核酸概述分子生物学

关于核酸概述分子生物学第1页，课件共85页，创作于2023年2月一核酸＊1925－1930年，Levene确定核酸是由4种核苷酸组成；Chargaff发现四种核苷酸并不是简单的1：1的关系。1核酸的发现＊1868年，Miescher发现核素，是一类在白细胞中富含磷酸酸性的物质。＊1889年，Altmann在酵母中制备了不含蛋白的核素，称之为核酸（Nucleicacid）。第2页，课件共85页，创作于2023年2月＊转化实验

1928年，Griffith等人肺炎双球菌实验（图1－1）；

1944年，Avery提出转化因子是DNA（图1－2）。＊Blendor实验

1952年，Hershey进一步证明DNA是遗传物质（图1－3）。第3页，课件共85页，创作于2023年2月第4页，课件共85页，创作于2023年2月第5页，课件共85页，创作于2023年2月噬菌体模式图第6页，课件共85页，创作于2023年2月第7页，课件共85页，创作于2023年2月第8页，课件共85页，创作于2023年2月2核酸的分类与分布

90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)脱氧核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)

核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。第9页，课件共85页，创作于2023年2月二核酸的化学成分第10页，课件共85页，创作于2023年2月嘧啶碱基嘌呤碱基＊碱基第11页，课件共85页，创作于2023年2月β-D-核糖β-D-2-脱氧核糖＊戊糖第12页，课件共85页，创作于2023年2月腺苷(AR)脱氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷键

β1’,N1-糖苷键β1’β1’N9N1β，N糖苷键主要核苷有八种＊核苷第13页，课件共85页，创作于2023年2月＊核苷酸第14页，课件共85页，创作于2023年2月＊核酸第15页，课件共85页，创作于2023年2月5＇pＡpＣpＴpＴpＧpＡpＡpＣpＧ3＇DNA5＇pＡpＣpＵpＵpＧpＡpＡpＣpＧ3＇RNA5＇pＡＣＴＴＧＡＡＣＧ3＇5＇pＡＣＵＵＧＡＡＣＧ3＇核酸的简写式：第16页，课件共85页，创作于2023年2月5’→3’5’→3’第17页，课件共85页，创作于2023年2月三核酸的理化性质＊溶解性均溶于水不溶于一般有机溶剂,在70%乙醇中形成沉淀

＊晶形

DNA为白色纤维状固体

RNA为白色粉末状固体＊两性解离呈酸性在中性溶液中带负电荷第18页，课件共85页，创作于2023年2月＊沉降速度：

RNA>环状DNA>开环、线状DNA＊粘度

DNA粘度大

RNA粘度小＊旋光性均很强＊密度

RNA>双链DNA；环状DNA>开环、线状DNA

单链DNA>双链DNA第19页，课件共85页，创作于2023年2月＊核酸的紫外吸收

碱基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有强烈的光吸收，λmax=260nm1OD260dsDNA=50μg/ml1OD260ssDNA=33μg/ml1OD260RNA=40μg/ml

纯DNAA260/A280=1.8

纯RNAA260/A280=2.0第20页，课件共85页，创作于2023年2月＊核酸的酸解和碱解

DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别RNA的碱解第21页，课件共85页，创作于2023年2月＊酶水解核酸水解酶:水解磷酸二酯键。

DNA水解酶（DNases）:以DNA为底物

RNA水解酶（RNases）:以RNA为底物的。核酸外切酶:从一端（3′-端或5′-端）开始核酸内切酶:从中间开始第22页，课件共85页，创作于2023年2月四DNA的一级结构1、DNA的一级结构DNA分子中核苷酸的排列顺序，DNA顺序（或序列）DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成第23页，课件共85页，创作于2023年2月第24页，课件共85页，创作于2023年2月第25页，课件共85页，创作于2023年2月DNA一级结构模式图第26页，课件共85页，创作于2023年2月1）DNA结构的特点：＊DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的。＊DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。＊两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，它的组成有一定的规律。第27页，课件共85页，创作于2023年2月第28页，课件共85页，创作于2023年2月2）DNA分子的多样性＊

碱基的排列顺序，构成了DNA分子的多样性＊100bpDNA分子可能排列方式就是4100＊DNA中的碱基排列顺序是DNA分子的重要属性＊基因的功能取决于DNA的一级结构

第29页，课件共85页，创作于2023年2月五DNA的二级结构1、DNA二级结构特征＊Watson和Crick在1953年根据DNA纤维X射线晶体衍射图，提出了DNA为右手双螺旋结构的科学假设。＊二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。＊通常情况下，DNA二级结构分为两类：一类是右手螺旋，如A－DNA，B－DNA；一类是左手螺旋，即Z－DNA。第30页，课件共85页，创作于2023年2月第31页，课件共85页，创作于2023年2月第32页，课件共85页，创作于2023年2月2、DNA双螺旋的稳定性氢键疏水作用碱基堆积力离子第33页，课件共85页，创作于2023年2月3、DNA结构的多态性

