生化第二章核酸的结构和功能

核酸(nucleicacid)

是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。当前第1页\共有137页\编于星期四\4点1868年FridrichMiescher从脓细胞中提取核素。1944年Avery等人证实DNA是遗传物质。1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构。1968年Nirenberg发现遗传密码。1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶。1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法。1985年Mullis发明PCR技术。1990年美国启动人类基因组计划(HGP)。1994年中国人类基因组计划启动。2001年美英等国完成人类基因组计划。核酸研究的发展简史当前第2页\共有137页\编于星期四\4点核酸的分类及分布90%以上分布于细胞核，其余分布于线粒体、叶绿体、质粒等。分布于胞核、胞液。deoxyribonucleicacid,DNAribonucleicacid,RNA脱氧核糖核酸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。当前第3页\共有137页\编于星期四\4点第一节核酸的化学组成以及一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid当前第4页\共有137页\编于星期四\4点一、核酸的化学组成1.元素组成C、H、O、N、P（9－10%）2.分子组成——碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱——戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖——磷酸(phosphate)当前第5页\共有137页\编于星期四\4点核酸组成DNA的组成单位是脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide）RNA的组成单位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。当前第6页\共有137页\编于星期四\4点碱基(base)是含氮的杂环化合物。碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中仅存在于RNA中仅存在于DNA中碱基当前第7页\共有137页\编于星期四\4点嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)当前第8页\共有137页\编于星期四\4点嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)当前第9页\共有137页\编于星期四\4点碱基的互变异构体

决定于环境PH值与杂环的质子解离常数G,T,UA,C当前第10页\共有137页\编于星期四\4点戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)脱氧核糖的化学稳定性比核糖好当前第11页\共有137页\编于星期四\4点核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR核苷(ribonucleoside)的形成戊糖与含氮碱基脱水缩合而生成C-N键-N-糖苷键当前第12页\共有137页\编于星期四\4点脱氧核苷嘌呤N-9

与脱氧核糖C-1通过-N-糖苷键相连形成脱氧核苷(deoxyribonucleoside)。NNNN9NH2OOHHHHCH2OHH1'2'糖苷键天然条件下，由于空间位阻效应，核糖和碱基处于反式构象当前第13页\共有137页\编于星期四\4点

嘧啶N-1与核糖C-1通过-N-糖苷键相连形成核苷(ribonucleoside)。核苷糖苷键1´1当前第14页\共有137页\编于星期四\4点假尿嘧啶（Ψ）核苷的糖苷键不是C-N键，而是C-C键糖苷键当前第15页\共有137页\编于星期四\4点核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。

核苷酸(ribonucleotide)当前第16页\共有137页\编于星期四\4点多磷酸核苷酸酸酐键(高能磷酸键)当前第17页\共有137页\编于星期四\4点体内重要的游离核苷酸及其衍生物含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP多磷酸核苷酸：ATP，GTP，UTP-Glc环化核苷酸:cAMP，cGMPAMPADPATPcAMPNADP+NAD+能量分子第二信使辅酶的结构成分当前第18页\共有137页\编于星期四\4点体内重要的游离核苷酸及其衍生物结合到人类某种神经细胞表面的受体，引发一连串信号传递，主要是cAMP及其下游的磷酸化及去磷酸化反应，最后导致该神经元细胞反应迟钝。Nature(2002)418:734腺苷当前第19页\共有137页\编于星期四\4点Nature(2002)418:734腺苷酸环化酶当前第20页\共有137页\编于星期四\4点体内重要的游离核苷酸及其衍生物Why?当前第21页\共有137页\编于星期四\4点5´端3´端核苷酸的连接

CGA一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiesterbond)。

多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA链。核苷酸的连接

一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiesterbond)。

多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA链。交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的骨架(backbone)。当前第22页\共有137页\编于星期四\4点当前第23页\共有137页\编于星期四\4点RNA也是具有3,5-磷酸二酯键的线性大分子RNA也是多个核苷酸分子通过3,5-磷酸二酯键连接形成的线性大分子，也具有5→3方向性;RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。构成RNA的四种基本核苷酸是AMP、GMP、CMP和UMP。当前第24页\共有137页\编于星期四\4点二、核酸的一级结构定义:核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。5′端3′端CGA当前第25页\共有137页\编于星期四\4点A

