基础生物化学核酸

基础生物化学核酸基础生物化学核酸第1页1核酸种类、分布和化学组成1.1核酸研究历史和主要性1.2核酸生物学功效1.3核酸种类和分布1.4核酸化学组成基础生物化学核酸第2页1.1核酸研究历史和主要性1868

瑞士科学家F.Miescher从脓细胞细胞核中分离出了一个含磷酸酸性化合物，因存在于细胞核中而将它命名为“核素”(nuclein)。1889Altmann等从酵母和动物细胞核中得到了不含蛋白质称为核酸(nucleicacids)物质，其功效不清楚。1928Grifths进行肺炎双球菌转化试验，发觉“转化因子”存在。1944Avery等成功进行肺炎球菌转化试验；1952年Hershey等试验表明32P-DNA可进入噬菌体内.

证实DNA是遗传物质。基础生物化学核酸第3页肺炎双球菌是一个致病细菌，毒性很强。假如寄生在人体内，人就会患肺炎，假如不及时治疗，可能死亡。包有一层多糖荚膜，固体培养基上培养得到光滑型菌落，简称S型。1928年，Grifths发觉了一个S型致病菌突变菌株，没有多糖荚膜，无致病能力，菌落呈粗糙型，简称R型。基础生物化学核酸第4页

肺炎双球菌：S（光滑）S型细胞（有毒）R（粗糙）R型细胞（无毒）基础生物化学核酸第5页若DNA预先用DNA酶降解，转化就不发生。

从S型肺炎球菌中提取DNA与R型肺炎球菌混合后，能使一些R型菌转化为S型菌，且转化效率与DNA纯度呈正相关。基础生物化学核酸第6页S型球菌注射小鼠1928年Grifths细菌转化试验基础生物化学核酸第7页R型球菌注射小鼠基础生物化学核酸第8页高温杀死S型球菌注射小鼠基础生物化学核酸第9页高温杀死S型球菌和活R型球菌同时注射小鼠基础生物化学核酸第10页原因是？基础生物化学核酸第11页1928年Grifths转化试验思绪分析试验步骤现象

结论设计意图分析将有毒性S型活细菌注射到小鼠体内将无毒性R型活细菌注射到小鼠体内将加热杀死后S型注射到小鼠体内将无毒性R型细菌与加热杀死后S型细菌混合,注射到小鼠体内结论1:

已经被杀死S型细菌中,有某种促成这一转化活性物质---“转化因子”。基础生物化学核酸第12页S型球菌DNA蛋白质多糖分别与R型细菌混合培养???基础生物化学核酸第13页基础生物化学核酸第14页DNA结论2:

“转化因子”是DNA,DNA是遗传物质。基础生物化学核酸第15页意义：1928年，Grifths第一个发觉转化现象，即使当初还不知道称之为转化因子本质是什么，不过他工作为以后Avery等人深入揭示转化因子实质，确立DNA为遗传物质奠定了主要基础。基础生物化学核酸第16页证实DNA是遗传物质试验

----3个直接证据1）1944年O.T.Avery等，肺炎双球菌转化试验2）1952年A.D.Hershey等，噬菌体感染试验3）1956年H.Fraenkel-Conrat,植物病毒重建试验

基础生物化学核酸第17页1）

肺炎双球菌转化试验1944年，Avery等人在离体条件下重复完成Grifths

发觉肺炎双球菌转化试验，证实DNA为遗传物质。基础生物化学核酸第18页2）噬菌体感染试验1952年，Hershey和Chase证实了DNA是噬菌体遗传物质。噬菌体（phage）：是以细菌为宿主病毒。有噬菌体含DNA，有含RNA；形状：单链环状DNA噬菌体---二十面体/细丝状双链DNA噬菌体---蝌蚪状（全部T系噬菌体）证实DNA是遗传物质试验基础生物化学核酸第19页T2噬菌体入侵细胞时，只把DNA注射进细胞，而将外壳留在细胞外面。基础生物化学核酸第20页结果发觉只有32P-DNA进入细菌中，该试验深入证实了DNA是遗传物质。1952年A.Hershey和M.Chase用35S和32P分别标识T2噬菌体蛋白质和DNA，感染大肠杆菌。试验设计基础生物化学核酸第21页基础生物化学核酸第22页基础生物化学核酸第23页亲代噬菌体寄主细胞内子代噬菌体试验结论32S-蛋白质外壳32P-DNA思绪分析:结论3:

