基础生化第3章核酸化学

1、第三章第三章 核酸化学核酸化学主要内容：主要内容：介绍核酸的分类和化学组成，重点讨论介绍核酸的分类和化学组成，重点讨论DNADNA和和RNARNA的结构特征，初步认识核酸的结构特征与其的结构特征，初步认识核酸的结构特征与其功能的相关性；介绍核酸的主要理化性质和核功能的相关性；介绍核酸的主要理化性质和核酸研究的一般方法酸研究的一般方法。思考思考核酸的结构与功能核酸的结构与功能第一节第一节 核酸的研究历史和重要性核酸的研究历史和重要性第二节第二节 核酸的分类核酸的分类和和基本结构单位基本结构单位核苷酸核苷酸第三节第三节 DNADNA的分子结构的分子结构第四节第四节 RNARNA的分子结构的分子结构

2、第五节第五节 核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术第六节第六节 DNADNA研究进展研究进展核酸的研究历史和重要性核酸的研究历史和重要性1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一从脓细胞的细胞核中分离出了一 种种含磷酸的有机物，当时称为核素（含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称后称为核酸（为核酸（nucleic acid）1944 Avery 等通过肺炎球菌转化试验证明等通过肺炎球菌转化试验证明DNA是是遗传物质遗传物质1953 Watson和和Crick提出提出DNA结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型1958 Crick提出遗传信

3、息传递的中心法则提出遗传信息传递的中心法则70年代年代 建立建立DNA重组技术重组技术80年代以后年代以后 分子生物学、分子遗传学等学科突飞分子生物学、分子遗传学等学科突飞猛进发展，实施人类基因组计划（猛进发展，实施人类基因组计划（HGP） 核酸分类和分布核酸分类和分布 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）:遗传信息的遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核原核细胞没有明显的细

4、胞核结构，细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。 核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）：）：主要参与遗传信息的主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。另外本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为在植物中还发现了一类比病毒

5、还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA分子，还发现有些分子，还发现有些RNA具生物催化作用（具生物催化作用（ribozyme）。核酸的基本结构单位核酸的基本结构单位核苷酸核苷酸1 核酸分子中核苷酸的化学组成与命名核酸分子中核苷酸的化学组成与命名 (1) 核苷酸核苷酸 (2) 常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名 (3) 稀有核苷酸稀有核苷酸 ( (4)4)核苷酸、核苷、碱基、五炭糖的概念和关系核苷酸、核苷、碱基、五炭糖的概念和关系2 细胞内游离核苷酸及其衍生物细胞内游离核苷酸及其衍生物 多磷酸核苷酸多磷酸核

6、苷酸 环核苷酸环核苷酸 辅酶类核苷酸辅酶类核苷酸 其它核苷酸衍生物其它核苷酸衍生物5 -磷酸核苷酸的基本结构磷酸核苷酸的基本结构Nitrogenous basePentose sugarHOCH2HOHDoxyribose (in DNA)HOCH2HOOHRibose (in RNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG核糖和脱氧核糖核糖和脱氧核糖基本碱基结构和命名基本碱基结构和命名Adenine (A)Guanine (G)Cytosine (C)Uracil (U)Thymine (T)py

7、rimidine核苷酸（核苷酸（nucleictide）H腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（ AMP） Adenosine monophosphate脱氧腺嘌呤核苷酸（脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP） Deoxyadenosine monophosphate鸟嘌呤核苷酸（鸟嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）PPPPPPPP常见（脱氧）核苷酸的结构和命名常见（脱氧）核苷酸的结构和命名鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸（

8、GMP）尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸（AMP）脱氧腺嘌呤核苷酸脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）(OH)核苷酸的组成核酸核酸核苷酸核苷酸 核苷核苷磷酸磷酸 碱基碱基 戊糖戊糖(OH)几种稀有核苷酸几种稀有核苷酸假尿苷（假尿苷（ ）二氢尿嘧啶核苷二氢尿嘧啶核苷 （DHU）AmCH3CH3H3Cm26GHH5cAMP cGMPFADNAD、NADPHSCoA辅酶辅酶UDPG的结构的结构GUDP 5 -NMP

