1、第三章第三章 核酸核酸主要内容主要内容核酸的组成成分核酸的组成成分核酸的结构核酸的结构DNADNA和基因组和基因组RNARNA的结构和功能的结构和功能第一节第一节 核酸的组成成分核酸的组成成分一、核酸的发现及研究一、核酸的发现及研究 1868 1868年，年，F.MiescherF.Miescher，核酸最早分核酸最早分离自外科绷带脓细胞的离自外科绷带脓细胞的细胞核细胞核，并发现，并发现其含磷量超过当时发现的任何一种有机其含磷量超过当时发现的任何一种有机物，且物，且含有很强的酸性，含有很强的酸性，得名核酸。得名核酸。19021902，E.FischerE.Fischer研究糖和嘌呤而获诺贝尔研
2、究糖和嘌呤而获诺贝尔化学奖。核酸中的嘌呤和嘧啶主要由化学奖。核酸中的嘌呤和嘧啶主要由KosselKossel等人所鉴定。等人所鉴定。19101910，KosselKossel 因核酸化学研究中的成就而因核酸化学研究中的成就而获诺贝尔生理学奖。获诺贝尔生理学奖。19461946，E.ChargaffE.Chargaff测定了测定了DNADNA碱基，提出碱基，提出ChargaffChargaff法则。法则。一、核酸的发现及研究一、核酸的发现及研究一、核酸的发现及研究一、核酸的发现及研究 GriffithGriffith（19281928）及）及AveryAvery（19441944）等人关等人关于
3、致病力强的光滑型（于致病力强的光滑型（S S型）肺炎链球菌型）肺炎链球菌DNADNA导致致病力弱的粗糙型（导致致病力弱的粗糙型（R R型）细菌发生遗型）细菌发生遗传转化的实验；传转化的实验；HersheyHershey和和ChaseChase（19521952）关于关于DNADNA是遗传物是遗传物质的实验（质的实验（T2T2噬菌体侵染大肠杆菌实验）；噬菌体侵染大肠杆菌实验）；1962年年Watson（美）（美）Crick（英）（英）Wilkins（新西兰）（新西兰）1953年年Watson Crick提出提出DNA反向平行双螺旋模型；反向平行双螺旋模型；Crick于于1954年提出了中心法则年
4、提出了中心法则通过对通过对DNA分子的分子的X射线衍射射线衍射研究证实了研究证实了DNA Double Helix Model一、核酸的发现及研究一、核酸的发现及研究1965年年 Jacob Monod（法国）诺贝尔生理医学奖法国）诺贝尔生理医学奖Francis JacobJacques Monod提出并证实了提出并证实了Operon作为调节细菌细胞代谢的分子机制并作为调节细菌细胞代谢的分子机制并首次预言首次预言mRNA分子的存在分子的存在此外，此外，19531953年年ZamecnikZamecnik发现蛋发现蛋白质的合成场所白质的合成场所是核糖体（无细是核糖体（无细胞系统放射性同胞系统放射
5、性同位素标记的氨基位素标记的氨基酸）酸）一、核酸的发现及研究一、核酸的发现及研究1969年年 Nirenberg（美）（美）Holly Khorana诺贝尔生理医学奖诺贝尔生理医学奖Marshall W.Nirenberg Robert W.HolleyHar Gobind Khorana 破译了遗传密码破译了遗传密码酵母丙氨酸酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列并证的核苷酸序列并证明了所有明了所有tRNA三级结构的相似性三级结构的相似性第一个合成了核酸分子，第一个合成了核酸分子，并人工复制了酵母基因并人工复制了酵母基因一、核酸的发现及研究一、核酸的发现及研究 核酸分为两大类：核酸分为两大类：脱氧核
6、糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）Deoxyribonucleic Deoxyribonucleic AcidAcid 核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）Ribonucleic AcidRibonucleic Acid二、核酸的种类和分布二、核酸的种类和分布二、核酸的种类和分布二、核酸的种类和分布一、脱氧核糖核酸一、脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)(deoxyribonucleic acid,DNA)90%90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等线粒体，叶绿体，质粒等(携带遗传信息，决定携带遗传信息，决