噬菌体复制过程中DNA含有连续性,是遗传物质。基础生物化学核酸第24页3、植物病毒重建试验1956年Fraenkel-Conrat等用含RNA烟草花叶病毒进行了病毒重建试验，证实了RNA是遗传物质。基础生物化学核酸第25页烟草花叶病毒侵染试验结论4：少数生物遗传物质是RNA。基础生物化学核酸第26页总结染色体DNA蛋白质肺炎双球菌转化试验噬菌体侵染细菌试验烟草花叶病毒侵染试验DNA是遗传物质少数遗传物质是RNADNA是主要遗传物质试验主要性！材料主要性！基础生物化学核酸第27页核酸研究历史和主要性（续）1953Watson和Crick建立了DNA结构双螺旋模型，说明了基因结构、信息和功效三者间关系，推进了分子生物学迅猛发展。

1958Crick提出遗传信息传递中心法则，

60年代

RNA研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转录酶）。

70年代建立DNA重组技术（DNA切割、分子克隆和DNA测序），改变了分子生物学面貌，并造成生物技术兴起。基础生物化学核酸第28页核酸研究历史和主要性（续）

80年代

RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、“RNA世界”假说等等。

90年代以后

实施人类基因组计划（HGP）,开辟了生命科学新纪元。生命科学进入后基因时代：功效基因组学（functionalgenomics）蛋白质组学（proteomics）结构基因组学（structuralgenomics）

RNA组学（Rnomics）或核糖核酸组学（ribonomics）基础生物化学核酸第29页1.2核酸生物学功效核酸是生物体内最主要生物大分子，任何生物体，甚至无细胞结构病毒和噬菌体都含有核酸。核酸是遗传信息载体。DNA是主要遗传物质，经过复制将遗传信息传递给子代，即负责遗传信息储存、传递和公布。RNA则负责遗传信息表示，它转录DNA遗传信息并翻译成各种蛋白，使生物体能够生长、发育、繁殖和遗传。基础生物化学核酸第30页1.3核酸种类和分布核酸（nucleicacid）主要存在于细胞核中，含量占细胞干重5~15%，由几千至几万个核苷酸(nucleotide)连接成无分支长链高分子化合物也称多聚核苷酸(polynucleotide)。依据核酸化学组成和生物学功效，将核酸分为：核糖核酸

ribonucleicacidRNA脱氧核糖核酸

deoxyribonucleicacidDNA

基础生物化学核酸第31页全部细胞都同时含有DNA和RNA两种核酸。病毒只含一个核酸，DNA或RNA，分为两类：

DNA病毒和RNA病毒。多数细菌病毒（噬菌体）属DNA病毒。植物和动物病毒多为RNA病毒(HIV,SARS,H5N1,H7N9)。基础生物化学核酸第32页DNA：主要存在于细胞核:真核细胞，98%以上存在于细胞核，染色质主要成份；原核生物DNA主要存在于类核（nucleoid）中有少许DNA存在核外:

线粒体DNA：mtDNA

叶绿体DNA：ctDNA

质粒DNA质粒（plasmid）：细菌染色体外能够进行自我复制遗传单位。基础生物化学核酸第33页RNA：主要存在于细胞质(90%)，少许存在于核仁中rRNA：核糖体，占总RNA75~80%tRNA：细胞质上清液，占总RNA10~15%mRNA：细胞质上清液，占总RNA5~10%编码RNA非编码RNA基础生物化学核酸第34页1.4核酸化学组成核酸核苷酸核苷磷酸碱基（嘌呤/嘧啶）戊糖（核糖/脱氧核糖）基础生物化学核酸第35页碱基、核苷、核苷酸概念和关系

NitrogenousbasePentosesugarHOCH2HOHDoxyribose(inDNA)HOCH2HOOHRibose(inRNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG核苷酸磷酸核苷戊糖碱基基础生物化学核酸第36页TAGC基础生物化学核酸第37页核糖p含氮碱基RNA基础单位

——核糖核苷酸AUGC基础生物化学核酸第38页核苷酸碱基磷酸核糖或脱氧核糖基础生物化学核酸第39页（1）核糖/脱氧核糖基础生物化学核酸第40页为了与碱基分子中原子编号相区分，戊糖碳原子编号都要加上’RNA中戊糖为

