生物化学 第三章 核酸化学

1、第一节概述第一节概述第二节核酸的化学组成第二节核酸的化学组成第三节第三节DNADNA的结构的结构第四节第四节RNARNA的结构的结构第五节核酸及核苷酸的性质第五节核酸及核苷酸的性质第六节核酸的分离提取和纯化第六节核酸的分离提取和纯化本章内容本章内容u1869 Miescher从脓细从脓细胞的细胞核中分离出胞的细胞核中分离出核核素（素（nuclein)。DNA的发现者的发现者 Miescheru1889 Altmann (nucleic acid) u1944 Avery等通过肺炎球菌转化试验等通过肺炎球菌转化试验，证明，证明DNA是遗传物质。是遗传物质。光滑型细胞光滑型细胞（有毒）（有毒）粗糙

2、型细胞粗糙型细胞（无毒）（无毒）破碎细胞破碎细胞DNAase降降解后的解后的DNA粗糙型细胞接粗糙型细胞接受光滑型受光滑型DNA只有粗糙型只有粗糙型大多数仍大多数仍为粗糙型为粗糙型少数光滑型少数光滑型细胞被转化细胞被转化SSRRRDNA+u1953 Watson和和Crick提出提出DNA结构的结构的双螺旋模型双螺旋模型。Watson and Crick 依据：依据：u50年代初年代初Chargaff发现：发现：A=T,C=G；uWilkins and Flanklin DNA X-射线衍射图。射线衍射图。u1958年年Crick提出了提出了“中心法则中心法则”。u20世纪世纪60年代年代RN

3、A研究取得大发展，如操研究取得大发展，如操纵子学说的提出、遗传密码的破译等。纵子学说的提出、遗传密码的破译等。u20世纪世纪70年代年代DNA重组技术重组技术的诞生和发展。的诞生和发展。u20世纪世纪80年代年代RNA研究研究出现了出现了第二个第二个高潮。高潮。u20世纪世纪90年代年代人类基因组人类基因组计划（计划（HGP)实施。实施。u21世纪生命科学进入世纪生命科学进入后基因时代后基因时代。1 1、脱氧核糖核酸（、脱氧核糖核酸（DNADNA，Deoxyribonucleic AcidDeoxyribonucleic Acid）真核生物真核生物 细胞核（主要）细胞核（主要） 原核生物原核生

4、物细胞质（类核部分）细胞质（类核部分）质粒质粒DNA线粒体线粒体mtDNA （少量）（少量） 叶绿体叶绿体ctDNA （少量）（少量）分布分布双链分子，多数线形、部分环状。双链分子，多数线形、部分环状。形状形状功能功能 遗传物质，各种生遗传物质，各种生物物遗传信息遗传信息储存储存于于DNA的核苷酸的核苷酸序列中。序列中。2 2、核糖核酸（、核糖核酸（RNARNA，Ribonucleic AcidRibonucleic Acid）mRNA（信使（信使RNA）约占总约占总RNA 5%tRNA（转移（转移RNA）约占总约占总RNA 10-15%rRNA（核糖体（核糖体RNA）约占总约占总RNA 80

5、%功能：功能：传递传递DNA的遗传信息，是蛋白质合成的模板的遗传信息，是蛋白质合成的模板功能：功能：转运氨基酸转运氨基酸功能：功能：组成核糖核蛋白体，是蛋白质生物合成的场所组成核糖核蛋白体，是蛋白质生物合成的场所分布分布细胞质（主要）细胞质（主要）形状形状单链线形单链线形生物细胞都含有生物细胞都含有DNA和和RNA；病毒中只含有一种，；病毒中只含有一种，DNA或或RNA。控制蛋白质合成控制蛋白质合成核心功能核心功能5 磷磷酸酸核核苷苷酸酸的的基基本本结结构构（N = A、G、C、U、T）OOOHH(O)H1 2 NOHCH2HH5 4 3 核糖核糖PO-OO-磷酸磷酸碱基碱基u基本结构单位：基

