第7章核酸化学ppt课件

1、第七章第七章 核酸化学核酸化学大连大学生命科学与技术学院大连大学生命科学与技术学院吴海歌吴海歌核酸的发现和研讨进展核酸的发现和研讨进展v18681868年年 F.Miescher F.Miescher从脓菌细胞核中提取从脓菌细胞核中提取“核素，后被称为脱氧核糖核酸核素，后被称为脱氧核糖核酸(DNA) (DNA) v19441944年年 Avery Avery等人证明等人证明DNADNA是遗传物质是遗传物质v19531953年年 Watson Watson和和CrickCrick发现发现DNADNA的双螺旋构造的双螺旋构造, ,被誉为生物学和遗传学史上的被誉为生物学和遗传学史上的里程碑。里程碑。

2、v19581958年年 Crick Crick提出了分子生物学中心法那么；提出了分子生物学中心法那么；v19611961年年 提出支配子学说提出支配子学说v19661966年年 Nirenberg Nirenberg等发现遗传密码等发现遗传密码v19701970年年 Temin Temin和和BaltimoreBaltimore发现核酸逆转录酶，补充了中心法那么。发现核酸逆转录酶，补充了中心法那么。v19751975，19761976年年 Gilbert Gilbert和和SangerSanger等建立等建立DNADNA测序技术测序技术v19861986年年 美国启动人类基因组方案美国启动人类

3、基因组方案(HGP) (HGP) v20192019年年 中国参与人类基因组方案，承当中国参与人类基因组方案，承当1%1%的测序义务的测序义务v目前目前 完成人类基因组方案全部测序任务，已进入后基因组时代。完成人类基因组方案全部测序任务，已进入后基因组时代。v19941994年年 澳大利亚学者提出澳大利亚学者提出“蛋白质组。蛋白质组。本章主要内容本章主要内容v第一节第一节 核酸的化学组成；核酸的化学组成；v第二节第二节 核酸的一级构造核酸的一级构造DNADNA、RNARNA；v第三节第三节 DNADNA的空间构造与功能；的空间构造与功能；v第四节第四节 RNARNA的空间构造与功能；的空间构造

4、与功能；v第五节第五节 核酸的理化性质与运用；核酸的理化性质与运用； v 外形、大小、吸光度、变性、复性、外形、大小、吸光度、变性、复性、 v 分子杂交、核酸酶等分子杂交、核酸酶等v第六节第六节 核酸的生物学功能和意义；核酸的生物学功能和意义；v第七节第七节 核酸的分别、合成和鉴定核酸的分别、合成和鉴定第一节第一节 核酸的化学组成核酸的化学组成 pp.478pp.478v核酸核酸(nucleic acid)(nucleic acid)v 一种多聚核苷酸一种多聚核苷酸v以核苷酸为根本构造单元，经过以核苷酸为根本构造单元，经过3 3,5,5磷酸磷酸二酯键衔接构成多聚核苷酸链。二酯键衔接构成多聚核苷

5、酸链。v一种生物大分子，可携带和传送遗传信息，一种生物大分子，可携带和传送遗传信息，指点蛋白质生物合成。指点蛋白质生物合成。v 核酸的分类及分布核酸的分类及分布(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸分布：分布：90%90%以上存在于细胞核中，其以上存在于细胞核中，其他在核外，如线粒体，叶绿体，质他在核外，如线粒体，叶绿体，质粒等处。粒等处。分布：胞核分布：胞核(10%)(10%)、胞液、胞液(90%)(90%)功能：遗传信息的载体，决议细胞功能：遗传信息的载体，决议细胞和生命个体的基因型。

6、和生命个体的基因型。功能：参与功能：参与DNADNA遗传信息表达。遗传信息表达。 病毒病毒RNARNA也可作为遗传信息的载体。也可作为遗传信息的载体。一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成 pp.478The Chemical Component of Nucleic Acid1. 核酸组成核酸组成 1元素组成元素组成 C、H、O、N、P910%2核酸分子的三大组成成分：核酸分子的三大组成成分： 碱基碱基(base)： 嘌呤碱，嘧啶碱嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)核酸的特征元素核酸的特征元素核酸分解产物核酸分解产物 pp.

7、478DNADNA和和RNARNA间的区别主要在于核糖和碱基间的区别主要在于核糖和碱基RNA(DNA)()()碱碱基基( (腺腺嘌嘌呤呤、鸟鸟嘌嘌呤呤、 胞胞嘧嘧啶啶、脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸磷磷酸酸 核核苷苷(NR)(NR) 碱碱基基( (腺腺嘌嘌呤呤、鸟鸟嘌嘌呤呤、 脱脱氧氧核核苷苷(dNR)(dNR)胸胸腺腺嘧嘧啶啶脱脱氧氧核核苷苷酸酸(dNMP) (dNMP) 脱脱氧氧核核尿尿嘧嘧啶啶 胞胞嘧嘧啶啶、核核糖糖核核酸酸磷磷酸酸 核核苷苷酸酸(NM(NM P) P) 核核糖糖( ( ( () )R)R)R R糖糖 d d 碱碱 基基 pp.479pp.479嘌呤嘌呤(purine) (pu

8、rine) NNNHN123456789腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)(adenine, A)NNNHNNH26NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)(guanine, G)62嘧啶嘧啶(pyrimidine) pp.479NNH132456胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)可出如今可出如今DNA和和RNA中中NNHNH2O24胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)主要出如今主要出如今DNA中中NHNHOOCH3245尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)仅出如今仅出如今RNA中中NHNHOO24稀有碱基稀有碱基v稀有碱基特点：稀有碱基特点：vA,G,C,U,TA,G

