广东工业大学生物化学第六章核酸课件.ppt

1、第六章第六章 核酸核酸P113v 要点：1.核酸的分类、分布2.核酸的生物学功能3.核酸的结构：核酸的基本组成单位-核苷酸；核酸的一级结构；Chargaff法则；DNA双螺旋结构模型、左手螺旋（Z-DNA），DNA的三级结构-超螺旋。RNA的高级结构。RNA的类型，RNA的碱基组成4.核酸的理化性质：水解；酸碱性质；紫外吸收特性；核酸的变性、复性和分子杂交；热变性和Tm值，DNA复性及杂交。5.核酸酶早在1868年，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。1939年，Knapp等第一次用实验方法证实核酸是生命遗传的基础物质。自然界，动物、植物和微生物都含有核酸，

2、细菌也不例外。核酸的发现核酸的发现1 1、脱氧核糖核酸（、脱氧核糖核酸（DNADNA）Deoxyribonucleic Deoxyribonucleic Acid Acid 2 2、核糖核酸（、核糖核酸（RNARNA)Ribonucleic AcidRibonucleic Acidv核酸的两大分类核酸的两大分类P114DNADNA为为双链双链分子，其中大多数是分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分链状结构大分子，也有少部分呈环状结构。呈环状结构。DNADNA分子含有生物物种的所有遗分子含有生物物种的所有遗传信息，传信息，分子量分子量一般都很一般都很大大。脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA

3、DNA）RNARNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传信息的翻译和表达，遗传信息的翻译和表达，分分子量子量要比要比DNADNA小小得多。得多。RNARNA为为单链单链分子。分子。根据根据RNARNA的功能，可以分为的功能，可以分为mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA三种。三种。核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）组成核酸组成核酸的核苷酸的核苷酸核苷酸中核苷酸中的碱基的碱基核苷酸中核苷酸中的戊糖的戊糖结构结构DNAdAMPdAMP、dGMPdGMP、dCMPdCMP、dTMPdTMPA A、G G、C C、T T脱氧核糖脱氧核糖双链双链RNAAMPAMP、GMPGMP、CMPC

4、MP、UMPUMPA A、G G、C C、U U核糖核糖单链为主单链为主RNA RNA 与与 DNA DNA 的主要差别的主要差别DNA：真核生物主要分布在细胞核细胞核中，与组蛋白结合，以染色体形式存在；线粒体、叶绿体中有少量DNARNA：主要存在于细胞质细胞质中，细胞核、叶绿体、线粒体中有少量。v核酸的分布核酸的分布v核酸的生物学功能（核酸的生物学功能（P115）DNA是遗传物质的基础遗传物质的基础，控制控制蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成mRNA作为模板指导蛋白质的合成，传递传递DNA的的遗传信息遗传信息tRNA是转运工具转运工具，携带活化的氨基酸到正确位置rRNA是蛋白质合成的场所蛋白质

5、合成的场所。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组成核酸的基本元素：组成核酸的基本元素：C、H、O、N、P，其中其中P含含量稳定（量稳定（9%-10%）v核酸的基本组成单位核酸的基本组成单位：核苷酸核苷酸v核酸的组成：核酸的组成：戊糖、磷酸、含氮碱基戊糖、磷酸、含氮碱基第二节第二节 核酸的组成核酸的组成成分成分P118DNA与RNA的组成比较 组成类别碱基戊糖磷酸嘧啶嘌呤RNA胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤-D-核糖核糖磷酸DNA胸腺嘧啶胸腺嘧啶-D-2-脱脱氧核糖氧核糖 磷酸磷酸 核糖核糖 核酸核酸核苷酸核苷酸戊糖戊糖 核苷核苷 脱氧核糖脱氧核糖 嘌呤碱嘌呤碱 含氮碱含氮碱

6、嘧啶碱嘧啶碱 核酸的水解产物：核酸的水解产物：v核酸的基本结构单位是核酸的基本结构单位是核苷酸核苷酸，核苷酸由，核苷酸由碱基、戊糖和磷酸碱基、戊糖和磷酸组成组成-D-D-核糖核糖 -D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖戊糖：戊糖：P118P118尿嘧啶尿嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶嘧啶嘧啶UCTAG腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤嘌呤嘌呤核苷核苷是由是由戊糖与含氮碱基戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化经脱水缩合而生成的化合物。合物。v核苷的糖与碱基之间以核苷的糖与碱基之间以糖苷键糖苷键相连接，这些糖苷相连接，这些糖苷键都是键都是-型型。在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的在大多数情况下，核苷

