生物化学2007级4核酸

第四章核酸第一节DNA的结构第二节RNA的结构第三节核酸的性质及分离第一节DNA的结构一、核酸的一般概念二、核酸的组成三、DNA的结构四、染色体一、核酸的一般概念在生物细胞核中存在着一种能被碱性染料着色的螺旋集缩体，它是由核酸、组蛋白、非组蛋白等组成，称此物质为染色体。经典遗传学认为，染色体和基因（遗传因子）间有平行现象，基因存在于染色体上，基因在遗传中具有完整性，随染色体的分裂、配对而进行独立的分配。一、核酸的一般概念核酸的发现：1868年瑞士科学家米歇尔;F.Miescher从外科绷带上的脓细胞的细胞核中分离得到一种含磷较高的酸性物质，称之为核素（nuclein）,亦即后来被纯化的DNA。核素实质是一种核糖核蛋白。一、核酸的一般概念核酸的发现：1889年，Altmann首先制备了不含蛋白的核酸制品，并引入“核酸”这一名词。20世纪20年代测定了核酸的化学组成，即糖、磷酸和4种碱基（ACGT/U）组成，并将核酸分为DNA和RNA。一、核酸的一般概念核酸是遗传物质：肺炎球菌感染实验证明了核酸是遗传物质；一、核酸的一般概念核酸的发现：1950年，E.Chargaff提出：嘌呤：嘧啶=1：1，由此推理出碱基配对的理论。1953年，Watson-Crick建立了DNA的双螺旋结构模型，并为此获得了诺贝尔奖。遗传密码的阐明、核酸内切酶的发现、核酸的合成与分析技术、基因重组技术等的建立形成了分子生物学的基本完整体系。一、核酸的一般概念核酸的定义：生物体内一类含有磷酸基团的重要生物大分子，是遗传变异的物质基础，是遗传信息的载体，在蛋白质的生物合成中起重要的作用。

细胞质细胞染色体核酸DNA若干基因细胞核组蛋白非组蛋白二、核酸的组成核酸：是由4种不同的核糖核苷酸相互连接而成的线性多聚物。核苷酸：是核酸的基本结构单位。核酸核苷酸戊糖碱基磷酸核苷二、核酸的组成核苷核酸核苷酸碱基许多个戊糖磷酸ACGT二、核酸的组成组成核酸的戊糖有两种：

组成DNA

组成RNA二、核酸的组成核酸中的碱基分两类：（1）嘧啶碱：胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）（2）嘌呤碱：腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）二、核酸的组成核酸中的碱基分两类：嘧啶尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶CDNA特有RNA特有二、核酸的组成核酸中的碱基分两类：嘌呤鸟嘌呤G腺嘌呤A二、核酸的组成核苷：是一种糖苷，由戌糖和碱基缩合而成。连接方式：糖与碱基之间以糖苷键相连接。糖的第一位上的碳原子（C1）与嘧啶碱的第一位上的氮原子（N1）或嘌呤碱的第九位上的氮原子（N9）相连，所以糖与碱基间的连键是N-C键，一般称之为N-糖苷键。二、核酸的组成核苷：C1→N9或C1→N1二、核酸的组成核苷酸：核苷中的戌糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸。二、核酸的组成核苷酸：磷酸碱基戊糖酯键糖苷键

腺嘌呤

A

鸟嘌呤

G

胞嘧啶

C

尿嘧啶

U

胸腺嘧啶

T

RNA

AMP

GMP

CMP

UMP

未发现

DNA

dAMP

dGMP

dCMP

未发现

dTMP

二、核酸的组成核苷酸：参与核酸生物合成的直接原料不是一磷酸核苷酸，而是三磷酸核苷酸，如ATP（三磷酸腺苷酸）。ATP含有两个高能磷酸酯键（～P），其水解时释放出的能量为7.3千卡/克分子（普通磷酸酯键为2千卡/克分子）。ATP在细胞能量代谢中起着及其重要的作用。二、核酸的组成核苷酸：ATP（三磷酸腺苷酸）。O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷(ATP)～～αβγ二、核酸的组成核酸（DNA）的碱基组成：1．A=T，G=C（摩尔数相等），

A+G=C+T（摩尔数相等）；2．没有组织和器官的特异性；3．具有种的特异性；4．年龄、营养状态和环境的改变不影响DNA的碱基组成。三、DNA的结构一级结构：指核酸分子中单核苷酸的连接方式和排列顺序。连接方式：磷酸二酯键由一个核苷酸的5’-磷酸基与另一核苷酸的3’-OH基脱水相连成3’,5’-磷酸二酯键(-C3’-O-P-O-C5’-),无分支；方向性：5’→3’；核苷酸顺序又称DNA顺序，是蛋白质与核酸结构的生物语言。脱H2O脂键相连3`，5`-磷酸二酯键首尾3`5`5｀3｀连接键多核苷酸链排列顺序简写方式：(1)线条式:UCAG3333PPPP5端555

