第二章核酸

1、第三部分第三部分 核酸（核酸（nucleic acids)nucleic acids) 介绍核酸的分类和化学组成；介绍核酸的分类和化学组成；重点讨论重点讨论DNA和和RNA的结构特征；的结构特征；初步认识核酸的结构特征与其功能的相关性；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介绍核酸的主要理化性质介绍核酸研究的一般方法。介绍核酸研究的一般方法。 一、核酸的发现和研究简史一、核酸的发现和研究简史（一）核酸的发现和早期研究（一）核酸的发现和早期研究1. 1868年瑞士科学家年瑞士科学家F.Miescher从外科绷带上脓细胞的细从外科绷带上脓细胞的细 胞核中分离得到一种含磷量很

2、高的酸性化合物，称为核素。胞核中分离得到一种含磷量很高的酸性化合物，称为核素。但其生物学作用是在但其生物学作用是在70年后才得到证明。年后才得到证明。2. 18892. 1889年年R.AltmannR.Altmann从酵母和动物组织中制备了不含蛋白从酵母和动物组织中制备了不含蛋白质的核酸。质的核酸。3.18943.1894年年 A. Kossel A. Kossel 核酸的化学组成核酸的化学组成4.19354.1935年年 Levene Levene 提出四核苷酸假说提出四核苷酸假说（二）证明DNA是遗传物质著名的肺炎球菌转化试验著名的肺炎球菌转化试验 19441944年年 O.T.Aver

3、y DNAO.T.Avery DNA是遗传物质是遗传物质2. 噬菌体转化试验噬菌体转化试验 19521952年年 A.Hershey M.Chase A.Hershey M.Chase 进一步证明进一步证明DNADNA是遗传物质是遗传物质 19441944年，年，AveryAvery在离体条件下完成肺炎双球菌转化实验在离体条件下完成肺炎双球菌转化实验有荚膜、有毒性、菌落光滑、有荚膜、有毒性、菌落光滑、 无荚膜、无毒性、菌落粗糙无荚膜、无毒性、菌落粗糙 S型加热型加热杀死杀死加热杀死加热杀死S型和型和R型混合注射型混合注射分离出分离出S型病毒型病毒分离加热杀死分离加热杀死S型的型的DNA和和R型

4、混合注射型混合注射S型型R型型 19521952年，年，HersheyHershey和和ChaseChase 噬菌体感染实验噬菌体感染实验搅拌离心除搅拌离心除去噬菌体去噬菌体搅拌离心除搅拌离心除去噬菌体去噬菌体繁殖出含繁殖出含P32的噬菌体的噬菌体未繁殖出含未繁殖出含S35的噬菌体的噬菌体3232P P标记标记DNADNA3535S S标记蛋白质外壳标记蛋白质外壳结论：噬菌体中的遗传物质是结论：噬菌体中的遗传物质是 DNADNA而不是蛋白质而不是蛋白质 19531953年年 J.Watson F.Crick DNAJ.Watson F.Crick DNA双螺旋模型双螺旋模型 19581958年

5、年 CrickCrick提出了中心法则提出了中心法则 1960s 1960s 操作子学说；测定了酵母丙氨酸操作子学说；测定了酵母丙氨酸tRNAtRNA的核苷酸的核苷酸 序列；破译了遗传密码序列；破译了遗传密码 1970s 1970s Boyer 发现了第一个发现了第一个EcoR DNA重组技术诞生重组技术诞生 1980s PCR1980s PCR技术的发明；核酶的发现技术的发明；核酶的发现 19861986年年 H.Dulbecco HGPH.Dulbecco HGP 2003 2003年年 HGPHGP全部完成全部完成 （三）核酸研究的蓬勃发展时期第一节第一节 核酸通论核酸通论一、核酸的种类

6、、分布一、核酸的种类、分布1 1、DNADNA: : 双链环型结构有：双链环型结构有：原核生物原核生物DNADNA 质粒质粒DNADNA（细菌、酵母菌、植物线粒体中染色体以外的细菌、酵母菌、植物线粒体中染色体以外的DNA分子）分子） 真核生物细胞器真核生物细胞器( (叶绿体、线粒体）叶绿体、线粒体）DNADNA； 双链线型结构有：双链线型结构有：真核生物细胞核中的染色体真核生物细胞核中的染色体DNADNA 2 2、RNARNA 一般为单链线状分子，约一般为单链线状分子，约9090的的RNARNA存在于细胞质中。存在于细胞质中。RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能除了上述三种除了上述三种R

