第二章核酸學(xué)生

1、第第 二二 章章核核 酸酸chemistry of chemistry of nucleic acidnucleic acid 核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機(jī)體不可核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機(jī)體不可缺少的組成部分。缺少的組成部分。 核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，它不僅對于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性它不僅對于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的保持，生長發(fā)育，細(xì)胞分化等起著重要的的保持，生長發(fā)育，細(xì)胞分化等起著重要的作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也密切相關(guān)。代謝病等也密切相關(guān)。 因此，核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)

2、、分子生物學(xué)因此，核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。和醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。 核酸概述核酸概述 （一）核酸的發(fā)展史（一）核酸的發(fā)展史 1. 1869年年,瑞士年輕的醫(yī)生瑞士年輕的醫(yī)生friedrich miescher 在廢棄的外科繃帶上的血細(xì)胞核在廢棄的外科繃帶上的血細(xì)胞核中分離到一種物質(zhì)，含有高比例的磷，他將中分離到一種物質(zhì)，含有高比例的磷，他將其命名為其命名為“核素核素” （nuclein）。）。 后來，發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)烈的酸性，改名為后來，發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)烈的酸性，改名為“核酸核酸”（nucleic acid）。雖然）。雖然miescher并不知道，并不知道，但他發(fā)現(xiàn)了但他發(fā)現(xiàn)了dna

3、！ 2. 不久，不久，hoppe-seyler 從酵母細(xì)胞中分離從酵母細(xì)胞中分離了類似的物質(zhì)，現(xiàn)在知道是了類似的物質(zhì)，現(xiàn)在知道是rna。 3. 20世紀(jì)世紀(jì)50年代以前，年代以前，“四核苷酸假說四核苷酸假說”比較流行，但缺乏結(jié)構(gòu)方面的多樣性，因此比較流行，但缺乏結(jié)構(gòu)方面的多樣性，因此普遍認(rèn)為核酸不大可能有重要的生理功能。普遍認(rèn)為核酸不大可能有重要的生理功能。 4. 1943年，年，chargaff等證明等證明dna中中4種堿種堿基的比例并不相等?；谋壤⒉幌嗟?。 5. 1944年，年， 美國生化學(xué)家美國生化學(xué)家avery通過肺炎通過肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，證實雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，證實dna是遺傳物質(zhì)

4、。是遺傳物質(zhì)。6. 1953年年, james watson and francis crick提出了提出了dna的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。 （二）核酸概念（二）核酸概念 和蛋白質(zhì)一樣，核酸是一種重要的生物高和蛋白質(zhì)一樣，核酸是一種重要的生物高分子化合物，是由其結(jié)構(gòu)單體核苷酸通過分子化合物，是由其結(jié)構(gòu)單體核苷酸通過3 , 5 - 磷酸二酯鍵聚合而成的長鏈，繼而形磷酸二酯鍵聚合而成的長鏈，繼而形成具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的大分子化合物。成具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的大分子化合物。 核酸是動物、植物、微生物機(jī)體的重要組核酸是動物、植物、微生物機(jī)體的重要組成成分，約占細(xì)胞干重的成成分，約占細(xì)胞干重的 。 （

5、三）核酸分類和分布（三）核酸分類和分布 1. 核酸的分類核酸的分類 根據(jù)核酸的化學(xué)組成，分為兩類根據(jù)核酸的化學(xué)組成，分為兩類: 核糖核酸核糖核酸 （ribonucleic acid 簡寫為：簡寫為：rna） 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 （deoxyribonucleic acid 簡寫為：簡寫為： dna） 2. 核酸的主要分布核酸的主要分布 dna：主要分布在真核細(xì)胞的細(xì)胞核中，在：主要分布在真核細(xì)胞的細(xì)胞核中，在線粒體、葉綠體等細(xì)胞器中也含有較少的線粒體、葉綠體等細(xì)胞器中也含有較少的dna。原核細(xì)胞則分布在其擬核區(qū)。原核細(xì)胞則分布在其擬核區(qū)。 rna：主要分布在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，核：主要分

6、布在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，核糖體上含量最多。細(xì)胞核的核仁區(qū)域進(jìn)行旺盛糖體上含量最多。細(xì)胞核的核仁區(qū)域進(jìn)行旺盛的的rna合成（占合成（占rna總量的總量的10%）。）。 目前發(fā)現(xiàn)每種病毒中只含其中一類核酸，因目前發(fā)現(xiàn)每種病毒中只含其中一類核酸，因此共有兩類病毒：此共有兩類病毒： dna病毒（病毒（dna virus） rna病毒（病毒（rna virus） （四）核酸的重要性（四）核酸的重要性 1. dna是主要遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體。是主要遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體。 證據(jù)有：證據(jù)有： 細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗。細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗。1944年年avery 第一次證明第一次證明了了dna是細(xì)菌轉(zhuǎn)化的因子。是細(xì)菌