-D-核糖DNA中戊糖为

-D-2-脱氧核糖基础生物化学核酸第41页碱基(base)是含氮杂环化合物。碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶存在于DNA和RNA中仅存在于RNA中仅存在于DNA中(2)碱基基础生物化学核酸第42页嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)基础生物化学核酸第43页嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)基础生物化学核酸第44页嘌呤嘧啶基础生物化学核酸第45页基础碱基结构和命名嘌呤嘧啶Adenine

(A)Guanine

(G)Cytosine(C)Uracil(U)Thymine(T)基础生物化学核酸第46页

嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1

经过β-N-糖苷键相连形成核苷(ribonucleoside)。（3）核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷键基础生物化学核酸第47页核苷酸：核苷中戊糖羟基被磷酸化。核糖核苷中有3个自由-OH,能够酯化分别生成2’-，3’-和5’-核苷酸。脱氧核糖核苷中有2个自由-OH,只能生成3’-和5’-脱氧核苷酸。（4）核苷酸和稀有核苷酸基础生物化学核酸第48页核苷或脱氧核苷与磷酸经过酯键结合组成核苷酸或脱氧核苷酸。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷键酯键基础生物化学核酸第49页磷酸与核苷不一样连接基础生物化学核酸第50页核苷酸结构和命名腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosinemonophosphate腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP）Deoxyadenosinemonophosphate鸟嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOH基础生物化学核酸第51页核糖核苷酸基础生物化学核酸第52页脱氧核糖核苷酸基础生物化学核酸第53页基础生物化学核酸第54页稀有核苷酸：核酸中稀有核苷酸是碱基或戊糖被修饰后形成。核酸中稀有核苷酸常以其核苷形式表示。常见为甲基化修饰以“m”（methy-）表示，修饰基团在碱基上写在碱基符号左方，修饰基团在戊糖上写在碱基符号右方（修饰基团个数写在其右下角，修饰位置写在右上角）。作茧自缚（左碱字符）基础生物化学核酸第55页稀有碱基基础生物化学核酸第56页C1’-C5C1’-N1C1’-N9C1’-N9几个稀有核苷5基础生物化学核酸第57页（5）细胞内游离核苷酸及其衍生物

多磷酸核苷酸环化核苷酸辅酶类核苷酸基础生物化学核酸第58页多磷酸核苷酸基础生物化学核酸第59页dAMP-dADP-dATP基础生物化学核酸第60页

ATPADPAMPAMP-ADP-ATP基础生物化学核酸第61页基础生物化学核酸第62页环化核苷酸cAMP、cGMP，是细胞信号转导中第二信使。基础生物化学核酸第63页

辅酶类核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸基础生物化学核酸第64页基础生物化学核酸第65页（6）核苷酸生物学功效

作为核酸单体

细胞中携能物质（如ATP、GTP、CTP、GTP）

酶辅助因子结组成份（如NAD）

细胞通讯媒介（如cAMP、cGMP）基础生物化学核酸第66页2核酸分子结构2.1DNA分子结构2.2RNA分子结构基础生物化学核酸第67页2.1DNA分子结构DNA一级结构DNA二级结构DNA三级结构基础生物化学核酸第68页2.1.1DNA一级结构DNA一级结构是组成DNA分子脱氧核苷酸连接方式和排列次序。DNA是由很多个dAMP、dGMP、dCMP和dTMP经过3’,5’-磷酸二酯键连成无分支双链线状或环状多核苷酸。基础生物化学核酸第69页5533核酸分子中核苷酸之间共价键3

-5

磷酸二酯键基础生物化学核酸第70页

DNA一级结构5´3´OHOHOH5´3´RNA一级结构基础生物化学核酸第71页基础生物化学核酸第72页DNA一级结构表示法5´3´结构式5´3´

p

p

p

pOH3´ACTG1´线条式5´

ACTTGAACG

3´简化式5’pApCpTpTpGpApApCpG3’文字式5’pApCpUpUpGpApApCpG3’基础生物化学核酸第73页双链DNA分子简写式是在一条简式基础上再增加一条互补链（complementarystrand)，链间配对碱基用短纵线相连或省略，

