生物化學(xué)課件6核酸

1、 概述概述 核酸的一級結(jié)構(gòu)與序列分析核酸的一級結(jié)構(gòu)與序列分析 DNA的高級結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu) DNA遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì) DNA的性質(zhì)的性質(zhì)主要內(nèi)容主要內(nèi)容核酸核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，在生物體內(nèi)負(fù)責(zé)生命信息的儲存和傳遞。在生物體內(nèi)負(fù)責(zé)生命信息的儲存和傳遞。分類：分類：按其所含戊糖不同分為按其所含戊糖不同分為DNA和和RNA。重要性：重要性：DNA是主要遺傳物質(zhì)，負(fù)責(zé)遺傳信息的貯存和發(fā)布。是主要遺傳物質(zhì)，負(fù)責(zé)遺傳信息的貯存和發(fā)布。 RNA的功能多樣性，參與遺傳信息的表達。的功能多樣性，參與遺傳信息的表達。1. 核酸的概念及研究進展核酸的概念及研究進

2、展核酸研究史上的大事件核酸研究史上的大事件 1868年，瑞士青年科學(xué)家年，瑞士青年科學(xué)家 F.Miescher 從外科繃帶上膿細胞從外科繃帶上膿細胞的細胞核中分離得到一種的細胞核中分離得到一種含磷較高的酸性物質(zhì)，稱含磷較高的酸性物質(zhì)，稱之為核素（之為核素（nuclein）。）。 1889年年, Altmann 將其純化，將其純化，把不含蛋白質(zhì)的物質(zhì)稱為核酸把不含蛋白質(zhì)的物質(zhì)稱為核酸核酸研究史上的大事件核酸研究史上的大事件1943年年 E .Chargaff 的工作推理出的工作推理出堿基配對堿基配對的理論的理論1944年年 Avery等肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗證明等肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗證明DNA是遺傳物質(zhì)是

3、遺傳物質(zhì) 1953年年 Watson-Crick 建立了建立了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1958年年 Crick 提出遺傳信息傳遞的提出遺傳信息傳遞的中心法則中心法則1968年年 M.W.Niberg 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)遺傳密碼遺傳密碼 1975年年 H.M.Temin 和和 D.Baltimore 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶 1981年年 W.Gilbert 和和 F.Sanger 建立建立 DNA測序方法測序方法 1985年年 PCR技術(shù)技術(shù)的發(fā)明的發(fā)明 1990年年 美國啟動人類基因組計劃美國啟動人類基因組計劃( HGP ) 1994年年 中國中國人類基因組計劃啟動人類基因組計劃啟動 2

4、001年年 美、英等國美、英等國完成人類基因組計劃基本框架完成人類基因組計劃基本框架DNA：-D-2-脫氧核糖脫氧核糖 A、G、C、TRNA：-D-核糖核糖 A、G、C、U 核核 酸酸（RNA、DNA）核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖堿基堿基核糖（核糖（RNA）脫氧核糖（脫氧核糖（DNA）嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤 鳥嘌呤鳥嘌呤 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶 2. 核酸的結(jié)構(gòu)成分核酸的結(jié)構(gòu)成分戊戊 糖糖OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脫氧核糖DNA含脫氧核糖含脫氧核糖RNA含核糖含核糖NNH132456 嘧嘧 啶啶(pyrim

5、idine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3嘌嘌 呤呤(purine)NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥嘌呤鳥嘌呤(guanine, G) 核酸中除了核酸中除了5類基本的堿基外，還有一些類基本的堿基外，還有一些含量甚少的堿基，稱為含量甚少的堿基，稱為稀有堿基稀有堿基。組成核酸的稀有堿基：組成核酸的稀有堿基：Im5Chm5CDHUNNNNONNNH2OCH3次黃嘌呤次黃嘌呤5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶5-羥甲基

