食品生物化学第4章 核酸ppt课件

1、v核苷酸核苷酸v脱氧核糖核酸和核糖核酸脱氧核糖核酸和核糖核酸v核酸的理化性质及分离纯化核酸的理化性质及分离纯化一、核酸的分类与组成一、核酸的分类与组成核酸分为两大类核酸分为两大类:脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸DNA） 主要存在于细胞核内。主要存在于细胞核内。核糖核酸核糖核酸RNA） 主要存在于细胞质中。主要存在于细胞质中。v核酸核酸DNA和和RNA是一种线性多聚核是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。v核苷酸本身由核苷和磷酸组成核苷酸本身由核苷和磷酸组成, v核苷则由戊糖和碱基形成核苷则由戊糖和碱基形成vDNA与与RNA结构相似，但在组成成份上结构相似，但

2、在组成成份上略有不同。略有不同。核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基核酸核酸1核苷酸核苷酸嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶（1 1组成核苷酸的碱基组成核苷酸的碱基1核苷酸核苷酸NHNNHNONH2NNNHNNH2v腺嘌呤腺嘌呤v Av鸟嘌呤鸟嘌呤v G尿嘧啶尿嘧啶 UNHNHOO胞嘧啶胞嘧啶 CNNHNH2O胸腺嘧啶胸腺嘧啶 TNHNHOOv组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。vDNA所含的糖为所含的糖为-D-2-脱氧核糖。脱氧核糖。vRNA所含的糖则为所含的糖则为-D-核糖。核糖。OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖 碱基碱基+戊糖戊糖=核苷

3、核苷糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-N键，称为键，称为C-N糖苷键。糖苷键。胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2v核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷酸是核苷的磷酸酯。v5-磷酸磷酸-脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷-DNAv5-磷酸磷酸-核糖核苷核糖核苷-RNAOBOHOHOH2CPOHHOOB=腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHOOOBOH脱氧核糖核苷酸苷酸苷酸CMP dCMP尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸脱

4、氧胸腺嘧啶脱氧胸腺嘧啶核苷酸核苷酸UMP dTMPv核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。甲基化产物。核苷酸的理化性质核苷酸的理化性质P89v碱基与紫外吸收：碱基与紫外吸收：260 nmv疏水堆积作用疏水堆积作用v碱基互补配对碱基互补配对ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。苷酸衍生物。 ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸)O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (A

5、TP)2核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物 5-NMP 5-NDP 5-NTPN=A、G、C、U 5-dNMP 5-dNDP 5-dNTP N=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物腺苷酸及其多磷酸化合物 AMP Adenosine monophosphate ADP Adenosine diphosphate ATP Adenosine triphosphateATP的性质的性质vATP 分子的最显著特点是含有分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。两个高能磷酸键。vATP水解时水解时, 可以释放出大量自可以释放出大量自由能。由能。vATP 水解释放出来的能量用于水解释放出来的能量用于推动生物体内各种

6、需能的生化推动生物体内各种需能的生化反应。反应。vATP 是生物体内最重要的能量是生物体内最重要的能量转换中间体。转换中间体。多聚核苷酸多聚核苷酸v多聚核苷酸是通过核苷酸的多聚核苷酸是通过核苷酸的5-磷酸基与另一磷酸基与另一分子核苷酸的分子核苷酸的C3-OH形成磷酸二酯键相连而形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。成的链状聚合物。v由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNA链；链；v由核糖核苷酸聚合而成的则称为由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNA链。链。第二节第二节 核酸的结构核酸的结构一级结构一级结构: 由由4种脱氧核苷酸通过种脱氧核苷酸通过3 -5 磷酸磷酸二酯键连接起

7、来的直线形或环形多聚体。二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。 二级结构二级结构: 核苷酸链内或链之间通过氢键折核苷酸链内或链之间通过氢键折叠卷曲而成的双螺旋结构。绝大多数为右叠卷曲而成的双螺旋结构。绝大多数为右旋。旋。三级结构三级结构: 是指是指DNA分子在二级结构的基础分子在二级结构的基础上通过进一步的扭曲和折叠所形成的特定上通过进一步的扭曲和折叠所形成的特定构象。构象。一、脱氧核糖核酸一、脱氧核糖核酸(DNA)的结构的结构 DNA的一级结构的一级结构-碱基序列碱基序列 由由4种脱氧核苷酸通过种脱氧核苷酸通过3 -5 磷磷酸二酯键连接起来的直线形或环酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。形多