9、,C,U,T的甲基化产物，在的甲基化产物，在核酸合成后，由甲基化酶催化核酸合成后，由甲基化酶催化进展甲基修饰而成。进展甲基修饰而成。v存在量稀少，存在量稀少，tRNAtRNA中含量较多，中含量较多，约约5%5%左右；左右；v细胞中含有一些游离嘌呤衍生细胞中含有一些游离嘌呤衍生物，如：次黄嘌呤、黄嘌呤等。物，如：次黄嘌呤、黄嘌呤等。 v目前知稀有碱基有近百种。目前知稀有碱基有近百种。v pp.479pp.479次黄嘌呤次黄嘌呤留意：含有酮基的嘌呤或嘧啶均含有酮式和烯留意：含有酮基的嘌呤或嘧啶均含有酮式和烯醇式构造，且处于二者平衡形状。醇式构造，且处于二者平衡形状。构成构成DNADNAOHOCH2

10、OHOH脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)构成构成RNARNA12345OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)2.2.核苷的构造核苷的构造 pp.480 pp.480 1 1核苷的组成核苷的组成碱基碱基 + + 核糖核糖( (脱氧核糖脱氧核糖) )，经过核糖经过核糖C1C1位和碱基中的位和碱基中的N N原原子相连，构成子相连，构成N-N-型糖苷键，型糖苷键，构成核苷构成核苷( (脱氧核苷脱氧核苷) )。核核 苷：苷：AR, GR, UR, CRAR, GR, UR, CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR, dGR, dAR, dGR, dTR, dCR dTR, dCROHOCH2

11、OHOHNNNH2O11POOOHOHOCH2OHOHNNNH2O3.3.核苷酸的构造与命名核苷酸的构造与命名 pp.481pp.481v核苷脱氧核苷和核苷脱氧核苷和 磷磷 酸以磷酸酯键衔接构成酸以磷酸酯键衔接构成核苷酸脱氧核苷酸。核苷酸脱氧核苷酸。v核苷酸：核苷酸：v AMP, GMP, UMP, CMPv脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：v dAMP, dGMP, v dTMP, dCMPv在在RNARNA分子核糖的环中分子核糖的环中2 2、3 3、5 5位含位含自在羟基，均可与磷酸结合，构成自在羟基，均可与磷酸结合，构成2 2- -核苷酸、核苷酸、3 3- -核苷酸、核苷酸、5 5- -核苷酸。核

12、苷酸。v在在DNADNA分子中均为分子中均为2 2位脱氧，因此，只位脱氧，因此，只需需3 3、5 5位核苷酸。位核苷酸。v生物体内主要存在生物体内主要存在5 5- -核苷酸。核苷酸。组成组成DNADNA、RNARNA的核苷酸特点的核苷酸特点核酸核酸核苷酸核苷酸简称简称RNARNA( (核糖核酸核糖核酸) )腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺苷酸（腺苷酸（AMPAMP）鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸鸟苷酸（鸟苷酸（GMPGMP）胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸胞苷酸（胞苷酸（CMPCMP）尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸尿苷酸（尿苷酸（UMPUMP）DNADNA( (脱氧核糖脱氧核糖核酸核酸) )脱氧腺嘌呤核苷酸脱氧腺嘌呤核

13、苷酸脱氧腺苷酸（脱氧腺苷酸（d dAMPAMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸脱氧鸟嘌呤核苷酸脱氧鸟苷酸（脱氧鸟苷酸（d dGMPGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸脱氧胞嘧啶核苷酸脱氧胞苷酸（脱氧胞苷酸（d dCMPCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸脱氧胸腺嘧啶核苷酸脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸 (d(dTMPTMP) )二、体内重要的游离核苷酸二、体内重要的游离核苷酸及其衍生物及其衍生物l一磷酸或多磷酸核苷酸：一磷酸或多磷酸核苷酸：l NMP，NDP，NTPl3,5环状核苷酸环状核苷酸: l cAMP，cGMP AMP、ADP、ATP构造构造 pp.481ADPO-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-P

14、OO-三磷酸腺苷 (ATP)AMPADPATP3,5-cAMP含有核苷酸的生物活性物质含有核苷酸的生物活性物质NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等中均含等中均含AMPNADP+NAD+AMPAMP 第二节第二节 核酸的一级构造核酸的一级构造 pp.482 核酸分子中核苷核酸分子中核苷酸的陈列顺序。酸的陈列顺序。 核苷酸区别在于碱基核苷酸区别在于碱基 也称碱基序列也称碱基序列5 5端端3端端CGAv3 3,5,5- -磷酸二酯磷酸二酯键衔接而成的键衔接而成的多核苷酸链；多核苷酸链；v无分支。无分支。pp.483pp.4833 3端端5 5端端DNADNA、RNARNA的一级构造的一级构

15、造 pp.483- pp.483-484484RNADNA核酸链要点：核酸链要点：v核酸骨架：磷酸核酸骨架：磷酸- -核糖，核糖，v 碱基为侧链；碱基为侧链；vDNADNA、RNARNA区别：区别：v DNA DNA组成：脱氧核糖、碱基、磷酸组成：脱氧核糖、碱基、磷酸v DNA DNA碱基：碱基：A A、G G、C C、T T；v RNA RNA组成：核糖、碱基、磷酸组成：核糖、碱基、磷酸v RNA RNA碱基：碱基：A A、G G、C C、U U；v具方向性具方向性( (极性极性) )：5 5- -磷酸、磷酸、3 3-OH-OHv 阅读方向：阅读方向：3 3端端55端端简简便便书书写写法法5

16、 pApCpTpGpCpT-OH 3 5A C T G C T 3 书写规那么：从左到右书写规那么：从左到右 5 5在左侧，含磷酸基；在左侧，含磷酸基； 3 3在右侧，含在右侧，含OHOH。 强调碱基顺序。强调碱基顺序。pp.482A G P5 P T PG PC PT P OH 3 3333355555第三节第三节 DNADNA的高级构造与功能的高级构造与功能Dimensional Structure and Function of DNA pp.485 pp.485 一、一、 DNA DNA的二的二级构造级构造右右手双螺旋构造手双螺旋构造 pp.486pp.486一研讨背景和历史意义一研讨