6、胞嘧啶羥甲基胞嘧啶二氫尿嘧啶二氫尿嘧啶 堿基的酮式一烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象堿基的酮式一烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象正常生理條件下，主要以正常生理條件下，主要以酮式酮式結(jié)構(gòu)形式存在。結(jié)構(gòu)形式存在。核核 苷苷 (ribonucleoside)堿基和核糖（脫氧核糖）堿基和核糖（脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷通過糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）（脫氧核苷）;糖環(huán)上的第糖環(huán)上的第 1位位C原子原子與與嘌呤第嘌呤第9位位N原子原子或嘧啶第或嘧啶第1位位N原子原子相連，堿基平面相連，堿基平面與戊糖平面互相垂直。與戊糖平面互相垂直。OHOCH2OHOHNNNH2O1 1胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHON

7、NNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2嘧啶核甘嘧啶核甘中嘧啶堿基對核糖的取向只有中嘧啶堿基對核糖的取向只有反式反式構(gòu)象構(gòu)象嘌呤核甘嘌呤核甘中嘌呤堿基對核糖的取向有中嘌呤堿基對核糖的取向有順式和反式順式和反式兩種構(gòu)象兩種構(gòu)象 核苷（脫氧核苷）核苷（脫氧核苷）和磷酸以和磷酸以磷酸酯鍵磷酸酯鍵連接形成核苷酸連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。（脫氧核苷酸）。核苷酸核苷酸 (ribonucleotide)POOOHOHOCH2OHOHNNNH2O核糖核苷的糖環(huán)上有三個（核糖核苷的糖環(huán)上有三個

8、（5、3、2）游離的羥基，）游離的羥基，可以形成三種核苷酸；脫氧核糖核苷酸有兩個（可以形成三種核苷酸；脫氧核糖核苷酸有兩個（5、3）游離羥基，形成兩種核苷酸。）游離羥基，形成兩種核苷酸。但天然的只發(fā)現(xiàn)但天然的只發(fā)現(xiàn)5連接磷酸的核苷酸，連接磷酸的核苷酸， 5 -核苷酸是核苷酸是核酸的基本單位核酸的基本單位。OBOH OHOH2CPOHHOOB=腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHOOOBOH脫氧核糖核苷酸核苷酸：核苷酸：AMP、GMP、UMP、CMP脫氧核苷酸：脫氧核苷酸：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP 核苷酸的磷酸化核苷酸的磷酸化核苷一磷酸核苷一磷酸（

9、NMP ）核苷二磷酸核苷二磷酸（ NDP ）核苷三磷酸核苷三磷酸（ NTP ） ADPAMPATPNNNCHCCHNCOPOOPPOOOHHHOHOHHCCHOHOOHOHOHOCH2NH212354作為作為合成核酸的原料合成核酸的原料：如用：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成合成RNA，用，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成合成DNA。作為作為能量的貯存和供應(yīng)形式能量的貯存和供應(yīng)形式：除：除ATP之外，之外，還有還有GTP，UTP，CTP等。等。核苷酸的生理功能核苷酸的生理功能參與代謝或生理活動的調(diào)節(jié)參與代謝或生理活動的調(diào)節(jié)：如環(huán)核苷酸：如環(huán)核苷酸cAMP和和cGMP作為激素的

10、第二信使。作為激素的第二信使。參與構(gòu)成酶的輔酶或輔基參與構(gòu)成酶的輔酶或輔基：如在：如在NAD+, NADP+, FAD, FMN, CoA中均含有核苷酸的成分。中均含有核苷酸的成分。作為作為代謝中間物的載體代謝中間物的載體：用：用UDP攜帶糖基，用攜帶糖基，用CDP攜帶膽堿，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷攜攜帶膽堿，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷攜帶蛋氨酸等。帶蛋氨酸等。核酸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)核酸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)核苷酸殘基通過與前一分子核苷酸核苷酸殘基通過與前一分子核苷酸3OH和后和后一分子核苷酸一分子核苷酸5磷酸基磷酸基均形成均形成3, 5 磷酸二酯磷酸二酯鍵鍵，這樣魚貫聯(lián)結(jié)成鏈狀聚合物；，這樣魚貫聯(lián)結(jié)成鏈狀聚合物；

