1、内容 第一节 核酸的种类、分布与功能 第二节 核酸的分子结构 第三节 核酸的理化性质,第三章核酸化学,内容和要求: 1、掌握核酸的种类、化学组成和分子结构，DNA的一级结构的特点、表示方法及二级结构要点和稳定因素，RNA的二级结构，核酸的主要理化性质， 2、了解核酸的分布， DNA、RNA的三级结构，核酸分离纯化的一般方法和理化特性的应用；核酸的生物学功能；,第一节 核酸的种类、分布与功能,一、核酸的发现与研究 二、核酸的种类和分布 三、核酸的生物功能,一、核酸的发现与研究,1、核酸的发现 1868年瑞士化学家米歇尔（F. Miesher，18441895）首先从脓细胞分离出细胞核，从中抽提得
2、一种含磷特别丰富的酸性物质，当时曾叫它做核素。（细胞核化学的创始人以及DNA的发现者） 1872米歇尔年从鲑鱼的精子细胞核中，发现了大量类似的酸性物质。随后有人在多种组织细胞中也发现了这类物质的存在。 1889年Altmann制备了不含蛋白质的核酸。因为这类物质都是从细胞核中提取出来的，而且都具有酸性，因此称为核酸。 上世纪初，德国生理学家柯塞尔（Kossel，A.1853-1927 ）和他的学生琼斯（Johnew，W.1865-1935 ）、列文（Levene，P.A.1896-1940 ）的研究才搞清楚核酸的化学成分及其最简单的基本结构。证实它是由四种不同的碱基，即腺嘌呤（）、鸟嘌呤（）、
3、胸腺嘧啶（）和胞嘧啶（）及核糖、磷酸等组成。其最简单的单体结构是：碱基核糖磷酸构成的核苷酸。 1929年确定核酸有两种：脱氧核糖核酸（）、核糖核酸（）。,2.核酸的早期研究,核素的功能 决定染色体功能的物质？ 四核苷酸假说 DNA与RNA 核酸的高度特异性,3.DNA双螺旋结构模型的建立,1953年J.D.Watson 和 F.Crick在前人所做工作的基础上提出DNA双螺旋结构模型,该模型第一次揭示了DNA分子的结构组成，开创了从分子水平揭示生命现象的新纪元。 20世纪自然科学中最伟大的成就之一。,二、核酸的种类和分布 核酸按其所含戊糖种类不同而分为两大类：,（一）核酸的分类 脱氧核糖核酸
4、Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 ribonucleic acid（RNA）,核糖核酸 （RNA）：按功能不同分为三大类,tRNA 转运RNA（15%） rRNA 核糖体RNA （80%） mRNA 信使RNA （5%）,小分子细胞核RNA（snRNA） 染色质RNA（chRNA）,1、脱氧核糖核酸(DNA)：,原核生物细胞 染色体DNA (环状双链) ：集中在拟核 染色体外基因DNA(环状双链) ：质粒DNA真核生物细胞 染色体DNA(线性双链)： 95%细胞核中 染色体外基因(环状双链) ： 5%线粒体及叶绿体中。病毒 含DNA的病毒(环状双链、线性双链或单
5、链),（二）核酸的分布：,质粒,质粒：是染色体外能够进行自主复制的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中染色体以外的DNA分子。 现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的DNA分子。,2、核糖核酸(RNA):,其它： hnRNA:不均一核RNA，在细胞浆中起作用，作为蛋白质的氨基酸序列合成模板的是mRNA(messenger RNA)。hnRNA是mRNA的未成熟前体。,snRNA (small nuclear RNA) snoRNA (small nucleoar RNA) scRNA (small cytoplasmic RNA),siRNA （small inter
6、ference RNA） miRNA （micro RNA）,原核细胞内,RNA分散在细胞质中,真核细胞内,sRNA,二、核酸的生物学功能,（一） DNA的生物学功能,DNA是主要的遗传物质，对生物遗传信息的保持有重大作用 细菌转化实验 噬菌体感染实验,1.DNA是主要的遗传物质,（1）细菌转化实验前传（转化因子试验） 1928年 格里菲斯（Griffith，J.） 肺炎双球菌有两种类型 型（有毒）外包有荚膜，不能被白血球吞噬 型（无毒）外无荚膜，容易被白血球吞噬,注射毒性的SIII,注射已杀死的无毒性的SIII+少量活R型菌株,分离到有活的性的SIII,转化因子？,（2）细菌转化实验,细菌学
