核酸化學(xué)實(shí)用PPT課件PPT課件

1、核酸的概述核酸的概述1869年瑞士外科醫(yī)生年瑞士外科醫(yī)生Miescher從細(xì)胞核中分離出核素。從細(xì)胞核中分離出核素。1889年年Altman制備了核酸制品，命名為核酸。制備了核酸制品，命名為核酸。193040年，年，Kossel 和和 Levene等確定核酸的組分后，等確定核酸的組分后， 明確核酸的類(lèi)別：明確核酸的類(lèi)別：核酸核酸脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（核糖核酸（RNA）第第1頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)1944年，年，Avery 的的“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化”實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明DNA是有機(jī)體的遺傳物質(zhì)：是有機(jī)體的遺傳物質(zhì)：orand可分離可分離第第2頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)除少數(shù)病毒

2、（除少數(shù)病毒（RNA病毒）以病毒）以RNA作為遺傳物質(zhì)外，多數(shù)有作為遺傳物質(zhì)外，多數(shù)有 機(jī)體的遺傳物質(zhì)是機(jī)體的遺傳物質(zhì)是DNA。不同有機(jī)體遺傳物質(zhì)（不同有機(jī)體遺傳物質(zhì)（信息分子信息分子）的結(jié)構(gòu)差別，使得其所）的結(jié)構(gòu)差別，使得其所 含蛋白質(zhì)（含蛋白質(zhì)（表現(xiàn)分子表現(xiàn)分子）的種類(lèi)和數(shù)量有所差別，有機(jī)體表）的種類(lèi)和數(shù)量有所差別，有機(jī)體表 現(xiàn)出不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)和代謝類(lèi)型。現(xiàn)出不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)和代謝類(lèi)型。RNA的主要作用是從的主要作用是從DNA轉(zhuǎn)錄遺傳信息，并指導(dǎo)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄遺傳信息，并指導(dǎo)蛋白質(zhì)的 合成。合成。1953年，年，Watson和和Crick提出提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。第第3頁(yè)頁(yè)

3、/共共67頁(yè)頁(yè)第第4頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè) 9898核中（染色體）核中（染色體） 真核真核 線粒體（線粒體（mtDNAmtDNA） 核外核外 質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmidplasmid） 葉綠體（葉綠體（ctDNActDNA）DNA DNA 擬核擬核 原核原核 核外：質(zhì)粒（核外：質(zhì)粒（plasmidplasmid） 病毒：病毒：DNADNA病毒病毒核酸的種類(lèi)和分布核酸的種類(lèi)和分布 核酸分為兩大類(lèi)：核酸分為兩大類(lèi)： 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid （DNADNA） 核糖核酸核糖核酸 Ribonucleic AcidRib

4、onucleic Acid（RNARNA）第第5頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè) mRNA (5%) mRNA (5%) 真核真核 tRNA (10-15%)tRNA (10-15%) rRNA rRNA（80%80%） SnRNA(SnRNA(核內(nèi)核內(nèi)） sRNA SnoRNA(sRNA SnoRNA(核仁）核仁）RNA mRNA ScRNA(RNA mRNA ScRNA(胞內(nèi)胞內(nèi)) ) 原核原核 tRNAtRNA rRNA rRNA 病毒：病毒：RNARNA病毒病毒第第6頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 核酸的組成成分核酸的組成成分核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸堿基堿基戊糖戊糖元素組成：元素組成：

5、C H O N P(9%-9.9%) C H O N P(9%-9.9%) 嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖核酸水解第第7頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè) 核酸核酸核苷酸核苷酸 核苷核苷磷酸磷酸嘌呤堿或嘌呤堿或 嘧啶堿嘧啶堿（堿基（堿基 ）核糖或核糖或 脫氧核糖脫氧核糖（戊糖（戊糖 ）大分子大分子基本結(jié)構(gòu)單位基本結(jié)構(gòu)單位基本組成成分基本組成成分第第8頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)一、糖組分一、糖組分(戊糖戊糖)OHOH2COHOHOH12OHOH2COHOH12-D-核糖（存在于RNA中）-D-2-脫氧核糖（存在于DNA中）O核糖 + H +糠醛甲基間苯二酚FeCl3綠色產(chǎn)物綠色產(chǎn)物脫氧核糖 + H+ -羥基-

