1．核苷酸（1）組成核苷酸的堿基腺嘌呤Adenine（1）組成核酸的堿基鳥(niǎo)嘌呤guanine1．核苷酸（1）組成核苷酸的堿基尿嘧啶uracil1．核苷酸堿基的結(jié)構(gòu)特征堿基都具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特征。嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)均呈平面或接近于平面的結(jié)構(gòu)。堿基的芳香環(huán)與環(huán)外基團(tuán)可以發(fā)生酮式-烯醇式或胺式-亞胺式互變異構(gòu)。嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，在紫外區(qū)有吸收（260nm左右）1．核苷酸堿基的結(jié)構(gòu)特征1．核苷酸

胺

式

亞

胺

式

互

變

異

構(gòu)堿基的結(jié)構(gòu)特征1．核苷酸

胺

式

亞

胺

式

互

變

異

構(gòu)（3）核苷nucleoside糖與堿基之間的C-N鍵，稱為C-N糖苷鍵。1．核苷酸（4）核苷酸nucleotide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。1．核苷酸(5)修飾成分核酸中也存在一些不常見(jiàn)的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。1．核苷酸ATP的性質(zhì)ATP分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩個(gè)高能磷酸鍵。ATP水解時(shí),可以釋放出大量自由能。ATP是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體。ATP水解釋放出來(lái)的能量用于推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。ATP也是一種很好的磷?；瘎Ａ柞；磻?yīng)的底物可以是普通的有機(jī)分子，也可以是酶。磷?；牡孜锓肿泳哂休^高的能量（活化分子），是許多生物化學(xué)反應(yīng)的激活步驟。3．多聚核苷酸多聚核苷酸是通過(guò)核苷酸的5’-磷酸基與另一分子核苷酸的C3’-OH形成磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為DNA鏈；由核糖核苷酸聚合而成的則稱為RNA鏈。多聚核苷酸的特點(diǎn)在多聚核苷酸中，兩個(gè)核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵通常稱為5′-3′磷酸二酯鍵。多聚核苷酸鏈一端的C5′帶有一個(gè)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）。多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。多聚核苷酸的特點(diǎn)在多聚核苷酸（DNA或RNA）鏈中，由于構(gòu)成核苷酸單元的戊糖和磷酸基是相同的，體現(xiàn)核核苷酸差別的實(shí)際上只是它所帶的堿基，所以多聚核苷酸鏈結(jié)構(gòu)也可表示為：在討論有關(guān)核酸問(wèn)題時(shí)，一般只關(guān)心其中堿基的種類和順序，所以上式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：5′PAPCPGPT3′

或5′ACGT3′方向性第三節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)多聚核苷酸是由四種不同的核苷酸單元按特定的順序組合而成的線性結(jié)構(gòu)聚合物，因此，它具有一定的核苷酸順序，即堿基順序。核酸的堿基順序是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲(chǔ)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。mRNA(信息RNA)的堿基順序，則直接為蛋白質(zhì)的氨基酸編碼，并決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序。（二）DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA的脫核糖核苷酸彼此連接的方式和排列順序。實(shí)驗(yàn)證明，組成DNA分子的幾千個(gè)至幾千萬(wàn)個(gè)脫氧核苷酸是以磷酸二酯鍵連接的，即由一個(gè)脫氧核苷酸的脫氧核糖中的5′位上的磷酸與另一個(gè)脫氧核苷酸的脫氧核糖中的3′位上的羥基形成3′，5′-磷酸二酯鍵。DNA沒(méi)有分支鏈。書(shū)寫多核苷酸鏈時(shí)，通常從5′端到3′端，由左向右表示。一.DNA的分子結(jié)構(gòu)（三）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)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(duì)模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測(cè)。DNA分子由兩條DNA單鏈組成。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是分子中兩條DNA單鏈之間基團(tuán)相互識(shí)別和作用的結(jié)果。雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的最基本形式。一.DNA的分子結(jié)構(gòu)