5’GGAATCTCAT3’3’CCTTAGAGTA5’note：nt

（nucleotide），代表核苷酸

bp（basepair），代表碱基对。基础生物化学核酸第74页一级结构基础特征由四种脱氧核苷酸经过3,5-磷酸二酯键连成不分枝多聚核苷酸长链。戊糖和磷酸组成了DNA主链，碱基不参于主链而是向外伸出形成侧链，主链单调重复，侧链千变万化。一级结构中主要是核苷酸组成（数量）及排列次序（碱基序列）。基础生物化学核酸第75页2.1.2DNA二级结构——双螺旋结构基础生物化学核酸第76页DNA双螺旋结构主要依据双螺旋结构特征双螺旋结构稳定原因DNA二级结构多态性基础生物化学核酸第77页（1）DNA双螺旋结构主要依据1949-1951年Chargaff应用紫外分光光度法和纸层析等技术，对各种生物DNA进行碱基组成份析，得出碱基组成规律----Chargaff定则。

不一样起源DNA分子中A=T,G=C，即A+G=C+T

DNA碱基组成含有种属特异性：

不对称比率：(A+T)/(G+C)

同一物种碱基组成没有组织器官特异性

基础生物化学核酸第78页不一样生物DNA碱基组成百分比关系碱基组成共同规律：不一样起源DNA中[A]=[T]、[C]=[G]；A+G=T+C。基础生物化学核酸第79页ATGCATGC这一规律暗示A与T,G与C相互配正确可能性。基础生物化学核酸第80页RosalindFranklin（1920－1958）MauriceWilkins（46y)②DNAX－射线衍射图基础生物化学核酸第81页利用DNA纤维晶体得到准确反应DNA一些结构特征X-射线衍射图片。其影像表明了DNA结构螺旋周期性，碱基空间取向等。基础生物化学核酸第82页③Norweger、Furberg证实，戊糖糖环平面与DNA分子纵轴平行，碱基平面与纵轴垂直。④用电位滴定法证实DNA磷酸基能够滴定，而嘌呤和嘧啶-NH、-CO则不能滴定，所以它们之间形成氢键。基础生物化学核酸第83页Watson和Crick集各项对DNA研究结果于一体，在1953年以立体化学上最适构型建立了与DNAX-射线衍射资料相符分子模型——DNA双螺旋结构模型。它可在分子水平上阐述遗传(基因复制)基础特征。基础生物化学核酸第84页基础生物化学核酸第85页平面立体基础生物化学核酸第86页基础生物化学核酸第87页⑵双螺旋结构特征①主链(backbone)：脱氧核糖和磷酸基经过酯键交替连接成反向平行两条主链，它们绕一共同轴心向右盘旋形成双螺旋构型。主链处于螺旋外则。基础生物化学核酸第88页亲水性骨架位于双链外侧。疏水性碱基位于双链内侧。骨架与碱基基础生物化学核酸第89页★碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行。★

两条核苷酸链之间依靠碱基间氢键结合在一起。★螺圈之间主要靠碱基平面间堆积力维持。基础生物化学核酸第90页②碱基对(basepair)：碱基位于螺旋内侧，它们以垂直于螺旋轴取向。同一平面碱基在二条主链间形成碱基对。A-T、G-C间以氢键配对：

A=T，G≡

C基础生物化学核酸第91页③大沟和小沟：大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去较大沟槽和较小沟槽。小沟位于双螺旋互补链之间，而大沟位于相毗邻双股之间。基础生物化学核酸第92页★大沟：宽1.2nm，深0.85nm，★小沟：宽0.6nm，深0.75nm。基础生物化学核酸第93页④结构参数：螺旋直径2nm；相邻碱基对平面间距0.34nm；螺旋周期包含10bp；螺距3.4nm。36°基础生物化学核酸第94页DNA双螺旋模型特征：（1）反平行,共同轴,右旋;（2）外侧：戊糖、磷酸；