7、轉(zhuǎn)化的因子。 噬菌體侵染細(xì)菌實驗。噬菌體侵染細(xì)菌實驗。1952 年，年， hershey 和和chase 噬菌體感染實驗。噬菌體感染實驗。 2. rna在蛋白質(zhì)生物合成中起重要作用。在蛋白質(zhì)生物合成中起重要作用。肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗iii s型細(xì)胞型細(xì)胞（有毒）（有毒）ii r型細(xì)胞型細(xì)胞（無毒）（無毒）破碎細(xì)胞破碎細(xì)胞dnaase降降解后的解后的dnaii r型細(xì)胞接受型細(xì)胞接受iii s型型dna只有只有ii r型型大多數(shù)仍大多數(shù)仍為為ii r型型少數(shù)少數(shù)ii r型細(xì)胞被轉(zhuǎn)化型細(xì)胞被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生產(chǎn)生iii s型莢膜型莢膜s（光滑）（光滑） sr rr（粗糙）（粗糙）+dna噬菌體侵

8、染細(xì)菌實驗噬菌體侵染細(xì)菌實驗 一、核酸的化學(xué)組成一、核酸的化學(xué)組成 核酸的元素組成核酸的元素組成: c、h、o、n、p 其中其中p在各種核酸中的含量比較恒定：在各種核酸中的含量比較恒定： rna平均含磷量平均含磷量8.9% dna平均含磷量平均含磷量9.1% 核酸的逐級水解過程：核酸的逐級水解過程： 核酸酶；核酸酶； 核苷酸酶；核苷酸酶； 核苷酶核苷酶 磷酸磷酸 核酸核酸 核苷酸核苷酸 戊糖戊糖 核苷核苷 堿基堿基 （一）戊糖（一）戊糖（pentose） rna中的戊糖為中的戊糖為-d-核糖（核糖（ -d-ribose） dna中的戊糖為中的戊糖為-d-2-脫氧核糖脫氧核糖(-d-2-deox

9、yribose)ohhohhohohhhoch2hoch2ohhohhhohhd-核糖d-2-脫氧核糖ribosedeoxyribose213 4 5 2 （二）含氮堿基（氮堿）（二）含氮堿基（氮堿） 核酸中的堿基分為兩類，即嘌呤堿和嘧啶堿。核酸中的堿基分為兩類，即嘌呤堿和嘧啶堿。兩類核酸中所含的主要堿基都是兩類核酸中所含的主要堿基都是4種：種： 1. 嘌呤堿（嘌呤堿（purine ） 為嘌呤的衍生物，兩種：為嘌呤的衍生物，兩種： 腺嘌呤（腺嘌呤（adenine ade or a ） 鳥嘌呤（鳥嘌呤（guanine gua or g ）嘌呤環(huán)嘌呤環(huán)腺嘌呤腺嘌呤鳥嘌呤鳥嘌呤n9是成苷位置是成苷位

10、置 2.嘧啶堿（嘧啶堿（pyrimidine ） 胞嘧啶胞嘧啶 （cytosine cyt or c ） 尿嘧啶尿嘧啶 （uracil ura or u ） 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 （thymine thy or t ） rna中的堿基為胞嘧啶和尿嘧啶；中的堿基為胞嘧啶和尿嘧啶； dna中的堿基為胞嘧啶和胸腺中的堿基為胞嘧啶和胸腺嘧啶嘧啶。 n1是成苷位置是成苷位置123456pyrimidine ring system 嘧啶環(huán)嘧啶環(huán) 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶 3. 稀有堿基（修飾堿基、微量堿基）稀有堿基（修飾堿基、微量堿基） 含量甚少的堿基，多數(shù)為主要堿基的修飾物。含量甚少的堿

11、基，多數(shù)為主要堿基的修飾物。trna中大約有中大約有10%。 4. 堿基的結(jié)構(gòu)特征堿基的結(jié)構(gòu)特征 （1）結(jié)構(gòu)互變）結(jié)構(gòu)互變酮式酮式 烯醇式烯醇式氨基氨基 亞氨基亞氨基 （2）嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵）嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，在紫外區(qū)有吸收（體系，在紫外區(qū)有吸收（260 nm左右）左右） （三）核苷（三）核苷（nucleoside） 核苷是戊糖和堿基通過糖苷鍵形成的糖苷。核苷是戊糖和堿基通過糖苷鍵形成的糖苷。 由戊糖（核糖或脫氧核糖）的第由戊糖（核糖或脫氧核糖）的第1位位c碳原子碳原子與嘌呤堿的第與嘌呤堿的第9位位n原子或嘧啶堿的第原子或嘧啶堿的第1位位n原子原子通過通

