核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件

核酸的化學組成核酸的分子結構核酸的理化性質及應用核酸的結構和功能

Structureandfunctionofnucleicacid核酸的化學組成核酸的結構和功能

Structureand11核酸的種類分布和化學組成1.1核酸的發(fā)現及其生物學功能1.2核酸的種類和分布1.3核酸的化學組成1核酸的種類分布和化學組成1.1核酸的發(fā)現及其生物學功21.1核酸的發(fā)現及其生物學功能1868年瑞士科學家F.Miescher提取到一種富含磷的酸性有機物稱為核素（Nulein）.1889年，Altman等從酵母和動物的細胞核中得到了不含蛋白質的稱為核酸(nucleicacids).1944年O.T.Avery等的肺炎雙球菌轉化實驗，證明了DNA就是遺傳物質。1952年A.D.Hershey和M.Cha-se用35S和32P分別標記T2噬菌體的蛋白質和核酸，感染大腸桿菌的實驗進一步證明了DNA是遺傳物質1.1核酸的發(fā)現及其生物學功能1868年瑞士科學家F.M31.1.1格里費斯(GriffithF.，1928)：肺炎雙球菌定向轉化試驗：

①無毒IIR型小鼠成活重現IIR型

②有毒IIIS型小鼠死亡重現IIIS型

③有毒IIIS型(65℃殺死)小鼠成活無細菌

④無毒IIR型+有毒IIIS型(65℃殺死)小鼠死亡重現IIIS型結論：

在加熱殺死的ⅢS型肺炎雙球菌中有較耐高溫的轉化物質能夠進入ⅡR型IIR型轉變?yōu)棰骃型無毒轉變?yōu)橛卸尽?.1.1格里費斯(GriffithF.，1928)：4核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件51952年A.D.Hershey和M.Chase用35S和32P分別標記T2噬菌體的蛋白質和核酸，感染大腸桿菌的實驗進一步證明了DNA是遺傳物質1.1.2A.D.HersheyM.Chase（1952年）1952年A.D.Hershey和M.Chase用35S6核酸作為遺傳信息的載體，負責遺傳信息的儲存、傳遞和表達。核酸作為遺傳信息的載體，負責遺傳信息的儲存、傳遞和表達。71.2核酸的種類和分布核酸核糖核酸nucleicacidribonucleicacidRNA核糖體RNA（ribosomeRNA,rRNA）信使RNA（messengerRNA,mRNA）nucleicacid轉運RNA（transferRNA,tRNA）

脫氧核糖核酸deoxyribonucleicacidDNA1.2核酸的種類和分布核酸8DNA主要存在于細胞核，是染色質的主要成分；原核生物DNA主要存在于類核（nucleoid）中；核外也存在有少量DNA，如線粒體、葉綠體、質粒（plasmid）。RNA主要存在于細胞質(90%)，少量存在于核仁中mRNA存在于細胞質上清液中，占總RNA的5~10%。tRNA存在于細胞質上清液中，占總RNA的10~15%rRNA存在于核糖體中，占總RNA的75~80%；DNA9核酸核苷酸核苷磷酸堿基（嘌呤和嘧啶）戊糖（核糖或脫氧核糖）1.3核酸的化學組成1.3核酸的化學組成10核苷酸堿基核糖或脫氧核糖磷酸核苷酸堿基核糖或脫氧核糖磷酸11核糖或脫氧核糖核糖或脫氧核糖12核糖或脫氧核糖核糖或脫氧核糖13核糖環(huán)上的編號核糖環(huán)上的編號14嘧啶嘌呤嘧啶嘌呤15腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶16脫氧核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸17核糖核苷酸核糖核苷酸18稀有堿基稀有堿基19稀有堿基假尿嘧啶次黃嘌呤7-甲基鳥嘌呤硫尿嘧啶稀有堿基假尿嘧啶次黃嘌呤7-甲基鳥嘌呤硫尿嘧啶20磷酸與核苷的不同連接磷酸與核苷的不同連接21ATPADPAMPATP22ATPADPAMPdATPdADPdAMPGTPGDPGMPdGTPdGDPdGMPCTPCDPCMPdCTPdCDPdCMPUTPUDPUMPdTTPdTDPdTMPATPADPAMPdATPdADP23游離核苷酸及核苷酸衍生物：除形成核酸外，細胞內還存在多種游離核苷酸及核苷酸衍生物。比如第二信使cAMP，輔酶NADH等。游離核苷酸及核苷酸衍生物：242核酸的分子結構2.1DNA的分子結構2.2RNA的分子結構2核酸的分子結構2.1DNA的分子結構252.1DNA的分子結構DNA的一級結構DNA的二級結構DNA的三級結構2.1DNA的分子結構DNA的一級結構26DNA的一級結構DNA的一級結構指的是組成DNA分子的脫氧核苷酸的連接方式和排列順序。DNA是由很多個dAMP、dGMP、dCMP和dTMP通過3’,5’-磷酸二酯鍵連成的無分支雙鏈線狀或環(huán)狀多核苷酸。E.coliDNA4106bp，1.4106nm；

