廖第二章核酸的結構與功能

1868年，米歇爾首次發(fā)現(xiàn)了重要的生命物質(zhì)之一—核酸。在1869年，F(xiàn).Mischer從細胞核中分離得到一種含磷很高的強酸。性物質(zhì)，即現(xiàn)在被稱為核酸的物質(zhì)。1879年，Kossel發(fā)現(xiàn)了核酸中的堿基。1912，Levene提出核酸中含有四種核苷酸，四種核苷酸組成結構單位。1989年Altmann,發(fā)展了從酵母和動物組織中制備不含蛋白質(zhì)的核酸的方法，并提出核酸這一名稱。1944年Avery等人通過細菌轉(zhuǎn)化試驗證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結構。1958Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則。1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。1981年Gilbert和Sanger建立DNA測序方法。1985年Mullis發(fā)明PCR技術核酸的發(fā)展史當前1頁，總共60頁。第一節(jié)核酸的化學組成及一級結構當前2頁，總共60頁。一、核酸(nucleicacid)

？

以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，起攜帶和傳遞遺傳信息的作用。脫氧核糖核酸（DNA)：攜帶遺傳信息，決定細胞和個體基因型核糖核酸（RNA)：參與細胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達。某些病毒RNA也可以作為遺傳信息的載體

核酸分類當前3頁，總共60頁。核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成：戊糖P堿基核苷酸DNA的組成單位是脫氧核糖核苷酸RNA的組成單位是核糖核苷酸核苷酸是構成核酸的基本組成單位

當前4頁，總共60頁。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基當前5頁，總共60頁。嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)6622當前6頁，總共60頁。

嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)444222當前7頁，總共60頁。OHOHOHH2OHCHOCCCCHHHCHOCCCCHOHOHH2OHHHHCCCCCOHH2OHHHHOOHHOHOCCCCCHH2OHHHHOHHOH戊糖脫氧核糖核糖當前8頁，總共60頁。戊糖P堿基核苷酸糖苷鍵磷酯鍵當前9頁，總共60頁。脫氧核苷/核苷堿基和核糖（或脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（或脫氧核苷）。糖苷鍵NNNN9OOH(H)CHHOHHHH2H1'2'OOHHHH2H1'2'OOCHOHH(H)NN1嘌呤N-9/嘧啶N-1

與脫氧核糖C-1通過β-N-糖苷鍵相連形成核苷/脫氧核苷糖苷鍵當前10頁，總共60頁。核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結合構成核苷酸或脫氧核苷酸。核苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵當前11頁，總共60頁。OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-OO堿基核苷核苷一磷酸(NMP)α磷酯鍵核苷二磷酸(NDP)OPO-Oβ腺苷一磷酸(AMP)腺苷二磷酸(ADP)腺苷三磷酸(ATP)PO--OOγ核苷三磷酸(NTP)AH多磷酸核苷酸當前12頁，總共60頁。構成DNA的堿基、核苷以及核苷酸堿基脫氧核苷脫氧核苷酸A脫氧腺苷脫氧腺苷一磷酸dAMPG脫氧鳥苷脫氧鳥苷一磷酸dGMPC脫氧胞苷脫氧胞苷一磷酸dCMPT脫氧胸苷脫氧胸苷一磷酸dTMP當前13頁，總共60頁。構成RNA的堿基、核苷以及核苷酸堿基

核苷

核苷酸A

腺苷

腺苷一磷酸(AMP)G

鳥苷

鳥苷一磷酸(GMP)C

胞苷

胞苷一磷酸(CMP)U

尿苷

尿苷一磷酸(UMP)當前14頁，總共60頁。環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMP含核苷酸的生物活性物質(zhì)：NAD+、NADP+、CoASH、FAD等都含有AMP

