1、核酸的化学核酸的化学 核酸的基本结构单位核酸的基本结构单位核苷酸核苷酸 DNA的分子结构与功能的分子结构与功能 RNA的分子结构与功能的分子结构与功能 核酸的理化性质核酸的理化性质第一节第一节 概概 述述核酸核酸(nucleic acid)的分类的分类DNA（脱氧核糖核酸）（脱氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）（核糖核酸）分布分布细胞核、线粒体细胞核、线粒体细胞核、细胞质细胞核、细胞质功能功能遗传信息的贮存和携带遗传信息的贮存和携带者者参与遗传信息的表参与遗传信息的表达达 核酸是遗传的物质基础核酸是遗传的物质基础 核酸的发现核酸的发现 核酸的发现核酸的发现 1868年年 瑞士外科医生瑞士外科医生F
2、riedrich Miesher 从脓细胞的从脓细胞的核中分离出的一类含磷的化合物，呈酸性，命名为核酸核中分离出的一类含磷的化合物，呈酸性，命名为核酸 nucleic acid 遗传性的研究遗传性的研究 肺炎球菌：肺炎球菌：S型型-致病致病 不致病不致病 R型型-不致病不致病 噬菌体：噬菌体：32P标记核酸标记核酸 35S标记蛋白质标记蛋白质灭活灭活第二节第二节 核酸的基本组成单位核酸的基本组成单位核苷酸核苷酸核酸的化学组成核酸的化学组成 元素组成元素组成 主要元素：主要元素：C、H、O、N、P 特点：一般不含特点：一般不含S P含量比较恒定：含量比较恒定：9-10%应用：核酸的定量分析应用：
3、核酸的定量分析 注意：与蛋白质相区别注意：与蛋白质相区别核酸的分子组成核酸的分子组成 核酸核酸 核苷酸核苷酸 nucleotide 磷酸磷酸 核苷核苷 戊糖戊糖 碱基碱基 一、碱一、碱 基基 含氮杂环化合物含氮杂环化合物 分类：嘌呤分类：嘌呤purine-腺嘌呤腺嘌呤A、鸟嘌呤、鸟嘌呤G 嘧啶嘧啶pyrimidine-胞嘧啶胞嘧啶C、尿嘧啶、尿嘧啶U/胸腺嘧胸腺嘧啶啶T DNA-A,G,C,T RNA-A,G,C,U 稀有碱基：正常碱基的衍生物，甲基化、羟基化稀有碱基：正常碱基的衍生物，甲基化、羟基化 含量低含量低 碱基的互变异构碱基的互变异构 酮式酮式烯醇式、氨基烯醇式、氨基亚亚氨基氨基氨氨
4、式式亚亚氨氨式式互互变变异异构构酮酮式式烯烯醇醇式式互互变变异异构构二、戊糖二、戊糖 呋喃型呋喃型 核糖（核糖（ribose）、脱氧核糖（）、脱氧核糖（deoxyribose）RNA中：中：,D,D 核糖核糖 DNA中：中：,D,2,D,2 脱氧核糖脱氧核糖三、三、核苷核苷 戊糖戊糖C1C1与嘧啶与嘧啶N1N1或嘌呤或嘌呤N9N9形成形成N-CN-C糖苷糖苷键键胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2四、核苷酸四、核苷酸 戊糖
5、戊糖C5羟基与磷酸缩合形成酯键羟基与磷酸缩合形成酯键 (d)NMP、（、（d）NDP、（、（d）NTP 环化核苷酸环化核苷酸 如：如：cAMP、cGMP O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷(ATP)五、多核苷酸的连接五、多核苷酸的连接 3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键 多聚核苷酸是通过一分子核苷酸的多聚核苷酸是通过一分子核苷酸的C C3 3-OH-OH与另一分子核苷酸的与另一分子核苷酸的5-5-磷酸基形成磷酸二磷酸基形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。酯键相连而成的链状聚合物。由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为D