7、定细胞和个体的基因型细胞和个体的基因型)(genotype)(genotype)。二、核糖核酸二、核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)(ribonucleic acid,RNA)分布于胞核、胞液（携带遗传信息，指导或分布于胞核、胞液（携带遗传信息，指导或参与蛋白质的生物合成，参与基因表达调控等）。参与蛋白质的生物合成，参与基因表达调控等）。DNADNA大多为双链分子大多为双链分子 大多数是线性链状结大多数是线性链状结构，少部分呈环状构，少部分呈环状 分子量一般都很大分子量一般都很大脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（核糖核酸（RNA）RNARNA为单链分子为单链分子
8、RNARNA主要负责主要负责DNADNA遗传信息的遗传信息的翻译和表达翻译和表达 分子量比分子量比DNADNA小得多。小得多。RNA的种类的种类1）mRNA 2)tRNA 3)rRNAmRNA(mRNA(信使信使RNA)RNA)约占总约占总RNA的的5%不同细胞的不同细胞的mRNA链长和分子量差异链长和分子量差异很大很大 其功能是将其功能是将DNA的遗传信息传递到蛋的遗传信息传递到蛋白质合成基地白质合成基地-核糖核蛋白体。核糖核蛋白体。Messenger RNAtRNA(转移转移RNA)RNA)约占总约占总RNARNA的的10-15%10-15%在蛋白质生物合成中翻译在蛋白质生物合成中翻译AA
9、AA信息、将相应信息、将相应AAAA转运到核糖核蛋白体转运到核糖核蛋白体 每一个每一个AAAA至少有一个相应的至少有一个相应的tRNAtRNA。tRNAtRNA分子大小相似一般为分子大小相似一般为73-7873-78个核苷酸。个核苷酸。lTransfer RNArRNA(核糖体核糖体RNA)RNA)约占全部约占全部RNA的的80%是核糖核蛋白体的主要组成部分是核糖核蛋白体的主要组成部分 功能与蛋白质生物合成相关。功能与蛋白质生物合成相关。Ribosome RNA三、核酸的组成成分三、核酸的组成成分（一）戊糖（一）戊糖三、核酸的组成成分三、核酸的组成成分（二）含氮碱基（二）含氮碱基 嘌呤环嘌呤环
10、 嘧啶环嘧啶环三、核酸的组成成分三、核酸的组成成分（三）磷酸基团（三）磷酸基团三、核酸的组成成分三、核酸的组成成分（四）核苷及核苷酸（四）核苷及核苷酸（四）核苷及核苷酸（四）核苷及核苷酸核苷酸之间的连接核苷酸之间的连接-3-5-3-5磷酸二磷酸二酯键酯键核酸骨架核酸骨架糖糖-磷酸骨架磷酸骨架三、核酸的组成成分三、核酸的组成成分核酸的组成核酸的组成核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基水水解解核酸的结构核酸的结构 核酸的一级结构核酸的一级结构 DNADNA的二级结构的二级结构 DNADNA的高级结构的高级结构（一）核酸的一级结构（一）核酸的一级结构核酸的一级核酸的一级结构：各核结构
11、：各核苷酸残基沿苷酸残基沿多核苷酸链多核苷酸链排列的顺序排列的顺序（序列）（序列）核核酸酸的的一一级级结结构构DNADNA一级结构的简写形式一级结构的简写形式戊糖戊糖P53首端首端末端末端PPPPPP pApCpTpG-pA-C-T-G核苷酸顺序又称核苷酸顺序又称碱基顺序碱基顺序（一）核酸的一级结构（一）核酸的一级结构RNARNA的一级结构的一级结构 核糖核苷酸通过磷酸二核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连形成的长链酯键相连形成的长链DNADNA的一级结构的一级结构 DNADNA具有严格的化学组成，还具有特殊的空间结构，它主具有严格的化学组成，还具有特殊的空间结构，它主要以有规则的双螺旋形式存在，其基
12、本特点是要以有规则的双螺旋形式存在，其基本特点是:(l)DNA(l)DNA分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的分子是由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成的;(2)DNA(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧。基本骨架，碱基排列在内侧。两条链上的碱基通过氢键结合形成碱基对，它的组成规律是两条链上的碱基通过氢键结合形成碱基对，它的组成规律是嘌呤与嘧啶配对。即嘌呤与嘧啶配对。即A A与与T,GT,G与与C C。组成组成DNADNA分子的碱基虽然只有分子的碱基虽然只有4 4种，但碱基可以任何顺序排列，
