生物化學(xué)ppt核酸說課講解

1、生物化學(xué)ppt核酸1868 F. Miescher從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一 種含磷酸的有機(jī)種含磷酸的有機(jī)物，當(dāng)時(shí)稱為核素（物，當(dāng)時(shí)稱為核素（nuclein）,后稱為核酸（后稱為核酸（nucleic acid）。）。1928 Griffith 細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn)細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn). 1944 Avery 等通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明等通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。是遺傳物質(zhì)。1952 Hershey, Chase-噬菌體標(biāo)記實(shí)驗(yàn)。噬菌體標(biāo)記實(shí)驗(yàn)。1953 Watson和和Crick提出提出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型。結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型。1958 Crick提出遺傳信息傳遞

2、的中心法則。提出遺傳信息傳遞的中心法則。1973 Boyer，Cohen-DNA Cloning(克?。?。克?。?。1976 DNA Sequencing(序列分析）。序列分析）。1990 Human Genome Project（人類基因組計(jì)劃）（人類基因組計(jì)劃）。核酸的研究歷史核酸的研究歷史肺炎球菌（肺炎球菌（pneumococcuspneumococcus） 19281928年細(xì)菌學(xué)家年細(xì)菌學(xué)家Griffith Griffith 細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn)細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn) 光滑型細(xì)胞光滑型細(xì)胞（有毒）（有毒）粗糙型細(xì)胞粗糙型細(xì)胞（無毒）（無毒）破碎細(xì)胞破碎細(xì)胞DNAase降降解后的解后的DNA粗糙型細(xì)胞接粗

3、糙型細(xì)胞接受光滑型受光滑型DNA只有粗糙型只有粗糙型大多數(shù)仍大多數(shù)仍為粗糙型為粗糙型少數(shù)光滑型少數(shù)光滑型細(xì)胞被轉(zhuǎn)化細(xì)胞被轉(zhuǎn)化SSRRR+DNA19441944年年AveryAvery細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn) 1952年美國年美國Hershey 噬菌體感染實(shí)驗(yàn)噬菌體感染實(shí)驗(yàn) 1868 F. Miescher從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一 種含磷酸的有機(jī)種含磷酸的有機(jī)物，當(dāng)時(shí)稱為核素（物，當(dāng)時(shí)稱為核素（nuclein）,后稱為核酸（后稱為核酸（nucleic acid）。）。1928 Griffith 細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn)細(xì)菌毒性實(shí)驗(yàn). 1944 Av

4、ery 等通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明等通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。是遺傳物質(zhì)。1952 Hershey, Chase-噬菌體標(biāo)記實(shí)驗(yàn)。噬菌體標(biāo)記實(shí)驗(yàn)。1953 Watson和和Crick提出提出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型。結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型。1958 Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則。提出遺傳信息傳遞的中心法則。1973 Boyer，Cohen-DNA Cloning(克隆）?？寺。?。1976 DNA Sequencing(序列分析）。序列分析）。1990 Human Genome Project（人類基因組計(jì)劃）（人類基因組計(jì)劃）。核酸的研究歷史核酸的研究歷史n核酸與蛋白質(zhì)一樣，是

5、一切生物機(jī)體不可缺核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機(jī)體不可缺少的組成部分。少的組成部分。n核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，它，它不僅對(duì)于不僅對(duì)于生命的延續(xù)、生物物種遺傳特性的生命的延續(xù)、生物物種遺傳特性的保持、生長發(fā)育、細(xì)胞分化等起著重要的作保持、生長發(fā)育、細(xì)胞分化等起著重要的作用，而且與生物變異用，而且與生物變異（如腫瘤、遺傳病、代（如腫瘤、遺傳病、代謝病等）也密切相關(guān)。謝病等）也密切相關(guān)。n核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)之一重要基礎(chǔ)之一。5.1 核酸與生命遺傳核酸與生命遺傳n核酸包括脫氧核糖核酸核酸包括

6、脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸和核糖核酸(RNA).n所有生物細(xì)胞內(nèi)均含有這兩類物質(zhì)。所有生物細(xì)胞內(nèi)均含有這兩類物質(zhì)。 DNA 主要存在細(xì)胞核內(nèi)，在主要存在細(xì)胞核內(nèi)，在線粒體和植物葉綠素體中也有線粒體和植物葉綠素體中也有少量存在，它是遺傳信息的真少量存在，它是遺傳信息的真正攜帶者，兼具有存儲(chǔ)和傳遞正攜帶者，兼具有存儲(chǔ)和傳遞遺傳信息的雙重功能；遺傳信息的雙重功能； RNA主要分布于細(xì)胞質(zhì)中，主要分布于細(xì)胞質(zhì)中，它的主要功能是將它的主要功能是將DNA的遺傳的遺傳信息翻譯和表達(dá)成具有各種功信息翻譯和表達(dá)成具有各種功能的蛋白質(zhì)。能的蛋白質(zhì)。DNARNA復(fù) 制轉(zhuǎn) 錄翻 譯 ， 表 達(dá)蛋 白 質(zhì)圖 5.

7、1 核 酸 與 生 命 遺 傳5.2 5.2 核酸的分類和組成核酸的分類和組成n核酸分為兩大類核酸分為兩大類. .n脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（DNADNA）nDeoxyribonucleic AcidDeoxyribonucleic Acidn核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）nRibonucleic AcidRibonucleic Acid。核酸的分類核酸的分類nDNADNA分子含有生物物分子含有生物物種的所有遺傳信息，種的所有遺傳信息，相對(duì)分子質(zhì)量一般都相對(duì)分子質(zhì)量一般都很大。很大。如人細(xì)胞核中如人細(xì)胞核中的的DNADNA分子至少含九分子至少含九千萬個(gè)核苷酸。千萬個(gè)核苷酸。nDNADNA

8、為雙鏈分子為雙鏈分子，其，其中大多數(shù)是鏈狀結(jié)構(gòu)中大多數(shù)是鏈狀結(jié)構(gòu)大分子，也有少部分大分子，也有少部分呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（DNADNA）核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）nRNARNA主要是負(fù)責(zé)主要是負(fù)責(zé)DNADNA遺傳信息的遺傳信息的翻譯和表達(dá)翻譯和表達(dá)，相，相對(duì)分子質(zhì)量要比對(duì)分子質(zhì)量要比DNADNA小得多。小得多。RNARNA為單鏈分子。為單鏈分子。RNA的類別的類別n根據(jù)根據(jù)RNA的功能，可以分為：的功能，可以分為：nmRNA（信使（信使RNA）ntRNA （轉(zhuǎn)移（轉(zhuǎn)移RNA）nrRNA （核糖（核糖RNA）mRNA (信使信使RNA)n約占總約占總RNA的