7、NA外，细胞的不同部位存在的许多其外，细胞的不同部位存在的许多其他 种 类 的 小 分 子他 种 类 的 小 分 子 R N A ， 统 称 为， 统 称 为 非 编 码非 编 码 m R N A ， 小， 小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 核糖体核糖体RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL - RNA 核糖体组分核糖体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟m

8、RNA的前体的前体参与参与 hnRNA 的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分RNA信使信使RNARNA转运转运RNARNARNA核内小核内小胞浆小胞浆小RNARNA细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnoRNAscRNA/7SL - RNA 蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸的前体的前体的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNAR

9、NA含量含量80510-15非编码RNA （Non-coding RNA） 指不编码蛋白质的RNA。其中包括rRNA，tRNA，snRNA，snoRNA 和microRNA 等多种已知功能的 RNA，还包括未知功能的RNA。这些RNA的共同特点是都能从基因组上转录而来，但是不翻译成蛋白，在RNA 水平上就能行使各自的生物学功能。 非编码RNA 从长度上来划分可以分为3类： 小于50 nt，包括microRNA，siRNA，piRNA； 50 nt到500 nt，包括rRNA，tRNA，snRNA; snoRNA，SLRNA，SRPRNA 等等； 大于500 nt，包括长的mRNA-like 的

10、非编码RNA，长的不带polyA 尾巴的非编码RNA等等。 二、核酸的功能二、核酸的功能1 1、DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质 DNADNA的基本功能的基本功能是作为是作为遗传信遗传信息的载体息的载体，为，为生物遗传信息生物遗传信息复制以及基因复制以及基因信息的转录提信息的转录提供模板。供模板。 DNADNA分子中具有特定生物学功能的片段称为分子中具有特定生物学功能的片段称为基基因（因（genegene）。 为为RNARNA和蛋白质编码的叫做结构基因和蛋白质编码的叫做结构基因 具有调节功能的叫调节基因具有调节功能的叫调节基因 一个生物体的全部一个生物体的全部DNADNA序列称为序

11、列称为基因组基因组（genomegenome）。 基因组的大小与生物的复杂性有关，如病毒基因组的大小与生物的复杂性有关，如病毒SV40SV40的基因组大小为的基因组大小为5.15.110103 3bpbp，大肠杆菌为，大肠杆菌为5.75.710106 6bpbp，人为，人为3.23.210109 9bpbp。2 2、RNARNA参与蛋白质的生物合成参与蛋白质的生物合成控制蛋白质的合成；控制蛋白质的合成；作用于作用于RNARNA转录后加工与修饰；转录后加工与修饰；基因表达与细胞功能的调节；基因表达与细胞功能的调节；生物催化与其他细胞持家功能；生物催化与其他细胞持家功能；遗传信息的加工与进化。遗传

12、信息的加工与进化。核酸的结构核酸的化学组成核酸的化学组成 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元素组成：元素组成： C H O N C H O N P P （ 910% 较稳定较稳定）一、戊糖一、戊糖 (pentose) 组成核酸的戊糖有两种：组成核酸的戊糖有两种： （构成（构成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH-D-核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）OHOCH2OHOH-D-2-脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)糖的命名 D.L -以以C4上羟甲基在含氧环上的排布而上羟甲基在含氧环上的排布而决定的。决定的。如果氧环上的如果氧环上的C原子按顺

13、时针方向旋转原子按顺时针方向旋转 羟甲基在平面之上为羟甲基在平面之上为D-型，在平面型，在平面之下为之下为L-型型 .-以半缩醛羟基在含氧环上的位以半缩醛羟基在含氧环上的位置定的。置定的。在在D-型中，半缩醛羟基在平面之下型中，半缩醛羟基在平面之下为为型，在平面之上为型，在平面之上为型型 五元环叫五元环叫“呋喃型呋喃型”，六元环叫，六元环叫“吡喃型吡喃型”1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（二）（二） 碱基碱基嘌呤碱：腺嘌呤、鸟嘌呤嘌呤碱：腺嘌呤、鸟嘌呤嘧啶碱：胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶嘧啶碱：胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶稀有碱基：稀有碱基： 嘌呤环嘌呤环 嘧啶环嘧

