第四章核酸詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共87頁。優(yōu)選第四章核酸當(dāng)前2頁，總共87頁。核質(zhì)(nuclein)是1868年瑞士的內(nèi)科醫(yī)生FriedrichMiescher發(fā)現(xiàn),又稱核酸(nucleicacid)1944年Oswald,A.證實是脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid)，糾正了蛋白質(zhì)攜帶遺傳信息這一錯誤認識，確立核酸是遺傳物質(zhì)1953年Watson和Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，成為遺傳學(xué)的分子基礎(chǔ)后來又發(fā)現(xiàn)核糖核酸(ribonucleicacid)及其在遺傳中的作用核酸的發(fā)現(xiàn)1990年代的人類基因組計劃及人基因測序當(dāng)前3頁，總共87頁。由核酸研究而產(chǎn)生的分子生物學(xué)及其基因工程技術(shù)已滲透到醫(yī)藥學(xué)、農(nóng)業(yè)、化工等領(lǐng)域的各個學(xué)科，人類對生命本質(zhì)的認識進入了一個嶄新的天地核酸研究的重要性核酸是一類重要的生物大分子，擔(dān)負著生命信息的儲存與傳遞。核酸研究是分子生物學(xué)的重要領(lǐng)域當(dāng)前4頁，總共87頁。

98％核中（染色體中）真核線粒體（mDNA）核外葉綠體（ctDNA）DNA擬核原核核外：質(zhì)粒（plasmid）病毒：DNA病毒核酸的種類和分布

核酸分為兩大類：脫氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）核糖核酸RibonucleicAcid（RNA）當(dāng)前5頁，總共87頁。第一節(jié)核苷酸第二節(jié)脫氧核糖核酸（DNA）第三節(jié)核糖核酸（RNA）第四節(jié)核酸的化學(xué)性質(zhì)和常用的研究方法當(dāng)前6頁，總共87頁。第一節(jié)核苷酸核苷核苷酸堿基當(dāng)前7頁，總共87頁。

組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。1、戊糖RiboseDeoxyribose一、戊糖和堿基當(dāng)前8頁，總共87頁。2、堿基a.嘌呤（Purine）123456978腺嘌呤AdenineA鳥嘌呤guanineG當(dāng)前9頁，總共87頁。b.嘧啶（Pyrimidine）123456尿嘧啶uracilU胞嘧啶cytosineC胸腺嘧啶thymineT當(dāng)前10頁，總共87頁。

核酸中五種堿基中的酮基和氨基，均位于堿基環(huán)中氮原子的鄰位，可以發(fā)生酮式一烯醇式或氨基-亞氨基之間的結(jié)構(gòu)互變。這種互變異構(gòu)在基因的突變和生物的進化中具有重要作用。胸腺嘧啶鳥嘌呤

腺嘌呤胞嘧啶尿嘧啶當(dāng)前11頁，總共87頁。二、核苷（nucleoside）核苷戊糖+堿基糖與堿基之間的C-N鍵，稱為C-N糖苷鍵1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)當(dāng)前12頁，總共87頁。AdenosineGuanosineCytidineUridine當(dāng)前13頁，總共87頁。

核苷有核糖核苷和脫氧核糖核苷兩類：核苷由堿基和縮合而成，并以糖苷鍵相連接。糖環(huán)上的C1與嘧啶堿的N1或嘌呤堿的N9相連接，這種N-C鍵稱為N-糖苷鍵核酸分子中的糖苷鍵均為-糖苷鍵核苷中的堿基和糖環(huán)平面互相垂直當(dāng)前14頁，總共87頁。三、核苷酸（nucleotide）

核苷酸核苷+磷酸

戊糖+堿基+磷酸HHHHHHHHH當(dāng)前15頁，總共87頁。核酸DNARNA核酸和蛋白質(zhì)元素組成上的異同?核酸的元素組成元素有C、H、O、N、P等四、核酸當(dāng)前16頁，總共87頁。核酸核苷酸磷酸核苷戊糖堿基核酸的組成圖示D-核糖(D-ribose)和D-脫氧核糖(D-deoxyribose)，分別存在于核糖核苷酸（RNA）和脫氧核糖核苷酸（DNA）RNA：腺嘧啶尿嘧啶胞嘧啶尿嘧啶DNA：腺嘧啶鳥嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶當(dāng)前17頁，總共87頁。當(dāng)前18頁，總共87頁。當(dāng)前19頁，總共87頁。當(dāng)前20頁，總共87頁。