12、過n-糖苷鍵相連。核苷為糖苷鍵相連。核苷為-型，堿基平面與型，堿基平面與戊糖平面互相垂直。戊糖平面互相垂直。胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷nnohhonnnh2honnohh2nnnnnnnnh2ohhohhohhhoch2hoch2ohhohhohhohhohhohhhoch2ohhohhohhhoch2 核苷有兩類，分別存在于核苷有兩類，分別存在于rna和和dna中：中： 核糖核苷（核糖核苷（ribonucleoside） 脫氧核糖核苷（脫氧核糖核苷（deoxyribonucleoside） adenosine guanosine cytidine uridinethere ar

13、e two types nucleoside proteinsnucleosidedeoxynucleoside核酸中的稀有核苷：核酸中的稀有核苷：次黃苷（次黃苷（ inosine, i ）假尿苷假尿苷( pseudouridine, ) 7-甲基鳥苷甲基鳥苷（ 7-methylguanosine, m7g ）二氫尿嘧啶核苷二氫尿嘧啶核苷（ dihydrouridine, dhu） （四）核苷酸（四）核苷酸（nucleotide） 核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷酸是核苷的磷酸酯。 在核苷酸的核糖上，有在核苷酸的核糖上，有3個游離的羥基，個游離的羥基，它們磷酸化可形成它們磷酸化可形成2-、3-和和5

14、-核苷酸。核苷酸。 在脫氧核苷酸核糖上，有在脫氧核苷酸核糖上，有2個游離羥基，個游離羥基，磷酸化形成磷酸化形成3-和和5-脫氧核苷酸。脫氧核苷酸。 生物體游離核苷酸多為生物體游離核苷酸多為5-核苷酸。核苷酸。 水解核酸得到水解核酸得到5-核苷酸和核苷酸和3-核苷酸。核苷酸。ohh腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（ amp） adenosine monophosphate脫氧腺嘌呤核苷酸（脫氧腺嘌呤核苷酸（damp） deoxyadenosine monophosphate rna中的核苷酸有中的核苷酸有4種：種： 腺嘌呤核糖核苷一磷酸（腺苷一磷酸、腺苷酸）腺嘌呤核糖核苷一磷酸（腺苷一磷酸、腺苷酸）

15、（adenosine monophosphate amp） 鳥嘌呤核糖核苷一磷酸（鳥苷一磷酸、鳥苷酸）鳥嘌呤核糖核苷一磷酸（鳥苷一磷酸、鳥苷酸） （guanosine monophosphate gmp） 胞嘧啶核糖核苷一磷酸（胞苷一磷酸、胞苷酸）胞嘧啶核糖核苷一磷酸（胞苷一磷酸、胞苷酸） （cytidine monophosphate cmp） 尿嘧啶核糖核苷一磷酸（尿苷一磷酸、尿苷酸）尿嘧啶核糖核苷一磷酸（尿苷一磷酸、尿苷酸） （uridine monophosphate ump）ampgmpumpcmp dna中的脫氧核苷酸有中的脫氧核苷酸有4種：種： 腺嘌呤脫氧核糖核苷一磷酸（脫氧腺苷

16、酸）腺嘌呤脫氧核糖核苷一磷酸（脫氧腺苷酸） （deoxyadenosine monophosphate damp） 鳥嘌呤脫氧核糖核苷一磷酸（脫氧鳥苷酸）鳥嘌呤脫氧核糖核苷一磷酸（脫氧鳥苷酸） （deoxyguanosine monophosphate dgmp） 胞嘧啶脫氧核糖核苷一磷酸（脫氧胞苷酸）胞嘧啶脫氧核糖核苷一磷酸（脫氧胞苷酸） （deoxycytidine monophosphate dcmp） 胸腺嘧啶脫氧核糖核苷一磷酸（脫氧胸苷酸）胸腺嘧啶脫氧核糖核苷一磷酸（脫氧胸苷酸） （deoxythymidine monophosphate dtmp）dampdgmpdtmpdcmp