9、 5 -NDP 5 -NTPN=A、G、C、U 5 -dNMP 5 -dNDP 5 -dNTP N=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物腺苷酸及其多磷酸化合物 AMP Adenosine monophosphate ADP Adenosine diphosphate ATP Adenosine triphosphate 第三节第三节 DNA的分子结构的分子结构 一、一、 DNA 一级结构一级结构二、二、 DNA的二级结构的二级结构三、三、 DNA的三级结构的三级结构DNA 的一级结构的一级结构 DNA分子中各脱氧核苷酸分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（之间的连接方式（3 -5 磷酸二磷酸二酯键

10、酯键）和排列顺序叫做）和排列顺序叫做DNA的的一级结构，简称为碱基序列。一一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为级结构的走向的规定为5 3 。不同的不同的DNA分子具有不同的核分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。的遗传信息。 一级结构的表示一级结构的表示法法 55端端3端端CGADNADNA一级结构的表示法一级结构的表示法5 3 结构式结构式5 3 p p p pOH3 ACTG1 线条式线条式5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式字母式 DNADNA一级结构一级结构5 3 OHOHOH5 3 RNARNA一级结构一级结构DNA酶

11、酶法法序序列列分分析析的的原原理理酶酶反反应应电电泳泳方方向向模板模板CCGGTAGCAACT3 5 GG5 3 引物引物dATPdCTPdGTPdTTP+ddATPdATPdCTPdGTPdTTP+ddTTPdATPdCTPdGTPdTTP+ddGTPdATPdCTPdGTPdTTP+ddCTPGGCCAGGCCATCGTTGAGGCGGCCGGCCATCGGCCATCGTTGGGCCATCGGGCCATGGCCATCGTGGCCATCGTTA C G TAGTTGCTACC3 5 TCAACGATGG5 3 读出模板读出模板互补序列互补序列读出模板读出模板序列序列DNA的二级结构的二级结构

12、（1） DNA的的双螺旋结构双螺旋结构(Watson-Crick模型模型) DNA双螺旋结构双螺旋结构特征特征及及意义意义（2） DNA双螺旋的双螺旋的多态性多态性（3）某些其它）某些其它DNA螺旋结构螺旋结构 DNA回文结构回文结构 、 三链三链DNA 、四链四链DNADNA的双螺旋结构的形成的双螺旋结构的形成5 3 5 3 5 3 5 3 磷酸磷酸核糖核糖碱基碱基A-T碱基对碱基对G-C碱基对碱基对DNA的双螺旋模型特点的双螺旋模型特点 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。的中心轴右旋相互盘绕而形成。 磷酸和脱氧核糖单位作为不

13、变的骨架组成磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按链间碱基按AT，GC配对配对(碱基配对原则碱基配对原则，碱基互补，碱基互补, Chargaff定律定律)。糖环平面与中。糖环平面与中轴平行，碱基平面与纵轴垂直。轴平行，碱基平面与纵轴垂直。 螺旋直径螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔螺旋结构每隔10个碱基对（个碱基对（base pair, bp）重复一次，间隔为重复一次，间隔为3.4nm3.4nm10个个核苷酸核苷酸2nm由于碱基对排列的方向由于碱基对排列的方向性，

14、使得碱基对占据的性，使得碱基对占据的空间是不对称的，因此空间是不对称的，因此，在双螺旋的表面形成，在双螺旋的表面形成大小两个凹槽，分别称大小两个凹槽，分别称为为大沟和小沟，大沟和小沟，二者交二者交替出现替出现Chargaff定则（1950s,E. Chargaff发现）I.I. DNADNA碱基组成符合：碱基组成符合： A=TA=T；G=CG=C； A+G=T+CA+G=T+C。II.II. 不对称比率：不对称比率：A+T/G+CA+T/G+C； 物种不同，物种不同，DNADNA碱基组成不同；碱基组成不同； 物种亲缘愈接近，碱基组成也愈接近，该比物种亲缘愈接近，碱基组成也愈接近，该比 率越相近