17、背景和历史意义 背景和根据：背景和根据： X- X-衍射结果显示：衍射结果显示： DNA DNA呈规律性螺旋构造；呈规律性螺旋构造； 核酸分子组成的定量关系核酸分子组成的定量关系A=TA=T，G=C)G=C)； DNA DNA具有种属特异性，不具有组织特异性；具有种属特异性，不具有组织特异性；不同种类生物体不同种类生物体DNADNA碱基组成不同，同种来源碱基组成不同，同种来源不同组织的不同组织的DNADNA分子碱基组成一样；分子碱基组成一样；* *意义：意义：DNADNA双螺旋构造提示了基因构造、遗传双螺旋构造提示了基因构造、遗传信息和功能之间的关系。使构造学派、信息信息和功能之间的关系。使构

18、造学派、信息学派和生化遗传学派得到了高度的一致，开学派和生化遗传学派得到了高度的一致，开创了生命科学研讨的新时期，推进了分子生创了生命科学研讨的新时期，推进了分子生物学和遗传学的迅速开展。物学和遗传学的迅速开展。v碱基组成特点：碱基组成特点： v A=T A=T；G=CG=Cv A+G=C+T A+G=C+T嘌呤嘌呤= =嘧啶嘧啶vA+C=G+TA+C=G+T氨基碱基氨基碱基= =酮基碱酮基碱基基 v碱基配对原那么：碱基配对原那么： v (Chargaff (Chargaff规那么规那么) pp.486) pp.486v 碱基以氢键配对碱基以氢键配对 v A = T A = T两个氢键；两个氢

19、键； v G G C C三个氢键三个氢键 v 此特点对此特点对DNADNA双螺旋构造模型的双螺旋构造模型的提出起到了重要作用。提出起到了重要作用。u两条反向平行的多聚脱氧核苷两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链，以右手螺旋方式绕同一酸链，以右手螺旋方式绕同一中心轴环绕；中心轴环绕；u脱氧核糖脱氧核糖- -磷酸链骨架在双螺磷酸链骨架在双螺旋外侧；旋外侧；u碱基居双螺旋内側，与对側碱碱基居双螺旋内側，与对側碱基经过氢键互补，构成碱基平基经过氢键互补，构成碱基平面。垂直螺旋轴，即：面。垂直螺旋轴，即：u A=T; G A=T; GC Cu ( (称碱基对称碱基对,base pair,bp),base pa

20、ir,bp)二二DNADNA双螺旋构造模型特征双螺旋构造模型特征( (要点要点 Watson-CrickWatson-Crick模型模型,1953,1953 pp.486pp.4865533u多聚核苷酸链的正方向为多聚核苷酸链的正方向为C3C5；u螺旋平均直径为螺旋平均直径为2nm，构，构成大沟和小沟相间；成大沟和小沟相间； u相邻碱基平面间间隔：相邻碱基平面间间隔：0.34nm；螺距：；螺距：3.4nmu 近期测定：近期测定：3.6nm)；u每每10(10.5)bp构成一个螺构成一个螺旋，每个旋，每个bp旋转约旋转约36o角角。55333.4nm3.4nmDNA碱基对的氢键和键长碱基对的氢键

21、和键长TACG三个氢键衔接，两三个氢键衔接，两链间间隔较狭窄链间间隔较狭窄两条氢键衔接，两条氢键衔接，两链间间隔较宽松两链间间隔较宽松pp.487 图图4-5u氢键：维持双链横向稳定性；氢键：维持双链横向稳定性；u碱基堆积力：维持纵向稳定性，碱基堆积力：维持纵向稳定性，疏水力和范德华力；疏水力和范德华力；u磷酸上负电荷与介质中阳离子磷酸上负电荷与介质中阳离子间构成盐健；间构成盐健；u前面两种力均为：前面两种力均为：u GC GCATATu GC GC含量多的含量多的DNADNA片段横向纵片段横向纵向均稳定。向均稳定。维持维持DNADNA双螺旋构造稳双螺旋构造稳定的三种力定的三种力 C CC C

22、T TT TGGA AGGA A三三DNADNA构造的多样性构造的多样性 pp.488pp.4881.1.双螺旋的多样性双螺旋的多样性A-A-型：双连反向右手，型：双连反向右手，较严密，较严密，11bp/11bp/周；周；B-B-型：型：Watson-CrickWatson-Crick模型，常见，模型，常见，10.5bp/10.5bp/周；周；Z-Z-型：左手双螺旋，型：左手双螺旋，锯齿形；以锯齿形；以(GC)n(GC)n含量多，严密；含量多，严密；12bp/12bp/周；真核和周；真核和原核原核DNADNA中均有存中均有存在；在；Z-DNA B-DNA A-DNA二、二、DNADNA三级构造

23、三级构造 pp.490pp.490vDNADNA携带遗传信息大分子携带遗传信息大分子v不同的生物体不同的生物体DNADNA分子不同，复杂程度也不分子不同，复杂程度也不同。进化程度越高，同。进化程度越高，DNADNA越复杂，分子量也越复杂，分子量也会越大。会越大。v真核线状真核线状DNADNA分子构成双螺旋后，虽然发生分子构成双螺旋后，虽然发生紧缩，但仍无法进入细胞核，因此必需进紧缩，但仍无法进入细胞核，因此必需进一步紧缩。一步紧缩。7PrDNA （缩缩短短 倍倍）原原核核真真核核超超螺螺旋旋结结构构 双双螺螺旋旋结结构构核核小小体体再再压压缩缩染染色色体体一一DNADNA的超螺旋构造的超螺旋构