第二節(jié)脫氧核糖核酸（DNA）當(dāng)前21頁，總共87頁。當(dāng)前22頁，總共87頁。

一、DNA的堿基組成二、DNA的一級結(jié)構(gòu)三、DNA的空間結(jié)構(gòu)四、環(huán)型DNA

五、DNA的生物學(xué)功能當(dāng)前23頁，總共87頁。一、DNA的堿基組成當(dāng)前24頁，總共87頁。不同生物來源的DNA堿基組成不同，表現(xiàn)在A＋T/G＋C

比值的不同；所有DNA中腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾含量相等，即A=T。同一生物的不同組織的DNA堿基組成相同；一種生物DNA堿基組成不隨生物體的年齡、營養(yǎng)狀態(tài)或者環(huán)境變化而改變；幾乎所有的DNA，無論種屬來源如何，其腺嘌呤摩爾含量與胸腺嘧啶摩爾含量相同(A］=［T)，鳥嘌呤摩爾含量與胞嘧啶摩爾含量相同(G］=［C)，總的嘌呤摩爾含量與總的嘧啶摩爾含量相同(［A＋G］=［C]＋［T)。當(dāng)前25頁，總共87頁。G-CBasePairDNA堿基對：A-TBasePair當(dāng)前26頁，總共87頁。當(dāng)前27頁，總共87頁。AdenineandthymineformanATbasepair,stabilizedbytwohydrogenbonds,whileguanineandcytosineformaGCbasepair,stabilizedbythreehydrogenbonds.Thebasepairsarethe“rungsintheladder”whilethesugar-phosphatesmakeupthebackboneofthehelix.當(dāng)前28頁，總共87頁。DNAisnormallyaduplex:itcontainstwopolymerstrandsinanantiparallelarrangement.Attheheartofthisstructurearebasepairs,wherecorrespondingbasesinopposingstrandsareheldtogetherbyhydrogen-bonds.當(dāng)前29頁，總共87頁。二、DNA的一級結(jié)構(gòu)

DNA的一級結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種脫氧核糖核苷酸通過3’，5’-磷酸二酯鍵連接起來的直線型或環(huán)型多聚體。由于脫氧核糖中C-2’上不含羥基，C-1’又與堿基相連接，所以唯一可以形成的鍵是3’，5’-磷酸二酯鍵，所以DNA沒有側(cè)鏈。

當(dāng)前30頁，總共87頁。DNA中多核苷酸鏈片段圖示當(dāng)前31頁，總共87頁。DNAstrandshavedirectionalityandasequenceisreadfromthe5’tothe3’end--5and3beingthepositions(carbonnumber)onthesugarwherethephosphateisattached.The5’-3’strandpairsupwitha3’-5’strandtomaketheantiparalleldoublestrandwithbasepairsontheinside.Thebasesequenceofonestranddefinesthebasesequenceoftheother–ifyouknowthesequenceofonestrand,bycomplementarybasepairing,youcanfigureoutthesequenceoftheotherstrand.當(dāng)前32頁，總共87頁。ToformtheDNApolymer,thenucleotideunitsareconnectedbetweenthe3’hydroxylgroup(-OH)ofonenucleotideandthe5’hydroxylgroupofanothernucleotide.Theconnectionsmadebetweennucleotidesarephosphodiesterbonds.EachDNAmoleculehasaspecificsequenceofbasesalongthepolymer.Accordingtoconvention,thesequenceofbasesisreadsothatthe5’endofthephosphodiesterbondistotheleftandthe3’connectionistotheright.Thisisreferredtothe5’=>3’direction.當(dāng)前33頁，總共87頁。當(dāng)前34頁，總共87頁。三、DNA的空間結(jié)構(gòu)(雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,doublehelixmodel)1953年，Watson和Crick提出了著名的DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，揭示了遺傳信息是如何儲存在DNA分子中，以及遺傳性狀何以在世代間得以保持。這是生物學(xué)發(fā)展的重大里程碑。當(dāng)前35頁，總共87頁。當(dāng)前36頁，總共87頁。AlthoughJamesWatsonandFrancisCrickaremostoftencitedintheelucidationofDNAstructure,someonelessknownplayedaverybigroleinthisdiscovery–RosalindFranklin.ItwasFranklin’sx-raycrystallographydatawhichWatsonandCricktookwithoutpermissionandpublishedwithoutcreditingFranklinthatshowedthedoublehelixnatureofDNA.當(dāng)前37頁，總共87頁。當(dāng)前38頁，總共87頁。當(dāng)前39頁，總共87頁。雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點：(1)在DNA分子中，兩股DNA鏈圍繞一假想的共同軸心形成一右手螺旋結(jié)構(gòu)，雙螺旋的螺距（旋轉(zhuǎn)一周10個核苷酸）為3.4nm，直徑為2.0nm。當(dāng)前40頁，總共87頁。(2)鏈的骨架(backbone)由交替出現(xiàn)的、親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成，