15、似。率越相近似。.具有种的特异性，没有器官和组织的特异性，具有种的特异性，没有器官和组织的特异性，年龄、营养状况、环境的改变不影响年龄、营养状况、环境的改变不影响DNADNA的的碱基组成。碱基组成。提出提出DNADNA双螺旋结构模型的根据双螺旋结构模型的根据 Rosalind Franklin (1920 - 1958)James Watson (1928 ) & Francis Crick (19162004) DNA XRD diffraction patterns obtained by FranklinPublished paper by Watson & Crick

16、氢键氢键横向稳定性横向稳定性. 碱基堆集力碱基堆集力纵向稳定性纵向稳定性 碱基处于疏水环境中碱基处于疏水环境中 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和或正离子中和DNA的双螺旋结构的双螺旋结构稳定因素稳定因素DNA的双螺旋结构的双螺旋结构的意义的意义双螺旋结构的理论促进了近代核酸结构功能的研究和双螺旋结构的理论促进了近代核酸结构功能的研究和发展，是生命科学发展史上的杰出贡献，被认为是现发展，是生命科学发展史上的杰出贡献，被认为是现代分子生物学诞生的标志。其深刻意义在于：代分子生物学诞生的标志。其深刻意义在于：1 1、确立、确立了核酸作为信息分子的结构基础，提出了碱基配

17、对是了核酸作为信息分子的结构基础，提出了碱基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，从而最终确定核酸复制、遗传信息传递的基本方式，从而最终确定了核酸是遗传的物质基础。了核酸是遗传的物质基础。2 2、提出了作为遗传功能分、提出了作为遗传功能分子的子的DNADNA的复制方式，半保留复制是生物体遗传信息传的复制方式，半保留复制是生物体遗传信息传递的最基本方式。递的最基本方式。DNA双螺旋的不同构象双螺旋的不同构象三种三种DNA双螺旋构象比较双螺旋构象比较A B Z外型外型 粗短粗短 适中适中 细长细长螺旋方向螺旋方向 右手右手 右手右手 左手左手螺旋直径螺旋直径 2.3nm 2.0nm 1.8nm碱

18、基直升碱基直升 0.255nm 0.34nm 0.37nm碱基夹角碱基夹角 330 360 60.00每圈碱基数每圈碱基数 11 10 12轴心与碱轴心与碱基对关系基对关系2.46nm 3.32nm 4.56nm碱基倾角碱基倾角 200 00 70糖苷键构象糖苷键构象 反式反式 反式反式 C、T反式，反式，G顺式顺式大沟大沟 很窄很深很窄很深 很宽较深很宽较深 平坦平坦小沟小沟 很宽、浅很宽、浅 窄、深窄、深 较窄很深较窄很深DNA回文序列及几种结构形式回文序列及几种结构形式回文序列（反向重复序列）回文序列（反向重复序列）发夹式结构发夹式结构十字形结构十字形结构中心区域中心区域DNA二二级级结

19、结构构的的多多样样性性DNA分子中十字形结构的形成分子中十字形结构的形成富于富于AT富于富于ATHolliday结构结构DNA分子内分子内的三链结构的三链结构 多聚嘌呤多聚嘌呤多聚嘧啶多聚嘧啶 嘌呤嘌呤-嘌呤嘌呤-嘧啶型（嘧啶型（Pu-Pu-Py型）型） 即：即：AAT；GG C 嘧啶嘧啶-嘌呤嘌呤-嘧啶型（嘧啶型（Py-Pu-Py型）型） 即：即：TAT；C G C三股螺旋三股螺旋DNA即三链即三链DNAquadruplex DNA DNA的三级结构的三级结构 在细胞内，由于在细胞内，由于DNA分子与其它分子（主分子与其它分子（主要是蛋白质）的相互作用，使要是蛋白质）的相互作用，使DNA双螺