8、聚体。一级结构的走向的一般为一级结构的走向的一般为5 3 。不同的不同的DNA分子具有不同的核分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。的遗传信息。 5 3 二、二、DNA的一级结构的一级结构l 5-5-磷酸端常用磷酸端常用5-P5-P表示）；表示）；3-3-羟基端常用羟基端常用3-OH3-OH表表示）示）l 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式多聚核苷酸的表示方式5PdAPdCPdGPdTOH 3 或或5A

9、CGTGCGT 3 ACGTGCGTT53OH 5 3 OHOHOH5 3 DNA与与RNA的一级结构对照的一级结构对照二、二、DNA的二级结构的二级结构v1953年，年，J. Watson和和F. Crick 在前在前人研究工作的基础上，根据人研究工作的基础上，根据DNA结结晶的晶的X-衍射图谱和分子模型，提出衍射图谱和分子模型，提出了著名的了著名的DNA双螺旋结构模型，并双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。解释和预测。vDNA分子由两条分子由两条DNA单链组单链组成。成。v双螺旋结构是双螺旋结构是DNA二级结构二级结构的最基本形式。的最

10、基本形式。v DNA的双螺旋结构是分子的双螺旋结构是分子中两条中两条DNA单链之间基团相单链之间基团相互识别和作用的结果。互识别和作用的结果。1DNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点2.0 nm小小沟沟大大沟沟v三三B-DNA的结构的结构v 左手螺旋左手螺旋Z-DNA(a)和右手螺旋和右手螺旋B-DNA(b)的测试图的测试图DNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点(1) DNA(1) DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链( (简称简称DNADNA单链单链) )组成。两条链沿着同一根轴组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中平行盘绕，形成右手双螺旋

11、结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向的两条链方向相反，即其中一条链的方向为为 5 3 5 3 ， 而 另 一 条 链 的 方 向 为， 而 另 一 条 链 的 方 向 为3535。（2 2嘌呤碱和嘧啶嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的碱基位于螺旋的内侧，糖基位于内侧，糖基位于螺旋的外侧，碱螺旋的外侧，碱基环平面与螺旋基环平面与螺旋轴垂直。轴垂直。DNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点v（3螺旋横截面的螺旋横截面的直径约为直径约为2 nm，每，每条链相邻两个碱基条链相邻两个碱基平面之间的距离为平面之间的距离为0.34 nm，每，每10个核个核苷酸形成一个螺旋，苷酸形成一个螺旋，其螺矩即螺旋旋

12、其螺矩即螺旋旋转一圈高度为转一圈高度为3.4 nm。v（4两条两条DNA链相互结合以链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基对所形成的氢键。v碱基的相互结合具有严格的碱基的相互结合具有严格的配对规律，即腺嘌呤配对规律，即腺嘌呤A与与胸腺嘧啶胸腺嘧啶T结合，鸟嘌呤结合，鸟嘌呤G与胞嘧啶与胞嘧啶C结合，结合，这种配对关系，称为碱基互这种配对关系，称为碱基互补。补。vA和和T之间形成两个氢键，之间形成两个氢键，G与与C之间形成三个氢键。之间形成三个氢键。v在在DNA分子中，嘌呤碱基的分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。总数与嘧啶碱基的总数相等。除双

13、螺旋结构外除双螺旋结构外, 还有极还有极少数的少数的DNA分子是三螺分子是三螺旋结构的旋结构的.DNA二二级级结结构构的的多多样样性性回文序列回文序列发夹式结构发夹式结构十字形结构十字形结构中心区域中心区域DNA回文序列及几种结构形式回文序列及几种结构形式DNA的双螺旋结构的意义的双螺旋结构的意义 该模型揭示了该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。遗传信息传递和表达的分子基础。 三、三、D

14、NA的三级结构的三级结构 在细胞内，由于DNA分子与其它分子主要是蛋白质的相互作用，使DNA双螺旋进一步扭曲或再螺旋形成的高级结构. 实例：超螺旋 染色体（ chromosome） 病毒virus）超螺旋超螺旋v一个环形双螺旋一个环形双螺旋DNA分子，通过细胞内旋转酶的作用，或在体分子，通过细胞内旋转酶的作用，或在体外外EB染料的作用下，可在环形分子内部引进张力。这种新产染料的作用下，可在环形分子内部引进张力。这种新产生的张力在生的张力在DNA分子内部促使原子的位置重排，造成双螺旋的分子内部促使原子的位置重排，造成双螺旋的再螺旋，形状似麻花，称为超螺旋。再螺旋，形状似麻花，称为超螺旋。v如果引