目前已知DNA双螺旋结构可分为A、B、C、D及Z型等数种，除Z型为左手双螺旋外，其余均为右手双螺旋。B型A型D型C型E型92％相对湿度75％相对湿度DNA－RNA杂交分子66％相对湿度碱基对减少1)右手螺旋第34页，课件共85页，创作于2023年2月DNA结构类型和螺旋参数结构类型螺旋（nm）螺旋对称性每个核苷酸残基轴（h）和扭角轴（I）沟的宽度（nm）沟的深度（nm）h（nm）I（度）小沟大沟小沟大沟A2.82110.25632.71.100.270.281.35B3.38100.33836.00.571.170.750.85C3.109.330.33238.60.481.050.790.75D2.4380.30445.00.130.890.58E2.437.50.32548.0第35页，课件共85页，创作于2023年2月Z型:在DNA单链中存在嘌呤与嘧啶（CGCGCG或CACACA）交替排列的顺序时，就会出现左手双螺旋结构。在主链中各个磷酸根呈锯齿状排列，犹如“之”字形一样，因此叫做Z型沟象。2)左手螺旋－－Z型

特点：每圈螺旋12个碱基，螺距4.46－4.47nm，h为0.74nm，-60度旋转，碱基负倾斜-7度，直径1.81-1.84nm（B型DNA为1.93nm），只有小沟，且窄而深（宽0.88nm，深1.38nm），嘌呤糖苷键呈顺式（B型所有糖苷键均为反式）。第36页，课件共85页，创作于2023年2月第37页，课件共85页，创作于2023年2月不同螺旋形式DNA分子主要参数比较双螺旋碱基倾角（度）碱基间距（nm）螺旋直径（nm）每轮碱基数螺旋方向A-DNA200.262.611右B-DNA60.342.010右Z-DNA70.371.812左第38页，课件共85页，创作于2023年2月第39页，课件共85页，创作于2023年2月3）Z型DNA与生物的基因调控有关A邻近调控控制区－启动子转录区Z-DNAB-DNA不转录转录第40页，课件共85页，创作于2023年2月B远距离调控●●●●●●控制区Z-DNAB－DNA可能转录负超螺旋程度高，有扭转能力不转录负超螺旋程度低，无扭转张力第41页，课件共85页，创作于2023年2月六DNA超螺旋结构

超螺旋结构是DNA分子高级结构的主要形式。可分为正超螺旋和负超螺旋两类。

负超螺旋松弛DNA正超螺旋拓扑异构酶溴乙锭拓扑异构酶溴乙锭第42页，课件共85页，创作于2023年2月A：正超螺旋；B：环状双链DNA；C：负超螺旋用电话线说明DNA链中的螺旋与超螺旋第43页，课件共85页，创作于2023年2月1、超螺旋特点

I型DNA共价闭合环状

II型DNA开环，松弛型Ⅲ型线状

I°型开环，松弛型pH11.3pH11.3pH11.3pH11.3I第44页，课件共85页，创作于2023年2月第45页，课件共85页，创作于2023年2月

溴化乙锭（ethidiumbromide，EB），通过嵌入到配对碱基之间的方式与DNA结合，导致DNA双螺旋的局部解旋（untwisting）沉降系数EB浓度第46页，课件共85页，创作于2023年2月

CsCl密度梯度（含EB）离心：超螺旋〉开环、线性第47页，课件共85页，创作于2023年2月第48页，课件共85页，创作于2023年2月

环状DNA分子常以超螺旋结构存在，并以负超螺旋为主，有利于转录的起始。DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。

第49页，课件共85页，创作于2023年2月七核小体与染色体

1、核小体

DNA双螺旋链，等距离缠绕组蛋白（见表2-5）（H2A、H2B、H3、H4）各二分子，组成八聚体，形成众多核心颗粒，外绕1.75圈左右的DNA链，每圈约85bpDNA，各颗粒之间为带有H1组蛋白的连接区DNA。进化上的极端保守性；无组织特异性；氨基酸分布的不对称性；修饰作用；组蛋白富H5含赖氨酸.第50页，课件共85页，创作于2023年2月核小体单位核心颗粒染色小体2第51页，课件共85页，创作于2023年2月3第52页，课件共85页，创作于2023年2月H2A、H2B、H3和H4各两分子组成组蛋白八聚体，构成核心组蛋白，双螺旋DNA(146bp)以左手超螺旋的方式绕核心颗粒1.75圈，缠绕在核心组蛋白表面，构成核心颗粒，两端各有11bp与H1结合，形成完整的核小体连接区DNA（平均55bp）将相邻的核小体连接。4第53页，课件共85页，创作于2023年2月5第54页，课件共85页，创作于2023年2月第55页，课件共85页，创作于2023年2月其他非组蛋白：HMC蛋白；DNA结合蛋白；A24非组蛋白.第56页，课件共85页，创作于2023年2月第57页，课件共85页，创作于2023年2月DNA（2nm,200bp