人DNA2.9109bp9.9

108nmDNA的一級結構DNA的一級結構指的是組成DNA分子的脫氧核27方向方向28RNA易降解RNA易降解29核酸鏈示意圖（線條式）核酸鏈示意圖（線條式）305’pApCpTpTpGpApApCpG3’DNA5’pApCpUpUpGpApApCpC3’RNA簡化為：5’pACTTGAACG3’DNA5’pACUUGAACG3’RNA核酸的文字表述方式5’pApCpTpTpGpApApCpG3’DNA核酸的31由四種脫氧核苷酸通過3,5-磷酸二酯鍵連成不分枝的多聚核苷酸鏈長鏈。戊糖和磷酸構成了DNA的主鏈，堿基不參于主鏈而是向外伸出形成側鏈，主鏈單調重復，側鏈千變萬化。一級結構中重要的是核苷酸的組成（數量）和排列順序（堿基序列）。不同的DNA有不同的堿基組成和排列順序，這是構成DNA作為遺傳物質的關鍵因素。一級結構的基本特征由四種脫氧核苷酸通過3,5-磷酸二酯鍵連成不分枝的多聚核苷酸32DNA的二級結構DNA雙螺旋結構的主要依據雙螺旋結構特征雙螺旋結構的穩(wěn)定因素DNA二級結構的多態(tài)性DNA的二級結構DNA雙螺旋結構的主要依據33DNA雙螺旋結構的主要依據Chatgaff規(guī)則1949-1951年Chatgaff應用紫外分光光度法和紙層析等技術，對不同來源的DNA進行堿基定量分析，得出組成DNA四種堿基的比例關系。不同來源的DNA中[A]=[T]、[C]=[G]；A+G=T+C。DNA雙螺旋結構的主要依據Chatgaff規(guī)則34不同來源DNA堿基組成的比例關系不同來源DNA堿基組成的比例關系35X－光衍射測定DNA結構Wilkins及其同事Franklin等用X-射線衍射方法獲得的DNA結構資料。堿基之間可能存在氫鍵用電位滴定法證明DNA的磷酸基可以滴定，而嘌呤和嘧啶的-NH、-CO則不能滴定，因此它們之間形成氫鍵。X－光衍射測定DNA結構36核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件37核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件38脫氧核糖和磷酸基通過酯鍵交替連接成反向平行的兩條主鏈，它們繞一共同軸心向右盤旋形成雙螺旋構型。形成大溝和小溝。螺旋直徑2nm；螺旋周期包含10bp；螺距3.4nm；相鄰堿基對平面的間距0.34nm。雙螺旋結構特征脫氧核糖和磷酸基通過酯鍵交替連接成反向平行的兩條主鏈，它們繞39堿基位于螺旋的內則，它們以垂直于螺旋軸的取向。磷酸和戊糖位于外側，彼此間通過磷酸二酯鍵連接，形成DNA的骨架，糖環(huán)平面與中軸平行。堿基位于螺旋的內則，它們以垂直于螺旋軸的取向。磷酸和戊糖位于40同一平面的堿基在二條主鏈間形成堿基對。A-T、G-C間以氫鍵配對。A-T間形成兩個氫鍵，G-C間形成三個氫鍵。同一平面的堿基在二條主鏈間形成堿基對。A-T、G-C間以氫41雙螺旋結構的穩(wěn)定因素DNA結構穩(wěn)定的最主要因素是堿基堆積力。層層堆積的芳香族堿基上的