14、啶环以一个以一个N原子开始顺原子开始顺时针编号时针编号大环以一个大环以一个N原子开始逆时针编号，原子开始逆时针编号，小环以一个小环以一个N原子开始顺时针编号原子开始顺时针编号（1）嘌呤碱）嘌呤碱6-氨基腺嘌呤氨基腺嘌呤2-氨基，氨基，6氧鸟嘌呤氧鸟嘌呤（2）嘧啶碱）嘧啶碱(uracil)(cytosine)(thymine)尿嘧啶尿嘧啶 U胸腺嘧啶胸腺嘧啶 T胞嘧啶胞嘧啶 C鸟嘌呤鸟嘌呤 G腺嘌呤腺嘌呤 A （3）稀有碱基）稀有碱基1 12 23 34 45 56 6三、核苷（三、核苷（nucleoside)核苷核苷 戊糖戊糖+ +碱基碱基 糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键，称为键，

15、称为C-NC-N糖苷键糖苷键(OH)(OH) 糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键：键：C-NC-N糖苷键，糖苷键，且都是且都是糖苷键。糖苷键。 C1 N1N1（嘧啶）（嘧啶） C1 N9N9（嘌呤）（嘌呤） 碱基与糖环平面垂直。碱基与糖环平面垂直。胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 1 C5 “ “稀有核苷稀有核苷”是由是由“稀有碱基稀有碱基”所生成的核所生成的核苷。苷。假尿苷（假尿苷（）C C1 1 ,C,C5 5- -糖苷键糖苷键尿苷尿苷C C1 1 ，N N1 1- -糖苷键糖苷键C C1 1 1 1四、核苷酸四、核苷酸 （nucleotide) 磷酸的分子结构POHOOO

16、5 -磷酸核苷酸的基本结构磷酸核苷酸的基本结构OO（碱基（碱基 = A、G、C、U、T）HH(O)H1 2 OHCH2HH5 4 3 PO-OOO-核糖核糖磷酸磷酸碱基碱基NNNNNHHNHNHOOOOHOHOHOHCH2POHOOO核苷酸核苷酸碱基连接（核苷键）碱基连接（核苷键）酯酯 键键（对（对DNA为为H）RNA中四种核苷酸中四种核苷酸DNA中四种核苷酸中四种核苷酸核苷酸衍生物核苷酸衍生物 5 5 - -核苷酸又可按其在核苷酸又可按其在5 5 位缩合的磷酸基的多少，分为位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。

17、各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNARNA和和DNADNA合成的直接原料。合成的直接原料。在体内能量代谢中的作用在体内能量代谢中的作用：ATPATP代谢中能量代谢中能量“货币货币”是重要的能量转是重要的能量转换中间体换中间体ATP含两个高能磷酸键：水解时可释放大含两个高能磷酸键：水解时可释放大量自由能，推动体内各种需能反应。量自由能，推动体内各种需能反应。UTPUTP参加糖的互相转化与合成参加糖的互相转化与合成CTPCTP参加磷脂的合成参加磷脂的合成GTPGTP参加蛋白质和嘌呤的合成参加蛋白质和嘌呤的合成腺苷酸环化酶 第二信使第二信使3,5环腺

18、嘌呤核苷一磷酸环腺嘌呤核苷一磷酸cAMP 和和 cGMP 的环状磷酯的环状磷酯键是一个高能键：键是一个高能键：pH 7.4时水时水解能约为解能约为43.9 kJ /mol，比，比 ATP 水解能高得多。水解能高得多。3,5环鸟嘌呤核苷一磷酸环鸟嘌呤核苷一磷酸cAMP 和和 cGMP腺苷酸环化酶 第三节第三节 核酸的分子结构（掌握）核酸的分子结构（掌握）一、核酸的一级结构一、核酸的一级结构 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 四、四、DNA的四级结构的四级结构五、五、RNA的构象的构象一、核酸一、核酸 的一级结构的一级结构（一）定义（一）定义（二）连接方式（

