分子生物学检验技术核酸的基本结构和功能

第二讲核酸的基本结构和功能分子生物学实验室《分子生物学检验技术》课件1整理ppt

2整理ppt1868年，F.Miescher从细胞核中分离得到一种酸性物质，现在被称为核酸。核酸是一类重要的生物大分子，担负着生命信息的储存与传递。核酸是现代生物化学、分子生物学的重要研究领域，是基因工程操作的核心分子。一、核酸是什么？3整理ppt1944年，Avery的转换转化实验

orand可分离4整理ppt1952年，噬菌体感染大肠杆菌试验。以上两个试验证明了DNA是遗传物质，物种的所有特征都编码在DNA分子中。以后又发现了RNA病毒，它们的遗传信息编码在RNA分子中。有人说：给我一个爱因斯坦的细胞，我就可以克隆出许许多多的爱因斯坦。--一个细胞中含有这种生物所有的遗传信息。5整理ppt二、核酸有多少种？

两种：

1.DNA2.RNADNA---DeoxyribonucleicAcid----脱氧核糖核酸

RNA---RibonucleicAcid---------核糖核酸

稍后讲核酸的组成时将看出DNA和RNA的区别和联系。6整理ppt三、核酸在哪里？

98％核中（染色体中）

真核线粒体（mtDNA）核外叶绿体（ctDNA）DNA拟核原核核外：质粒（plasmid）病毒：DNA病毒因此：

1.要从有核细胞中提取DNA。

2.一般我们从有核细胞的细胞核中获得DNA。

7整理pptRNA有3种，主要存在于细胞质中

tRNA---转运RNA----蛋白质合成时搬运氨基酸的工具

rRNA---核蛋白体RNA---构成蛋白质的合成场所

mRNA—信使RNA---蛋白质合成的模板2种核酸的功能可以这样理解：1.DNA编码了遗传信息。即DNA分子中蕴藏着该物种全部遗传特征。2.RNA使DNA上编码的遗传信息兑现。8整理ppt四、核酸的基本化学组成核酸核苷酸核苷磷酸碱基戊糖核酸的元素组成：CHONP

核酸的基本结构单位是核苷酸：即：核酸=核苷酸-核苷酸-……核苷酸=（核苷酸）n请比较：蛋白质的基本结构单位是氨基酸蛋白质=氨基酸-氨基酸-……氨基酸=（氨基酸）n核苷酸=磷酸+戊糖+碱基9整理ppt

组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为β-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。1.戊糖（五碳糖---甲乙丙丁戊己庚辛）RiboseDeoxyribose己糖：如C6H12O6-------葡萄糖10整理ppt2.碱基⑴.嘌呤（Purine）--------两个环123456978腺嘌呤AdenineA鸟嘌呤guanineG11整理ppt⑵.嘧啶（Pyrimidine）------一个环123456尿嘧啶uracilU胞嘧啶cytosineC胸腺嘧啶thymineT12整理ppt3.磷酸

H3PO413整理ppt

快速作答1.核酸的基本结构单位是？2.核酸有多少种？3.DNA大多存在于细胞的什么地方？4.RNA多数存在于细胞的哪里？5.核苷酸可以完全水解成哪3个部分？6.常见的碱基有多少种？7.AUCGT各代表什么？8.组成DNA的戊糖和组成RNA的戊糖一样吗？9.下图是嘌呤还是嘧啶？12345697814整理ppt五、戊糖和碱基怎样连接成为核苷？核苷戊糖+碱基糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)15整理ppt假尿苷（ψ）次黄苷（肌苷）I黄嘌呤核苷X二氢尿嘧啶核苷D取代核苷的表示方式7-甲基鸟苷m5G5OHAdenosineGuanosineCytidineUridine16整理ppt六、核苷和磷酸怎样连接成核苷酸？

核苷酸核苷+磷酸

戊糖+碱基+磷酸

HHHHHHHHH核苷酸17整理ppt继续磷酸化AMPADPATP刚才那两个图是DNA还是RNA?18整理ppt环化磷酸化cAMPcGMP19整理ppt肌苷酸及鸟苷酸(强力味精)IMPGMP20整理ppt七、核苷酸与核苷酸怎样连接成核酸？上一个核苷酸的C3’-OH与下一个核苷酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯键5’5’3’3’21整理ppt上一个核苷酸的C3’-OH与下一个核苷酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯键5’5’3’3’22整理ppt23整理ppt5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羟基端（常用3’-OH表示）多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。多聚核苷酸的表示方式DNARNA5′PdAPdCPdGPdTOH3′5′PAPCPGPUOH′