7、家艾弗里（Avery ，O.T.18771955）， 1944 结果：DNA能使一部分R型细胞获得合成S型细胞特有的荚膜多糖的能力。 证明：DNA是转化物质 “可能不是核酸自有的性质，而是由于微量的、别的某些附着于核酸上的其它物质引起了遗传信息的作用”,肺炎双球菌的两种类型 型（有毒）外包有荚膜，菌落光滑 型（无毒）外无荚膜，菌落粗糙,（3）噬菌体感染实验,美国生理学家德尔布吕克（Delbuck ，M.19061981） 1952年赫希尔（Heishey ，A.D.）和蔡斯（Chase ，M.），用同位素标记法进行实验。他们的实验进一步证明了就是遗传物质基础。,35S标记 噬菌体外壳,32P标
8、记 噬菌体DNA,（二） RNA的生物学功能,tRNA 起携带和转移活化氨基酸的作用 rRNA 与各种蛋白质结合构成核糖体，它 是合成蛋白质的细胞器。 mRNA 是蛋白质合成的模板。,1.指导蛋白质的生物合成（参与遗传信息的传递和表达） DNA转录形成3类主要的RNA,2.遗传物质在病毒中RNA也是遗传物质 3.具有生物催化剂功能（核酶）,二、核酸的化学组成,（一）、核酸的元素组成基本元素：C H O N P 核酸的元素组成有两个特点：1. 一般不含S2. P含量较多，并且恒定（9%-10%）。 因此，实验室中用定磷法进行核酸的定量 分析。（DNA9.9% 、RNA9.5%）,（二） 核酸的分
9、子组成,核酸（DNA和RNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。 核苷酸本身由核苷和磷酸组成, 而核苷则由戊糖和碱基形成所以，,核 酸,代表戊糖，对DNA而言为脱氧核糖，对RNA而言为核糖；,代表碱基,代表磷酸基,核苷酸,1、核苷的组成,组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 -D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为-D-核糖。,(1). 戊糖,O,C,C,C,C,OH,H,H,OH,OH,H,H,1,2,3,4,5,H,O,H,2,C,核糖,D,-,-,（呋喃式）,a 核糖,b 脱氧核糖,嘌呤,(2). 碱基,腺嘌呤(adenine, A),鸟嘌呤(guanine, G),嘧啶(
10、pyrimidine),胞嘧啶(cytosine, C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),嘧啶,RNA,DNA,尿嘧啶 U,胸腺嘧啶 T,胞嘧啶 C,鸟嘌呤 G,腺嘌呤 A,核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR,2. 核苷的结构,戊糖与嘧啶或嘌呤碱以C-N糖苷键连接而形成的糖苷就称为核苷，通常是戊糖的C1与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。,(1)核糖核苷,A G C U,(2).脱氧核糖核苷,基本核苷的命名、符号核苷名称由相应的碱基名和戊糖名加苷而产生全名为“某碱基核糖核苷”或“某碱基脱氧核糖核苷”简化为“某苷”或
11、“脱氧某苷”。如腺苷 、脱氧腺苷。核苷符号依据相应碱基而来，对于脱氧核苷则在碱基代号前加“d”。DNA 、RNA分别有四种核苷,3、磷酸O O O 解离 HO POH HO P PO| | |OH OH O 磷 酸 磷 酰 基,核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,在核酸内，碱基与戊糖形成核苷，核苷再与磷酸形成核苷酸，许多核苷酸通过3，5-磷酸二酯键连接成多核苷酸链核苷酸都是核酸的基本结构单位，它们都是5-核苷酸。,4. 核苷酸的结构,H2O,H2O,碱基,磷酸,戊糖,糖苷键,酯键,核苷酸是核苷的磷酸酯核苷酸是核苷的磷酸酯。