7、是由核糖或脱氧核糖的-C1-C1-羟基与嘧啶碱羟基与嘧啶碱N1N1或嘌呤碱或嘌呤碱N9N9进行缩合，故生进行缩合，故生成的化学键称为成的化学键称为，N N糖苷键糖苷键核苷脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷核糖核苷核糖核苷核苷的分类核糖核糖+碱基碱基脱氧核糖脱氧核糖+碱基碱基核苷的命名腺嘌呤核糖腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷（简称腺苷）（简称腺苷）v核糖核苷的命名：某碱基核苷某碱基核苷 简称：某苷某苷腺嘌呤脱氧核糖腺嘌呤脱氧核苷腺嘌呤脱氧核苷（简称脱氧腺苷）（简称脱氧腺苷）v脱氧核苷的命名：某碱基脱氧核苷某碱基脱氧核苷 简称：脱氧某苷脱氧某苷 腺苷腺苷(AR)脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷键糖苷键 1,N

8、1-糖苷键糖苷键11N9N1碱碱基基糖糖l“稀有核苷稀有核苷”是由是由“稀有碱基稀有碱基”所生成的核苷。所生成的核苷。假尿苷（假尿苷（）1,C5-糖苷键糖苷键1C5尿苷尿苷 核苷酸是由核苷酸是由核苷与磷酸核苷与磷酸经脱水缩合后经脱水缩合后生成的磷酸酯。生成的磷酸酯。核苷酸核苷酸P124核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸核苷酸核苷酸腺嘌呤核苷酸磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基核核苷苷磷酸与核糖的磷酸与核糖的羟羟基缩合成基缩合成酯酯时，由于核糖核时，由于核糖核苷苷的核的核糖糖上有三个游离上有三个游离羟羟基，故能生成基，故能生成三种三种核糖核糖核核苷苷酸的异构体，即酸的异构体，即2-2-核苷酸

9、、核苷酸、3-3-核苷酸核苷酸和和5-5-核苷酸；最常见者为核苷酸；最常见者为5-5-核苷酸核苷酸而脱氧核而脱氧核苷苷的脱氧核的脱氧核糖糖上仅有两个游离上仅有两个游离羟羟基，基，故只能生成故只能生成两种两种脱氧核脱氧核糖糖核核苷苷酸的异构体，即酸的异构体，即3-3-核苷酸和核苷酸和5-5-核苷酸核苷酸组成RNA的核苷酸 组成RNA的核苷酸主要有四种：1.腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸(腺苷酸腺苷酸)AMP2.鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸(鸟苷酸鸟苷酸)GMP3.胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸(胞苷酸胞苷酸)CMP4.尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸(尿苷酸尿苷酸)UMP 组成DNA的核苷酸主要有四种：1.腺嘌呤脱氧核

10、苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸(脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸)dAMP2.鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸(脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸)dGMP3.胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸(脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸)dCMP4.胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸(脱氧尿苷酸脱氧尿苷酸)dTMP组成DNA的核苷酸 多聚核苷酸是通过核苷酸的多聚核苷酸是通过核苷酸的5-5-磷酸基磷酸基与另一分子核苷酸的与另一分子核苷酸的C C3 3-OH-OH形成形成磷酸二磷酸二酯键酯键相连而成的链状聚合物。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DNADNA链；链；由核糖核苷酸聚合而成的则称为由核糖核苷酸

11、聚合而成的则称为RNARNA链。链。多聚核苷酸多聚核苷酸在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基的种类和顺序，所以上式可以进一步简化基的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：为：5PAPCPGPCPTPGPTPA 3 或 5 ACGCTGTA 3PP5335PP53P53ACGT多磷酸核苷酸P126 5-5-核苷酸又可按其在核苷酸又可按其在55位缩合的磷酸基位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。酸核苷和三磷酸核苷。AMP：一磷酸腺苷ADP：二磷酸腺苷ATP：三磷酸腺苷 ATP是生物体内