9、的5%。n不同細(xì)胞的不同細(xì)胞的mRNA的鏈長和分子量差異很的鏈長和分子量差異很大。大。n它的功能是將它的功能是將DNA的遺傳信息傳遞到蛋白的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)合成基地質(zhì)合成基地 核糖核蛋白體。核糖核蛋白體。Messenger RNAtRNA (轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA)n約占總約占總RNA的的10-15%。n它在蛋白質(zhì)生物合成中起它在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息，并翻譯氨基酸信息，并將相應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖核蛋白體將相應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖核蛋白體的作用。的作用。n已知每一個(gè)氨基酸至少有一個(gè)相應(yīng)的已知每一個(gè)氨基酸至少有一個(gè)相應(yīng)的tRNA。ntRNA分子的大小很相似，鏈長一般在分子的大小很相似，鏈長一

10、般在73-78個(gè)個(gè)核苷酸核苷酸之間。之間。lTransfer RNArRNA (核糖體核糖體RNA)n約占全部約占全部RNARNA的的80%80%，n是核糖核蛋白體的主要組成部分是核糖核蛋白體的主要組成部分。nrRNA rRNA 的功能與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)。的功能與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)。Ribosome RNA5.2.2 5.2.2 核酸的組成核酸的組成n核酸核酸（DNADNA和和RNARNA）是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)）是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是構(gòu)單元是核苷酸核苷酸。n核苷酸核苷酸本身由本身由核苷和磷酸核苷和磷酸組成組成, , n核苷核苷則由則由戊糖和堿基戊糖和堿基形成形成

11、戊糖堿基磷酸核苷核苷酸核酸（結(jié)構(gòu)單元）DNADNA與與RNARNA結(jié)構(gòu)相似，但在組成成份上略有不同結(jié)構(gòu)相似，但在組成成份上略有不同( (表表5.1)5.1)。n 表表5.1 DNA5.1 DNA和和RNARNA的基本化學(xué)組成的基本化學(xué)組成 n化學(xué)組成化學(xué)組成 DNA RNADNA RNAn 嘌呤堿嘌呤堿 腺嘌呤腺嘌呤(A) (A) 腺嘌呤腺嘌呤(A) (A) n堿基堿基 鳥嘌呤鳥嘌呤(G) (G) 鳥嘌呤鳥嘌呤(G)(G)n 嘧啶堿嘧啶堿 胞嘧啶胞嘧啶(C) (C) 胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)n 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)(T) 尿嘧啶尿嘧啶(U)(U)n 戊戊 糖糖 D-2-D-2-脫氧核糖脫氧核

12、糖 D-D-核糖核糖n 酸酸 磷酸磷酸 磷酸磷酸1 1核酸的結(jié)構(gòu)單元核酸的結(jié)構(gòu)單元核苷酸核苷酸n腺嘌呤（腺嘌呤（Adenine，A）（1 1）組成核酸的堿基）組成核酸的堿基NNNHN123456789嘌呤NNNHNNH2腺嘌呤1 1核苷酸核苷酸（1 1）組成核酸的堿基）組成核酸的堿基n鳥嘌呤鳥嘌呤(Guanine, G)NHNNHNONH21 1核苷酸核苷酸n尿嘧啶尿嘧啶(Uracil, U)（1 1）組成核酸的堿基）組成核酸的堿基NHNHOOHCHCHCNCHN123456嘧啶1 1核苷酸核苷酸n胞嘧啶胞嘧啶(Cytosine, C)（1 1）組成核酸的堿基）組成核酸的堿基NNHNH2OHC

13、HCHCNCHN123456嘧啶1 1核苷酸核苷酸n胸腺嘧啶胸腺嘧啶(Thymine, T)（1 1）組成核酸的堿基）組成核酸的堿基NHNHOOHCHCHCNCHN123456嘧啶1 1核苷酸核苷酸nDNADNA中存在的堿基：腺嘌呤中存在的堿基：腺嘌呤(A)(A)、鳥嘌呤、鳥嘌呤(G)(G)、胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)、胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T);(T);nRNARNA中存在的堿基：腺嘌呤中存在的堿基：腺嘌呤(A)(A)、鳥嘌呤、鳥嘌呤(G)(G)、胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)、尿嘧啶尿嘧啶(U);(U); n堿基都具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特征。嘌呤環(huán)和嘧啶堿基都具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特征。嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)均呈平面或接

14、近于平面的結(jié)構(gòu)。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)生酮式堿基的芳香環(huán)與環(huán)外基團(tuán)可以發(fā)生酮式烯醇烯醇式或胺式式或胺式亞胺式互變異構(gòu)。亞胺式互變異構(gòu)。胺胺式式亞亞胺胺式式互互變變異異構(gòu)構(gòu)酮酮式式烯烯醇醇式式互互變變異異構(gòu)構(gòu)1 1核苷酸核苷酸n嘌 呤 堿 和 嘧嘌 呤 堿 和 嘧啶 堿 分 子 中啶 堿 分 子 中都 含 有 共 軛都 含 有 共 軛雙 鍵 體 系 ，雙 鍵 體 系 ，在 紫 外 區(qū) 有在 紫 外 區(qū) 有吸 收 （吸 收 （ 2 6 0 2 6 0 nmnm左右）。左右）。1 1核苷酸核苷酸n組成核酸的戊糖有兩種。組成核酸的戊糖有兩種。DNADNA所含的糖為

15、所含的糖為-D-2-D-2-脫氧核糖；脫氧核糖；RNARNA所含的糖則為所含的糖則為-D-D-核糖。核糖。OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脫氧核糖12121 1核苷酸核苷酸n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。nX-X-射線分析證明：核苷中的堿基近似地垂直于糖的平面。射線分析證明：核苷中的堿基近似地垂直于糖的平面。胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOH

16、HOHHHOCH21 1核苷酸核苷酸n核苷酸是核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷的磷酸酯。作為作為DNA或或RNA結(jié)構(gòu)單元的核苷酸結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是分別是5-磷酸磷酸-脫氧核糖核苷和脫氧核糖核苷和5-磷酸磷酸-核糖核苷。核糖核苷。OBOHOHOH2CPOHHOOB=腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHOOOBOH脫氧核糖核苷酸1 1核苷酸核苷酸n核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。甲基化產(chǎn)物。NNNNNHCH3dRN6-Methyl-dANNCH3

17、NH25-Methyl-dCOdR二氫尿嘧啶二氫尿嘧啶 （DHU）修飾堿基的簡寫符號(hào)修飾堿基的簡寫符號(hào) m N22取代位置核苷取代基的數(shù)目取代基( 為為1時(shí)可以不寫時(shí)可以不寫 )取代基用下列小寫英文字母表示取代基用下列小寫英文字母表示 :甲基m 乙?；鵤c 氨基n 甲硫基ms 羥基o或h 硫基s 異戊烯基i 羧基c 例：例：HNNORSHNNOROCH2OHs4 Uom5 U或hm5 U2 2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。它的結(jié)是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物。它的結(jié)構(gòu)如下：構(gòu)如下：O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH

18、2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)2核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物ATPATP的性質(zhì)的性質(zhì)nATP ATP 分子的最顯著特點(diǎn)是分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩含有兩個(gè)高能磷酸鍵個(gè)高能磷酸鍵。ATPATP水解時(shí)水解時(shí), , 可可以釋放出大量自由能。以釋放出大量自由能。nATP-ADP + Pi ATP-ADP + Pi n AMP + PPi AMP + PPin -30.5 KJ/mol -30.5 KJ/molATPATP的性質(zhì)的性質(zhì)nATP ATP 水解釋放出來的能量用于水解釋放出來的能量用于推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。反應(yīng)。nATPATP也是一種很好的磷

19、?；瘎Ｒ彩且环N很好的磷?；瘎?。磷?；磻?yīng)的底物可以是普通磷酰化反應(yīng)的底物可以是普通的有機(jī)分子，也可以是酶。磷的有機(jī)分子，也可以是酶。磷?；牡孜锓肿泳哂休^高的能?；牡孜锓肿泳哂休^高的能量（活化分子），是許多生物量（活化分子），是許多生物化學(xué)反應(yīng)的激活步驟。化學(xué)反應(yīng)的激活步驟。ATPATP的性質(zhì)的性質(zhì)nATP ATP 是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體。nATP + HATP + H2 2O-O-ADP + Pi + H+ATPADP耗能儲(chǔ)能運(yùn) 動(dòng) 主動(dòng)輸送生物合成 信號(hào)放大光合磷酸化氧化磷酸化5.6 ATP-ADP 循環(huán)的意義ATP ATP 可以應(yīng)用酶法和化學(xué)

20、法進(jìn)行合成可以應(yīng)用酶法和化學(xué)法進(jìn)行合成 (2)GTP (2)GTP (鳥嘌呤核糖核苷三磷酸鳥嘌呤核糖核苷三磷酸) )nGTPGTP是生物體內(nèi)游離存在的另一種重要的核苷酸衍是生物體內(nèi)游離存在的另一種重要的核苷酸衍生物。它具有生物。它具有ATP ATP 類似的結(jié)構(gòu)類似的結(jié)構(gòu), , 也是一種高能化也是一種高能化合物。合物。nGTPGTP主要是作為蛋白質(zhì)合成中磷酰基供體。在許多主要是作為蛋白質(zhì)合成中磷?；w。在許多情況下情況下, ATP , ATP 和和 GTP GTP 可以相互轉(zhuǎn)換可以相互轉(zhuǎn)換。 GTP + ADPGDP + ATP酶GMP + ATPGTP + AMP酶GDP + ATPGTP

21、+ ADP酶（3 3）cAMP cAMP 和和 cGMPcGMPncAMP(3,5- cAMP(3,5- 環(huán)環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸腺嘌呤核苷一磷酸) )和和 cGMP( 3,5-cGMP( 3,5-環(huán)鳥嘌呤核苷一磷環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸酸) )的主要功能是作的主要功能是作為細(xì)胞之間傳遞信為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。息的信使。（3）cAMP 和和 cGMP cGMPncAMP 和和 cGMP 的環(huán)的環(huán)狀磷酯鍵是一個(gè)高能鍵。狀磷酯鍵是一個(gè)高能鍵。在在 pH 7.4 條件下條件下, cAMP 和和 cGMP 的水解的水解能約為能約為43.9 kj /mol，比，比 ATP 水解能高得多。水解能高得多。3 3多

22、聚核苷酸多聚核苷酸n多聚核苷酸是通過核苷酸的多聚核苷酸是通過核苷酸的5-5-磷酸基與另一磷酸基與另一分子核苷酸的分子核苷酸的C C3 3-OH-OH形成磷酸二酯鍵相連而形成磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。成的鏈狀聚合物。n由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為DNADNA鏈；鏈；n由核糖核苷酸聚合而成的則稱為由核糖核苷酸聚合而成的則稱為RNARNA鏈。鏈。多聚核苷酸的特點(diǎn)多聚核苷酸的特點(diǎn)n在多聚核苷酸中，兩個(gè)核苷酸之間形成的磷酸二在多聚核苷酸中，兩個(gè)核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵通常稱為酯鍵通常稱為5-35-3磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。n多聚核苷酸鏈一端的多聚核苷酸鏈一端的C

23、C5 5帶有一個(gè)自由磷酸基，帶有一個(gè)自由磷酸基，稱為稱為5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P表示）表示）；另一端；另一端C C3 3帶有自由的羥基，稱為帶有自由的羥基，稱為3 3-羥基端（常用羥基端（常用3-OH3-OH表示）。表示）。n多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷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酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是5353或是或是3535。方向性方向性n在多聚核苷酸（在多聚核苷酸（DNADNA或或RNARNA）鏈）鏈中，由于構(gòu)成核苷酸單元的戊中，由于構(gòu)成核苷酸單元的戊糖和磷酸基是相同的，體現(xiàn)核糖和磷酸基是相同的，體現(xiàn)核苷酸差別的