（2）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下是很穩(wěn)定的。維持這種穩(wěn)定性的因素包括：（1）氫鍵：互補(bǔ)堿基對(duì)之間的氫鍵，但作用比較微弱，不是主要力量。（2）堿基堆積力：由于芳香族堿基的π電子之間相互作用而引起的?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為這種堿基堆積力是穩(wěn)定DNA的主要力量。（3）離子鍵：由磷酸殘基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中陽(yáng)離子之間形成的。這可減少雙鏈間的靜電斥力而穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)。2.DNA雙螺旋的穩(wěn)定性（四）DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)雙鏈DNA分子常為線形，少數(shù)DNA分子的首尾以共價(jià)鍵連接成環(huán)狀，在細(xì)胞內(nèi)，這些雙鏈環(huán)狀DNA再做多次扭曲而形成麻花狀的三級(jí)結(jié)構(gòu)，也叫超卷曲(supercoil)或超螺旋(superhelix)結(jié)構(gòu)，核小體中的DNA的扭曲方式即屬于三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。核酸的三級(jí)結(jié)構(gòu)包括線狀雙鏈中的可能出現(xiàn)的紐結(jié)和超螺旋、多重螺旋和分子內(nèi)單鏈形成的環(huán)以及環(huán)狀DNA中的結(jié)、超螺旋和連環(huán)體等拓?fù)鋵W(xué)狀態(tài)。

拓?fù)鋵W(xué):研究幾何圖形在連續(xù)改變形狀時(shí)仍然保留下來(lái)不變的一些結(jié)構(gòu)特性。它只考慮物體之間的位置關(guān)系而不考慮它們的距離和大小。一.DNA的分子結(jié)構(gòu)RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是以3′，5′-磷酸二酯鍵連接而成的多聚核糖核苷酸鏈。

大多數(shù)天然RNA分子是一條單鏈，某些區(qū)域發(fā)生自身回折，回折部分的一些堿基互相靠近且互補(bǔ)配對(duì)形成鏈內(nèi)氫鍵，構(gòu)成雙螺旋；不能配對(duì)堿基則形成環(huán)狀突起。RNA有許多種，細(xì)胞內(nèi)主要有三種主要類型RNA，即tRNA，rRNA，mRNA。二.RNA的分子結(jié)構(gòu)（一）RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)2.mRNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1960年發(fā)現(xiàn)mRNA，占細(xì)胞RNA總量的3%～5%。真核細(xì)胞mRNA的3’-末端有一段長(zhǎng)達(dá)200個(gè)核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，稱為“尾結(jié)構(gòu)”，5’-末端有一個(gè)甲基化的鳥(niǎo)苷酸，稱為“帽結(jié)構(gòu)”。

動(dòng)物細(xì)胞核糖體rRNA有四類：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。許多rRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)及由一級(jí)結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出來(lái)的二級(jí)結(jié)構(gòu)都已闡明，但是對(duì)許多rRNA的功能迄今仍不十分清楚。（一）RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)3.rRNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

約占細(xì)胞RNA總量的75%～80%。它與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體(ribosome)。核糖核蛋白體是合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器。它由大小兩個(gè)亞基組成。

(1)氨基酸接受區(qū)

包含有tRNA的3’-末端和5’-末端，3’-末端的最后3個(gè)核苷酸殘基都是CCA。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。

(2)反密碼區(qū)

與氨基酸接受區(qū)相對(duì)的一般含有7個(gè)核苷酸殘基的區(qū)域，其中正中的3個(gè)核苷酸殘基稱為反密碼

子(3)二氫尿嘧啶區(qū)該區(qū)含有二氫尿嘧啶。(4)TC區(qū)

該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對(duì)，假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC)由7個(gè)核苷酸組成，通過(guò)由5對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與tRNA的其余部分相連。

(5)可變區(qū)位于反密碼區(qū)與TC區(qū)之間，不同的tRNA該區(qū)變化較大。

2.tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)在三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突環(huán)上未配對(duì)的堿基由于整個(gè)分子的扭曲而配成對(duì)，目前已知的tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)均為倒L型tRNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)一.核酸的一般性質(zhì)

RNA的純品都呈白色粉末或結(jié)晶，DNA純品則為白色類似石棉樣的纖維狀物。核酸和核苷酸大都呈酸性。DNA和RNA都微溶于水；不溶于乙醇、氯仿、戊醇、三氯醋酸等有機(jī)溶劑。