20、旋进一双螺旋进一步扭曲形成的高级结构步扭曲形成的高级结构. 实例：实例：超螺旋超螺旋 染色体染色体（ chromosome） 病毒病毒（virus）DNADNA超螺旋结构的形成超螺旋结构的形成1）超螺旋是指）超螺旋是指双螺旋进一步双螺旋进一步扭曲或再螺旋扭曲或再螺旋的构象。的构象。2）正超螺旋）正超螺旋（变紧，过旋）（变紧，过旋）和负超螺旋和负超螺旋（变松，欠（变松，欠旋）。旋）。核小体盘绕及染核小体盘绕及染色体示意图色体示意图组蛋白与DNA的结合组组蛋蛋白白与与DNA的的结结合合真核生物染色体真核生物染色体DNA组装不同层次的结构组装不同层次的结构DNA （2nm）核小体链（核小体链（ 11

21、nm，每个核小体每个核小体200bp）纤丝（纤丝（ 30nm，每圈每圈6个核小体）个核小体）突环（突环（ 150nm，每个突环大约每个突环大约75000bp）玫瑰花结（玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）个突环）螺旋圈（螺旋圈（ 700nm，每圈每圈30个玫瑰花）个玫瑰花）染色体（染色体（ 1400nm，每个染色体含每个染色体含10个玫个玫瑰花瑰花200bp）-人的染色体压缩人的染色体压缩8000-10000噬菌体噬菌体T2结构结构头部头部颈圈颈圈尾部尾部基板基板尾丝尾丝尖钉尖钉DNA动物病毒切面模式图动物病毒切面模式图被膜（脂蛋白、被膜（脂蛋白、碳水化合物）碳水化合物）衣壳（蛋白质）衣壳（蛋

22、白质）核酸核酸突起（糖蛋白）突起（糖蛋白）病毒粒病毒粒（DNA或或RNA）第四节第四节 RNARNA的分子结构的分子结构一、一、RNA一级结构一级结构 、特点、类别特点、类别二、二、tRNA 的分子结构的分子结构三、三、rRNA的分子结构的分子结构四、四、mRNA的分子结构的分子结构RNA的一级结构的一级结构 RNA分子中各核苷之间分子中各核苷之间的连接方式（的连接方式（3 -5 磷酸二磷酸二酯 键酯 键 ） 和 排 列 顺 序 叫 做） 和 排 列 顺 序 叫 做RNA的一级结构的一级结构OHOHOH5 3 RNA与与DNA的差异的差异 DNA RNA 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖 AGCT

23、AGCU 不含稀有碱基不含稀有碱基 含稀有碱基含稀有碱基RNA的的结构特点结构特点类别类别 信使信使RNA（messenger RNA，mRNA）：）：在蛋白质合成中起在蛋白质合成中起模板作用；模板作用； 核糖体核糖体RNA（ribosoal RNA，rRNA）：）：与蛋白质结合构成与蛋白质结合构成核糖体（核糖体（ribosome）,核糖体是蛋白质合成的场所；核糖体是蛋白质合成的场所； 转移转移RNA（transfor RNA，tRNA）：）：在蛋白质合成时起着在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。携带活化氨基酸的作用。 其它其它RNA1.分子较小；分子较小；2. 多为单链结构，少数局部形成

24、螺旋（发夹结构）；多为单链结构，少数局部形成螺旋（发夹结构）；3.碱基组成：碱基组成：A、G、C、U （AU/GC）；）；4. 稀有碱基较多，稳定性较差，易水解。稀有碱基较多，稳定性较差，易水解。 tRNA tRNA 的结构的结构二级结构二级结构特征特征： 单链单链 三叶草叶形三叶草叶形 四臂四环四臂四环三级结构三级结构 特征：特征： 在二级结构基础上进一在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒步折叠扭曲形成倒L型型酵母酵母tRNA Ala 的二级结构的二级结构DHU环环IGC反密码子反密码子反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂可变环可变环TC环环CCAAla3 5 密码子密码子tRNAtRNA反密码

