生物化学6核酸

1、 概述概述 核酸的一级结构与序列分析核酸的一级结构与序列分析 DNA的高级结构的高级结构 DNA遗传物质遗传物质 DNA的性质的性质主要内容主要内容 核酸核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，在生物体内负责生命信息的储存和传递。在生物体内负责生命信息的储存和传递。 分类：分类：按其所含戊糖不同分为按其所含戊糖不同分为DNA和和RNA。 重要性：重要性：DNA是主要遗传物质，负责遗传信息的贮存和发布。是主要遗传物质，负责遗传信息的贮存和发布。 RNA的功能多样性，参与遗传信息的表达。的功能多样性，参与遗传信息的表达。1. 核酸的概念及研究进展核酸的概念及

2、研究进展核酸研究史上的大事件核酸研究史上的大事件 1868年，瑞士青年科学家年，瑞士青年科学家 F.Miescher 从外科绷带上脓细胞从外科绷带上脓细胞的细胞核中分离得到一种的细胞核中分离得到一种含磷较高的酸性物质，称含磷较高的酸性物质，称之为核素（之为核素（nuclein）。）。 1889年年, Altmann 将其纯化，将其纯化，把不含蛋白质的物质称为核酸把不含蛋白质的物质称为核酸核酸研究史上的大事件核酸研究史上的大事件1943年年 E .Chargaff 的工作推理出的工作推理出碱基配对碱基配对的理论的理论1944年年 Avery等肺炎球菌转化试验证明等肺炎球菌转化试验证明DNA是遗传

3、物质是遗传物质 1953年年 Watson-Crick 建立了建立了DNA的双螺旋结构模型的双螺旋结构模型1958年年 Crick 提出遗传信息传递的提出遗传信息传递的中心法则中心法则1968年年 M.W.Niberg 发现发现遗传密码遗传密码 1975年年 H.M.Temin 和和 D.Baltimore 发现发现反转录酶反转录酶 1981年年 W.Gilbert 和和 F.Sanger 建立建立 DNA测序方法测序方法 1985年年 PCR技术技术的发明的发明 1990年年 美国启动人类基因组计划美国启动人类基因组计划( HGP ) 1994年年 中国中国人类基因组计划启动人类基因组计划启

4、动 2001年年 美、英等国美、英等国完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架DNA：-D-2-脱氧核糖脱氧核糖 A、G、C、TRNA：-D-核糖核糖 A、G、C、U 核核 酸酸（RNA、DNA）核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基核糖（核糖（RNA）脱氧核糖（脱氧核糖（DNA）嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤 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 2. 核酸的结构成分核酸的结构成分戊戊 糖糖OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖DNA含脱氧核糖含脱氧核糖RNA含核糖含核糖NNH132456 嘧嘧 啶啶(py

5、rimidine)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)NHNHOOCH3嘌嘌 呤呤(purine)NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G) 核酸中除了核酸中除了5类基本的碱基外，还有一些类基本的碱基外，还有一些含量甚少的碱基，称为含量甚少的碱基，称为稀有碱基稀有碱基。组成核酸的稀有碱基：组成核酸的稀有碱基：Im5Chm5CDHUNNNNONNNH2OCH3次黄嘌呤次黄嘌呤5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶5-

6、羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 碱基的酮式一烯醇式互变异构现象碱基的酮式一烯醇式互变异构现象正常生理条件下，主要以正常生理条件下，主要以酮式酮式结构形式存在。结构形式存在。核核 苷苷 (ribonucleoside) 碱基和核糖（脱氧核糖）碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）（脱氧核苷）; 糖环上的第糖环上的第 1位位C原子原子与与嘌呤第嘌呤第9位位N原子原子或嘧啶第或嘧啶第1位位N原子原子相连，碱基平面相连，碱基平面与戊糖平面互相垂直。与戊糖平面互相垂直。OHOCH2OHOHNNNH2O1 1胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NN