位于雙螺旋的外側(cè)。(3)堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，兩股鏈中的嘌呤和嘧啶堿基以其疏水的、近

于平面的環(huán)形結(jié)構(gòu)彼此密切相近，平面與雙螺旋的長軸相垂直。一股

鏈中的嘌呤堿基與另一股鏈中位于同一平面的嘧啶堿基之間以氫鏈相

連，稱為堿基互補（basecomplementary）或堿基配對(basepairing)，堿基對層間的距離為0.34nm。堿基互補配對總是出現(xiàn)于腺嘌呤與胸腺

嘧啶之間(A=T)，形成兩個氫鍵；或者出現(xiàn)于鳥嘌呤與胞嘧啶之間(G=C)，形成三個氫鍵。堿基互補原則具有極其重要的生物學(xué)意義，DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄等的分子基礎(chǔ)都是堿基互補。當(dāng)前41頁，總共87頁。(4a)DNA雙螺旋的兩股鏈走向是反平行的，一股鏈?zhǔn)?′→3′走向，

另一股鏈?zhǔn)?′→5′走向。當(dāng)前42頁，總共87頁。(4b)兩股鏈之間在空間上形成一條大溝(majorgroove)和一條小溝(minorgroove)，這是蛋白質(zhì)識別DNA的堿基序列，與其發(fā)生相互作用的基礎(chǔ)。DNA雙螺旋的穩(wěn)定由互補堿基對之間的氫鍵和堿基對層間的堆積力(basestackingforce)維系。DNA雙螺旋中兩股鏈中堿基互補的特點，邏輯地預(yù)示了DNA復(fù)制過程是先將DNA分子中的兩股鏈分離開，然后以

每一股鏈為模板(親本)，通過堿基互補原則合成相應(yīng)的互補鏈(復(fù)本)，

形成兩個完全相同的DNA分子。因為復(fù)制得到的每對鏈中只有一條是

親鏈，即保留了一半親鏈，將這種復(fù)制方式稱為DNA的半保留復(fù)制

(semiconservativereplication)。后來證明，半保留復(fù)制是生物體遺傳信

息傳遞的最基本方式。當(dāng)前43頁，總共87頁。Thisimageshowstheclassicdouble-helixstructureofDNA,alsoknownasB-DNA,asDNAcansometimesassumedifferent3-Dstructures.Theredandbluechainsarethesugar-phosphatebackboneoftheDNA,andthebasesareshowningreen.Eachbasehydrogenbondstoitscomplement(AwithT,GwithC)toformaplanarbasepair.Anyothercombinationofbaseswouldsignificantlydistortthisregularstructure.ThemajorgrooveformedbythismoleculeiswheremanyproteinsgetcloseenoughtoDNAtorecognizespecificsequences.當(dāng)前44頁，總共87頁。Thisisamoreaccuraterepresentationofwhataproteinwould"see"whentryingtobindtoDNA.Noticehowonlythebases(green)inthemajorgrooveseemaccessible.Unlessyou(asaprotein)canwraparoundtheDNA,youcanonlyrecognizethese4-5basesbeforethebackbonegetsintheway.SomeproteinssolvethisproblembywrappingaroundtheDNA,andfollowingthemajorgroove.OtherssimplylieontheDNAandinteractwithregions10or20basesapart.Imagineplacingyourhandonthescreen.Theheelofyourhandcouldinteractwiththebasesnearthebaseoftheimage,whileyourfingertipscouldinteractwiththenextexposedgrooveatthetop.當(dāng)前45頁，總共87頁。ThisshowsashortsegmentofDNArotatingarounditsaxis.Itallowsbettervisualizationofthemajorandminorgrooves.ThemajorgrooveisofgreatimportancebecauseitallowsmanyproteinstorecognizeandbindspecificDNAsequences.當(dāng)前46頁，總共87頁。DNA雙螺旋是核酸二級結(jié)構(gòu)的重要形式。雙螺旋結(jié)構(gòu)理論支配了近代核酸結(jié)構(gòu)功能的研究和發(fā)展，是生命科學(xué)發(fā)展史上的杰出貢獻。當(dāng)前47頁，總共87頁。DNA類型：當(dāng)前48頁，總共87頁。雙螺旋穩(wěn)定的力：氫鍵堿基堆積力（疏水相互作用及范德華力）離子鍵等則DNA變性劑（熱、pH、脲/酰胺、有機溶劑）當(dāng)前49頁，總共87頁。StructureofB-DNAStructureofZ-DNA當(dāng)前50頁，總共87頁。A-、B-和Z-DNA的比較螺旋類型