12、分布最广和最重要的一是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。种核苷酸衍生物。O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷(ATP)ATPATP的性质的性质ATP ATP 分子的最显著特点是含有两个分子的最显著特点是含有两个高能磷酸高能磷酸键键。ATP ATP 水解释放出来的能量用于推动生物水解释放出来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。体内各种需能的生化反应。ATP ATP 是生物体内最重要的能量转换中间体。是生物体内最重要的能量转换中间体。ATP ATP 也是一种很好的磷酰化剂。也是一种很好的磷酰化剂。脱氧脱氧碱基碱基磷酸基数目磷酸基数目

13、磷酸磷酸dA（腺嘌呤）腺嘌呤）M（一）一）PG（鸟嘌呤）鸟嘌呤）D（二）二）T（胸腺嘧胸腺嘧啶）啶）T（三）三）C（胞嘧啶）胞嘧啶）U（尿嘧啶）尿嘧啶）核苷酸核苷酸的有关的有关缩写符号（缩写符号（补）补）常见核苷酸及符号一磷酸一磷酸二磷酸二磷酸三磷酸三磷酸腺苷腺苷AMPADPATP鸟苷鸟苷GMPGDPGTP胞苷胞苷CMPCDPCTP尿苷尿苷UMPUDPUTP脱氧胸苷脱氧胸苷dTMPdTDPdTTP多磷酸核苷的生物功能1.四种三磷酸核苷(ATP、GTP、CTP、UTP)是合成RNA的重要原料2.四种三磷酸脱氧核苷(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)是合成DNA的重要原料。3.ATP在生物体

14、内化学能的储存和利用中起着重要的作用4.ATP、GTP、CTP、UTP在多种物质的合成中提供所需的能量。环一磷酸腺苷环一磷酸腺苷 环一磷酸鸟苷环一磷酸鸟苷（信息传递和信息放大作用）（信息传递和信息放大作用）5.环核苷酸的分子结构环核苷酸的分子结构 RNARNA通常以单链形式存在，但也可形成通常以单链形式存在，但也可形成局局部的双螺旋部的双螺旋结构。结构。RNARNA分子的种类较多，分子大小变化较大，分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样化。功能多样化。主要的主要的RNARNA种类有种类有rRNArRNA、mRNAmRNA、tRNAtRNA、tRNAtRNA是分子最小，但含有是分子最小，但含

15、有稀有碱基最多稀有碱基最多的的RNARNA，其稀有碱基的含量可多达，其稀有碱基的含量可多达20%20%。tRNAtRNA是单链核酸，但其分子中的某些局是单链核酸，但其分子中的某些局部也可形成双螺旋结构。部也可形成双螺旋结构。RNA的多核苷酸链可以在某些部分弯曲拆叠，形成双螺旋区，此即RNA的二级结构v tRNAtRNA的二级结构由于局部双螺旋的形成而的二级结构由于局部双螺旋的形成而呈现呈现“三叶草三叶草”形，故称为形，故称为 “三叶草三叶草”结构结构。v tRNAtRNA的的“三叶草三叶草”形结构包括：形结构包括：氨基酸臂、氨基酸臂、DHUDHU环环、反密码、反密码环环、可变、可变环环和和TC

16、TC环环五五部分。部分。氨基酸臂氨基酸臂可变环可变环DHU环环反密码环反密码环TC环环(1)(1)氨基酸接受区氨基酸接受区(2)(2)反密码区反密码区与与(3)(3)二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区(4)(4)T T C C区区(5)(5)可变区可变区v氨基酸臂氨基酸臂：三叶草型结构的“叶柄”，由7个碱基对组成的螺旋区与3末端上CCA相连接的部分组成，它是结合氨基酸的部位。v二氢尿嘧啶环（二氢尿嘧啶环（DHUDHU环）环）：含有两个二氧尿嘧啶vTCTC环：环：含有胸苷(T)假尿苷()胞苷（C）序列v反密码环反密码环：其顶端的三个核苷酸残基组成三联反密码子，可识别mRNA分子上氨基酸的三联密码子，在蛋白