7、OHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2嘧啶核甘嘧啶核甘中嘧啶碱基对核糖的取向只有中嘧啶碱基对核糖的取向只有反式反式构象构象嘌呤核甘嘌呤核甘中嘌呤碱基对核糖的取向有中嘌呤碱基对核糖的取向有顺式和反式顺式和反式两种构象两种构象 核苷（脱氧核苷）核苷（脱氧核苷）和磷酸以和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。（脱氧核苷酸）。核苷酸核苷酸 (ribonucleotide)POOOHOHOCH2OHOHNNNH2O 核糖核苷的糖环上有三个（核糖核苷的

8、糖环上有三个（5、3、2）游离的羟基，）游离的羟基，可以形成三种核苷酸；脱氧核糖核苷酸有两个（可以形成三种核苷酸；脱氧核糖核苷酸有两个（5、3）游离羟基，形成两种核苷酸。）游离羟基，形成两种核苷酸。 但天然的只发现但天然的只发现5连接磷酸的核苷酸，连接磷酸的核苷酸， 5 -核苷酸是核苷酸是核酸的基本单位核酸的基本单位。OBOH OHOH2CPOHHOOB=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 核苷酸的磷酸化核苷酸的磷酸化核苷一磷酸

9、核苷一磷酸（ NMP ）核苷二磷酸核苷二磷酸（ NDP ）核苷三磷酸核苷三磷酸（ NTP ） ADPAMPATPNNNCHCCHNCOPOOPPOOOHHHOHOHHCCHOHOOHOHOHOCH2NH212354作为作为合成核酸的原料合成核酸的原料：如用：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成合成RNA，用，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成合成DNA。作为作为能量的贮存和供应形式能量的贮存和供应形式：除：除ATP之外，之外，还有还有GTP，UTP，CTP等。等。核苷酸的生理功能核苷酸的生理功能参与代谢或生理活动的调节参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸：如环核苷酸cAMP和和cG

10、MP作为激素的第二信使。作为激素的第二信使。参与构成酶的辅酶或辅基参与构成酶的辅酶或辅基：如在：如在NAD+, NADP+, FAD, FMN, CoA中均含有核苷酸的成分。中均含有核苷酸的成分。作为作为代谢中间物的载体代谢中间物的载体：用：用UDP携带糖基，用携带糖基，用CDP携带胆碱，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷携携带胆碱，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸等。带蛋氨酸等。核酸的结构基础核酸的结构基础核苷酸残基通过与前一分子核苷酸核苷酸残基通过与前一分子核苷酸3OH和后和后一分子核苷酸一分子核苷酸5磷酸基磷酸基均形成均形成3, 5 磷酸二酯磷酸二酯键键，这样鱼贯联结成链状聚合物；，这样鱼贯联结

11、成链状聚合物；包括包括250个核苷酸的短核苷酸链称为寡核苷个核苷酸的短核苷酸链称为寡核苷酸；大于酸；大于50个核苷酸的核苷酸链称为多聚核个核苷酸的核苷酸链称为多聚核苷酸，即苷酸，即核酸。核酸。3, 5 磷酸二酯键磷酸二酯键自由的自由的 5 磷酸基团磷酸基团自由的自由的3 OHA G P5 P T PG PC PT P OH 3 5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3 书写及阅读方向：从书写及阅读方向：从5端（左侧）到端（左侧）到3端（右端（右侧），侧），ApG 表示表示(A-3)- P (5-G) 。 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic

12、acid, DNA）核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）:DNA(脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸)RNA（核糖核酸）（核糖核酸）分布分布98%于细胞核中，于细胞核中，少量存于线粒体和少量存于线粒体和叶绿体中叶绿体中90%cell质中，质中，10%细胞细胞核中，核中，tRNA 15%，mRNA 5%, rRNA 80%生物生物功能功能遗传物质基础，储遗传物质基础，储存和传递遗传信息存和传递遗传信息基因表达，指导蛋白质基因表达，指导蛋白质合成，生物催化合成，生物催化,有时有时RNA也是遗传物质也是遗传物质核糖核糖D2脱氧核糖脱氧核糖D核糖核糖碱基碱基A、C、G、TA、C、G、U

13、磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸核酸的分布及功能核酸的分布及功能核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核

