CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件

核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。核酸(nucleicacid)是以核苷酸為基本組成單1一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展1868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提取“核素”1944年Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1965年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1970年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)1990年美國(guó)啟動(dòng)人類(lèi)基因組計(jì)劃(HGP)

1994年中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)2001年美、英等國(guó)完成人類(lèi)基因組計(jì)劃基本框架一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展1868年Fridrich2二、核酸的分類(lèi)及分布90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型(genotype)。參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。二、核酸的分類(lèi)及分布90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于3第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第一節(jié)4核酸的化學(xué)組成1.元素組成C、H、O、N、P（9~10%）2.分子組成——堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖——磷酸(phosphate)核酸的化學(xué)組成1.元素組成2.分子組成——堿基(ba5嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine,G)堿基嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥(niǎo)嘌6嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)7

堿基的互變異構(gòu)酮式－烯醇C=OC-OHNN氨基－亞氨基C-NH2C=NH2+

+HNHN

受介質(zhì)pH影響堿基的互變異構(gòu)酮式－烯醇8戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)H戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)9核苷：AR,GR,UR,CR脫氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1.核苷(ribonucleoside)的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。1′1核苷：AR,GR,UR,CR一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1.核苷10核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

2.核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

核苷酸：2.核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與11電腦模型圖簡(jiǎn)化式酯鍵糖苷鍵電腦模型圖12體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物含核苷酸的生物活性物質(zhì)：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMPAMPADPATPcAMPNADP+NAD+體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物含核苷酸的生物活性物質(zhì)：135′端3′端3.核苷酸的連接核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA5′端3′端3.核苷酸的連接核苷酸之間以磷酸二酯鍵14二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱(chēng)為堿基序列。5′端3′端CGA二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義5′端3′端CGA15AGP5PTPGPCPTPOH3書(shū)寫(xiě)方法5pApCpTpGpCpT-OH

35

ACTGCT

3目錄AGP5PTPGPCPTP16第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第二節(jié)17DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝DNA的功能DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)18一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)19（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義堿基組成分析Chargaff規(guī)則：[A]=[T][G][C]堿基的理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以氫鍵配對(duì)較合理DNA纖維的X-線衍射圖譜分析目錄（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義堿基組成分析20Chargaff規(guī)則任何一種生物中各堿基相對(duì)比例相同

即：A=T，G=C；不同生物的DNA,其堿基組成不同；同一個(gè)體不同器官、組織的DNA,其堿基組成相同。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的歷史意義：揭示了生物體遺傳信息儲(chǔ)存及表達(dá)的分子機(jī)制開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代分子生物學(xué)是生物學(xué)發(fā)展史上的里程碑Chargaff規(guī)則21（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)（Watson,Crick,1953）DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤(pán)。螺旋直徑為2nm，形成大溝(majorgroove)及小溝(minorgroove)相間。目錄（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)DNA分子由兩條相互平行但22（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)

（Watson,Crick,1953）堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì)（互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T;GC）。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對(duì)堿基。目錄（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)堿基垂直螺旋軸居雙螺23堿基互補(bǔ)配對(duì)

TAGC堿基互補(bǔ)配對(duì)TAGC24CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件25CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件26（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)

（Watson,Crick,1953）氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。目錄（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定27（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性目錄（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性目錄28B-B-29CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件30CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件31CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件32二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方同相同負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝（一）DNA的超螺33意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。意義34（二）原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)（二）原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)35（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和36CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件37CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件38三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，39第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能Structureand40RNA的種類(lèi)、分布、功能RNA的種類(lèi)、分布、功能41一、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA*mRNA成熟過(guò)程

外顯子(exon)目錄一、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA內(nèi)含子mRNA42*mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基鳥(niǎo)苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C′2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。2.大多數(shù)真核mRNA的3′末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為多聚A尾。*mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)43帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)44mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能eIF4A帽結(jié)合蛋白（CBPs)polyA結(jié)合蛋白(PAB)mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能eIF4A帽45*mRNA的功能把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞*mRNA的功能DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞46*

tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)含10~20%稀有堿基，如DHU3′末端為—CCA-OH5′末端大多數(shù)為G具有TC二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能*tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能47N,N二甲基鳥(niǎo)嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶稀有堿基N,N二甲基鳥(niǎo)嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶48*tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形

氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)TΨC環(huán)氨基酸臂額外環(huán)*tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸臂額外環(huán)49*tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA的功能活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。*tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)*tRNA的功能50*rRNA的結(jié)構(gòu)三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。*rRNA的結(jié)構(gòu)三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*rRNA51*rRNA的種類(lèi)（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA*rRNA的種類(lèi)（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物原核生物52核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為53四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類(lèi)的小分子RNA，統(tǒng)稱(chēng)為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。

snmRNAs四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)除了上述三種RNA外，細(xì)胞54snmRNAs的種類(lèi)核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA

snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。snmRNAs的種類(lèi)snmRNAs的功能55RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類(lèi)的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。RNA組學(xué)RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和功能。同一生56核酸和蛋白質(zhì)的比較核酸和蛋白質(zhì)的比較57核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)目錄核酸的理化性質(zhì)第四節(jié)目錄58CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件591.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0OD260的應(yīng)用目錄1.DNA或RNA的定量OD260的應(yīng)用目錄60二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)成兩條單鏈的過(guò)程。方法：過(guò)量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質(zhì)變化：OD260增高 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸堿滴定曲線改變 生物活性喪失目錄二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化61DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂62例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。目錄例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：D63熱變性解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過(guò)程中以溫度對(duì)A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm處的吸光率）值作圖，所得的曲線稱(chēng)為解鏈曲線。目錄熱變性解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過(guò)程中以溫度對(duì)A26064Tm：變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度稱(chēng)為DNA的解鏈溫度，又稱(chēng)融解溫度(meltingtemperature,Tm)。其大小與G+C含量成正比。目錄Tm：變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫65三、DNA的復(fù)性與分子雜交

DNA復(fù)性(renaturation)的定義在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)性。減色效應(yīng)DNA復(fù)性時(shí)，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過(guò)程稱(chēng)為退火(annealing)。目錄三、DNA的復(fù)性與分子雜交DNA復(fù)性(renatura66在DNA變性后的復(fù)性過(guò)程中，如果將不同種類(lèi)的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系，在適宜的條件（溫度及離子強(qiáng)度）下，就可以在不同的分子間形成雜化雙鏈(heteroduplex)。這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成，也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成。這種現(xiàn)象稱(chēng)為核酸分子雜交。核酸分子雜交(hybridization)在DNA變性后的復(fù)性過(guò)程中，如果將不同種類(lèi)的DNA單鏈分子或67CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件68DNA-DNA雜交雙鏈分子變性復(fù)性不同來(lái)源的DNA分子DNA-DNA變性復(fù)性不同來(lái)源的DNA分子69CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件70核酸分子雜交的應(yīng)用研究DNA分子中某一種基因的位置定兩種核酸分子間的序列相似性檢測(cè)某些專(zhuān)一序列在待檢樣品中存在與否是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)核酸分子雜交的應(yīng)用71探針在核酸雜交的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種用于研究核酸和基因診斷的新技術(shù)稱(chēng)為探針技術(shù)。探針：?jiǎn)捂湹暮塑账峋酆象w標(biāo)記后，就可以稱(chēng)為探針。探針在核酸雜交的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種用于研究核酸和基因診斷的72第五節(jié)

核酸酶

Nuclease第五節(jié)

核酸酶

Nuclease73核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依據(jù)底物不同分類(lèi)DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：專(zhuān)一降解DNA。RNA酶(ribonuclease,RNase)：專(zhuān)一降解RNA。依據(jù)切割部位不同核酸內(nèi)切酶：分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶。核酸外切酶：5′→3′或3′→5′核酸外切酶。核酸酶是指所有可以水解核酸的酶74參與DNA的合成與修復(fù)及RNA合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基因表達(dá)過(guò)程負(fù)責(zé)清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時(shí)也可以清除侵入細(xì)胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外催化核酸的降解核酸酶的功能參與DNA的合成與修復(fù)及RNA合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基75核酶催化性DNA(DNAzyme)人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段，也能序列特異性降解RNA。催化性RNA(ribozyme)

作為序列特異性的核酸內(nèi)切酶降解mRNA。核酶催化性DNA(DNAzyme)人工合76核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。核酸(nucleicacid)是以核苷酸為基本組成單77一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展1868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提取“核素”1944年Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1965年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1970年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)1990年美國(guó)啟動(dòng)人類(lèi)基因組計(jì)劃(HGP)

1994年中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)2001年美、英等國(guó)完成人類(lèi)基因組計(jì)劃基本框架一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展1868年Fridrich78二、核酸的分類(lèi)及分布90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型(genotype)。參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。二、核酸的分類(lèi)及分布90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于79第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid第一節(jié)80核酸的化學(xué)組成1.元素組成C、H、O、N、P（9~10%）2.分子組成——堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖——磷酸(phosphate)核酸的化學(xué)組成1.元素組成2.分子組成——堿基(ba81嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine,G)堿基嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥(niǎo)嘌82嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)83

