核酸的化学省公开课一等奖全国示范课微课金奖

核酸化学第二章第四节核酸化学第1页脱氧核糖核酸（DNA）：为双链分子.核糖核酸（RNA)单链分子一核酸分类信使RNA(mRNA)转运RNA(tRNA)核糖体RNA(rRNA)第二章第四节核酸化学第2页全部生物遗传物质都是DNA吗？第二章第四节核酸化学第3页二、核酸分子组成（一)组成核酸基本元素：C、H、O、N、P；（二）化合物组成：

戊糖结构

第二章第四节核酸化学第4页123456978123456含氮碱基：嘌呤和嘧啶第二章第四节核酸化学第5页DNA与RNA在化学组成上区分第二章第四节核酸化学第6页（三）核酸基本组成单位-核苷酸1、嘌呤和嘧啶碱2、五碳糖3、核苷4、核苷酸第二章第四节核酸化学第7页核苷结构糖与碱基之间C-N键，称为C-N糖苷键。1’1’1’1’9911第二章第四节核酸化学第8页核苷酸结构5’5’3’3’磷酸与核苷5’位-OH脱水形成磷酸酯键第二章第四节核酸化学第9页

三、核酸分子结构第二章第四节核酸化学第10页DNA结构关键点DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。骨架：外侧磷酸五碳糖交替连接，内部碱基互补配对。A与T(U)G与CDNA碱基次序本身就是遗传信息存放分子形式。生物界物种多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化不一样排列组合之中。（如：4100）第二章第四节核酸化学第11页

作业：

1、细胞中携带遗传信息物质是（）。2、核酸基本组成单位是（），它是由(）（）和（）组成。DNA组成单位是（）；RNA组成单位是（）。3、真核细胞中DNA主要分布在（）中，（）（）中也有少许DNA.4、DNA与RNA在化学组成上区分是：①五碳糖：DNA为（），RNA为（）；②碱基：DNA为（）RNA为（）。5、核酸功能主要是（）。6、含一个高能磷酸键是（）。7、描述糖苷键、磷酸酯键和DNA一级结构。第二章第四节核酸化学第12页Thankyou!第二章第四节核酸化学第13页2、DNA二级结构沃森

和克里克于年提出了DNA双螺旋结构模型，说明了DNA二级结构。（即B型DNA）第二章第四节核酸化学第14页核苷酸种类RNA中含有腺苷酸AMP，

鸟苷酸GMP，胞苷酸CMP，

尿苷酸UMP，

2)DNA中含有脱氧腺苷酸dAMP脱氧鸟苷酸dGMP脱氧胞苷酸dCMP脱氧胸苷酸dTMP核苷酸简写成NMP,4种脱氧核苷酸简写成dNMP，4种第二章第四节核酸化学第15页DNA双螺旋结构模型关键点（1）螺旋中两条链反向平行，即其中一条链方向为5′→3′，而另一条链方向为3′→5′，两条链共同围绕一个假想中心轴呈右手双螺旋结构。第二章第四节核酸化学第16页疏水碱基位于双螺旋内侧，亲水磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基平面与螺旋轴垂直，脱氧核糖平面与碱基与中心轴平行。因为几何形状限制，碱基对只能由嘌呤和嘧啶配对，即A与T，G与C。这种配对关系，称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。DNA双螺旋结构模型关键点（2）第二章第四节核酸化学第17页第二章第四节核酸化学第18页DNA双螺旋结构模型关键点（3）因为碱基对排列方向性，使得碱基对占据空间是不对称，所以，在双螺旋表面形成大小两个凹槽，分别称为大沟和小沟，二者交替出现。2.0nm小沟大沟第二章第四节核酸化学第19页DNA双螺旋结构模型关键点（4）两条链借碱基之间氢键和碱基堆积力（即碱基之间范德华力）牢靠连接起来，维持DNA双螺旋三维结构。两条链是互补关系。第二章第四节核酸化学第20页4、DNA三级结构---超螺旋超螺旋是指双螺旋深入扭曲或再螺旋构象正超螺旋（变紧）和负超螺旋（变松）人类46条染色体DNA总长可达1.7nm，经过螺旋化压缩，实际总长只有200nm如线粒体DNA、细菌质粒DNA、病毒DNA第二章第四节核酸化学第21页DNA存在形式--核小体真核生物中DNA双螺旋沿着组蛋白八聚体关键短轴绕1.75圈，形成左手超螺旋，称核小体。染色质基本结构单位是核小体。串珠状结构深入卷曲形成螺线管，后者再深入卷曲形成超螺旋管，形成染色单体。第二章第四节核酸化学第22页组蛋白八聚体核小体H1组蛋白第二章第四节核酸化学第23页返回第二章第四节核酸化学第24页第二章第四节核酸化学第25页第二章第四节核酸化学第26页5、基因和基因组基因即一段有功效DNA片段，生物细胞中DNA分子最小功效单位（交换单位）。一个细胞或生物体所含全套基因称基因组；基因组计划：人类基因组计划（HumanGenomeProject，HGP）酵母基因组计划（YGP）大肠杆菌（E.Coli）第二章第四节核酸化学第27页基因组包含：核基因组（拟核/核DNA）及核外（质粒/质体DNA）bp（碱基对）