體內(nèi)重要核苷酸衍生物當前15頁，總共60頁。二、DNA是脫氧核苷酸通過3,5-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個脫氧核苷酸3的羥基與另一個核苷酸5的α-磷酸基團縮合形成磷酸二酯鍵。多個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸，即DNA鏈。當前16頁，總共60頁。

3,5-磷酸二酯鍵5′端3′端GAC當前17頁，總共60頁。RNA

DNA當前18頁，總共60頁。四、核酸的一級結構脫氧PPAPCPCPTPGOHCPTPAPA5'3pApCpTpGpCpTpApApC-OH3'5'ACTGCTAAC3'5''當前19頁，總共60頁。第二節(jié)DNA的空間結構與功能當前20頁，總共60頁。DNA的空間結構又分為二級結構和高級結構。DNA的空間結構構成DNA的所有原子在三維空間的相對位置關系。當前21頁，總共60頁。一、DNA的二級結構是雙螺旋結構JamesWatson、FrancisCrick當前22頁，總共60頁。（一）DNA雙螺旋結構的實驗基礎Chargaff規(guī)則:1.不同生物個體的DNA，其堿基組成不同;2.同一個體不同器官或不同組織的DNA具有相同的堿基組成;3.對于一特定的組織的DNA，其堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境而變化;4.對于一特定的生物體，A=T、G=C當前23頁，總共60頁。（二）DNA雙螺旋結構模型要點

1.兩條反向平行的多核苷酸圍繞同一中心軸相互纏繞，均為右手螺旋。2.核糖與磷酸位于外側(cè)。3.DNA雙鏈間形成互補堿基（堿基互補規(guī)則—A-T、C-G）。4.維持雙螺旋穩(wěn)定的因素，橫向為氫鍵，縱向為堿基間的堆積力，堿基堆積距離為0.34nm。當前24頁，總共60頁。（三）DNA雙螺旋結構的多樣性當前25頁，總共60頁。二、DNA的高級結構是超螺旋結構超螺旋結構DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結構。

正超螺旋

盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。

負超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。當前26頁，總共60頁。向左

向右松弛型正超螺旋負超螺旋原核生物DNA環(huán)狀超螺旋結構當前27頁，總共60頁。（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結構原核生物DNA多為環(huán)狀的雙螺旋分子

，以負超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個超螺旋形成。當前28頁，總共60頁。（二）真核生物DNA以核小體為單位形成高度有序致密結構真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構成，其基本單位是核小體。在細胞周期的大部分時間里，DNA以松散的染色質(zhì)形式存在，在細胞分裂期，則形成高度致密的染色體。當前29頁，總共60頁。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結構。染色質(zhì)的基本單位是核小體。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像當前30頁，總共60頁。組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成核小體重復單位：約200bp約150bp約60bp當前31頁，總共60頁。染色體形成壓縮6倍壓縮6倍，每圈6個核小體壓縮40倍壓縮1000倍直徑400nm當前32頁，總共60頁。三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎DNA是生物遺傳信息的載體，并為基因復制和轉(zhuǎn)錄提供了模板基因是攜帶遺傳信息的DNA片段DNA具有高度穩(wěn)定性、高度復雜性的特點當前33頁，總共60頁。

第三節(jié)

RNA的結構與功能當前34頁，總共60頁。動物細胞內(nèi)主要的RNA種類及功能RNA種類縮寫細胞內(nèi)位置功能核糖體RNA

rRNA細胞質(zhì)核糖體組成成分信使RNAmRNA細胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運RNAtRNA細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運氨基酸微RNAmicroRNA細胞質(zhì)翻譯調(diào)控胞質(zhì)小RNAscRNA/7SL-RNA細胞質(zhì)信號肽識別體的組成成分不均一核RNAhnRNA細胞核成熟mRNA的前體核小RNAsnRNA細胞核參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運核仁小RNAsnoRNA核仁rRNA的加工和修飾線粒體核糖體RNAmtrRNA線粒體核糖體組成成分線粒體信使RNAmtmRNA線粒體蛋白質(zhì)合成模板線粒體轉(zhuǎn)運RNAmttRNA線粒體轉(zhuǎn)運氨基酸當前35頁，總共60頁。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板信使RNA(messengerRNA,mRNA)是細胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的模板。生物體內(nèi)mRNA的豐度最小、種類最多、大小也各不相同、壽命最短。mRNA的初級產(chǎn)物為不均一核RNA(hnRNA)，含有內(nèi)含子(intron)和外顯子(exon)。hnRNA經(jīng)過剪切后成為成熟的mRNA。當前36頁，總共60頁。

