《核酸化學(xué)改》ppt課件

1、 一、核酸的分布與分類一、核酸的分布與分類二、核酸的化學(xué)組成二、核酸的化學(xué)組成三、核酸的分子構(gòu)造三、核酸的分子構(gòu)造四、核酸的化學(xué)性質(zhì)四、核酸的化學(xué)性質(zhì)質(zhì)質(zhì)質(zhì)質(zhì)質(zhì)質(zhì)DNARNA核核酸酸主要在主要在核中核中tRNArRNAmRNA核核酸酸磷磷酸酸核核苷苷核核糖糖堿堿基基核核苷苷酸酸嘧啶嘧啶(TCU)嘌呤嘌呤(AG)脫氧脫氧非脫氧非脫氧Py Pu堿基堿基堿基堿基嘌呤嘌呤堿基堿基嘧啶嘧啶核糖核糖核苷核苷核苷酸核苷酸三磷酸核苷酸三磷酸核苷酸cAMPcGMP甲基化甲基化: 如甲基鳥嘌呤如甲基鳥嘌呤環(huán)化環(huán)化: 如如cAMP假尿苷假尿苷: 其它其它: 如二氫尿嘧啶如二氫尿嘧啶 次黃嘌呤等次黃嘌呤等稀有核苷酸稀

2、有核苷酸核苷酸的作用核苷酸的作用組成核酸組成核酸組成小分子活性物質(zhì)組成小分子活性物質(zhì)能量物質(zhì)能量物質(zhì)組成輔酶組成輔酶(基基) AMP ADP ATP dAMP dADP dATP GMP GDP GTP d- CMP CDP CTP d- TMP TDP TTP d- UMP UDP UTP N(恣意堿基恣意堿基)NMP,NDP,NTP dNMP, dNDP, dNTPI 次黃嘌呤次黃嘌呤X 黃嘌呤黃嘌呤Py嘧啶恣意嘧啶恣意Pu嘌呤恣意嘌呤恣意lDNA 分子構(gòu)造分子構(gòu)造lRNA 分子構(gòu)造分子構(gòu)造lDNA的堿基組成的堿基組成lDNA的空間構(gòu)造的空間構(gòu)造Chargaff規(guī)律規(guī)律: 1. A=T G

3、=C 2. 有種的特異性有種的特異性 3. 環(huán)境條件不改動堿環(huán)境條件不改動堿基組成基組成DNA的堿基組成的堿基組成DNADNA一級構(gòu)造的表示法一級構(gòu)造的表示法5 3 構(gòu)造式構(gòu)造式5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式字母式5 3 p p p pOH3 ACTG1 線條式線條式請留意請留意:鍵型鍵型: 3, 5 -磷酸二磷酸二酯鍵酯鍵方向方向: 3 -末端和末端和5-末末端端簡寫簡寫:簡寫時(shí)的方向簡寫時(shí)的方向:TGCAGGTTAAAGG它的互補(bǔ)鏈它的互補(bǔ)鏈:ACGTCCAATTTCC(誤誤)CCTTTAACCTGCA(正正)3-ACGTCCAATTTCC-5(正正)DNA的空間構(gòu)造的空間構(gòu)

4、造:DNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造(雙螺旋雙螺旋)DNA的三級構(gòu)造的三級構(gòu)造DNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造 (雙螺旋構(gòu)造雙螺旋構(gòu)造)XHNNNNHHNHAOOHHNNHHHTOHNNNNHGNHHOHNNCNHHH1.08 nm1.08 nm(1)兩條反向平行的多核苷酸兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸向右環(huán)繞構(gòu)鏈圍繞同一中心軸向右環(huán)繞構(gòu)成右手雙螺旋成右手雙螺旋(反向是指兩條反向是指兩條多核苷酸鏈的走向相反，一條多核苷酸鏈的走向相反，一條鏈的磷酸二酯鏈銜接相鄰戊糖鏈的磷酸二酯鏈銜接相鄰戊糖基是基是53方向，另一條鏈那方向，另一條鏈那么為么為35方向方向)。 (2)由磷和脫氧核糖交替陳由磷和脫氧核糖

5、交替陳列構(gòu)成的主鏈在雙螺旋的列構(gòu)成的主鏈在雙螺旋的外側(cè)，而嘌呤堿和嘧啶堿外側(cè)，而嘌呤堿和嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。堿基平面與雙螺旋中軸垂直，平面與雙螺旋中軸垂直，糖環(huán)平面與中軸平行。糖環(huán)平面與中軸平行。 (3)雙螺旋的平均直徑為雙螺旋的平均直徑為2 nm，螺距為，螺距為3.4nm，沿中，沿中心軸每旋轉(zhuǎn)上升一周包含心軸每旋轉(zhuǎn)上升一周包含10個(gè)堿基對，相鄰堿基間個(gè)堿基對，相鄰堿基間隔為隔為0.34nm，之間旋轉(zhuǎn)的，之間旋轉(zhuǎn)的角度為角度為36。 (4)沿中心軸方向察看，雙螺沿中心軸方向察看，雙螺旋構(gòu)造上有兩條螺形旋構(gòu)造上有兩條螺形 凹槽，凹槽，一條較寬深，稱為大溝；一一條較寬深，