堿基的互變異構(gòu)酮式－烯醇C=OC-OHNN氨基－亞氨基C-NH2C=NH2+

+HNHN

受介質(zhì)pH影響堿基的互變異構(gòu)酮式－烯醇84戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)H戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)85核苷：AR,GR,UR,CR脫氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1.核苷(ribonucleoside)的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。1′1核苷：AR,GR,UR,CR一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1.核苷86核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

2.核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

核苷酸：2.核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與87電腦模型圖簡(jiǎn)化式酯鍵糖苷鍵電腦模型圖88體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物含核苷酸的生物活性物質(zhì)：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMPAMPADPATPcAMPNADP+NAD+體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物含核苷酸的生物活性物質(zhì)：895′端3′端3.核苷酸的連接核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA5′端3′端3.核苷酸的連接核苷酸之間以磷酸二酯鍵90二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱(chēng)為堿基序列。5′端3′端CGA二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義5′端3′端CGA91AGP5PTPGPCPTPOH3書(shū)寫(xiě)方法5pApCpTpGpCpT-OH

35

ACTGCT

3目錄AGP5PTPGPCPTP92第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA第二節(jié)93DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝DNA的功能DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)94一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)95（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義堿基組成分析Chargaff規(guī)則：[A]=[T][G][C]堿基的理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以氫鍵配對(duì)較合理DNA纖維的X-線衍射圖譜分析目錄（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義堿基組成分析96Chargaff規(guī)則任何一種生物中各堿基相對(duì)比例相同

即：A=T，G=C；不同生物的DNA,其堿基組成不同；同一個(gè)體不同器官、組織的DNA,其堿基組成相同。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的歷史意義：揭示了生物體遺傳信息儲(chǔ)存及表達(dá)的分子機(jī)制開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代分子生物學(xué)是生物學(xué)發(fā)展史上的里程碑Chargaff規(guī)則97（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)（Watson,Crick,1953）DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤(pán)。螺旋直徑為2nm，形成大溝(majorgroove)及小溝(minorgroove)相間。目錄（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)DNA分子由兩條相互平行但98（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)

（Watson,Crick,1953）堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì)（互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T;GC）。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對(duì)堿基。目錄（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)堿基垂直螺旋軸居雙螺99堿基互補(bǔ)配對(duì)

TAGC堿基互補(bǔ)配對(duì)TAGC100CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件101CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件102（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)

（Watson,Crick,1953）氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。目錄（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定103（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性目錄（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性目錄104B-B-105CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件106CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件107CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件108二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方同相同負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝（一）DNA的超螺109意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。意義110（二）原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)（二）原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)111（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和112CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件113CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件114三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，115第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能Structureand116RNA的種類(lèi)、分布、功能RNA的種類(lèi)、分布、功能117一、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA*mRNA成熟過(guò)程

外顯子(exon)目錄一、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA內(nèi)含子mRNA118*mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基鳥(niǎo)苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C′2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。2.大多數(shù)真核mRNA的3′末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為多聚A尾。*mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)119帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)120mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能eIF4A帽結(jié)合蛋白（CBPs)polyA結(jié)合蛋白(PAB)mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能eIF4A帽121*mRNA的功能把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞*mRNA的功能DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞122*

tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)含10~20%稀有堿基，如DHU3′末端為—CCA-OH5′末端大多數(shù)為G具有TC二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能*tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能123N,N二甲基鳥(niǎo)嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶稀有堿基N,N二甲基鳥(niǎo)嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶124*tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形

氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)TΨC環(huán)氨基酸臂額外環(huán)*tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸臂額外環(huán)125*tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA的功能活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。*tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)*tRNA的功能126*rRNA的結(jié)構(gòu)三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。*rRNA的結(jié)構(gòu)三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*rRNA127*rRNA的種類(lèi)（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA*rRNA的種類(lèi)（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物原核生物128核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為129四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類(lèi)的小分子RNA，統(tǒng)稱(chēng)為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。

snmRNAs四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)除了上述三種RNA外，細(xì)胞130snmRNAs的種類(lèi)核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA

snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。snmRNAs的種類(lèi)snmRNAs的功能131RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類(lèi)的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。RNA組學(xué)RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和功能。同一生132核酸和蛋白質(zhì)的比較核酸和蛋白質(zhì)的比較133核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)目錄核酸的理化性質(zhì)第四節(jié)目錄134CDESIGNA第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Zhang課件1351.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0OD260的應(yīng)用目錄1.DNA或RNA的定量OD260的應(yīng)用目錄136二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)成兩條單鏈的過(guò)程。方法：過(guò)量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質(zhì)變化：OD260增高 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸堿滴定曲線改變 生物活性喪失目錄二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化137DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂138例：變性引起紫