17、（五）重要的其他核苷酸衍生物（五）重要的其他核苷酸衍生物 1. 多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 各種核苷一磷酸（各種核苷一磷酸（nmp）繼續(xù)磷酸化可生成）繼續(xù)磷酸化可生成為核苷二磷酸（為核苷二磷酸（ndp）和核苷三磷酸（）和核苷三磷酸（ntp）例如：例如： amp（adenosine monophosphate） adp（adenosine diphosphate） atp（adenosine triphosphate）ampadpatp2. 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸環(huán)腺苷酸環(huán)腺苷酸 （ cyclic amp camp）環(huán)鳥苷酸環(huán)鳥苷酸 （cyclic gmp cgmp）它們作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。

18、它們作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。ncampcgmp二、核酸的一級結(jié)構(gòu)二、核酸的一級結(jié)構(gòu) 指核苷酸殘基沿多核苷酸鏈的排列次序。指核苷酸殘基沿多核苷酸鏈的排列次序。 實驗證明，實驗證明，dna和和rna是沒有分支的多核苷是沒有分支的多核苷酸鏈。酸鏈。 1. 連接方式：連接方式： 3, 5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵 2. 確定：確定：3-末端和末端和5-末端末端 3. 核酸的一級結(jié)構(gòu)：各種不同的核苷酸在多核酸的一級結(jié)構(gòu)：各種不同的核苷酸在多核苷酸鏈上的排列順序。核苷酸鏈上的排列順序。5-末端磷酸末端磷酸3-末端羥基末端羥基3，5-磷磷酸二酯鍵酸二酯鍵 4. 核酸一級結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式：核酸一級結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式

19、： （1）化學(xué)結(jié)構(gòu)式：繁瑣、復(fù)雜。）化學(xué)結(jié)構(gòu)式：繁瑣、復(fù)雜。 （2）簡寫式）簡寫式 papcpgpupc p表示為磷酸基團(tuán)，表示為磷酸基團(tuán)，p在堿基的左側(cè)表示與在堿基的左側(cè)表示與戊糖的戊糖的5-oh結(jié)合，右側(cè)表示與戊糖的結(jié)合，右側(cè)表示與戊糖的3-oh結(jié)結(jié)合。合。 讀向：左讀向：左 右右 堿基序列：堿基序列：5 3 t c a t g a5p p p p p p oh 35ptpcpaptpgpa-oh 35tcatga 3（3）豎線式）豎線式 三、三、dna的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu) （一）雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)（一）雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù) 1. dna堿基組成的堿基組成的charg

20、aff規(guī)則規(guī)則 組成的四種堿基：組成的四種堿基：a、g、c、t 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，a=t 鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)相等，鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)相等，c=g 嘌呤堿基總數(shù)嘌呤堿基總數(shù)=嘧啶堿基總數(shù)嘧啶堿基總數(shù) 即：即：a+g=c+t dna的堿基組成有物種的特異性，不同物的堿基組成有物種的特異性，不同物種的種的dna有其獨特的堿基組成。有其獨特的堿基組成。 同一物種不同組織、器官有相同同一物種不同組織、器官有相同dna堿基堿基組成，不受生長發(fā)育、營養(yǎng)狀況及環(huán)境影響。組成，不受生長發(fā)育、營養(yǎng)狀況及環(huán)境影響。dna來源來源腺嘌呤（腺嘌呤（a） 胸腺嘧啶（胸腺嘧

21、啶（t）鳥嘌呤（鳥嘌呤（g）胞嘧啶（胞嘧啶（c）（a+t）/（g+c）大腸桿菌大腸桿菌25.424.824.125.71.01小麥小麥27.327.122.822.71.21鼠鼠28.628.421.421.51.33豬：肝豬：肝29.429.720.520.51.43胸腺胸腺30.028.920.420.7脾脾29.629.220.420.8酵母酵母31.332.918.717.51.079不同生物來源的不同生物來源的dna四種堿基比例關(guān)系四種堿基比例關(guān)系 2. x-光衍射數(shù)據(jù)光衍射數(shù)據(jù) 1938年，年，astbury等用小牛胸腺等用小牛胸腺dna纖纖維做維做x-射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)有射線衍射

22、分析，發(fā)現(xiàn)有0.34nm的周的周期變化。期變化。 以后以后franklin和和wilkins對對dna的的x-衍衍射進(jìn)行了更多的研究，獲得清晰的衍射圖射進(jìn)行了更多的研究，獲得清晰的衍射圖譜。說明譜。說明dna是由是由2條或條或2條以上的多核苷條以上的多核苷酸鏈組成，沿長軸有酸鏈組成，沿長軸有0.34nm和和3.4nm兩個重兩個重要的周期性變化。要的周期性變化。 dna的的na鹽纖維和鹽纖維和dna晶體的晶體的x光衍射圖譜光衍射圖譜franklin （3）dna的滴定曲線的滴定曲線 dna分子中的磷酸基可被滴定，堿基的分子中的磷酸基可被滴定，堿基的可解離基團(tuán)不能被滴定。可解離基團(tuán)不能被滴定。 1