内侧：碱基，碱基平面与轴垂直，糖平面与轴平行（3）互补配对，氢键（4）直径2nm，0.34nm，10个碱基上升一个螺旋，3.4nm（5）两凹槽，大沟，小沟。基础生物化学核酸第95页⑶双螺旋结构稳定原因相邻两个碱基对会有重合，产生了疏水性碱基堆积力(basestackinginteraction)，使DNA双螺旋结构内部形成疏水关键而不存在游离水分子，有利于互补碱基间形成氢键；碱基堆积力和互补碱基正确氢键是维系DNA结构稳定主要原因。基础生物化学核酸第96页双螺旋外侧带负电荷磷酸基团同带正电荷阳离子之间形成离子键可降低双链间静电斥力，因而对DNA双螺旋结构也有一定稳定作用。基础生物化学核酸第97页(4)DNA二级结构多态性基础生物化学核酸第98页DNA结构研究伎俩主要是X射线衍射技术，它是经过间接观察多个DNA分子相关结构参数平均值而取得。Watson-Crick所提议结构代表DNA钠盐在相对湿度92%时制得纤维结构。该结构称为B型(Bform)。因为它水分含量较高，可能比较靠近大个别DNA在细胞中构象（conformation）。还有A,C,D,E,以及左手双螺旋Z型。A-DNA和B-DNA型最常见。基础生物化学核酸第99页在多核苷酸链中，戊糖能折叠成各种构象，同时，分子还可绕C-N糖苷键以及3’,5’-磷酸二酯键旋转一定角度，使得含有一样碱基配正确DNA双螺旋能够采取不一样构象，DNA构象上这种差异称为多态性（polymorphism）。DNA结构是动态。相对湿度为75％时，所制得DNA晶体分子X-射线衍射图显示是A-构象。A-构象不但出现于脱水DNA中，还出现在RNA分子中双螺旋区和DNA-RNA杂交分子中。基础生物化学核酸第100页基础生物化学核酸第101页基础生物化学核酸第102页B-DNA与A-DNA比较基础生物化学核酸第103页DNA锂盐在相对湿度为66％，其构象为C-构象。这种构象仅在试验室中观察到。DNA构象是可变，在不一样条件下构象不一样。但这些DNA都是右手双螺旋；这些螺旋中都有两个螺旋沟，分为大沟与小沟，只是它们宽窄和深浅程度有所不一样。基础生物化学核酸第104页Z-DNAWang和Rich等在研究人工合成d（CGCGCG）单晶X-射线衍射图谱时，发觉这种六聚体构象不一样于B-构象。Z-DNA是左手双螺旋，在主链中各个磷酸根呈锯齿（Zigzag）状排列，所以称Z-构象。基础生物化学核酸第105页基础生物化学核酸第106页基础生物化学核酸第107页B-DNA与Z-DNA比较基础生物化学核酸第108页基础生物化学核酸第109页旋向螺距(nm)碱基数（每圈）螺旋直径（nm）骨架走行存在条件A型右手2.8112.3平滑体外脱水B型右手3.4102.0平滑DNA生理条件Z型左手4.5121.8锯齿型CG序列三种DNA构型比较基础生物化学核酸第110页DNA构象可变性，即DNA二级结构多态性发觉拓宽了大家视野。生物体中最为稳定遗传物质也能够采取不一样姿态来实现其丰富多采生物奥妙。基础生物化学核酸第111页(5)三链DNA（1963，K.Hoogsteen）一条同型多聚核苷酸可与一条由多聚嘧啶(TC)n核苷酸或多聚嘌呤(AG)n核苷酸组成双螺旋大沟结合，形成三股螺旋。在三链DNA中，第三股碱基与双螺旋中嘌呤碱形成三联体配对。基础生物化学核酸第112页

当DNA一段多聚嘧啶核苷酸或多聚嘌呤核苷酸组成镜像重复序列，在低pH值条件下，双链DNA拆开后产生该段序列回折，并嵌入剩下双链DNA大沟中形成分子内三链DNA（铰链DNA，hingedDNA,H-DNA）。基础生物化学核酸第113页DNA分子内三链结构

多聚嘌呤多聚嘧啶DNA分子间三链结构DNA三链间碱基配对T-A-TC-G-C基础生物化学核酸第114页DNA三股螺旋结构常出现在DNA复制、转录、重组起始位点或调整位点，如开启子区。第三股链存在可能使一些调控蛋白或RNA聚合酶等难以与该区段结合，从而阻遏相关遗传信息表示。基础生物化学核酸第115页2.1.3DNA三级结构DNA三级结构：DNA双螺旋分子经过扭曲和折叠所形成特定构象。基础生物化学核酸第116页⑴DNA超螺旋(superhelixorsupercoil)结构①超螺旋发觉1965年电镜发觉SV40和多瘤病毒环形DNA超螺旋；绝大多数原核生物DNA都是共价封闭(covalentlyclosedcircle,CCC)分子，双螺旋环状分子再度螺旋化成为超螺旋结构。单链环形染色体(如φ×174)或双链线形染色体(如噬菌体