或5′ACGTGCGT3′5′ACGUAUGU3′

ACGTGCGTACGUAUGUT5’3’OHU5’3’OHOHOHOHOH24整理ppt第三节DNA的结构一、DNA的一级结构脱氧核糖核酸的排列顺序可以用碱基排列顺序表示连接键：3’，5’-磷酸二酯键磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架碱基形成侧链多核苷酸链均有5’-末端和3’-末端

DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。25整理ppt2.基因与基因组基因（gene）：一段有功能的DNA片段，生物细胞中DNA分子的最小功能单位（交换单位）。

蛋白质（mRNA蛋白质）产物tRNARNArRNA

调节功能：调节基因无产物作用未知结构基因26整理ppt基因组（genome）：某生物体（完整单倍体）所含全部遗传物质的总和。包括：核基因组（拟核/核DNA）及核外（质粒/质体DNA）bp（碱基对）103104105106107108109101010111012人两栖类鱼类藻类酵母细菌E.Coli病毒质粒各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小27整理ppt3.原核生物基因组特点重复序列少，多位编码区多为操纵子形式组织有重叠基因存在

真核生物基因组特点以染色体存在重复序列多基因组计划人类基因组计划（HumanGenomeProject，HGP）酵母基因组计划（YGP）大肠杆菌（E.Coli）28整理ppt二、DNA的二级结构

DNA的双螺旋模型1953年，J.Watson和F.Crick

在前人研究工作的基础上，根据DNA结晶的X-衍射图谱和分子模型，提出了著名的DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。在DNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。29整理pptDNA双螺旋模型要点B型结构

两条链反向平行，右手螺旋碱基在内（A＝T，G≡C）碱基平面垂直于螺旋轴磷酸、戊糖在外构成骨架，双螺旋每转一周为10碱基对（bp）A型结构（了解）碱基平面倾斜20º，螺旋变粗变短，螺距2～3nm。Z型结构（了解）左手螺旋，只有小沟2.0nm小沟大沟30整理ppt31整理ppt双螺旋DNA的结构参数类型旋转方向螺旋直径（nm）螺距（nm）每转碱基对数目碱基对间垂直距离（nm）碱基对与水平面倾角A－DNAB－DNAZ－DNA右右左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.2720º0º7º双螺旋稳定的力氢键碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力）离子键等则DNA变性剂（热、pH、脲/酰胺、有机溶剂）32整理pptDNA的存在形式33整理ppt二、DNA的三级结构DNA双螺旋的进一步扭曲构成三级结构，负超螺旋原核双链环状DNA（dcDNA）病毒单链环状DNA（scDNA）单链线性DNA（ssDNA）

34整理ppt35整理ppt真核双链线性DNA（dsDNA）36整理ppt37整理ppt第四节RNA的结构与功能一、RNA的结构特点碱基:A、G、C、U（A＝U/G≡C）多为单链，分子较小分三类：⑴mRNA–信使RNA，蛋白质翻译的模板⑵tRNA---蛋白质翻译时转运氨基酸的工具（15%）⑶rRNA---构成蛋白质合成的场所（80%）少数病毒是RNA病毒（基因由RNA编码）二、RNA的功能：总体上，DNA编码遗传信息；RNA将其兑现。38整理ppttRNA的三级结构—三叶草形，重要功能区：⒈反密码环⒉氨基酸臂39整理ppt第五节核酸的性质一、一般的理化性质两性解离/一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微溶于水，不溶于有机溶剂线性大分子（粘度高。抗剪切力差）可用电泳或离子交换（色谱）进行分离室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，RNA水解加热条件下，D－核糖＋浓盐酸＋苔黑酚绿色

D－2－脱氧核糖＋酸＋二苯胺蓝紫色40整理ppt二、核酸的紫外吸收特性在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收光谱，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的依据。以A260/A280进行定性、定量DNA和RNA溶液中加入溴化乙锭（EB），在紫外下发出荧光41整理ppt三、核酸的变性、复性与分子杂交1.变性稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结构的过程。核酸的的一级结构(碱基顺序)保持不变。变性表征生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效应）变性因素

pH（>11.3或<5.0）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）低离子强度加热42整理pptDNA的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，通常将紫外吸收的增加量达最大量一半时的温度称熔解温度，用Tm表示。一般DNA的Tm值在70-85C之间。DNA的Tm值与分子中的G和C的含量有关。G和C的含量高，Tm值高。因而测定Tm值，可反映DNA分子中G,C含量，可通过经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.442.热变性和Tm43整理ppt44整理ppt3.核酸的复性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复性。DNA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，具有减色效应。将热变性的