ABZ

外型粗短適中細長每對堿基之距離0.23nm0.34nm0.38nm

螺旋直徑2.55nm2.37nm1.84nm

螺旋方向右手右手左手核苷鍵構(gòu)型反式反式C.T反式G順式每匝螺旋堿基對數(shù)目1110.412螺距2.46nm3.32nm4.56nm

堿基對與中心軸之傾角19o1o9o大溝窄，很深寬，深平坦小溝很寬，淺窄，很深很窄，深當(dāng)前51頁，總共87頁。二、DNA的三級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋的進一步扭曲構(gòu)成三級結(jié)構(gòu)，負超螺旋原核雙鏈環(huán)狀DNA（dcDNA）病毒單鏈環(huán)狀DNA（scDNA）單鏈線性DNA（ssDNA）

當(dāng)前52頁，總共87頁。當(dāng)前53頁，總共87頁。真核雙鏈線性DNA（dsDNA）當(dāng)前54頁，總共87頁。DNA核酸的生物學(xué)功能:遺傳信息的載體當(dāng)前55頁，總共87頁。

第三節(jié)核糖核酸（RNA）一、RNA的結(jié)構(gòu)二、RNA的類型當(dāng)前56頁，總共87頁。一、RNA的結(jié)構(gòu)

DNA是遺傳信息的載體，遺傳信息的作用通常由蛋白質(zhì)的功能來實現(xiàn)，但DNA并非蛋白質(zhì)合成的直接模板，合成蛋白質(zhì)的模板是RNA。當(dāng)前57頁，總共87頁。當(dāng)前58頁，總共87頁。RNA的結(jié)構(gòu)：RNA種類繁多，分子量相對較??；一般以單股鏈存在，但可以有局部二級結(jié)構(gòu)；堿基組成特點是含有尿嘧啶(uridin,U)而不含胸腺嘧啶；堿基配對發(fā)生于C和G與U和A之間；

RNA堿基組成之間無一定的比例關(guān)系；稀有堿基較多；tRNA還具有明確的三級結(jié)構(gòu)．DNA和RNA的結(jié)構(gòu)差異?當(dāng)前59頁，總共87頁。當(dāng)前60頁，總共87頁。當(dāng)前61頁，總共87頁。二、RNA的類型：

動、植物和微生物細胞內(nèi)都含有三種主要RNA：核糖體RNA（ribosomeRNA，rRNA）轉(zhuǎn)運RNA（transferRNA，tRNA）信使RNA（messengerRNA，mRNA）真核細胞中還有：少量核內(nèi)小RNA（smallnuclearRNA，snRNA）當(dāng)前62頁，總共87頁。＊tRNA約占全部RNA的15%＊分子量較?。猼RNA是細胞內(nèi)分子量最小的一類核酸，由70～120核苷酸構(gòu)成＊各種tRNA無論在一級結(jié)構(gòu)上，還是在二、三級結(jié)構(gòu)上均有一些共同特點＊tRNA中含有10%～20%的稀有堿基(rarebases)(一)轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)tRNA(transferRNA)是蛋白質(zhì)合成中的接合器分子