6、NADNA链；链；由核糖核苷酸聚合而成的则称为由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNARNA链链 多核苷酸链的方向性多核苷酸链的方向性:5:5 磷酸末端、磷酸末端、3 3 羟基末端羟基末端 表示方法表示方法PP5335PP53P53ACGT5PAPCPGPCPTPGPTPA 3 或5 ACGCTGTA 3DNA与与RNA结构对比结构对比DNADNARNARNA碱基碱基A A、G G、C C、T TA A、G G、C C、U U戊糖戊糖,D,2,D,2 脱氧核糖脱氧核糖,D,D 核糖核糖核苷核苷 脱氧腺苷、鸟苷、脱氧腺苷、鸟苷、胞苷、胸苷胞苷、胸苷腺苷、鸟苷、胞腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷苷、尿苷核苷核苷酸
7、酸dAMPdAMP、dGMPdGMP、dCMPdCMP、dTMPdTMPAMPAMP、GMPGMP、CMPCMP、UMPUMP第三节第三节 DNA分子的结构与功能分子的结构与功能一、一级结构一、一级结构 核苷酸的排列顺序，即碱基序列核苷酸的排列顺序，即碱基序列 遗传信息储存于一级结构中遗传信息储存于一级结构中 稳定因素：稳定因素：3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键二、二级结构二、二级结构 1.1953年年,Watson&Crick,DNA双螺旋结构双螺旋结构 两条多核苷酸链，反向平行，右手螺旋两条多核苷酸链，反向平行，右手螺旋 直径约直径约2nm2nm，每个螺旋结构含，每个螺旋结构含1010对碱基，
8、螺距对碱基，螺距3.4nm3.4nm，大沟与小沟，大沟与小沟 脱氧核糖和磷酸交替出现在双螺旋外侧，组成脱氧核糖和磷酸交替出现在双螺旋外侧，组成DNADNA骨架，碱基位于内部骨架，碱基位于内部 两条链之间，两条链之间，碱基互补配对碱基互补配对 A-T G-CA-T G-C，方向方向垂直长轴垂直长轴 形成大沟和小沟形成大沟和小沟(有助于有助于DNA结合蛋白与之识结合蛋白与之识别和结合别和结合)维系双螺旋稳定：氢键、碱基堆积力维系双螺旋稳定：氢键、碱基堆积力 2.DNA结构的多样性结构的多样性右手螺旋：右手螺旋：B型（主要）、型（主要）、A型、型、C型、型、D型型左手螺旋：左手螺旋：Z型型三、三级结
9、构三、三级结构双螺旋进一步折叠、盘曲形成超螺旋（正、负）双螺旋进一步折叠、盘曲形成超螺旋（正、负）生物体闭环生物体闭环DNA均以超螺旋形式存在（病毒、细菌、均以超螺旋形式存在（病毒、细菌、线粒体线粒体DNA结构）结构）真核生物基因组真核生物基因组DNA结构结构 真核生物染色体真核生物染色体DNADNA呈线性，染色体的基呈线性，染色体的基本结构单位是核小体本结构单位是核小体（nucleosome）核心组蛋白核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4）核小核小体核心颗粒体核心颗粒 串珠样核小体串珠样核小体 超螺旋的生物学意义超螺旋的生物学意义 便于包装便于包装 影响与调节分子的作用影响与调节分子的作用
10、DNAH1、DNA第四节第四节 RNA的分子结构与功能的分子结构与功能RNARNA分子结构特点：分子结构特点：四种四种NMPNMP通过通过3,5-3,5-磷酸二酯键形成的多核苷磷酸二酯键形成的多核苷酸链酸链 主要为单链，可局部互补主要为单链，可局部互补（A-U、C-G）形成双链形成双链（发卡结构）（发卡结构）RNARNA的种类的种类:mRNA mRNA 信使信使RNARNA tRNA tRNA 转运转运RNARNA rRNA rRNA 核糖体核糖体RNARNA hnRNA hnRNA 核内不均一核内不均一RNARNA snRNA snRNA 小分子核内小分子核内RNARNA一、信使一、信使RN