)，在生活周期某一阶段，染色体变为超螺旋结构。真核生物染色体多为线形分子，但DNA均与蛋白质相结合，一样含有超螺旋形式。基础生物化学核酸第117页②超螺旋结构形成DNA双螺旋结构中，普通每转一圈有10个核苷酸对，平时，双螺旋总处于能量最低状态。若正常DNA双螺旋额外地多转或少转几圈，使每一圈核苷酸数目大于或小于10，就会出现双螺旋空间结构改变，在DNA分子中产生额外张力。若此时双螺旋末端是固定或是环状分子，双链不能自由转动，额外张力不能释放，造成DNA分子内部原子空位置重排，造成扭曲，出现超螺旋。基础生物化学核酸第118页正超螺旋和负超螺旋负超螺旋：形成超螺旋时，旋转方向与DNA双螺旋方向相反，旋转结果使DNA分子内部张力减小，称为松旋效应。在自然条件下共价封闭环状DNA呈负超螺旋结构。正超螺旋：与负超螺旋相反，形成超螺旋时旋转方向与DNA双螺旋方向相同，结果加大了DNA分子内部张力，有紧旋效应。基础生物化学核酸第119页基础生物化学核酸第120页（一）原核生物DNA环状超螺旋结构原核生物DNA多为环状，以负超螺旋形式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。基础生物化学核酸第121页DNA超螺旋结构电镜图象基础生物化学核酸第122页（二）真核生物DNA组装真核生物DNA以非常有序形式存在于细胞核内。在细胞周期大个别时间里，DNA以涣散染色质(chromatin)形式存在，在细胞分裂期，则形成高度致密染色体(chromosome)。基础生物化学核酸第123页DNA染色质展现出串珠样结构。染色质基础单位是核小体(nucleosome)。DNA染色质电镜图像基础生物化学核酸第124页DNA：约200bp

组蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小体组成基础生物化学核酸第125页核小体串珠样结构基础生物化学核酸第126页真核生物染色体DNA折叠和组装基础生物化学核酸第127页DNA经过屡次折叠，被压缩了8000～10000倍，组装在直径只有为数微米细胞核内。基础生物化学核酸第128页基础生物化学核酸第129页基础生物化学核酸第130页真核生物染色体基础生物化学核酸第131页含有一定遗传效应DNA片段叫基因(gene)基因1基因21条染色体1个DNA多个Gene多个dNMPDNA与基因基础生物化学核酸第132页2.2RNA分子结构StructureofRNA基础生物化学核酸第133页RNA一级结构

RNA分子中各核苷之间连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列次序叫做RNA一级结构OHOHOH5´3´RNA与DNA差异

DNA

RNA糖脱氧核糖核糖碱基AGCTAGCU

不含稀有碱基含稀有碱基基础生物化学核酸第134页RNA类别

信使RNA（messengerRNA，mRNA）：在蛋白质合成中起模板作用；核糖体RNA（ribosoalRNA，rRNA）：与蛋白质结合组成核糖体（ribosome）,核糖体是蛋白质合成场所；转移RNA（transforRNA，tRNA）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸作用。基础生物化学核酸第135页2.2.1

tRNA结构二级结构特征：单链三叶草叶形四臂四环三级结构特征：在二级结构基础上深入折叠扭曲形成倒L型基础生物化学核酸第136页tRNA二级结构模型——三叶草形四臂四环:

氨基酸臂反密码(臂)环

DHU(臂)环TΨC(臂)环额外环(可变环)反密码子IGC基础生物化学核酸第137页四臂四环:

氨基酸臂：7对碱基组成，3’末端接收活化氨基酸。

DHU环：8-12个核苷酸，经过3-4对碱基组成双螺旋区(DHU臂)与其它个别相连。反密码环：7个核苷酸，环中部为3个碱基组成反密码子，经过5对碱基组成双螺旋区(反密码臂)与其它个别相连。基础生物化学核酸第138页TΨC环：经过5对碱基组成双螺旋区(TΨC臂)与其它个别相连。额外环(可变环)：3-18个核苷酸组成，基础生物化学核酸第139页2.2.2rRNA（ribosomalRNA）⑴存在于核糖体(ribosome)中，核糖体中有60%是rRNA，其余40%是蛋白质。占总RNA75%~80%。rRNA种类（依据沉降系数）真核生物5SrRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNA原核生物5SrRNA16SrRNA23SrRNA基础生物化学核酸第140页⑵rRNA结构普通rRNA分子有40%左右螺旋区。5srRNA也有类似三叶草形结构，其它rRNA以螺旋或突环相间排列组成。⑶rRNA功效参加组成核糖体，为蛋白质生物合成提供场所。基础生物化学核酸第141页