13、种，但碱基可以任何顺序排列，构成了构成了DNADNA分子的多样性。分子的多样性。DNADNA的的ATGCATGC的排列方式几乎是无限的排列方式几乎是无限的。每个的。每个DNADNA分子所具有的特定的碱基排列顺序构成了分子所具有的特定的碱基排列顺序构成了DNADNA分分子的特异性子的特异性，不同的，不同的DNADNA链可以编码出完全不同的多肽。链可以编码出完全不同的多肽。DNADNA的二级结构的二级结构DNADNA的二级结构的二级结构 二、二、DNADNA的二级结构的二级结构 DNADNA的二级结构是指两条多核苷酸链反向平的二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。在生物活体行盘
14、绕所生成的双螺旋结构。在生物活体中，通常情况下，中，通常情况下，DNADNA的二级结构以两大类的二级结构以两大类存在存在:右手螺旋（右手螺旋（A ADNADNA、B BDNADNA）和左）和左手螺旋（手螺旋（Z ZDNADNA）。）。通常情况下通常情况下DNADNA的构象为的构象为B-DNAB-DNA。DNADNA的二级结构特点的二级结构特点 DNADNA的两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成螺旋的两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成螺旋结构。结构。多核苷酸的方向由核苷酸间的磷酸二酯键的走向决定，一多核苷酸的方向由核苷酸间的磷酸二酯键的走向决定，一条从条从5353，另一条从，另一条
15、从3535。链间有螺旋型的凹槽，。链间有螺旋型的凹槽，一条小沟一条小沟;一条大沟。一条大沟。两条链上的碱基以氢键相连，两条链上的碱基以氢键相连，G G与与C C配对，配对，A A与与T T配对。碱基配对。碱基对层叠于双螺旋的内侧。相邻碱基对平面之间的距离为对层叠于双螺旋的内侧。相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm0.34nm，以，以3.4nm3.4nm为一个结构重复周期。为一个结构重复周期。核苷酸的磷酸基团与脱氧核糖在外侧，通过磷酸二酯键相核苷酸的磷酸基团与脱氧核糖在外侧，通过磷酸二酯键相连接而构成连接而构成DNADNA分子骨架。分子骨架。脱氧核糖环平面与纵轴大致平行。脱氧核糖环平面与纵轴大
16、致平行。双螺旋的直径为双螺旋的直径为2.0nm2.0nm。（1 1）两条反向平行）两条反向平行的多核苷酸链围绕的多核苷酸链围绕同一中心轴缠绕同一中心轴缠绕,为为右手螺旋。右手螺旋。1 1、结构特征、结构特征（2 2）碱基位于双螺旋的内侧，碱基位于双螺旋的内侧，磷酸和核糖在外侧，磷酸和核糖在外侧，通过通过3，5磷酸二酯键磷酸二酯键构成骨架。构成骨架。碱基平面与纵轴垂直，碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行。糖环平面与纵轴平行。大沟：宽大沟：宽1.2nm1.2nm，深，深0.85nm0.85nm，小沟：宽，小沟：宽0.6nm0.6nm，深深0.75nm0.75nm。（3）主要参数）主要参数双螺旋
17、的直径为双螺旋的直径为2nm2nm，碱基堆积距离为碱基堆积距离为0.34nm0.34nm，两个核苷酸之间的夹两个核苷酸之间的夹角角3636，每圈螺旋含每圈螺旋含1010个核苷个核苷酸，螺距酸，螺距3.4nm3.4nm。（4 4）两条核苷酸链依靠碱基间形成的氢键而）两条核苷酸链依靠碱基间形成的氢键而结合。结合。A AT GT GC C（5 5）碱基在一条链上的排列顺序不受任何限）碱基在一条链上的排列顺序不受任何限制。但根据碱基配对原则，一条核苷酸链序列制。但根据碱基配对原则，一条核苷酸链序列可决定另一条互补链的序列。可决定另一条互补链的序列。双螺旋的补充：双螺旋的补充：（1 1）夹角和碱基对的数
