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第二章 核酸的结构与功能 二、教学要求 1掌握核酸的化学组成；掌握DNA的一级结构、二级结构及其功能；掌握三种RNA的结构特点和功能。 2熟悉核酸的变性、复性；核酸的理化性质。 3了解DNA、tRNA的三级结构；核酸酶的概念（自学）。 重点：DNA的二级结构，三类RNA的结构特点及功能；DNA的变性、复性以及在分子生物学中的应用；DNA与RNA分子组成的异同。 难点：DNA二级结构要点，tRNA二级结构与功能关系 考核要求： 一、核心内容：核酸的分子组成，DNA的碱基组成规律，DNA一级结构的概念、二级结构及其要点；DNA的功能。RNA的分类，mRNA结构、功能；退火的概念。 二、重点内容：tRNA、rRNA的结构特点和功能。核酸的变性、复性概念；增色效应、解链温度；核酸杂交。内容提纲： 核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子。天然存在的核酸分为DNA和RNA两类。根据RNA的生物学功能不同，生物细胞内主要存在三种RNA，即信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。 核酸的一级结构是指多核苷酸链中核苷酸残基的组成和排列顺序。DNA的二级结构是典型的双螺旋结构。原核生物DNA的三级结构是在二级结构的基础上进一步折叠盘饶形成的超螺旋结构。真核细胞DNA的双链缠饶在组蛋白上构成核小体。 核酸分子在260nm波长处具有紫外吸收特性。DNA的变性是指在理化因素作用下，DNA分子中的氢键断裂，双螺旋结构解开形成两个单链的过程。当紫外吸收达到最大值一半时的温度称为DNA的熔解温度(Tm)，亦称解链温度。DNA的Tm值大小与分子中的G、C含量多少及分子的长度有关。DNA的复性是指变性分开的两条单链，按照碱基互补配对原则重新形成双螺旋的过程。通常采用缓慢降温的方法使其复性，所以DNA的复性亦称为“退火”。分子杂交是指不同来源的核酸单链合并在一起，形成杂化双链的 核 酸(nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。 第一节 核酸的化学组成及其一级结构n 一，核酸的分类及分布3、核苷（nucleoside核苷 = 碱基 + 核糖 连接方式：糖苷键(glycosidic bond)4、 核苷酸(nucleotide) 核苷酸 = 核苷 + 磷酸 连接方式：磷酸酯键核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP重要的核苷酸衍生物环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信号转导中的第二信使。l 含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP三、核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接形成多聚核苷酸链一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiester bond)。 多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA链。四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺 序n 定义核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。 核酸分子的大小常用碱基(base pair 或kilobase)数目来表示。 小的核酸片段(80)。 rRNA与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。n 蛋白质合成时形成的复合体四、snmRNA参与了基因表达的调控细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 RNA组学是研究细胞内snmRNA的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时空状态下snmRNAs表达谱的变化，以及与功能之间的关系。 snmRNAs的种类l 核内小RNAl 核仁小RNAl 胞质小RNAl 催化性小RNAl 小片段干涉 RNA l snmRNAs的功能参与hnRNA的加工剪接n 核酶某些小RNA分子具有催化特定RNA降解的活性，这种具有催化作用的小RNA亦被称为核酶(ribozyme)或催化性RNA(catalytic RNA)。 小片段干扰RNA siRNA是生物宿主对外源侵入的基因表达的双链RNA进行切割所产生的特定长度和特定核酸序列的小片段RNA。 siRNA可以与外源基因表达的mRNA相结合，并诱发这些mRNA的降解。 基于此机理，人们发明了RNA干扰(RNA interference，RNAi)技术。五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现了不同的时空特性n 原核生物基因表达的特异性n 真核生物基因表达的特异性第四节核酸的理化性质 核酸的酸碱及溶解度性质l 核酸为多元酸，具有较强的酸性。 核酸的高分子性质l 粘度：DNARNA dsDNA ssDNAl 沉降行为:不同构象的核酸分子的沉降的速率有很大差异，这是超速离心法提取和纯化核酸的理论基础。一、核酸分子具有强烈的紫外吸收核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是由碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。紫外吸收的应用 DNA或RNA的定量A260 = 1.0 相当于 50g/ml 双链DNA(dsDNA)40g/ml 单链DNA (ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸 确定样品中核酸的纯度 纯 DNA: A260/A280 = 1.8纯 RNA: A260/A280 = 2.0二、DNA变性是双链解离为单链的过程DNA的变性(denaturation)在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。DNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性后其它理化性质变化OD260增高粘度下降比旋度下降浮力密度升高酸碱滴定曲线改变生物活性丧失DNA解链时的紫外吸收变化 增色效应(hyperchromic effect)：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。融解温度/解链温度(melting temperature，Tm)定义：在DNA热变性时，其A260的升高达最 大值一半时的温度。 三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链 当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为DNA复性(renaturation) 。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火 。减色效应：DNA复性时，其溶液OD260降低核酸分子杂交(hybridization) 不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。 这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。核酸分子杂交的应用 研究DNA分子中某一种基因的位置。 监定两种核酸分子间的序列相似性。 检测某些专一序列在待检样品中存在与否第五节 核酸酶 核酸酶是指所有可以水解核酸的酶 依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA。RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA。 依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：53或35核酸外切酶核酸酶的功能 参与DNA的合成、修复以及RNA的剪接。 清除多余的、结构和功能异常的核酸，