生物大分子4核酸课件.pptx

1、1.1.掌握掌握DNADNA与与RNARNA的结构特点；的结构特点；2.2.熟悉核酸种类、组成及其理化性质。熟悉核酸种类、组成及其理化性质。学习目标学习目标 核酸是一类重要的生物大分子，担负着生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。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。研究领域，是基因工程操作的核心分子。第一节第一节 核酸概述核酸概述 1868 1868年，年，F. MiescherF. Miescher从细胞核中分离得到一种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。酸性

2、物质，即现在被称为核酸的物质。19441944年，年，AveryAvery的转换转化实验的转换转化实验一、核酸的研究发现史一、核酸的研究发现史19531953年，年，WatsonWatson、Crick DNACrick DNA双螺旋模型双螺旋模型19821982年，核酶年，核酶orand可分离可分离 98 98核中（染色体中）核中（染色体中） 真核真核 线粒体（线粒体（mDNAmDNA） 核外核外 叶绿体（叶绿体（ctDNActDNA）DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外：质粒（核外：质粒（plasmidplasmid） 病毒：病毒：DNADNA病毒病毒核酸的种类和分布核酸的种类和分布

3、核酸分为两大类：核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid （DNADNA） 核糖核酸核糖核酸 Ribonucleic AcidRibonucleic Acid（RNARNA）RNARNA主要存在于细胞质中主要存在于细胞质中l tRNA tRNAl rRNA rRNAl mRNA mRNAl 其它其它l RNARNA病毒：病毒：SARSSARS第二节第二节 核酸的基本化学组成核酸的基本化学组成核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖分子组成分子组成元素组成：元素组成： C H O N P C H

4、 O N P 组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNADNA所含的糖为所含的糖为 -D-2-D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNARNA所含的糖则为所含的糖则为-D-D-核糖。核糖。一、戊糖一、戊糖OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖NNNHNNH2l腺嘌呤腺嘌呤ANHNNHNONH2l鸟嘌呤鸟嘌呤G尿嘧啶尿嘧啶UNHNHOONNHNH2O胞嘧啶胞嘧啶CNHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶T核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的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。种类很多，大部分是上述碱基的甲

5、基化产物。核苷核苷 戊糖戊糖+ +碱基碱基 糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键，称为键，称为C-NC-N糖苷键糖苷键(OH)(OH)胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2 核苷酸核苷酸 核苷核苷+ +磷酸磷酸 戊糖戊糖+ +碱基碱基+ +磷酸磷酸HHHHHHH H H四、核苷酸四、核苷酸五、核苷酸衍生物五、核苷酸衍生物 1. 1. 继续磷酸化继续磷酸化O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O

6、-POO-三磷酸腺苷 (ATP)AMPADPATP2.2.环化磷酸化环化磷酸化l cAMPl cGMP3. 3. 肌苷酸及鸟苷酸肌苷酸及鸟苷酸( (强力味精强力味精) )4. 4. 辅酶辅酶 NADNAD、NADPNADP、FMNFMNIMP GMP六、多聚核苷酸（核酸）六、多聚核苷酸（核酸） 多聚核苷酸是通过一个核苷酸的多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C C3 3-OH -OH 与另一分子核苷与另一分子核苷酸的酸的5 5- -磷酸基形成磷酸基形成3 3,5,5- -磷酸二酯键相连而成的链状聚合磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。物。5533l 5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5 5-P-P表示）；表

7、示）；3-3-羟基端（常用羟基端（常用3 3-OH-OH表示）表示）l 方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式多聚核苷酸的表示方式DNA RNA5PdAPdCPdGPdTOH 3 5PAPCPGPUOH 或5ACGTGCGT 3 5ACGUAUGU 3 ACGTGCGT ACGUAUGUT53OH U53OH OH OH OH OH 第三节第三节 DNADNA的结构的结构一级结构一级结构基因（基因（genegene）：）：一段有功能的一段有功能的DNADNA片段，生物片段，生物细胞中

8、细胞中DNADNA分子的最小功能单位（交换单位）。分子的最小功能单位（交换单位）。 蛋白质（蛋白质（mRNA mRNA 蛋白质）蛋白质）产物产物 tRNA tRNA RNA RNA rRNA rRNA 调节功能：调节基因调节功能：调节基因无产物无产物 作用未知作用未知结构基因结构基因基因组（基因组（genomegenome）：）：某生物体（完整单倍体）所某生物体（完整单倍体）所含全部遗传物质的总和。含全部遗传物质的总和。 包括：核基因组（拟包括：核基因组（拟核核/ /核核DNADNA）及核外（质粒）及核外（质粒/ /质体质体DNADNA） bpbp（碱基对（碱基对） 103 104 105 1