17、质生物合成中起着重要的翻译作用。v附加叉（额外环、可变环）附加叉（额外环、可变环）：不同的tRNA，其附加叉核苷酸残基数目差异较大，故又称其为可变环。tRNA的二级结构在空间伸展，形成倒倒“L”型型的三维空间立体结构即tRNA的三级结构。在倒L型的一端为反密码环，另一端为氨基酸臂，拐角处则为DHU环和TC环n在在tRNAtRNA二级结构中未二级结构中未配对的某些并不互补配对的某些并不互补的碱基参与了三级结的碱基参与了三级结构中特殊的氢键作用，构中特殊的氢键作用，tRNAtRNA链中的核糖链中的核糖-磷磷酸骨架与某些碱基甚酸骨架与某些碱基甚至其他的骨架之间也至其他的骨架之间也能产生作用。能产生作

18、用。mRNAmRNA可形成局部双螺旋结构的二级结构。可形成局部双螺旋结构的二级结构。mRNAmRNA在真核生物中的初级产物称为在真核生物中的初级产物称为HnRNAHnRNA。v大多数真核成熟的大多数真核成熟的mRNAmRNA分子具有典型的分子具有典型的5-5-端端的的7-7-甲基鸟苷三磷酸甲基鸟苷三磷酸帽子帽子结构和结构和3-3-端端的的多聚腺苷酸多聚腺苷酸(polyApolyA)尾巴尾巴结构。结构。5-cap的功能的功能(1)防止防止mRNA被核酸酶降解。被核酸酶降解。(2)为为mRNA翻译活性所必需。翻译活性所必需。(3)与蛋白质合成的正确起始有关。与蛋白质合成的正确起始有关。polyA的

19、功能的功能(1)保护保护mRNA，免受核酸外切酶的作用。，免受核酸外切酶的作用。(2)与翻译有关，没有与翻译有关，没有polyA翻译活性降低。翻译活性降低。(3)与与mRNA从细胞核转移到细胞质有关。从细胞核转移到细胞质有关。v mRNAmRNA分子中带有遗传密码，其功能分子中带有遗传密码，其功能是为蛋白质的合成是为蛋白质的合成提供模板提供模板。v mRNAmRNA分子中每三个相邻的核苷酸组分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为称为 遗传密码遗传密码l rRNArRNA是细胞

20、中是细胞中含量最多含量最多的的RNARNA，占总量的占总量的80%80%。rRNArRNA与蛋白质一与蛋白质一起构成核起构成核糖糖体，作为蛋白质生物体，作为蛋白质生物合成的场所合成的场所。在原核生物中，在原核生物中，rRNArRNA有三种：有三种：5 5S S，16S16S，23S23S。在真核生物中，在真核生物中，rRNArRNA有四种：有四种：5 5S S，5.8S5.8S，18S18S，28S28S。第四节第四节 DNA的结构的结构 P140一、DNA的碱基组成：A、G、C、TvDNA的碱基组成规律：1.A=T，G=C，A+G=C+T2.具有种的特异性3.没有组织、器官的特异性4.年龄、

21、营养状态、环境的改变不影响DNA碱基组成二、二、核酸的一级结构核酸的一级结构P140P140v定义：核酸的一级结构是指组成核酸的核苷酸核苷酸之间的连接方式及排列顺序。DNADNA分子主要由分子主要由dAMPdAMP、dGMPdGMP、dCMPdCMP和和dTMPdTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNADNA的一级结构的一级结构就是指就是指DNADNA分子中脱氧核糖分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序及连接方式。RNARNA分子主要由分子主要由AMPAMP，GMPGMP，CMPCMP，UMPUMP四四种核糖核苷酸组成。种核糖核苷酸组成。RNARNA

22、的一级结构的一级结构就就是指是指RNARNA分子中核糖核苷酸的排列顺序分子中核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。及连接方式。腺嘌呤核苷酸351245533l 一分子的核苷酸的一分子的核苷酸的3-3-位羟基与另位羟基与另一分子核苷酸的一分子核苷酸的5-5-位磷酸基通过位磷酸基通过脱水可形成脱水可形成3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。从而将两分子核苷酸连接起来。核苷酸的连接方式5端端3端端核酸就是由许多核酸就是由许多核苷酸核苷酸单位通过单位通过3,5-3,5-磷酸磷酸二酯键二酯键连接起来形成的连接起来形成的不含侧链的长链状化合不含侧链的长链状化合物。物。核酸核酸是是具有

