第三章

核酸化學NucleicAcidchemistry核酸是一類重要的生物大分子，擔負著生命信息的儲存與傳遞。核酸是現(xiàn)代生物化學、分子生物學的重要研究領(lǐng)域，是基因工程操作的核心分子。核酸概述第一節(jié)核酸是遺傳物質(zhì)的載體一、核酸的研究發(fā)現(xiàn)史1868年，F(xiàn).Miescher從細胞核中分離得到一種酸性物質(zhì)，即現(xiàn)在被稱為核酸的物質(zhì)。1952年，Hexshey、ChaseT2噬菌體（搗碎器實驗）1953年，Watson、CrickDNA雙螺旋模型核酶（Ribozyme）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病毒二、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）RNA主要存在于細胞質(zhì)中

tRNA

rRNAmRNA

其它

RNA病毒：SARS三、分子生物學的中心法則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。一、戊糖RiboseDeoxyribose二、堿基1.嘌呤（Purine）123456978腺嘌呤AdenineA鳥嘌呤guanineG2.嘧啶（Pyrimidine）123456尿嘧啶uracilU胞嘧啶cytosineC胸腺嘧啶thymineT三、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)假尿苷（ψ）次黃苷（肌苷）I黃嘌呤核苷X二氫尿嘧啶核苷D取代核苷的表示方式7-甲基鳥苷m5G5OHAdenosineGuanosineCytidineUridine四、核苷酸（nucleotide）

核苷酸核苷+磷酸

戊糖+堿基+磷酸

HHHHHHHHH2.環(huán)化磷酸化

cAMP

cGMP3.肌苷酸及鳥苷酸(強力味精)4.輔酶NAD、NADP、FMNIMP

GMP六、多聚核苷酸（核酸）多聚核苷酸是通過一個核苷酸的C3’-OH與另一分子核苷酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。5’5’3’3’5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羥基端（常用3’-OH表示）多聚核苷酸鏈具有方向性，當表示一個多聚核苷酸鏈時，必須注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。多聚核苷酸的表示方式DNARNA5′PdAPdCPdGPdTOH3′5′PAPCPGPUOH′或5′ACGTGCGT3′5′ACGUAUGU3′

ACGTGCGTACGUAUGUT5’3’OHU5’3’OHOHOHOHOH第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)脫氧核糖核酸的排列順序可以用堿基排列順序表示連接鍵：3’，5’-磷酸二酯鍵磷酸與戊糖順序相連形成主鏈骨架堿基形成側(cè)鏈多核苷酸鏈均有5’-末端和3’-末端DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。2.基因與基因組基因（gene）：一段有功能的DNA片段，生物細胞中DNA分子的最小功能單位（交換單位）。

蛋白質(zhì)（mRNA蛋白質(zhì)）產(chǎn)物tRNARNArRNA調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)基因無產(chǎn)物

作用未知結(jié)構(gòu)基因3.原核生物基因組特點

重復序列少，多位編碼區(qū)多為操縱子形式組織有重疊基因存在真核生物基因組特點以染色體存在重復序列多基因組計劃人類基因組計劃（HumanGenomeProject，HGP）酵母基因組計劃（YGP）大腸桿菌（E.Coli）二、DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA的雙螺旋模型1953年，J.Watson和F.Crick在前人研究工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)DNA結(jié)晶的X-衍射圖譜和分子模型，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對模型的生物學意義作出了科學的解釋和預測。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)參數(shù)類型旋轉(zhuǎn)方向螺旋直徑（nm）螺距（nm）每轉(zhuǎn)堿基對數(shù)目堿基對間垂直距離（nm）堿基對與水平面傾角A－DNAB－DNAZ－DNA右右左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.2720o0o7o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）DNA的存在形式二、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）

真核雙鏈線性DNA（dsDNA）第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能一、結(jié)構(gòu)特點堿基組成A、G、C、U（A＝U/G≡C）稀有堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解多為單鏈結(jié)構(gòu)，少數(shù)局部形成螺旋分子較小分類mRNA（hnRNA

核不均一RNA）tRNA

rRNA（snRNA/asRNA）少數(shù)RNA病毒二、tRNA占RNA總量的15％一種氨基酸對應最少一種RNA分子量25000左右，大約由70－90個核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。分子中含有較多的修飾成分。3'-末端都具有CpCpAOH的結(jié)構(gòu)。tRNA的三級結(jié)構(gòu)三、rRNA占RNA總量的80％原核生物真核生物核糖體rRNA核糖體rRNA30s70s50s16s5s、23s40s80s50s18s5s、5.8s、28s四、mRNA和hnRNA占細胞總RNA的3％～5％真核細胞mRNA的3‘-末端有一段長達200個核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，稱為“尾結(jié)構(gòu)”，5’-末端有一個甲基化的鳥苷酸，稱為”帽結(jié)構(gòu)“。五、snRNA（smallnucleicRNA核小RNA）scRNA（smallcytoplasmicRNA）asRNA（antisenseRNA）第五節(jié)核酸的性質(zhì)一、一般的理化性質(zhì)兩性解離/一般呈酸性（在中性溶液中帶負電荷），微溶于水，不溶于有機溶劑線性大分子（粘度高?？辜羟辛Σ睿┛捎秒娪净螂x子交換（色譜）進行分離室溫條件下，DNA在堿中變性，但不水解，RNA水解加熱條件下，D－核糖＋濃鹽酸＋苔黑酚綠色

D－2－脫氧核糖＋酸＋二苯胺藍紫色二、核酸的紫外吸收特性在核酸分子中，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)出熒光三、核酸的變性、復性與分子雜交1.變性穩(wěn)定核酸雙螺旋次級鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)破壞，變成單鏈結(jié)構(gòu)的過程。核酸的的一級結(jié)構(gòu)(堿基順序)保持不變。變性表征生物活性部分喪失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效應）變性因素

pH（>11.3或<5.0）變性劑（脲、甲酰胺、甲醛）低離子強度加熱DNA的變性過程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成。因此，通常將紫外吸收的增加量達最大量一半時的溫度稱熔解溫度，用Tm表示。一般DNA的Tm值在70-85C之間。DNA的Tm值與分子中的G和C的含量有關(guān)。G和C的含量高，Tm值高。因而測定Tm值，可反映DNA分子中G,C含量，可通過經(jīng)驗公式計算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.442.熱變性和Tm3.核酸的復性變性核酸的互補鏈在適當?shù)臈l件下，重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程稱為復性。DNA復性后，一系列性質(zhì)將得到恢復，但是生物活性一般只能得到部分的恢復，具有減色效應。將熱變性的DNA驟然冷卻至低溫時，DNA不可能復性。變性的DNA緩慢冷卻時可復性，因此又稱為“退火”。退火溫度＝Tm－25℃復性影響因素片段濃度/片段大小/片段復雜性（重復序列數(shù)目）/溶液離子強度4.分子雜交DNA單鏈與在某些區(qū)域有互補序列的異源DNA單鏈或RNA鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。這樣形成的新分子稱為雜交DNA分子。核酸的雜交在分子生物學和遺傳學的研究中具有重要意義。Southern雜交（Southernbolting）Northern雜交（Northernbolting）Western雜交（Westernbolting）四、核酸的序列測定