11、包括包括250個核苷酸的短核苷酸鏈稱為寡核苷個核苷酸的短核苷酸鏈稱為寡核苷酸；大于酸；大于50個核苷酸的核苷酸鏈稱為多聚核個核苷酸的核苷酸鏈稱為多聚核苷酸，即苷酸，即核酸。核酸。3, 5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵自由的自由的 5 磷酸基團磷酸基團自由的自由的3 OHA G P5 P T PG PC PT P OH 3 5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3 書寫及閱讀方向：從書寫及閱讀方向：從5端（左側(cè)）到端（左側(cè)）到3端（右端（右側(cè)），側(cè)），ApG 表示表示(A-3)- P (5-G) 。 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, D

12、NA）核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）:DNA(脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸)RNA（核糖核酸）（核糖核酸）分布分布98%于細胞核中，于細胞核中，少量存于線粒體和少量存于線粒體和葉綠體中葉綠體中90%cell質(zhì)中，質(zhì)中，10%細胞細胞核中，核中，tRNA 15%，mRNA 5%, rRNA 80%生物生物功能功能遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，儲遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，儲存和傳遞遺傳信息存和傳遞遺傳信息基因表達，指導(dǎo)蛋白質(zhì)基因表達，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，生物催化合成，生物催化,有時有時RNA也是遺傳物質(zhì)也是遺傳物質(zhì)核糖核糖D2脫氧核糖脫氧核糖D核糖核糖堿基堿基A、C、G、TA、C、G、U磷酸磷酸磷酸磷

13、酸磷酸磷酸核酸的分布及功能核酸的分布及功能核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運的剪接、轉(zhuǎn)運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA核蛋

14、白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運的剪接、轉(zhuǎn)運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNARNA的分類及功能的分類及功能核酸的紫外最大吸收峰

15、在波長核酸的紫外最大吸收峰在波長260nm處處蛋白質(zhì)紫外最大吸收峰在波長蛋白質(zhì)紫外最大吸收峰在波長280nm處處純純DNA樣品樣品A260/A280比值為比值為1.8純純RNA樣品樣品A260/A280比值比值2.0以上以上紫外吸收特性可以鑒定核酸樣品的純度紫外吸收特性可以鑒定核酸樣品的純度一級結(jié)構(gòu)是指在多核苷酸鏈中各個核一級結(jié)構(gòu)是指在多核苷酸鏈中各個核苷酸之間的連接方式、核苷酸的種類、苷酸之間的連接方式、核苷酸的種類、數(shù)量以及核苷酸的排列順序。數(shù)量以及核苷酸的排列順序。 2 1. DNA一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)：4種脫氧核苷酸種脫氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMP按照一定的排列按照一定的

16、排列順序通過磷酸二酯鍵連接而成的沒有分支順序通過磷酸二酯鍵連接而成的沒有分支的多核苷酸鏈。的多核苷酸鏈。 DNA堿基組成的特點堿基組成的特點:v具有種的特異性具有種的特異性;v沒有器官和組織的特異性；沒有器官和組織的特異性；v年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響DNA的堿基組成；的堿基組成；v DNA的堿基組成符合堿基摩爾比例規(guī)律。的堿基組成符合堿基摩爾比例規(guī)律。 DNA堿基摩爾比例規(guī)律堿基摩爾比例規(guī)律 在各種在各種DNA中，腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾中，腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，即數(shù)相等，即AT，鳥嘌呤與胞嘧啶，鳥嘌呤與胞嘧啶 (包括包括 5-甲甲基胞嘧啶基胞嘧啶