14、仁小RNA核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNARNA的分类及功能的分类及功能核酸的

15、紫外最大吸收峰在波长核酸的紫外最大吸收峰在波长260nm处处蛋白质紫外最大吸收峰在波长蛋白质紫外最大吸收峰在波长280nm处处纯纯DNA样品样品A260/A280比值为比值为1.8纯纯RNA样品样品A260/A280比值比值2.0以上以上紫外吸收特性可以鉴定核酸样品的纯度紫外吸收特性可以鉴定核酸样品的纯度精品精品ppt29一级结构是指在多核苷酸链中各个核一级结构是指在多核苷酸链中各个核苷酸之间的连接方式、核苷酸的种类、苷酸之间的连接方式、核苷酸的种类、数量以及核苷酸的排列顺序。数量以及核苷酸的排列顺序。 2 1. DNA一级结构一级结构：4种脱氧核苷酸种脱氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、

16、dTMP按照一定的排列按照一定的排列顺序通过磷酸二酯键连接而成的没有分支顺序通过磷酸二酯键连接而成的没有分支的多核苷酸链。的多核苷酸链。 DNA碱基组成的特点碱基组成的特点:v具有种的特异性具有种的特异性;v没有器官和组织的特异性；没有器官和组织的特异性；v年龄、营养状况、环境的改变不影响年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA的的碱基组成；碱基组成；v DNA的碱基组成符合碱基摩尔比例规律。的碱基组成符合碱基摩尔比例规律。 DNA碱基摩尔比例规律碱基摩尔比例规律 在各种在各种DNA中，腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔中，腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，即数相等，即AT，鸟嘌呤与胞嘧啶，鸟嘌呤与胞嘧啶 (包

17、括包括 5-甲甲基胞嘧啶基胞嘧啶 )的摩尔数相等，即的摩尔数相等，即 G C + m5 C； 即嘌呤碱基的总摩尔数等于嘧啶碱基的总数：即嘌呤碱基的总摩尔数等于嘧啶碱基的总数： A + G T + C + m5C 这个碱基摩尔比例规律又称为这个碱基摩尔比例规律又称为DNA的碱基当的碱基当量定律，量定律，Chargaffs rule。2. DNA测序测序（sequencing）核酸序列测定方法已经过近核酸序列测定方法已经过近20年的发展，测年的发展，测序的具体方法种类繁多。但所依据的基本原序的具体方法种类繁多。但所依据的基本原理不外乎理不外乎Sanger的的核酸链合成终止法核酸链合成终止法及及Ma

18、xam和和Gilbert的的化学降解法化学降解法两大类。两大类。将被测将被测 DNA 制成单链模板，分别加入制成单链模板，分别加入 4 个反应管中个反应管中在每个管中加入引物、缓冲液、在每个管中加入引物、缓冲液、DNA 聚合酶聚合酶 和和 4 种种 dNTP（其中一种为（其中一种为32P标记）；标记）；在在 1、2、3、4 个管中分别加入个管中分别加入 ddTTP、ddCTP、ddGTP 和和 ddATP ，然后进行保温反应。，然后进行保温反应。由于双脱氧的由于双脱氧的 ddNTP 比正常的比正常的 dNTP 少了少了3-羟基，羟基，当它在当它在 DNA 聚合酶作用下掺入到正在延伸的聚合酶作用

19、下掺入到正在延伸的 DNA 链链时，因时，因 ddNTP 不含不含 3 -羟基，于是就阻止了其它羟基，于是就阻止了其它 dNTP 的继续掺入，起了特异性终止剂的作用。的继续掺入，起了特异性终止剂的作用。Sanger法的程序法的程序双脱氧链终止法双脱氧链终止法DNA的自动测序的自动测序RNA一级结构一级结构：主要为主要为4种核苷酸种核苷酸AMP、GMP、CMP 、UMP通过磷酸二酯键连通过磷酸二酯键连接而成的没有分支的多核苷酸链，接而成的没有分支的多核苷酸链，RNA 分子中还有某些稀有碱基。分子中还有某些稀有碱基。 RNA种类不种类不同，结构各不相同。同，结构各不相同。1. mRNA的结构与功能