6、本结构单位：核苷酸核苷酸（nucleotide)。一、核酸完全水解的产物一、核酸完全水解的产物DNARNA碱基碱基 A、G、C、T A、G、C、U 核糖核糖D-2-脱氧核糖脱氧核糖D-核糖核糖磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸核苷酸核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 dAMP dGMP dCMP dTMP核糖核苷酸核糖核苷酸 AMP GMP CMP UMP核核酸酸的的基基本本化化学学组组成成嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)碱碱 基基碱碱 基基NNH132456嘧啶嘧啶(pyr

7、imidine)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)NHNHOOCH3RNA A G C UDNAA G C T碱碱 基基碱碱 基基（构成构成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH-D-核糖核糖 (ribose)碱碱 基基（构成（构成DNA）OHOCH2OHOH-D-2-脱氧核糖脱氧核糖 (deoxyribose)H核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR二、核苷和核苷酸二、核苷和核苷酸核糖（脱氧核糖）的核糖（脱氧核糖）的

8、C1与与嘧啶嘧啶碱的碱的N1或或嘌呤碱的嘌呤碱的N9之间的通过之间的通过C-N糖苷键糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。连接形成核苷（脱氧核苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O1 1- -糖苷键糖苷键核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷上的戊糖核苷上的戊糖羟基被磷酸酯化羟基被磷酸酯化，形成核苷酸。，形成核苷酸。核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷酸是核苷的磷酸酯。OHOCH2OHOHNNNH2O532生物体内游离存在生物体内游离存在主要是：主要是：5-核苷酸核苷酸腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（ AMP） Adenosi

9、ne monophosphate脱氧腺嘌呤核苷酸（脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP） Deoxyadenosine monophosphate鸟嘌呤核苷酸（鸟嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOH核甘酸结构核甘酸结构PPPPPPPP尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸（AMP）脱氧腺嘌呤核苷酸脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸脱氧鸟嘌呤

10、核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸（GMP）Nitrogenous basePentose sugarPhosphate核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基PyrimidinesPurihesAdenineGuanineAGCytosineThymineUracilCUTHOCH2HOHDoxyribose (in DNA)HOCH2HOOHRibose (in RNA)HHu主要存在于主要存在于tRNAtRNA中中次黄嘌呤（次黄嘌呤（I）二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（D D）（1 1）由）由

11、修饰碱基修饰碱基和糖组成的核苷和糖组成的核苷 HNNHO5,6-dihydrouridineORHHH(D or hU)NNCH3NH25-Methyl-dCOdRNNNNNHCH3dRN6-Methyl-dA二氢尿嘧啶核苷二氢尿嘧啶核苷 OCH2HHOHHOCH3HHO2-O-甲 基 腺 苷Ade(Am)（2 2）由非修饰碱基和）由非修饰碱基和2 2-O-O-甲基核糖甲基核糖组成的核组成的核苷苷 （3 3）由碱基与糖）由碱基与糖连接连接方式特殊方式特殊的核苷的核苷 OCH2HHOHHOHHHO (pseudouridine)HNNHOO51假 尿 嘧 啶 核 苷() 糖苷键不是糖苷键不是C-

12、NC-N键，而是键，而是C-CC-C键键 5 -NMP 5 -NDP 5 -NTPN=A、G、C、U 5 -dNMP 5 -dNDP 5 -dNTP N=A、G、C、T AMP Adenosine monophosphate ADP Adenosine diphosphate ATP Adenosine triphosphate多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸ATP+H2OADP+Pi+H+释放能量释放能量光能或化学能光能或化学能1. ATP是生物体内最重要的能量转换中间体；是生物体内最重要的能量转换中间体；2. GTP参与蛋白质合成，参与蛋白质合成，UTP参与单糖的相互转换和