103104105106107108109101010111012各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组大小鱼类质粒病毒E.Coli细菌酵母人藻类两栖类第二章第四节核酸化学第28页原核生物和真核生物

基因组比较原核生物基因组特点重复序列少，多为编码区多为操纵子形式组织有重合基因存在真核生物基因组特点重复序列多，大量序列不编码蛋白质（即间隔序列）不连续基因由内含子与外显子交替排列组成以染色体存在第二章第四节核酸化学第29页

蛋白质（mRNA蛋白质）基因tRNA产物RNArRNA

调整功效：调整基因无产物基因作用未知结构基因第二章第四节核酸化学第30页三、RNA分子结构RNA分类及特点原核细胞与真核细胞mRNA结构比较tRNA分子结构

第二章第四节核酸化学第31页1、RNA分类及特点碱基组成：A、G、C、U（A＝U/G≡C）；稀有碱基较多，稳定性较差，易水解；多为单链结构，少数局部形成螺旋（发夹结构）；分子较小。信使RNA（mRNA）转运RNA（tRNA）核糖体RNA（rRNA）作业：比较RNA与DNA：第二章第四节核酸化学第32页MessengerRNA约占总RNA3%-5%，含量最少，种类最多。成熟mRNA不含内含子，hnRNA含有。mRNA从DNA转录遗传信息，并作为蛋白质合成模板，决定蛋白质氨基酸次序。第二章第四节核酸化学第33页RibosomeRNA

约占全部RNA80%，含量最多。与各种蛋白质结合成核糖体，后者是合成蛋白质场所。真核细胞核糖体大亚基含28S、5.8S、5S三种rRNA，小亚基只含18S一个。第二章第四节核酸化学第34页原核生物真核生物核糖体rRNA核糖体rRNA

30s70s

50s16s5s、23s40s80s50s18s5s、5.8s、28s第二章第四节核酸化学第35页TransferRNA约占总RNA10-15%，分子最小。它在蛋白质生物合成中起翻译mRNA信息，并将对应氨基酸转运到核糖体，参加蛋白质体合成。已知每一个氨基酸最少有一个对应tRNA。第二章第四节核酸化学第36页2、真核细胞mRNA普通结构为：AGU起始密码帽状结构不翻译区翻译区UGAUAGUAA不翻译区polyA5‘端有甲基化帽，3’端有polyA尾巴；普通为单顺反子结构，即一个mRNA中只含有一条多肽链信息，能指导一个蛋白质生物合成；3）mRNA代谢很慢，代谢半衰期长。next第二章第四节核酸化学第37页原核细胞mRNA结构

原核细胞mRNA结构与真核细胞显著不一样：5‘端无帽状结构3‘端不含polyA结构普通为多顺反子结构，即一个mRNA中常含有几个蛋白质信息，能知道几个蛋白质生物合成，mRNA代谢很快，代谢半衰期普通以秒计，极少到达10min以上。第二章第四节核酸化学第38页3、tRNA分子结构一级结构二级结构第二章第四节核酸化学第39页1）tRNA分子一级结构特点大多数为76个核苷酸组成单链，沉降系数为4S；5’端为pG，3’端为-pCCAOH；有十几个位置核苷酸是恒定；有较多修饰核苷酸。第二章第四节核酸化学第40页2）tRNA二级结构特点