20、的结构与功能占细胞中占细胞中RNA总量的总量的35； 细胞内细胞内mRNA的种类很多，分子质量极不均一；的种类很多，分子质量极不均一； mRNA是三类是三类RNA中最不稳定的中最不稳定的;作为模板，直接指导蛋白质的合成。作为模板，直接指导蛋白质的合成。真核真核mRNA 5 端的帽子结构端的帽子结构7-甲基鸟苷三磷酸与甲基鸟苷三磷酸与 mRNA 原来的原来的5端核苷端核苷酸连接形成酸连接形成m7GpppN。其作用是：。其作用是：vmRNA的稳定性维系：作为一种保护装置将的稳定性维系：作为一种保护装置将mRNA 5端封闭起来，可使端封闭起来，可使mRNA免受核酸外切酶的水解免受核酸外切酶的水解破坏

21、破坏；v翻译起始的调控：作为蛋白质合成翻译起始的调控：作为蛋白质合成起始的辨认信号，起始的辨认信号，启动和加速翻译过程启动和加速翻译过程。v mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位帽子结构帽子结构真核细胞的真核细胞的mRNA 3 末端的结构末端的结构大多数真核细胞大多数真核细胞mRNA在在3 末端有一个长约末端有一个长约 200个核苷酸的个核苷酸的polyA; PolyA是在转录后经是在转录后经polyA聚合酶的作用添加聚合酶的作用添加上去的，原核生物的上去的，原核生物的mRNA一般无一般无3PolyA; 功能：与功能：与mRNA从细胞核到细胞质的从细胞核到细胞质的转移有转移有关关；与；与m

22、RNA的的半衰期即稳定性有关半衰期即稳定性有关（新合成（新合成的的mRNA其其PolyA 链长，而衰老的链长，而衰老的mRNA其其PolyA链较短）。链较短）。tRNA皆由皆由 7090 个核苷酸组成，有较多的稀个核苷酸组成，有较多的稀有碱基；在三类有碱基；在三类 RNA 中它的分子质量最小。中它的分子质量最小。 含含 1020% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU 3 末端为末端为 CCA-OH 5 末端大多数为末端大多数为G也有也有pC的的 2. tRNA的一级结构特点的一级结构特点3. RNA的测序的测序 利用酶的特异性，将利用酶的特异性，将RNA的特异核的特异核甘酸位点切断后测序；甘酸位

23、点切断后测序； 将将RNA反转录成反转录成cDNA后再用后再用DNA测序法测序。测序法测序。 Watson 和和 Crick 于于 1953 年在前人研究工年在前人研究工作的基础上，根据作的基础上，根据DNA结晶的结晶的X-衍射图谱和分衍射图谱和分子模型，提出了著名的子模型，提出了著名的DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测，它是上世纪最重大的自然科学成就之一，测，它是上世纪最重大的自然科学成就之一，1962年荣获诺贝尔化学奖。年荣获诺贝尔化学奖。（一）（一） DNA的二级结构的二级结构1. DNA双螺旋结构的研究

24、背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱基组成分析 Chargaff 规则：规则：A = T G C 碱基的理化数据分析碱基的理化数据分析 A-T、G-C以以氢键氢键配对较合理配对较合理 DNA纤维的纤维的X-射线衍射图谱分析射线衍射图谱分析 2. DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 DNA分子由两条方向相分子由两条方向相反多聚脱氧核糖核苷酸反多聚脱氧核糖核苷酸链沿着同一根轴平行盘链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结绕，形成右手双螺旋结构。其中一条链的方向构。其中一条链的方向为为53，而另一条链的，而另一条链的方向为方向为35。2. DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 疏水