12、核苷含有3个可以被磷酸酯化的羟基(2、3和5)，而脱氧核苷含有2个这样的羟基(3和5)。*磷酰基通常都是连接在5-羟基的氧原子上，因此不作特别指定时，提到一个核苷酸指的都是5-磷酸酯。例如腺苷的5-单磷酸酯就称之腺苷一磷酸（ AMP），也可简称之腺苷酸。同样，脱氧胞苷的5-磷酸酯可以称之脱氧胞苷一磷酸（dCMP），简称之脱氧胞苷酸。胸腺嘧啶的脱氧核苷的5-磷酸酯常称之胸苷酸，但有时为了避免混淆，也称之脱氧胸苷酸。下图给出了出现在DNA和RNA中的主要的脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸，它们都是相应核苷的5-磷酸酯。,核苷酸的名称某苷（酯化位）磷酸 或 （酯化位）某苷酸如：腺苷- （5）-磷酸 或 （
13、5）腺苷酸核苷酸的代号一般以核苷号加“MP”形成 ，如5AMP。常见核苷酸多为5核苷酸，通常不写出酯化位置（5略去）。如5 AMP写成AMP。DNA和RNA分别有四种基本核苷酸。,腺嘌呤核苷酸（ AMP） Adenosine monophosphate,脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP） Deoxyadenosine monophosphate,H,OH,四、细胞内的其他核苷酸及核苷酸衍生物,1、多磷酸核苷酸ADP、ATP、GDP、GTP等。ATP的重要生理功能： 参与能量代谢。 各种三磷酸核苷酸参与DNA 、RAN的生物合成（作原料）； 参与其它合成。如UTP参加糖转化、合成，CTP参与嘌呤、蛋白
14、质的合成； 作辅酶的结构成分。如NAD、 NADP。,核苷酸的磷酸化,核苷一磷酸（ NMP ） 核苷二磷酸（ NDP ） 核苷三磷酸（ NTP ）,环状腺苷酸（cAMP）,2、环化核苷酸1950年Earl Sutherland（萨瑟兰德）在激素研究中偶尔发现腺苷3，5一磷酸，即cAMP充当了激素第二信使的作用，并放大了激素信号。cGMP 有人认为它与cAMP的作用相拮抗。,cAMP cGMP,3、辅酶核苷酸,NAD+ NADP+ FMN FAD CoA,一、多核苷酸链：,基本单位：核苷酸,连接方式:3,5-磷酸二酯键,分子形态:长链状聚合物,有方向性:具5-端和3-端,第二节 核酸的分子结构,
15、二、DNA的分子结构（一）DNA的一级结构,1.定义： DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定顺序，通过3,5磷酸二酯键(一个核苷酸的3羟基和相邻一个核苷酸的5磷酸基团以酯键相连。)连成的直线形或环形分子。2. DNA的书写顺序是53。 3.DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为4n。,3，5-磷酸二酯键,1,2,4、DNA一级结构的表示方法 结构式/线条式/字母式,（1）结构式（碱基用单字母表示）,A,核苷酸,首端,末端,（2）线条式 （碱基用单字母表示 磷酸基团用P表示）,5-磷酸端（常用5
16、-P表示），3-羟基端（常用3-OH表示）； 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是53或是35； 戊糖用垂直竖线表示，五个C从上到下依次为15。,在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：,5PAPCPGPCPTPGPTPA 3或5 ACGCTGTA 3,(二)、 DNA的二级结构（双螺旋）,定义：DNA的二级结构指DNA的双螺旋结构。,1、Chargaff 规则（20世纪4050年代） 不同物种间DNA碱基组成一般是不同的； 同一物种不同组织DNA样品碱基组成相同； 一个物种的DNA碱基组成不会因个体的年龄、营养状态和环境