17、 )的摩爾數(shù)相等，即的摩爾數(shù)相等，即 G C + m5 C； 即嘌呤堿基的總摩爾數(shù)等于嘧啶堿基的總數(shù)：即嘌呤堿基的總摩爾數(shù)等于嘧啶堿基的總數(shù)： A + G T + C + m5C 這個堿基摩爾比例規(guī)律又稱為這個堿基摩爾比例規(guī)律又稱為DNA的堿基的堿基當(dāng)量定律，當(dāng)量定律，Chargaffs rule。2. DNA測序測序（sequencing）核酸序列測定方法已經(jīng)過近核酸序列測定方法已經(jīng)過近20年的發(fā)展，測年的發(fā)展，測序的具體方法種類繁多。但所依據(jù)的基本原序的具體方法種類繁多。但所依據(jù)的基本原理不外乎理不外乎Sanger的的核酸鏈合成終止法核酸鏈合成終止法及及Maxam和和Gilbert的的化學(xué)

18、降解法化學(xué)降解法兩大類。兩大類。將被測將被測 DNA 制成單鏈模板，分別加入制成單鏈模板，分別加入 4 個反應(yīng)管中個反應(yīng)管中在每個管中加入引物、緩沖液、在每個管中加入引物、緩沖液、DNA 聚合酶聚合酶 和和 4 種種 dNTP（其中一種為（其中一種為32P標(biāo)記）；標(biāo)記）；在在 1、2、3、4 個管中分別加入個管中分別加入 ddTTP、ddCTP、ddGTP 和和 ddATP ，然后進行保溫反應(yīng)。，然后進行保溫反應(yīng)。由于雙脫氧的由于雙脫氧的 ddNTP 比正常的比正常的 dNTP 少了少了3-羥基，羥基，當(dāng)它在當(dāng)它在 DNA 聚合酶作用下?lián)饺氲秸谘由斓木酆厦缸饔孟聯(lián)饺氲秸谘由斓?DNA 鏈時

19、，因鏈時，因 ddNTP 不含不含 3 -羥基，于是就阻止了其它羥基，于是就阻止了其它 dNTP 的繼續(xù)摻入，起了特異性終止劑的作用。的繼續(xù)摻入，起了特異性終止劑的作用。Sanger法的程序法的程序雙脫氧鏈終止法雙脫氧鏈終止法DNA的自動測序的自動測序RNA一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)：主要為主要為4種核苷酸種核苷酸AMP、GMP、CMP 、UMP通過磷酸二酯鍵連通過磷酸二酯鍵連接而成的沒有分支的多核苷酸鏈，接而成的沒有分支的多核苷酸鏈，RNA 分子中還有某些稀有堿基。分子中還有某些稀有堿基。 RNA種類不種類不同，結(jié)構(gòu)各不相同。同，結(jié)構(gòu)各不相同。1. mRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能占細胞中占細胞中RN

20、A總量的總量的35； 細胞內(nèi)細胞內(nèi)mRNA的種類很多，分子質(zhì)量極不均一；的種類很多，分子質(zhì)量極不均一； mRNA是三類是三類RNA中最不穩(wěn)定的中最不穩(wěn)定的;作為模板，直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。作為模板，直接指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。真核真核mRNA 5 端的帽子結(jié)構(gòu)端的帽子結(jié)構(gòu)7-甲基鳥苷三磷酸與甲基鳥苷三磷酸與 mRNA 原來的原來的5端核苷端核苷酸連接形成酸連接形成m7GpppN。其作用是：。其作用是：vmRNA的穩(wěn)定性維系：作為一種保護裝置將的穩(wěn)定性維系：作為一種保護裝置將mRNA 5端封閉起來，可使端封閉起來，可使mRNA免受核酸外切酶的水解免受核酸外切酶的水解破壞破壞；v翻譯起始的調(diào)控：作為蛋白

21、質(zhì)合成翻譯起始的調(diào)控：作為蛋白質(zhì)合成起始的辨認(rèn)信號，起始的辨認(rèn)信號，啟動和加速翻譯過程啟動和加速翻譯過程。v mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)真核細胞的真核細胞的mRNA 3 末端的結(jié)構(gòu)末端的結(jié)構(gòu)大多數(shù)真核細胞大多數(shù)真核細胞mRNA在在3 末端有一個長約末端有一個長約 200個核苷酸的個核苷酸的polyA; PolyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶的作用添加聚合酶的作用添加上去的，原核生物的上去的，原核生物的mRNA一般無一般無3PolyA; 功能：與功能：與mRNA從細胞核到細胞質(zhì)的從細胞核到細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有轉(zhuǎn)移有關(guān)關(guān)；與；與mRNA的的半衰期即穩(wěn)定性有關(guān)半衰