rRNA分子结构

特征：单链，螺旋化程度较tRNA低

与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功效5sRNA二级结构基础生物化学核酸第142页原核生物16SrRNA结构基础生物化学核酸第143页2.2.3mRNA（messengerRNA）⑴mRNA是蛋白质生物合成模板，携带着从DNA分子中抄录而来指令多肽链中氨基酸排列次序信息，是遗传信息传递者，故称之为信使RNA。每一个蛋白质都是由一个特定mRNA编码，故细胞内mRNA种类很多，但每一个mRNA数量却极少（5%以下），瞬时含量低，代谢率高。分子大小差异很大。基础生物化学核酸第144页*mRNA功效把DNA所携带遗传信息，按碱基互补配对标准，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质氨基酸排列次序。DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞基础生物化学核酸第145页⑵mRNA结构原核生物mRNA普通为多顺反子(polycistron)：同一mRNA中含有编码多个蛋白质信息

(一个基因即一个顺反子)；PPP5

3

蛋白质顺反子顺反子顺反子先导区末端次序基础生物化学核酸第146页经典真核mRNA结构次序是：帽子结构区-----5’非编码区-----起始密码-----编码区-----终止密码-----3’非编码区-----polyA尾巴真核mRNA通常是单顺反子，一个mRNA只能编码一条多肽链。基础生物化学核酸第147页真核生物单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPPmG

-5

3

蛋白质基础生物化学核酸第148页*mRNA结构特点1.大多数真核mRNA5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNmP。2.大多数真核mRNA3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。基础生物化学核酸第149页mRNA核内向胞质转位mRNA稳定性维系：抗核酸外切酶翻译起始调控5´帽子结构和多聚A尾功效基础生物化学核酸第150页3核酸理化性质及应用3.1核酸普通性质3.2核酸紫外吸收3.3核酸变性、复性和分子杂交基础生物化学核酸第151页3.1核酸普通性质①溶解度：

RNA为白色粉末状，DNA是白色纤维状固体，二者均溶于水，而不溶于普通有机溶剂。常见2倍体积预冷乙醇或>0.6倍体积预冷异丙醇从水溶液中将核酸沉淀出来。钠盐易溶于水，难溶于乙醇及氯仿等有机溶剂，RNA

核蛋白易溶于0.14mol/LNaCl；DNA核蛋白则不溶。

基础生物化学核酸第152页②分子大小：

DNA多用核苷酸对数来表示；5kb-3000Mb

RNA常见沉降常数表示：18SrRNA，5.8SrRNA(沉降系数（sedimentationcoefficient）用s表示。沉降系数以每单位重力沉降时间表示，而且通常为1～200×10-13次方秒范围，10-13次方这个因子叫做沉降单位s，即1s=10^-13秒，如血红蛋白沉降系数约为4×10-13次方秒或4s。)

③形状：线形；

环型(原核DNA）粘度：DNA溶液粘度很高，分子极易断裂；

RNA溶液粘度较小。基础生物化学核酸第153页碱解核酸可被酸、碱或酶水解，DNA比RNA稀碱稳定。基础生物化学核酸第154页核酸是两性电解质，但酸性强，与金属离子结合成盐，也可与碱性蛋白（组蛋白）结合；介质pH大于4时，呈阴离子，电泳时向阳极移动；DNA在pH4~11间最稳定，超出此范围易变性。5´3´基础生物化学核酸第155页—1534bp—994bp—695bp—515bp—377bp—237bp基础生物化学核酸第156页3.2核酸紫外吸收核酸分子中嘌呤和嘧啶碱基中含有共轭双键体系，因而含有特殊紫外吸收光谱，其最大吸收峰位于260nm处。利用这一性质可定量测定核酸含量或判定核酸纯度。纯DNA：OD260/OD280=1.8