17、改变而改变； 任何一种DNA样品中，A的量=T的量，G的量=C的量 ，因此 A+G=C=T ，A+G+C+T=100%。例如：G+C含量为40%，则G=20%、 C=20%、 A=30%、T=30%,2.双螺旋结构的研究背景,（1）碱基组成的Chargaff规则： （2）Franklin和Wilkins获得了高质量的DNA的X线衍射照片，显示出DNA是螺旋形分子。 （3）1952 年底, 美国著名的化学大师鲍林(Linus Pauling)发表了自己构建的DNA 三螺旋结构。 （4） 1953年Watson和Crick总结前人的研究成果，提出了DNA的双螺旋结构模型。,3、 DNA双螺旋结构模
18、型要点 （Watson, Crick, 1953）,DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。螺旋直径为2nm，形成大沟(major groove)及小沟(minor groove)相间。,磷酸与核糖通过磷酸二酯键连接，形成DNA分子骨架，位于DNA分子外侧，嘌呤与嘧啶位于双螺旋内侧。碱基平面和纵轴垂直，糖环的平面与纵轴平行。 碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T; GC） 。 相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10.5对碱基。 当一条多核苷酸链的序列确定后，
19、可确定另外一条互补链的序列,稳定因素： DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。 维持这种稳定性的主要因素包括：两条DNA链之间碱基配对形成的氢键和碱基堆积力； 另外，存在于DNA分子中的一些弱键在维持双螺旋结构的稳定性上也起一定的作用。即磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子间形成的离子键及范德华力。 改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。,4.DNA结构的多样性,常见DNA: B-DNA 右手螺旋（Watson-Crick模型结构） A-DNA 右手螺旋 Z-DNA 左手螺旋DNA各种构象在一定的条件下可以相互转变 C型、D型、E型均接近B型，可以看做与B型同一族。,B-DNA：相对湿
20、度92%形成，每周10.4个核苷酸对 A-DNA：相对湿度75%形成，每周11个核苷酸对，粗短，大沟很深 Z-DNA：左手螺旋每周12个核苷酸对，细长,在某些天然DNA中已发现了ZDNA片段，并执行某种细胞功能，但不十分清楚，可能与基因表达、调控有关。BDNA和ZDNA之间可以相互转化。并非所有DNA都呈双螺旋结构，如噬菌体DNA，单链。,双螺旋DNA的结构参数,5、三链DNADNA的三股螺旋及三股发辫（H-DNA） 在DNA双螺旋基础上形成。通常仅是一段三链区，而不是整个分子成三链。 按来源分为：分子间三股螺旋（插入） ，分子内三股螺旋（双链之一回折） 三链区的碱基配对 CG=C CG=G
21、T=A=T T=A=A,4、某些其它类型的DNA二级结构,竹峰高产高峰竹；龙海大腾大海龙。,（三） DNA的三级结构,1、定义： DNA的三级结构指DNA分子（双螺旋）通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括不同二级结构单元间、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。超螺旋是DNA三级结构的一种类型。超螺旋即DNA双螺旋的螺旋。,线状DNA形成的超螺旋,环状DNA形成的超螺旋,用两手分别捏住线性DNA分子的两端，捻动其中的一端或两端同时向相反的方向捻动。当向右捻动时（即沿右手螺旋方向捻动），等于紧旋（所谓的“上劲”）。处于这样状态的DNA分子相对于它的松弛状态是一种超过原有旋转状态的状
22、态，所以称为过旋。当将处于松弛状态（B构型）的双螺旋向左捻动时（即沿右手螺旋相反方向捻动），等于解旋（所谓的“ 卸劲”）。处于这样状态的DNA分子相对于它的松弛状态是一种没有达到原有旋转状态的状态，所以称之欠旋。 当将线性过旋或欠旋的双螺旋DNA连接形成一个环时，都会自动形成额外的超螺旋来抵消过旋或欠旋造成的应力，目的是维持B构象。过旋DNA会自动形成额外左手螺旋，而欠旋形成额外右手螺旋，称为负超螺旋。,2、 超螺旋的形成,向左捻,向右捻,松弛型,正超螺旋,负超螺旋,细胞中的环状DNA一般呈负超螺旋，即：右旋螺旋不足导致部分碱基不形成配对，分子通过整体拓扑学上的右旋来补足右旋螺旋的不足。正超螺