24、造 pp.490-pp.490-v DNA来源不同，分子大小也不一样。来源不同，分子大小也不一样。v病毒病毒DNA进入病毒外壳、细菌染色体进入病毒外壳、细菌染色体DNA进入胞内核区、人类进入胞内核区、人类46条染色体条染色体DNA进入细胞核，这些长度极大的进入细胞核，这些长度极大的DNA分子必需经过多层次扭曲、环绕，分子必需经过多层次扭曲、环绕，紧缩成严密构造紧缩成严密构造(超螺旋超螺旋)，才干完成，才干完成安装义务。安装义务。1 1DNADNA超螺旋构造超螺旋构造 pp.491pp.491v DNA DNA双螺旋链的再环绕，即螺旋轴本身扭曲。双螺旋链的再环绕，即螺旋轴本身扭曲。v是是DNAD

25、NA构造张力的一种表现。构造张力的一种表现。v正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)(positive supercoil)v 张力过度，环绕方向与张力过度，环绕方向与DNADNA双螺旋方同一样双螺旋方同一样v负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)(negative supercoil)v 张力缺乏，环绕方向与张力缺乏，环绕方向与DNADNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 v 图图13-12 13-12 2 2DNADNA拓扑学性质拓扑学性质 pp.491pp.491v拓扑学拓扑学研讨相互绕在一同的环在几何形状研讨相互绕在一同的环在几何形状上的相互关系的学说。

26、上的相互关系的学说。v用三个参数表示：用三个参数表示：vL(L(总连环数总连环数)共价闭合环状共价闭合环状DNADNA两链缠绕次两链缠绕次数；数；vT(T(环绕数环绕数) )：螺旋轮数；：螺旋轮数；vW(W(超螺旋数超螺旋数) )：双螺旋绕超螺旋轴旋转次数。：双螺旋绕超螺旋轴旋转次数。vDNADNA拓扑学关系式：拓扑学关系式： v L=T+W L=T+Wv 在在DNADNA复制、转录过程起重要复制、转录过程起重要作用作用DNADNA超螺旋构造意义超螺旋构造意义超螺旋的拓扑学变化及其调控对于超螺旋的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录具有重要意义。转录具有重要意义。 例如：拓扑异构

27、酶能经过引入或解除例如：拓扑异构酶能经过引入或解除超螺旋来调理超螺旋程度，从而影超螺旋来调理超螺旋程度，从而影响响DNA的复制和转录时的解链过程。的复制和转录时的解链过程。二二DNADNA在细胞内的组装在细胞内的组装1 1原核生物原核生物DNADNA高级构造高级构造 原核原核DNADNA多为闭环双螺旋构造，在此多为闭环双螺旋构造，在此根底上再次螺旋化，构成超螺旋构造。根底上再次螺旋化，构成超螺旋构造。2 2真核生物细胞核内真核生物细胞核内DNADNA方式方式真核生物核染色体：真核生物核染色体：DNA+DNA+蛋白质蛋白质 pp.494 pp.494 分裂期分裂期棒状染色体棒状染色体染色体染色体

28、DNA + Pr(DNA + Pr(组蛋白组蛋白) DNA) DNA超级构造，超级构造，根本单位根本单位核小体。核小体。核小体的组成：核小体的组成： DNA DNA： 约约200bp 200bp 组蛋白：组蛋白：H1H1；H2AH2A，H2BH2B；H3H3；H4H4H1H1蛋白质数量：蛋白质数量：2(H2A,H2B,H3.H42(H2A,H2B,H3.H4) ) 构成八面体构成八面体 两个中心颗粒之间再由两个中心颗粒之间再由6060个个bp(bp(碱基对和碱基对和H1H1构成衔接区，构成衔接区，将中心颗粒和将中心颗粒和H1H1连成串珠构造连成串珠构造。中心颗粒中心颗粒中心颗粒中心颗粒pp.4

29、95pp.495pp.495 真核生物染色体真核生物染色体DNA组装不同层次的构造与图组装不同层次的构造与图13-17类似类似三、三、DNADNA构造与功能的关系构造与功能的关系1 1、确定、确定DNADNA是遗传物质的实验是遗传物质的实验( (肺炎球菌肺炎球菌 pp.475pp.475破碎细胞破碎细胞+R型细胞型细胞(非致病非致病)R(粗糙粗糙)只需只需R型型RDNase降解后的降解后的DNAR型细胞型细胞接受接受S型型DNAS型细胞型细胞(致病致病)S(光滑光滑)少数少数R型细胞型细胞被转化为含被转化为含S型基因的荚膜型基因的荚膜光滑致病型光滑致病型S大多数仍为大多数仍为R型型+T2T2噬

30、菌体感染大肠杆菌噬菌体感染大肠杆菌同位素实验同位素实验标志的标志的T2与与大肠杆菌混大肠杆菌混合感染合感染充分搅拌使菌充分搅拌使菌体外表体外表T2与与菌体分别菌体分别离心，检测上离心，检测上清和沉淀中放清和沉淀中放射性元素情况射性元素情况T2在侵染细菌时仅在侵染细菌时仅DNA进进入菌体，入菌体，Pr外壳没进入。外壳没进入。新病毒中仅有新病毒中仅有32P,没有没有35S存存在。在。35S标志标志T2蛋白质蛋白质35S在悬浮液中在悬浮液中32P标志标志T2DNA32P在沉淀菌体在沉淀菌体内内证明证明pp.476DNA是以基因的方式运载遗传信息，作为复制、转录的模板是以基因的方式运载遗传信息，作为复