22、期即穩(wěn)定性有關(guān)（新合成（新合成的的mRNA其其PolyA 鏈長，而衰老的鏈長，而衰老的mRNA其其PolyA鏈較短）。鏈較短）。tRNA皆由皆由 7090 個核苷酸組成，有較多的稀個核苷酸組成，有較多的稀有堿基；在三類有堿基；在三類 RNA 中它的分子質(zhì)量最小。中它的分子質(zhì)量最小。 含含 1020% 稀有堿基，如稀有堿基，如 DHU 3 末端為末端為 CCA-OH 5 末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G也有也有pC的的 2. tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點的一級結(jié)構(gòu)特點3. RNA的測序的測序 利用酶的特異性，將利用酶的特異性，將RNA的特異核的特異核甘酸位點切斷后測序；甘酸位點切斷后測序； 將將RNA反轉(zhuǎn)錄

23、成反轉(zhuǎn)錄成cDNA后再用后再用DNA測序法測序。測序法測序。 Watson 和和 Crick 于于 1953 年在前人研究工年在前人研究工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)作的基礎(chǔ)上，根據(jù)DNA結(jié)晶的結(jié)晶的X-衍射圖譜和分衍射圖譜和分子模型，提出了著名的子模型，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，并對模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)并對模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測，它是上世紀(jì)最重大的自然科學(xué)成就之一，測，它是上世紀(jì)最重大的自然科學(xué)成就之一，1962年榮獲諾貝爾化學(xué)獎。年榮獲諾貝爾化學(xué)獎。（一）（一） DNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)1. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景 堿基組

24、成分析堿基組成分析 Chargaff 規(guī)則：規(guī)則：A = T G C 堿基的理化數(shù)據(jù)分析堿基的理化數(shù)據(jù)分析 A-T、G-C以以氫鍵氫鍵配對較合理配對較合理 DNA纖維的纖維的X-射線衍射圖譜分析射線衍射圖譜分析 2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點 DNA分子由兩條方向相分子由兩條方向相反多聚脫氧核糖核苷酸反多聚脫氧核糖核苷酸鏈沿著同一根軸平行盤鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。其中一條鏈的方向構(gòu)。其中一條鏈的方向為為53，而另一條鏈，而另一條鏈的方向為的方向為35。2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點 疏水堿基于螺旋的內(nèi)側(cè)，疏水堿基于螺旋

25、的內(nèi)側(cè)，親水的磷酸基和脫氧核親水的磷酸基和脫氧核糖以磷酸二酯鍵相連成糖以磷酸二酯鍵相連成的骨架位于外側(cè)；雙螺的骨架位于外側(cè)；雙螺旋的直徑為旋的直徑為2nm，沿中，沿中心軸形成大溝和小溝交心軸形成大溝和小溝交替出現(xiàn)替出現(xiàn)2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點 堿基呈平面狀，與中心堿基呈平面狀，與中心軸垂直；相鄰堿基平面軸垂直；相鄰堿基平面間的距離為間的距離為 0.34nm，夾，夾角為角為36；每；每10對核苷對核苷酸繞中心軸旋轉(zhuǎn)一圈，酸繞中心軸旋轉(zhuǎn)一圈，故螺旋的螺距為故螺旋的螺距為 3.4nm。2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點 兩條鏈堿基對之間形成兩條鏈堿基對之間形成氫