19、二）连接方式（一）定义：（一）定义： 核酸分子中核苷酸核酸分子中核苷酸之间的排列顺序和连接之间的排列顺序和连接方式叫做核酸的一级结方式叫做核酸的一级结构，简称为碱基序列。构，简称为碱基序列。 DNADNA为脱氧核苷酸；为脱氧核苷酸； RNARNA为核苷酸为核苷酸5 3 共价键：共价键：3 -5 磷酸二酯键磷酸二酯键;一端称为一端称为5-5-磷酸端磷酸端（5-P5-P表示）表示）一端称为一端称为3-3-羟基端羟基端（3-OH3-OH表示）表示）方向：方向： 5 3 或3 -5 一般书写方向：一般书写方向：5 3 （二）（二） 脱氧核苷酸的连脱氧核苷酸的连 接方式接方式H H5 5 3 3 DNA

20、 5PAP CP GP TP AOH 3 或或 5ACGTA 3 PACGTA RNA 5PAP CP GP UP AOH 3 或或 5ACGUA 3 PACGUA5 3 结构式结构式线条式线条式 字母式字母式(三）一级结构的表示法三）一级结构的表示法三、DNA的二级结构双螺旋结构模型 DNADNA双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二二级结构的一种重要形式，级结构的一种重要形式，它是它是WatsonWatson和和CrickCrick两位两位科学家于科学家于19531953年提出来年提出来的一种结构模型（获的一种结构模型（获19621962年度诺贝尔奖）。年度诺贝尔奖）。 2020世纪的三大

21、发现之一世纪的三大发现之一如何发现的，发现的依据？如何发现的，发现的依据？James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA 依据一依据一 ChargaffChargaff 研究小组的贡献研究小组的贡献Chargaff规则：规则：（1）A=T（2）G=C腺嘌呤腺嘌呤A与胸腺嘧啶与胸腺嘧啶T的摩尔数相等，鸟嘌呤的摩尔数相等，鸟嘌呤G与胞嘧啶与胞嘧啶C的摩尔数相等的摩尔数相等 提示：提示： A与与T，G与与C之间有可能以互补配对的方式存在。之间有可能以互补配对的方式存在。依

22、据二依据二 X射线衍射图谱射线衍射图谱 WilkinsWilkins和和FranklinFranklin（刚毕业，实验技巧高）发现不同来（刚毕业，实验技巧高）发现不同来源的源的DNADNA晶体纤维具有相同的晶体纤维具有相同的X X射线衍射图谱，这说明射线衍射图谱，这说明DNADNA可能可能有共同的分子结构。有共同的分子结构。X X射线衍射数据表明射线衍射数据表明DNADNA含有两条或两条含有两条或两条以上的具有螺旋的结构，并且有以上的具有螺旋的结构，并且有0.34nm0.34nm或或3.4nm3.4nm的重复结构。的重复结构。movie1963年诺贝尔奖的发布年诺贝尔奖的发布（一）（一） DN

23、A双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）1DNA分子由两条平行的多脱氧分子由两条平行的多脱氧核苷酸链组成，两条链的方向相核苷酸链组成，两条链的方向相反，围绕着同一个中心轴按右手反，围绕着同一个中心轴按右手螺旋方向形成双螺旋结构。一条螺旋方向形成双螺旋结构。一条链的走向是链的走向是53，另一条链的，另一条链的走向是走向是35。2. 双螺旋结构表面上由两条凹沟，双螺旋结构表面上由两条凹沟，一条较深，称为大沟一条较深，称为大沟(major groove) ，常为蛋白质分子的识常为蛋白质分子的识别位点；一条较浅，称为小沟别位点；一条较浅，称为小沟(minor

24、groove) 。目目 录录3553中心轴（一）（一） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）3. 磷酸和脱氧核糖在外磷酸和脱氧核糖在外侧，构成骨架。碱基位侧，构成骨架。碱基位于双螺旋的内侧，碱基于双螺旋的内侧，碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行。平面与纵轴平行。（一）（一） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）3553中心轴4. DNA双螺旋的直径约双螺旋的直径约2nm，相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm，螺，螺旋转一周螺距旋转一周螺距3.4nm，一圈，一圈10

25、对对碱基。碱基。0.34nm5. 双螺旋内側的碱基，双螺旋内側的碱基，与对側碱基形成与对側碱基形成氢键氢键互补配对互补配对（配对原则：（配对原则：A=T; G C） 。（一）（一） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）碱基互补配对碱基互补配对 模型中的碱基配对有何重要性？模型中的碱基配对有何重要性？A-T,G-CA-T,G-C配对可形成很好的线性氢键；配对可形成很好的线性氢键；A-TA-T对对和和G-CG-C对对的几何形状一样，使双链距离相的几何形状一样，使双链距离相近，使双螺旋保持均一；近，使双螺旋保持均一；碱基对处在同一平面内。不论核苷酸的