31、制、转录的模板 2.基因DNA分子上的一段序列v构造基因构造基因能编码多肽链或能编码多肽链或RNARNA的的DNADNA片段。片段。DNADNA分子中还含有其他序列，它们不编码蛋白分子中还含有其他序列，它们不编码蛋白质，是纯粹的调理序列。质，是纯粹的调理序列。v调理基因调理基因( (调理序列调理序列)可提供以下信号，发可提供以下信号，发扬调理功能：扬调理功能：v 指示构造基因的开端和结尾；指示构造基因的开端和结尾；v 参与构造基因转录的启动和封锁；参与构造基因转录的启动和封锁；v 具有复制、重组起点的作用。具有复制、重组起点的作用。v基因基因由由DNADNA上一段编码肽链或转录上一段编码肽链或

32、转录RNARNA的序的序列列( (构造基因构造基因) )，和调理序列共同组成。，和调理序列共同组成。3.3.双螺旋提供了遗双螺旋提供了遗传信息传送根底传信息传送根底vDNADNA双螺旋性质为半双螺旋性质为半保管复制提供了构保管复制提供了构造根底。造根底。v细胞分裂时，按照细胞分裂时，按照碱基互补原那么，碱基互补原那么，以亲代以亲代DNADNA每条单链每条单链为模板合成与其互为模板合成与其互补的子链补的子链DNADNA如如图。图。 4. 4.基因指点蛋白质合成基因指点蛋白质合成v反向平行的双螺旋也可以在反向平行的双螺旋也可以在DNADNA和和RNARNA链之间构成，链之间构成，叫做叫做DNA-R

33、NADNA-RNA杂交链。在杂交分子中基因将信息杂交链。在杂交分子中基因将信息准确地传送给准确地传送给RNARNA，并可指点蛋白质合成。杂交，并可指点蛋白质合成。杂交链的碱基配对规那么：链的碱基配对规那么：v DA-RU DA-RU、DG-RCDG-RC、DC-RGDC-RG、DT-RADT-RAv碱基配对的运用：出如今复制中，产物为碱基配对的运用：出如今复制中，产物为DNADNA；v 出如今转录中，产物为出如今转录中，产物为RNARNAv细胞内细胞内RNA(mRNARNA(mRNA、tRNAtRNA和和rRNA)rRNA)都是以都是以DNADNA为模板为模板转录产物。转录产物。vDNADNA

34、和蛋白质之间的联络物是和蛋白质之间的联络物是RNARNA。v 以亲代以亲代DNA为模板，经过为模板，经过v 碱基配对原那么，复制生成子碱基配对原那么，复制生成子v 代代DNADNA复制；复制；v以以DNA单链某一基因片段为模单链某一基因片段为模v 板，经过碱基配对原那么合成板，经过碱基配对原那么合成v RNARNA转录；转录；v以以mRNA为模板，以过多种为模板，以过多种RNA配合，经过密码配合，经过密码子的翻译，指点合成蛋白质子的翻译，指点合成蛋白质翻译。翻译。vRNA病毒在宿主细胞中繁衍时，以其病毒在宿主细胞中繁衍时，以其RNA为模板，为模板，经过碱基配对原那么，在逆转录酶催化下，合成经过

35、碱基配对原那么，在逆转录酶催化下，合成DNA，称为逆转录过程。，称为逆转录过程。DNADNA不仅可以指点复不仅可以指点复制制DNADNA，也指点转录，也指点转录合成能与合成能与DNADNA链互补链互补的的RNARNA链。链。按照按照CrickCrick中心法那中心法那么，在信息表达时，么，在信息表达时，编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因可将信息转录给可将信息转录给mRNAmRNA。再以。再以mRNAmRNA为为模板指点合成蛋白模板指点合成蛋白质。质。DNA 5-A-G-A-G-G-T-G-C-T-3 3-T-C-T-C-C-A-C-G-A-5转录mRNA 5-A-G-A-G-G-T-G-C-T-

36、3tRNA U-C-U C-CA C-G-AArgGlyAla翻译蛋白质蛋白质 -ArgGlyAla 转录和翻译转录和翻译模板链在在mRNAmRNA线性序列上每三个核苷酸为一个遗传线性序列上每三个核苷酸为一个遗传密码，编码一个氨基酸。因此，密码，编码一个氨基酸。因此，mRNAmRNA的核苷的核苷酸序列确定了蛋白质的氨基酸序列。酸序列确定了蛋白质的氨基酸序列。基因的遗传信息经过基因的遗传信息经过RNARNA的中间传送，最终的中间传送，最终以蛋白质的方式表达出来。发扬蛋白质生物以蛋白质的方式表达出来。发扬蛋白质生物学功能和特性。学功能和特性。 即：基因表达即：基因表达四、四、DNADNA的序列分析

37、的序列分析v测定测定DNADNA核苷酸序列的根本原那么：核苷酸序列的根本原那么：v 获得高纯度、均一完好的获得高纯度、均一完好的DNADNA基因片段；基因片段；v 用用DNADNA限制性内切酶降解，获得一套大小不限制性内切酶降解，获得一套大小不同片段；同片段；v 测定每个片段的核苷酸序列；测定每个片段的核苷酸序列；v 完好完好DNADNA分子的拼接。分子的拼接。v核酸的测序，是测定碱基序列过程。核酸的测序，是测定碱基序列过程。v与蛋白质的氨基酸测序原那么类似。与蛋白质的氨基酸测序原那么类似。五、五、DNADNA限制性内切酶限制性内切酶v 催化外源催化外源DNADNA中某特定部位水解的酶类。中某

38、特定部位水解的酶类。v一细菌一细菌DNADNA的限制、修饰系统：的限制、修饰系统：v降解外源降解外源DNADNA特异部位，修饰内源特异部位，修饰内源DNADNA一样部位。一样部位。v即：菌体除含有降解外源即：菌体除含有降解外源DNADNA分子的酶外，还分子的酶外，还含有对内源含有对内源DNADNA分子中限制性内切酶识别部位分子中限制性内切酶识别部位修饰维护作用的酶类。修饰维护作用的酶类。v限制：破坏外源限制：破坏外源DNADNAv修饰：维护内源修饰：维护内源DNADNAAAGCGATTGGCTT.TTCGCTAACCGAA外源性外源性DNA.GCATTAAGCGATTGGAGCTTA.CGTA