18、目变化）夹角和碱基对的数目变化（2 2）碱基对沿长轴旋转一定的角度）碱基对沿长轴旋转一定的角度碱基堆积力碱基堆积力形成疏水环境（主要因素）形成疏水环境（主要因素）。碱基配对的碱基配对的氢键氢键。GCGC含量越多，越稳定。含量越多，越稳定。磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成白的正离子之间形成离子键离子键，中和了磷酸基，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于上的负电荷间的斥力，有助于DNADNA稳定。稳定。碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。水溶性活性小分子的攻击。2 2、稳
19、定双螺旋结构的因素、稳定双螺旋结构的因素 3 3、DNADNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性 DNADNA的类型的类型类型类型 结晶状态结晶状态 螺距螺距 碱基距离碱基距离 每圈每圈 旋转旋转 (nm)(nm)bp(nm)(nm)bp数数 方向方向A A 相对湿度相对湿度75%2.8 0.256 11 75%2.8 0.256 11 右手右手 DNADNA钠盐钠盐B B 相对湿度相对湿度92%92%3.4 0.34 10 3.4 0.34 10 右手右手 DNADNA钠盐钠盐C C 相对湿度相对湿度66%3.1 0.332 9.3 66%3.1 0.332 9.3 右手右手 DNADNA
20、锂盐锂盐Z d(GCGCGC)4.44 0.37 12 Z d(GCGCGC)4.44 0.37 12 左手左手DNADNA的二级结构的二级结构三、三、DNADNA的高级结构的高级结构 DNADNA的高级结构是指的高级结构是指DNADNA双螺旋进一步扭曲盘绕所双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超形成的特定空间结构。超螺旋结构是螺旋结构是DNADNA高级结构的高级结构的主要形式，可分为正超螺主要形式，可分为正超螺旋与负超螺旋两大类。旋与负超螺旋两大类。MOV:PBCA0267501supercoiling of DNA真核生物染色体的结构真核生物染色体的结构一、染色体概述一、染色体概述3
21、 3、染色体的功能染色体的功能遗传物质的主要载体遗传物质的主要载体2 2、染色体的组成染色体的组成DNADNA和蛋白质和蛋白质1 1、染色体的发现染色体的发现1919世纪中叶世纪中叶在有丝分裂中发现的一种易被在有丝分裂中发现的一种易被碱性染料染成深色的物质；碱性染料染成深色的物质；第一节第一节 染色体染色体 4 4、染色体的重要特征、染色体的重要特征 分子结构相对稳定分子结构相对稳定;能够自我复制能够自我复制;能够指导蛋白质的合成，能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程从而控制整个生命过程;能够产生可遗传的变异。能够产生可遗传的变异。（一）、原核细胞的染色（一）、原核细胞的染色体体1 1、
22、位于一个类似、位于一个类似“核核”的结构的结构“类核体类核体”上，由上，由DNADNA和外裹的稀疏蛋白质组成，其中一部分蛋白与和外裹的稀疏蛋白质组成，其中一部分蛋白与DNADNA的折叠有关，另一些则参与的折叠有关，另一些则参与DNADNA复制、重组及转复制、重组及转录。录。2 2、原核生物中一般只有一条染色体，且大都带有、原核生物中一般只有一条染色体，且大都带有单拷贝基因；只有很少数基因（如单拷贝基因；只有很少数基因（如rRNArRNA基因）是以基因）是以多拷贝形式存在；整个染色体多拷贝形式存在；整个染色体DNADNA几乎全部由功能几乎全部由功能基因与调控序列所组成；几乎每个基因序列都与它基因
23、与调控序列所组成；几乎每个基因序列都与它所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。（无内含子）所编码的蛋白质序列呈线性对应状态。（无内含子）真核细胞的染色体位于核仁内，真核细胞的染色体位于核仁内，DNADNA与蛋白质完全融合在一与蛋白质完全融合在一起，其蛋白质与相应起，其蛋白质与相应DNADNA的质量比约为的质量比约为2 2：1 1；其中蛋白质包；其中蛋白质包括括组蛋白组蛋白和和非组蛋白非组蛋白，真核生物染色体的组成：由真核生物染色体的组成：由DNADNA、组蛋白组蛋白、非组蛋白非组蛋白及及部分部分RNARNA（主要是尚未完成转录而仍与模板（主要是尚未完成转录而仍与模板DNADNA相连接的那些相连接的