25、子反密码子氨基酸是对号入座的氨基酸是对号入座的tRNA的三级结构的三级结构tRNA 的特点的特点4约占总约占总RNARNA的的10-15%10-15%，分子最小。，分子最小。4已知每一个氨基酸至少有一个相应的已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNAtRNA。4它在蛋白质生物合成中起翻译它在蛋白质生物合成中起翻译mRNAmRNA信息，信息，并将相应的氨基酸转运到核糖体，参与并将相应的氨基酸转运到核糖体，参与蛋白质体的合成。蛋白质体的合成。 rRNA的分子结构的分子结构特征特征： 单链，螺旋化程度较单链，螺旋化程度较tRNA低低 约占全部约占全部RNA的的80-85%，含量最多。，含量最多。 与蛋

26、白质组成核糖体后方能发挥其功能特征与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能特征原核生物真核生物核糖体rRNA核糖体rRNA 30s70s 50s16s5s 、23s 40s 80s 60s 18s5s、5.8s、28srRNArRNA的分子结构的分子结构原核生物原核生物 16S rRNA 真核生物真核生物18S rRNA mRNA的分子结构的分子结构原核生物原核生物mRNA特征特征： 先导区先导区+翻译区（翻译区（多顺反子多顺反子）+末端序列末端序列真核生物真核生物mRNA特征特征： “帽子帽子”（m7G-5 ppp5 -N-3 p）+单顺单顺反子反子+“尾巴尾巴”（Poly A）原核细胞原核细胞m

27、RNAmRNA的结构特点的结构特点5 3 顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区(SD序列序列)末端顺序末端顺序真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点AAAAAAA-OH5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5 ppp-N-3 p 特点1.1.约占总约占总RNARNA的的3%-5%3%-5%，含量最少，种，含量最少，种类最多。类最多。2.2.成熟成熟mRNAmRNA不含内含子，不含内含子，hnRNAhnRNA含有。含有。3.3.mRNAmRNA从从DNADNA转录遗传信息，并作为蛋转录遗传信息，并作为蛋白质合成的模板，决定蛋

28、白质的氨白质合成的模板，决定蛋白质的氨基酸顺序。基酸顺序。第五节第五节 核酸的某些理化性质及核酸的某些理化性质及 核酸研究常用技术核酸研究常用技术一、核酸的两性解离性质和等电点一、核酸的两性解离性质和等电点二、二、核酸的水解核酸的水解三、核酸的紫外吸收特性三、核酸的紫外吸收特性(max=260nm)四、核酸的沉降特性四、核酸的沉降特性 沉降系数沉降系数(s)五、五、核酸的变性核酸的变性、复性和分子杂交复性和分子杂交核酸的水解核酸的水解4核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。条件下水解切断。4DNADNA和和RNARNA对酸或碱的耐受程度有很大差对酸

29、或碱的耐受程度有很大差别。室温条件下，别。室温条件下，DNADNA在碱中变性，但不在碱中变性，但不水解，水解，RNARNA水解。水解。4在细胞内核酸分子受在细胞内核酸分子受DNADNA酶作用。酶作用。加热加热部分双螺旋解开部分双螺旋解开 无规则线团无规则线团 链内碱基配对链内碱基配对 变性变性：是在物理或化学因素作用下核酸双螺旋是在物理或化学因素作用下核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。构的过程。过量酸，碱过量酸，碱pH(11.3或4.0) ;加热加热;低离子强度;变性试剂如尿素、变性试剂如尿素、甲酰胺、甲醛等甲醛等有机溶剂DNA

30、DNA变性的特征变性的特征变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。变性改变了变性改变了DNA的二级结构，一级结构的二级结构，一级结构(碱基碱基顺序顺序)保持不变。保持不变。紫外吸收值明显增加，即紫外吸收值明显增加，即增色效应增色效应。DNADNA的变性过程是突变性的，它在很窄的温度的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。区间内完成。 DNADNA熔解温度熔解温度粘度降低，沉降系数增加。粘度降低，沉降系数增加。某些某些DNADNA的的TmTm值值60801001 .01 .41 .2100%A260t 0CTmTmTmTmTmTm123TmTm：熔解温

