生物大分子核酸

关于生物大分子核酸1.掌握DNA与RNA的结构特点；2.熟悉核酸种类、组成及其理化性质。学习目标第2页,共51页，2024年2月25日，星期天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。第一节核酸概述第3页,共51页，2024年2月25日，星期天1868年，F.Miescher从细胞核中分离得到一种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。1944年，Avery的转换转化实验

一、核酸的研究发现史1953年，Watson、CrickDNA双螺旋模型1982年，核酶第4页,共51页，2024年2月25日，星期天orand可分离第5页,共51页，2024年2月25日，星期天98％核中（染色体中）真核线粒体（mDNA）核外叶绿体（ctDNA）DNA拟核原核核外：质粒（plasmid）病毒：DNA病毒二、核酸的种类和分布

核酸分为两大类：脱氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）核糖核酸RibonucleicAcid（RNA）第6页,共51页，2024年2月25日，星期天RNA主要存在于细胞质中tRNArRNAmRNA

其它

RNA病毒：SARS第7页,共51页，2024年2月25日，星期天第二节核酸的基本化学组成核酸核苷酸核苷磷酸碱基戊糖分子组成元素组成：CHONP第8页,共51页，2024年2月25日，星期天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。一、戊糖RiboseDeoxyribose第9页,共51页，2024年2月25日，星期天二、碱基1.嘌呤123456978腺嘌呤A鸟嘌呤G第10页,共51页，2024年2月25日，星期天2.嘧啶123456尿嘧啶U胞嘧啶C胸腺嘧啶T第11页,共51页，2024年2月25日，星期天核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。第12页,共51页，2024年2月25日，星期天三、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)第13页,共51页，2024年2月25日，星期天第14页,共51页，2024年2月25日，星期天

核苷酸核苷+磷酸

戊糖+碱基+磷酸

HHHHHHHHH四、核苷酸

第15页,共51页，2024年2月25日，星期天五、核苷酸衍生物1.继续磷酸化AMPADPATP第16页,共51页，2024年2月25日，星期天2.环化磷酸化cAMPcGMP第17页,共51页，2024年2月25日，星期天3.肌苷酸及鸟苷酸(强力味精)4.辅酶

NAD、NADP、FMNIMPGMP第18页,共51页，2024年2月25日，星期天六、多聚核苷酸（核酸）多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C3’-OH与另一分子核苷酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。5’5’3’3’第19页,共51页，2024年2月25日，星期天第20页,共51页，2024年2月25日，星期天5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羟基端（常用3’-OH表示）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’OHOHOHOHOH第21页,共51页，2024年2月25日，星期天第三节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’-末端第22页,共51页，2024年2月25日，星期天基因（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

作用未知结构基因第23页,共51页，2024年2月25日，星期天基因组（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第24页,共51页，2024年2月25日，星期天

DNA的双螺旋模型1953年，J.Watson和F.Crick，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。二、DNA的二级结构第25页,共51页，2024年2月25日，星期天DNA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戊糖在外，双螺旋每转一周为10碱基对（bp）A型结构碱基平面倾斜20º，螺旋变粗变短，螺距2～3nm。Z型结构左手螺旋，只有小沟2.0nm小沟大沟第26页,共51页，2024年2月25日，星期天第27页,共51页，2024年2月25日，星期天双螺旋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）第28页,共51页，2024年2月25日，星期天DNA的存在形式第29页,共51页，2024年2月25日，星期天三、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）

第30页,共51页，2024年2月25日，星期天第31页,共51页，2024年2月25日，星期天真核双链线性DNA（dsDNA）第32页,共51页，2024年2月25日，星期天第33页,共51页，2024年2月25日，星期天第四节RNA的结构一、结构特点碱基组成A、G、C、U（A＝U/G≡C）稀有碱基较多，稳定性较差，易水解多为单链结构，少数局部形成螺旋分子较小分类mRNA（hnRNA核不均一RNA）tRNArRNA（snRNA/asRNA）少数RNA病毒第34页,共51页，2024年2月25日，星期天二、tRNA占RNA总量的15％一种氨基酸对应最少一种RNA分子量25000左右，大约由70－90个核苷酸组成，沉降系数为4S左右。分子中含有较多的修饰成分。3'-末端都具有CpCpAOH的结构。第35页,共51页，2024年2月25日，星期天tRNA的三级结构第36页,共51页，2024年2月25日，星期天三、rRNA占RNA总量的80％原核生物真核生物核糖体rRNA核糖体rRNA30s70s50s16s5s、23s40s80s50s18s5s、5.8s、28s第37页,共51页，2024年2月25日，星期天四、mRNA和hnRNA占细胞总RNA的3％～5％真核细胞mRNA的3‘-末端有一段长达200个核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，称为“尾结构”，5’-末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为”帽结构“。第38页,共51页，2024年2月25日，星期天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＋二苯胺蓝紫色第39页,共51页，2024年2月25日，星期天二、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），在紫外下发出荧光第40页,共51页，2024年2月25日，星期天三、核酸的变性、复性与分子杂交1.变性概念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）低离子强度加热第41页,共51页，2024年2月25日，星期天DNA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70-85

C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Tm第42页,共51页，2024年2月25日，星期天第43页,共51页，2024年2月25日，星期天3.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DNA骤然冷却至低温时，DNA不可能复性。变性的DNA缓慢冷却时可复性，因此又称为“退火”。退火温度＝Tm－25℃复性影响因素片段浓度/片段大小/片段复杂性（重复序列数目）/溶液离子强度第44页,共51页，2024年2月25日，星期天第45页,共51页，2024年2月25日，星期天4.分子杂交DNA单链与在某些区域有互补序列的异源DNA单链或RNA链形成双螺旋结构的过程。这样形成的新分子称为杂交DNA分子。核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。Southern杂交（Southernbolting）Northern杂交（Northernbolting）Western杂交（Westernbolting）第46页,共51页，2024年2月25日，星期天第47页,共51页，2024年2月25日，星期天一、选择题

1．自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：

A．戊糖的C-5′上B．戊糖的C-2′上C．戊糖的C-3′上

D．戊糖的C-2′和C-5′上E．戊糖的C-2′和C-3′上2．可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：

A．碳B．氢C．氧D．磷E．氮3．下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA：

A．尿嘧啶B．腺嘌呤C．胞嘧啶D．鸟嘌呤E．胸腺嘧啶4．核酸中核苷酸之间的连接方式是：

A．2′，3′磷酸二酯键B．糖苷键C．2′，5′磷酸二酯键D．肽键E．3′，5′磷酸二酯键5．核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？

A．280nmB．260nmC．200nmD．340nmE．220nm练习题第48页,共51页，2024年2月25日，星期天6．有关RNA的描写哪项是错误的：

A．mRNA分子中含有遗传密码B．tRNA是分子量最小的一种RNAC．胞浆中只有mRNAD．RNA可分为mRNA、tRNA、rRNAE．组成核糖体的主要是rRNA7．大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有：

A．多聚AB．多聚UC．多聚TD．多聚CE．多聚G8．DNA变性是指：

A．分子中磷酸二酯键断裂B．多核苷酸链解聚

C．DNA分子由超螺旋→双链双螺旋D．互补碱基之间氢键断裂

E．DNA分子中碱基丢失9．DNATm值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致？

A．G+AB．C+GC．A+TD．C+TE．A+C10．