24、那些RNARNA，其含量不到其含量不到DNADNA的的10%10%）组成。）组成。除了性细胞以外，真核细胞的染色体都是二倍体，而性细胞除了性细胞以外，真核细胞的染色体都是二倍体，而性细胞的染色体数目是体细胞的一半，称为单倍体。的染色体数目是体细胞的一半，称为单倍体。染色体被大量蛋白质及核膜包围，染色体被大量蛋白质及核膜包围，DNADNA的转录和翻译在的转录和翻译在不同不同的空间和时间上的空间和时间上进行，其基因表达调控与进行，其基因表达调控与DNADNA的序列和染色的序列和染色体的结构有关。体的结构有关。（二）真核细胞的染色体（二）真核细胞的染色体 染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。染
25、色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与组蛋白是染色体的结构蛋白，它与DNADNA组成核组成核小体。组蛋白分别为小体。组蛋白分别为HlHl、H2AH2A、H2BH2B、H3H3及及H4H4。它们含有大量的赖氨酸和精氨酸。它们含有大量的赖氨酸和精氨酸。非组蛋白包括酶类，收缩蛋白、骨架蛋白、肌非组蛋白包括酶类，收缩蛋白、骨架蛋白、肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等。动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、原肌蛋白等。（二）真核细胞的染色体（二）真核细胞的染色体染色质和核小体染色质和核小体 由由DNADNA和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体和组蛋白组成的染色质纤维细丝是
26、许多核小体连成的念珠状结构。核小体是由连成的念珠状结构。核小体是由H2AH2A、H2BH2B、H3H3、H4H4各两个各两个分子生成的分子生成的8 8聚体和由大约聚体和由大约200bpDNA200bpDNA组成的。八聚体在中组成的。八聚体在中间，间，DNADNA分子盘绕在外，而分子盘绕在外，而HlHl则在核小体的外面。每个核则在核小体的外面。每个核小体只有一个小体只有一个HlHl。用核酸酶水解核小体后产生的核心颗粒。用核酸酶水解核小体后产生的核心颗粒含含146bpDNA146bpDNA和组蛋白八聚体，和组蛋白八聚体，146bpDNA146bpDNA绕在核心外面形成绕在核心外面形成1 17575
27、圈，每圈约圈，每圈约8Obp8Obp。许多核小体构成了连续的染色质许多核小体构成了连续的染色质DNADNA细丝。细丝。染色质和核小体染色质和核小体核核小小体体之之间间的的连连接接 原核生物的原核生物的基因组很小基因组很小，大多只有一条染色体，大多只有一条染色体，且且DNADNA含量少。（注意染色体外遗传基因的概念：含量少。（注意染色体外遗传基因的概念：即细菌的质粒、真核生物的线粒体、高等植物的即细菌的质粒、真核生物的线粒体、高等植物的叶绿体等所含有的叶绿体等所含有的DNADNA和功能基因）。和功能基因）。结构简练结构简练：原核：原核DNADNA分子的绝大部分是用来编码蛋分子的绝大部分是用来编码
28、蛋白质的，只有非常小的一部分不转录。而且，这白质的，只有非常小的一部分不转录。而且，这些不转录些不转录DNADNA序列通常是控制基因表达的序列。序列通常是控制基因表达的序列。（三）原核生物基因组（三）原核生物基因组 存在转录单元：存在转录单元：原核原核DNADNA序列中功能相关的基因丛序列中功能相关的基因丛集在基因组的特定部位，形成转录单元，它们可被集在基因组的特定部位，形成转录单元，它们可被一起转录为可翻译多个蛋白质的一起转录为可翻译多个蛋白质的mRNAmRNA分子，这种分子，这种mRNAmRNA叫多顺反子叫多顺反子mRNAmRNA。有重叠基因：有重叠基因：在一些细菌和动物病毒中同一段在一些
29、细菌和动物病毒中同一段DNADNA能携带两种不同蛋白质的信息。重叠基因主要有以能携带两种不同蛋白质的信息。重叠基因主要有以下几种情况下几种情况:(1):(1)一个基因完全在另一个基因里面；一个基因完全在另一个基因里面；(2)(2)部分重叠；部分重叠；(3)(3)两个基因只有一个碱基对的重叠。两个基因只有一个碱基对的重叠。有的重叠基因的重叠部分翻译相同序列的肽段；有有的重叠基因的重叠部分翻译相同序列的肽段；有的翻译不同的肽段，这是因为翻译起点错位引起的。的翻译不同的肽段，这是因为翻译起点错位引起的。（三）原核生物基因组（三）原核生物基因组重叠基因重叠基因（四）真核生物基因组（四）真核生物基因组
