1、第4nucleic acids,本章主要內(nèi)容,核酸的化學(xué)組成 核酸的結(jié)構(gòu) 核酸的理化性質(zhì),核酸（nucleic acids） 19世紀(jì)60年代，由miescher發(fā)現(xiàn)。1889年altmann將其純化，證明核酸是含磷的酸性生物大分子。20世紀(jì)40年代，avery確定核酸是遺傳信息的載體，普遍存在于生命有機(jī)體中。 脫氧核糖核酸，dna （deoxyribonucleic acid），在原核細(xì)胞是核質(zhì)的成分，在真核細(xì)胞dna與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，少量存在于線粒體。一個(gè)生命有機(jī)體的每個(gè)體細(xì)胞（除生殖細(xì)胞外）都含有相同質(zhì)和量的dna，包含了它的全部遺傳信息。 核糖核酸，rna （ribonuclei

2、c acid）主要存在于胞液內(nèi)，真核細(xì)胞的核仁和線粒體也含有少量rna。rna的量是變動(dòng)的。主要有信使rna（mrna），轉(zhuǎn)運(yùn)rna（trna）和核糖體rna（rrna）。 病毒或者是dna病毒或者是rna病毒。,1.核酸的化學(xué)組成,核酸，dna或rna，經(jīng)核酸酶水解生成單核苷酸。 單核苷酸是組成核酸的基本單位。 核苷酸進(jìn)一步分解生成堿基、核糖（或脫氧核糖）和磷酸。,核酸的水解過程,1.1 堿基(base),核酸中的嘧啶堿基,核酸中的嘌呤堿基,其他的稀有堿基,1.2 核糖(ribose),dna含脫氧核糖 rna含核糖,1.3 核苷 (nucleoside),核苷（上）與脫氧核苷（下）,1.4

3、 核苷酸 (nucleotide),核糖核苷酸（上）與脫氧核糖核苷酸（下）,腺嘌呤核苷三磷酸（atp） 3，5- 環(huán)狀腺苷酸（camp）,dna分子和rna分子中化學(xué)組成的差別總結(jié),2.核酸的結(jié)構(gòu),2.1 核酸中核苷酸的連結(jié)方式,dna片段 rna片段,注意 核苷酸之間的連接方式是3，5-磷酸二酯鍵,2.2 dna,dna分子的大小 天然存在的dna分子最顯著的特點(diǎn)是很長，分子質(zhì)量很大，一般在 106-1010 。 dna的堿基組成有如下特點(diǎn)：,具有種的特異性。 沒有器官和組織的特異性。 在同一種dna中，a=t 、g = c+m5c，即a+g = t+c+mc， 即嘌呤堿基的總摩爾數(shù)與嘧啶堿

4、基的總摩爾數(shù)相等堿基當(dāng)量 定律又稱chargaff原則。 年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響dna的堿基組成。,2.3 rna,mrna：占細(xì)胞中rna總量的3%-5%，分子量大小不一，不穩(wěn)定，代謝活躍，更新迅速，是合成蛋白質(zhì)的模板。 rrna：細(xì)胞中含量最多的rna，核糖體的組成成分。 trna：約占細(xì)胞中rna總量的15%。約由75-90個(gè)核苷酸組成。蛋白質(zhì)合成中攜帶活化的氨基酸,rna的堿基組成： a、g、c、u, 含少量的稀有堿基,rna分子的類型：mrna、rrna、trna,2.4 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu),2.5 dna的二級(jí)結(jié)構(gòu),watson and crick,雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,dna分子

5、由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱dna單鏈)組成。 兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。兩條鏈方向相反。 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)。,螺旋的直徑約為2nm，一圈螺旋包含10對(duì)堿基，其高度為3.4nm。堿基平面之間的垂直距離0.34nm。 在dna分子中，根據(jù)chargaff原則，堿基之間具有嚴(yán)格的互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律，a和t之間形成兩對(duì)氫鍵，g與c之間形成三對(duì)氫鍵,a與t之間2對(duì)氫鍵,g與c之間3對(duì)氫鍵,watson和crick所提出的 模型稱為b-dna。,不同構(gòu)型的dna,b型是最穩(wěn)定的構(gòu)型,1957年發(fā)現(xiàn)在基因的調(diào)控區(qū)或染色質(zhì)的 重組部位有dna的三螺旋結(jié)構(gòu),