）核小体链（11nm,每个核小体200bp）纤丝（30nm,每圈6个核小体）突环（150nm,每个突环大约75000bp）

玫瑰花结（300nm,6个突环）

螺旋圈（700nm,每圈30个玫瑰花）

染色体（1400nm每个染色体含10个玫瑰花）第58页，课件共85页，创作于2023年2月核小体螺线管超螺线管染色单体压缩7倍压缩6倍压缩5倍压缩30-40倍

DNA共压缩6300-8400倍第59页，课件共85页，创作于2023年2月第60页，课件共85页，创作于2023年2月八、基因与基因组1、基因DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。第61页，课件共85页，创作于2023年2月类型编码蛋白质的基因不转录的基因只有转录而没有翻译功能的基因结构基因调节基因酶和结构蛋白阻遏蛋白tRNA基因、rRNA基因调节性RNA启动基因操纵基因调节控制作用第62页，课件共85页，创作于2023年2月2、基因组指某种生物所包含的全套基因。不同生物体中具有不同的基因组大小。第63页，课件共85页，创作于2023年2月3、原核生物基因组＊基因组很小，且大小相差较大＊单倍体（逆转录病毒除外）＊基因重叠＊结构简练＊转录单元（多顺反子结构）＊基因多是连续的（真核细胞病毒除外）第64页，课件共85页，创作于2023年2月

基因组大小编码蛋白质

乙肝病毒3Kb4种痘病毒3000Kb几百种大肠杆菌4600Kb3000－4000第65页，课件共85页，创作于2023年2月ΦX174：单链DNA病毒编码11个蛋白质分子，总分子量为25万左右，相当于6078个核苷酸所容纳的信息量，但其DNA本身只有5375个核苷酸，最多能编码总分子量为20万的蛋白质分子，为解决这一矛盾，出现了基因重叠。第66页，课件共85页，创作于2023年2月基因重叠的几种情况：

（1）完全重叠（2）部分重叠（3）两个基因只有一个碱基重叠一个基因终止密码子的最后一个碱基是另一个基因起始密码子的第一个碱基第67页，课件共85页，创作于2023年2月＊读框不同5’……GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU……3’5’……GAAGGAGUGAUGUAA……3’GluGlyValMetStop基因D5’……AUGUCUAAAGGU……3’MetSetLys基因J5’……GAAGGAGUGA……3’LysGlyStop基因E

ΦX174mRNAD、J、E基因重叠5’……GCTGGTGGAAAATGAGGAAATTCAAT……3’DNA序列

LeuValGluAsnGluGluIleGlnK蛋白

AlaGlyGlyLysTerA蛋白

fMetArgLysPheAsnC蛋白

噬菌体G4一段DNA序列内A、C、K基因三重重叠第68页，课件共85页，创作于2023年2月*基因读框相同，只是起始部位不同第69页，课件共85页，创作于2023年2月第70页，课件共85页，创作于2023年2月4、真核生物基因组1）C值单倍体基因组中的DNA含量同类生物不同种属之间DNA总量变化很大从编码每类生物所需DNA量的最低值看，C值具有从低等到高等增加的趋势第71页，课件共85页，创作于2023年2月A

基因组大，含有多种序列组分B

染色体C

重复序列D

断裂基因E

单顺反子

2）特点第72页，课件共85页，创作于2023年2月C重复序列（序列组分）快复性成分高度重复序列中复性成分中度重复序列慢复性成分不重复序列第73页，课件共85页，创作于2023年2月高度重复序列：重复频率高，复性速度很快，在基因组中所占比例随种属而异。常被称为卫星DNA。特点

2-100bp

成串排列着丝粒区和端粒区约占5-6％根据长度卫星DNA：100bp左右小卫星DNA：15-70bp

微卫星DNA：2-5bp功能与染色体稳定性有关第74页，课件共85页，创作于2023年2月第75页，课件共85页，创作于2023年2月中度重复序列特点＊在基因组中重复数十至数万（<105）次＊复性速度快于单拷贝顺序，慢于高度重复顺序＊所占比例在不同种属之间差异很大＊大多不编码蛋白质＊大多数与单拷贝基因间隔排列,少数在基因组中成串排列在一个区域＊具有种特异性第76页，课件共85页，创作于2023年2月●

rRNA♦真核生物rRNA基因的重