生物化学第二章核酸的结构和功能

1、第二章第二章核酸的结构与功能核酸的结构与功能Structure and Function of Nucleic Acid 核核 酸酸(nucleic acid) 以核苷酸为基本组成单位的生物以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，它具有严密空间构象和重要大分子，它具有严密空间构象和重要生理功能（携带和传递遗传信息）。生理功能（携带和传递遗传信息）。 目录目录核糖核酸核糖核酸(ribonucleic acid,)(deoxyribonucleic acid,)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸目录目录第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component

2、and Primary Structure of Nucleic Acid目录目录 核核 酸酸核苷酸核苷酸 核核 苷苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖 一、组成核酸的基本单位一、组成核酸的基本单位-核苷酸核苷酸 （组成基本单位）（组成基本单位）目录目录碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中 核酸的化学组成核酸的化学组成 :1. 元素组成元素组成C、H、O、N、P（910%）2. 分子组成分子组成目录目录嘌呤嘌呤(purine，Pu

3、) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)目录目录NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3目录目录戊糖戊糖: :（组成（组成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（组成（组成DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)目录目录DNA和和RNA分子组成分子组成的区别的

4、区别: :核核 糖糖A、 G、C、URNA脱氧核糖脱氧核糖A、 G、C、TDNA碱基碱基核糖核糖核酸核酸目录目录 嘌呤嘌呤N-9 -9或或嘧啶嘧啶N-1 -1与核糖与核糖C-1C-1 通过通过 -N-N-糖苷糖苷键相连形成键相连形成核苷核苷(ribonucleoside)。核苷核苷: :NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键目录目录核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷酸核苷酸(ribonucleotide)或或脱氧核苷酸脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸核苷酸(ribonucleotide):NNNN9NH

5、2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO糖苷键糖苷键酯键酯键目录目录多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸: :目录目录环化核苷酸：环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信，是细胞信号转导中的第二信使。号转导中的第二信使。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMP核苷酸衍生物核苷酸衍生物:目录目录 概概 念念: : 核苷酸在核酸分核苷酸在核酸分子中从子中从55端到端到33端端的排列顺序。的排列顺序。55端端3端端CGA二、核酸的一级结构二、核酸的一级结构化学键化学键: : 35 35磷酸二酯键磷酸二酯键核酸链的方向是核酸链的方向是5 5 3 3 A G P5 P T PG PC PT P

6、OH 3 书写方法：书写方法：5 A C T G C T 3 1、核酸分子的大小常用、核酸分子的大小常用碱基数目碱基数目（对）来表示。（对）来表示。2、小的核酸片段、小的核酸片段(80)。rRNA与核蛋白体蛋白结合组成与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体核蛋白体(ribosome)，为蛋白质的，为蛋白质的合成合成提供提供场所场所。三、三、rRNA的结构特点与功能的结构特点与功能目录目录核蛋白体的组成核蛋白体的组成: :原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸

7、个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%目录目录蛋白质合成时形成的复合体（原核生物）蛋白质合成时形成的复合体（原核生物）真核生物核糖体没有真核生物核糖体没有E位位目录目录l核内小核内小RNAl核仁小核仁小RNARNAl胞质小胞质小RNARNAl催化性小催化性小RNARNAl小片段干涉小片段干涉

8、RNARNA snmRNAs的种类的种类四、四、 snmRNAs 细胞的不同部位存在许多其他种类的小分子细胞的不同部位存在许多其他种类的小分子RNA，统称为统称为非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 参与参与hnRNAhnRNA的加工剪接及参与了基因表达的调控的加工剪接及参与了基因表达的调控snmRNAs的功能的功能目录目录核酸的理化性质核酸的理化性质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第四节第四节目录目录 碱基的共轭双键碱基的共轭双键在波长在波长 260nm 处有强烈

9、的吸光特性，处有强烈的吸光特性，这一特性常用作核酸的定性和定量分析这一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子的紫外吸光作用一、核酸分子的紫外吸光作用目录目录1、DNA或或RNA的定量的定量A260 = 1.0 相当于相当于 50g/ml 双链双链DNA(dsDNA)40g/ml 单链单链DNA (ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸2、确定样品中核酸的纯度、确定样品中核酸的纯度 纯纯 DNA: A260/A280 = 1.8纯纯 RNA: A260/A280 = 2.0紫外吸收的应用紫外吸收的应用:目录目录二、二、DNADNA的变性的变性在某些理化因素作用下，在某些理

10、化因素作用下，DNA双链解双链解开成两条单链开成两条单链的过程。的过程。 定义定义:DNA变性的本质是变性的本质是双链间氢键的断裂双链间氢键的断裂。目录目录协同性的协同性的DNA解链解链高温或极端的高温或极端的pHDNA的变性的变性:目录目录部分变性部分变性DNA的电镜图像的电镜图像:目录目录增色效应增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高增高的的现象。现象。DNA解链时的紫外吸收变化解链时的紫外吸收变化: :目录目录DNA的解链曲线的解链曲线: :加热解链过程中，加热解链过程中，紫外吸光度达到最大值紫外吸光度达到最大值的一半时所对应的温度。的一半时所对应的温度。解链温度解链温度

11、 (Tm)目录目录 G+C 含量越高，解链温度就越高。含量越高，解链温度就越高。解链曲线的变化解链曲线的变化:目录目录三、变性核酸的复性及分子杂交三、变性核酸的复性及分子杂交1、当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补、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，这一链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为现象称为DNA复性复性(renaturation) 。3、减色效应：、减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。2、热变性的、热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为一过程称为退火退火(anneali

12、ng) 。（一）（一）变性核酸的复性变性核酸的复性目录目录 不同种类的不同种类的DNA(RNA)单链放在同一溶液中，单链放在同一溶液中，在适宜的条件可以在不同的分子间形成在适宜的条件可以在不同的分子间形成杂化双链杂化双链(heteroduplex)，这种现象称为核酸分子杂交。，这种现象称为核酸分子杂交。 这种杂化双链可以在不同的这种杂化双链可以在不同的DNA之间形成，之间形成，也可以在也可以在DNA和和RNA间或间或RNA与与RNA之间形成。之间形成。（二）核酸分子杂交（二）核酸分子杂交(hybridization) 目录目录核酸分子杂交核酸分子杂交:目录目录 研究研究DNA分子中某一种基因的

13、位置。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。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。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。 核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用:目录目录依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解专一降解DNA。RNA酶酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶：限制性内切酶和非限制性内切酶。核酸内切酶：限制性内切酶和非限制性内切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：5 3 或或3 5 核酸外切酶。核酸外切酶。核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。是指所有可以水解核酸的酶。目录目录553