6、2.6 超螺旋dna 指dna雙螺旋通過彎曲和扭轉(zhuǎn)所形成的特定構(gòu)象,即 dna的三級(jí)結(jié)構(gòu),b是松弛型的閉合環(huán),c是由于纏繞不足 形成的負(fù)超螺旋,a 是線性的dna分子,真核生物內(nèi)，dna以致密形式存在于細(xì)胞核的染色體中。 染色體的基本單位是核小體(nucleosome) 核小體：由dna和組蛋白共同構(gòu)成。 核心組蛋白：4種組蛋白(h2a , h2b , h3 ,h4)形成的8聚體 dna：以負(fù)超螺旋纏繞在核心組蛋白上 h1在核小體之間起連接作用,染色體的基本單位是核小體(nucleosome),核小體的串珠狀結(jié)構(gòu),在rna單鏈分子中?？梢砸姷骄植繀^(qū)域堿基互補(bǔ) 形成的螺旋結(jié)構(gòu)，稱為“莖環(huán)”結(jié)構(gòu)或

7、“發(fā)卡”結(jié)構(gòu),trna,rna的結(jié)構(gòu),3.核酸的性質(zhì),3.1 紫外吸收的特性,嘌呤和嘧啶在260 nm有特異的吸收峰,這個(gè)性質(zhì)用于核酸的分析,3.2 溶解性,溶于偏堿的溶劑中，可以為乙醇沉淀，容易受機(jī)械作用力而斷裂。,3.3 黏性,dna溶液有高度的黏性,3.4 dna分子的變性,dna雙螺旋的有序結(jié)構(gòu)受各種理化因子，如熱、酸堿、變性劑、有機(jī)溶劑以及稀釋的作用，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o規(guī)則的線團(tuán)結(jié)構(gòu)。,變性的特征 增色效應(yīng), 黏度和比旋下降，沉降系數(shù)增加，生物學(xué)活性喪失,dna解鏈曲線,增色效應(yīng)(hyperchromic effect) 核酸分子加熱變性時(shí)，其在260nm處的紫外吸收急劇增加的現(xiàn)象。,tm值

8、：當(dāng)紫外吸收變化達(dá)到最大變化的半數(shù)值時(shí)，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為熔解溫度（tm ）、變性溫度或中點(diǎn)解鏈溫度。,影響tm值的因素,1.溶液的性質(zhì) 2.dna中堿基組成的影響,大腸桿菌dna在不同濃度kcl溶液下的熔融溫度曲線,3.4 復(fù)性,復(fù)性：變性dna分開的兩股鏈在適當(dāng)條件下重新生成雙鏈結(jié)構(gòu)的過程 退火（annealing）:熱變性的dna經(jīng)緩慢冷卻復(fù)性的過程。,3.5 分子雜交,當(dāng)兩條不同來源的dna（或rna）鏈或dna鏈與rna鏈之間存在互補(bǔ)的堿基序列時(shí)，在一定條件下可以通過互相配對(duì)形成雙螺旋分子，這種分子稱為雜交分子。形成雜交分子的過程稱為分子雜交（molecular hybridiza

9、tion） 。,核酸探針（nucleic acid probe）:某一具有特定序列并且用同位素或其他化學(xué)方法標(biāo)記的dna或rna片段。通常是人工合成的。,分子雜交圖,3.5 分子雜交技術(shù)的應(yīng)用,通過同源性比較,研究不同物種或個(gè)體dna之間的親緣關(guān)系； 通過雜交的嚴(yán)緊性,發(fā)現(xiàn)基因的缺失或突變； 通過標(biāo)記信號(hào)的強(qiáng)度,測(cè)定某種遺傳信息量的多少； 證明某種疾病(如腫瘤)是否與某種基因(如病毒基因)有關(guān)。,利用核酸探針，可以：,用于鑒定dna的southern印跡技術(shù) 用于鑒定rna的northern印跡技術(shù) 原位雜交技術(shù) 基因芯片技術(shù)等 將在第17章中介紹,以分子雜交為基礎(chǔ)建立起的分子生物學(xué)研究技術(shù)有：,