G

P5PT

PG

PC

PT

POH3书写方法5pApCpTpGpCpT-OH

3ACTGCT核酸具有方向性，一端称为5’-端，另一端称为3’-端当前第26页\共有137页\编于星期四\4点单链DNA和RNA分子的大小常用核苷酸数目（nucleotide，nt）表示；双链核酸分子的大小常用碱基(base或kilobase)数目来表示。小的核酸片段(<50bp)常被称为寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的长度可以高达几十万个碱基。当前第27页\共有137页\编于星期四\4点第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA当前第28页\共有137页\编于星期四\4点DNA的空间结构又分为二级结构(secondarystructure)和高级结构。DNA的空间结构(spatialstructure)构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系。当前第29页\共有137页\编于星期四\4点一、DNA的二级结构——双螺旋结构当前第30页\共有137页\编于星期四\4点（一）DNA双螺旋结构的研究背景

Chargaff规则碱基的理化数据分析

A-T、G-C以氢键配对较合理DNA纤维的X-线衍射图谱分析不同生物种属的DNA的碱基组成不同同一个体的不同器官或组织的DNA碱基组成相同对于一特定组织的DNA，其碱基组分不随年龄、营养状态和环境而变化[A]=[T]，[G][C]R.Franklin&M.Wilkins（层析和紫外吸收光谱）当前第31页\共有137页\编于星期四\4点（二）DNA双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）DNA分子是反向平行的互补双链结构；DNA分子为右手螺旋结构螺旋直径为2.37nm，相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.54nm，一圈10对碱基1.DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成当前第32页\共有137页\编于星期四\4点2.核糖与磷酸位于外侧骨架：-脱氧核糖-磷酸-碱基：“挂”在主链骨架上脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧，疏水的碱基位于内侧。双螺旋结构的表面形成了一个大沟(majorgroove)和一个小沟(minorgroove)。

当前第33页\共有137页\编于星期四\4点为什么DNA要保存在TE溶液中？磷酸骨架在中性pH下，会带有许多负电荷，导致两股DNA相互排斥分离而变性，要加入镁离子稳定之，因此DNA不能溶在纯水中。真核细胞核中含带有强正电性的组蛋白(histone)，与DNA结合成复杂的结构，并中和掉核酸的负电荷。TE是含阳离子弱碱性缓冲液,对DNA的碱基有保护性(DNA在TE中保存的稳定性较好,不易破坏其完整性或产生开环及断裂)当前第34页\共有137页\编于星期四\4点DNA双螺旋结构的示意图DNA双螺旋结构的俯视图当前第35页\共有137页\编于星期四\4点大沟与小沟C-1ˊC-1ˊC-1ˊC-1ˊ当前第36页\共有137页\编于星期四\4点碱基互补配对:

A=T;GCDNA的两条链则互为互补链(complementarystrand)。碱基对平面与螺旋轴垂直。AGC3.DNA双链之间形成了互补碱基对当前第37页\共有137页\编于星期四\4点碱基互补配对是半保留复制的基础当前第38页\共有137页\编于星期四\4点碱基堆积力：碱基平面之间的疏水作用力氢键：垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对

4.碱基对的疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定相邻两个碱基对会有重叠，产生了疏水性的碱基堆积力(basestackinginteraction)。当前第39页\共有137页\编于星期四\4点（三）DNA双螺旋结构的多样性DNA双螺旋结构受环境的离子强度和相对湿度的影响当前第40页\共有137页\编于星期四\4点（四）DNA的多链结构Hoogsteen氢键在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被质子化，可与鸟嘌呤的N-7原子形成氢键；同时，胞嘧啶的N-4的氢原子也可与鸟嘌呤的O-6形成氢键，这种氢键被称为Hoogsteen氢键。Hoogsteen氢键，不破坏Watson-Crick氢键，由此形成了C＋GC的三链结构(triplex)。当前第41页\共有137页\编于星期四\4点三链结构7634当前第42页\共有137页\编于星期四\4点鸟嘌呤之间通过8个Hoogsteen氢键形成特殊的四链结构(tetraplex)。四链结构当前第43页\共有137页\编于星期四\4点真核生物DNA3-末端是富含GT的多次重复序列，因而自身形成了折叠的四链结构。当前第44页\共有137页\编于星期四\4点二、DNA的高级结构是超螺旋结构超螺旋结构(superhelix或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋(positivesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。