9、06 107 108 109 1010 1011 1012人人两栖两栖类类鱼类鱼类藻类藻类酵母酵母细菌细菌E.ColE.Coli i病毒病毒质粒质粒各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小 DNADNA的双螺旋模型的双螺旋模型 19531953年，年，J. WatsonJ. Watson和和F. F. Crick Crick ，根据，根据DNADNA结晶的结晶的X-X-衍射图谱和分子模型，衍射图谱和分子模型，提出了著名的提出了著名的DNADNA双螺旋双螺旋结构模型，并对模型的结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学生物学意义作出了科学的解释和预测。的解释和预

10、测。 在在DNADNA分子中，嘌呤碱基分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总的总数与嘧啶碱基的总数相等。数相等。二、二、DNADNA的二级结构的二级结构DNADNA双螺旋模型要点双螺旋模型要点B型结构型结构 两条链反向平行，右手螺旋两条链反向平行，右手螺旋 碱基在内（碱基在内（AT，GC）碱）碱基平面垂直于螺旋轴基平面垂直于螺旋轴 戊糖在外，双螺旋每转一周戊糖在外，双螺旋每转一周 为为10碱基对（碱基对（bp）A型结构型结构 碱基平面倾斜碱基平面倾斜20，螺旋变粗，螺旋变粗变短，螺距变短，螺距23nm。Z型结构型结构 左手螺旋，只有小沟左手螺旋，只有小沟2.0 nm小小沟沟大大沟沟双螺旋双螺旋D

11、NADNA的结构参数的结构参数类型类型旋转方向旋转方向螺旋直径螺旋直径（nm）螺距螺距（nm）每转碱基每转碱基对数目对数目碱基对间垂直碱基对间垂直距离（距离（nm）碱基对与水碱基对与水平面倾角平面倾角ADNABDNAZDNA右右右右左左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.272007双螺旋稳定的力双螺旋稳定的力 氢键氢键 碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力）碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力） 离子键等离子键等 则则DNA变性剂（热、变性剂（热、pH、脲、脲/酰胺、有机溶剂）酰胺、有机溶剂）DNADNA的存在形式的存在形式三、三、DNADNA的三级结构的三级结

12、构 DNADNA双螺旋的进一步扭曲构成三级结构，双螺旋的进一步扭曲构成三级结构，负超负超螺旋螺旋 原核原核 双链环状双链环状DNADNA（dcDNAdcDNA） 病毒病毒 单链环状单链环状DNADNA（scDNAscDNA） 单链线性单链线性DNADNA（ssDNAssDNA） 真核真核 双链线性双链线性DNADNA（dsDNAdsDNA）第四节第四节 RNARNA的结构的结构一、结构特点一、结构特点1. 碱基组成碱基组成 A、G、C、U （AU/GC） 稀有碱基较多，稳定性较差，易水解稀有碱基较多，稳定性较差，易水解2. 多为单链结构，少数局部形成螺旋多为单链结构，少数局部形成螺旋3. 分子

13、较小分子较小4. 分类分类l mRNA（hnRNA 核不均一核不均一RNA）l tRNA l rRNA （snRNA/asRNA）l 少数少数RNA病毒病毒二、二、tRNAtRNA占占RNA总量的总量的15一种氨基酸对应最少一种一种氨基酸对应最少一种RNAl分子量分子量25000左右，大约由左右，大约由7090个核苷酸组成，沉降系数个核苷酸组成，沉降系数为为4S左右。左右。l分子中含有较多的修饰成分。分子中含有较多的修饰成分。l3-末端都具有末端都具有CpCpAOH的结的结构。构。tRNAtRNA的三级结构的三级结构三、三、rRNArRNA占占RNARNA总量的总量的8080原核生物原核生物真

14、核生物真核生物核糖体核糖体rRNArRNA核糖体核糖体rRNArRNA 30s 30s70s70s 50s 50s16s16s5s 5s 、23s23s 40s 40s80s80s 50s 50s 18s18s5s5s、5.8s5.8s、28s28s四、四、mRNAmRNA和和hnRNAhnRNA占细胞总占细胞总RNA的的35 真核细胞真核细胞mRNAmRNA的的3 3- -末端有一段长达末端有一段长达200200个核个核苷酸左右的聚腺苷酸苷酸左右的聚腺苷酸( (polyA)polyA)，称为称为 “尾结尾结构构” ，5 5 - -末端有一个甲基化的鸟苷酸，称末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为为”