24、實(shí)際上只是它所帶苷酸差別的實(shí)際上只是它所帶的堿基，所以多聚核苷酸鏈結(jié)的堿基，所以多聚核苷酸鏈結(jié)構(gòu)也可表示為：構(gòu)也可表示為：n在討論有關(guān)核酸問題時(shí)，在討論有關(guān)核酸問題時(shí)，一般只關(guān)心其中堿基的種一般只關(guān)心其中堿基的種類和順序，所以上式可以類和順序，所以上式可以進(jìn)一步簡化為：進(jìn)一步簡化為： 5-PAPCPGPT-3 n 或5- ACGT-35.3 5.3 核酸的結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)DNADNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu): DNA: DNA核苷酸鏈中脫氧核苷核苷酸鏈中脫氧核苷 酸的組成和排列順序。酸的組成和排列順序。二級(jí)結(jié)構(gòu)：二級(jí)結(jié)構(gòu)：DNADNA的兩條多聚鏈間通過的兩條多聚鏈間通過 氫鍵形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)

25、。氫鍵形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)：三級(jí)結(jié)構(gòu)：DNADNA雙鏈進(jìn)一步折疊卷曲雙鏈進(jìn)一步折疊卷曲 形成的構(gòu)象。形成的構(gòu)象。5.3 5.3 核酸的結(jié)構(gòu)核酸的結(jié)構(gòu)n5.3.15.3.1核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu) 核酸堿基順序及其生物學(xué)意義核酸堿基順序及其生物學(xué)意義n多聚核苷酸是由四種不同的核苷酸單元按特定的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，即一定的核苷酸順序，即堿基順序堿基順序。如含有。如含有8 8個(gè)核苷個(gè)核苷酸單元的堿基順序可表示為：酸單元的堿基順序可表示為：5-ACGCTGTA-3.5-

26、ACGCTGTA-3.DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 由dAMP、dGMP、 dCMP、 dTMP核苷酸單體通過3,5-磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。5533n核酸的堿基順序是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。核酸的堿基順序是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。nDNADNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲(chǔ)的分子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形式。生物界物種的多樣性即寓于DNADNA分子中分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。n而而mRNA(mRNA(信息信息RNA)RNA)的堿基順序，則直接為蛋白的堿基順序，則直接為蛋白質(zhì)的氨基酸編碼，并決定蛋白質(zhì)

27、的氨基酸順序。質(zhì)的氨基酸編碼，并決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序。5.3.2 DNA5.3.2 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)及的雙螺旋結(jié)構(gòu)及其生物學(xué)意義其生物學(xué)意義n19531953年，年，J. WatsonJ. Watson和和F. F. Crick Crick 在前人研究工作的在前人研究工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)基礎(chǔ)上，根據(jù)DNADNA結(jié)晶的結(jié)晶的X-X-衍射圖譜和分子模型，衍射圖譜和分子模型，提出了著名的提出了著名的DNADNA雙螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)模型的生，并對(duì)模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測(cè)。釋和預(yù)測(cè)。（1）Chargaff定則 （1950s,E. Chargaff發(fā)現(xiàn)）

28、DNADNA堿基組成符合：堿基組成符合： A=TA=T；G=CG=C； A+G=T+CA+G=T+C。不對(duì)稱比率：不對(duì)稱比率：A+T/G+CA+T/G+C； 物種不同，物種不同，DNADNA堿基組成不同；堿基組成不同； 物種親緣愈接近，堿基組成也愈接近，物種親緣愈接近，堿基組成也愈接近，該比該比 率越相近似。率越相近似。.具有種的特異性，沒有器官和組織的特具有種的特異性，沒有器官和組織的特異性，年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響異性，年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響DNADNA的堿基組成。的堿基組成。1提出提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的根據(jù)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的根據(jù) 1 1DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)雙螺

29、旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)nDNADNA分子由兩條分子由兩條DNADNA單單鏈組成。鏈組成。nDNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是分的雙螺旋結(jié)構(gòu)是分子中兩條子中兩條DNADNA單鏈之間單鏈之間基團(tuán)相互識(shí)別和作用基團(tuán)相互識(shí)別和作用的結(jié)果。的結(jié)果。n雙螺旋結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNADNA二級(jí)二級(jí)結(jié)構(gòu)的最基本形式。結(jié)構(gòu)的最基本形式。DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)n（1 1）DNADNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈( (簡稱簡稱DNADNA單鏈單鏈) )組成組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺

30、旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向?yàn)榧雌渲幸粭l鏈的方向?yàn)?353，而另一條鏈的，而另一條鏈的方向?yàn)榉较驗(yàn)?535。n（2 2）嘌呤堿）嘌呤堿和 嘧 啶 堿 基和 嘧 啶 堿 基位 于 螺 旋 的位 于 螺 旋 的內(nèi) 側(cè) ， 磷 酸內(nèi) 側(cè) ， 磷 酸和 脫 氧 核 糖和 脫 氧 核 糖基 位 于 螺 旋基 位 于 螺 旋外 側(cè) 。 堿 基外 側(cè) 。 堿 基環(huán) 平 面 與 螺環(huán) 平 面 與 螺旋 軸 垂 直 ，旋 軸 垂 直 ，糖 基 環(huán) 平 面糖 基 環(huán) 平 面與 堿 基 環(huán) 平與 堿 基 環(huán) 平面成面成9090角。角。DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)q（3 3）螺旋橫截面的直

31、）螺旋橫截面的直徑約為徑約為2 nm2 nm，每條鏈，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為間的距離為0.34 nm0.34 nm，每每1010個(gè)核苷酸形成一個(gè)核苷酸形成一個(gè)螺旋，其螺矩（即個(gè)螺旋，其螺矩（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。q由于堿基對(duì)排列的方由于堿基對(duì)排列的方向性，使得堿基對(duì)占向性，使得堿基對(duì)占據(jù)的空間是不對(duì)稱的，據(jù)的空間是不對(duì)稱的，因此，在雙螺旋的表因此，在雙螺旋的表面形成大小兩個(gè)凹槽，面形成大小兩個(gè)凹槽，分別稱為大溝和小溝，分別稱為大溝和小溝，二者交替出現(xiàn)。二者交替出現(xiàn)。DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2.0 n