15、起的张力的方向与原先的右手螺旋方向相同，则超螺旋如果引起的张力的方向与原先的右手螺旋方向相同，则超螺旋的方向是左手螺旋，称为正超螺旋。正超螺旋是旋紧双螺旋后的方向是左手螺旋，称为正超螺旋。正超螺旋是旋紧双螺旋后形成的。正超螺旋为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左旋来形成的。正超螺旋为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左旋来解去过度的螺旋。解去过度的螺旋。v反之，如果引起的张力的方向与原先的右手螺旋方向相反，则反之，如果引起的张力的方向与原先的右手螺旋方向相反，则超螺旋的方向是右手螺旋，称为负超螺旋。负超螺旋是放松双超螺旋的方向是右手螺旋，称为负超螺旋。负超螺旋是放松双螺旋后形成的。螺旋后形成的。DN

16、A超螺旋结构的形成超螺旋结构的形成核小体盘绕及染色质示意图核小体盘绕及染色质示意图真核生物染色体真核生物染色体DNA组装组装不同层次的结构不同层次的结构DNA （2 nm）核小体链（核小体链（ 11 nm，每个核小体，每个核小体200 bp）纤丝（纤丝（ 30 nm，每圈，每圈6个核小体）个核小体）突环（突环（ 150 nm，每个突环大约，每个突环大约75000 bp）玫瑰花结（玫瑰花结（ 300 nm ，6个突环）个突环）螺旋圈（螺旋圈（ 700 nm，每圈，每圈30个玫瑰花）个玫瑰花）染色体（染色体（ 1400 nm， 每个染色体含每个染色体含10个玫个玫瑰花瑰花200 bp）动物病毒切面

17、模式图动物病毒切面模式图被膜脂蛋白、被膜脂蛋白、碳水化合物）碳水化合物）衣壳蛋白质）衣壳蛋白质）核酸核酸突起糖蛋白）突起糖蛋白）病毒粒病毒粒（DNA或或RNA）二、二、 RNA的分子结构的分子结构一、一、 RNA一级结构和类别一级结构和类别二、二、 tRNA 的分子结构的分子结构三、三、 rRNA的分子结构的分子结构四、四、 mRNA的分子结构的分子结构一、一、 RNA的一级结构和类别的一级结构和类别OHOHOH5 3 1、RNA的一级结构的一级结构v1、分子较小，一级结构为直线型、分子较小，一级结构为直线型多核苷酸链，因而，在多核苷酸链，因而，在RNA分子分子中，并不遵守碱基种类的数量比中，

18、并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。数不一定等于嘧啶碱基的总数。v2、基本单位主要是、基本单位主要是CMP、GMP、AMP和和UMP四种核苷酸四种核苷酸v3、磷酸二酯键，、磷酸二酯键，5端向端向3端延伸端延伸v局部为双螺旋结构，是局部为双螺旋结构，是RNA分分子通过自身回折使互补的碱基对子通过自身回折使互补的碱基对相遇，形成氢键结合而成，同时相遇，形成氢键结合而成，同时形成双螺旋。这种结构可以形象形成双螺旋。这种结构可以形象地称为地称为“发夹型构造。发夹型构造。v不能配对的区域形成突环不能配对的区域形成突环loop），被排

19、斥在双螺旋之外。），被排斥在双螺旋之外。vRNA中的双螺旋结构为中的双螺旋结构为A-DNA类型的结构。类型的结构。v一般来说，双螺旋结构占一般来说，双螺旋结构占RNA分子的分子的50%。发卡式结构发卡式结构 A-U, C-G配对配对2、RNA的类别的类别 信使信使RNAmessenger RNA，mRNA）：在蛋）：在蛋白质合成中起模板作用；白质合成中起模板作用； 核糖体核糖体RNAribosoal RNA，rRNA）：与蛋）：与蛋白质结合构成核糖体白质结合构成核糖体ribosome），核糖体是蛋白质），核糖体是蛋白质合成的场所；合成的场所； 转移转移RNAtransfor RNA，tRNA）