负超螺旋(negativesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。当前第45页\共有137页\编于星期四\4点意义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。

当前第46页\共有137页\编于星期四\4点原核生物DNA多为环状的双螺旋分子

，以负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。当前第47页\共有137页\编于星期四\4点（二）DNA在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是核小体(nucleosome)。核小体的组成DNA：约200bp组蛋白：H1H2A，H2BH3H4当前第48页\共有137页\编于星期四\4点DNA染色质呈现出的串珠样结构。染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。DNA染色质的电镜图像当前第49页\共有137页\编于星期四\4点真核生物中的核小体结构：DNA双螺旋形成超螺旋结构，再与核内的蛋白质结合，形成核小体的结构DNA缠绕八聚体1.75圈，然后与H1连接，形成串珠状结构当前第50页\共有137页\编于星期四\4点核小体串珠样的结构当前第51页\共有137页\编于星期四\4点双链DNA的折叠和组装当前第52页\共有137页\编于星期四\4点DNA经过多次折叠，被压缩了8000～10000倍，组装在直径只有数微米的细胞核内。当前第53页\共有137页\编于星期四\4点意义：有规律压缩体积，减少占用的空间当前第54页\共有137页\编于星期四\4点真核生物的染色体两个功能区：端粒(telomeres):染色体末端膨大的粒状结构，由染色体末端DNA（端粒DNA）与DNA结合蛋白构成。与染色体结构的稳定性、完整性以及衰老和肿瘤的发生发展相关。着丝粒（centromere）:两个染色单体的连接位点，富含A、T序列。细胞分裂时，着丝粒可分开使染色体均等有序地进入子代细胞。当前第55页\共有137页\编于星期四\4点三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。当前第56页\共有137页\编于星期四\4点基因（gene）:DNA分子中具有特定生物学功能的片段基因组（genome）：一个生物体的全部DNA序列称。基因组的大小与生物的复杂性有关，如病毒SV40的基因组大小为5.1×103bp，大肠杆菌为5.7×106bp，人为3×109bp。当前第57页\共有137页\编于星期四\4点第三节

RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA当前第58页\共有137页\编于星期四\4点RNA通常以单链形式存在，但也可形成局部的双螺旋结构。RNA分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样化。RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。当前第59页\共有137页\编于星期四\4点为什么RNA在碱性条件下容易被水解而断裂？当前第60页\共有137页\编于星期四\4点RNA的种类、分布、功能RNA种类缩写细胞内位置功能核糖体RNArRNA细胞质核糖体组成成分信使RNAmRNA细胞质蛋白质合成模板转运RNAtRNA细胞质转运氨基酸微RNAmicroRNA细胞质翻译调控胞质小RNAscRNA/7SL-RNA细胞质信号肽识别体的组成成分不均一核RNAhnRNA细胞核成熟mRNA的前体核小RNAsnRNA细胞核参与hnRNA的剪接、转运核仁小RNAsnoRNA核仁rRNA的加工和修饰线粒体核糖体RNAmtrRNA线粒体核糖体组成成分线粒体信使RNAmtmRNA线粒体蛋白质合成模板线粒体转运RNAmttRNA线粒体转运氨基酸当前第61页\共有137页\编于星期四\4点一、信使RNA(messengerRNA)信使RNA(messengerRNA,mRNA)是细胞内合成蛋白质的模板。生物体内mRNA的丰度最小（2-5%）、种类最多、大小也各不相同、寿命最短。mRNA的初级产物为不均一核RNA(hnRNA)，含有内含子(intron)和外显子(exon)。hnRNA经过剪切后成为成熟的mRNA。当前第62页\共有137页\编于星期四\4点当前第63页\共有137页\编于星期四\4点当前第64页\共有137页\编于星期四\4点*mRNA结构特点1.大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2的羟基也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppN-。2.大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。当前第65页\共有137页\编于星期四\4点帽子结构:m7GpppNmmRNA的帽结构可以与帽结合蛋白(capbindingprotein，CBP)结合。使mRNA免遭核酸酶的攻击与帽结合蛋白复合体结合，参与mRNA和核糖体的结合，启动蛋白质的生物合成当前第66页\共有137页\编于星期四\4点5pppGp…5GpppGp…pppGPPi鸟苷酸转移酶5