31、度（熔解温度（melting temperaturemelting temperature）Poly d(A-T)DNAPoly d(G-C) 当当50%的的DNA变性变性时的温度称为该时的温度称为该DNA的的解链温度，即增色效应解链温度，即增色效应达到一半时的温度；一达到一半时的温度；一般般DNA的的Tm值在值在70-85 C之间。之间。 Tm的的大小与大小与DNA均一性、溶液盐浓均一性、溶液盐浓度、度、G和和C的含量有的含量有关关（经验公式计算（经验公式计算： G+C)%=(Tm-69.3)X2.44）。）。1232202402602800.4波长（波长（nmnm）光光吸

32、吸收收123DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱天然天然DNA变性变性DNA核苷酸总吸收值核苷酸总吸收值123复性复性：变性变性DNA在适当的条件下在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，其物理性质和合成为双螺旋结构，其物理性质和生物活性随之恢复，这一过程称为生物活性随之恢复，这一过程称为复性。复性。对于热变性的对于热变性的DNA，在缓慢冷却的在缓慢冷却的条件下可重新结合恢复双螺旋结构条件下可重新结合恢复双螺旋结构，称为，称为退火退火。加热加热缓慢冷却缓慢冷却加热加热缓慢冷却缓慢冷却DNA的复性条件41.将热变性的将热变性的DNA骤然冷却至低温

33、时，骤然冷却至低温时，DNA不可能复性。即淬火。不可能复性。即淬火。42.将变性的将变性的DNA缓慢冷却时，可以复性。缓慢冷却时，可以复性。退火温度退火温度Tm2543.分子量越大复性越难。浓度越大，复性分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，越容易。此外，DNA的复性需要一定的的复性需要一定的盐浓度，也与它本身的组成和结构有关盐浓度，也与它本身的组成和结构有关。分子杂交的原理示意图分子杂交的原理示意图探针探针杂交杂交（缓慢冷却）（缓慢冷却）变性变性（加热）（加热）分子杂交的原理示意图分子杂交的原理示意图 不同来源的不同来源的DNA单链间或单链间或单链单链DNA与与RNA之间只要之间只

34、要有碱基配对的区域，在复性有碱基配对的区域，在复性时可形成局部双螺旋区，称时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交（核酸分子杂交（hybridization）。制备特定。制备特定的探针（的探针（probe）通过杂交通过杂交技术可进行基因的检测和定技术可进行基因的检测和定位研究。位研究。实例：实例：southern印迹法印迹法 第六节第六节 DNADNA研究进展研究进展一一、人类基因组计划简介人类基因组计划简介 （Human Genome Project，HGP）二二、DNA芯片技术简介芯片技术简介 （DNA chip）人类基因组计划简介人类基因组计划简介（Human Genome Project，

35、HGP） 该计划是美国科学家在该计划是美国科学家在1985年率先提出，年率先提出，1990年正年正式启动。美、英、德、法、日先后参加了此项工作，式启动。美、英、德、法、日先后参加了此项工作，1999年我国成为年我国成为 HGP的第六个成员国。的第六个成员国。 HGP旨在阐明人类基因组旨在阐明人类基因组DNA所具有的所具有的310109 9核苷酸核苷酸的序列，发现所有的人类基因并阐明其在染色体上的位的序列，发现所有的人类基因并阐明其在染色体上的位置，破译人类的全部遗传信息，使得人类第一次在分子置，破译人类的全部遗传信息，使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。水平上全面地认识自我。 到目前为止