23、方向性具有方向性的长的长链状化合物，多核苷酸链状化合物，多核苷酸链的两端，一端称为链的两端，一端称为5-5-端，另一端称为端，另一端称为3-3-端。端。多核苷酸链：多核苷酸链：RNA，DNA一级结构示意图核酸的表示方式核酸的表示方式DNA RNA5PdAPdCPdGPdTOH 3 5PAPCPGPUOH 或5ACGTGCGT 3 5ACGUAUGU 3 ACGTGCGT ACGUAUGUT53OH U53OH OH OH OH OH 若不特别注明，一般规定从若不特别注明，一般规定从55端书写至端书写至 33端端 v核酸的一级结构核酸的一级结构是核酸中各核苷酸通是核酸中各核苷酸通过过33，55磷

24、酸二酯键磷酸二酯键连接而成的无连接而成的无分支的多核苷酸链。即核苷酸排列顺序。分支的多核苷酸链。即核苷酸排列顺序。vDNA和和RNA的一级结构的一级结构l DNA DNA双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二级结构的一种重二级结构的一种重要形式，它是要形式，它是WatsonWatson和和CrickCrick两位科学家两位科学家于于19531953年提出来的一种结构模型。年提出来的一种结构模型。v三三、DNADNA的二级结构的二级结构双螺双螺旋结构模型旋结构模型P144P144DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则：规则：A=TG C 碱

25、基的理化数据分析碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理以氢键配对较合理 DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 1950195019531953，ChargaffChargaff研究小组对研究小组对DNADNA的化学的化学组成进行了研究，发现：组成进行了研究，发现：DNA DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，差异越大；越远，差异越大；相同物种，不同组织器官中相同物种，不同组织器官中DNADNA碱基组成相碱基组成相同，而且不因年龄、环境及营养而改变；同，而且不因年龄、环境及营养而改变；DNA DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一

26、定分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性，即的规律性，即A=TA=T、G=CG=C、A+G=T+CA+G=T+C。这一规律。这一规律被称为被称为 ChargaffChargaff原则原则。19531953年由年由WilkinsWilkins研究小组完成的研究研究小组完成的研究工作证明工作证明了了DNADNA是一种螺旋构象。是一种螺旋构象。WatsonWatsonCrickCrickl目前已知目前已知DNADNA双双螺旋结构可分螺旋结构可分为为A A、B B、C C、D D及及Z Z型等数种，型等数种，除除Z Z型型为为左手左手双双螺旋外，其余螺旋外，其余均为均为右手右手双螺双螺旋。旋。DN

27、A的二级结构类型碱基互补配对碱基互补配对 碱基配对及氢键形成碱基配对及氢键形成DNA双螺旋的稳定性因素两条两条DNADNA链之间形成的链之间形成的氢键（氢键（A AT T，GCGC）维持螺维持螺旋的横向稳定；旋的横向稳定；嘌呤碱基与嘧啶碱基形状扁平，呈疏水性，在螺旋嘌呤碱基与嘧啶碱基形状扁平，呈疏水性，在螺旋内部层层堆积，形成强大的疏水区，消除了介质中水内部层层堆积，形成强大的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响，碱基之间这种在垂直方分子对碱基之间氢键的影响，碱基之间这种在垂直方向的作用力被称为向的作用力被称为碱基堆积力碱基堆积力，是维系，是维系DNADNA双螺旋结双螺旋结构稳定的主

28、要作用力；构稳定的主要作用力；介质中的阳离子（如介质中的阳离子（如Na+Na+、K+K+和和Mg2+Mg2+）或富含正电）或富含正电荷的碱性蛋白中和了磷酸基团的负电荷，这种荷的碱性蛋白中和了磷酸基团的负电荷，这种离子键离子键降低了降低了DNADNA链间的排斥力、范德华引力等。链间的排斥力、范德华引力等。DNA双螺旋分子的双螺旋分子的大沟与小沟大沟与小沟vB B型双螺旋型双螺旋DNADNA的结构特点：的结构特点：P146P1461.1.为为右右手手反反平行双螺旋平行双螺旋；2.2.主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；3.3.两条链间存在两条链间存在碱基互补碱基互补：A