25、碱基于螺旋的内侧，疏水碱基于螺旋的内侧，亲水的磷酸基和脱氧核亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连成糖以磷酸二酯键相连成的骨架位于外侧；双螺的骨架位于外侧；双螺旋的直径为旋的直径为2nm，沿中，沿中心轴形成大沟和小沟交心轴形成大沟和小沟交替出现替出现2. DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 碱基呈平面状，与中心轴碱基呈平面状，与中心轴垂直；相邻碱基平面间的垂直；相邻碱基平面间的距离为距离为 0.34nm，夹角为，夹角为36；每；每10对核苷酸绕中对核苷酸绕中心轴旋转一圈，故螺旋的心轴旋转一圈，故螺旋的螺距为螺距为 3.4nm。2. DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 两条链碱基

26、对之间形成氢两条链碱基对之间形成氢键，碱基的相互结合具有键，碱基的相互结合具有严格的配对规律，即严格的配对规律，即AT、GC配对。配对。A和和T之间形成之间形成两个氢键，两个氢键，G与与C之间形之间形成三个氢键。成三个氢键。碱基配对碱基配对3. DNA双螺旋的稳定性双螺旋的稳定性 DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的双螺旋结构在生理条件下是很稳定的,维持这种稳定性的因素包括：维持这种稳定性的因素包括：v 两条两条DNA链之间形成的链之间形成的氢键氢键。v 碱基堆积力碱基堆积力：由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除：由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响。了介质

27、中水分子对碱基之间氢键的影响。v 介质中的阳离子介质中的阳离子（如（如Na+、K+和和Mg2+）中和了磷酸基团）中和了磷酸基团的负电荷，降低了的负电荷，降低了DNA链之间的排斥力、范德华力等。链之间的排斥力、范德华力等。v 改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。DNA双螺旋结构双螺旋结构 DNA，双螺旋，正反向，互补链。，双螺旋，正反向，互补链。 A对对T，GC连，连， 配对时，配对时， 成氢键。成氢键。 十碱基，转一圈，螺距十碱基，转一圈，螺距34点中间。点中间。 碱基力和氢键，维持螺旋结构坚。碱基力和氢键，维持螺旋结构坚。 DNA双螺旋

28、结构的多样性双螺旋结构的多样性Watson和和Crick所提出的模型称为所提出的模型称为B-DNA, B型是最稳定的构型型是最稳定的构型反向重复序列反向重复序列(inverted repeats)回文序列回文序列(palindrome)1957年发现在基因的调控区或染色质的年发现在基因的调控区或染色质的 重组部位有重组部位有DNA的三螺旋结构的三螺旋结构DNA的三级结构的三级结构是指双螺旋进一步扭曲、折叠形是指双螺旋进一步扭曲、折叠形成的更高层次的空间结构，也就是比双螺旋更为成的更高层次的空间结构，也就是比双螺旋更为复杂的构象。复杂的构象。DNA的三级结构包括线状的三级结构包括线状DNA形成的

29、纽结、超形成的纽结、超螺旋和多重螺旋以及环状的结、超螺旋和连环等螺旋和多重螺旋以及环状的结、超螺旋和连环等多种类型，其中多种类型，其中超螺旋超螺旋是最常见的三级结构。是最常见的三级结构。（二）（二）DNA的三级结构的三级结构正超螺旋正超螺旋 (positive supercoil)处于拧紧状态时所形成的超螺旋处于拧紧状态时所形成的超螺旋(左手超螺旋左手超螺旋)负超螺旋负超螺旋 (negative supercoil)处于拧松状态时形成的超螺旋处于拧松状态时形成的超螺旋 (右手超螺旋右手超螺旋) 天然天然DNA中的超螺旋都是负超螺旋。中的超螺旋都是负超螺旋。超螺旋超螺旋连环数连环数（linkin

30、g number , L） DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数条链缠绕的次数扭转数扭转数（twisting number , T） DNA分子中的分子中的Watson-Crick螺旋数目螺旋数目 超螺旋数超螺旋数（缠绕数（缠绕数 , writhing number , W） L = T + W三种环状分子具有相同结构，三种环状分子具有相同结构，但但L值不同，称为拓扑异构体。值不同，称为拓扑异构体。自然界存在的所有超螺旋自然界存在的所有超螺旋DNA分子都是分子都是最初缠绕不足形成的负超螺旋最初缠绕不足形成的负超螺旋真核生物内，真核生物内，DNA以