20、：在蛋白）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。质合成时起着携带活化氨基酸的作用。 小小RNAsmall nuclear RNA, snRNA），存在真），存在真核细胞中核细胞中v分子量分子量25000左右，大约由左右，大约由7090个核苷酸组成，沉降系数个核苷酸组成，沉降系数为为4S左右。左右。v分子中含有较多的修饰成分，稀有碱基。分子中含有较多的修饰成分，稀有碱基。v3-末端都具有末端都具有CpCpAOH的结构，用于接受活化的氨基酸，的结构，用于接受活化的氨基酸，也称接受末端。也称接受末端。vtRNA占全部占全部RNA的的16%，tRNA的生物功能是在蛋白质生的生物功能是在蛋白质生物合

21、成过程中转运氨基酸和识别密码子。物合成过程中转运氨基酸和识别密码子。v细胞内细胞内tRNA的种类很多，估计有的种类很多，估计有50多种。每一种氨基酸都多种。每一种氨基酸都有与其相对应的一种或几种有与其相对应的一种或几种tRNA。 v生物大分子在单位离心力场作用下的沉降速生物大分子在单位离心力场作用下的沉降速度称为沉降系数。量纲为秒。一个度称为沉降系数。量纲为秒。一个svedberg单位，简写为单位，简写为S， 是是110-13秒，秒，8S即为即为810-13秒。相对分子量越大，秒。相对分子量越大，S越大。越大。v当一种新发现的大分子的结构、性质和功能当一种新发现的大分子的结构、性质和功能等都处

22、在研究阶段中时，其名称未定，为了等都处在研究阶段中时，其名称未定，为了描述方便，常用其沉降系数描述方便，常用其沉降系数S来表示。来表示。v蛋白质的沉降系数在蛋白质的沉降系数在1200 S之间。之间。沉降系数沉降系数二级结构特征：二级结构特征： 三叶草形三叶草形 四臂四环四臂四环三级结构三级结构 特征：特征： 在二级结构基础上在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒进一步折叠扭曲形成倒L型型tRNA的二级结构的二级结构 tRNA的二级结构都的二级结构都呈呈” 三叶草三叶草” 形状。形状。 一般可将其分为五一般可将其分为五部分：包括氨基酸臂、部分：包括氨基酸臂、反密码环、二氢尿嘧反密码环、二氢尿嘧啶环

23、、啶环、TC环和可变环和可变环额外环）。环额外环）。携带氨基酸携带氨基酸辨认并结合氨基酰辨认并结合氨基酰tRNA合成酶合成酶识别识别mRNA上的密码上的密码识别并结合识别并结合核蛋白体核蛋白体氨基酸臂氨基酸臂二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环反密码环反密码环可变环可变环TC环环 (1) 氨基酸臂氨基酸臂 包含有包含有tRNA的的3-末端和末端和5-末端，末端， 3 -末端的最后末端的最后3个核苷酸个核苷酸残基都是残基都是CCA。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。携带氨基酸的作用。(2)反密码环反密码环与氨基酸接受区相对的一般含有与氨基酸接受区

24、相对的一般含有7个核苷酸残基的区域，其个核苷酸残基的区域，其中正中的中正中的3个核苷酸残基称为反密码。个核苷酸残基称为反密码。 反密码子与结合在核糖体上的反密码子与结合在核糖体上的mRNA中的核苷酸密码中的核苷酸密码子根据碱基配对原则互补成对，因此在蛋白质合成过程中，子根据碱基配对原则互补成对，因此在蛋白质合成过程中，携带特定氨基酸的携带特定氨基酸的tRNA凭借自身的反密码子识别凭借自身的反密码子识别mRNA上上的密码子，把所携带的氨基酸掺入到多肽链的一定位置上。的密码子，把所携带的氨基酸掺入到多肽链的一定位置上。 I次黄嘌呤核苷酸，也称肌苷酸，常出现在反密码子中。次黄嘌呤核苷酸，也称肌苷酸，

25、常出现在反密码子中。（3二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环 由由812个核苷酸组成，因为含有两个而氢个核苷酸组成，因为含有两个而氢尿嘧啶而得名。通过由尿嘧啶而得名。通过由34对碱基组成的双螺对碱基组成的双螺旋区也称二氢尿嘧啶臂与旋区也称二氢尿嘧啶臂与tRNA分子的其分子的其它部分相连。它部分相连。 (4)可变环额外环）可变环额外环） 位于反密码区与位于反密码区与TC区之间，不同的区之间，不同的tRNA具有大小不同的额外环，所以是具有大小不同的额外环，所以是tRNA分类的分类的重要指标。重要指标。 （5TC环环 该区与二氢尿嘧啶区相对，该区与二氢尿嘧啶区相对， 假尿嘧啶核假尿嘧啶核苷苷胸腺嘧啶核糖核苷环胸