29、A与与T T或或G G与与C C配对配对形成氢键，称为碱基互补原则（形成氢键，称为碱基互补原则（A A与与T T为两个氢为两个氢键，键，G G与与C C为三个氢键为三个氢键）；）；4.4.螺旋的稳定因素为螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆氢键和碱基堆积积力力；5.5.螺旋的螺旋的螺距为螺距为3.4nm3.4nm，直径为，直径为2 2nmnm。DNA DNA 双螺旋分子存在一个双螺旋分子存在一个大沟大沟和一个和一个小沟小沟（一）原核生物（一）原核生物DNADNA的三级结的三级结构：构：l 绝大多数原核生物的绝大多数原核生物的DNADNA都是都是共价共价封闭的环状封闭的环状双螺旋。如双螺旋。如果再进一步

30、盘绕则形成麻花果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋三级结构。状的超螺旋三级结构。DNADNA的三级结构是指的三级结构是指DNADNA双螺旋结构通过进一步扭双螺旋结构通过进一步扭曲和折叠所形成的更加复杂的构象曲和折叠所形成的更加复杂的构象,超螺旋超螺旋是三级是三级结构的主要形式。结构的主要形式。环状环状DNADNA主要有以下三种构象主要有以下三种构象：DNA三级结构：超螺旋结构三级结构：超螺旋结构(superhelix，supercoil)双螺旋分子进一步螺旋化生成。双螺旋分子进一步螺旋化生成。如：原核生物如：原核生物DNA的高级结构的高级结构l 在真核生物中，在真核生物中，双螺旋的双螺旋的DNA

31、DNA分分子围绕一蛋白质子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，八聚体进行盘绕，从而形成特殊的从而形成特殊的串珠状结构，称串珠状结构，称为为核小体核小体。核小。核小体结构属于体结构属于DNADNA的三级结构。的三级结构。l DNADNA的基本功能是作为的基本功能是作为遗传信息的载体遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。提供模板。l DNADNA分子中具有特定生物学功能的片段称分子中具有特定生物学功能的片段称为为基因（基因（genegene）。一个生物体的全部。一个生物体的全部DNADNA序列称为序列称为基因组（基因组（genomegenome）

32、。基因组的大。基因组的大小与生物的复杂性有关，如病毒小与生物的复杂性有关，如病毒SV40SV40的基的基因组大小为因组大小为5.15.110103 3bpbp，大肠杆菌为，大肠杆菌为5.75.710106 6bpbp，人为，人为3 310109 9bpbp。DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细原核细胞胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程:外显子外显子(exon)hnRNA（不均一核（不均一核RNA):即

33、即mRNA的初级产物。的初级产物。P128l 具有自身催化作用的具有自身催化作用的RNARNA称为称为核酶核酶l核酶通常具有特殊的分子结构，如锤核酶通常具有特殊的分子结构，如锤头结构。头结构。核酶是具有特殊结构的核酶是具有特殊结构的RNARNA。RNARNA是核酶的功能部分。有些核酶的分子除是核酶的功能部分。有些核酶的分子除了了RNARNA外，还含有其它一些成份。例如蛋白外，还含有其它一些成份。例如蛋白质无机离子（质无机离子（PbPb2+2+、MnMn2+2+或或MgMg2+2+）等）等1 1核酶的组成和结构核酶的组成和结构核酶的作用底物基本上都是核酶的作用底物基本上都是RNARNA分子，即分

34、子，即RNARNA催化催化RNARNA。核酶催化的反应主要包括：水解反应，核酶催化的反应主要包括：水解反应，连接反应和转核苷酰反应等。连接反应和转核苷酰反应等。2 2核酶的催化作用核酶的催化作用l 凡是能水解核酸的酶都称为凡是能水解核酸的酶都称为核酸酶核酸酶。l 凡能从多核苷酸链的凡能从多核苷酸链的末端末端开始水解核酸开始水解核酸的酶称为的酶称为核酸外切酶核酸外切酶；凡能从多核苷酸链凡能从多核苷酸链中间中间开始水解核酸的酶称为开始水解核酸的酶称为核酸内切酶核酸内切酶。l 能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内