6、酮戊醛二苯胺藍(lán)色產(chǎn)物藍(lán)色產(chǎn)物RNA和和DNA定性、定量測(cè)定定性、定量測(cè)定第第9頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶 Cytosine（Cyt）尿嘧啶尿嘧啶 uracil（Ura）胸腺嘧啶胸腺嘧啶 thymine（Thy）（一）嘧啶堿（一）嘧啶堿是是嘧啶嘧啶的衍生物的衍生物NNHNH2ONHNHOONHNHOOCH3二、堿基二、堿基嘌呤堿和嘧啶堿嘌呤堿和嘧啶堿第第10頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)嘌呤嘌呤腺嘌呤腺嘌呤 adenine （Ade）鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤 guanine（Gua）（二）嘌呤堿（二）嘌呤堿是是嘌呤嘌呤的衍生物的衍生物NNNHNNH2NHNNHNONH2第第11頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)n堿基都具有

7、芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特征。嘌呤環(huán)和嘧堿基都具有芳香環(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)。啶環(huán)均呈平面或接近于平面的結(jié)構(gòu)。n堿基的芳香環(huán)與環(huán)外基團(tuán)可以發(fā)生堿基的芳香環(huán)與環(huán)外基團(tuán)可以發(fā)生酮式酮式烯烯醇式或胺式醇式或胺式亞胺式互變異構(gòu)亞胺式互變異構(gòu)。NNO HH OH NNOOHNNNH2OHHH NNONH尿嘧啶烯醇式 酮式氨基態(tài)亞氨基態(tài)胞嘧啶第第12頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)核苷核苷 戊糖戊糖+ +堿基堿基 糖與堿基之間的糖與堿基之間的C-NC-N鍵，稱為鍵，稱為C-NC-N糖苷鍵糖苷鍵(OH)(OH)第第13頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)核糖核苷核糖核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥(niǎo)嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHH

8、ONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2 腺苷（腺苷（A） 鳥(niǎo)苷（鳥(niǎo)苷（G） 胞苷（胞苷（C） 尿苷（尿苷（U）第第14頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥(niǎo)嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2脫氧核糖核苷呢？脫氧核糖核苷呢？ 有幾種？是哪幾種？有幾種？是哪幾種？跟以下結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？跟以下結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？區(qū)別：區(qū)別：1、核糖要

9、變成脫氧核糖；、核糖要變成脫氧核糖；2、U被被T代替。代替。種類(lèi)：同樣是種類(lèi)：同樣是4種，但它們是種，但它們是dA、dG、dC、dTHHHHCH3脫氧胸苷脫氧腺苷脫氧鳥(niǎo)苷脫氧胞苷第第15頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)o 核苷酸是核苷酸是核苷核苷的的磷酸酯磷酸酯。作為。作為DNADNA或或RNARNA結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是的核苷酸分別是5-5-磷酸磷酸- -脫氧核糖核苷脫氧核糖核苷和和5-5-磷酸磷酸- -核糖核苷核糖核苷。OBOHOHOH2CPOHHOOB=腺嘌呤，鳥(niǎo)嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHOOOBOH脫氧核糖核苷酸四、核苷酸四、核苷酸 定義、連接方式、種類(lèi)、衍生

10、物定義、連接方式、種類(lèi)、衍生物第第16頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第第17頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)多聚核苷酸（核酸）多聚核苷酸（核酸）o 多聚核苷酸是通過(guò)一個(gè)核苷酸的多聚核苷酸是通過(guò)一個(gè)核苷酸的C C3 3-OH -OH 與另一分子核苷酸的與另一分子核苷酸的5 5- -磷酸基形成磷酸基形成3 3,5,5- -磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。聚合酶聚合酶第第18頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè) 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是通過(guò)通過(guò)3, 5-磷酸二酯鍵連磷酸二酯鍵連接的核苷酸序列。接的核苷酸序列。 DNA和和RNA的生物的生物合成都是按照合成都是按照53方向方向進(jìn)行的，進(jìn)行的，。 磷酸二磷酸

11、二酯鍵酯鍵第第19頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物 ATP是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物。是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物。ATP的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)第第20頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè) 核苷一磷酸可以進(jìn)一步磷酸化，形成核苷二磷酸和核苷三核苷一磷酸可以進(jìn)一步磷酸化，形成核苷二磷酸和核苷三磷酸。下圖給出了腺苷一磷酸（磷酸。下圖給出了腺苷一磷酸（AMP）、腺苷二磷酸（）、腺苷二磷酸（ADP）和腺苷三磷酸（和腺苷三磷酸（ ATP）的結(jié)構(gòu)。）的結(jié)構(gòu)。第第21頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)P(yáng)O