23、953年，年，j. watson和和f. crick 在前人研在前人研究工作基礎(chǔ)上，根據(jù)究工作基礎(chǔ)上，根據(jù)dna結(jié)晶結(jié)晶x-衍射圖譜，衍射圖譜，提出了著名的提出了著名的dna雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（the double helical model of dna structure），），并對模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋并對模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測，這是和預(yù)測，這是20世紀(jì)生物科學(xué)最偉大的成世紀(jì)生物科學(xué)最偉大的成就。因此而獲得了諾貝爾獎。就。因此而獲得了諾貝爾獎。 （二）（二） 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（b-dna）要點）要點 1. dna分子由兩條反向平行的多核

24、苷分子由兩條反向平行的多核苷 酸鏈酸鏈（一條鏈（一條鏈5 3, 另一條鏈另一條鏈3 5）沿同一中心）沿同一中心軸右手盤繞而成。軸右手盤繞而成。 磷酸與脫氧核糖通過磷酸與脫氧核糖通過 3, 5- 磷酸二酯鍵相連磷酸二酯鍵相連接，構(gòu)成接，構(gòu)成dna分子的主鏈骨架。分子的主鏈骨架。 兩條主鏈?zhǔn)怯闪姿醿蓷l主鏈?zhǔn)怯闪姿?脫氧核糖交替而成，位于脫氧核糖交替而成，位于雙螺旋外側(cè)，側(cè)鏈（堿基）位于雙螺旋內(nèi)側(cè)。雙螺旋外側(cè)，側(cè)鏈（堿基）位于雙螺旋內(nèi)側(cè)。 堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行. 2. 兩條鏈之間存在堿基互補(bǔ)的關(guān)系。即：兩條鏈之間存在堿基互補(bǔ)的關(guān)系。即： a和和

25、t配對，中間形成兩個氫鍵；配對，中間形成兩個氫鍵； c和和g配對，中間形成三個氫鍵。配對，中間形成三個氫鍵。5533 3. 螺旋直徑螺旋直徑2nm，相鄰堿基平面垂直距離，相鄰堿基平面垂直距離0.34nm,螺旋結(jié)構(gòu)每隔螺旋結(jié)構(gòu)每隔10個堿基對（個堿基對（base pair, bp）重復(fù)一次，間隔為）重復(fù)一次，間隔為3.4nm。 4. 雙螺旋的表面含有明顯的大溝和小溝，雙螺旋的表面含有明顯的大溝和小溝，其寬度分別為其寬度分別為2.2nm和和1.2nm，其堿基對暴露，其堿基對暴露在外，與其他調(diào)節(jié)分子相互作用。在外，與其他調(diào)節(jié)分子相互作用。 5. 雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素 （1）互補(bǔ)堿

26、基之間氫鍵）互補(bǔ)堿基之間氫鍵 主要決定堿基配對的特異性，而對雙螺旋主要決定堿基配對的特異性，而對雙螺旋穩(wěn)定的貢獻(xiàn)不是最重要的。穩(wěn)定的貢獻(xiàn)不是最重要的。 （2）堿基堆積力）堿基堆積力 包括疏水作用和范德華力。為螺旋穩(wěn)定的包括疏水作用和范德華力。為螺旋穩(wěn)定的主要作用力。主要作用力。 （3）溶液中的陽離子或帶正電荷的化合）溶液中的陽離子或帶正電荷的化合物對物對dna表面磷酸基團(tuán)的中和，消除了靜電表面磷酸基團(tuán)的中和，消除了靜電斥力。斥力。 （三）（三）dna二級結(jié)構(gòu)的構(gòu)象類型二級結(jié)構(gòu)的構(gòu)象類型 dna在不同鹽溶液及不同相對濕度下可以各在不同鹽溶液及不同相對濕度下可以各種不同狀態(tài)存在：種不同狀態(tài)存在：（