39、ATTCGCTAACCTCGAAT.内源性内源性DNA限制性内切酶修饰酶v修饰：多由专注性甲基化酶完成修饰：多由专注性甲基化酶完成v甲基化酶对内源甲基化酶对内源DNADNA维护与限制性内切酶维护与限制性内切酶对外源对外源DNADNA降解作用于同一部位。降解作用于同一部位。v宿主甲基化酶和限制性内切酶往往成对存在。宿主甲基化酶和限制性内切酶往往成对存在。v二限制性内切酶二限制性内切酶v 两种类型：两种类型：v 类型类型具有降解酶、修饰酶、具有降解酶、修饰酶、ATPATP酶功能；酶功能；v 类型类型仅具有降解酶功能。仅具有降解酶功能。 限制性内切酶类型限制性内切酶类型切割部位特点：切割部位特点：v

40、4-6bp4-6bp特定序列，呈双重对称特定序列，呈双重对称v例如：例如：EcoREcoR识别降解部位可产生黏性末端识别降解部位可产生黏性末端v EcoR EcoR识别降解部位可产生平齐末端识别降解部位可产生平齐末端 E：大肠杆菌：大肠杆菌E coli；co：种名的字头；：种名的字头；R：Ecoli的株系；罗马字母：酶的编号的株系；罗马字母：酶的编号采用采用DNADNA复制原理复制原理在在DNADNA模板、引物、模板、引物、4 4种种5 5-dNTP-dNTP及酶促合及酶促合成所需求的其他一切条件下：成所需求的其他一切条件下：DNADNA聚合酶在模板指点下，以聚合酶在模板指点下，以3 3,5,

41、5- -磷酸二磷酸二酯键结合的方式依次将单个酯键结合的方式依次将单个5 5-dNTP-dNTP衔接衔接到引物或新合成链的到引物或新合成链的3 3-OH-OH上，依次合成，上，依次合成，从而得到与模板互补的从而得到与模板互补的DNADNA新链。新链。当向当向3 3-OH-OH端参与的端参与的5 5-dNTP-dNTP时，假设同时时，假设同时参与参与3 3-OH-OH被被H H取代物，那么部分取代物，那么部分DNADNA新链新链合成便被终止。合成便被终止。v由于终止部位是随机的，所以可以获得任何一由于终止部位是随机的，所以可以获得任何一种长度的种长度的DNADNA片段。片段。v经过电泳分别，再经放

42、射自显影，从胶片上直经过电泳分别，再经放射自显影，从胶片上直接可读出核苷酸顺序接可读出核苷酸顺序( (如图如图) )。v此法简便、快速且准确。此法简便、快速且准确。v链终止法关键：链终止法关键： 2 2,3,3-ddNTP-ddNTP与与dNTPdNTP的含量比。的含量比。 ddNTP/dNTPddNTP/dNTP比值恰当，可保证合成终止在所需比值恰当，可保证合成终止在所需位置。位置。 GGCCATCGTTGA2134链终止法测定链终止法测定DNADNA序列序列- -电泳图谱电泳图谱与膜板与膜板DNADNA互补序列互补序列pp.519pp.5191234567981010 GGCCATCGTT

43、GA10 GGCCATCGTTGA10 GGCCATCGTTGA七、七、DNADNA分子大小特点和分析分子大小特点和分析vDNADNA生物大分子生物大分子v病毒病毒DNADNA：几千：几千bpbpv细菌细菌DNADNA：几百万：几百万bpbpv真核染色体真核染色体DNADNA：几千万：几千万bpbp核酸的研讨方法核酸的研讨方法v分子杂交法分子杂交法v电子显微镜察看法电子显微镜察看法v核酸复性动力学研讨法核酸复性动力学研讨法vDNADNA、RNARNA核酸测序法核酸测序法v研讨提示了许多核酸的组织构造特点。研讨提示了许多核酸的组织构造特点。Structure and Function of RN

44、Av除上列除上列RNARNA外，还有多种外，还有多种RNARNA存在于细胞中，如：存在于细胞中，如：v 核内小核内小RNA(SnRNA)RNA(SnRNA)，主要参与，主要参与HnRNAHnRNA的剪切与转运；的剪切与转运；v 核仁小核仁小RNA(SnoRNA)RNA(SnoRNA)，主要参与，主要参与rRNArRNA的加工与修饰。的加工与修饰。RNARNA的构造与功能的构造与功能vRNARNA构造：构造：v 多以单链方式存在，多以单链方式存在，v 有部分二、三级构造；有部分二、三级构造；v相对分子量相对分子量Mr.Mr.：v 几十几千个核苷酸残基几十几千个核苷酸残基vRNARNA功能：功能：

45、v几种几种RNARNA共同完成基因表达共同完成基因表达( (蛋白质合成蛋白质合成) )义务义务 一、信使核糖核酸一、信使核糖核酸mRNAmRNA 的构造与功能的构造与功能 1.mRNA1.mRNA的特证：的特证：mRNAmRNA基因的携带者，含编码区和非编码区基因的携带者，含编码区和非编码区编码区编码区( (构造基因构造基因)指点蛋白质合成；指点蛋白质合成；非编码区非编码区调控蛋白质合成的起始与终止；调控蛋白质合成的起始与终止；mRNAmRNA量：约占细胞总量：约占细胞总RNARNA量的量的5%5%；不稳定，细菌不稳定，细菌mRNAmRNA半衰期仅几分钟；半衰期仅几分钟；mRNAmRNA多以一