12、-OOOHOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHH9腺嘌呤腺 苷NH2OP O-OOP O-OADPATPAMP腺苷-5-磷酸第第22頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)ATPATP的性質(zhì)的性質(zhì)：o ATP ATP 分子的最顯著特點(diǎn)是含有分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩個(gè)高能磷酸鍵兩個(gè)高能磷酸鍵。ATPATP水解時(shí)水解時(shí), , 可以釋放出大量自由能?？梢葬尫懦龃罅孔杂赡堋 ATP ATP 是生物體內(nèi)最重要的是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體能量轉(zhuǎn)換中間體。ATP ATP 水解水解釋放出來(lái)的能量用于推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能釋放出來(lái)的能量用于推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)的生化反應(yīng)。o ATP ATP 也是一種很好的

13、也是一種很好的磷?；瘎┝柞；瘎?。磷?；磻?yīng)的底。磷?；磻?yīng)的底物可以是普通的有機(jī)分子，也可以是酶。磷?；锟梢允瞧胀ǖ挠袡C(jī)分子，也可以是酶。磷?；牡孜锓肿泳哂休^高的能量（活化分子），是許的底物分子具有較高的能量（活化分子），是許多生物化學(xué)反應(yīng)的激活步驟。多生物化學(xué)反應(yīng)的激活步驟。第第23頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)o 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：l cGMPl cAMP2.2.環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸cAMP cAMP 和和 cGMPcGMP第第24頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)1、 核糖體核糖體RNA（ rRNA）占細(xì)胞占細(xì)胞RNA總量的總量的80%，與蛋白質(zhì)（，與蛋白質(zhì)（40%）共同組成核糖體。）共同組成核糖體。原原 核核 生生

14、 物物 真真 核核 生生 物物核糖體核糖體rRNA核糖體核糖體rRNA 70S（30S+50S）16S、5S、23S 80S（40S+60S）18S、5S、5.8S、28S 第二節(jié)第二節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)一、一、RNA的類(lèi)別及分布的類(lèi)別及分布第第25頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)2、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)移RNA（ tRNA）tRNA約占約占RNA總量的總量的15%，主要作用是轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸用于，主要作用是轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸用于合成蛋白質(zhì)。合成蛋白質(zhì)。tRNA分子量為分子量為4S，1965年年Holley 測(cè)定測(cè)定AlatRNA一級(jí)結(jié)構(gòu)，一級(jí)結(jié)構(gòu)，提出三葉草二級(jí)結(jié)構(gòu)模型。提出三葉草二級(jí)結(jié)構(gòu)模型。3、信息、信息RNA（ mRNA）

15、mRNA約占細(xì)胞約占細(xì)胞RNA總量的總量的35%，是蛋白質(zhì)合成的模板。，是蛋白質(zhì)合成的模板。真核生物真核生物mRNA的前體在核內(nèi)合成，包括整個(gè)基因的內(nèi)含的前體在核內(nèi)合成，包括整個(gè)基因的內(nèi)含子和外顯子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，形成分子大小極不均勻的子和外顯子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，形成分子大小極不均勻的RNA。第第26頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)二、二、RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的慨念一級(jí)結(jié)構(gòu)的慨念（和蛋白質(zhì)比較學(xué)習(xí)，即把蛋白（和蛋白質(zhì)比較學(xué)習(xí)，即把蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)拷過(guò)來(lái)就行了）質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)拷過(guò)來(lái)就行了） 組成組成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的的氨基酸氨基酸的連接方式及其排的連接方式及其排列順序。列順序。 先看先看RNA的連接

16、方式：的連接方式：RNARNA核苷酸核苷酸第第27頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)OHO-O OCH2 UO=PO-35OHOHO-O OCH2 GO=PO-35OHO OCH2OHOH AO=POO-35351PPPOHAUGpGpUpAOHpG-U-ApGUA？鍵？鍵第第28頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)連接方式是連接方式是3/、5/磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 形成的化合物叫核苷酸的縮合物：形成的化合物叫核苷酸的縮合物： 二核苷酸二核苷酸（某某堿基二核苷酸）（某某堿基二核苷酸） 多核苷酸鏈多核苷酸鏈 排列順序是排列順序是核苷酸的數(shù)量、比核苷酸的數(shù)量、比 例和排列次序例和排列次序第第29頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)l 5-5-磷酸端