DNA和RNA都是大分子。DNA的相對(duì)分子質(zhì)1.6×106～2.2×109。因DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)又細(xì)長(zhǎng)，DNA分子具有剛性及一定的柔性。大多數(shù)DNA分子為線形分子，分子極不對(duì)稱，因此DNA溶液的粘度極高。RNA溶液的粘度要比DNA粘度小得多。RNA相對(duì)分子質(zhì)量約為幾萬(wàn)到幾百或更大些。粘度可作為判斷核酸變性或降解的指標(biāo)之一。在強(qiáng)大離心力作用時(shí)，生物大分子核酸下沉。測(cè)定核酸的沉降系數(shù)S就可計(jì)算出核酸的相對(duì)分子質(zhì)量二、兩性解離、等電點(diǎn)

與蛋白質(zhì)相似，核酸分子中既含有酸性基團(tuán)（磷酸基）也含有堿性基團(tuán)（氨基），因而核酸也具有兩性性質(zhì)。由于核酸分子中的磷酸是一個(gè)中等強(qiáng)度的酸，而堿性（氨基）是一個(gè)弱堿，所以核酸的等電點(diǎn)比較低。如DNA的等電點(diǎn)為4～4.5，RNA的等電點(diǎn)為2～2.5。RNA的等電點(diǎn)比DNA低的原因，是RNA分子中核糖基2-OH通過(guò)氫鍵促進(jìn)了磷酸基上質(zhì)子的解離，DNA沒(méi)有這種作用。三.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(dú)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(cè)定的依據(jù)。四.核酸的變性、復(fù)性與雜交

1.核酸的變性核酸的變性是指核酸雙螺旋區(qū)的多聚核苷酸鏈間的氫鍵斷裂，變成單鏈結(jié)構(gòu)的過(guò)程。變性核酸將失去其部分或全部的生物活性。核酸的變性并不涉及磷酸二酯鍵的斷裂，所以它的一級(jí)結(jié)構(gòu)(堿基順序)保持不變。能夠引起核酸變性的因素很多。溫度升高、酸堿度改變、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的變性。四.核酸的變性、復(fù)性與雜交

DNA變性四.核酸的變性、復(fù)性與雜交

DNA變性當(dāng)DNA的稀鹽溶液加熱到80-100℃時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)即發(fā)生解體，兩條鏈彼此分開(kāi)，形成無(wú)規(guī)線團(tuán)。DNA變性后，它的一系列性質(zhì)也隨之發(fā)生變化，如生物活性喪失、粘度下降、浮力密度增大、沉降系數(shù)增加、紫外吸收(260nm)值升高,粘度降低等。四.核酸的變性、復(fù)性與雜交

增色效應(yīng)RNA本身只有局部的雙螺旋區(qū)，所以變性行為所引起的性質(zhì)變化沒(méi)有DNA那樣明顯。利用紫外吸收的變化，可以檢測(cè)核酸變性的情況。核酸變性后，由于雙螺旋解體，堿基堆積已不存在，藏于螺旋內(nèi)部的堿基暴露出來(lái)，這樣就使得變性后的DNA對(duì)260nm紫外光的吸光率比變性前明顯升高（例如，天然狀態(tài)的DNA在完全變性后，紫外吸收值增加25－40%；而RNA變性后，約增加1.1%），這種現(xiàn)象稱為增色效應(yīng).四.核酸的變性、復(fù)性與雜交

熔點(diǎn)或解鏈溫度

TmDNA的變性過(guò)程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成。因此，通常將引起DNA變性的溫度稱為“熔點(diǎn)”或解鏈溫度，用Tm表示。一般DNA的Tm值在70-85

C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(cè)定Tm值，可反映DNA分子中G,C含量，可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44四.核酸的變性、復(fù)性與雜交

2.核酸的復(fù)性核酸熱變性后，雙螺旋結(jié)構(gòu)中的兩條DNA單鏈分開(kāi)為單鏈，如果把此熱溶液迅速冷卻，則兩條單鏈繼續(xù)保持分開(kāi)；若將此熱溶液緩慢冷卻(稱退火處理)，則兩條單鏈可發(fā)生特異的重組合而恢復(fù)雙螺旋。這一過(guò)程叫復(fù)性(冷卻重組)四.核酸的變性、復(fù)性與雜交