13、参与单糖的相互转换和多糖合成；多糖合成；CTP参与磷脂合成；参与磷脂合成；3. 四种核苷三磷酸是四种核苷三磷酸是RNA合成的前体；合成的前体；4. 四种脱氧核苷三磷酸是四种脱氧核苷三磷酸是DNA合成的前体合成的前体。体内重要的环化核苷酸有体内重要的环化核苷酸有3,5-环化腺苷酸环化腺苷酸（cAMP）和）和3,5-环化鸟苷酸（环化鸟苷酸（cGMP）。是重要的调节物质是重要的调节物质，被称为第二信使。，被称为第二信使。 cAMP cGMP环化核苷酸环化核苷酸FADNAD、NADPHSCoA辅酶辅酶u医疗中，医疗中，ATP作为能源药物用于心力衰竭急救，作为能源药物用于心力衰竭急救，cAMP用于心肌梗

14、死，阿拉伯糖胞苷有抗用于心肌梗死，阿拉伯糖胞苷有抗DNA病毒病毒作用，用于抗癌。作用，用于抗癌。u在食品发酵中，在食品发酵中，5-肌苷酸和肌苷酸和5-鸟苷酸有助鲜作用，鸟苷酸有助鲜作用，强力味精。强力味精。u天然存在的茶叶碱、可可碱及咖啡碱都是黄嘌呤的天然存在的茶叶碱、可可碱及咖啡碱都是黄嘌呤的甲基衍生物，具有增强心脏活动的功能。甲基衍生物，具有增强心脏活动的功能。核酸中核苷酸的连接方式核酸中核苷酸的连接方式 核苷酸之间以核苷酸之间以3 ，5 磷酸二磷酸二酯键酯键连接形成多核连接形成多核苷酸链，即核酸。苷酸链，即核酸。CAG5 端端3 端端3 -5 磷酸二酯键磷酸二酯键u一级结构：一级结构：D

15、NADNA核苷酸链中核苷酸链中脱氧核苷脱氧核苷酸的组成和排列顺序酸的组成和排列顺序（简称为碱基序（简称为碱基序列）列）, ,包括包括核苷酸之间连接方式核苷酸之间连接方式。u主链是磷酸和脱氧核糖相间排列成主链是磷酸和脱氧核糖相间排列成的长链，碱基挂在戊糖的另一侧；的长链，碱基挂在戊糖的另一侧；u一级结构的走向规定一级结构的走向规定为为5 5 33 。u不同的不同的DNADNA分子：脱氧核苷酸数目、分子：脱氧核苷酸数目、四种碱基的比例、排列顺序都不同，四种碱基的比例、排列顺序都不同，因此因此携带有不同的遗传信息携带有不同的遗传信息。 55端端3端端CGADNA一级结构的表示法一级结构的表示法5 3

16、 结构式结构式5 3 p p p pOH3 ACTG1 线条式线条式5 ACTG 3 字母式字母式结构式，线条式，字母式结构式，线条式，字母式5 pApCpTpG-OH 3 Watson and Crick（一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景l 碱基组成分析碱基组成分析 Chargaff 规则：规则：A = T G = C A+G=T+C 已知核酸化学结构和核苷酸键长与已知核酸化学结构和核苷酸键长与键角的数据。键角的数据。 DNA纤维的纤维的X-光衍射图谱分析光衍射图谱分析 （二）（二）DNA双螺旋模型要点双螺旋模型要点2.0 nm小小沟沟大大沟沟DNA分子是两条反平行的

17、多核苷分子是两条反平行的多核苷酸链，绕同一中心轴盘旋而形成右酸链，绕同一中心轴盘旋而形成右手双螺旋结构。手双螺旋结构。每条主链由磷酸和脱氧核糖相间每条主链由磷酸和脱氧核糖相间连接而成（连接而成（骨架）骨架），位于螺旋，位于螺旋外侧外侧，碱基位于螺旋碱基位于螺旋内侧内侧，碱基平面与螺，碱基平面与螺旋中心轴垂直，螺旋表面有一条大旋中心轴垂直，螺旋表面有一条大沟和一条小沟。沟和一条小沟。双螺旋的直径是双螺旋的直径是2nm，沿中心轴，沿中心轴每个螺旋周期有每个螺旋周期有10个核苷酸对，螺个核苷酸对，螺距为距为3.4nm，碱基对之间的距离为，碱基对之间的距离为0.34nm。两链间的碱基以氢键互相配对。两