26、腺嘧啶核糖核苷环(TC)由由7个核苷个核苷酸组成，通过由酸组成，通过由5对碱基组成的双螺旋区对碱基组成的双螺旋区(TC臂臂)与与tRNA的其余部分相连。除个别的其余部分相连。除个别例外，几乎所有例外，几乎所有tBNA在此环中都含有在此环中都含有TC 。 T-胸腺嘧啶核糖核苷酸胸腺嘧啶核糖核苷酸 -假尿嘧啶核苷酸假尿嘧啶核苷酸 tRNA的三级结构的三级结构v在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的前已知的tRNA的三级结构均为倒的三级结构均为倒L型。型。倒倒L型型 三、三、rR

27、NA的分子的分子结构结构5sRNA5sRNA的二级结构的二级结构rRNA 动物细胞核糖体动物细胞核糖体rRNA有四类：有四类：5S rRNA，5.8S rRNA，18S rRNA，28S rRNA。 大肠杆菌核糖体中的大肠杆菌核糖体中的rRNA有三类：有三类：5S rRNA，16S rRNA，23S rRNA。这些不。这些不同的同的rRNA的核苷酸排列顺序是不同的，它的核苷酸排列顺序是不同的，它们能与细菌染色体们能与细菌染色体DNA的不同部位杂交。的不同部位杂交。 rRNA约占全部约占全部RNA的的80%左右。左右。 rRNA的功能是构成核糖体的骨架。的功能是构成核糖体的骨架。 四、四、mRN

28、A的分子结的分子结构构顺反子，是遗传学名词，指顺反子，是遗传学名词，指mRNA分子中对应于分子中对应于DNA上一个完整基因的一段核苷酸序列。上一个完整基因的一段核苷酸序列。多顺反子，即一条多顺反子，即一条mRNA链含有指导合成几种蛋白质分链含有指导合成几种蛋白质分子的信息，可作为模板翻译出几种蛋白质。子的信息，可作为模板翻译出几种蛋白质。单顺反子，即一条单顺反子，即一条mRNA链只能翻译产生一种蛋白质。链只能翻译产生一种蛋白质。原核细胞原核细胞mRNA的结构特点的结构特点5 3 顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端顺序末端顺序非编码间隔区非编码间

29、隔区编码区编码区v真核细胞真核细胞mRNA的的3-末端有一段长达末端有一段长达200个核个核苷酸左右的聚腺苷酸苷酸左右的聚腺苷酸(poly A)，称为，称为 “尾结尾结构构” 。v真核细胞真核细胞mRNA的的5-末端有一个甲基化的鸟末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为苷酸，称为 “帽结构帽结构 ” 。3 -非编码区5 -非编码区编码区单顺反子）编码区单顺反子）5 帽子帽子3 poly A尾尾5 帽子：帽子：m7G-5 ppp-Nm-3 pvG鸟苷鸟苷vN任意核苷任意核苷vm在字母左侧代表碱基被甲基化，右上角的在字母左侧代表碱基被甲基化，右上角的数字代表甲基化的位置数字代表甲基化的位置vm在字母右侧表

30、示核糖被甲基化在字母右侧表示核糖被甲基化v原核生物的原核生物的mRNA一般无一般无poly A，但某些病，但某些病毒毒mRNA也有也有3-poly A。vpoly A可能有多方面功能：可能有多方面功能：v 与与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关；从细胞核到细胞质的转移有关；v 与与mRNA的寿命有关，新合成的的寿命有关，新合成的mRNA的的poly A链较长，而衰老的链较长，而衰老的mRNA的的poly A链链缩短。缩短。v化学结构决定物理化学性质化学结构决定物理化学性质v水解水解核酸的糖苷键、磷酸二酯键核酸的糖苷键、磷酸二酯键v酸碱性质酸碱性质磷酸基、碱基磷酸基、碱基v紫外吸收紫外吸收碱基碱

31、基v核酸的变性、复性核酸的变性、复性双螺旋结构双螺旋结构第三节第三节 核酸的性质核酸的性质（一一般性质：（一一般性质：分子大小：分子大小：DNA Mr 1061012或更大，或更大，RNA Mr 104105或更大或更大 性状：性状： DNA为白色纤维状固体絮状），为白色纤维状固体絮状），而而RNA为白色粉末。为白色粉末。 溶解度：溶解度：DNA和和RNA均微溶于水，不溶于一均微溶于水，不溶于一般的有机溶剂，所以常用乙醇做沉淀剂，使般的有机溶剂，所以常用乙醇做沉淀剂，使其从溶液中析出。其从溶液中析出。 与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团磷酸基也含有碱性