mRNA成熟過程hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA

外顯子(exon)當前37頁，總共60頁。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和非編碼區(qū)構成。5-末端的帽子(cap)結構和3-末端的多聚A尾(poly-Atail)結構。

mRNA的堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列成熟的真核生物mRNA當前38頁，總共60頁。帽子結構和多聚A尾的功能：

1.mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位2.mRNA的穩(wěn)定性維系3.翻譯起始的調(diào)控

當前39頁，總共60頁。轉(zhuǎn)運RNA(transferRNA,tRNA)在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。由74～95核苷酸組成；占細胞總RNA的15%；具有很好的穩(wěn)定性。二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體當前40頁，總共60頁。tRNA中含有多種稀有堿基稀有堿基（rarebase）是指除A、G、C、U外的一些堿基。雙氫尿嘧啶DHU假尿嘧啶核苷Ψ甲基化鳥嘌呤假尿嘧啶核苷C-5與戊糖的C-1原子相連。當前41頁，總共60頁。

tRNA二級結構-三葉草型1.DHU環(huán)2.反密碼環(huán)3.額外環(huán)4.TΨC環(huán)5.氨基酸臂當前42頁，總共60頁。tRNA的3-末端為CCA結尾。3-末端的A與氨基酸以酯鍵相連生成氨基酰-tRNA

。不同的tRNA結合不同的氨基酸。

tRNA的3-末端連接氨基酸當前43頁，總共60頁。

tRNA三級結構—倒L形當前44頁，總共60頁。核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)是細胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核糖體蛋白結合組成核糖體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場所。三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所當前45頁，總共60頁。核糖體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基

30S

40SrRNA16S1542個核苷酸18S1874個核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸120個核苷酸28S5.8S5S4718個核苷酸160個核苷酸120個核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%當前46頁，總共60頁。四、其他非編碼RNA參與基因表達的調(diào)控非編碼RNA（

Non-codingRNA,ncRNA）不編碼蛋白質(zhì)但具有重要生物學功能的RNA分子。ncRNA功能參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA的剪切和修飾、mRNA的穩(wěn)定和翻譯調(diào)控、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)運、染色體的形成和結構穩(wěn)定等細胞重要功能當前47頁，總共60頁。

第四節(jié)

核酸的理化性質(zhì)當前48頁，總共60頁。核酸在波長260nm處有強烈的吸收，是由堿基的共軛雙鍵所決定的。這一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有強烈的紫外吸收當前49頁，總共60頁。堿基的紫外吸收光譜當前50頁，總共60頁。

OD260的應用：1.DNA或RNA的定量50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（RNA）20μg/ml寡核苷酸OD260=1.02.判斷核酸樣品的純度DNA純品:

OD260/OD280=1.8RNA純品:

OD260/OD280=2.0當前51頁，總共60頁。二、DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程某些理化因素導致DNA雙鏈互補堿基對之間的氫鍵發(fā)生斷裂，DNA雙鏈解離為單鏈的過程。

定義DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。當前52頁，總共60頁。方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。部分解鏈雙鏈DNADNA變性當前53頁，總共60頁。1.OD260增高（增色效應）

2.粘度下降3.比旋度下降

4.浮力密度升高

5.生物活性喪失

變性后其它理化性質(zhì)變化：增色效應：DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象當前54頁，總共