36、，已完成了人类基因组的框架图，测序的到目前为止，已完成了人类基因组的框架图，测序的工作已基本完成。工作已基本完成。 HGP的实施，揭开了生命科学新的一的实施，揭开了生命科学新的一页，它可以造福于人类，但也面临的伦理的挑战。页，它可以造福于人类，但也面临的伦理的挑战。 1994年，我国年，我国HGP在吴旻、强伯勤、陈竺、杨焕明的倡导下启动，最初在吴旻、强伯勤、陈竺、杨焕明的倡导下启动，最初由国家自然科学基金会和由国家自然科学基金会和863高科技计划的支持下，先后启动了高科技计划的支持下，先后启动了“中华民族中华民族基因组中若干位点基因结构的研究基因组中若干位点基因结构的研究”和和“重大疾病相关基

37、因的定位、克隆、重大疾病相关基因的定位、克隆、结构和功能研究结构和功能研究”，1998年在国家科技部的领导和牵线下，年在国家科技部的领导和牵线下，1998年在上海成年在上海成立了南方基因中心，立了南方基因中心，1999年在北京成立了北方人类基因组中心，年在北京成立了北方人类基因组中心，1998年，组年，组建了中科院遗传所。建了中科院遗传所。1999年年7月在国际人类基因组注册，得到完成人类月在国际人类基因组注册，得到完成人类3号染号染色体短臂上一个约色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1。青山衬托之下，是一片金灿灿青山衬托

38、之下，是一片金灿灿的中国水稻梯田。的中国水稻梯田。20022002年年4 4月月5 5日以中国梯田为封面的日以中国梯田为封面的 ScienceScience杂志以杂志以1414页篇幅率先页篇幅率先发表了一个重大成果发表了一个重大成果中国人中国人独立完成的论文独立完成的论文水稻（籼稻）水稻（籼稻）基因组的工作框架序列基因组的工作框架序列，显，显示对中国科学家成就充分肯定。示对中国科学家成就充分肯定。COVER Photograph of the Honghe Hani rice terraces in Yunnan Province, China. In this issue, two sepa

39、rate research groups report draft sequences of two strains of rice-japonica and indica. In addition, the Editorial, News Focus, Letters, and Perspectives highlight the significance of the rice genome to the worlds population. Image: Liwen Ma and Baoxing Qiu, Beijing Genomics InstituteHGP取得的成就取得的成就 完

40、成了人类基因组工作草图绘制完成了人类基因组工作草图绘制,揭示了人类基因组若揭示了人类基因组若干细节干细节 基本上测定了人类基因组上的碱基序列基本上测定了人类基因组上的碱基序列 一些模式生物一些模式生物(果蝇、拟南介等果蝇、拟南介等)和作物（如水稻）基和作物（如水稻）基因草图绘制成功，测序基本完成因草图绘制成功，测序基本完成 促进了生物信息学、蛋白质组学、糖组学的迅猛发展促进了生物信息学、蛋白质组学、糖组学的迅猛发展 人类基因组草图绘就，中国科学家功不可没人类基因组草图绘就，中国科学家功不可没HGP面临的挑战面临的挑战 基因的隐私权问题基因的隐私权问题 基因组图谱和信息的使用与人的社会权利问题基

41、因组图谱和信息的使用与人的社会权利问题 基因资源问题基因资源问题 基因知识的滥用问题基因知识的滥用问题DNA芯片技术简介芯片技术简介 DNA芯片芯片(DNA chip)技术是采用寡核苷酸原位合成或技术是采用寡核苷酸原位合成或显微打印手段，将数以万计的显微打印手段，将数以万计的DNA探针片段有序地固化探针片段有序地固化于支持物表面上，产生二维于支持物表面上，产生二维DNA探针阵列，然后与标记探针阵列，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号来实现对生物样品的样品进行杂交，通过检测杂交信号来实现对生物样品的快速、并行、高效地检测或诊断。的快速、并行、高效地检测或诊断。 由于常用硅芯片作为固相支持物，且在制备过程中运由于常用硅芯片作为固相支持物，且在制备过程中运用了计算机芯片的制备技术，所以称为用了计算机芯片的制备技术，所以称为DNA芯片技术。芯片技术。人类将进入生物经济时代人类将进入生物经济时代基因基因操纵生命的工具操纵生命的工具基因组基因组