32、基团氨基），因而磷酸基也含有碱性基团氨基），因而核酸也具有两性性质。核酸也具有两性性质。由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性氨基是一个弱碱，所以核酸的等而碱性氨基是一个弱碱，所以核酸的等电点较低。如电点较低。如DNA的等电点为的等电点为44.5，RNA的等电点为的等电点为22.5。RNA的等电点比的等电点比DNA低的原因，是低的原因，是RNA分子中分子中核糖基核糖基2-OH通过氢键促进了磷酸基上质子的通过氢键促进了磷酸基上质子的解离，而解离，而DNA没有这种作用。没有这种作用。（二核酸的两性性质及等电点（二核酸的两性性质及等电点 碱基与戊糖形成

33、的糖苷键、以及磷酸酯键碱基与戊糖形成的糖苷键、以及磷酸酯键均能被酸、碱和酶水解。均能被酸、碱和酶水解。酸水解酸水解 糖苷键比磷酸键更容易被水解糖苷键比磷酸键更容易被水解; 嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键更容易被嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键更容易被水解水解; 水解嘧啶碱需要较高的温度水解嘧啶碱需要较高的温度. 比如：比如：DNA在在pH1.6于于37 对水透析，可完对水透析，可完全除去嘌呤碱；在全除去嘌呤碱；在pH 2.8于于100 加热加热1 h也也可完全除去嘌呤。可完全除去嘌呤。vRNA的磷酸酯键易被碱水解成核苷酸，的磷酸酯键易被碱水解成核苷酸，DNA的磷酸酯键则不易被碱水解。的磷酸酯键则

34、不易被碱水解。v这是因为这是因为RNA核糖上核糖上2-OH在碱的作用下形在碱的作用下形成的磷酸三酯极不稳定，容易水解。成的磷酸三酯极不稳定，容易水解。vDNA的脱氧核糖没有的脱氧核糖没有2-OH，不能形成碱水，不能形成碱水解的中间产物，因而对碱有一定的抗性。解的中间产物，因而对碱有一定的抗性。v用于水解用于水解RNA的碱有的碱有KOH，NaOH等。等。v碱水解碱水解RNA：碱浓度一般为：碱浓度一般为0.31 mol/L，在，在室温至室温至37 下水解下水解1824 h，产物为，产物为2-和和3-单核苷酸。单核苷酸。v碱水解碱水解DNA：1 mol/L NaOH于于100 加热加热4 h，可得到

35、小分子的寡聚脱氧核苷酸。可得到小分子的寡聚脱氧核苷酸。 酶水解酶水解v磷酸二酯酶：非特异性水解磷酸二酯键磷酸二酯酶：非特异性水解磷酸二酯键v核酸酶：专一水解核酸的磷酸二酯键核酸酶：专一水解核酸的磷酸二酯键v分类分类v1按底物专一性：核糖核酸酶按底物专一性：核糖核酸酶RNase），脱氧核糖核酸），脱氧核糖核酸酶酶DNase）v2按作用方式：内切酶，外切酶按作用方式：内切酶，外切酶v核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端3-端或端或5-端开场，逐个水解切除核苷酸。端开场，逐个水解切除核苷酸。v核酸内切酶的作用方式刚好和外切酶相反，它从多聚核苷酸核酸内切

36、酶的作用方式刚好和外切酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。v3其它：限制性核酸内切酶，双链酶，单链酶其它：限制性核酸内切酶，双链酶，单链酶v在分子生物学研究中最有应用价值的是限制性核酸内切酶。在分子生物学研究中最有应用价值的是限制性核酸内切酶。这种酶可以特异性的水解核酸中某些特定碱基顺序部位。这种酶可以特异性的水解核酸中某些特定碱基顺序部位。(四四)核酸的紫外吸收核酸的紫外吸收v在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独特的具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收光谱紫外线吸收光谱