32、m小小溝溝大大溝溝DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)的要點(diǎn)n（4 4）兩條）兩條DNADNA鏈相互結(jié)合以鏈相互結(jié)合以及形成雙螺旋的力是鏈間的及形成雙螺旋的力是鏈間的堿基對(duì)所形成的氫鍵。堿基堿基對(duì)所形成的氫鍵。堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)規(guī)律，即腺嘌呤（規(guī)律，即腺嘌呤（A A）與胸腺）與胸腺嘧啶（嘧啶（T T）結(jié)合，鳥嘌呤（）結(jié)合，鳥嘌呤（G G）與胞嘧啶（與胞嘧啶（C C）結(jié)合，這種配）結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱為對(duì)關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)堿基互補(bǔ)。A A和和T T之間形成兩個(gè)氫鍵，之間形成兩個(gè)氫鍵，G G與與C C之之間形成三個(gè)氫鍵。間形成三個(gè)氫鍵。n在在DNADNA分子中

33、，嘌呤堿基的總分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。2 2DNADNA雙螺旋的穩(wěn)定性雙螺旋的穩(wěn)定性nDNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下是很穩(wěn)定的。雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下是很穩(wěn)定的。n維持這種穩(wěn)定性的因素包括：維持這種穩(wěn)定性的因素包括：n兩條兩條DNADNA鏈之間形成的氫鍵；鏈之間形成的氫鍵；由于雙螺旋結(jié)構(gòu)由于雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水分子對(duì)堿基之內(nèi)部形成的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水分子對(duì)堿基之間氫鍵的影響；間氫鍵的影響；介質(zhì)中的陽離子（如介質(zhì)中的陽離子（如NaNa+ +、K K+ +和和MgMg2+2+）中和了磷酸基團(tuán)的負(fù)電荷，降低了）中和了磷酸基團(tuán)的負(fù)

34、電荷，降低了DNADNA鏈之間鏈之間的排斥力；的排斥力；范德華引力等。范德華引力等。n改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。3. DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素 氫鍵氫鍵 堿基堆積力堿基堆積力 磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和白或正離子中和 堿基處于疏水環(huán)境中堿基處于疏水環(huán)境中DNA的存在形式4. DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義的雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義 該模型揭示了該模型揭示了DNADNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價(jià)值的是確認(rèn)了特征，最有價(jià)值的是確認(rèn)了堿基配對(duì)堿基配對(duì)原則，這原則，這

35、是是DNADNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)。該模型的提遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)。該模型的提出是上個(gè)世紀(jì)生命科學(xué)的重大突破之一，它奠出是上個(gè)世紀(jì)生命科學(xué)的重大突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。飛速發(fā)展的基石。DNA雙螺旋雙螺旋構(gòu)象的類型構(gòu)象的類型DNA三鏈間三鏈間的堿基配對(duì)的堿基配對(duì)DNA分子內(nèi)分子內(nèi)的三鏈結(jié)構(gòu)的三鏈結(jié)構(gòu) 多聚嘌呤多聚嘌呤多聚嘧啶多聚嘧啶DNA分子間的分子間的三鏈結(jié)構(gòu)三鏈結(jié)構(gòu)5.3.3 DNA的三螺旋結(jié)構(gòu)的三螺旋結(jié)構(gòu)三螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三

36、螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n組成三螺旋的單鏈，一般都是單一的嘧啶堿基或組成三螺旋的單鏈，一般都是單一的嘧啶堿基或者嘌呤堿基者嘌呤堿基n中間的堿基必須是嘌呤堿基中間的堿基必須是嘌呤堿基n每一條單鏈至少由八個(gè)核苷酸組成每一條單鏈至少由八個(gè)核苷酸組成n在生物體內(nèi)存在的可能性不大在生物體內(nèi)存在的可能性不大 DNA DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu)-超螺旋超螺旋1 1）超螺旋是指雙螺）超螺旋是指雙螺旋進(jìn)一步扭曲或再旋進(jìn)一步扭曲或再螺旋的構(gòu)象。螺旋的構(gòu)象。2 2）正超螺旋（緊過）正超螺旋（緊過旋）和負(fù)超螺（變旋）和負(fù)超螺（變松，欠旋）。松，欠旋）。3 3）人類）人類4646條染色體條染色體的的DNADNA總長可達(dá)總長可達(dá)1.

37、7m1.7m，經(jīng)過螺旋化，經(jīng)過螺旋化壓縮，實(shí)際總長只壓縮，實(shí)際總長只有有200nm200nm。5.3.4 RNA5.3.4 RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)nRNARNA一級(jí)結(jié)構(gòu)研究最多的是一級(jí)結(jié)構(gòu)研究最多的是tRNAtRNA、rRNArRNA以及一些小以及一些小分子的分子的RNARNA。其中。其中ntRNAtRNA分子具有以下特點(diǎn)：分子具有以下特點(diǎn)：n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。個(gè)核苷酸組成。n分子中含有較多的修飾成分。分子中含有較多的修飾成分。RNARNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的高級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)nRNARNA是單鏈分子，因此，在是單鏈分子，因

38、此，在RNARNA分子中，并不分子中，并不遵守堿基種類的數(shù)量比例關(guān)系，即遵守堿基種類的數(shù)量比例關(guān)系，即分子中的分子中的嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。nRNARNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，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，則形成突環(huán)。這種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)。n在在RNARNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對(duì)情況不象堿基的配對(duì)情況不象DNADNA中嚴(yán)格。中嚴(yán)格。G G 除了可以和除了可以和C C 配對(duì)外，也可以和配對(duì)外，也可以

39、和U U 配對(duì)。配對(duì)。G-U G-U 配對(duì)形成的氫鍵較弱。配對(duì)形成的氫鍵較弱。不同類型的不同類型的RNA, RNA, 其二級(jí)其二級(jí)結(jié)構(gòu)有明顯的差異。結(jié)構(gòu)有明顯的差異。ntRNAtRNA中除了常見的堿基外，中除了常見的堿基外，還存在一些稀有堿基，這還存在一些稀有堿基，這類堿基大部分位于突環(huán)部類堿基大部分位于突環(huán)部分分. .5.4 5.4 核酸的性質(zhì)核酸的性質(zhì)n5.4.1 5.4.1 含氮堿基的性質(zhì)含氮堿基的性質(zhì)n嘌呤堿基和嘧啶堿基是核酸中最重要的組分。嘌呤堿基和嘧啶堿基是核酸中最重要的組分。它們的性質(zhì)對(duì)于核酸的性質(zhì)和生物功能具有重它們的性質(zhì)對(duì)于核酸的性質(zhì)和生物功能具有重要影響作用。要影響作用。n