46、级构造方式存在。多以一级构造方式存在。2. 2. 原核生物原核生物mRNAmRNA特征特征含非编码区；含非编码区；含多顺反子含多顺反子 非编码区非编码区不为蛋白质编码的核苷酸序不为蛋白质编码的核苷酸序列列单顺反子单顺反子一个基因仅携带为一条肽链一个基因仅携带为一条肽链编码编码 的核苷酸序列的核苷酸序列( (信息。信息。多顺反子多顺反子一个基因携带为多条肽链编一个基因携带为多条肽链编码的全部核苷酸序列。每个顺反子编码一码的全部核苷酸序列。每个顺反子编码一条肽链条肽链非编码区，多为核非编码区，多为核糖体识别位点糖体识别位点 mRNA mRNA的的3 3端和端和5 5端均存在一段非编码区。端均存在一

47、段非编码区。 非编码区功能非编码区功能调理基因的开放与封锁；调理基因的开放与封锁； 原核生物原核生物mRNAmRNA含多顺反子，每两个顺反子含多顺反子，每两个顺反子间被非编码区隔开；间被非编码区隔开；单顺反子单顺反子单顺反子单顺反子 原核生物原核生物mRNAmRNA的的SDSD序列序列v原核原核mRNAmRNA起始密码起始密码AUGAUG上游上游( (左侧左侧) )约约1010核核苷酸处，有一段富含嘌呤的核苷酸序列，苷酸处，有一段富含嘌呤的核苷酸序列，称为前导序列。称为前导序列。 v (Shine-Dalgarno (Shine-Dalgarno发现，因此命发现，因此命名，并称其为名，并称其为

48、SDSD序列序列 ) )vSDSD序列功能：与翻译的起始亲密相关，序列功能：与翻译的起始亲密相关，是是mRNAmRNA与核与核v 糖体小亚基中糖体小亚基中16S rRNA 16S rRNA 结合的部位。结合的部位。 3. 3.真核细胞真核细胞mRNAmRNA特征特征 pp.484 pp.484 真核生物真核生物mRNAmRNA中只需单顺反子，但在其两端中只需单顺反子，但在其两端也存在非编码区。如以下图。也存在非编码区。如以下图。5 5 非编码区非编码区3 3 非编码区非编码区编码区编码区 真核生物真核生物mRNAmRNA的内含子和外显子的内含子和外显子 真核真核mRNAmRNA合成初期的合成初

49、期的HnRNAHnRNA中存在不编码蛋白中存在不编码蛋白的内含子和编码蛋白的外显子。在成熟加工过的内含子和编码蛋白的外显子。在成熟加工过程中，需将内含子切掉，将外显子衔接起来，程中，需将内含子切掉，将外显子衔接起来，构成成熟的构成成熟的mRNAmRNA分子分子( (如图如图):):内含子内含子(intro(intron)n) 外显子(exon)HnRNA 加工加工mRNA 真核生物真核生物mRNAmRNA的成熟与转移的成熟与转移细胞核细胞核DNA HnRNA mRNA mRNA Pr 胞质胞质DNA HnRNA mRNA mRNA Pr 核核糖糖体体核核糖糖体体转转录录加加工工翻翻译译真核真核

50、mRNAmRNA构造特点构造特点 pp.484pp.484a.5a.5末端帽子构造：末端帽子构造：m7G5m7G5ppp5ppp5Nm-Nm- 转录后加工上去的：转录后加工上去的：7-7-甲基鸟苷二磷酸甲基鸟苷二磷酸 有些第一个核苷酸残基的有些第一个核苷酸残基的G G2 2也被甲基化。也被甲基化。b.b.多数真核多数真核mRNAmRNA的的3 3末端有多聚末端有多聚A A尾：尾：polyAnpolyAn 转录后加工上去的：转录后加工上去的：-AAAAAA-An -AAAAAA-An 5 5非编码区非编码区3 3非编码区非编码区编码区编码区5 5帽子构造帽子构造3 3多聚多聚A A尾构造尾构造

51、帽子构造：m7GpppNm- pp.484帽子构造的功能：帽子构造的功能：协助协助mRNA与核糖体识别，为与核糖体识别，为mRNA翻译的起始翻译的起始提供识别标志，防止提供识别标志，防止5末端降解起维护作用。末端降解起维护作用。75531CH3O4.mRNA4.mRNA的功能的功能 DNA携带的遗传信息，经过碱基配对携带的遗传信息，经过碱基配对原那么转录到原那么转录到mRNA分子上，然后，再分子上，然后，再以以mRNA为模板，在核糖体上指点合成为模板，在核糖体上指点合成蛋白质。蛋白质。mRNA原核细胞原核细胞DNA蛋白合成蛋白合成转录转录翻译翻译细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子

52、外显子转录转录转录后剪接内含子，添转录后剪接内含子，添加加5帽子、帽子、3尾构造尾构造翻译翻译蛋白质合成蛋白质合成真核细胞真核细胞 m7GpppAAAAA二、转运核糖核酸二、转运核糖核酸tRNAtRNA 的构造与功能的构造与功能NNHNHNNOCH3CH3N,NN,N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤2 2稀有碱基二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶DHUNHNHOOHHHH6 65 5假尿嘧啶假尿嘧啶()NHOOHNv氨基酸臂富含氨基酸臂富含GCGC，且，且有有-CCA-OH3-CCA-OH3););v二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶DHUDHU环；环；v反密码子环反密码子环7 7个碱基，个碱基，中部的中部的3 3个核苷酸残基构