37、240290 nm），一），一般在般在260 nm左右有最大吸收峰。左右有最大吸收峰。v不同碱基的紫外吸收特性不同；同一不同碱基的紫外吸收特性不同；同一种碱基在不同种碱基在不同pH、不同波长下的紫外、不同波长下的紫外吸收也不同，据此，可以作为核酸及吸收也不同，据此，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的依据。其组份定性和定量测定的依据。v核酸溶液的紫外吸收还可以摩尔磷的吸光度核酸溶液的紫外吸收还可以摩尔磷的吸光度来表示，摩尔磷相当于摩尔核苷酸。来表示，摩尔磷相当于摩尔核苷酸。v单链核酸的摩尔磷吸收值高于双链核酸的摩单链核酸的摩尔磷吸收值高于双链核酸的摩尔磷吸收值，这是因为双螺旋结构使碱基对尔磷吸

38、收值，这是因为双螺旋结构使碱基对的的电子云发生重叠，因而减少了对紫外光的电子云发生重叠，因而减少了对紫外光的吸收。吸收。v所以，核酸发生变性时，核酸的摩尔磷吸收所以，核酸发生变性时，核酸的摩尔磷吸收值升高约值升高约25%，这种现象成为增色效应；复，这种现象成为增色效应；复性后，摩尔磷值又降低，这种现象叫做减色性后，摩尔磷值又降低，这种现象叫做减色效应。效应。v(1) 核酸的变性核酸的变性v核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。v变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。变性核酸将失去其部分

39、或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构以它的一级结构(碱基顺序碱基顺序)保持不变。保持不变。v能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变酸碱度改变pH（11.3或或5.0）；甲醛和尿素）；甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。等的存在均可引起核酸的变性。DNA变性的特征变性的特征vDNA的变性过程是突变性的，它在很窄的温的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因而，通常把加热变性使度区间内完成。因而，通常把加热变性使DNA的双螺旋结构失去一半时的温度称为融的双螺旋结构失去一

40、半时的温度称为融点，用点，用Tm表示。表示。v一般一般DNA的的Tm值在值在70-85 C之间。之间。DNA的的Tm值与分子中的值与分子中的G和和C的含量有关。的含量有关。vG和和C的含量高，的含量高，Tm值高。因而测定值高。因而测定Tm值，值，可反映可反映DNA分子中分子中G, C含量，可通过经验公含量，可通过经验公式计算：式计算：v （G + C)%=(Tm - 69.3) 2.44v淬火：如当温度高于淬火：如当温度高于Tm约约5 时，时，DNA的两条链由于布朗运动而完全分开。如果的两条链由于布朗运动而完全分开。如果此热溶液迅速冷却，则两条链继续保持分此热溶液迅速冷却，则两条链继续保持分开

41、，称为淬火。开，称为淬火。v退火：若将此溶液缓慢冷却，到适当的低退火：若将此溶液缓慢冷却，到适当的低温，则两条链可发生特异性的重新组合而温，则两条链可发生特异性的重新组合而恢复到原来的双螺旋结构，称退火。恢复到原来的双螺旋结构，称退火。v变性的因素：加热、酸碱、乙醇、丙酮等变性的因素：加热、酸碱、乙醇、丙酮等有机溶剂、尿素、酰胺等试剂。有机溶剂、尿素、酰胺等试剂。v当当DNA的稀盐溶液的稀盐溶液加热到加热到80-100 时，时，双螺旋结构即发生双螺旋结构即发生解体，两条链彼此解体，两条链彼此分开，形成无规线分开，形成无规线团。团。vDNA变性后，它的变性后，它的一系列性质也随之一系列性质也随之

42、发生变化，如紫外发生变化，如紫外吸收吸收(260 nm)值升值升高高, 粘度降低等。粘度降低等。粘度粘度 天然天然DNA分子的长度可达到几个厘米，而分子的长度可达到几个厘米，而分子的直径只有分子的直径只有2 nm，所以即使是极稀的，所以即使是极稀的DNA溶液，也有极大的粘度。溶液，也有极大的粘度。RNA的粘度要的粘度要小得多，当核酸溶液因受热或在其他因素作小得多，当核酸溶液因受热或在其他因素作用下发生螺旋用下发生螺旋线团转变时，则粘度降低。线团转变时，则粘度降低。(2) 核酸的复性核酸的复性v变性变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双

43、螺旋结构，这一过程称为复性。以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。DNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复。性一般只能得到部分的恢复。vDNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。复性的程度、速率与复性过程的条件有关。v将热变性的将热变性的DNA骤然冷却至低温时，骤然冷却至低温时，DNA不可能复不可能复性。但是将变性的性。但是将变性的DNA缓慢冷却时，可以复性。分缓慢冷却时，可以复性。分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。的