18、链间的碱基以氢键互相配对。A=T GC 碱基互补原则碱基互补原则碱基互补原则：碱基互补原则：指腺嘌呤（指腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（）与胸腺嘧啶（T）配对，）配对，鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（）与胞嘧啶（C）配对，这种配对关系）配对，这种配对关系成为碱基互补原则。成为碱基互补原则。碱基平面与纵轴垂直，碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行糖环平面与纵轴平行氢键；氢键； 碱基堆集力碱基堆集力: : 碱碱基平面之间的疏水基平面之间的疏水作用力（主要）；作用力（主要）；磷酸基上负电荷磷酸基上负电荷与胞内组蛋白或正与胞内组蛋白或正离子之间形成离子之间形成离子离子键。键。三种三种DNA双螺旋构象比较双螺旋

19、构象比较A-DNAZ-DNAB-DNAA B Z外型外型 粗短粗短 适中适中 细长细长螺旋方向螺旋方向 右手右手 右手右手 左手左手螺旋直径螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm碱基直升碱基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm碱基夹角碱基夹角 32.70 34.60 60.00每圈碱基数每圈碱基数 11 10.4 12轴心与碱轴心与碱基对关系基对关系2.46nm 3.32nm 4.56nm碱基倾角碱基倾角 190 10 90糖苷键构象糖苷键构象 反式反式 反式反式 C、T反式，反式，G顺式顺式大沟大沟 很窄很深很窄很深 很宽较深很宽较深 平坦平坦小沟小沟 很宽、浅很宽、浅

20、 窄、深窄、深 较窄很深较窄很深在细胞的生理在细胞的生理条件下，条件下，DNA构构象接近于象接近于B型。型。（四）（四）DNA双螺旋的不同构象双螺旋的不同构象DNA的三螺旋结构的三螺旋结构DNA单链都是由单一的单链都是由单一的A和和G或单一的或单一的C和和T组成；组成；三螺旋结构有两种：嘧啶三螺旋结构有两种：嘧啶-嘌呤嘌呤-嘧啶、嘌呤嘧啶、嘌呤-嘌呤嘌呤-嘧啶；嘧啶；每条单链至少由每条单链至少由8个核苷酸组成。个核苷酸组成。Hoogsteen 配对配对(1963) ：胞嘧啶发生：胞嘧啶发生H+化过程。化过程。 指双螺旋指双螺旋DNA的扭曲或折叠所形成的特定的扭曲或折叠所形成的特定构象。构象。超

21、螺旋是超螺旋是DNA三级结构的一种形式。三级结构的一种形式。DNA分子的两端固定或分子的两端固定或环形分子，引入张力，环形分子，引入张力，使双螺旋再螺旋，就形使双螺旋再螺旋，就形成了成了超螺旋超螺旋。正超螺旋正超螺旋(positive (positive supercoil)supercoil)引进张力的方向与引进张力的方向与原先右手螺旋的方向相原先右手螺旋的方向相同。同。负超螺旋负超螺旋(negative (negative supercoil)supercoil)引进张力的方向与引进张力的方向与原先右手螺旋的方向相原先右手螺旋的方向相反。反。负超螺旋负超螺旋环状环状DNA正超螺旋正超螺旋右

22、手螺旋右手螺旋左手螺旋左手螺旋生物体内，绝大多数超生物体内，绝大多数超螺旋螺旋DNA以负超螺旋形以负超螺旋形式存在式存在真核生物细胞核真核生物细胞核内内DNA和蛋白结合和蛋白结合而成的复合物而成的复合物染染色体。色体。染色体中蛋白质染色体中蛋白质分为是分为是组蛋白组蛋白和和非非组蛋白。组蛋白。DNADNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体的基本单位是核小体(nucleosome)。八聚体八聚体（组蛋白核）（组蛋白核）真核生物中的核小真核生物中的核小体结构体结构DNA（2nm）核小体链（ 11nm，每个核小体每个核小体200bp）纤丝（ 30nm，每圈每圈6个核小体）