11、A messenger RNA,mRNA 功能：转录遗传信息，蛋白质翻译的模板功能：转录遗传信息，蛋白质翻译的模板 占总量的占总量的1-5%种类多，分子大小差异大种类多，分子大小差异大 不稳定不稳定,寿命短寿命短真核细胞真核细胞mRNA结构特点结构特点 5端帽子结构端帽子结构 5端第一个核苷酸都是甲基化端第一个核苷酸都是甲基化G(m7G),5-5三三磷酸酯键磷酸酯键.保护保护5端免受降解，并在翻译中起作用端免受降解，并在翻译中起作用 3端尾巴结构端尾巴结构 多聚腺苷酸多聚腺苷酸(poly A),20-200个个 维持稳定和翻译活性维持稳定和翻译活性 碱基修饰碱基修饰 存在编码区和非编码区存在编
12、码区和非编码区(UTR)单顺反子单顺反子:一条一条mRNA只为一种蛋白质编码只为一种蛋白质编码.5端帽子结构端帽子结构原核细胞原核细胞mRNA结构特点结构特点 多顺反子：多顺反子：一分子一分子mRNA含有多个蛋白质的含有多个蛋白质的遗传信息遗传信息,为多种蛋白质编码为多种蛋白质编码.无帽子、尾巴结构无帽子、尾巴结构 无碱基修饰无碱基修饰二、转运二、转运RNA transfer RNA,tRNA 功能：转运特异氨基酸至核糖体功能：转运特异氨基酸至核糖体,参与蛋白质生物参与蛋白质生物合成合成 占总量的占总量的15%种类多，每种氨基酸至少一种相应的种类多，每种氨基酸至少一种相应的tRNA与之结与之结
13、合合 一级结构特点一级结构特点 1.单链小分子，碱基组成恒定：单链小分子，碱基组成恒定：73-93个核苷酸个核苷酸 2.较多稀有碱基较多稀有碱基 3.5端磷酸化，端磷酸化，5 pG常见常见 4.3端端CCA-OH：携带氨基酸部位：携带氨基酸部位二级结构二级结构-三叶草形三叶草形 局部互补配对形成双链结构（茎环样结构）局部互补配对形成双链结构（茎环样结构）具有四环四臂具有四环四臂 4个环：个环：DHU环环(二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环)反密码环反密码环 TC环环 可变环（附加叉）可变环（附加叉）4个臂：个臂：氨基酸臂接收活化的氨基酸氨基酸臂接收活化的氨基酸三级结构三级结构倒倒L L形形 结合氨基酸部
14、位、反密码子环结合氨基酸部位、反密码子环三、核糖体三、核糖体RNA ribosomal RNA，rRNA 功能：与蛋白质构成核糖体功能：与蛋白质构成核糖体(ribosome)，是蛋白质生，是蛋白质生物合成的场所物合成的场所 细胞内含量最丰富，细胞内含量最丰富，80%核糖体核糖体:大亚基大亚基接受氨基酸接受氨基酸 小亚基小亚基结合结合mRNA原核生物原核生物70S 70S 小亚基小亚基30S 30S(16S rRNA)大亚基大亚基50S 50S(5S 23S rRNA)真核生物真核生物80S 80S 小亚基小亚基40S 40S(18S rRNA)大亚基大亚基60S 60S(28S 5.8S 5S
15、 rRNA)四、其它四、其它RNA（一）一）核内不均一核内不均一RNARNA（hnRNAhnRNA）真核细胞真核细胞mRNAmRNA的前体的前体 加工：加帽，加尾，修饰，剪接，编辑加工：加帽，加尾，修饰，剪接，编辑 10%10%（二）小分子核内（二）小分子核内RNARNA（snRNAsnRNA）与蛋白质组装成小分子核内核蛋白颗粒（与蛋白质组装成小分子核内核蛋白颗粒（snRNPs)snRNPs)参与参与mRNAmRNA的剪接、加工的剪接、加工（三）小分子胞浆（三）小分子胞浆RNA,scRNA 与蛋白质组装成与蛋白质组装成小分子胞浆内蛋白颗粒小分子胞浆内蛋白颗粒 功能不清功能不清五、核酶五、核酶（