30、真核细胞基因组含有大量的重复序列，真核细胞基因组含有大量的重复序列，功能功能DNADNA序列大多被非功能序列大多被非功能DNADNA所隔开。许所隔开。许多多DNADNA序列不编码蛋白质。真核细胞序列不编码蛋白质。真核细胞DNADNA序序列可被分为列可被分为3 3类类:不重复序列不重复序列 占占DNADNA总量的总量的40408080，长，长约约7507502000bP2000bP。结构基因属于不重复序列。结构基因属于不重复序列。（四）真核生物基因组（四）真核生物基因组 中度重复序列中度重复序列-占总占总DNADNA的的10104040，各种各种rRNArRNA、tRNAtRNA以及某些结构基因
31、属于这以及某些结构基因属于这一类。中度重复序列往往分散在不重复序一类。中度重复序列往往分散在不重复序列之间。列之间。高度重复序列高度重复序列卫星卫星DNA DNA 占总占总DNADNA的的10106060，由，由6 6100100个碱基组成，在个碱基组成，在DNADNA链链上串联重复高达数百万次。不转录。上串联重复高达数百万次。不转录。（四）真核生物基因组（四）真核生物基因组 基因组庞大基因组庞大，一般都远大于原核生物的基因组；一般都远大于原核生物的基因组；存在大量的存在大量的重复序列重复序列；真核基因组的大部分序列为真核基因组的大部分序列为非编码序列，非编码序列，占整个基占整个基因组序列的因
32、组序列的90%90%以上；以上；真核基因组的转录产物为真核基因组的转录产物为单顺反子单顺反子；真核基因是真核基因是断裂基因断裂基因，有内含子结构；有内含子结构；真核基因组存在大量的真核基因组存在大量的顺式作用原件顺式作用原件，包括启动子、包括启动子、增强子、沉默子等；增强子、沉默子等；（四）真核生物基因组特点（四）真核生物基因组特点 真核基因组中存在大量的真核基因组中存在大量的DNADNA多态性多态性。DNADNA多态性是指多态性是指DNADNA序序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性（单核苷酸多态性（singl
33、e nucleotide polymorphism,SNP)single nucleotide polymorphism,SNP)和串联重复序列多态性和串联重复序列多态性(tandem repeats polymorphism(tandem repeats polymorphism）两）两类。类。真核生物基因组具有端粒（真核生物基因组具有端粒（telomere)telomere)结构。结构。端粒是真核生端粒是真核生物线性基因组物线性基因组DNADNA末端的一种特殊结构，它是一段末端的一种特殊结构，它是一段DNADNA序列和序列和蛋白质形成的复合体。其蛋白质形成的复合体。其DNADNA序列相当保
34、守，一般由多个短序列相当保守，一般由多个短寡核苷酸串联在一起构成，它具有保护线性寡核苷酸串联在一起构成，它具有保护线性DNADNA的完整复制、的完整复制、保护染色体末端和决定细胞寿命的功能。保护染色体末端和决定细胞寿命的功能。（四）真核生物基因组特点（四）真核生物基因组特点真核生物的断裂基因真核生物的断裂基因病毒基因组的特点病毒基因组的特点 由由DNADNA或或RNARNA组成，每种病毒只含一种核酸，组成，每种病毒只含一种核酸，结构可以是单链或双链，闭合环形或线形结构可以是单链或双链，闭合环形或线形分子。（分子。（DNADNA病毒或病毒或RNARNA病毒病毒）RNARNA病毒分四类：病毒分四类
35、：1 1）正链病毒、）正链病毒、2 2）负链病）负链病毒、毒、3 3）双链病毒、）双链病毒、4 4）逆转录病毒。）逆转录病毒。有有重叠基因重叠基因。RNARNA的结构和功能的结构和功能RNARNA的种类的种类 tRNA(tRNA(转运转运RNA)RNA)mRNAmRNA（信使（信使RNARNA）rRNArRNA（核糖体（核糖体RNARNA）其他其他RNARNA（snRNA,snRNA,snoRNA,asRNAsnoRNA,asRNA等等）等等）核糖核苷酸通过磷酸二酯核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连形成的长链键相连形成的长链RNARNA的一级结构的一级结构1 1、tRNAtRNA分子特点：分子特点：