23、个核小体）突环（ 150nm，每个突环大约每个突环大约75000bp）玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）个突环）螺旋圈（ 700nm，每圈每圈30个玫瑰花结）个玫瑰花结）染色体（ 1400nm，每个染色单体含，每个染色单体含10个螺旋圈个螺旋圈）DNA压缩的基本原则压缩的基本原则：在螺旋上形成螺旋：在螺旋上形成螺旋，再形成螺旋。，再形成螺旋。u RNA通常以单链形式存在，但可自身回折形通常以单链形式存在，但可自身回折形成局部的双螺旋结构（二级结构），进而折成局部的双螺旋结构（二级结构），进而折叠（三级结构）。叠（三级结构）。u除除tRNA外，几乎全部细胞中的外，几乎全部细胞中的RNA都与蛋都

24、与蛋白质形成核蛋白复合物（四级结构）。白质形成核蛋白复合物（四级结构）。u RNA分子的种类较多，分子大小变化较大，分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样化。功能多样化。RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能核核蛋蛋白白体体RNA信信使使RNA转转运运RNA核核内内不不均均一一RNA核核内内小小RNA胞胞浆浆小小RNA 细细胞胞核核和和胞胞液液线线粒粒体体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核核蛋蛋白白体体组组分分蛋蛋白白质质合合成成模模板板转转运运氨氨基基酸酸成成熟熟mRNA的的前前体

25、体参参与与hnRNA的的剪剪接接、转转运运rRNA的的加加工工、修修饰饰蛋蛋白白质质内内质质网网定定位位合合成成的的信信号号识识别别体体的的组组分分核核仁仁小小RNA核核蛋蛋白白体体RNA信信使使RNA转转运运RNA核核内内不不均均一一RNA核核内内小小RNA胞胞浆浆小小RNA 细细胞胞核核和和胞胞液液线线粒粒体体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核核蛋蛋白白体体组组分分蛋蛋白白质质合合成成模模板板转转运运氨氨基基酸酸成成熟熟mRNA的的前前体体参参与与hnRNA的的剪剪接接、转转运运rRNA

26、的的加加工工、修修饰饰蛋蛋白白质质内内质质网网定定位位合合成成的的信信号号识识别别体体的的组组分分核核仁仁小小RNARNA分子中各核苷之间的连分子中各核苷之间的连接：接：3 -5磷酸二酯键；磷酸二酯键；RNA的一级结构：的一级结构：RNA核苷核苷酸链中核苷酸的组成和排列顺酸链中核苷酸的组成和排列顺序。序。OHOHOH5 3 DNA RNA糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱基碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基不含稀有碱基 含稀有碱基含稀有碱基 DNA一级结构一级结构5 3 OHOHOH5 3 RNA一级结构一级结构mRNA的功能：为蛋白质的合成提供模板的功能：为蛋白质的合成提供模板 把把DN

27、A所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，转转录录并传送至核糖体，用并传送至核糖体，用来来决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 信使RNA (mRNA)原核生物原核生物mRNA的结构的结构位于起始密码子位于起始密码子AUGAUG前约前约1010核苷酸处，有一段富含核苷酸处，有一段富含嘌嘌呤的碱基序列呤的碱基序列，典型的为，典型的为5

28、5-AGGAGGU-3-AGGAGGU-3，称称SDSD序序列列。5 3 顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子非编码间隔区非编码间隔区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码间隔区非编码间隔区mRNA结构特征结构特征特征特征：非编码区：非编码区+ +翻译区翻译区（多顺反子）（多顺反子）+ +非编码区非编码区5 “帽子帽子”Poly(A) 3 顺反子顺反子帽子结构：帽子结构： O 型：型：m7G5ppp5Np-型：型：m7G5ppp5NmpNp-型型： m7G5ppp5NmpNmpNp-Poly(A)结构：结构：真核真核mRNA的的3 末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸(20250 个个)，