26、顺序如碱基对处在同一平面内。不论核苷酸的顺序如何，都不影响双螺旋的结构；何，都不影响双螺旋的结构；为为DNADNA半保留复制半保留复制奠定了基础。奠定了基础。 （二）（二）DNA的双螺旋结构的双螺旋结构的意义的意义 该模型最有价值的是确认了该模型最有价值的是确认了碱基配对碱基配对原则，从一条链原则，从一条链的核苷酸排列顺序可以推出其互补链的顺序。所以碱基配的核苷酸排列顺序可以推出其互补链的顺序。所以碱基配对规律是遗传信息传递的关键，在对规律是遗传信息传递的关键，在DNADNA的复制和转录中具有的复制和转录中具有重要意义。重要意义。Crick就是根据碱基配对原则于就是根据碱基配对原则于1956年

27、提出了年提出了DNA的半保留复制学说。的半保留复制学说。该模该模型的提出是型的提出是2020世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。 除除B-DNAB-DNA外，人们还发现到了其它的、结构参数有外，人们还发现到了其它的、结构参数有一定差异的双螺旋一定差异的双螺旋DNADNA，如，如A-DNAA-DNA, , Z-DNAZ-DNA等。这一现等。这一现象称为象称为DNADNA结构的多态性（结构的多态性（polymorphismpolymorphism）。产生的原）

28、。产生的原因在于多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单链，从而因在于多核苷酸链的骨架含有许多可转动的单链，从而使糖环可采取不同的构象。使糖环可采取不同的构象。（四）、（四）、 DNADNA双螺旋构象的多态性双螺旋构象的多态性 当当DNADNA钠盐纤维在相对湿度为钠盐纤维在相对湿度为92%92%时，所处状态为时，所处状态为B-DNAB-DNA。 当当DNADNA钠盐纤维相对湿度为钠盐纤维相对湿度为75%75%时所处状态就叫时所处状态就叫A-DNAA-DNA。 当当DNADNA钠盐纤维相对湿度为钠盐纤维相对湿度为66%66%时所处状态就叫时所处状态就叫C-DNAC-DNA 1979 1979年年, ,

29、 RichRich等通过对人工合成的脱氧六核苷酸等通过对人工合成的脱氧六核苷酸dCGCGCGdCGCGCG的的XX射线晶体衍射分析，发现两分子的上述片射线晶体衍射分析，发现两分子的上述片段以左手双螺旋结构的形式存在于晶体中，其中碳与磷段以左手双螺旋结构的形式存在于晶体中，其中碳与磷原子相连成锯齿形因此被命名为原子相连成锯齿形因此被命名为Z-DNAZ-DNA。其主要特征为：其主要特征为： （1 1）以二聚体）以二聚体dGCdGC或或dCGdCG为一个单位，嘌呤和嘧啶相间排为一个单位，嘌呤和嘧啶相间排列，并由列，并由6 6个这样的单位构成一个个这样的单位构成一个左手螺旋左手螺旋构象，整个构象，整个

30、分子显得细而长。分子显得细而长。 （2) 2) 大沟基本消失，小沟则变得窄而深。大沟基本消失，小沟则变得窄而深。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 2.55nm 2.37nm 1.84nm碱基直升碱基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm碱基对间夹角碱基对间夹角 32.70 360 60.00每圈碱基数每圈碱基数 11 10.4 12螺距螺距2.53nm 3.4nm 4.56nm碱基倾角碱基倾角 190 10 90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

31、沟小沟 很宽、浅很宽、浅 窄、深窄、深 较窄很深较窄很深 早在早在2020世纪世纪5050年代年代DNADNA双螺旋结构发现不久就已观双螺旋结构发现不久就已观察到了一些人工合成的寡核苷酸（是一类只有察到了一些人工合成的寡核苷酸（是一类只有2020个以个以下碱基对的短链核苷酸的总称）能形成三股螺旋。下碱基对的短链核苷酸的总称）能形成三股螺旋。K.HoogsteenK.Hoogsteen于于19631963年首先描述了三股螺旋的结构。年首先描述了三股螺旋的结构。 5 5、三股螺旋、三股螺旋( ( triplex DNAs triplex DNAs ) )回文序列回文序列 双链DNA序列中的一段倒置