44、复性也与它本身的组成和结构有关。(3) 核酸的杂交核酸的杂交v热变性的热变性的DNA单链，在复性时并不一定与单链，在复性时并不一定与同源同源DNA互补链形成双螺旋结构，它也可互补链形成双螺旋结构，它也可以与在某些区域有互补序列的异源以与在某些区域有互补序列的异源DNA单单链形成双螺旋结构。这样形成的新分子称链形成双螺旋结构。这样形成的新分子称为杂交为杂交DNA分子。分子。vDNA单链与互补的单链与互补的RNA链之间也可以发生链之间也可以发生杂交。杂交。v核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。中具有重要意义。核核酸酸的的杂杂交交v一、一、DNA的

45、复制与生物遗传信息的保持的复制与生物遗传信息的保持vDNA复制的要点是：复制的要点是：v1在复制开始阶段，在复制开始阶段，DNA的双螺旋拆分成的双螺旋拆分成两条单链。两条单链。v2以以DNA单链为模板，按照碱基互补配单链为模板，按照碱基互补配对的原则对的原则, 在在DNA聚合酶催化下，合成与聚合酶催化下，合成与模板模板DNA完全互补的新链，并形成一个完全互补的新链，并形成一个新的新的DNA分子。分子。v3) 通过通过DNA复制形成的新复制形成的新DNA分子分子, 与原来的与原来的DNA分子完全相同。分子完全相同。 经过一个经过一个 复制周期后，子代复制周期后，子代DNA分分子的两条链中，一条来

46、自子的两条链中，一条来自亲代亲代DNA分子，另一条是分子，另一条是新合成的，所以又称为半新合成的，所以又称为半保留复制。保留复制。核酸的研究方法核酸的研究方法v核酸的分离和提纯核酸的分离和提纯v超速离心超速离心v琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳核酸的分离、提纯核酸的分离、提纯v DNA的分离的分离v RNA的分离的分离v制备制备DNA需要注意的问题：防止核酸需要注意的问题：防止核酸的降解和变性。的降解和变性。v制备条件：温和，低温制备条件：温和，低温04 ），），防止过酸、过碱、避免剧烈搅拌；防防止过酸、过碱、避免剧烈搅拌；防止核酸酶的作用加入十二烷基硫酸止核酸酶的作用加入十二烷基硫酸钠钠SDS、

47、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸EDTA、柠檬酸、柠檬酸钠等抑制核酸酶活性）钠等抑制核酸酶活性）DNA的分离的分离v原理：真核生物中的染色体原理：真核生物中的染色体DNA与碱性蛋白组蛋白结合成与碱性蛋白组蛋白结合成核蛋白核蛋白DNP存在细胞核中。存在细胞核中。DNP溶于水和浓盐溶液如溶于水和浓盐溶液如1 mol/L NaCl），但是不溶于生理盐水），但是不溶于生理盐水(0.14 mol/L NaCl)。vDNA分离方法：分离方法：v1.破碎细胞后，用浓盐溶液提取。破碎细胞后，用浓盐溶液提取。v2.用水稀释至用水稀释至0.14 mol/L 盐溶液，使盐溶液，使DNP沉淀出来。沉淀出来。v3. 除去蛋白

48、质除去蛋白质v 用氯仿用氯仿-戊醇溶液抽提：将戊醇溶液抽提：将DNP溶于高氯酸钠溶液，再与溶于高氯酸钠溶液，再与等体积的氯仿等体积的氯仿-戊醇溶液混合，振荡，离心，溶液分为三层，戊醇溶液混合，振荡，离心，溶液分为三层，上层为核酸，中层为类脂，下层为蛋白质。上层为核酸，中层为类脂，下层为蛋白质。v 如此反复操作多次除净蛋白。如此反复操作多次除净蛋白。v 4. 除去少量除去少量RNA：用核糖核酸酶溶液：用核糖核酸酶溶液50 g/ml于于37 保温保温30 min。v 5. 将含将含DNA的水相合并，用的水相合并，用7090%的乙醇洗去盐分。的乙醇洗去盐分。v保管：将提纯的保管：将提纯的DNA溶于缓冲液，于溶于缓冲液，于4 保管。保管。RNA的分离的分离vRNA比比DNA更不稳定，而且更不稳定，而且RNase又无处不在。又无处不在。v注意：注意：v1所有用于制备所有用于制备RNA的玻璃器皿都要经过高温焙烤，塑料的玻璃器皿都要经过高温焙烤