29、称为，称为Poly(A)尾。尾。特征特征： “帽子帽子”（m7GpppNmp）+单顺反子单顺反子+“尾巴尾巴”（Poly A）帽子结构和多聚尾巴帽子结构和多聚尾巴55NOCH3型：型：m7G5ppp5NmpNp-55NOCH35 5 ,5,5 - -三磷酸连接三磷酸连接帽子的功能：帽子的功能：（1）可抵抗）可抵抗5-核酸外切酶降解核酸外切酶降解mRNA；（2）在蛋白质合成中，有助于核糖体对）在蛋白质合成中，有助于核糖体对mRNA的认别和结合，使翻译得以正确起始。的认别和结合，使翻译得以正确起始。Poly(A)功能功能 ：（1）与）与mRNA从细胞核到细胞质的运输有关；从细胞核到细胞质的运输有关

30、；（2）提高）提高mRNA在胞质中的稳定性，延长在胞质中的稳定性，延长mRNA的寿命。的寿命。帽子结构和多聚尾巴的功能帽子结构和多聚尾巴的功能二、二、RNA的高级结构的高级结构 转运转运RNA (tRNA)tRNA的功能（主要）：的功能（主要）：在蛋白质合成过程中，转运氨基酸和识别密码子。在蛋白质合成过程中，转运氨基酸和识别密码子。tRNA结构结构二级结构：二级结构：三叶草形三叶草形三级结构三级结构：倒倒L型型酵母酵母tRNA Ala 的二级结构的二级结构二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环IGC反密码子反密码子反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂额外环（额外环（可变环）可变环）TC环环CCAAla3 5 O

31、Hu氨基酸臂氨基酸臂：7对碱基组成，对碱基组成，3 末端为末端为CCA-OH，OH 端结端结合活化的氨基酸。合活化的氨基酸。u二氢尿嘧啶环（二氢尿嘧啶环（DHU环）环）：由：由812个核苷酸，个核苷酸，含有二氢尿含有二氢尿嘧啶（嘧啶（D）而得名。）而得名。u反密码环：反密码环：一般一般由由79个核苷酸个核苷酸组成，含反密码子，反密码组成，含反密码子，反密码子与子与mRNA上的密码子配对，将上的密码子配对，将合适的氨基酸携带到合适合适的氨基酸携带到合适的位置。的位置。u额外环：额外环：位于反密码区与位于反密码区与T C区之间，不同的区之间，不同的tRNA该区变该区变化较大化较大。uT C环环：含

32、有胸苷（含有胸苷（T）、假尿苷（）、假尿苷（ ）和胞苷（和胞苷（C），故名），故名T C。倒倒L L型（型（L L型）型）反密码臂反密码臂氨基酸臂氨基酸臂rRNA的功能的功能:参与组成核蛋白体，参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的作为蛋白质生物合成的场所。场所。rRNA是细胞中是细胞中含量最多含量最多的的RNA，占总量的，占总量的80%。核核蛋白体蛋白体RNA (rRNA)RNA (rRNA)16S rRNA16S rRNA的结构的结构5sRNA的二级结构的二级结构螺旋化程度较螺旋化程度较tRNA低；低；与蛋白质组成核蛋白体后方能发挥其功能。与蛋白质组成核蛋白体后方能发挥其功能。rRNA的结

33、构的结构核蛋白体的组成核蛋白体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.8S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质34种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（

34、根据沉降系数）真核生物真核生物5S rRNA5.8S rRNA18S rRNA28S rRNA原核生物原核生物5S rRNA16S rRNA23S rRNA一、一般物理性质一、一般物理性质二、紫外吸收性质二、紫外吸收性质三、核酸和核苷酸的两性解离三、核酸和核苷酸的两性解离四、核酸的变性、复性和分子杂交四、核酸的变性、复性和分子杂交五、核酸的显色反应五、核酸的显色反应1. DNA白色絮状固体，白色絮状固体，RNA白色粉末状固体，白色粉末状固体，都溶于水，不溶于乙醇都溶于水，不溶于乙醇，因此常用乙醇来沉，因此常用乙醇来沉淀；淀；2. DNA溶液黏度大于溶液黏度大于RNA溶液；溶液；3. DNA难溶