26、鍵，堿基的相互結(jié)合氫鍵，堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對規(guī)律，具有嚴(yán)格的配對規(guī)律，即即AT、GC配對。配對。A和和T之間形成兩個氫鍵，之間形成兩個氫鍵，G與與C之間形成三個氫鍵。之間形成三個氫鍵。堿基配對堿基配對3. DNA雙螺旋的穩(wěn)定性雙螺旋的穩(wěn)定性 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理條件下是很穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理條件下是很穩(wěn)定的,維持這種穩(wěn)定性的因素包括：維持這種穩(wěn)定性的因素包括：v 兩條兩條DNA鏈之間形成的鏈之間形成的氫鍵氫鍵。v 堿基堆積力堿基堆積力：由于雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成的疏水區(qū)，消除：由于雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水分子對堿基之間氫鍵的影響。了介質(zhì)中水分子對堿基之間氫鍵的影響。v

27、 介質(zhì)中的陽離子介質(zhì)中的陽離子（如（如Na+、K+和和Mg2+）中和了磷酸基團）中和了磷酸基團的負(fù)電荷，降低了的負(fù)電荷，降低了DNA鏈之間的排斥力、范德華力等。鏈之間的排斥力、范德華力等。v 改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu) DNA，雙螺旋，正反向，互補鏈。，雙螺旋，正反向，互補鏈。 A對對T，GC連，連， 配對時，配對時， 成氫鍵。成氫鍵。 十堿基，轉(zhuǎn)一圈，螺距十堿基，轉(zhuǎn)一圈，螺距34點中間。點中間。 堿基力和氫鍵，維持螺旋結(jié)構(gòu)堅。堿基力和氫鍵，維持螺旋結(jié)構(gòu)堅。 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性W

28、atson和和Crick所提出的模型稱為所提出的模型稱為B-DNA, B型是最穩(wěn)定的構(gòu)型型是最穩(wěn)定的構(gòu)型反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列(inverted repeats)回文序列回文序列(palindrome)1957年發(fā)現(xiàn)在基因的調(diào)控區(qū)或染色質(zhì)的年發(fā)現(xiàn)在基因的調(diào)控區(qū)或染色質(zhì)的 重組部位有重組部位有DNA的三螺旋結(jié)構(gòu)的三螺旋結(jié)構(gòu)DNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)是指雙螺旋進一步扭曲、折疊形是指雙螺旋進一步扭曲、折疊形成的更高層次的空間結(jié)構(gòu)，也就是比雙螺旋更為成的更高層次的空間結(jié)構(gòu)，也就是比雙螺旋更為復(fù)雜的構(gòu)象。復(fù)雜的構(gòu)象。DNA的三級結(jié)構(gòu)包括線狀的三級結(jié)構(gòu)包括線狀DNA形成的紐結(jié)、超形成的紐結(jié)、超螺旋和多重

29、螺旋以及環(huán)狀的結(jié)、超螺旋和連環(huán)等螺旋和多重螺旋以及環(huán)狀的結(jié)、超螺旋和連環(huán)等多種類型，其中多種類型，其中超螺旋超螺旋是最常見的三級結(jié)構(gòu)。是最常見的三級結(jié)構(gòu)。（二）（二）DNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)正超螺旋正超螺旋 (positive supercoil)處于擰緊狀態(tài)時所形成的超螺旋處于擰緊狀態(tài)時所形成的超螺旋(左手超螺旋左手超螺旋)負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋 (negative supercoil)處于擰松狀態(tài)時形成的超螺旋處于擰松狀態(tài)時形成的超螺旋 (右手超螺旋右手超螺旋) 天然天然DNA中的超螺旋都是負(fù)超螺旋。中的超螺旋都是負(fù)超螺旋。超螺旋超螺旋連環(huán)數(shù)連環(huán)數(shù)（linking number , L） DN