23、旋为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左旋来解去过度的螺旋。,3 、超螺旋的作用： （）可以影响DNA双链的解螺旋。,（）比伸展的分子更紧密，体积小。结构上使DNA有更紧密的形状，在组装中具重要作用。,负超螺旋可以通过DNA的局部解旋消除，解旋区域通常发生在富含A/T的地方，因为这些部位稳定性比富含G/C的区域差。 DNA是负超螺旋时，解旋过程更容易进行。,4、 DNA与蛋白质复合物的结构,生物体内的核酸通常与蛋白质结合形成复合物，以核蛋白的形式存在。DNA分子十分巨大，将它组装在有限的空间内，需要高度组织，用压缩比来表示。即： DNA分子长度与组装后特定结构长度之比称为压缩比。 （1）.病毒：病
24、毒颗粒主要由蛋白质和核酸（脂质、糖类）组成。动物病毒主要为DNA病毒，植物病毒主要为RNA病毒。核酸是遗传物质，而蛋白质与病毒宿主的专一性有关，同时可以保护核酸免受损伤。,（2）.细菌的拟核细菌基因组为双链环状DNA，与碱性蛋白和少量RNA结合，形成突环结构。其DNA分子的长度大约是其菌体长度的1000倍。所以细菌DNA在细胞内紧密缠绕形成致密的小体，称为拟核（nucleoid）.,染色质的主要蛋白质成分通称为组蛋白。大多数真核细胞中都含有H1、H2A、H2B、H3和H4 5种组蛋白。当染色质用低离子强度的溶液处理时，染色质去折叠后电子显微镜照片象是一条线上穿了许多“ 珠”子一样。“珠子”是D
25、NA-组蛋白的复合体，称为核小体，而“线”是双螺旋DNA。每个核小体是由各2分子的H2A、H2B、H3和H4的八聚体和大约200个DNA碱基对组成，DNA大约缠绕1.75圈，有146个DNA的碱基对处于与组蛋白复合体紧密结合的状态，形成一个核小体核心颗粒。核心颗粒之间的“ 线”称之连接DNA，大约有54个碱基对长。第5个组蛋白H1既与连接DNA结合，又和核小体核心颗粒结合。,（3）真核生物的染色体-真核细胞核内DNA被包装形成染色质,H2A、H2B、H3和H4形成八聚体,组蛋白和DNA形成核小体,真核生物的染色质丝,组蛋白八聚体：H2A H2B H3 H4各2个分子,从DNA到染色质丝，DNA
26、压缩了近100倍，若从DNA到最后凝缩成染色体，DNA压缩了近万倍。,螺旋管,与伸展开的B-DNA长度相比，DNA包装成核小体后，长度被压缩了10倍。串珠状的核小体核心颗粒本身可以卷曲成一个螺旋管状，产生一种称之30nm纤维结构。纤维结构可以形成大的环，在一个大的染色体上大约存在着多达2000个环。环可以附着在RNA-蛋白质的支架（Scaffold）上，象是被固定一样，可以形成超螺旋。超螺旋还可形成附加的额外的超螺旋，使得DNA一步一步地被压缩。,真核生物染色体DNA组装不同层次的结构,DNA双链以左手螺旋缠绕在组蛋白形成的八聚体核心上即核小体 念珠状结构 核小体链进一步盘绕、折叠形成染色质丝
27、 组成突环 玫瑰花结 螺线圈 由螺线圈组装成染色单体。,真核生物的染色体的组装过程：,RNA的一级结构是由数量极其庞大的四种核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定顺序，通过3,5磷酸二酯键连成的线形分子，其表示方法与DNA相同。 许多RNA单链可以在许多区域发生单链自身的回折，同一链上的碱基配对，从而产生部分双螺旋结构和各种有一定代表性的空间构象。在RNA双螺旋区域，碱基配对原则是：A-，G-C之间形成氢键，不能配对的碱基所在区域则呈环状突起。RNA的三级结构是在茎环结构基础上进一步扭曲折叠而成的复杂结构。,三、 RNA的结构,(一）、结构共性 碱基组成 A、G、C、U （AU/GC