32、重复序列。 单条核酸序列内以对称点为中心，两侧碱基互补两侧碱基互补的核心序列区域。 含有该区域的双链DNA从不同方向阅读不同单链时其序列一致不同方向阅读不同单链时其序列一致。 短的回文结构短的回文结构可能是一种特别信号，如限制性内切酶的识别序限制性内切酶的识别序列列 长的回文序列长的回文序列通常是DNA结合蛋白的识别部位结合蛋白的识别部位。 镜像重复序列镜像重复序列分子内镜像分子内镜像重复的部分重复的部分可以重叠形可以重叠形成三螺旋成三螺旋HoogsteenHoogsteen键：指参与键：指参与Watson-Watson-CrickCrick碱基配对的核苷酸形成碱基配对的核苷酸形成一些额外的氢

33、键。称为一些额外的氢键。称为Hoogsteen pairingHoogsteen pairing如：如： C-GC-G三三C C T-A=T T-A=T 铰链铰链DNADNA（ H-DNA H-DNA ）：分子内：分子内折叠形成的三股螺旋，当折叠形成的三股螺旋，当DNADNA分子中的一段多聚核苷酸组成分子中的一段多聚核苷酸组成镜像重复时，即可回折产生镜像重复时，即可回折产生H-H-DNADNA。 DNA分子内的分子内的三链结构三链结构 多聚嘌多聚嘌呤呤多聚嘧多聚嘧啶啶DNA分子间的三链结构分子间的三链结构DNA三链间的碱基配对三链间的碱基配对T=A=TC=G三三C7667Hoogsteen键指

34、嘌呤碱中的键指嘌呤碱中的N6,O6,N7这些原子具有在三股这些原子具有在三股螺旋中再形成的额外氢键螺旋中再形成的额外氢键DNA分子形成三链满足的条件：具有镜像重复序列具有镜像重复序列在酸性条件下，胞嘧啶质子化，以提供与在酸性条件下，胞嘧啶质子化，以提供与G的的N7结合的氢键供体，并且结合的氢键供体，并且它与它与G配对只形成两个氢键。配对只形成两个氢键。第三个碱基第三个碱基A或或T与与A=T中的中的A配对，形成两个氢键配对，形成两个氢键T=A=T（A）G或或C与与G三三C中的中的G配对，形成两个氢键配对，形成两个氢键C=G三三C（G)双链严格遵守双链严格遵守Waston-crick配对，第三条链

35、不需严格遵守配对，第三条链不需严格遵守A=T, G三三C,因因为有氢键存在。为有氢键存在。第三条链来自分子间或分子内，反平行缠绕于第三条链来自分子间或分子内，反平行缠绕于DNA的双链的双链DNA双链双链180度回折度回折双链双链DNA一条链或其中一段均为嘌呤，另一条或其中对应的一段均为嘧一条链或其中一段均为嘌呤，另一条或其中对应的一段均为嘧啶啶DNA三股螺旋 功能：可能参与基因调控和染色体重组四、四、 DNA的三级结构的三级结构 当当DNA双螺旋的链进一步扭曲折叠双螺旋的链进一步扭曲折叠形成特定的超螺旋结构形成特定的超螺旋结构. （线性（线性DNA拧紧拧紧或拧松后，再环化）或拧松后，再环化）

36、movie正超螺旋正超螺旋(positive (positive supercoil)supercoil)盘绕方向盘绕方向与与DNADNA双螺双螺旋方同相旋方同相反反负超螺旋负超螺旋(negative (negative supercoil)supercoil)盘绕方向盘绕方向与与DNADNA双双螺旋方向螺旋方向相同相同 超螺旋是DNA三级结构的一种普遍形式，双螺旋DNA的松开导致负超螺旋，而拧紧则导致正超螺旋。双链环形分子中的超螺旋双链环形分子中的超螺旋天然的天然的DNA均以负超螺旋的形式存在，但一均以负超螺旋的形式存在，但一些生命活动过程中也存在正超螺旋些生命活动过程中也存在正超螺旋Rel