35、于难溶于0.14mol/L的的NaCl溶液，可溶于溶液，可溶于12 mol/L的的NaCl溶液溶液，RNA则相反，可据则相反，可据此分离二者。此分离二者。嘌呤碱和嘧啶碱都含有嘌呤碱和嘧啶碱都含有共轭双键共轭双键体系，所体系，所以核苷、核苷酸、以核苷、核苷酸、DNA、RNA在在240290 nm有吸收；有吸收；最大吸收峰为最大吸收峰为260nm，可用于核酸的定性，可用于核酸的定性和定量测定；和定量测定；不同碱基的紫外吸收特性不同。不同碱基的紫外吸收特性不同。腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶尿嘧啶u根据根据A260/A280的比值判断核酸样品的的比值判断核酸样品的纯度纯度

36、纯纯DNA：A260/A280=1.8 纯纯RNA：A260/A280=2.0（若样品中含有杂蛋白或苯酚，则（若样品中含有杂蛋白或苯酚，则A260/A280比值明显降低）比值明显降低）u纯的核酸样品可根据纯的核酸样品可根据260nm的光吸收值算出的光吸收值算出其其含量含量若若260nm光吸收值光吸收值为为1相当于相当于50g/ml双螺旋双螺旋DNA或相当于或相当于40g/ml单链单链DNA或或RNA或相当于或相当于20g/ml寡核苷酸寡核苷酸。核酸和核苷酸含酸性的核酸和核苷酸含酸性的磷酸基团磷酸基团，又含弱碱，又含弱碱性的性的碱基碱基，为两性电解质，可发生两性解离；，为两性电解质，可发生两性解

37、离；等电点偏酸性，等电点偏酸性，DNA的的pI约为约为45，RNA的的pI约为约为2.02.5，在，在pH78电泳时泳向正极；电泳时泳向正极；尿嘧啶和胸腺嘧啶不能进行碱性解离；尿嘧啶和胸腺嘧啶不能进行碱性解离；利用两性解离特性和等电点，可以来分离、利用两性解离特性和等电点，可以来分离、纯化、制备核酸。纯化、制备核酸。双螺旋双螺旋 DNA部分解部分解链链 DNA无规线团无规线团加热加热（一）（一）DNA的变性的变性(denaturation)定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开成双链解开成两条两条单链单链的过程。的过程。DNA变性的本质：变性的本质：双链间双链间氢

38、键的断裂。氢键的断裂。加热加热部分双螺旋解开部分双螺旋解开 无规则线团无规则线团 链内碱基配对链内碱基配对220 240 260 280300 320 3400.10.20.30.40.50.60.7光吸收光吸收波长波长总吸收值总吸收值变性变性DNA天然天然DNADNADNA紫外吸收光谱紫外吸收光谱变性后理化性质变化：变性后理化性质变化：增色效应增色效应 粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降 浮力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变 生物活性丧失生物活性丧失增色效应：增色效应：DNADNA变性变性时时, ,其溶液紫外吸收其溶液紫外吸收值增高的现象。值增高的现象。DNA的变性发生

39、在一个很窄的的变性发生在一个很窄的温度范围内。温度范围内。通常把热变性过程中，通常把热变性过程中，DNA的的双螺旋结构失去一半双螺旋结构失去一半时的温度时的温度称为该称为该DNA的的熔解温度，熔解温度，用用Tm表示，表示，即增色效应达到最大值一半的即增色效应达到最大值一半的温度。温度。Poly d(A-T)DNAPoly d(G-C)某些某些DNA的的Tm值值60801001 .01 .41 .2100%A260T/ 0CTmTmTmTmTmTm123123（2）G+C的含量：的含量： G+C的含量越高，则的含量越高，则Tm越高；越高；经验公式：经验公式：Tm=69.3+0.41(G+C) （

40、1）DNA的均一性的均一性 影响影响Tm值的因素值的因素 （3）介质中的离）介质中的离子强度：子强度：随溶液离子随溶液离子浓度增加而增大浓度增加而增大;Tm值较低值较低，易变性，易变性，不易保存不易保存。（二）（二）DNA的复性的复性 (renaturation) u在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象的双螺旋构象，这一现象称为复性称为复性。u复性过程中，其溶液紫外吸收值降低，复性过程中，其溶液紫外吸收值降低， 此现象此现象为减为减色效应。色效应。u热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程经缓慢冷却后即可复性，