35、切限制性核酸内切酶（限制酶）酶（限制酶）。一、核酸的一般理化性质一、核酸的一般理化性质 核酸具有酸性核酸具有酸性粘度大粘度大紫外吸收最大吸收峰为紫外吸收最大吸收峰为260260nmnm二、核苷酸的性质1.一般性质 无色粉末或结晶 易溶于水，不溶于有机溶剂 有旋光性v2.核苷酸的紫外吸收P157由于嘌呤碱或嘧啶碱具有共轭双键共轭双键，所以碱基、核苷及核苷酸在240 290nm有一强烈的吸收峰，其最大吸收值在260nm3.核苷酸的互变异构作用碱基上带有酮基的核苷酸能发生烯醇式转化酮式烯醇式氨基式亚氨基式在生理条件下，G、T、U三者倾向于形成酮式，而A与C一般采取氨基式存在更为稳定。碱基上带氨基的核

36、苷酸的互变异构作用碱基上带氨基的核苷酸的互变异构作用 在理化因素作用下，在理化因素作用下，DNADNA双螺旋的两条互双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致补链松散而分开成为单链，从而导致DNADNA的理化性质及生物学性质发生改变，这的理化性质及生物学性质发生改变，这种现象称为种现象称为 DNADNA的变性的变性。引起引起DNADNA变性的变性的原因：碱基堆积力和氢键原因：碱基堆积力和氢键受到破坏受到破坏引起引起DNADNA变性的因素主要有：变性的因素主要有：高温，高温，强酸强碱，强酸强碱，有机溶剂等。有机溶剂等。DNA的变性是的变性是核酸双螺旋区的多聚核核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的苷

37、酸链间的氢键断裂，变成单链结构氢键断裂，变成单链结构的过程。的过程。v增色效应增色效应：指与天然指与天然DNADNA相比，变性相比，变性DNADNA因其双因其双螺旋破坏，使碱基充分外露，因此紫外吸收增加，螺旋破坏，使碱基充分外露，因此紫外吸收增加，这种现象叫增色效应。这种现象叫增色效应。生物学功能丧失或改变。生物学功能丧失或改变。粘度降低粘度降低.旋光性下降旋光性下降.DNADNA变性后的性质改变：变性后的性质改变：v DNADNA的变性温度的变性温度：加热：加热DNADNA溶液，使其对溶液，使其对260nm260nm紫外光的吸收度突然增加，达到其最紫外光的吸收度突然增加，达到其最大值一半时的

38、温度，就是大值一半时的温度，就是DNADNA的的变性温度变性温度（解链解链温度，温度，TmTm）。l TmTm的高低与的高低与DNADNA分子分子大小有关大小有关lTmTm的高低与的高低与DNADNA分子中分子中G+CG+C的含量有关，的含量有关，G+CG+C的含量越高，则的含量越高，则TmTm越高越高。l将热变性后的将热变性后的DNADNA溶液缓慢冷却，在低于溶液缓慢冷却，在低于变性温度约变性温度约25253030的条件下保温一段时的条件下保温一段时间（间（退火退火），则变性的两条单链），则变性的两条单链DNADNA可以可以重新互补而形成原来的双螺旋结构并恢复重新互补而形成原来的双螺旋结构并

39、恢复原有的性质。原有的性质。l变性变性DNADNA在适当的条件下在适当的条件下，使，使两条彼此分两条彼此分开的链开的链重新形成双螺旋结构的过程，称为重新形成双螺旋结构的过程，称为 DNADNA的复性的复性。DNA的变性与复性l 两条来源不同的单链核酸（两条来源不同的单链核酸（DNADNA或或RNARNA），），只要它们有大致相同的互补碱基顺序，经只要它们有大致相同的互补碱基顺序，经退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为这一现象称为 核酸的分子杂交。核酸的分子杂交。(P166)P166)l核酸杂交可以是核酸杂交可以是DNA-DNADNA-DNA，也可以是，也可以是DNA-DNA-RNARNA杂交。杂交。