37、axed and supercoiled plasmid DNAs核小体、染色质与染色体核小体、染色质与染色体突环结构突环结构核小体核小体螺线管型螺线管型真真核核细细胞胞染染色色体体中中的的超超螺螺旋旋染色体纤丝染色体纤丝 RNA通常是通常是单链线形单链线形分子分子 自身回折形成局部双螺旋（自身回折形成局部双螺旋（二级结构二级结构） 进而折叠（进而折叠（三级结构三级结构） 多数形成核蛋白复合物（多数形成核蛋白复合物（四级结构四级结构）， 如核糖体、拼接体、编辑体等。如核糖体、拼接体、编辑体等。 五、五、RNA的高级结构的高级结构发夹结构或颈环结构发夹结构或颈环结构主要介绍主要介绍mRNA、tR

38、NAAmino acid acceptor stemD loopT loopAnticodon loopVariable arm1、 tRNA的二级结构的二级结构四环四臂结构四环四臂结构tRNA的结构额外环的额外环的大小是大小是tRNAtRNA分类的重要指标。分类的重要指标。2、tRNA的三级结构的三级结构 核糖体：核糖体：rRNA+蛋白质蛋白质 （二）（二）. rRNA的高级结构的高级结构原核生物原核生物真核生物真核生物核糖体核糖体rRNArRNA核糖体核糖体rRNArRNA 30s 30s70s70s 50s 50s16s16s5s 5s 、23s23s 40s 40s80s80s 50s

39、 50s 18s18s5s5s、5.8s5.8s、28s28s S S为大分子物质在超速离心沉降中的一个物理单位。可间为大分子物质在超速离心沉降中的一个物理单位。可间接反映分子量的大小。接反映分子量的大小。 rRNA占RNA总量的82%左右。 rRNA单独存在时不执行其功能，它与多种蛋白质结合成核糖体，作为蛋白质生物合成的“装配机”。 rRNA的分子量较大，结构相当复杂，目前虽已测出不少rRNA分子的一级结构，但对其二级、三级结构及其功能的研究还需进一步的深入。2.mRNA . mRNA概述：概述： 1) 1) 占细胞中总的占细胞中总的 2) 2) 分子大小不均一分子大小不均一 3) 3) 有

40、编码序列与非编码序列有编码序列与非编码序列 3 3、mRNAmRNA的结构特点的结构特点movie原核生物为原核生物为mRNA为多顺反子，无修饰碱基为多顺反子，无修饰碱基真核生物为真核生物为mRNA为单顺反子，为单顺反子，5端由帽子结构；端由帽子结构；3有有多聚腺苷酸的尾巴结构，有少量修饰（甲基化）的碱基。多聚腺苷酸的尾巴结构，有少量修饰（甲基化）的碱基。顺反子：相当于一个多肽链的顺反子：相当于一个多肽链的DNA顺序加上起始和终止顺序加上起始和终止信号。信号。多顺反子与单顺反子多顺反子与单顺反子3个结构基因个结构基因结构基因结构基因成熟的真核生物成熟的真核生物mRNAmRNA，其结构的，其结构

41、的55端都端都有一个有一个m m7 7G GPPPPPPN N结构，该结构被称为甲基鸟结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。苷的帽子。1.1.鸟苷通过鸟苷通过5-55-5焦磷酸键与初级转录焦磷酸键与初级转录物的物的55端相连。端相连。2.2.当鸟苷上第当鸟苷上第7 7位位N N原子被甲基化形成原子被甲基化形成m m7 7G-G-PPPNmPPPNm时，称为时，称为“帽帽0”0”；3.3.如果如果55末端的第一个核苷酸的末端的第一个核苷酸的2-O2-O位位也甲基化形成也甲基化形成m7G-PPPNmm7G-PPPNm，称为，称为“帽帽1”1”；4.4.如果如果55末端相邻的两个核苷酸的末端相邻的两个核

42、苷酸的2-O2-O位均甲基化，成为位均甲基化，成为m7G-PPPNmNmm7G-PPPNmNm，称为，称为“帽帽2”2”。作用：在蛋白质合成中识别核糖体的小亚作用：在蛋白质合成中识别核糖体的小亚基；保护核苷酸不被降解。基；保护核苷酸不被降解。mRNA的的5帽子的结构特点帽子的结构特点核酸酶核酸酶3有多聚腺苷酸：有多聚腺苷酸：保护核苷酸不被降解。第四节第四节 核酸的性质核酸的性质一、核酸的一般性质一、核酸的一般性质l 两性解离两性解离 / / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微微 溶于水，不溶于有机溶剂溶于水，不溶于有机溶剂l线性大分子（粘度高。抗剪切力差