27、1）b-dna 相對濕度相對濕度92%的鈉鹽，典型的的鈉鹽，典型的watson-crick雙螺旋雙螺旋dna，右手雙螺旋，每圈，右手雙螺旋，每圈螺旋螺旋10.4個個bp，螺距：，螺距：3.32nm。（2）a-dna 相對濕度相對濕度75%鈉鹽，右手雙螺鈉鹽，右手雙螺旋，外形粗短。旋，外形粗短。rna-rna、rna-dna雜交分雜交分子具有這種結(jié)構(gòu)。子具有這種結(jié)構(gòu)。（3）z-dna 1979年年rich等發(fā)現(xiàn)。等發(fā)現(xiàn)。 gc交替的交替的寡聚體，左手螺旋，外形細(xì)長。天然寡聚體，左手螺旋，外形細(xì)長。天然b-dna的的局部區(qū)域可以形成局部區(qū)域可以形成z-dna。a-dna b-dna z-dna （

28、四）（四） dna雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的意義雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的意義 該模型揭示了該模型揭示了dna作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價值的是確認(rèn)了堿基配對原則，這是征，最有價值的是確認(rèn)了堿基配對原則，這是是是dna復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)。該模型的提遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)。該模型的提出是本世紀(jì)生命科學(xué)的重大突破之一，它奠定出是本世紀(jì)生命科學(xué)的重大突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個生命科學(xué)飛了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。速發(fā)展的基石。四、四、dna的高級結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu) dn

29、a在雙螺旋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過扭曲和折疊所在雙螺旋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過扭曲和折疊所形成構(gòu)象。超螺旋是三級結(jié)構(gòu)主要形式。形成構(gòu)象。超螺旋是三級結(jié)構(gòu)主要形式。 （一）（一） 雙鏈環(huán)狀雙鏈環(huán)狀dna分子（分子（dcdna） 存在于某些細(xì)菌存在于某些細(xì)菌的染色體、質(zhì)粒、病的染色體、質(zhì)粒、病毒、真核生物的線粒毒、真核生物的線粒體和葉綠體中。體和葉綠體中。 在共價閉環(huán)雙螺旋在共價閉環(huán)雙螺旋基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)盤基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)盤曲曲,形成超螺旋形成超螺旋(supercoil)體積進(jìn)一體積進(jìn)一步壓縮。步壓縮。 拓?fù)溥B環(huán)數(shù)（拓?fù)溥B環(huán)數(shù)（linking number） l：一條：一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)。鏈以右手螺

30、旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)。 扭轉(zhuǎn)數(shù)（扭轉(zhuǎn)數(shù)（twisting number） t ：b-dna模型雙螺旋數(shù)。模型雙螺旋數(shù)。 超螺旋數(shù)（超螺旋數(shù)（writhing number）w l = t + w w = 0 松弛環(huán)松弛環(huán) w 0 正超螺旋正超螺旋 （左手扭曲（左手扭曲 ） （二）雙鏈線性（二）雙鏈線性dna（dsdna）分子）分子 存在于真核生物的染色質(zhì)和一些病毒中。存在于真核生物的染色質(zhì)和一些病毒中。五、五、dna和基因組和基因組 本部分為自學(xué)內(nèi)容。本部分為自學(xué)內(nèi)容。六、六、rna的結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能 組成組成rna的戊糖是核糖，主要堿基：的戊糖是核糖，主要堿基： a、u、g、c， u

31、替代替代dna中的中的t，還常有一些稀，還常有一些稀有堿基。有堿基。 rna的結(jié)構(gòu)單位主要是四種核苷酸：的結(jié)構(gòu)單位主要是四種核苷酸：amp、gmp、cmp、ump。 核苷酸連接方式：核苷酸連接方式：3, 5- 磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵。 天然天然rna分子都是單鏈線形分子（有些病分子都是單鏈線形分子（有些病毒是雙鏈）毒是雙鏈） ，可自身回折，形成局部雙螺旋，可自身回折，形成局部雙螺旋（a-型，型，au、gc），），rna中約中約40%-70%的核苷酸參與螺旋的形成。的核苷酸參與螺旋的形成。 穩(wěn)定性較差，易水解。穩(wěn)定性較差，易水解。（一）（一）trna（transfer rna） 1. trna概

32、況：概況： （1）含量：占細(xì)胞內(nèi)）含量：占細(xì)胞內(nèi)rna總量的總量的15%。 （2）種類：）種類：50-60種，種， 真核可達(dá)真核可達(dá)100多種（同多種（同工工trna：運(yùn)載同一氨基酸的幾種：運(yùn)載同一氨基酸的幾種trna）。）。 （3）分子量：）分子量：23-28kd，4s。 （4）功能：專一攜帶氨基酸，是氨基酸運(yùn)載）功能：專一攜帶氨基酸，是氨基酸運(yùn)載工具。有些工具。有些trna可作為反轉(zhuǎn)錄酶的引物，參與可作為反轉(zhuǎn)錄酶的引物，參與dna的合成。的合成。 2. trna一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu) （1）組成：）組成：70-90個核苷酸（標(biāo)準(zhǔn)：個核苷酸（標(biāo)準(zhǔn)：76nt）。）。 （2）不變和半不變的核苷酸：約有