6、稱為大溝；一條較淺小，稱為小溝。條較淺小，稱為小溝。堿基對間的氫鍵堿基對間的氫鍵堿基堆積堿基堆積(主要的主要的)環(huán)境中正離子環(huán)境中正離子雙螺旋的詳細(xì)數(shù)據(jù)螺距、直徑等隨含水量的不同有一定的差別?？煞譃椋盒驮谔厥鈺r(shí)間還有三股鏈的存在lB-DNAlA-DNAlZ-DNAA-DNAMajor GrooveMinor Groove定義：DNA的三級構(gòu)造是指在二級構(gòu)造的根底上DNA雙螺旋的進(jìn)一步卷曲。DNA的三級構(gòu)造：DNA雙螺旋構(gòu)造進(jìn)一步盤曲構(gòu)成的復(fù)雜構(gòu)造。以超螺旋最為常見 負(fù)超螺旋模型多見正超螺旋Relaxed state超螺旋超螺旋DNA Supercoiling連環(huán)數(shù)連環(huán)數(shù)L-在在DNA雙螺旋中，

7、雙螺旋中，一條鏈沿右手螺旋繞另一條鏈纏繞一條鏈沿右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)。的次數(shù)。Lk纏繞數(shù)纏繞數(shù)T-在在DNA分子中分子中WatsonCrick螺旋數(shù)。螺旋數(shù)。Tw超螺旋周數(shù)或扭曲數(shù)超螺旋周數(shù)或扭曲數(shù)WWrL=T+W核小體染色體的根本單位核小體染色體的根本單位病毒顆粒病毒顆粒核酸與蛋白質(zhì)的復(fù)合物核酸與蛋白質(zhì)的復(fù)合物染色質(zhì)的電鏡照片染色質(zhì)的電鏡照片染色體構(gòu)造chromosomeHIVSARS :Coronavirus(a) a bacterial virus, bacteriophage T4; (b) an animal virus, adenovirus (inset at great

8、er magnification); (c) a plant virus, tobacco mosaic virus. mRNA tRNA rRNA編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)polyA帽子構(gòu)造帽子構(gòu)造UTRUTRORFm7G5pppNTTTTTTTTTTTTAAAA反密碼環(huán)反密碼環(huán) 由由7個(gè)核苷酸組個(gè)核苷酸組成。環(huán)中部為反密碼子，由成。環(huán)中部為反密碼子，由3個(gè)核苷酸組成，次黃嘌呤核苷個(gè)核苷酸組成，次黃嘌呤核苷酸酸(也稱肌苷酸，縮寫成也稱肌苷酸，縮寫成 I )常常出現(xiàn)于反密碼子中。反密碼環(huán)出現(xiàn)于反密碼子中。反密碼環(huán)經(jīng)過由經(jīng)過由5對的雙螺旋區(qū)對的雙螺旋區(qū)(反密碼反密碼臂臂)與與t

9、RNA的其他部分相連。的其他部分相連。額外環(huán)額外環(huán) 由由318個(gè)個(gè)核苷酸組成。不同的核苷酸組成。不同的tRNA具有不同大小的具有不同大小的額外環(huán)，所以是額外環(huán)，所以是tRNA分類的重要目的。分類的重要目的。T C環(huán)環(huán) 由由7個(gè)核苷酸組成，其個(gè)核苷酸組成，其中含有胸腺嘧啶核糖核苷酸中含有胸腺嘧啶核糖核苷酸(T)和假和假尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸()，經(jīng)過由，經(jīng)過由5對堿基對堿基組成的雙螺旋區(qū)組成的雙螺旋區(qū)(T C臂臂)與與tRNA的的其他部分相連。幾乎一切其他部分相連。幾乎一切tRNA在此在此環(huán)中都含有環(huán)中都含有T C。從以上可以看出從以上可以看出,tRNA的三葉草形二的三葉草形二級構(gòu)造特征可概括

10、為四環(huán)四臂，含級構(gòu)造特征可概括為四環(huán)四臂，含有大量的稀有堿基。有大量的稀有堿基。tRNA的三級構(gòu)造的三級構(gòu)造rRNA的二級構(gòu)造的二級構(gòu)造Ban et al., Science 289 (905-920), 2000 Secondary StructureOf large ribosomal RNATertiary StructureOf large ribosome subunitlCatalytic RNA催化RNAlmiRNAmicroRNA小RNAlsiRNAsmall interfere RNA小干擾RNAlsignal recognition particle，SRP 信號識別顆粒中