17、（常用磷酸端（常用5 5-P-P表示）；表示）；3-3-羥基端（常用羥基端（常用3 3-OH-OH表示）表示）l 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注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式多聚核苷酸的表示方式DNA RNA5PdAPdCPdGPdTOH 3 5PAPCPGPUOH 或5ACGTGCGT 3 5ACGUAUGU 3 ACGTGCGT ACGUAUGUT53OH U53OH 第第30頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)oRNARNA一級(jí)結(jié)構(gòu)研究最多的是一級(jí)結(jié)構(gòu)研

18、究最多的是tRNAtRNA、rRNArRNA以及一些小分子的以及一些小分子的RNARNA。其中其中otRNAtRNA分子具有以下特點(diǎn)：分子具有以下特點(diǎn)：o分子量分子量2500025000左右，大約由左右，大約由70709090個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)為為4 4S S左右。左右。o分子中含有較多的修飾成分。分子中含有較多的修飾成分。o3 3- -末端都具有末端都具有CpCpAOHCpCpAOH的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。三、三、RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)第第31頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)1.大多數(shù)真核細(xì)胞mRNA在3-末端有一段長(zhǎng)約200個(gè)殘基的多 聚 腺 苷 酸（ P o l y A

19、）2.真核細(xì)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.AA200APoly A3-端5-端帽子結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)mRNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：第第32頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)oRNARNA是單鏈分子，因此，在是單鏈分子，因此，在RNARNA分子中，并不遵守堿基種類(lèi)的數(shù)量分子中，并不遵守堿基種類(lèi)的數(shù)量比例關(guān)系，即分子中的嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。比例關(guān)系，即分子中的嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。oRNARNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分子中，部分區(qū)域也

20、能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為“發(fā)夾型發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。o在在RNARNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對(duì)情況不象的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對(duì)情況不象DNADNA中嚴(yán)格。中嚴(yán)格。G G 除了除了可以和可以和C C 配對(duì)外，也可以和配對(duì)外，也可以和U U 配對(duì)。配對(duì)。G-U G-U 配對(duì)形成的氫鍵較弱。不配對(duì)形成的氫鍵較弱。不同類(lèi)型的同類(lèi)型的RNA, RNA, 其二級(jí)結(jié)構(gòu)有明顯的差異。其二級(jí)結(jié)構(gòu)有明顯的差異。otRNAtRNA中除了常見(jiàn)的堿基外，還存在一些稀有堿基，這類(lèi)堿基大部中除了常見(jiàn)的堿基外，還存在一些稀有堿基，這類(lèi)

21、堿基大部分位于突環(huán)部分分位于突環(huán)部分四、四、RNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu)RNA分子是含短的不完全的螺旋區(qū)的多核苷酸鏈。分子是含短的不完全的螺旋區(qū)的多核苷酸鏈。第第33頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)主要特征：主要特征：1. 1.一臂四環(huán)一臂四環(huán)：氨氨基酸臂：基酸臂：33端有端有CCACCAOHOH的的共有結(jié)構(gòu)；共有結(jié)構(gòu)；反密碼環(huán)：反密碼環(huán)：環(huán)環(huán)上的反密碼子與上的反密碼子與mRNAmRNA相相互作用；互作用； D D環(huán)：其上有二環(huán)：其上有二氫尿嘧啶（氫尿嘧啶（D D），與識(shí)別酶），與識(shí)別酶有關(guān)；有關(guān)； T TC C環(huán)：環(huán)：含有含有T T和和，與識(shí)別核糖體有關(guān)；與識(shí)別核糖體有關(guān)； 可變環(huán)：可變環(huán)：其上的核苷酸數(shù)其

22、上的核苷酸數(shù)目可以變動(dòng)；目可以變動(dòng)；2.2.含有修飾堿含有修飾堿基和不變核苷酸，基和不變核苷酸，修飾堿修飾堿基約為基約為10%10%。（一）（一）tRNAtRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)第第34頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)o 在三葉草型在三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突基礎(chǔ)上，突環(huán)上未配對(duì)環(huán)上未配對(duì)的堿基由于的堿基由于整個(gè)分子的整個(gè)分子的扭曲而配成扭曲而配成對(duì)，目前已對(duì)，目前已知的知的tRNAtRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)均為倒均為倒L L型型（二）（二）tRNAtRNA的的三三級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)結(jié)構(gòu)第第35頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)一、一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)因?yàn)橐驗(yàn)镈NA的脫氧核