15、 帽结构帽结构“ 。第五节第五节 核酸的性质核酸的性质一、一般的理化性质一、一般的理化性质l 两性解离两性解离 / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微 溶于水，不溶于有机溶剂溶于水，不溶于有机溶剂l线性大分子（粘度高。抗剪切力差）线性大分子（粘度高。抗剪切力差）l可用电泳或离子交换（色谱）进行分离可用电泳或离子交换（色谱）进行分离l室温条件下，室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，在碱中变性，但不水解，RNA水解水解l加热条件下，加热条件下，D核糖浓盐酸苔黑酚核糖浓盐酸苔黑酚 绿色绿色 D2脱氧核糖酸二苯胺脱氧核糖酸二苯胺 蓝紫色蓝紫色二、核酸的紫外

16、吸收特性二、核酸的紫外吸收特性 在核酸分子中，由于嘌呤碱在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收因而具有独特的紫外线吸收光谱，一般在光谱，一般在260nm260nm左右有左右有最大吸收峰，可以作为核酸最大吸收峰，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的及其组份定性和定量测定的依据。依据。 以以A A260260/A/A280280进行定性、定量进行定性、定量 DNADNA和和RNARNA溶液中加入溴化乙溶液中加入溴化乙锭（锭（EBEB），在紫外下发出荧），在紫外下发出荧光光三、核酸的变性、复性与分子杂交三、核酸的变性、复性与分子杂交1.

17、1. 变性变性概念概念 稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链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。核酸的的一级结构结构的过程。核酸的的一级结构( (碱基顺序碱基顺序) )保持不变。保持不变。变性表征变性表征 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）收增加（增色效应）变性因素变性因素 pHpH（11.311.3或或5.05.0） 变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛） 低离子强度低离子强度 加热加热 DNADNA的变性过程的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因是突

18、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，用温度，用T Tm m表示。表示。 一般一般DNADNA的的T Tm m值在值在70-8570-85 C C之间。之间。DNADNA的的T Tm m值与分子中的值与分子中的G G和和C C的的含量有关。含量有关。 G G和和C C的含量高，的含量高，T Tm m值高。因而测定值高。因而测定TmTm值，可反映值，可反映DNADNA分子中分子中G, G, C C含量，可通过经验公式计算：（含量，可通过经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.4

19、4G+C)%=(Tm-69.3)X2.442. 热变性和热变性和Tm3. 核酸的复性核酸的复性 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螺旋结构的过程称为复性复性。 DNADNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一复性后，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。般只能得到部分的恢复，具有减色效应。 将热变性的将热变性的DNADNA骤然冷却至低温时，骤然冷却至低温时，DNADNA不可能复性。不可能复性。变性的变性的DNADNA缓慢冷却时可复性，因此又称为缓慢冷却时可复性，因此又称为“退火

20、退火”。 退火温度退火温度T Tm m2525 复性影响因素复性影响因素 片段浓度片段浓度/ /片段大小片段大小/ /片段复杂性（重复序列数目）片段复杂性（重复序列数目）/ / 溶液离子强度溶液离子强度 4.4.分子杂交分子杂交 DNADNA单链与在某些区域有互补序列的异源单链与在某些区域有互补序列的异源DNADNA单链单链或或RNARNA链形成双螺旋结构的过程。这样形成的新链形成双螺旋结构的过程。这样形成的新分子称为分子称为杂交杂交DNADNA分子分子。 核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有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。重要意义。 Southern Souther

21、n 杂交（杂交（Southern boltingSouthern bolting） Northern Northern 杂交（杂交（Northern boltingNorthern bolting） Western Western 杂交杂交 （Western boltingWestern bolting）一、选择题一、选择题1自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：A戊糖的戊糖的C-5上上 B戊糖的戊糖的C-2上上 C戊糖的戊糖的C-3上上D戊糖的戊糖的C-2和和C-5上上 E戊糖的戊糖的C-2和和C-3上上2可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：A碳碳 B氢氢 C氧氧 D磷磷 E氮氮3下列哪种碱基只存在于下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于而不存在于DNA：A尿嘧啶尿嘧啶 B腺嘌呤腺嘌呤 C胞嘧啶胞嘧啶 D鸟嘌呤鸟嘌呤 E胸腺嘧啶胸腺嘧啶4核酸中核苷酸之间的连接方式是：核酸中核苷酸之间的连接方式是：A2，3磷酸二酯键磷酸二酯键 B糖苷键糖苷键 C2，5磷酸二酯键磷酸二酯键D肽键肽键 E3，5磷酸二酯键磷酸二酯键5核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？A280nm B260nm C200nm D340nm E220nm练习题练习题