16、ribozyme)具有催化活性的具有催化活性的RNARNA第五节第五节 核酸的理化性质核酸的理化性质一、一般理化性质一、一般理化性质n生物大分子生物大分子n较强酸性较强酸性 酸性条件下稳定酸性条件下稳定n黏度黏度 DNARNADNARNAnDNA易断裂，易断裂，RNA易降解易降解二、紫外吸收性质二、紫外吸收性质n碱基中含有共轭双键，最大吸收峰碱基中含有共轭双键，最大吸收峰260nm，OD260n可用于核酸的定性、定量分析可用于核酸的定性、定量分析nOD260/OD280n1OD=50g DNA双链双链/40g RNA/33g DNA单链单链三、变性、复性与杂交三、变性、复性与杂交（一）变性（一
17、）变性(denaturation)n概念：理化因素，破坏氢键、碱基堆积力，导致概念：理化因素，破坏氢键、碱基堆积力，导致DNA二级结构破坏，二级结构破坏，DNA双连解离成为两条单链双连解离成为两条单链n变性后理化性质的改变：变性后理化性质的改变：黏度降低黏度降低 增色效应增色效应(hyperchromic effect)吸光度：天然吸光度：天然DNA变性后变性后DNA游离核苷酸混合物游离核苷酸混合物吸光度之和吸光度之和n融解温度融解温度(melting temperature Tm)50%双螺旋结构被破坏双螺旋结构被破坏 影响影响Tm值的因素值的因素 影响因素：碱基组成影响因素：碱基组成(GC
18、含量含量)、分子长度、变性、分子长度、变性条件条件（二）复性（二）复性（renaturation)/退火（退火（annealing)同源的两条同源的两条DNA链在适宜条件下可自动退火链在适宜条件下可自动退火,重新重新形成双链的过程形成双链的过程.理化性质得到恢复理化性质得到恢复 发生于变性分开的互补序列之间发生于变性分开的互补序列之间 适宜条件适宜条件 分子基础：碱基互补配对分子基础：碱基互补配对 两个阶段两个阶段（三）杂交（三）杂交（hybridization)不同来源的核苷酸链之间的复性。不同来源的核苷酸链之间的复性。DNA-DNA,RNA-DNA,RNA-RNA之间杂交之间杂交.分子基础
19、：碱基互补配对分子基础：碱基互补配对 分子探针技术分子探针技术 探针探针:经同位素标记的已知序列的核酸片断经同位素标记的已知序列的核酸片断第六节第六节 核酸酶与核酸序列测定核酸酶与核酸序列测定一、核酸酶（一、核酸酶（nuclease)n水解核酸水解核酸n分类：分类：按底物：按底物：DNADNA酶、酶、RNARNA酶酶 按催化部位：外切核酸酶按催化部位：外切核酸酶(exonuclease)内切核酸酶内切核酸酶 （endonuclease)二、核苷酸序列测定二、核苷酸序列测定一般核酸内切酶一般核酸内切酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶本章要点本章要点 核酸元素组成特点核酸元素组成特点.各种碱基各种
20、碱基,核苷和核苷酸的中核苷和核苷酸的中文名称及英文缩写符号文名称及英文缩写符号.DNA与与RNA分子组成的异分子组成的异同同.核苷酸之间的连接方式核苷酸之间的连接方式;碱基配对规律碱基配对规律 DNA的分子结构与功能：二级结构的分子结构与功能：二级结构 RNA的分子结构与功能：三种的分子结构与功能：三种RNA的结构特点的结构特点 核酸的理化性质：紫外吸收、变性及复性、核酸的理化性质：紫外吸收、变性及复性、Tm 杂交杂交 deoxyribonucleic aciddeoxyribonucleic acid，ribonucleic acidribonucleic acidnucleotidenucleotide，purinepurine，pyrimidinepyrimidine，adenineadenineguanineguanine，cytosinecytosine，thyminethymine，uraciluracildouble helix double helix，annealingannealing