23、苷酸只在它們所攜帶的堿基上有的脫氧核苷酸只在它們所攜帶的堿基上有區(qū)別，所以脫氧核苷酸的序列常被認(rèn)為是區(qū)別，所以脫氧核苷酸的序列常被認(rèn)為是堿基序列堿基序列（base sequence)。通常堿基序列由。通常堿基序列由DNA鏈的鏈的53方向?qū)憽７较驅(qū)憽NA中有中有4種類(lèi)型的核苷酸，有種類(lèi)型的核苷酸，有n個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸組成的組成的DNA鏈中可能有的不同序列總數(shù)為鏈中可能有的不同序列總數(shù)為4n。第第36頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)pAGTOHP第第37頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)二、二、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)1953年，年，Watson 和和Crick 提出。提出。第第38頁(yè)頁(yè)

24、/共共67頁(yè)頁(yè) 1951年年 Franklin和和 Wilkins利用利用X-射線衍射方法分析了射線衍射方法分析了DNA的晶體，得到了的晶體，得到了DNA X-射線衍射圖。從衍射圖推測(cè)出射線衍射圖。從衍射圖推測(cè)出，螺旋沿著螺旋的長(zhǎng)軸有兩個(gè)周期性，第一個(gè)，螺旋沿著螺旋的長(zhǎng)軸有兩個(gè)周期性，第一個(gè)周期出現(xiàn)在周期出現(xiàn)在0.34nm，。這對(duì)于確定。這對(duì)于確定DNA的結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的線索。的結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的線索。 DNA晶體晶體 X-射線衍射圖射線衍射圖第第39頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)一一雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)（1）Wilkins和和Franklin發(fā)現(xiàn)不同來(lái)源的發(fā)現(xiàn)不同來(lái)源的DNA纖維具有相

25、似纖維具有相似的的X射線衍射圖譜。射線衍射圖譜。（2）Chargaff發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNA中中A與與T、C與與G的數(shù)目相等。后來(lái)的數(shù)目相等。后來(lái)Pauling 和和Corey發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)A與與T生成生成2個(gè)氫鍵、個(gè)氫鍵、C與與G生成生成3個(gè)氫鍵。個(gè)氫鍵。（3）電位滴定證明，嘌呤與嘧啶的可解離基團(tuán)由氫鍵連接。）電位滴定證明，嘌呤與嘧啶的可解離基團(tuán)由氫鍵連接。第第40頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)o （1 1）DNADNA分子由兩條多分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈聚脫氧核糖核苷酸鏈( (簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱DNADNA單鏈單鏈) )組成。組成。兩條鏈沿著同一根軸平兩條鏈沿著同一根軸平行盤(pán)繞，形成右手雙螺行盤(pán)繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。

26、螺旋中的兩條旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，鏈方向相反，即其中一即其中一條鏈的方向?yàn)闂l鏈的方向?yàn)?353，而另一條鏈的方向?yàn)槎硪粭l鏈的方向?yàn)?535，螺旋結(jié)構(gòu)上，螺旋結(jié)構(gòu)上有大溝和小溝。有大溝和小溝。注：注：在這些溝內(nèi)，堿基對(duì)的邊緣是暴在這些溝內(nèi)，堿基對(duì)的邊緣是暴露給溶劑的，所以能夠與特定的堿基露給溶劑的，所以能夠與特定的堿基對(duì)相互作用的分子可以通過(guò)這些溝去對(duì)相互作用的分子可以通過(guò)這些溝去識(shí)別堿基對(duì)，而不必將螺旋破壞。這識(shí)別堿基對(duì)，而不必將螺旋破壞。這對(duì)于可以與對(duì)于可以與DNA結(jié)合并結(jié)合并“讀出讀出”特殊特殊序列的蛋白質(zhì)是特別重要的。序列的蛋白質(zhì)是特別重要的。二二雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)

27、模型要點(diǎn)第第41頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)（2 2）嘌呤堿和嘧啶堿基）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)，彼此以螺旋外側(cè)，彼此以3 3 -5 -5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接，形成連接，形成DNADNA分子分子的骨架。堿基環(huán)平面的骨架。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面環(huán)平面與堿基環(huán)平面成成9090角。角。2.DNA2.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)第第42頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)（3 3）螺旋橫截面的直徑）螺旋橫截面的直徑約為約為2 nm2 nm，每條鏈相，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為