33、）不變和半不變的核苷酸：約有20多種。多種。 半不變的核苷酸主要是嘌呤或嘧啶間的互換的半不變的核苷酸主要是嘌呤或嘧啶間的互換的核苷酸。核苷酸。 （3）tcg序列：序列：54-57位，與位，與 5s rrna結(jié)合結(jié)合并與并與 trna 空間結(jié)構(gòu)有關(guān)?？臻g結(jié)構(gòu)有關(guān)。 （4）修飾堿基（修飾核苷酸）：轉(zhuǎn)錄后加工）修飾堿基（修飾核苷酸）：轉(zhuǎn)錄后加工而形成，而形成，2-19個，個，70多種，占多種，占10%。 3. trna的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu) trna的二級結(jié)構(gòu)都呈的二級結(jié)構(gòu)都呈“三葉草三葉草” 形狀，一形狀，一般可將其分為四臂四環(huán)：般可將其分為四臂四環(huán)：四環(huán)四環(huán)二氫尿嘧啶環(huán)：二氫尿嘧啶環(huán)：8-12nt

34、反密碼環(huán)：反密碼環(huán)：7nttc環(huán)環(huán):7nt額外環(huán)額外環(huán)4-5nt 可變可變四臂四臂氨基酸臂：氨基酸臂：7bp 3 -cca二氫尿嘧啶臂：二氫尿嘧啶臂：d臂臂 3bp反密碼臂：反密碼臂：5bptc臂：臂：5bp酵母酵母trna ala 的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)dhu環(huán)環(huán)igc反密碼子反密碼子反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂可變環(huán)可變環(huán)ccaala3 5 tc環(huán)環(huán) 4. trna的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu) 倒倒“l(fā)”形，是所形，是所有有trna折疊后形折疊后形成大小相似及三成大小相似及三維構(gòu)象相似三級維構(gòu)象相似三級結(jié)構(gòu)，這有利于結(jié)構(gòu)，這有利于攜帶的氨基酸的攜帶的氨基酸的trna進(jìn)入核糖體進(jìn)入核糖體的特定部位

35、。的特定部位。（二）（二）mrnamessenger rna） 概念：概念：1961年年jacob和和monod提出用信使提出用信使rna命名。是帶有從命名。是帶有從dna上的到信息并指導(dǎo)上的到信息并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的一類蛋白質(zhì)合成的一類rna分子，稱信使分子，稱信使rna。 含量：含量：3-5% 平均分子量平均分子量50萬，萬，8s。 功能：蛋白質(zhì)合成模板（遺傳密碼）。功能：蛋白質(zhì)合成模板（遺傳密碼）。 hnrna：真核生物：真核生物rna前體，需剪接、加前體，需剪接、加工后為成熟的工后為成熟的mrna。 （三）（三）rrna （ribosomal rna） 占占rna總量的總量的80，與蛋白

36、質(zhì)結(jié)合組成核糖，與蛋白質(zhì)結(jié)合組成核糖體，是生物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的場所。體，是生物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的場所。 種類：種類： 細(xì)菌有細(xì)菌有16s、5s、23s三種，組成三種，組成30s的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄單位。單位。 真核生物有真核生物有18s、5.8s、28s和和5s四種，前四種，前3種組成種組成45s的轉(zhuǎn)錄單位，的轉(zhuǎn)錄單位，5s rrna單獨轉(zhuǎn)錄。單獨轉(zhuǎn)錄。 rrna的二級結(jié)構(gòu)：莖環(huán)結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)：莖環(huán)結(jié)構(gòu)大腸桿菌大腸桿菌 5s rrna 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)七、核酸的理化性質(zhì)七、核酸的理化性質(zhì) 核酸的結(jié)構(gòu)特點：分子大，有一些可解離的核酸的結(jié)構(gòu)特點：分子大，有一些可解離的基團(tuán)，具有共軛雙鍵等。基團(tuán)，具有共軛雙鍵等。 （