36、约由约由73739393个核苷酸组成个核苷酸组成 分子中含有较多的修饰成分（分子中含有较多的修饰成分（10-20%10-20%）3-3-末端都具有末端都具有CCACCAOHOH的结构的结构 5-5-末端磷酸化，常为末端磷酸化，常为G G（pCpC）t tRNARNA的功能：的功能：1)1)结合活化氨基酸（结合活化氨基酸（3 3-CCA-OH-CCA-OH）2)2)搬运氨基酸到核糖体；搬运氨基酸到核糖体；3)3)识别识别mRNAmRNA密码子。密码子。4)4)参与蛋白质的翻译。参与蛋白质的翻译。5 5末端帽子结构：末端帽子结构：m7GpppNm7GpppN3 3末端有多聚腺苷酸尾巴结构末端有多聚
37、腺苷酸尾巴结构(polyA)(polyA)单顺反子（一条单顺反子（一条mRNAmRNA链上有一个编码区）链上有一个编码区）（1 1）真核细胞）真核细胞mRNAmRNA2 2、mRNA-mRNA-蛋白质合成的模板。蛋白质合成的模板。原核生物原核生物mRNAmRNA为多顺反子，无修饰碱基。为多顺反子，无修饰碱基。多顺反子多顺反子mRNA(polycistronic mRNA)mRNA(polycistronic mRNA)：一条：一条mRNAmRNA链上有多个编码区链上有多个编码区（2 2）原核细胞）原核细胞mRNAmRNA*rRNArRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数）真核生物真核
38、生物5S rRNA5S rRNA28S rRNA28S rRNA5.8S rRNA5.8S rRNA18S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA5S rRNA23S rRNA23S rRNA16S rRNA16S rRNA3 3、rRNArRNA一级结构特点一级结构特点rRNArRNA的功能：的功能：作为核糖体的骨架催化肽键的形成。作为核糖体的骨架催化肽键的形成。4 4、其他小分子、其他小分子RNARNA除上述三种除上述三种RNARNA外的其他种类的小分子外的其他种类的小分子RNARNA，统称为，统称为非非mRNAmRNA小小RNA(small non-RNA(small n
39、on-messenger RNAs,snmRNAs)messenger RNAs,snmRNAs)。1 1、snmRNAssnmRNAs 核内小核内小RNARNA（snRNAsnRNA）核仁小核仁小RNA RNA（snoRNAsnoRNA）snmRNAs snmRNAs 胞质小胞质小RNA RNA（scRNAscRNA）催化性小催化性小RNARNA（即（即ribozymeribozyme）小片段干涉小片段干涉 RNARNA （siRNAsiRNA）snmRNAssnmRNAs的功能的功能参与参与hnRNAhnRNA和和rRNArRNA的加工和转运。的加工和转运。核不均一核不均一RNARNA核酸
40、的性质核酸的性质一、核酸的水解一、核酸的水解 酸、碱、酶水解酸、碱、酶水解 作用于磷酸二酯键和糖苷键作用于磷酸二酯键和糖苷键 DNA/RNA对酸对酸/碱的碱的有差别有差别水解核酸的酶类水解核酸的酶类 核糖核酸酶核糖核酸酶（ribonuclease,RNaseribonuclease,RNase）（内切核酸酶、外切核酸酶）（水解（内切核酸酶、外切核酸酶）（水解RNARNA）。）。脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶（deoxyribonuclease,DNase deoxyribonuclease,DNase）（水解（水解DNADNA）。）。非特异性核酸酶非特异性核酸酶（nonspecific nucl
41、easenonspecific nuclease）（既能水解（既能水解DNA,DNA,又能水解又能水解RNARNA）。）。二、核酸的酸碱性质二、核酸的酸碱性质具有芳香环结构特点具有芳香环结构特点 能发生酮式能发生酮式/烯醇式、氨式烯醇式、氨式/亚氨式互变亚氨式互变 嘌呤和嘧啶碱基都具有弱碱性嘌呤和嘧啶碱基都具有弱碱性 _主要是环内氨基的贡献主要是环内氨基的贡献1 1、碱基的解离、碱基的解离2 2、核苷的解离、核苷的解离戊糖可增强碱基的酸性解离。戊糖可增强碱基的酸性解离。核糖中的羟基也可发生解离。核糖中的羟基也可发生解离。3.3.核苷酸的解离核苷酸的解离 磷酸基使核苷酸具有很强的酸性。磷酸基使核