41、这一过程称称为退火为退火(annealing) 。u将热变性的将热变性的DNA迅速冷却至低温，此过程为淬火。迅速冷却至低温，此过程为淬火。淬火处理后的淬火处理后的DNA不能复性。不能复性。u分子量越大复性越难；浓度越大，复性越容易。分子量越大复性越难；浓度越大，复性越容易。来源不同的来源不同的DNA，若彼此间有，若彼此间有部分互补的核苷酸部分互补的核苷酸顺序顺序，在同一溶液中进行，在同一溶液中进行热变性热变性和和退火处理退火处理后，形成后，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。u制备特定的探针制备特定的探针（probeprobe）通过杂交通

42、过杂交技术可进行基因的技术可进行基因的检测和定位研究。检测和定位研究。RNA和和DNA杂合链杂合链变性（加热）杂交（缓慢冷却）探针复性（缓慢冷却）DNA分子分子限制片段限制片段限制性酶限制性酶切割切割琼脂糖电泳琼脂糖电泳转移至硝酸纤维素膜上转移至硝酸纤维素膜上与放射性标记与放射性标记DNA探针杂交探针杂交放射自放射自显影显影带有带有DNA片段片段的凝胶的凝胶凝胶凝胶滤膜滤膜用缓冲液用缓冲液转移转移DNA吸附有吸附有DNA片段的膜片段的膜Southern Blot：DNA-DNA杂交杂交Northern Blot：DNA-RNA杂交杂交Western Blot：抗原：抗原-抗体进行杂交抗体进行杂

43、交核糖核糖浓浓HClHCl糠醛糠醛3,53,5二羟基甲苯二羟基甲苯深绿色化合物深绿色化合物最大吸收峰的波长为最大吸收峰的波长为675 nm，可用比色法定量检测，可用比色法定量检测RNA含量。含量。脱氧核糖脱氧核糖浓浓H H2 2SOSO4 4二苯胺二苯胺羟基羟基酮基戊醛酮基戊醛 沸水，沸水，5min5min蓝色化合物蓝色化合物最大吸收峰的波长为最大吸收峰的波长为595 nm，可用比色法定量检测，可用比色法定量检测DNA含量。含量。最大吸收峰的波长为最大吸收峰的波长为660 nm，一定范围内溶液光，一定范围内溶液光吸收值与磷含量成正比，据此计算出核酸含量。吸收值与磷含量成正比，据此计算出核酸含量

44、。浓浓H H2 2SOSO4 4钼酸钼酸核酸核酸磷磷酸性条件酸性条件水解水解磷钼酸磷钼酸还原剂还原剂钼蓝钼蓝（一）核酸的分离、提取通则（一）核酸的分离、提取通则 为了得到完整的大分子核酸，一般要注意为了得到完整的大分子核酸，一般要注意3点点 ：1保持低温（保持低温（04）。）。2防止过酸、过碱，避免剧烈搅拌。防止过酸、过碱，避免剧烈搅拌。3防止核酸酶的作用。防止核酸酶的作用。 一、核酸的分离、提取抑制抑制DNase： 可加柠檬酸钠、可加柠檬酸钠、EDTAEDTA等金属螯合剂；或加去污等金属螯合剂；或加去污剂十二烷基硫酸钠（剂十二烷基硫酸钠（SDSSDS）；或加蛋白变性剂。）；或加蛋白变性剂。 抑制抑制RNase： （1）实验器皿高温，或高压灭菌，不能高压灭菌的）实验器皿高温，或高压灭菌，不能高压灭菌的用具用用具用0.1%二乙基焦碳酸盐（二乙基焦碳酸盐（diethyl pyrocarbonate, DEPC）处理。）处理。 （2 2）加强的蛋白变性剂如硫氰酸胍、异硫氰酸胍等。）加强的蛋白变性剂如硫氰酸胍、异硫氰酸胍等。 （3 3）加核糖核酸酶阻抑蛋白（）加核