43、）线性大分子（粘度高。抗剪切力差）l可用电泳或离子交换（色谱）进行分离可用电泳或离子交换（色谱）进行分离用用A A260260A A280280比值判断核酸样比值判断核酸样品的纯度。品的纯度。纯纯DNADNA的的A A260260A A280280应达到应达到1.81.8。纯纯RNARNA的的A260A260A280A280应在应在1.8-1.8-2.02.0之间之间核酸在核酸在260 nm260 nm处的光吸收值处的光吸收值比组成它的各核苷酸的光吸比组成它的各核苷酸的光吸收值之和要低收值之和要低40404545，这是因为双螺旋结构使碱基这是因为双螺旋结构使碱基对重叠紧紧的堆积在一起，对重叠紧

44、紧的堆积在一起，因而减少了对紫外光的吸收，因而减少了对紫外光的吸收，这一现象称这一现象称减色效应减色效应。二、核酸的紫外吸收性质二、核酸的紫外吸收性质 当当 OD 260/ OD280 OD 260/ OD280值值1.81.8，说明有，说明有RNARNA污染，当污染，当OD 260/ OD280OD 260/ OD280值值1.81.8时时, ,说明所提说明所提DNADNA中有蛋白质或者是抽提时中有蛋白质或者是抽提时用的苯酚未除净。用的苯酚未除净。 质量较好的质量较好的RNARNA的的R R值应在值应在1.81.82.02.0之间，当之间，当R1.8R2.2R2.2时，说明时，说明RNARN

45、A已经已经被水解成了单核苷酸。被水解成了单核苷酸。三、核酸的变性、复性与杂交三、核酸的变性、复性与杂交( (一一) ) 核酸的核酸的变性变性（denaturation） 1 1、DNA的变性的变性： 在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链双链解开成两条单链的过程。解开成两条单链的过程。 某些理化因素破坏了氢键和碱基堆积力，某些理化因素破坏了氢键和碱基堆积力， 使核酸分子高级结构改变、理化性质及使核酸分子高级结构改变、理化性质及 生物活性发生改变。生物活性发生改变。 不涉及磷酸二酯键断裂，一级结构不变不涉及磷酸二酯键断裂，一级结构不变2 2、变性的实质、变性的实质增色效应增色效应

46、降解：核苷酸骨架上降解：核苷酸骨架上3，5 -磷酸二酯键的断裂磷酸二酯键的断裂DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂3. DNA的变性曲线TmTm值指值指DNADNA的双螺旋结构失去一半时的温度的双螺旋结构失去一半时的温度4 4、 DNA的的Tm值值 DNADNA的的T Tm m值一般在值一般在82820 0C C95950 0C C之间。之间。DNADNA的的T Tm m值大小与下列因素值大小与下列因素有关：有关：（1 1）DNADNA的均一性：的均一性：均一性愈高的样品，熔解过程愈是发生在一个很小的范围内。均一性愈高的样品，熔解过程愈是发生在一个很小的范围内。

47、 （2 2）G-CG-C含量含量（G-CG-C）（）（T Tm m69.369.3）2.442.44 ( 3 ) ( 3 )介质离子强度：介质离子强度： 介质离子强度较低，介质离子强度较低，DNADNA的的T Tm m值也低，在较高离子强度的介值也低，在较高离子强度的介质中，质中，DNADNA的的T Tm m值也较高。所以值也较高。所以DNADNA制品应保存在比较高浓度的缓制品应保存在比较高浓度的缓冲液中。常用冲液中。常用1M1M的的NaClNaCl溶液保存。溶液保存。（二）、复性（二）、复性 变性核酸的互补链在适当的条件下，重新缔合成为双变性核酸的互补链在适当的条件下，重新缔合成为双螺旋结构的过程称为螺旋结构的过程称为复性复性， DNADNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复，具有般只能得到部分的恢复，具有减色效应减色效应。 将热变性的将热变性的DNADNA骤然冷却至低温时，骤然冷却至低温时，DNADNA不可能复性。不可能复性。变性的变性的DNADNA缓慢冷却时缓慢冷却时可复性，因此又称为可复性，因此又称为“退火退火”。 退火温度退火温度T Tm m25(25(复性