電子云交錯形成了堿基堆積力，使DNA雙螺旋結構內部形成疏水核心而不存在游離的水分子。堿基間的氫鍵。雙螺旋外側帶負電荷的磷酸基團同帶正電荷的陽離子之間形成的離子鍵可減少雙鏈間的靜電斥力，因而對DNA雙螺旋結構也有一定的穩(wěn)定作用。在原核生物中DNA通常和多胺類物質結合，在真核生物中則與組蛋白結合。雙螺旋結構的穩(wěn)定因素DNA結構穩(wěn)定的最主要因素是堿基堆積力。42動畫二級結構的多態(tài)性動畫二級結構的多態(tài)性43核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件44核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件45三鏈DNA三鏈DNA46核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件47核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件48DNA的三級結構DNA的三級結構49核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件50正超螺旋左旋負超螺旋右旋正超螺旋負超螺旋51從DNA到染色體見動畫從DNA到染色體見動畫522.2RNA的分子結構tRNArRNAmRNA2.2RNA的分子結構tRNA53tRNA結構tRNA分子中含有氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼環(huán)、額外環(huán)和T

C環(huán)tRNA結構tRNA分子中含有氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼54氨基酸臂：7bp組成，富含G，5’-pG或pC，3’-CCA-OH，氨基酸連接在腺苷酸殘基(A)上

。TψC環(huán)：由7個堿基組成，參與tRNA與核糖體表面的結合額外環(huán)或可變環(huán)：堿基種類和數量（3~18個堿基）高度可變，富含稀有堿基。環(huán)大小與生物種類有關，tRNA分類的指標。反密碼子環(huán)：由7個堿基組成，處于中間位的3個堿基為反密碼子，常含有次黃嘌呤核苷酸。反密碼子可與mRNA中的密碼子結合。毗鄰反密碼子的3‘端堿基往往為烷化修飾嘌呤，其5’端為U，即：U-反密碼子-修飾嘌呤。氨基酸臂：7bp組成，富含G，5’-pG或pC，3’-CC55核酸的結構和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化學課件56rRNA結構rRNA結構57⑴rRNA分子量為103-106D，存在于核糖體中，核糖體中有60%是rRNA，其余40%是蛋白質,占總RNA的75%-80%。原核生物大腸桿菌的rRNA有5S、16S和23SrRNA三種，動物細胞有5S、5.8S、18S和28SrRNA四種。⑴rRNA分子量為103-106D，存在于核糖體中，核糖58RNP結構5SRNA結構RNP結構5SRNA結構59mRNA結構mRNA是蛋白質生物合成的模板,是遺傳信息的傳遞者.每一種蛋白質多肽鏈由一種特定的mRNA編碼，故細胞內mRNA種類很多，但每一種mRNA的數量卻很少（5%以下），瞬時含量低，代謝率高。分子大小差異很大.mRNA結構mRNA是蛋白質生物合成的模板,是遺傳信息的傳遞60帽子結構區(qū)5’非編碼區(qū)編碼區(qū)3’非編碼區(qū)polyA尾巴原核生物真核生物帽子結構區(qū)原核生物真核生物61帽子結構m7GPPPN，m7GPPPNm，m7GPPPNmNm尾巴結構帽子結構尾巴結構623核酸的理化性質及應用3.1核酸的一般性質3.2核酸的紫外吸收3.3核酸的變形復性和分子雜交3核酸的理化性質及應用3.1核酸的一般性質633.1.1溶解性3.1.2電性3.1.3粘度3.1.4電泳3.1.5核酸的水解3.1.6核酸的酸堿性質3.1核酸的一般性質3.1.1溶解性3.1核酸的一般性質643.1.1溶解性：