纯RNA：OD260/OD280=2.0基础生物化学核酸第157页核酸紫外吸收基础生物化学核酸第158页紫外法测定核酸含量理论基础（260nm）

核酸紫外吸收纯度判定：A260/A280DNA=1.8;RNA=2.0基础生物化学核酸第159页核酸

：OD260

蛋白

：OD280

酚类：OD320

①DNA：≈1.8纯品

OD260/OD280

＞1.8RNA污染＜1.8pro污染②RNA：

OD260/OD280≈2.0纯品样品中如含有蛋白质及苯酚等杂质，此比值显著降低。基础生物化学核酸第160页对于不纯核酸样品：Agarose凝聚电泳，依据Marker判断核酸含量测定：双链DNA，1OD=50ug/ml;单链DNA/RNA，40ug/ml;寡核苷酸，

20ug/ml基础生物化学核酸第161页3.3核酸变性和复性3.3.1核酸变性（denaturation）核酸变性是指因一些理化原因影响使维持核酸空间结构氢键和疏水键断裂，双螺旋结构解体，但不包括核苷酸间共价键断裂。变性DNA在适当条件下(除去变性原因)，可使两条分开链按照碱基配对规律重新缔合成双螺旋结构，这一过程称为复性。基础生物化学核酸第162页增色效应：是指核酸变性后，紫外吸收值增高。另外，变性后DNA粘度降低，生物功效消失。减色效应：复性DNA溶液紫外吸收下降称为减色效应。核酸紫外吸收值比其各核苷酸成份紫外吸收值之和降低30％-40％现象。基础生物化学核酸第163页原态变性复性基础生物化学核酸第164页可引发核酸变性原因破坏双螺旋稳定性原因都可使DNA变性。如高温、强酸、强碱、有机溶剂(如乙醇、丙酮等)、尿素、酰胺等试剂、射线等。基础生物化学核酸第165页高温：DNA稀盐溶液加热到80~100℃，几分钟内双螺旋键即解开，形成无规则线团。离子强度：提升溶液离子强度，可中和DNA分子链上磷酸基团负电荷，降低它们之间排斥力，稳定DNA结构。DNA通常保留在1molNaCl中。极端pH值：pH﹤1时，DNA磷酸二酯键会被水解；pH﹥11.3时，DNA全部氢键断裂。疏水作用：甲醇可增加碱基溶解度，三氟醋酸钠可降低DNA分子疏水作用，破坏双螺旋结构引发变性。基础生物化学核酸第166页尿素和甲酰胺：它们可与碱基之间形成氢键。前者常见于DNA聚丙烯酰胺凝胶电泳时DNA变性,后者常见于琼脂糖凝胶电泳中RNA变性。碱基堆积：氢键和碱基堆积是一致，碱基堆积是一个协同作用，处于中间碱基比两边碱基稳定，线状双链DNA分子两端常有7个未配正确碱基，所以少于15bp双链DNA片段极不稳定。基础生物化学核酸第167页DNA熔点（Tm

）DNA热变性过程中光吸收到达最大吸收（完全变性）二分之一时温度称为DNA解链温度(meltingtemperature，Tm)或熔点。DNATm值普通在70~85℃之间。热变性是在很狭温度范围内突发跃变过程，很像结晶到达熔点时熔化现象，故名熔解温度。基础生物化学核酸第168页

双螺旋结构失去二分之一时温度Tm值:基础生物化学核酸第169页影响DNATm值原因：①DNA均一性

DNA分子中碱基组成均一性：只含有一个碱基正确多核苷酸片段，比天然DNATm值范围窄。因它在变性时氢链断裂几乎可“齐同”进行，故所要求变性温度更趋于一致。基础生物化学核酸第170页②(G+C)含量DNA中(G+C)含量越高，Tm值越高。A=T,G≡C，破坏G-C间氢键需付出更多能量。当DNA溶于0.2mol/LNaCl：

(G+C)%=(Tm-69.3)×2.44基础生物化学核酸第171页③介质离子强度介质离子强度低，Tm值低；介质离子强度高，Tm值高。DNA制品应保留于介质离子浓度高溶液。RNA变性：只有局部螺旋区，热变性时Tm值较低。基础生物化学核酸第172页3.3.2核酸复性（renaturation）变性DNA在适当条件下(除去变性原因)，可使两条分开链按照碱基配对规律重新缔合(reassociation)成双螺旋结构，这一过程称为复性。复性DNA溶液紫外吸收下降称为减色效应。基础生物化学核酸第173页影响复性原因温