m7GpppGp…甲基转移酶SAM帽子结构的生成5ppGp…磷酸酶Pi

5,5-三磷酸结构当前第67页\共有137页\编于星期四\4点加尾(addingtail)尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。polyA的有无与长短，是维持mRNA作为翻译模板的活性，以及增加mRNA本身稳定性的因素。一般真核生物在胞浆内出现的mRNA，其polyA长度为100至200个核苷酸之间，也有少数例外。mRNA的多聚A尾在细胞内与poly(A)结合蛋白（poly(A)-bindingprotein，PABP）结合当前第68页\共有137页\编于星期四\4点编码区：mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码（coden）位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为开放阅读框(openreadingframe,ORF)，决定了多肽链的氨基酸序列。功能:为蛋白质的合成提供模板当前第69页\共有137页\编于星期四\4点原核生物基因表达的特异性基因表达在真核细胞和原核细胞中表现出不同的时空特性当前第70页\共有137页\编于星期四\4点真核生物基因表达的特异性当前第71页\共有137页\编于星期四\4点二、转运RNA(transferRNA)转运RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体,将氨基酸转呈给mRNA。由74～95核苷酸组成；占细胞总RNA的15%；具有很好的稳定性。当前第72页\共有137页\编于星期四\4点N,N二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶稀有碱基（rarebase）是指除A、G、C、U外的一些碱基1.tRNA中含有多种稀有碱基tRNA分子中的稀有碱基均是转录后修饰而成的当前第73页\共有137页\编于星期四\4点双氢尿嘧啶假尿嘧啶核苷7-甲基鸟嘌呤tRNA分子中的几种重要的稀有碱基当前第74页\共有137页\编于星期四\4点*tRNA的二级结构——三叶草形氨基酸臂DHU环反密码环额外环TΨC环氨基酸臂额外环2.tRNA含有茎环结构当前第75页\共有137页\编于星期四\4点*tRNA的三级结构——倒L形当前第76页\共有137页\编于星期四\4点tRNA的3-末端为CCA结尾。3-末端的A与氨基酸以酯键相连生成氨基酰-tRNA

。不同的tRNA结合不同的氨基酸。3.tRNA的3-末端连接氨基酸当前第77页\共有137页\编于星期四\4点反密码环可以与mRNA上的密码子互补配对，将合适的氨基酸携带到合适的位置tRNA的功能：作为各种氨基酸的转运载体在蛋白质合成中转运氨基酸原料4.tRNA的反密码子识别mRNA的密码子当前第78页\共有137页\编于星期四\4点tRNATyr:可以和Tyr结合的tRNA

Tyr-tRNATyr:结合了Tyr的tRNA命名原则：当前第79页\共有137页\编于星期四\4点三、核蛋白体RNA(ribosomalRNA)*rRNA的功能参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。rRNA是细胞中含量最多的RNA，占总量的80%。当前第80页\共有137页\编于星期四\4点核蛋白体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%S:沉降系数当前第81页\共有137页\编于星期四\4点

核糖体及rRNA的结构

Euk中大多与细胞骨架和内质网膜结合在一起(游离、多聚)●是翻译进行的场所，含大小亚基●Ptein约占细胞的10％，RNA占总RNA的

80％，Euk中相对比例小些●细菌中常以多聚核糖体的形式当前第82页\共有137页\编于星期四\4点当前第83页\共有137页\编于星期四\4点3、核糖体的活性位点

30S小亚基

头部基底部中间有一豁口

50S大亚基

三个突起

当前第84页\共有137页\编于星期四\4点长链非编码RNA（longnon-codingRNA,lncRNA）非编码RNA（

Non-codingRNA,ncRNA）不编码蛋白质但具有重要生物学功能的RNA分子。短链（小）非编码RNA（smallnon-codingRNA,sncRNA）四、其他非编码RNA参与基因表达的调控参与转录调控、RNA的剪切和修饰、mRNA的稳定和翻译调控、蛋白质的稳定和转运、染色体的形成和结构稳定等细胞重要功能当前第85页\共有137页\编于星期四\4点lncRNA功能lncRNA在结构上类似于mRNA，但序列中不存在开放读框。许多已知的lncRNAs由RNA聚合酶Ⅱ转录并经可变剪切形成，通常被多聚腺苷酸化。lncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，是RNA聚合酶II转录的副产物，不具有生物学功能。然而，近年来的研究表明，lncRNA参与了X染色体沉默，基因组印记以及染色质修饰，转录激活，转录干扰，核内运输等多种重要的调控过程。哺乳动物基因组序列中4%~9%的序列产生的转录本是lncRNA当前第86页\共有137页\编于星期四\4点核内小RNA核仁小RNA胞质小RNA催化性小RNA小干涉RNA