31、致密形式存在于细胞核的染色体中。以致密形式存在于细胞核的染色体中。染色体的基本单位是核小体染色体的基本单位是核小体核小体：核小体：DNA和组蛋白共同构成和组蛋白共同构成核心组蛋白：核心组蛋白：4种组蛋白种组蛋白(H2A , H2B , H3 ,H4)形成的形成的8聚体聚体DNA：以负超螺旋缠绕在核心组蛋白上：以负超螺旋缠绕在核心组蛋白上H1在核小体之间起连接作用在核小体之间起连接作用染色体的基本单位是核小体染色体的基本单位是核小体(nucleosome)核小体的串珠状结构核小体的串珠状结构 RNA是单链分子，因此，在是单链分子，因此，在RNA分子分子中，并不遵守碱基种类的数量比例关中，并不遵守

32、碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。等于嘧啶碱基的总数。（三）（三）RNA的高级结构的高级结构发夹式结构发夹式结构 A-U, C-G配对配对 RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地称为种结构可以形象地称为“发夹型发夹型”结构。结构。1. tRNA的二级结构的二级结构v呈呈“三叶草三叶草” 形状，形状，一般可将其分为一般可将其分为四四臂臂四环四环：大致分为氨基大致分为氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、酸臂、二氢尿

33、嘧啶环、反密码子环、额外环反密码子环、额外环和和TC环五部分环五部分 。 2. tRNA的三级结构的三级结构tRNA三叶草结构进一步扭曲、折叠形成三叶草结构进一步扭曲、折叠形成倒写倒写“”字母的三维结构。字母的三维结构。tRNA的二级结构与的二级结构与倒倒结结构构三叶草三叶草结构结构 3. rRNA的高级结构的高级结构 rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数）：真核生物：真核生物： 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA原核生物：原核生物： 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA5S rRNA 与与16S rRNA 间接证据间接证据 直接

34、证据直接证据 原核与真核生物原核与真核生物DNA的特点的特点间接证据间接证据v 特定的组织细胞的特定的组织细胞的DNA数量是稳定的，数量是稳定的，随着组织的复杂，其数量逐渐增加随着组织的复杂，其数量逐渐增加;v 年龄、营养状况和环境的改变不影响年龄、营养状况和环境的改变不影响DNA的数量和组成的数量和组成;v DNA碱基的组成具有种的特异性。碱基的组成具有种的特异性。直接证据直接证据| 肺炎球菌的转化实验肺炎球菌的转化实验| 噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验 原核生物与真核生物原核生物与真核生物DNADNA分子中不同排列顺序的分子中不同排列顺序的DNA区段构成区段构成特定的功能单位，即特定的功

35、能单位，即基因基因 (gene)。细胞内染色体所包含的细胞内染色体所包含的DNA总体称为总体称为基因基因组组(genome)。原核生物基因组结构特点原核生物基因组结构特点l基因组较小，形式多样，可能是基因组较小，形式多样，可能是DNA，也可能是，也可能是RNA，可能是单链，可能是单链,双链的，闭环分子，线性分子；双链的，闭环分子，线性分子；细菌染色体为环状双链细菌染色体为环状双链DNA分子，与分子，与RNA和支架蛋和支架蛋白构成致密区域，称类核白构成致密区域，称类核(nucleoid)。l功能相关的结构基因常常串连在一起，并转录在同功能相关的结构基因常常串连在一起，并转录在同一个一个mRNA分

36、子中，称为多顺反子分子中，称为多顺反子(polycistron)。lDNA分子绝大部分用于编码蛋白质，非编码区通常分子绝大部分用于编码蛋白质，非编码区通常包含控制基因表达的顺序。包含控制基因表达的顺序。l基因重叠是病毒基因组的结构特点。基因重叠是病毒基因组的结构特点。真核生物基因组结构特点真核生物基因组结构特点 单顺反子单顺反子(monocistron)，即一个结构基因转录、翻译成，即一个结构基因转录、翻译成一个一个mRNA分子，一条多肽链分子，一条多肽链; 存在大量重复序列，包括卫星存在大量重复序列，包括卫星DNA、反向重复序列和、反向重复序列和较复杂的重复单位组成的重复序列较复杂的重复单位

