生物化學(xué)第五章核酸第1頁/共61頁核酸脫氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）tRNAmRNArRNA蛋白質(zhì)合成第一節(jié)核酸的種類、分布和化學(xué)組成一、核酸的發(fā)現(xiàn)二、核酸的種類和分布第2頁/共61頁DNA：原核：裸露的DNA分子集中于核區(qū)質(zhì)粒DNA真核：細胞核DNA：98%與組蛋白結(jié)合染色體細胞器DNA：一般裸露，環(huán)狀雙鏈第3頁/共61頁RNA：細胞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)合成rRNA：核仁中合成，占總RNA的80%

參與核糖體的構(gòu)成tRNA：核內(nèi)合成，占總RNA的15%

攜帶氨基酸到核糖體mRNA：核內(nèi)合成，占總RNA的5%，蛋白質(zhì)合成的模板第4頁/共61頁核酸核苷酸核苷磷酸堿基戊糖嘌呤堿嘧啶堿核糖（RNA）脫氧核糖（DNA）三、核酸的化學(xué)組成第5頁/共61頁組成核酸的堿基腺嘌呤鳥嘌呤12第6頁/共61頁尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶2

1第7頁/共61頁稀有堿基tRNA中的N6-甲基腺嘌呤和5-甲基胞嘧啶嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)均呈平面或接近于平面的結(jié)構(gòu)。第8頁/共61頁戊糖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。第9頁/共61頁核苷核苷是一種糖苷，由戊糖與堿基縮合而成，糖與堿基之間以糖苷鍵連接，稱為C-N糖苷鍵。根據(jù)核苷中所含戊糖的不同，將核苷分成兩大類：（堿基）核糖核苷和脫氧核糖核苷。鳥嘌呤脫氧核苷第10頁/共61頁糖苷鍵糖的第一位碳原子（C1）與嘧啶堿的第一位氮原子（N1）相連，或與嘌呤堿的第九位氮原子（N9

）相連。胞嘧啶核苷腺嘌呤核苷第11頁/共61頁核苷酸核苷酸是核苷的磷酸酯。作為DNA或RNA結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是5′-磷酸-脫氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷。第12頁/共61頁常見的核苷酸及其縮寫符號第13頁/共61頁第14頁/共61頁特殊的核苷酸第15頁/共61頁3`，5`-環(huán)化腺苷酸3`,5`-環(huán)化腺苷酸（cAMP)，普遍存在于生物細胞內(nèi)，含量極小，具有放大激素信號的作用。第16頁/共61頁3‘，5’-環(huán)化鳥苷酸具有縮小激素信號的作用，cAMP和cGMP被稱為第二信使。第17頁/共61頁第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)DNA的分子結(jié)構(gòu)DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)RNA的分子結(jié)構(gòu)DNA的三級結(jié)構(gòu)mRNA的結(jié)構(gòu)tRNA的結(jié)構(gòu)rRNA的結(jié)構(gòu)第18頁/共61頁連鍵：3`，5`-磷酸二酯鍵方向：3`-末端5`-末端一、核酸的一級結(jié)構(gòu)第19頁/共61頁一級結(jié)構(gòu)的線條式縮寫在多聚核苷酸中，多聚核苷酸鏈一端的C5′帶有一個自由磷酸基，稱為5′-磷酸端（常用5’-P表示）；另一端C3’帶有自由的羥基，稱為3′-羥基端（常用3’-OH表示）。第20頁/共61頁一級結(jié)構(gòu)的文字式縮寫TGCAGGTTAAAGG它的互補鏈:ACGTCCAATTTCC(誤)CCTTTAACCTGCA(正)3’-ACGTCCAATTTCC-5’(正)第21頁/共61頁實驗1：肺炎鏈球菌實驗1928年，英國細菌學(xué)家Griffith用肺炎鏈球菌感染小鼠的實驗。第22頁/共61頁1952年，Hershey和Chase用噬菌體標記的感染實驗。