微RNA短链非编码RNA亦称为非编码小RNA（smallnon-messengerRNA）

当前第87页\共有137页\编于星期四\4点核内小RNA（smallnuclearRNA,snRNA）位于细胞核内。snRNA有5种，分别称为U1、U2、U4、U5、U6，它们与多种蛋白形成复合体，参与真核细胞hnRNA的内含子加工剪接（第十六章）。核仁小RNA（smallnucleolarRNA,snoRNA）：定位于核仁，主要参与rRNA的加工和修饰，如rRNA中核糖C-2的甲基化修饰。胞质小RNA（smallcytoplasmicRNA,scRNA）：存在于细胞质中，参与形成信号识别颗粒，引导含有信号肽的蛋白质进入内质网定位合成（第十七章）。催化性小RNA亦被称为核酶（ribozyme）。是细胞内具有催化功能的一类小分子RNA，具有催化特定RNA降解的活性，在RNA的剪接修饰中具有重要作用。当前第88页\共有137页\编于星期四\4点小干扰RNA（smallinterferingRNA，siRNA）是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链RNA进行切割所产生的具有特定长度（21～23bp）和特定序列的小片段RNA。这些siRNA可以单链形式与外源基因表达的mRNA相结合，并诱导相应mRNA降解。AndrewZacharyFire诺贝尔生理学或医学奖（2006年）CraigCameronMello当前第89页\共有137页\编于星期四\4点微RNA（microRNAs,miRNAs）miRNA是真核生物中广泛存在的一种长约21到23个核苷酸的RNA分子，可调节其他基因的表达。miRNA来自一些从DNA转录而来，但无法进一步转译成蛋白质的RNA。miRNA通过与靶mRNA特异结合，从而抑制转录后基因表达,在调控基因表达、细胞周期、生物体发育时序等方面起重要作用当前第90页\共有137页\编于星期四\4点微RNA（microRNAs,miRNAs）当前第91页\共有137页\编于星期四\4点RNA组学研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。RNA组学当前第92页\共有137页\编于星期四\4点核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节当前第93页\共有137页\编于星期四\4点一、核酸的一般理化性质核酸具有酸性；DNA分子粘度大；RNA分子粘度小能吸收紫外光，最大吸收峰为260nm。可用于核酸的定性和定量测定当前第94页\共有137页\编于星期四\4点各种碱基的紫外吸收光谱（pH7.0）当前第95页\共有137页\编于星期四\4点DNA或RNA的定量A260=1.0相当于50μg/ml双链DNA(dsDNA)40μg/ml单链DNA(ssDNAorRNA)20μg/ml寡核苷酸确定样品中核酸的纯度

纯DNA:A260/A280=1.8

纯RNA:A260/A280=2.0紫外吸收的应用当前第96页\共有137页\编于星期四\4点二、DNA的变性(denaturation)定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：增色效应 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸碱滴定曲线改变 生物活性丧失当前第97页\共有137页\编于星期四\4点DNA变性的本质是双链间氢键的断裂部分解链双链DNA当前第98页\共有137页\编于星期四\4点部分变性DNA的电镜图像当前第99页\共有137页\编于星期四\4点增色效应(hyperchromiceffect)：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。DNA解链时的紫外吸收变化Single-strandedDouble-helical当前第100页\共有137页\编于星期四\4点热变性解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。解链温度(meltingtemperature，Tm)解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度。当前第101页\共有137页\编于星期四\4点Tm的高低与DNA分子中G+C的含量有关，G+C的含量越高，则Tm越高。当前第102页\共有137页\编于星期四\4点Tm的高低还与溶液的离子浓度有关当前第103页\共有137页\编于星期四\4点核酸复性的速度与其基因复杂度有关当前第104页\共有137页\编于星期四\4点三、DNA的复性