53、个核苷酸残基构成反密码子与密码子反成反密码子与密码子反向识别；向识别；v额外环额外环( (不同的不同的tRNAtRNA，此，此环大小不同，有一定的环大小不同，有一定的种属特异性；种属特异性；v假尿嘧啶假尿嘧啶- -胸腺嘧啶胸腺嘧啶TCTC环环7 7个核苷酸个核苷酸残基，含残基，含TCTC成分。成分。2.tRNA2.tRNA的二级构造的二级构造三叶草型三叶草型 pp.496pp.49653 tRNAtRNA的功能的功能活化、转运氨基酸；活化、转运氨基酸；经过反密码子识别密码子；经过反密码子识别密码子；并将并将AAAA运输到核糖体中，参与运输到核糖体中，参与蛋白质合成。蛋白质合成。pp.177反密

54、码子氨基酸臂5端端3端端三、核糖核蛋白体核糖核酸三、核糖核蛋白体核糖核酸(rRNA)(rRNA) 的构造与功能的构造与功能rRNArRNA细胞中含量最多的细胞中含量最多的RNA,RNA,约占约占80%80%vrRNArRNA的构造的构造( (如图如图v功能：功能：v rRNA rRNA可与蛋白质可与蛋白质结合，构成核糖体；结合，构成核糖体；为蛋白质生物合成提为蛋白质生物合成提供场所。供场所。 ( (如下表如下表) )pp.498 核糖核蛋白体的组成核糖核蛋白体的组成 pp.498占总分量的占总分量的35%49种种占总分量的占总分量的30%31种种蛋白质蛋白质4718个核苷酸个核苷酸160个核苷

55、酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸23S5SrRNA60S50S大亚基大亚基占总分量的占总分量的50%33种种占总分量的占总分量的40%21种种蛋白质蛋白质1874个核苷酸个核苷酸18S1542个核苷酸个核苷酸16SrRNA40S30S小亚基小亚基真核生物以小鼠肝真核生物以小鼠肝为例为例原核生物以大肠杆菌原核生物以大肠杆菌为例为例第第 五五 节节核酸的理化性质与运用核酸的理化性质与运用The Physical and Chemical Charactersof Nucleic Acid and its applicationpp.

56、502 一、核酸的溶解性一、核酸的溶解性1.1.有机溶剂分别：有机溶剂分别： 核酸分子中因含有许多极性基团，核酸分子中因含有许多极性基团， 例如：例如：-OH-OH、-NH2-NH2、-PO43- -PO43- 等；等； 易溶于水，不溶于乙醇、氯仿易溶于水，不溶于乙醇、氯仿等有机溶剂。等有机溶剂。 用用70%70%乙醇可将核酸从水溶液中乙醇可将核酸从水溶液中沉淀分别沉淀分别2.2.低盐溶液分别核酸低盐溶液分别核酸- -蛋白复合物：蛋白复合物： 胞内胞内DNADNA、RNARNA常以蛋白质复合物方式存在：常以蛋白质复合物方式存在： 如：如：DNA-DNA-蛋白质蛋白质(DNP)(DNP)、RNA

57、-RNA-蛋白质蛋白质(RNP)(RNP) DNP DNP在低盐溶液中溶解度很低，在低盐溶液中溶解度很低，RNPRNP溶解度较高。溶解度较高。 例如：例如：DNPDNP在在0.14molL-10.14molL-1的的NaClNaCl中的溶解度仅为水中的溶解度仅为水中的中的1%1%，但，但RNPRNP却极易溶解。所以可用于分别。却极易溶解。所以可用于分别。RNPDNP0.14mol/LNaCl+DNP和和RNP混合样混合样DNP沉淀沉淀1mol/LNaCl参与参与DNP沉淀沉淀饱和苯酚饱和苯酚除蛋白除蛋白 二、核酸的紫外吸收特点二、核酸的紫外吸收特点 pp.507v核酸在紫外光区具有剧烈的吸收，

58、其最大吸收核酸在紫外光区具有剧烈的吸收，其最大吸收值在值在260nm260nm附近；因此，经过附近；因此，经过A260A260可初步测出可初步测出核酸含量。核酸含量。v原理：碱基含有共轭双键；原理：碱基含有共轭双键；v蛋白质在蛋白质在280nm280nm附近具有特征吸收，由于含有附近具有特征吸收，由于含有TyrTyr和和TryTry残基残基( (含共轭双键的芳香烃侧链含共轭双键的芳香烃侧链) )；v用紫外光对核酸定量时应留意固定用紫外光对核酸定量时应留意固定pHpH：v固定固定pHpH稳定解离形状稳定解离形状稳定空间构造稳定空间构造得到得到稳定的稳定的A260A260值。值。 判别核酸纯度判别

59、核酸纯度 pp.507v较纯的较纯的DNADNA：A260/A280=1.8A260/A280=1.8v较纯的较纯的RNARNA： A260/A280=2.0 A260/A280=2.0v当样品中含有杂蛋白质时：当样品中含有杂蛋白质时：A260/A280A260/A280v当样品中含有当样品中含有RNARNA时：时：A260/A280A260/A280v纯品可用纯品可用A260A260定量测定其含量：定量测定其含量：v通常：通常：A260=1 A260=1 时：时： v双链双链DNA=50g/mLDNA=50g/mL；单链；单链DNA(DNA(或或RNA)=40g/mLRNA)=40g/mLv

60、或寡聚核苷酸或寡聚核苷酸20g/mL20g/mL各种碱基的紫外吸收光谱各种碱基的紫外吸收光谱pH7.5A AC CGGT TUU消光系数波长波长A26A260 0vDNADNA变性变性在某些理化要素作用下，在某些理化要素作用下，DNADNA双链双链间间H H键断裂，构成两条单链的过程。键断裂，构成两条单链的过程。v条件：过酸、过碱，加热，变性剂条件：过酸、过碱，加热，变性剂( (如尿素、如尿素、 酰胺等酰胺等) )以及某些有机溶剂等。以及某些有机溶剂等。v增色效应：增色效应：v DNADNA变性时，使溶液变性时，使溶液A260A260增高的景增高的景象。象。200 260 300波长波长(nm