RNA為白色粉末狀，DNA是白色纖維狀固體，二者均溶于水，而不溶于一般有機溶劑中，故常用冷乙醇從水溶液中將核酸沉淀出來。(核蛋白)3.1.2電性：核酸是兩性電解質，但酸性強，與金屬離子結合成鹽，也可與堿性蛋白（組蛋白）結合；介質pH大于4時，呈陰離子，電泳時向陽極移動；DNA在pH4~11間最穩(wěn)定，超出此范圍易變性。3.1.1溶解性：653.1.3粘度：大多數DNA為線性分子，長度可達數厘米，直徑僅為2nm，故DNA溶液粘度很高，分子極易斷裂；RNA溶液粘度較小。3.1.4電泳：由于核酸核酸在中性或堿性環(huán)境下帶負電荷。因而可以利用電泳對核酸進行分離。電泳介質有瓊脂糖凝膠和聚丙烯酰胺凝膠。電泳后的染色通常利用一種叫溴化乙錠的試劑，該分子呈扁平形，可插入核酸分子的堿基間。紫外線照射下會發(fā)出紅橙色熒光。3.1.3粘度：663.1.5核酸的水解核酸帶有糖苷鍵和磷酸二酯鍵，故可被酸、堿、酶水解嘌呤堿的N9或嘧啶堿的N1與戊糖的C1形成糖苷鍵磷酸基與2種戊糖分別形成核糖磷酸酯和脫氧核糖磷酸酯3.1.5核酸的水解核酸帶有糖苷鍵和磷酸二酯鍵，故可被67酸水解糖苷鍵和磷酸二酯鍵都能被酸水解糖苷鍵比磷酸二酯鍵更易被酸水解嘌呤堿的糖苷鍵比嘧啶堿的糖苷鍵對酸更不穩(wěn)定對酸最不穩(wěn)定的是嘌呤與脫氧核糖之間的糖苷鍵酸水解糖苷鍵和磷酸二酯鍵都能被酸水解68堿水解RNA的磷酸二酯鍵易被堿水解，產生核苷酸DNA的磷酸二酯鍵不易被水解。堿水解RNA的磷酸二酯鍵易被堿水解，產生核苷酸693.1.6核酸的沉降特性溶液中的核酸分子在引力場中可以下沉。不同構象的核酸（線形，開環(huán)，超螺旋結構）、蛋白質及其他雜質在超離心機的強大引力場中，沉降的速率有很大差異，所以可以用超離心法純化核酸，或將不同構象的核酸進行分離，也可以測定核酸的沉降常數與分子量。RNA分離常用蔗糖梯度。分離DNA時用得最多的是氯化銫梯度。3.1.6核酸的沉降特性溶液中的核酸分子在引力場中可以下703.2核酸的紫外吸收性質核酸分子中的嘌呤和嘧啶堿基中含有共軛雙鍵體系，具有特殊的紫外吸收光譜，其最大吸收峰位于260nm處?？啥繙y定核酸的含量或鑒定核酸的純度。純DNA：OD260/OD280=1.8純RNA：OD260/OD280=2.03.2核酸的紫外吸收性質核酸分子中的嘌呤和嘧啶堿基中713.3核酸的變性、復性、分子雜交核酸的變性是指因某些理化因素的影響使維持核酸空間結構的氫鍵和疏水鍵斷裂，雙螺旋結構解體，但不涉及核苷酸間共價鍵的斷裂。核酸變性后，粘度降低，紫外吸收值增高(增色效應)，生物功能消失。3.3核酸的變性、復性、分子雜交核酸的變性是指因某些理化因72增色效應

核酸熱變性時，紫外吸收隨之增強的現象。減色效應核酸復性時，紫外吸收隨之減弱的現象。增色效應73可引起核酸變性的因素由溫度升高引起的變性稱熱變性。由酸堿度改變引起的稱酸堿變性。尿素和甲醛也是核酸變性劑。前者常用于DNA聚丙烯酰胺凝膠電泳時DNA的變性,后者常用于瓊脂糖凝膠電泳中ＲＮＡ的變性。提高離子強度，可以起到防止變性的作用可引起核酸變性的因素74TmDNA的熱變性過程中光吸收達到最大吸收一半時的溫度稱為DNA的解鏈溫度(meltingtem