3端(2)文字式：5…d（TpCpApGp）…3；d（ACGTp）；三、DNA的结构三、DNA的结构二级结构：DNA双螺旋模型公认的为1953年watson和crick提出的DNA双螺旋模型。三、DNA的结构二级结构：建立双螺旋模型的理论基础碱基组成A=T，C=G；X衍射结构分析：不同来源的DNA纤维具有相似的X光衍射图谱。三、DNA的结构DNA双螺旋结构模型的特点：两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴形成右旋的双螺旋结构；碱基位于双螺旋的内侧，垂直于中心轴；磷酸和核糖在外侧，平行于中心轴；三、DNA的结构DNA双螺旋结构模型的特点：每个碱基都与另一条链上的一个碱基配对，配对原则是A=T，形成二个氢键，G=C，形成三个氢键；三、DNA的结构DNA双螺旋结构模型的特点：螺旋参数：每螺旋10对碱基，螺距为3.4nm；双螺旋直径为2.0nm。三、DNA的结构DNA双螺旋结构模型的特点：双螺旋有一条小沟（窄螺槽，0.85nm）和一条大沟（宽螺槽，1.2nm）；三、DNA的结构DNA双螺旋结构模型的种类：

B型DNA（B－DNA）:在相对湿度为92%时,所得到的DNA钠盐纤维。A型DNA（A－DNA）:在相对温度低于75%时，获得的DNA钠盐纤维。Z－DNA：左手螺旋，12个碱基对；三、DNA的结构DNA双螺旋结构模型的种类：

三、DNA的结构DNA双螺旋结构模型的稳定因素：（1）氢键：两条链间碱基的相互作用，A与T之间为二条氢键，C与G之间为三条氢键。氢键作用力很弱，但DNA分子中存在大量氢键，因此氢键为一重要稳定因素。

（2）碱基堆积力：目前普遍认为堆积碱基间的疏水作用是稳定DNA结构的更重要的因素。大量碱基层层堆积，两相邻碱基的平面十分贴近，于是使双螺旋结构内部形成一个强大的疏水区，与介质中的小分子隔开，有利于互补碱基之间氢键的形成。（3）离子键：DNA分子中磷酸基因在生理条件下解离，使DNA成为一种多阴离子，有利于双螺旋的稳定。

三、DNA的结构DNA的超螺旋结构：

双螺旋二级结构还可进一步紧缩成闭链环状或开链环状以及麻花状等，这种结构称为～。松弛形解链环形负超螺旋三、DNA的结构DNA的超螺旋结构：超螺旋结构可分为：正超螺旋：两者的螺旋方向相反，螺旋结构更紧；负超螺旋：两者的螺旋方向相同，螺旋结构更松；

超螺旋线状松弛形分子量标准四、染色体染色体的组成：线性DNA和组蛋白核小体：线性DNA分子缠绕在组蛋白表面，形成球状体，这种结构称为～。四、染色体核小体：组蛋白：带正电荷的小分子蛋白质，可分为H1、H2A、H2B、H3、H4五种；四、染色体核纤丝：核小体之间通过DNA分子相互连接成念珠状结构称为～。四、染色体染色体的形成：第二节RNA的结构一、RNA的组成二、mRNA三、rRNA四、tRNA一、RNA的组成1、RNA：由几十个至几千个AMP，GMP，CMP和UMP四种核苷酸(是由核糖组成，不是脱氧核糖)借磷酸二酯键相连的多核苷酸链，其中不含侧链；一、RNA的组成2、RNA的结构特征：突环结构；发夹结构；3、RNA的种类：核糖体RNA(ribosomalRNA,rRNA)：80％转运RNA（transferRNA,tRNA）：15％信使RNA（messageRNA,mRNA）：5％二、mRNA1、mRNA:

在细胞核中以DNA为模板被合成以后，可能暂存于核仁内，并以每分子mRNA与几个或几十个核蛋白体结合成串珠样的多核蛋白体形式而存在。寿命较短，种类很多。传递DNA分子上的遗传信息，指导蛋白质合成,即蛋白合成的模板。二、mRNA2、mRNA的结构特点:polyA片段（尾）：指真核细胞mRNA分子3’末端连接有10-200个多聚腺苷酸，这与mRNA顺利通过核膜进入胞浆有关。

“帽子”结构：指真核细胞mRNA分子5’-末端的特殊结构，3’-mG-5’ppp5’-M-3’p，5’-末端的鸟嘌呤的N7被甲基化，通过焦磷酸与另一个核苷酸发生了以5’、5’-磷酸二酯键相连,此结构对mRNA的翻译活性是重要的。二、mRNA2、mRNA的结构特点:三、rRNA1、rRNA:

是构成核糖体骨架的RNA，在蛋白质生物合成中提供合适的工作场所。2、rRNA的种类：原核生物：5S、16S、23S三种；真核生物：5S、5.8S、18S、28S四种；三、rRNA3、核糖体:原核生物：是由30S和50S两个亚基组成的70S的rRNA和蛋白质聚合体，RNA含66％；真核生物：是由60S和40S两个亚基组成的80S的rRNA和蛋白质聚合体，RNA含60％；四、tRNA1、tRNA:

是由60-95个核苷酸残基组成，蛋白质的生物合成中起选择性运输原料（氨基酸）的作用。2、tRNA的种类：每种氨基酸都有对应的一种或几种tRNA。四、tRNA3、结构特征：三叶草型结构由四臂四环组成叶柄是氨基酸臂有反密码环左臂连接（D环）右侧有一个TφC环含有修饰碱基D环反密码环TφC环可变环四、tRNA3、结构特征：三叶草型结构（1）三叶草的叶柄叫做氨基酸臂，它包括3，端接受氨基酸的部位：CCA-OH载运氨基酸四、tRNA3、结构特征：三叶草型结构（2）位于氨基酸臂对面的反密码环含有组成该tRNA反密码子的三个核苷酸。反密码子环

反密码子四、tRNA3、结构特征：三叶草型结构（3）左臂连接一个二氢尿嘧啶环（D环），环上含有二氢尿嘧啶。D环四、tRNA3、结构特征：三叶草型结构（4）右侧有一个TΨC环（含有TΨC顺序，φ代表假尿苷）和一个可变环，不同tRNA的可变环上核苷酸的数目变化较大。TΨC四、tRNA3、结构特征：三叶草型结构（5）tRNA分子中含有修饰碱基,可高达25％。四、tRNA4、三维结构：倒写的“L”字反密码子四、tRNA三维结构第三节核酸的性质及分离一、核酸的性状和溶解性二、核酸的两性性质三、核酸的紫外吸收性质四、核酸变性、复性和杂交五、核酸的分离提纯一、核酸的性状和溶解性1、纯品外观：

DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末；2、溶解性：

DNA、RNA及核苷酸为极性化合物，溶于水，不溶于有机溶剂；3、味感：

酸味；一、核酸的性状和溶解性4、分子量大，DNA106~9，RNA几万~几百万；5、旋光性：DNA为右旋物质，比旋值+150；6、粘度：DNA>RNA（DNA分子轴长与宽度之比为107

，分子不对称性大）；二、核酸的两性解离DNA和RNA都为两性电解质，具有等电点；核酸在pH>4时，带负电荷；等电点（pI）：pI＝pKa1＋pKa22三、核酸的紫外吸收性质1、紫外吸收性质嘌呤碱与嘧啶碱有共轭双键，使碱基核苷、核苷酸和核酸在240－290nm紫外波段有一强烈的吸收峰，最大吸收值在260nm附近。三、核酸的紫外吸收性质2、应用纯度测定：

纯DNA，O.D260/280>1.8；纯RNA，>2.0；定量测定：

dsDNA：1OD260＝50ug/mL；

ssDNA：1OD260＝33ug/mL；

RNA：1OD260＝40ug/mL；四、核酸的变性、复性及杂交（一）核酸的变性1、变性：天然核酸受到某种因素的影响，其双螺旋的氢键断裂，碱基堆积力不再存在，变成无规则线团状的单链DNA；四、核酸的变性、复性及杂交（一）核酸的变性2、变性因素：热变性、酸碱变性、化学变性3、变性后果：生物活性丧失沉降速度增加；浮力密度上升；紫外吸收加强；四、核酸的变性、复性及杂交（一）核酸的变性4、Tm值:通常把DNA的双螺旋结构失去一半时的温度称该DNA的溶点或溶解温度，用Tm表示，DNA的Tm值一般在70－850C之间。变性的相对量温度0C60801001.01.21.41.60100%Polyd(A-T)Polyd(G-C)DNA四、核酸的变性、复性及杂交（一）核酸的变性5、DNA变性的影响因素:DNA的均一性；温度；溶剂的性质：亲水性增加Tm值；pH；G-C含量；介质中的离子强度；四、核酸的变性、复性及杂交（一）核酸的变性6、Tm值的影响因素:（1）DNA的均一性：一般均一性越高，Tm值的变动范围越小。（2）G-C含量：

G-C含量越高，Tm值越大，Tm与G-C含量成正比关系。因为G-C比A-T更稳定（氢键）。Tm与所含G-C的多少的关系，可用经验公式计算不同DNA的Tm：

（G＋C）％＝(Tm－69.3)×2.44四、核酸的变性、复性及杂交（一）核酸的变性6、Tm值的影响因素:Tm与所含G-C的多少有关四、核酸的变性、复性及杂交（一）核酸的变性6、Tm值的影响因素:（3）介质中的离子强度：一般离子强度较低，DNA的Tm值