37、一）一般理化性質(zhì)（一）一般理化性質(zhì) 1. 兩性電解質(zhì)。含有磷酸基和堿基，但表現(xiàn)兩性電解質(zhì)。含有磷酸基和堿基，但表現(xiàn)為酸性。為酸性。 2. rna純品是白色的粉末，純品是白色的粉末，dna為疏松的為疏松的石棉一樣的纖維狀固體。石棉一樣的纖維狀固體。 3. 線性大分子，極不對稱，具有粘度高，抗線性大分子，極不對稱，具有粘度高，抗剪切力差等特點。剪切力差等特點。 3. 溶解性：溶解性：rna和和dna都是極性的化合物，都是極性的化合物，一般都微溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等一般都微溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑，但其鈉鹽易溶于水。有機(jī)溶劑，但其鈉鹽易溶于水。 4. rna的磷酸二酯鍵對堿

38、敏感，室溫下，被的磷酸二酯鍵對堿敏感，室溫下，被稀堿水解為稀堿水解為2- 或或3- 核苷酸。核苷酸。dna在堿中雖變在堿中雖變性，但不被水解，所以性，但不被水解，所以dna更穩(wěn)定。更穩(wěn)定。 5. 鑒別鑒別dna和和rna的反應(yīng)：的反應(yīng)：rna：d-核糖核糖 + 濃鹽酸濃鹽酸 + 苔黑酚苔黑酚 綠色綠色dna：d-2-脫氧核糖脫氧核糖 + 酸酸 + 二苯胺二苯胺 藍(lán)紫色藍(lán)紫色 （二）核酸的紫外吸收（二）核酸的紫外吸收 1. 核酸中的堿基有共軛雙鍵體系，有獨特的核酸中的堿基有共軛雙鍵體系，有獨特的紫外線吸收光譜，其吸收峰紫外線吸收光譜，其吸收峰240-290nm，最大，最大吸收峰吸收峰260nm。

39、 2. 天然核酸比其各核天然核酸比其各核苷酸成分的光吸收值之苷酸成分的光吸收值之和少和少30-40%（如圖）。（如圖）。1. 天然天然dna2. 變性變性dna3. 核苷酸總吸收值核苷酸總吸收值 （三）核酸的變性、復(fù)性與分子雜交（三）核酸的變性、復(fù)性與分子雜交 1. 核酸的變性核酸的變性 （1）變性（）變性（denaturation）的概念）的概念 某些理化因素使核酸分子互補(bǔ)雙鏈之間的氫某些理化因素使核酸分子互補(bǔ)雙鏈之間的氫鍵斷裂，使雙螺旋變成松散單鏈的過程。鍵斷裂，使雙螺旋變成松散單鏈的過程。 （2）變性因素）變性因素 熱變性：熱變性：80幾分鐘，螺旋幾分鐘，螺旋線團(tuán)線團(tuán) 酸堿變性（酸堿變性

40、（ph小于小于4或大于或大于11） 變性劑（尿素、鹽酸胍、甲醛）變性劑（尿素、鹽酸胍、甲醛） （3）變性表征）變性表征 黏度下降、比旋光度下降、沉降系數(shù)增黏度下降、比旋光度下降、沉降系數(shù)增加、浮力密度增大、酸堿滴定曲線改變、生物加、浮力密度增大、酸堿滴定曲線改變、生物活性喪失。活性喪失。 增色效應(yīng)（增色效應(yīng)（hyperchromic effect）：）： 變性后的核酸紫外吸收值增加的現(xiàn)象。變性后的核酸紫外吸收值增加的現(xiàn)象。 （4）熱變性和）熱變性和tm dna的熱變性是爆發(fā)式的，變性作用發(fā)的熱變性是爆發(fā)式的，變性作用發(fā)生在一個很窄的溫度范圍內(nèi)。生在一個很窄的溫度范圍內(nèi)。 tm：即解鏈溫度或熔解

41、溫度（：即解鏈溫度或熔解溫度（melting temperature），指核酸加熱變性過程中，），指核酸加熱變性過程中，a260紫外吸收的增加量達(dá)最大量一半時的溫度。紫外吸收的增加量達(dá)最大量一半時的溫度。 在在tm時，時，dna內(nèi)內(nèi)50%的雙鏈結(jié)構(gòu)被解開。的雙鏈結(jié)構(gòu)被解開。 dna的的tm一般在一般在82 -95之間。之間。dna的熱變性曲線的熱變性曲線 影響影響tm值大小因素值大小因素l 核酸均一性：均一性高，變性溫度范圍越窄。核酸均一性：均一性高，變性溫度范圍越窄。l g-c含量與含量與tm值成正比。經(jīng)驗公式：值成正比。經(jīng)驗公式： tm=69.3+0.41(g+c)%l 介質(zhì)離子強(qiáng)度：離子強(qiáng)度