實驗2：T2噬菌體感染實驗第23頁/共61頁二、DNA的空間結(jié)構(gòu)1953年Watson和Crick提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型第24頁/共61頁DNA的Na鹽纖維和DNA晶體的X光衍射分析。Franklin第25頁/共61頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容由兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸盤繞而成的右手雙螺旋堿基處于螺旋內(nèi)側(cè)，而磷酸及戊糖位于外側(cè)。堿基的平面與螺旋軸相垂直，糖平面與堿基平面幾乎成直角第26頁/共61頁沿著走向，磷酸、戊糖骨架形成深淺不同的凹陷，即大溝和小溝。3.螺旋的直徑為2nm，相鄰堿基在螺旋軸上間距為0.34nm，旋轉(zhuǎn)夾角為3６°。每１０對核苷酸形成螺旋的一圈，螺距為３.4nm。第27頁/共61頁兩條鏈借堿基之間的氫鍵和堿基堆積力牢固地連為一體。堿基配對嚴格按照互補原則，即A與T配對，其間形成2個氫鍵，G與C配對其間形成3個氫鍵。

5.堿基在一條鏈上的排列順序不受任何限制。第28頁/共61頁第29頁/共61頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性堿基堆積力形成疏水環(huán)境（主要因素）互補堿基對間的氫鍵G、C含量越多，越穩(wěn)定靜電排斥力磷酸基上的負電荷與介質(zhì)中的陽離子之間形成離子鍵，中和了磷酸基上的負電荷間的斥力，有助于DNA穩(wěn)定。疏水相互作用堿基處于雙螺旋內(nèi)部的疏水環(huán)境中，可免受水溶性活性小分子的攻擊。第30頁/共61頁DNA，雙螺旋，正反向，互補鏈。A對T，GC連，配對時，靠氫鍵。十堿基，轉(zhuǎn)一圈，螺旋34點中間。堿基力和氫鍵，維持螺旋結(jié)構(gòu)堅。第31頁/共61頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的類型B-DNAA-DNAZ-DNA第32頁/共61頁22第33頁/共61頁第34頁/共61頁

三股螺旋DNAK.Hoogsteen1963通常是一條同型寡核苷酸與寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝結(jié)合：Py.Pu*Py/Pu當DNA的一段寡嘧啶（寡嘌呤）構(gòu)成鏡像重復(fù)時可以形成三股螺旋（鉸鏈DNA，hingedDNA,H-DNA)第35頁/共61頁三、DNA的三級結(jié)構(gòu)定義：DNA的三級結(jié)構(gòu)是指在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象。第36頁/共61頁DNA超螺旋的形成互繞數(shù)=22螺旋圈數(shù)=20超螺旋數(shù)=2第37頁/共61頁四、RNA的分子結(jié)構(gòu)RNA分子一級結(jié)構(gòu)的特點：1.常由60－95個核苷酸組成，分子量25000左右，沉降系數(shù)為4S左右。2.分子中含有較多的修飾堿基。3.3'-末端都具有CpCpAOH的結(jié)構(gòu)。第38頁/共61頁mRNA的一級結(jié)構(gòu)真核細胞mRNA分子結(jié)構(gòu)特點：在3`-末端有一段長約250個殘基的聚腺苷酸（PolyA）真核細胞mRNA的5`-末端有一極為特殊的帽子結(jié)構(gòu)，稱為“帽子（Cap）”：m7GpppNmAA….AA~200APolyA3`-端5`-端帽子結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)第39頁/共61頁第40頁/共61頁轉(zhuǎn)移RNAtRNA二級結(jié)構(gòu)特點：分子量較?。辉趬A基組成上，有較多的稀有堿基；tRNA的3`-末端，皆為……CCAOH；5`末端多數(shù)為pG…，也有pC…..；tRNA的二級結(jié)構(gòu)都呈三葉草形。三葉草結(jié)構(gòu)由氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼環(huán)、額外環(huán)和TψC環(huán)等五部分組成。第41頁/共61頁tRNA的三級結(jié)構(gòu)tRNA的三級結(jié)構(gòu)呈倒L形第42頁/共61頁第43頁/共61頁第三節(jié)核酸的性質(zhì)一、核酸的一般性質(zhì)二、核酸的紫外吸收性質(zhì)四、核酸的變性、復(fù)性和分子雜交第44頁/共61頁一、核酸的一般性質(zhì)1.核酸和核苷酸都是兩性電解質(zhì)，在電場中有電泳行為。但磷酸基團為多元酸，因此核酸具有較強的酸性，等電點較低。2.核酸不溶于一般的有機溶劑，但可溶于乙醇的水溶液50%75%3.核酸溶液有較大的粘度