28、） 稀有碱基较多，稳定性较差，易水解 多为单链结构，少数局部形成螺旋 分子较小 分类 mRNA（hnRNA 核不均一RNA） tRNA rRNA （snRNA/asRNA） 少数RNA病毒,RNA的种类、分布、功能,（二）RNA的一级结构,RNA分子中各核苷之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构,RNA与DNA的差异DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU不含稀有碱基 含稀有碱基,（三）tRNA的结构,tRNA的一级结构1.由7493个（多为76个）核苷酸组成单链，沉降系数为4S ； (沉降系数又称为沉降常数，指离心力场中沉降分子下沉的速度，1S=
29、1x10-13秒，S常用来表示核酸分子，蛋白质分子和糖体等的大小）2.具有不变的（恒定的）核苷酸:U8 、G18 、 G19 3.含较多的修饰核苷酸（稀有碱基）；4.5端多为PG ； 3端多为CCAOH （用来接受活化的氨基酸，又称为接受末端） 2.tRNA的二级结构三叶草结构具有四臂四环 3端为CCAOH 序列 ， 5端为PG 3. tRNA的三级结构倒L形结构,稀有碱基：,5-甲基胞嘧啶( m5C ) 1-甲基腺嘌呤( m1A ) 次黄嘌呤 ( I ) 二氢尿嘧啶 ( D ) 假尿嘧啶 ( ),假尿苷,胸腺嘧啶核糖核苷,稀有核苷（tRNA）,假尿嘧啶环核苷是指 碱基并非尿嘧啶 作为DNA的
30、稀有碱基存在 核苷中糖被甲基化 糖与碱基之间的连接与正常不同,（山东大学2000年）,tRNA的二级结构 tRNA的二级结构大都呈“ 三叶草” 形状，在结构上具有某些共同之处，一般可将其分为四臂四环：包括氨基酸接受臂、反密码（环）臂、二氢尿嘧啶（环）臂、TC（环）臂和可变环。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。,tRNA的三叶草型二级结构,1,2,4,叶子,反密码子环,反密码子,载运氨基酸,臂,稀有碱基,RNA中的碱基配对原则A-U G-C,3,额外环,二氢尿嘧啶环（DHU）,次黄嘌呤,不同的tRNA具有不同的额外环，所以额外环是tRNA分类的重要指标,假尿嘧啶核苷胸 腺嘧啶
31、核糖核苷环,(1)氨基酸接受区 包含有tRNA的3-末端和5-末端， 3-末端的最后3个核苷酸残基都是CCA，A为腺苷酸。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。 (2)反密码区 与氨基酸接受区相对，一般环中含有7个核苷酸残基，臂中含有5对碱基。其中环中正中的3个核苷酸残基称为反密码子。 功能：反密码子可以与mRNA上的密码子相互识别,（3)二氢尿嘧啶区该区含有二氢尿嘧啶。环由8-12个核苷酸组成，臂由3-4对碱基组成。功能：与氨基酰-tRNA合成酶的结合有关 (4) TC区 该区与二氢尿嘧啶区相对，假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环(TC)由7个核苷酸组成，通过由5对碱基组成的双
32、螺旋区(TC臂)与tRNA的其余部分相连。除个别例外，几乎所有tBNA在此环中都含有TC 。功能：与核糖体的结合有关 (5)可变区位于反密码区与TC区之间，不同的tRNA该区变化较大，一般有3-18个核苷酸组成。功能：与核糖体的结合有关,tRNA的三级结构呈倒“L”形，3CCA-末端位于L的短线一端，反密码环位于L的长线一端，DHU和TC环形成L的转角。,作用力 ： （）氢键和碱基的上下堆积，以及疏水性等使得倒“L”结构稳定存在。 （）除了碱基对的氢键外，还有非寻常的氢键：不互补的碱基间GG、AA、AC等的氢键；核糖磷酸骨架与碱基骨架之间的氢键。,（四）mRNA的结构信使RNA（messeng
33、er RNA，mRNA） 不均一核RNA（heterogeneou nuclear RNA，hnRNA）： 在细胞核内合成的mRNA的初级产物，经过剪接成为成熟的mRNA并移到细胞质。 mRNA的功能：是把核内DNA的碱基顺序按照碱基互补的原则，抄录并转送至胞质，指导蛋白质的合成。,AAAA An,m7Gppp,AUG GUG,UAA,5,3,5 帽子结构 密码子 3 多聚A尾,5 非编码区 编码区 3 非编码区,真核生物mRNA：,原核生物基因组的特点 通常只有一个“染色体DNA分子” 基因是连续的，没有内含子 功能相关的基因组成操纵子，具有共同的调节和控制序列 调控序列占的比例小 大部分为