11、的 RNAltelemerase 端粒酶中的RNASecondary StructureOf large ribosomal RNATertiary StructureOf large ribosome subunit帶電性：帶電性： 核酸、核苷酸可以在電場中泳動核酸、核苷酸可以在電場中泳動可溶性：可溶性： 溶于水。在乙醇中：溶于水。在乙醇中： 大于大于50%的乙醇時(shí)的乙醇時(shí) DNA沉沉淀淀 大于大于75%的乙醇時(shí)的乙醇時(shí)RNA沉淀。不溶于氯仿沉淀。不溶于氯仿-異戊醇異戊醇溶液，而蛋白可以溶解溶液，而蛋白可以溶解粘度：粘度： 線形分子粘度大。線形分子粘度大。DNA大于大于RNA不對稱性：由于分

12、子不對稱，故有正旋光性。不對稱性：由于分子不對稱，故有正旋光性。吸光性：吸光性：由于堿基的存在使核酸對由于堿基的存在使核酸對260nm的光有劇烈的吸的光有劇烈的吸收?？筛鶕?jù)此對核酸定量與檢測。收?？筛鶕?jù)此對核酸定量與檢測。減色效應(yīng)：減色效應(yīng)：核酸構(gòu)成雙鏈后對紫外吸收的才干減弱的景象。核酸構(gòu)成雙鏈后對紫外吸收的才干減弱的景象。增色效應(yīng)：增色效應(yīng)：核酸雙鏈翻開后對紫外吸收才干添加的景象。核酸雙鏈翻開后對紫外吸收才干添加的景象。變性：變性：DNA雙鏈分開變成單鏈的過程。只涉及雙鏈分開變成單鏈的過程。只涉及H鍵鍵的斷裂，沒有其它共價(jià)鍵的破壞。的斷裂，沒有其它共價(jià)鍵的破壞。變性的要素：變性的要素：加熱、

13、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、溶劑、紫外線等。加熱、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、溶劑、紫外線等。變性后核酸的性量變化：變性后核酸的性量變化：生物活性喪失；粘度下降；浮力密度添加；生物活性喪失；粘度下降；浮力密度添加；紫外吸收添加。紫外吸收添加。高溫引起的變性稱為熱變性熔解高溫引起的變性稱為熱變性熔解解鏈溫度熔解溫度、熔點(diǎn)，解鏈溫度熔解溫度、熔點(diǎn)， Tm：增色效應(yīng)到達(dá)一半時(shí)的溫度增色效應(yīng)到達(dá)一半時(shí)的溫度G-C含量含量: G-C含量越高含量越高Tm值越高值越高(三個(gè)氫鍵的緣故三個(gè)氫鍵的緣故)。介質(zhì)中的離子強(qiáng)度介質(zhì)中的離子強(qiáng)度: 離子強(qiáng)度越高離子強(qiáng)度越高Tm值越高。在值越高。在1mol/L的的NaCl中穩(wěn)定。中穩(wěn)定。DNA 的不均一

14、性：的不均一性： 影響到了溫度范圍，而不影響影響到了溫度范圍，而不影響Tm值的大小。值的大小。DNA的復(fù)性：的復(fù)性：加熱后緩慢冷卻加熱后緩慢冷卻DNA恢復(fù)雙鏈的過程恢復(fù)雙鏈的過程DNA的大?。旱拇笮。?小的分子比大的分子易復(fù)性。小的分子比大的分子易復(fù)性。離子強(qiáng)度：離子強(qiáng)度： 離子強(qiáng)度添加復(fù)性就快。離子強(qiáng)度添加復(fù)性就快。DNA的濃度：的濃度： 濃度大的比濃度小的易于復(fù)性。濃度大的比濃度小的易于復(fù)性。 在在DNA的復(fù)性的過程中，同的復(fù)性的過程中，同源或異源的源或異源的DNA，只需堿基互補(bǔ)，只需堿基互補(bǔ)就可以構(gòu)成雜種分子，此過程稱就可以構(gòu)成雜種分子，此過程稱為分子雜交。為分子雜交。 分子雜交是一種極其有用的分子雜交是一種極其有用的生物技術(shù)手段。生物技術(shù)手段。Nucleic Acids from Different Species Can Form Hybrids電泳酶切印跡雜交探針NCSouthern blotDNANorthern blotRNAWestern blotProteinDNA MicroarrayGene ChipDNA SDS/CTAB(十六烷基三甲基溴化銨) 醋酸鉀 酚氯仿 異戊醇 乙醇/異丙醇 TETrisHCl, EDTARNA T