雙鏈DNA>不規(guī)則線團

DNA>RNA第45頁/共61頁堿水解：

RNA的磷酸酯鍵易水解產(chǎn)生核苷酸室溫，0.3~1mol/LKOH，24h，可將RNA完全水解，得到2’-或3’-核苷酸的混合物。

DNA的磷酸酯鍵不易水解

原因：RNA的核糖上有2'-OH第46頁/共61頁酸水解：糖苷鍵＞磷酸酯鍵嘌呤糖苷鍵＞嘧啶糖苷鍵最不穩(wěn)定的是嘌呤和脫氧核糖之間的C-N

DNA比RNA易發(fā)生酸水解利用酸水解可以研究核酸的堿基組成。第47頁/共61頁酶水解：非特異性水解磷酸二酯鍵的酶為磷酸二酯酶。專一水解核酸的磷酸二酯酶稱核酸酶根據(jù)底物專一性分為：核糖核酸酶RNase

脫氧核糖核酸酶DNase根據(jù)酶對底物作用的部位：

核酸外切酶（exonuclease)核酸內(nèi)切酶(endonuclease)在分子生物學(xué)研究中最有應(yīng)用價值的是限制性核酸內(nèi)切酶。這種酶可以特異性的水解核酸中某些特定堿基順序部位。第48頁/共61頁三、DNA的紫外吸收性質(zhì)堿基、核苷、核苷酸和核酸在250~290nm的紫外波段有強烈的光吸收最大吸收峰：260nm第49頁/共61頁四、核酸的變性、復(fù)性和分子雜交第50頁/共61頁1.核酸的變性變性：是指核酸雙螺旋堿基對的氫鍵斷裂，雙鏈轉(zhuǎn)變成單鏈，從而使核酸的天然構(gòu)象和性質(zhì)發(fā)生改變。第51頁/共61頁變性的實質(zhì)：二級結(jié)構(gòu)改變（氫鍵斷裂），一級結(jié)構(gòu)不變（共價鍵不斷裂）。引起變性的因素：加熱、酸、堿、尿素、有機溶劑變性的性質(zhì)變化：增色效應(yīng)、粘度降低、生物活性部分和全部喪失。增色效應(yīng)：由于核酸變性而使紫外吸收增加的現(xiàn)象。第52頁/共61頁第53頁/共61頁與DNA的Tm值有關(guān)的因素DNA的均一性

均一性越高，變性的溫度范圍越窄。G-C含量：與Tm成正比Tm=69.3+0.41（G+C）G+C=（Tm-69.3）×2.44介質(zhì)中的離子強度

離子強度低DNA的Tm值低，變性過程發(fā)生在較寬溫度范圍內(nèi)。熔解溫度（Tm）：通常把加熱變性使DNA的雙螺旋失去一半時的溫度稱為DNA的熔解溫度。第54頁/共61頁2.DNA的復(fù)性與分子雜交復(fù)性：熱變性的DNA，在緩慢冷卻后，分開的雙鏈又可恢復(fù)為雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。影響復(fù)性速度的因素：

1.DNA的大小DNA片段越大，復(fù)性越慢；

2.離子強度鹽濃度越高，復(fù)性越快

3.DNA的濃度DNA濃度越大，復(fù)性越快。減色效應(yīng)：核酸復(fù)性時，紫外吸收降低，由于核酸復(fù)性而引起紫外吸收降低的現(xiàn)象稱減色效應(yīng)。第55頁/共61頁熱變性DNA在緩慢冷卻時可以復(fù)性，快速冷卻不能復(fù)性。核酸的雜交：熱變性的DNA單鏈，在復(fù)性時并不一定與同源DNA互補鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，它也可以與在某些區(qū)域有互補序列的異源DNA單鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。第56頁/共61頁第57頁/共61