34、结构基因，只出现一次或几次，少有重复序列 真核生物基因组的特点 基因一般分布在若干条染色体上。 断裂基因：内含子与外显子 功能相关的基因不组成操纵子 调控序列所占的比例大 有大量重复序列：轻度、中度、高度重复序列反向重复序列（回文序列）,* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。,mRNA的成熟过程,mRNA结构的特点,真核生物成熟mRNA的结构特点及与原核生物的区别： 1、5端帽子结构（cap sequence):m7G5ppp5Nm-5-末端的G的N7被甲基化。鸟嘌呤核苷酸焦磷酸与相邻的一个核苷酸相连，形成5
35、,5-磷酸二酯键。帽子结构能促进核蛋白体与mRNA的结合加速翻译起始速度，同时可以增强mRNA的稳定性。原核生物无此结构,2、3末端多聚A的尾巴。极大多数真核细胞mRNA在3-末端有一段长约20200个多聚腺苷酸的polyA。 polyA是在转录后经polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物无些结构 polyA的功能： 1、与mRNA从细胞核转移到细胞质有关； 2、与mRNA的半寿期有关，新合成的mRNA， polyA链较长，而衰老的mRNA ，polyA链缩短。,3、真核生物mRNA是单顺反子的，而原核生物的mRNA是多顺反子的。,顺反子：是由顺反试验所规定的遗传单位 相当于一个基因，含有
36、决定一种蛋白质氨基酸序列的全部核苷酸序列。 多顺反子：是指携带一种以上蛋白质合成信息的mRNA 也就是说：原核生物mRNA可编码几条不同的多肽链。 单顺反子：只编码一条多肽链。,（五）rRNA 的结构,概述 rRNA是细胞内含量最多的RNA，约占 RNA 总量的 80以上。rRNA与蛋白质共同构成核糖体（ribosome，是一种核酶），其中蛋白质约占40，rRNA约占60。功能 核糖体中催化肽键合成的是 rRNA，蛋白质只是维持rRNA构象，起辅助作用。,核糖体分大小两个亚基： 原核生物核糖体中有3类 rRNA（大50S；小：30S）：5S rRNA， 16S rRNA，23S rRNA。真核
37、生物核糖体中有4类 rRNA （大60S；小：40S） ：5S rRNA，5.8S rRNA， 18S rRNA，28S rRNA。,大肠杆菌E.Coli. 16srRNA的结构,(六)核内小分子RNA（snRNA）只存在于真核生物细胞中，只有100200个核苷酸。能与一些特殊的蛋白质形成稳定的复合物（核内小分子核糖蛋白体snRNP），在真核生物基因转录产物（核内不均一RNA、hnRNA）加工为成熟mRNA中起重要作用。,一 、核酸的一般性质,1.由于核酸、核苷酸中含有碱基和磷酸基，而呈两性电离，是两性电解质。磷酸基比碱基更易解离，故核酸表现为酸性。生理pH条件或近中性条件下核酸带负电荷，可在
38、电场中向阳极泳动。,2.DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，均微溶于水，不溶于有机溶剂。,3.DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。,第三节 核酸的理化性质,4、核酸的水解（1）、碱水解：室温，稀碱下，RNA可水解为核苷酸；DNA不能水解。（2）、酸水解：稀酸长时间或高温或强酸处理核酸，可促使核酸发生糖苷键、二酯键水解。(3)、酶水解：核酸酶、核苷酸酶等，详细见“核酸代谢”。 5、沉降特性由于溶液中的核酸在离心场中可下沉，因而可用超离心法纯化核酸，沉降速度有差异：RNA环形DNA线形DANPRO或将不同构象的核酸分离，也可测沉降系数和分子量。RNA ：蔗糖梯度超离心DNA ：氯化铯
