易因各种因子影响而发生构象变化，如各种因子影响而发生构象变化，如温度、电解质的不同，可以使温度、电解质的不同，可以使RNA呈现不同的构象。呈现不同的构象。16S rRNA的二级结构的二级结构5S rRNA第四节核酸的理化性质第四节核酸的理化性质 一、核酸紫外吸收一、核酸紫外吸收: 1. 嘌呤碱、嘧啶碱具有共轭嘌呤碱、嘧啶碱具有共轭双键双键,使碱基、核苷、核苷使碱基、

34、核苷、核苷酸和核酸在酸和核酸在240-290nm有吸有吸收收, 在在260nm处最大吸收。处最大吸收。 C=C-C=C2. 纯纯DNA OD260/OD280=1.8 、 RNA=2.0, 不纯的样品不能用这个方法。不纯的样品不能用这个方法。这个特性可用来鉴定纯度。这个特性可用来鉴定纯度。3. 测定核酸含量：测定核酸含量： A260: 1.OD=50g/ml 双链双链DNA =40g/ml单链单链DNA、RNA =20g/ml寡核苷酸寡核苷酸二、核酸的解离性质二、核酸的解离性质: 核酸既有酸性基因，又有碱性核酸既有酸性基因，又有碱性基因，是两性电解质。基因，是两性电解质。磷酸基在磷酸基在pH4

35、时，时，H全部解离，呈全部解离，呈多阴离子状态。高等生物中这种状多阴离子状态。高等生物中这种状态下的核酸与碱性组蛋白结合而保态下的核酸与碱性组蛋白结合而保持稳定。持稳定。2碱基的解离也受碱基的解离也受pH的影响。的影响。3只有在中性条件下才能只有在中性条件下才能进行正常的碱基配对。进行正常的碱基配对。4核酸的核酸的pI=2-2.5, 中性带中性带负电，酸性带正电。负电，酸性带正电。5. 不同的核酸分子解离度不同，不同的核酸分子解离度不同，电性和带电量不同它们在电场的电性和带电量不同它们在电场的作用下能向与其相反的电极移动，作用下能向与其相反的电极移动，这种现象，称为这种现象，称为电泳电泳。电泳

36、是分。电泳是分离、鉴定核酸及其片段的常用方离、鉴定核酸及其片段的常用方法。法。1.核酸的变性核酸的变性: 当将呈双螺旋结构的当将呈双螺旋结构的DNA溶液缓慢地加热时溶液缓慢地加热时，其中氢键便断开，双链，其中氢键便断开，双链DNA便解脱成为单链，这便解脱成为单链，这叫做核酸的叫做核酸的“熔解熔解”或变性。或变性。降解降解: 核酸骨架上的核酸骨架上的3,5-磷酸二酯键的断裂、称为降磷酸二酯键的断裂、称为降解。解。三、核酸的变性、复性和分子杂交三、核酸的变性、复性和分子杂交:2.增色效应增色效应 核酸变性后，增加了核酸变性后，增加了A260的光吸收。的光吸收。 A260: 1.OD=50g/ml

37、双链双链DNA 1g/ml=1/50 OD =. OD 40g/ml单链单链DNA,RNA 1g/ml =1/40 OD = .OD 20g/ml寡核苷酸寡核苷酸 1g/ml =1/20 OD=. OD Tm值值 当当DNA从双螺旋结构变为单链的无从双螺旋结构变为单链的无规则卷曲状态时，它在规则卷曲状态时，它在260nm处的吸收便处的吸收便增加，也就是增色效应，引起增加，也就是增色效应，引起DNA发生熔发生熔解的温度变化范围只不过几度，这个温度解的温度变化范围只不过几度，这个温度变化范围的中点称为熔解温度（变化范围的中点称为熔解温度（Tm），）， DNA的的Tm值一般在值一般在70-85之间。

38、之间。DNA部分变性电镜图部分变性电镜图( (二二) )复性与退火复性与退火 当将双股链呈分散状态的当将双股链呈分散状态的DNA溶溶解液缓慢冷却时，它们又可以发生解液缓慢冷却时，它们又可以发生不同程度的重新结合，而形成双股不同程度的重新结合，而形成双股螺旋结构，这种现象称为螺旋结构，这种现象称为 “退火退火” （annealing）。在适宜的温度条件）。在适宜的温度条件下，分散开的两条下，分散开的两条DNA链可以完全链可以完全重新结合成和原来一样的双股螺旋。重新结合成和原来一样的双股螺旋。这个螺旋的重组过程称为这个螺旋的重组过程称为“复性复性” （renaturation）。）。DNA的变性与

39、复性的变性与复性T1/2 C const 哺乳动物哺乳动物的的DNA 一般一般均呈右图的均呈右图的曲线，这是曲线，这是因为它们的因为它们的基因组基因组DNA 中插入了大中插入了大量的重复序量的重复序列，如人的列，如人的DNA中就插中就插入了长度为入了长度为350bp的的Alu序列达序列达50万万份拷贝之多。份拷贝之多。DNA部分变性电镜图部分变性电镜图 5AGCT 3AGCT 3 5AGCT 3AGCT 3 3 3TCGA TCGA 5 3 3TCGA 5TCGA 5 5AGCT 3AGCT 3 5 5AGCT AGCT 3 3 3 3TCGA TCGA 5 3 3TCGA TCGA 5 5 5AGCT 3AGCT 3 5 5AGCT 3AGCT 3 3 3TCGA TCGA 5 3 3TCGA 5TCGA 5 Questions5AGCT 3AGCT 3 5 5AGCT 3AGCT 3 3 3TCGA 5TCGA 5 3 3TCGA TCGA 5 Questions : 1. If 5ACACAGCTAGCTTTGGT 3TTGGT 3 + + 3 3TCGATCGA