tRNA分子有100多種，各可攜帶一種（轉(zhuǎn)運）氨基酸，將其轉(zhuǎn)運到核蛋白體上，供蛋白質(zhì)合成使用每一種氨基酸都有起相應(yīng)的一種或幾種tRNAtRNA在反轉(zhuǎn)錄及其它代謝調(diào)節(jié)中也起作用當(dāng)前63頁，總共87頁。當(dāng)前64頁，總共87頁。當(dāng)前65頁，總共87頁。當(dāng)前66頁，總共87頁。當(dāng)前67頁，總共87頁。BasepairingcanoccurinRNAasitdoesinDNA,butunlikeDNA,therisnosingle,regularstructureformedbyRNA.RNAsometimesformsdouble-strandedduplexes,butmoreoften,singleRNAchainsfoldbackuponthemselvesandusebasepairingtoproduceuniqueandcomplexstructuresliketheoneabove.Thestructurearisesfromtheformationofintramolecularbasepairswithinasingle-strandedRNAmolecule.當(dāng)前68頁，總共87頁。(二)信使RNA(mRNA)與不均一核RNA(hnRNA)

遺傳信息從DNA分子抄錄到RNA分子中的過程稱為轉(zhuǎn)錄(transcription)。在真核生物中，最初轉(zhuǎn)錄生成的RNA稱為不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)，然而在細胞漿中起作用，作為蛋白質(zhì)的氨基酸序列合成模板的是mRNA(messengerRNA)。hnRNA是mRNA的未成熟前體。當(dāng)前69頁，總共87頁。當(dāng)前70頁，總共87頁。(三)核蛋白體RNA(rRNA)

核蛋白體RNA(ribosomalRNA)是細胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上，是蛋白質(zhì)合成機器。核糖體蛋白(ribosmalprotein,rp)有數(shù)十種，大多是分子量不大的多肽類。當(dāng)前71頁，總共87頁。DNA和RNA的結(jié)構(gòu)比較當(dāng)前72頁，總共87頁。生物化學(xué)

當(dāng)前73頁，總共87頁。生物化學(xué)

RNAisgenerallysinglestrandedinsteadofdoublestranded.AboveyouseethatUracilsubstitutesforThymineinRNAandthatthesugarsintheRNAhaveahydroxylgroupwhichislackinginDNA.當(dāng)前74頁，總共87頁。一、核酸的紫外吸收二、核酸的沉降特性三、凝膠電泳四、核酸的變性、復(fù)性與雜交五、DNA的固相合成六、DNA的限制酶圖譜第四節(jié)核酸的化學(xué)性質(zhì)和常用的研究方法當(dāng)前75頁，總共87頁。一、核酸的紫外吸收在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，因而具有獨特的紫外線吸收光譜，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作為核酸及其組份定性和定量測定的依據(jù)。以A260/A280進行定性、定量DNA和RNA溶液中加入溴化乙錠（EB），在紫外下發(fā)出熒光當(dāng)前76頁，總共87頁。二、核酸的沉降特性溶液中的核酸分子在引力場中可以下沉，不同構(gòu)象的核酸、蛋白質(zhì)及其它雜質(zhì)在超離心機的強大引力場中沉降的速率有很大差異，因此可以用超離心法純化核酸，或?qū)⒉煌瑯?gòu)象的核酸進行分離，也可以測定核酸的沉降常數(shù)與分子量。應(yīng)用不同介質(zhì)組成密度梯度超離心分離核酸的效果較好。RNA：蔗糖梯度；DNA：氯化銫梯度。當(dāng)前77頁，總共87頁。生物化學(xué)

當(dāng)前78頁，總共87頁。三、凝膠電泳瓊脂糖（agarose）凝膠電泳電泳的遷移率決定于：1）核酸分子大小（與分子量對數(shù)成反比）；2）膠濃度（成反比，常用1%的膠分離DNA）；3）DNA的構(gòu)象（超螺旋DNA快于線型DNA，開環(huán)的最慢）；4）電流（適當(dāng)?shù)碾妷翰顣r與電流大小成正比，小于5V/cm）；5）堿基組成；6）溫度。聚丙烯酰胺（polyacrylamide）凝膠電泳顯色劑：啡啶溴紅。當(dāng)前79頁，總共87頁。四、核酸的變性、復(fù)性與雜交

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，不僅與其生物功能有密切關(guān)系，還能解釋DNA的重要特性---變性與復(fù)性，這對于深入了解DNA分子結(jié)構(gòu)與功