39、梯度超离心,二、核酸的紫外吸收特性,在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收光谱，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的依据。 以A260/A280进行定性、定量 DNA和RNA溶液中加入溴化乙锭（EB），在紫外下发出荧光,增色效应：核酸在加热变性过程中260nm波长吸收值（ A260 ）增加； 减色效应：核酸在复性过程中260nm波长吸收值（ A260 ）减小。,核酸的紫外吸收峰,天然DNA,变性DNA,纯DNA为 1.8 纯RNA为2.0 所以用这一方法可以检测样品是否是纯品,OD260,OD280,三、核酸的变性与复性 分
40、子杂交,（一）核酸的变性1、核酸的变性的概念指核酸的双螺旋区的氢键断裂，变成单链，并不涉及共价键的断裂，分子量不变，一级结构不发生变化。2、变性因素：加热、酸碱度改变、有机溶剂、酰胺、尿素等。3、变性表现：增色效应；双螺旋解体，形成无规则线团，粘度下降，浮力密度升高；部分或全部失去生物活性。,DNA的变性过程,加热,部分双螺旋解开 无规则线团 链内碱基配对,4、解链温度Tm通常把DNA的变性达到50%，即增色效应达到一半时的温度称为该DNA的解链温度。DNA的热变性一般在较窄的温度范围内发生，将热变性温度称为“熔点”或“解链温度”，以Tm表示，或以T1/2表示，意为DNA失去一半双螺旋时的温度
41、。DNA 的Tm 值 在8295 之 间。核酸分子中一般以GC碱基对较AT碱基对稳定，故富含GC碱基对的DNA的Tm值相对高，因此测定Tm值可以粗略推算碱基对的含量。,DNA分子的Tm与GC含量有关,影响Tm的因素:DNA的均一性;G、C的含量;介质中的离子强度DNA的Tm值与分子中的G和C的含量有关，可通过经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44,（二）DNA的复性变性DNA在适当条件下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋，这个过程叫DNA的复性。复性表现：许多理化性质可恢复，生物活性得以部分恢复。但是条件较复杂：,1、热变性的DNA骤然冷却不可能复性，缓慢冷却时可复性
42、。（退火,退火温度Tm25 ）2、DNA大小。DNA片段越大，复性越慢。 3、DNA浓度。DNA浓度越大，复性越快。4、离子强度。增加盐浓度，两条互补链重新结合的速度加快。,在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。 这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。,四、核酸分子杂交(hybridization),South
43、ern 杂交（Southern bloting）用于检测DNA Northern 杂交（Northern bloting）用于检测RNA Western 杂交 （Western bloting）用于检测蛋白质,杂交的种类,Southern 杂交,由英国的分子生物学家E.M. Southern所发明的，是一种从琼脂糖凝胶上把变性的DNA转移到硝酸纤维素膜上的技术，在膜上的DNA可与DNA探针杂交而检出DNA的量，也叫DNA印迹技术,研究DNA分子中某一种基因的位置 定两种核酸分子间的序列相似性 检测某些专一序列在待检样品中存在与否 是基因芯片技术的基础,核酸分子杂交的应用,作业,一、名词解释 1
44、回文序列 2DNA的一级结构 3碱基互补规则 4核酸变性 5Tm 值 6增色效应 7核酸分子杂交 二、简答计算 1、简述tRNA二级结构的特点及每一部分的功能。 2、真核生物与原核生物mRNA一级结构特点？ 3、DNA碱基组成的Chargaff规则 4、DNA双螺旋结构模型的要点及双螺旋结构的稳定因素？ 5、引起DNA变性的主要因素有哪些？变性后的理化性质有何改变？ 6、如果人体有104个细胞，每个细胞的DNA量为6.4109个碱基对，计算人体DNA的总长度是多少？该长度与太阳-地球之间的距离（2.2109km）相比如何？ 7、在pH7.0，0.165mol/L NaCl条件下，测得某一DNA样品的Tm为89.3。求出四种碱基百分组成。,