28、的距離為0.34 nm0.34 nm，相相鄰核苷酸的夾角為鄰核苷酸的夾角為36 。沿螺旋的長(zhǎng)軸每一轉(zhuǎn)沿螺旋的長(zhǎng)軸每一轉(zhuǎn)含有含有10個(gè)堿基對(duì)，其個(gè)堿基對(duì)，其螺距為螺距為3.4nm。 （即（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為為3.4 nm3.4 nm。第第43頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)（4 4）雙螺旋內(nèi)部的堿基按規(guī)則）雙螺旋內(nèi)部的堿基按規(guī)則配對(duì)，堿基的相互結(jié)合具有配對(duì)，堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)規(guī)律，即腺嘌呤嚴(yán)格的配對(duì)規(guī)律，即腺嘌呤（A A）與胸腺嘧啶（）與胸腺嘧啶（T T）結(jié)合，）結(jié)合，鳥(niǎo)嘌呤（鳥(niǎo)嘌呤（G G）與胞嘧啶（）與胞嘧啶（C C）結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱為結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)

29、。堿基互補(bǔ)。A A和和T T之間形成兩之間形成兩個(gè)氫鍵，個(gè)氫鍵，G G與與C C之間形成三個(gè)之間形成三個(gè)氫鍵。氫鍵。 雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)關(guān)系。雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)關(guān)系。第第44頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第第45頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)三三雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素主要是：主要是：1、氫鍵氫鍵（比較弱）；（比較弱）；2、堿基堆積力堿基堆積力（base stacking force，由芳香族堿基，由芳香族堿基電子間電子間的相互作用引起的，能形成疏水核心，是穩(wěn)定的相互作用引起的，能形成疏水核心，是穩(wěn)定DNA最重要的最重要的因素；因素；另外還有：另外還有：3、離子鍵離子鍵（減少雙鏈間的靜電斥力）。（

30、減少雙鏈間的靜電斥力）。第第46頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第第47頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)四四DNADNA雙螺旋的構(gòu)象類(lèi)型雙螺旋的構(gòu)象類(lèi)型B-DNA：92%相對(duì)濕度，接近細(xì)胞內(nèi)的相對(duì)濕度，接近細(xì)胞內(nèi)的DNA構(gòu)象，與構(gòu)象，與Watson 和和Crick提出的模型相似。提出的模型相似。A-DNA：75%相對(duì)濕度，與溶液中相對(duì)濕度，與溶液中DNA-RNA雜交分子的構(gòu)雜交分子的構(gòu)象相似，推測(cè)轉(zhuǎn)錄時(shí)發(fā)生象相似，推測(cè)轉(zhuǎn)錄時(shí)發(fā)生BA。其堿基平面傾斜。其堿基平面傾斜20，螺，螺距與每一轉(zhuǎn)堿基對(duì)數(shù)目都有變化。距與每一轉(zhuǎn)堿基對(duì)數(shù)目都有變化。Z-DNA：主鏈呈鋸齒型左向盤(pán)繞，直徑約：主鏈呈鋸齒型左向盤(pán)繞，直徑約1.8nm，螺距，

31、螺距4.5nm，每一轉(zhuǎn)含，每一轉(zhuǎn)含12個(gè)個(gè)bp，只有小溝。，只有小溝。B-DNA與與Z-DNA的相的相互轉(zhuǎn)換可能和基因的調(diào)控有關(guān)?；マD(zhuǎn)換可能和基因的調(diào)控有關(guān)。C-DNAC-DNA：66%66%相對(duì)濕度，螺距相對(duì)濕度，螺距3.09nm3.09nm，每轉(zhuǎn)螺旋，每轉(zhuǎn)螺旋9.339.33個(gè)堿基個(gè)堿基對(duì)，堿基對(duì)傾斜對(duì)，堿基對(duì)傾斜6 6?？赡苁翘囟l件下。可能是特定條件下B-DNAB-DNA和和A-DNAA-DNA的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化中間物。化中間物。第第48頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第第49頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第第50頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第第51頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)雙螺旋雙螺旋DNADNA的結(jié)構(gòu)參數(shù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)類(lèi)型類(lèi)型旋轉(zhuǎn)方向旋

32、轉(zhuǎn)方向結(jié)晶狀態(tài)結(jié)晶狀態(tài)螺旋直螺旋直徑徑（nm）螺距螺距（nm）每轉(zhuǎn)堿基每轉(zhuǎn)堿基對(duì)數(shù)目對(duì)數(shù)目堿基對(duì)間垂堿基對(duì)間垂直距離直距離（nm）堿基旋轉(zhuǎn)角堿基旋轉(zhuǎn)角度度ADNABDNAC- DNAzDNA右右75%Na+右右92%Na +右右66%Li +左左 人工合成人工合成2.02.31.921.82.83.43.14.511109.3120.2550.340.330.2732.73638-60第第52頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)三、三、DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)DNADNA雙螺旋的進(jìn)一步扭雙螺旋的進(jìn)一步扭曲構(gòu)成三級(jí)結(jié)構(gòu)。曲構(gòu)成三級(jí)結(jié)構(gòu)。 正超螺旋正超螺旋 負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋雙鏈線性雙鏈線性DNADNA（ds