37、组成的重复序列;基因组中不编码的基因组中不编码的区域多于编码区域区域多于编码区域 基因是不连续的，在真核生物结构基因的内部存在许基因是不连续的，在真核生物结构基因的内部存在许多不编码蛋白质的间隔序列多不编码蛋白质的间隔序列(intervening sequences)，称为内含子称为内含子(intron)，编码区则称为外显子，编码区则称为外显子(exon)。 基因组远大于原核生物的基因组，具有许多复制起点，基因组远大于原核生物的基因组，具有许多复制起点，而每个复制子的长度较小。而每个复制子的长度较小。 核酸核酸的降解的降解指通过核酸酶或物理、化学的方法指通过核酸酶或物理、化学的方法使核酸的使核

38、酸的3, 5磷酸二酯键断裂，多聚核甘酸链磷酸二酯键断裂，多聚核甘酸链变成小段寡聚核甘酸链。变成小段寡聚核甘酸链。1. 降解与变性降解与变性振荡、搅拌、反复冻融等易导致振荡、搅拌、反复冻融等易导致DNA的降解的降解指指DNA分子由稳定的双螺旋结构，松解为单分子由稳定的双螺旋结构，松解为单链无规则线性结构的现象。链无规则线性结构的现象。DNA的变性只涉及维持双螺旋稳定性的次级的变性只涉及维持双螺旋稳定性的次级键的断裂，一级结构并不改变。键的断裂，一级结构并不改变。凡能破坏双螺旋稳定性的因素都可以成为变凡能破坏双螺旋稳定性的因素都可以成为变性的条件，如过量酸，碱，加热，变性试剂性的条件，如过量酸，碱

39、，加热，变性试剂（尿素、酰胺）以及某些有机溶剂（乙醇、（尿素、酰胺）以及某些有机溶剂（乙醇、丙酮、尿素等）丙酮、尿素等）DNA的变性的变性 变性后的变性后的 DNA生物活性丧失，同时生物活性丧失，同时发生一系列理化性质的改变，包括：发生一系列理化性质的改变，包括： 粘度下降；粘度下降； 沉降系数增加；沉降系数增加； 比旋下降；比旋下降； 紫外光吸收值升高等。紫外光吸收值升高等。DNA的变性的变性酸碱变性酸碱变性v低或高的低或高的pH值条件趋向影响值条件趋向影响DNA双螺旋双螺旋中氢键的形成，导致中氢键的形成，导致DNA的变性。的变性。 低离子浓度低离子浓度v双链双链DNA浓度过低，带正电荷的物

40、质减少浓度过低，带正电荷的物质减少导致导致DNA 上带负电荷的磷酸基团部分脱防上带负电荷的磷酸基团部分脱防护，使相连的磷酸基团相互斥力增加，使护，使相连的磷酸基团相互斥力增加，使DNA双链分离。双链分离。 Tm：变性是在一个相当变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在窄的温度范围内完成，在这一范围内，这一范围内，50%的的DNA分子发生变性时的温度称分子发生变性时的温度称为为DNA的解链温度，又称的解链温度，又称融解温度融解温度(melting temperature, Tm)。一般一般DNA的的Tm值在值在82-95 C之间之间 热变性热变性G和和C的含量高，的含量高，Tm值高值高：因而测定：因而测定Tm值，可反映值，可反映DNA分子中分子中G、C含量，可通过经验公式计算：含量，可通过经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3) 2.44Tm大小可反映出大小可反映出DNA的均一性：的均一性：均质均质DNA的熔解的熔解过程发生在一个较小的温度范围内；异质过程发生在一个较小的温度范围内；异质DNA的的熔解过程发生在一个较宽的温度范围内。熔解过程发生在一个较宽的温度范围内。介质中的离子强度：介质中的离子强度：低浓度介质中，低浓度介质中，Tm值低