DNA复性(renaturation)的定义在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。减色效应DNA复性时，其溶液OD260降低。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing)。当前第105页\共有137页\编于星期四\4点两条来源不同的单链核酸（DNA或RNA），只要它们有大致相同的互补碱基顺序，在适宜的条件（温度及离子强度）下，经退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交。四、分子杂交与探针技术当前第106页\共有137页\编于星期四\4点当前第107页\共有137页\编于星期四\4点利用核酸的分子杂交，可以确定或寻找不同物种中具有同源顺序的DNA或RNA片段。在核酸杂交分析过程中，常将已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行标记。这种带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针。当前第108页\共有137页\编于星期四\4点研究DNA分子中某一种基因的位置。监定两种核酸分子间的序列相似性。检测靶基因在待检样品中存在与否。核酸分子杂交的应用当前第109页\共有137页\编于星期四\4点第五节

核酸酶

Nuclease当前第110页\共有137页\编于星期四\4点依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNA。RNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA。依据对底物作用方式不同核酸内切酶：在DNA或RNA分子内部切断磷酸二酯键

。核酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键。有5´→3´或3´→5´核酸外切酶。核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。当前第111页\共有137页\编于星期四\4点当前第112页\共有137页\编于星期四\4点参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收体外重组DNA技术中的重要工具酶生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解

核酸酶的功能

当前第113页\共有137页\编于星期四\4点催化性DNA（DNAzyme）:

人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解RNA。催化性RNA(ribozyme):作为序列特异性的核酸内切酶降解RNA。核酶T.Cech1988年诺贝尔化学奖

大多数核酶通过催化转磷酸酯和磷酸二酯键水解反应参与RNA自身剪切、加工过程当前第114页\共有137页\编于星期四\4点应用核酶的RNA修复功能治疗遗传疾病利用核酶(ribozyme)定点切割RNA分子的特性,设计核酶进行抗病毒、抗肿瘤和针对某些疾病的研究,取得了不少进展.目前,针对乙肝病毒(HBV)和丙肝病毒(HCV)的核酶治疗进入了预临床,而针对人免疫缺损病毒(HIV)的核酶治疗正在进行I期/II期临床试验.此外,核酶抗病毒研究的对象有:A型流感病毒、人乳头状瘤病毒(HPV)、人T细胞白血病病毒(HTLV)、昆虫核多角体病毒(NPV)等.依据同样原理,在了解肿瘤发病的分子机制的基础上,可设计核酶进行抗肿瘤研究,如切割BCR/ABL融合mRNA治疗慢性骨髓型白血病,针对PML/RARα治疗抗维甲酸早幼粒细胞白血病,切割bcl-2mRNA治疗前列腺癌,针对突变p53mRNA抑制肺癌细胞,等等。当前第115页\共有137页\编于星期四\4点选择题练习核酸化学当前第116页\共有137页\编于星期四\4点1.Theelementthatcouldbeusedinnucleicacidquantitationis()A.CB.OC.ND.HE.P当前第117页\共有137页\编于星期四\4点2.Thebasicunitcompositionofnucleicacidis()A.RiboseanddeoxyriboseB.phosphoricacidandpentaglucoseC.PentaglucoseandbasicgroupD.mononucleotideE.phosphoricacid，pentoseandbasicgroup当前第118页\共有137页\编于星期四\4点3．脱氧核糖核苷酸彻底水解，生成的产物的产物是()A核糖和磷酸B脱氧核糖和碱基C脱氧核糖和磷酸D磷酸，核糖和碱基E脱氧核糖，磷酸和碱基当前第119页\共有137页\编于星期四\4点4．在核酸分子中核苷酸之间的连接方式是()A.3’,3’－磷酸二酯键B.糖苷键C.2’,5’－磷酸二酯键D.肽键E.3’,5’－磷酸二酯键当前第120页\共有137页\编于星期四\4点5.Theultravioletabsorptionmaximumofnucleicacidisabout()A.220nmB.240nmC.260nmD.280nmE.300nm当前第121页\共有137页\编于星期四\4点6.含有稀有碱基比例较多的核酸是()A.mRNAB.DNAC.tRNAD.rRNAE.hnRNA当前第122页\共有137页\编于星期四\4点7.核酸分子中储存、传递遗传信息的关键部分是()A.核苷B.戊糖C.磷酸D.碱基序列E.戊糖磷酸骨架当前第123页\共有137页\编于星期四\4点8．DNA分子碱基含量关系哪种是错误的？A.A+T=C+G