40、含氮堿基具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于環(huán)上極含氮堿基具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于環(huán)上極性基團(tuán)（如羰基、氨基等）的存在，堿基能夠性基團(tuán)（如羰基、氨基等）的存在，堿基能夠發(fā)生發(fā)生酮式酮式烯醇式烯醇式或或氨式氨式亞氨式亞氨式的互變異構(gòu)。的互變異構(gòu)。因此，堿基既有芳香環(huán)的特性，也具有氨、酮因此，堿基既有芳香環(huán)的特性，也具有氨、酮和烯醇等相應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)。和烯醇等相應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)。1 1，含氮堿基的堿性，含氮堿基的堿性 n嘌呤堿基和嘧啶堿基都具有弱堿性。嘌呤堿基和嘧啶堿基都具有弱堿性。n環(huán)內(nèi)氨基的環(huán)內(nèi)氨基的p pK Ka a值約為值約為9.5(9.5(如尿嘧啶為如尿嘧啶為9.59.5，腺嘌呤的，腺嘌呤的為為9.8

41、)9.8)。n堿基環(huán)外的氨基（存在于堿基環(huán)外的氨基（存在于A A、G G和和C C）的堿性很弱，在）的堿性很弱，在生理生理pHpH（7.47.4）條件下不能被質(zhì)子化。這種情況與苯）條件下不能被質(zhì)子化。這種情況與苯胺分子中的氨基相似。胺分子中的氨基相似。n因此嘌呤和嘧啶堿基的堿性主要是環(huán)內(nèi)氨基的貢獻(xiàn)。因此嘌呤和嘧啶堿基的堿性主要是環(huán)內(nèi)氨基的貢獻(xiàn)。2 2，堿基環(huán)的親電取代反應(yīng)，堿基環(huán)的親電取代反應(yīng)n由于含氮堿基中的嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)具有芳香環(huán)的結(jié)由于含氮堿基中的嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而可以發(fā)生環(huán)上的構(gòu)特點(diǎn)，因而可以發(fā)生環(huán)上的親電取代反應(yīng)親電取代反應(yīng)。n環(huán)上的氮原子在親電取代反應(yīng)中具有定

42、位基的功能。環(huán)上的氮原子在親電取代反應(yīng)中具有定位基的功能。嘧啶環(huán)中反應(yīng)活性最高的是嘧啶環(huán)中反應(yīng)活性最高的是C C5 5，嘌呤環(huán)中反應(yīng)活性嘌呤環(huán)中反應(yīng)活性最高的是最高的是C C8 8。HCHCHCNCHN123456嘧啶（1 1）腺嘌呤核苷的溴代）腺嘌呤核苷的溴代（2 2）尿嘧啶核苷的氯代）尿嘧啶核苷的氯代NRNHOOCl Cl尿嘧啶核苷NRNHOOClH+NRNHOOClHNRNHOOCl5-氯尿嘧啶核苷NNRNNNH2Br BrNNBrRNNNH2CH3ONaNH2NH2NaN38-甲基腺苷8-肼基腺苷8-疊氮腺苷腺苷8-溴代腺苷3 3堿基環(huán)的親核加成反應(yīng)堿基環(huán)的親核加成反應(yīng) 堿基環(huán)中各個(gè)原

43、子上的電子云密度分布是不均勻，在一定條件堿基環(huán)中各個(gè)原子上的電子云密度分布是不均勻，在一定條件下可發(fā)生親核加成反應(yīng)。下可發(fā)生親核加成反應(yīng)。n（1 1）水解反應(yīng)）水解反應(yīng)n含有羰基的堿基（含有羰基的堿基（G G、C C、T T和和U U），具有酰胺鍵的），具有酰胺鍵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在堿性條件下，能夠發(fā)生水解開結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在堿性條件下，能夠發(fā)生水解開環(huán)反應(yīng)。環(huán)反應(yīng)。n腺嘌呤堿基不含羰基，對(duì)堿比較穩(wěn)定。腺嘌呤堿基不含羰基，對(duì)堿比較穩(wěn)定。HNNOOROH-NORNH2COO-（2 2）與肼的反應(yīng)）與肼的反應(yīng)n嘧啶堿基能夠與肼作用，得到堿基環(huán)分解的產(chǎn)物。嘧啶堿基能夠與肼作用，得到堿基環(huán)分解的產(chǎn)物。n此

44、反應(yīng)只發(fā)生在嘧啶堿基，而嘌呤堿基不發(fā)生這類反應(yīng)，因此此反應(yīng)只發(fā)生在嘧啶堿基，而嘌呤堿基不發(fā)生這類反應(yīng)，因此在核酸分析中有重要應(yīng)用價(jià)值。在核酸分析中有重要應(yīng)用價(jià)值。HNNOORNH2NH2HNNOORNHNH2HNNORNHNHONHNHOHNNHOR+H2O4.4.堿基環(huán)氮原子的烷基化反應(yīng)堿基環(huán)氮原子的烷基化反應(yīng) n在一定條件下，堿基環(huán)上的氮原子可以發(fā)生烷基化反應(yīng)。在一定條件下，堿基環(huán)上的氮原子可以發(fā)生烷基化反應(yīng)。n在同樣條件下，在同樣條件下，U U和和T T基本上不起反應(yīng)。應(yīng)用基本上不起反應(yīng)。應(yīng)用CHCH2 2N N2 2作為烷基化作為烷基化劑，則所有堿基都能發(fā)生上述反應(yīng)。劑，則所有堿基都能

45、發(fā)生上述反應(yīng)。HNN+H2NOCH3NNRNNRN+NNH2CH3NN+NH2CH3NNRNNNH2N+NRCH3N+NRCH3HNNH2NON+NNH2ORCH35 5環(huán)外氨基的反應(yīng)環(huán)外氨基的反應(yīng) n環(huán)外氨基在適當(dāng)條件下，也可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。環(huán)外氨基在適當(dāng)條件下，也可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。n胞嘧啶核苷在亞硝酸作用下，可以形成重氮鹽，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞装奏ず塑赵趤喯跛嶙饔孟拢梢孕纬芍氐}，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ず塑?。因此生物體內(nèi)亞硝酸的存在有可能改變啶核苷。因此生物體內(nèi)亞硝酸的存在有可能改變DNADNA的堿基組的堿基組成。成。n腺嘌呤核苷和鳥嘌呤核苷也能發(fā)生類似的反應(yīng)，分別形成次黃腺嘌呤核苷和鳥嘌呤核苷也能發(fā)