33、DNAdsDNA）如真核生物如真核生物雙鏈環(huán)狀雙鏈環(huán)狀DNADNA（dcDNAdcDNA）如細(xì)菌、質(zhì)粒如細(xì)菌、質(zhì)粒單鏈環(huán)狀單鏈環(huán)狀DNADNA（scDNAscDNA）如病毒、噬菌體如病毒、噬菌體單鏈線性單鏈線性DNADNA（ssDNAssDNA）如病毒、噬菌體如病毒、噬菌體定義：定義： DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指的三級(jí)結(jié)構(gòu)指DNADNA分子（雙螺旋）通過(guò)扭曲和折分子（雙螺旋）通過(guò)扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象。包括不疊所形成的特定構(gòu)象。包括不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間、單鏈與二同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間、單鏈與二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNADNA的拓?fù)涮卣?。超螺旋是的拓?fù)涮卣?。超螺旋是DN

34、ADNA三級(jí)結(jié)構(gòu)的一種類(lèi)型。超螺旋三級(jí)結(jié)構(gòu)的一種類(lèi)型。超螺旋即即DNADNA雙螺旋的螺旋。雙螺旋的螺旋。 第第53頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè) 用兩手分別捏住線性用兩手分別捏住線性DNA分子的兩端，捻動(dòng)其中的一端分子的兩端，捻動(dòng)其中的一端或兩端同時(shí)向相反的方向捻動(dòng)。當(dāng)或兩端同時(shí)向相反的方向捻動(dòng)。當(dāng)時(shí)（即沿右手螺旋時(shí)（即沿右手螺旋方向捻動(dòng)），等于方向捻動(dòng)），等于（所謂的（所謂的“上勁上勁”）。處于這樣狀態(tài)的）。處于這樣狀態(tài)的DNA分子相對(duì)于它的松弛狀態(tài)是一種超過(guò)原有旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀分子相對(duì)于它的松弛狀態(tài)是一種超過(guò)原有旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀態(tài)，所以稱為態(tài)，所以稱為。 當(dāng)將處于松弛狀態(tài)（當(dāng)將處于松弛狀態(tài)（B構(gòu)型構(gòu)型）的雙螺

35、旋向）的雙螺旋向時(shí)（即沿時(shí)（即沿右手螺旋相反方向捻動(dòng)），等于右手螺旋相反方向捻動(dòng)），等于（所謂的（所謂的“ 卸勁卸勁”）。）。處于這樣狀態(tài)的處于這樣狀態(tài)的DNA分子相對(duì)于它的松弛狀態(tài)是一種沒(méi)有達(dá)分子相對(duì)于它的松弛狀態(tài)是一種沒(méi)有達(dá)到原有旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀態(tài)，所以稱之到原有旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的狀態(tài)，所以稱之。 當(dāng)將線性過(guò)旋或欠旋的雙螺旋當(dāng)將線性過(guò)旋或欠旋的雙螺旋DNA連接形成一個(gè)環(huán)時(shí)，都連接形成一個(gè)環(huán)時(shí)，都會(huì)自動(dòng)形成額外的超螺旋來(lái)抵消過(guò)旋或欠旋造成的應(yīng)力，目的會(huì)自動(dòng)形成額外的超螺旋來(lái)抵消過(guò)旋或欠旋造成的應(yīng)力，目的是維持是維持B構(gòu)象。過(guò)旋構(gòu)象。過(guò)旋DNA會(huì)自動(dòng)形成額外左手螺旋，而欠旋形會(huì)自動(dòng)形成額外左手螺旋，而欠旋

36、形成額外右手螺旋，稱為負(fù)超螺旋。成額外右手螺旋，稱為負(fù)超螺旋。第第54頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè) 向左捻向左捻向右捻向右捻松弛型松弛型正超螺旋正超螺旋負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋第第55頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)連環(huán)數(shù)（連環(huán)數(shù)（linking numberlinking number）：在雙螺旋）：在雙螺旋DNADNA中，一條鏈以右手螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)繞另一條鏈纏繞的次數(shù). .以以“L L”表示。表示。超螺旋數(shù)或纏繞數(shù)（超螺旋數(shù)或纏繞數(shù)（writhing numberwrithing number）：右手超螺旋為正，）：右手超螺旋為正，左手超螺旋為負(fù)。以左手超螺旋為負(fù)。以“W W”表示。表示。扭