42、苷酸具有很强的酸性。4.DNA4.DNA等电点为等电点为4 44.54.5；RNARNA等电点等电点 为为2 22.52.5。三、核酸的紫外吸收三、核酸的紫外吸收 碱基含有共轭双键碱基含有共轭双键 最大吸收峰最大吸收峰260nm260nm左右左右 OD260的应用：的应用：1.DNA或或RNA的定量的定量 OD260=1.0相当于相当于 50g/ml双链双链DNA 40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度 DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8 RNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0 含杂蛋白及苯酚，降低含杂
43、蛋白及苯酚，降低3.判断判断DNA是否变性是否变性四、核酸的变性、复性与杂交四、核酸的变性、复性与杂交(一一)核酸的核酸的变性变性（denaturationdenaturation）1 1、DNADNA的变性：的变性：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNADNA双链解开成双链解开成两条单链的过程。两条单链的过程。2 2、变性的实质、变性的实质:某些理化因素破坏了氢键和某些理化因素破坏了氢键和碱基堆积力，使核酸分子碱基堆积力，使核酸分子高级结构改变高级结构改变、理、理化性质及生物活性发生改变。化性质及生物活性发生改变。不涉及磷酸二不涉及磷酸二酯键断裂，一级结构不变。酯键断裂，一级结构
44、不变。降解：核苷酸骨架上降解：核苷酸骨架上33，5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键的的断裂断裂DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂 高温高温（一般（一般7575）热变性热变性 强酸、碱强酸、碱 酸碱变性酸碱变性 甲醛甲醛（Agarose中中RNA）尿素尿素（PAGE中中DNA）3、变性因素变性因素 完全变性后核酸紫外吸收值增加：完全变性后核酸紫外吸收值增加：天然天然DNA 25DNA 2540%40%、RNA RNA 约约1.1%1.1%实质：碱基暴露实质：碱基暴露增色效应：增色效应：由于变性或降解引起紫外吸收增加的现象由于变性或降解引起紫外吸收增加的现象DNA变性变
45、性5 5、DNADNA热变性的特征热变性的特征变性过程是变性过程是“跃变跃变式式”的，而非渐变的，而非渐变解链曲线：解链曲线：连续加热连续加热DNADNA，以温度对，以温度对A A260260作图，所得的曲线称为解链曲线作图，所得的曲线称为解链曲线。指增色效应达指增色效应达50%50%时的温度时的温度 一般一般DNA TDNA Tm m 值在值在85-90 85-90 C C之间之间 TmTm：DNADNA变性时，变性时，ODOD260260达达到最大值的到最大值的50%50%时的温度时的温度称为称为DNADNA的的解链温度解链温度或或融融解温度解温度(Tm)(Tm)。大小与大小与G+CG+C
46、含量成正比。含量成正比。(二二)核酸的核酸的复性复性（renaturation）复性：复性：变性变性DNA在适当的条件下，两在适当的条件下，两条彼此分开的单链重新缔合成双链。条彼此分开的单链重新缔合成双链。退火：退火：热变性的热变性的DNADNA经缓慢冷却后即可经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为复性，这一过程称为退火退火(annealing)(annealing)。DNA复性复性 分子量越大复性越难；分子量越大复性越难；浓度越大，复性越容易；浓度越大，复性越容易；DNADNA复性也与它本身组成和结构有关复性也与它本身组成和结构有关 （具有很多重复序列（具有很多重复序列DNADNA，复性快）。，复性快）。减色效应减色效应（低色效应）（低色效应）复性时紫外吸收减少的现象复性时紫外吸收减少的现象影响影响DNADNA复性的因素复性的因素(三三)核酸的杂交核酸的杂交DNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源的不同来源的DNA分子分子谢谢