46、生類似的反應(yīng)，分別形成次黃嘌呤核苷（嘌呤核苷（I I）和黃嘌呤核苷（）和黃嘌呤核苷（X X）。）。n這種變化，將影響或改變堿基形成氫鍵的能力和方向，導(dǎo)致這種變化，將影響或改變堿基形成氫鍵的能力和方向，導(dǎo)致DNADNA復(fù)制錯(cuò)誤，是引起基因突變的重要原因之一。復(fù)制錯(cuò)誤，是引起基因突變的重要原因之一。NNNH2ORHONONNN2+ORH2ONNOHORHNNORO6 6光聚合反應(yīng)光聚合反應(yīng) n胸腺嘧啶堿基在紫外光照射下，可以發(fā)生二聚加成反應(yīng)：胸腺嘧啶堿基在紫外光照射下，可以發(fā)生二聚加成反應(yīng)： n在在DNADNA分子中，如果兩個(gè)胸腺嘧啶堿基相鄰，在紫外光照射下，分子中，如果兩個(gè)胸腺嘧啶堿基相鄰，在紫

47、外光照射下，可能發(fā)生上述聚合反應(yīng)，其結(jié)果是破壞了正常復(fù)制或轉(zhuǎn)錄?？赡馨l(fā)生上述聚合反應(yīng)，其結(jié)果是破壞了正常復(fù)制或轉(zhuǎn)錄。NCH3HNOORNHNOORCH3NHNOORCH3NCH3HNOOROHNHNORCH3OHUVROOHNCH3NH2O7 7環(huán)外氧的烷基化反應(yīng)環(huán)外氧的烷基化反應(yīng)n由于含氧堿基存在酮式和烯醇式的互變異由于含氧堿基存在酮式和烯醇式的互變異構(gòu)，烯醇式中的羥基可以被烷基化轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)，烯醇式中的羥基可以被烷基化轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的烯醇醚。穩(wěn)定的烯醇醚。n鳥嘌呤核苷烷基化形成鳥嘌呤核苷烷基化形成6-6-甲氧基鳥嘌呤核甲氧基鳥嘌呤核苷后，不再與苷后，不再與C C配對(duì)，而與配對(duì)，而與T T配對(duì)。配對(duì)

48、。n這種情況將引起這種情況將引起DNADNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及信息表的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及信息表達(dá)出現(xiàn)錯(cuò)誤。達(dá)出現(xiàn)錯(cuò)誤。5.4.2 核酸的性質(zhì)核酸的性質(zhì)n1 1核酸的兩性性質(zhì)及等電點(diǎn)核酸的兩性性質(zhì)及等電點(diǎn)n與蛋白質(zhì)相似，核酸分子中既含有酸性基團(tuán)（磷酸基）也與蛋白質(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)。含有堿性基團(tuán)（氨基），因而核酸也具有兩性性質(zhì)。n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。如基）是一個(gè)弱堿，所以核酸的等電點(diǎn)比較低。如DNADNA的等的等電點(diǎn)為電

49、點(diǎn)為4 44.54.5，RNARNA的等電點(diǎn)為的等電點(diǎn)為2 22.52.5。nRNARNA的等電點(diǎn)比的等電點(diǎn)比DNADNA低的原因，是低的原因，是RNARNA分子中核糖基分子中核糖基2-OH2-OH通過氫鍵促進(jìn)了磷酸基上質(zhì)子的解離。通過氫鍵促進(jìn)了磷酸基上質(zhì)子的解離。DNADNA沒有這種作用。沒有這種作用。2 2核酸的水解核酸的水解n（1 1）酸或堿水解）酸或堿水解 n核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸或堿性條件下水解切斷。核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸或堿性條件下水解切斷。nDNADNA和和RNARNA對(duì)酸或堿的耐受程度有很大差別。例如，在對(duì)酸或堿的耐受程度有很大差別。例如，在0.1 mol/L Na

50、OH0.1 mol/L NaOH溶液中，溶液中，RNARNA幾乎可以完全水解幾乎可以完全水解，生成，生成2-2-或或3-3-磷酸核苷；磷酸核苷；DNADNA在同樣條件下則不受影響在同樣條件下則不受影響。這種水解性能上的差別，與這種水解性能上的差別，與RNARNA核糖基上核糖基上2-OH2-OH的鄰基的鄰基參與作用有很大的關(guān)系。在參與作用有很大的關(guān)系。在RNARNA水解時(shí)，水解時(shí)，2-OH2-OH首先進(jìn)首先進(jìn)攻磷酸基，在斷開磷酯鍵的同時(shí)形成環(huán)狀磷酸二酯，再攻磷酸基，在斷開磷酯鍵的同時(shí)形成環(huán)狀磷酸二酯，再在堿的作用形成水解產(chǎn)物。在堿的作用形成水解產(chǎn)物。（2 2）酶水解）酶水解n生物體內(nèi)存在多種核酸

51、水解酶。這些酶可以催化水解多生物體內(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。聚核苷酸鏈中的磷酸二酯鍵。n以以DNADNA為底物的為底物的DNADNA水解酶（水解酶（DNasesDNases）和以）和以RNARNA為底物的為底物的RNARNA水解酶（水解酶（RNasesRNases）。）。n根據(jù)作用方式又分作兩類：核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。根據(jù)作用方式又分作兩類：核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。n核酸外切酶核酸外切酶的作用方式是從多聚核苷酸鏈的一端（的作用方式是從多聚核苷酸鏈的一端（3-3-端或端或5-5-端）開始，逐個(gè)水解切除核苷酸；端）開始，逐個(gè)水解切除核苷酸；核酸內(nèi)切酶核酸

52、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的作用方式剛好和外切酶相反，它從多聚核苷酸鏈中間開始，在某個(gè)位點(diǎn)切斷磷酸二酯鍵。開始，在某個(gè)位點(diǎn)切斷磷酸二酯鍵。n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。部位。(3)(3)核酸的紫外吸收核酸的紫外吸收n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260nm26