3.核酸的雜交熱變性的DNA單鏈，在復(fù)性時(shí)并不一定與同源DNA互補(bǔ)鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，它也可以與在某些區(qū)域有互補(bǔ)序列的異源DNA單鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。這樣形成的新分子稱為雜交DNA分子。DNA單鏈與互補(bǔ)的RNA鏈之間也可以發(fā)生雜交。核酸的雜交在分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的研究中具有重要意義。核酸的雜交五.核酸的水解及酶解

1.酸或堿水解

核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸或堿性條件下水解切斷。DNA和RNA對(duì)酸或堿的耐受程度有很大差別。例如，在0.1mol/LNaOH溶液中，RNA幾乎可以完全水解，生成2′-或3′-磷酸核苷；DNA在同樣條件下則不受影響。這種水解性能上的差別，與RNA核糖基上2′-OH的鄰基參與作用有很大的關(guān)系。在RNA水解時(shí)，2′-OH首先進(jìn)攻磷酸基，在斷開(kāi)磷酯鍵的同時(shí)形成環(huán)狀磷酸二酯，再在堿的作用形成水解產(chǎn)物。五.核酸的水解及酶解

2.酶水解生物體內(nèi)存在多種核酸水解酶。這些酶可以催化水解多聚核苷酸鏈中的磷酸二酯鍵。以DNA為底物的稱DNA水解酶（DNases）和以RNA為底物的稱RNA水解酶（RNases）。根據(jù)作用方式又分作兩類：核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。核酸外切酶的作用方式是從多聚核苷酸鏈的一端（3′-端或5′-端）開(kāi)始，逐個(gè)水解切除核苷酸；核酸內(nèi)切酶的作用方式剛好和外切酶相反，它從多聚核苷酸鏈中間開(kāi)始，在某個(gè)位點(diǎn)切斷磷酸二酯鍵。在分子生物學(xué)研究中最有應(yīng)用價(jià)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。六.核酸的分離提純

1.分離原則2.DNA的提取3.RNA的提取P112-113二、RNA與生物遺傳信息的表達(dá)

首先，DNA通過(guò)轉(zhuǎn)錄作用，將其所攜帶的遺傳信息（基因）傳遞給mRNA,在三種RNA（mRNA、tRNA和rRNA）的共同作用下，完成蛋白質(zhì)的合成。第五節(jié)核酸的生物功能中心法則生物的遺傳信息從DNA傳遞給mRNA的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)錄。然后根據(jù)mRNA鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)，這個(gè)過(guò)程稱為翻譯和表達(dá)。1958年Crick將生物遺傳信息的這種傳遞方式稱為中心法則。1.基因的轉(zhuǎn)錄–mRNA的合成基因轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成與其堿基順序互補(bǔ)的mRNA的過(guò)程。細(xì)胞生長(zhǎng)周期的某個(gè)階段，DNA雙螺旋解開(kāi)成為轉(zhuǎn)錄模板，在RNA聚合酶催化下，合成mRNA。mRNA不能自我復(fù)制，即其本身不能作為復(fù)制模板，因此在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中即使出現(xiàn)某些差錯(cuò)，也不會(huì)遺傳下去。mRNA是DNA的轉(zhuǎn)錄本，攜帶有合成蛋白質(zhì)的全部信息。蛋白質(zhì)的生物合成實(shí)際上是以mRNA作為模板進(jìn)行的。2.遺傳密碼mRNA分子中所存儲(chǔ)的蛋白質(zhì)合成信息，是由組成它的四種堿基（A、G、C和U）以特定順序排列成三個(gè)一組的三聯(lián)體代表的，即每三個(gè)堿基代表一個(gè)氨基酸信息。這種代表遺傳信息的三聯(lián)體稱為密碼子或三聯(lián)體密碼子。因此mRNA分子的堿基順序即表示了所合成蛋白質(zhì)的氨基酸順序。

mRNA的每一個(gè)密碼子代表一個(gè)氨基酸。20種基本氨