37、轉(zhuǎn)數(shù)（扭轉(zhuǎn)數(shù)（twsting numbertwsting number）：）：DNADNA分子中的雙螺旋數(shù)。以分子中的雙螺旋數(shù)。以“T T”表示。表示。L=T+WL=T+W環(huán)狀環(huán)狀DNA的拓?fù)鋵W(xué)特征的拓?fù)鋵W(xué)特征第第56頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 核酸及核苷酸的性質(zhì)核酸及核苷酸的性質(zhì)一、溶解性一、溶解性DNA在在PH4.2時(shí)溶解度最低。時(shí)溶解度最低。RNA在在PH2-2.5時(shí)溶解度最低。時(shí)溶解度最低。1.水溶水溶性性微微 溶于水，不溶于有機(jī)溶劑溶于水，不溶于有機(jī)溶劑,水中水中溶解度溶解度DNA達(dá)達(dá)2%，RNA達(dá)達(dá)4%2.鹽溶性鹽溶性DNA-蛋白，溶于蛋白，溶于1mol/L Nacl ，低鹽不

38、溶。，低鹽不溶。 RNA-蛋白，溶于蛋白，溶于0.14mol/L Nacl ，高鹽不溶。，高鹽不溶。3.不同不同PH的溶解性的溶解性第第57頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性在核酸分子中，由于在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，因而共軛雙鍵體系，因而具有獨(dú)特的紫外線吸具有獨(dú)特的紫外線吸收光譜，一般在收光譜，一般在260nm260nm左右有最大吸收峰，左右有最大吸收峰，可以作為核酸及其組可以作為核酸及其組份定性和定量測(cè)定的份定性和定量測(cè)定的依據(jù)。依據(jù)。以以A A260260/A/A280280進(jìn)行定性、進(jìn)行定性、定量定量DNADNA和和

39、RNARNA溶液中加入溶液中加入溴化乙錠（溴化乙錠（EBEB），在），在紫外下發(fā)出熒光紫外下發(fā)出熒光第第58頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)三、核酸的變性與復(fù)性三、核酸的變性與復(fù)性（一）（一）. . 變性變性 生物活性部分喪失、粘度下降、生物活性部分喪失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效應(yīng)）色效應(yīng)） 變性因素變性因素: : pHpH（11.311.3或或5.05.0）變性劑（脲、）變性劑（脲、甲酰胺、甲醛），低離子強(qiáng)度甲酰胺、甲醛），低離子強(qiáng)度 加熱加熱1.1.變性的概念變性的概念2.2.變性表征變性表征 穩(wěn)定核酸雙螺旋次級(jí)鍵斷裂，穩(wěn)定核酸雙螺旋次級(jí)鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)

40、破壞，變成單鏈結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)破壞，變成單鏈結(jié)構(gòu)的過(guò)程。核酸的的一級(jí)結(jié)構(gòu)過(guò)程。核酸的的一級(jí)結(jié)構(gòu)( (堿基堿基順序順序) )保持不變。保持不變。第第59頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少3040%，當(dāng)核，當(dāng)核酸變性或降解時(shí)光吸收值顯著增加酸變性或降解時(shí)光吸收值顯著增加（增色效應(yīng)），（增色效應(yīng)），但核酸但核酸復(fù)性后，光吸收值又回復(fù)到原有水平復(fù)性后，光吸收值又回復(fù)到原有水平（減色效應(yīng)）（減色效應(yīng)）。00.10.20.30.4220240260280300波長(zhǎng) / nm光吸收第第60頁(yè)頁(yè)/共共67頁(yè)頁(yè)DNADNA的變性過(guò)程的變性過(guò)程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成。因此，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(dá)最大量一半時(shí)的溫度稱熔解溫度，通常將紫外吸收的增加量達(dá)最大量一半時(shí)的溫度稱熔解溫度，用用T Tm m表示。表示。一般一般DNADNA的的T Tm m值在值在85-9585-95 C C之間。之間。DNADNA的的T Tm m值與分子中的值與分子中的G G和和C C的含的含量有關(guān)。量有關(guān)。G G和和C C的含量高，的含量高，T