53、0nm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)。3 3核酸的變性、復(fù)性與雜交核酸的變性、復(fù)性與雜交n(1) (1) 核酸的變性核酸的變性n核酸的變性是指核酸雙螺旋區(qū)的多聚核苷酸鏈間的氫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)的過程。變性核酸將失去其部鍵斷裂，變成單鏈結(jié)構(gòu)的過程。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)鍵的斷裂，所以它的一級(jí)結(jié)構(gòu)( (堿基順序堿基順序) )保持不變。保持不變。n能夠引

54、起核酸變性的因素很多。溫度升高、酸堿度改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。變、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的變性。nRNARNA本身只有局部的雙螺旋區(qū)，所以變性行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)變化沒有為所引起的性質(zhì)變化沒有DNADNA那樣明顯。那樣明顯。n利用紫外吸收的變化，可以檢測(cè)核酸變性利用紫外吸收的變化，可以檢測(cè)核酸變性的情況。的情況。n例如，天然狀態(tài)的例如，天然狀態(tài)的DNADNA在完全變性后，紫外在完全變性后，紫外吸收吸收(260 nm)(260 nm)值增加值增加252540%.40%.n而而RNARNA變性后

55、，約增加變性后，約增加1.1%1.1%。這種現(xiàn)象稱為。這種現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)增色效應(yīng). .DNADNA變性的特征變性的特征nDNADNA的變性過程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)的變性過程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成。因此，通常將引起完成。因此，通常將引起DNADNA變性的溫度稱為融點(diǎn)，變性的溫度稱為融點(diǎn)，用用T Tm m表示。表示。n一般一般DNADNA的的T Tm m值在值在70-8570-85 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的含量有關(guān)。的含量有關(guān)。nG G和和C C的含量高，的含量高，T Tm m值高。因而測(cè)定值高。因而測(cè)定T

56、 Tm m值，可反映值，可反映DNADNA分分子中子中G G、C C含量，可通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：含量，可通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：n （G+C)%=(G+C)%=(T Tm m-69.3)-69.3)2.442.44DNADNA變性變性n當(dāng)當(dāng)DNADNA的稀鹽溶液的稀鹽溶液加熱到加熱到80-10080-100時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)即發(fā)生解體，兩即發(fā)生解體，兩條鏈彼此分開，條鏈彼此分開，形成無規(guī)線團(tuán)。形成無規(guī)線團(tuán)。nDNADNA變性后，它的變性后，它的一系列性質(zhì)也隨一系列性質(zhì)也隨之發(fā)生變化，如之發(fā)生變化，如紫外吸收紫外吸收(260 nm)(260 nm)值升高值升高, , 粘度降粘度降低等。低等。(

57、2) (2) 核酸的復(fù)性核酸的復(fù)性n變性變性DNADNA在適當(dāng)?shù)臈l件下，兩條彼此分開的單鏈可以重在適當(dāng)?shù)臈l件下，兩條彼此分開的單鏈可以重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過程稱為復(fù)性。新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過程稱為復(fù)性。DNADNA復(fù)性復(fù)性后，一系列性質(zhì)將得到恢復(fù)，但是生物活性一般只能后，一系列性質(zhì)將得到恢復(fù)，但是生物活性一般只能得到部分的恢復(fù)。得到部分的恢復(fù)。nDNADNA復(fù)性的程度、速率與復(fù)性過程的條件有關(guān)。復(fù)性的程度、速率與復(fù)性過程的條件有關(guān)。n將熱變性的將熱變性的DNADNA驟然冷卻至低溫時(shí)，驟然冷卻至低溫時(shí)，DNADNA不可能復(fù)性。不可能復(fù)性。但是將變性的但是將變性的DNADNA緩慢冷卻

58、時(shí)，可以復(fù)性。緩慢冷卻時(shí)，可以復(fù)性。分子量越大分子量越大復(fù)性越難。濃度越大，復(fù)性越容易。此外，復(fù)性越難。濃度越大，復(fù)性越容易。此外，DNADNA的復(fù)性的復(fù)性也與它本身的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。也與它本身的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。DNADNA復(fù)性復(fù)性(3) (3) 核酸的雜交核酸的雜交n熱變性的熱變性的DNADNA單鏈，在復(fù)性時(shí)并不一定與同單鏈，在復(fù)性時(shí)并不一定與同源源DNADNA互補(bǔ)鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，它也可以與互補(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)序列的異源在某些區(qū)域有互補(bǔ)序列的異源DNADNA單鏈形成單鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)。n這樣形成的新分子稱為雜交這樣形成的新分子稱為雜交DNADNA分子

59、。分子。DNADNA單鏈與互補(bǔ)的單鏈與互補(bǔ)的RNARNA鏈之間也可以發(fā)生雜交。鏈之間也可以發(fā)生雜交。n核酸的雜交在分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的研究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。中具有重要意義。核核酸酸的的雜雜交交5.6 核酸的生物功能核酸的生物功能n5.6.1 DNA5.6.1 DNA的復(fù)制與生物遺傳信息的保持的復(fù)制與生物遺傳信息的保持nDNADNA復(fù)制的要點(diǎn)是：復(fù)制的要點(diǎn)是：n1 1）在復(fù)制開始階段，）在復(fù)制開始階段，DNADNA的雙螺旋拆分成兩條單鏈。的雙螺旋拆分成兩條單鏈。n2 2）以）以DNADNA單鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則單鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則, ,

60、 在在DNADNA聚合酶催化下，合成與模板聚合酶催化下，合成與模板DNADNA完全互補(bǔ)的完全互補(bǔ)的新鏈，并形成一個(gè)新的新鏈，并形成一個(gè)新的DNADNA分子。分子。n3) 3) 通過通過DNADNA復(fù)制形復(fù)制形成的新成的新DNADNA分子分子, , 與與原來的原來的DNADNA分子完全分子完全相同。相同。 經(jīng)過一個(gè)經(jīng)過一個(gè) 復(fù)制周期后，子代復(fù)制周期后，子代DNADNA分子的兩條鏈中，分子的兩條鏈中，一條來自親代一條來自親代DNADNA分分子，另一條是新合子，另一條是新合成的，所以又稱為成的，所以又稱為半保留復(fù)制。半保留復(fù)制。DNADNA復(fù)制過程復(fù)制過程聚合酶聚合酶解旋酶解旋酶引發(fā)酶引發(fā)酶引物引物