--三叶草型3’端有一段以-CCA为主单链区；大约有50%核苷酸配对，形成4个双螺旋区，称为臂或茎；大约有50%核苷酸不配对，形成4个环；不一样tRNA分子在长度上改变主要发生在三个区域：D环、D茎、额外环。第二章第四节核酸化学第41页tRNA二级结构——4茎氨基酸接收茎、D茎、反密码子茎、TψC茎；氨基酸臂包含有tRNA3’-末端和5’-末端，由7对核苷酸组成，5’-末端为G，3’-末端最终3个核苷酸残基都是-C-C-AOH，此结构是tRNA结合活化氨基酸部位。第二章第四节核酸化学第42页tRNA二级结构——4环反密码环左臂——二氢尿嘧啶环（DHU或D环）附加叉（可变环或额外环）右臂——TψC环（胸苷T、假尿嘧啶核苷ψ、胞苷C）第二章第四节核酸化学第43页反密码区与氨基酸接收区相对，普通含有7个核苷酸残基，其中正中3个核苷酸残基称为反密码子。二氢尿嘧啶环（DHU环）：该区含有二氢尿嘧啶（D），功效不明。附加叉位于反密码区与TC区之间，不一样tRNA该区改变较大。TC区与二氢尿嘧啶环相对，环中含有胸苷（T）、假尿苷（）和胞苷（C），故名TC。link第二章第四节核酸化学第44页氨基酸接收臂四环Goon第二章第四节核酸化学第45页tRNA三级结构--倒L型指tRNA三叶草型结构深入扭波折叠形成一个形状象倒L型字母三维结构。第二章第四节核酸化学第46页tRNA倒L型结构基本特征氨基酸接收茎和TC茎组成一个螺旋，D茎和反密码子茎组成另一个螺旋，这两个螺旋组成了象字母L形状；出现了二级结构所没有三级氢键，碱基堆积力是稳定倒L型结构主要原因之一；分子有柔韧性；在倒L型分子中部是由D环、D茎、和可变环组成关键区域。第二章第四节核酸化学第47页tRNA三级结构--倒L型第二章第四节核酸化学第48页第四节核酸性质一、普通物理性质二、核酸水解三、两性解离四、紫外吸收性质五、稳定性六、变性七、复性与杂交第二章第四节核酸化学第49页一、普通物理性质1、DNA白色纤维状固体，RNA白色粉末状固体，都微溶于水，不溶于乙醇，所以惯用乙醇来沉淀DNA；DNA溶液黏度大于RNA；2、DNA难溶于0.14mol/LNaCl溶液，可溶于

1—2mol/LNaCl溶液，RNA则相反，可据此分离二者；3、加热条件下，

D－核糖＋浓盐酸＋苔黑酚绿色；

D－2－脱氧核糖＋酸＋二苯胺蓝紫色第二章第四节核酸化学第50页二、核酸水解核酸分子中磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。DNA和RNA对酸或碱耐受程度有很大差异。室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，RNA水解。比如，在0.1mol/LNaOH溶液中，RNA几乎能够完全水解；DNA在一样条件下则不受影响。第二章第四节核酸化学第51页三、两性解离核酸含酸性磷酸基团，又含弱碱性碱基，为两性电解质，可发生两性解离；核酸相当于多元酸，pH大于4时，呈阴离子状态；等电点第二章第四节核酸化学第52页四、紫外吸收在核酸分子中嘌呤碱和嘧啶碱都含有共轭双键体系，在260nm有吸收；能够作为区分蛋白质和对核酸及其组份定性和定量测定依据，进行核酸纯度判定，也可作为核酸变性和复性指标。比吸光系数第二章第四节核酸化学第53页第二章第四节核酸化学第54页五、DNA稳定性DNA溶液呈粘稠状，但实际上DNA双螺旋结构僵直而有刚性，易断成碎片，这也是当前难以取得完整大分子DNA原因。溶液状态DNA易受DNA酶作用而降解，抽干水分DNA性质十分稳定。第二章第四节核酸化学第55页六、DNA变性1、概念2、变性条件3、变性特征第二章第四节核酸化学第56页1、概念是指核酸双螺旋区多聚核苷酸链间氢键断裂，变成单链结构过程。第二章第四节核酸化学第57页2、DNA变性条件能够引发核酸变性原因有：温度升高；酸碱度改变、pH（>11.3或<5.0）；有机溶剂如甲醛和尿素、甲酰胺等；低离子强度。第二章第四节核酸化学第58页3、DNA变性特征变性核酸将失去其部分或全部生物活性。变性改变了DNA二级结构。核酸变性并不包括磷酸二酯键断裂，所以它一级结构(碱基次序)保持不变。DNA变性过程是突变性，它在很窄温度区间内完成。DNA解链温度紫外吸收值显著增加，即增色效应。粘度降低，沉降系数增加。第二章第四节核酸化学第59页DNA解链温度（熔点，Tm

）当50%DNA变性时温度称为该DNA解链温度，即增色效应到达二分之一时温度；普通DNATm值在70-85

C之间。均一DNA（如病毒）Tm值范围较小。分子中G和C含量越高，越不易变性，Tm值越高。可经过经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44Tm值随溶液盐浓度增加而增大，

Tm值较低，易变性，不易保留。第二章第四节核酸化学第60页溶解曲线与Tm。。第二章第四节核酸化学第61页增色效应与减色效应天然DNA分子在热变性条件下，双螺旋结构破坏，碱基暴露，在紫外光260nm波优点吸收度显著增加，此现象称为增色效应。变性DNA分子复性形成双螺旋结构时其紫外吸收降低现象称为减色效应。。第二章第四节核酸化学第62页第二章第四节核酸化学第63页七、DNA复性概念复性条件分子杂交第二章第四节核酸化学第64页1、复性概念变性DNA在适当条件下，两条彼此分开单链能够重新缔合成为双螺旋结构，其物理性质和生物活性随之恢复，这一过程称为复性；对于热变性DNA，在迟缓冷却条件下可重新结合恢复双螺旋结构，称为退火。DNA复性后，一系列性质将得到恢复，不过生物活性普通只能得到部分