30、A雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)條鏈纏繞的次數(shù)扭轉(zhuǎn)數(shù)扭轉(zhuǎn)數(shù)（twisting number , T） DNA分子中的分子中的Watson-Crick螺旋數(shù)目螺旋數(shù)目 超螺旋數(shù)超螺旋數(shù)（纏繞數(shù)（纏繞數(shù) , writhing number , W） L = T + W三種環(huán)狀分子具有相同結(jié)構(gòu)，三種環(huán)狀分子具有相同結(jié)構(gòu)，但但L值不同，稱為拓?fù)洚悩?gòu)體值不同，稱為拓?fù)洚悩?gòu)體。自然界存在的所有超螺旋自然界存在的所有超螺旋DNA分子都是分子都是最初纏繞不足形成的負(fù)超螺旋最初纏繞不足形成的負(fù)超螺旋真核生物內(nèi)，真核生物內(nèi)，DNA以致密形式存在于細胞核的染色體中。以

31、致密形式存在于細胞核的染色體中。染色體的基本單位是核小體染色體的基本單位是核小體核小體：核小體：DNA和組蛋白共同構(gòu)成和組蛋白共同構(gòu)成核心組蛋白：核心組蛋白：4種組蛋白種組蛋白(H2A , H2B , H3 ,H4)形成的形成的8聚體聚體DNA：以負(fù)超螺旋纏繞在核心組蛋白上：以負(fù)超螺旋纏繞在核心組蛋白上H1在核小體之間起連接作用在核小體之間起連接作用染色體的基本單位是核小體染色體的基本單位是核小體(nucleosome)核小體的串珠狀結(jié)構(gòu)核小體的串珠狀結(jié)構(gòu) RNA是單鏈分子，因此，在是單鏈分子，因此，在RNA分分子中，并不遵守堿基種類的數(shù)量比例子中，并不遵守堿基種類的數(shù)量比例關(guān)系，即分子中的嘌

32、呤堿基總數(shù)不一關(guān)系，即分子中的嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。定等于嘧啶堿基的總數(shù)。（三）（三）RNA的高級結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu)發(fā)夾式結(jié)構(gòu)發(fā)夾式結(jié)構(gòu) A-U, C-G配對配對 RNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為“發(fā)夾型發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。1. tRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)v呈呈“三葉草三葉草” 形狀，形狀，一般可將其分為一般可將其分為四四臂臂四環(huán)四環(huán)：大致分為氨基大致分為氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼子環(huán)、額外環(huán)反密碼子

33、環(huán)、額外環(huán)和和TC環(huán)五部分環(huán)五部分 。 2. tRNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)tRNA三葉草結(jié)構(gòu)進一步扭曲、折疊形成三葉草結(jié)構(gòu)進一步扭曲、折疊形成倒寫倒寫“”字母的三維結(jié)構(gòu)。字母的三維結(jié)構(gòu)。tRNA的二級結(jié)構(gòu)與的二級結(jié)構(gòu)與倒倒結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)三葉草三葉草結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 3. rRNA的高級結(jié)構(gòu)的高級結(jié)構(gòu) rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）：真核生物：真核生物： 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA原核生物：原核生物： 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA5S rRNA 與與16S rRNA 間接證據(jù)間接證據(jù) 直接證據(jù)直接證據(jù) 原核與真核生物原核與

34、真核生物DNA的特點的特點間接證據(jù)間接證據(jù)v 特定的組織細胞的特定的組織細胞的DNA數(shù)量是穩(wěn)定的，數(shù)量是穩(wěn)定的，隨著組織的復(fù)雜，隨著組織的復(fù)雜，其數(shù)量逐漸增加其數(shù)量逐漸增加;v 年齡、營養(yǎng)狀況和環(huán)境的改變不影響年齡、營養(yǎng)狀況和環(huán)境的改變不影響DNA的數(shù)量和組成的數(shù)量和組成;v DNA堿基的組成具有種的特異性。堿基的組成具有種的特異性。直接證據(jù)直接證據(jù)| 肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實驗肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實驗| 噬菌體的感染實驗噬菌體的感染實驗 原核生物與真核生物原核生物與真核生物DNADNA分子中不同排列順序的分子中不同排列順序的DNA區(qū)段構(gòu)成區(qū)段構(gòu)成特定的功能單位，即特定的功能單位，即基因基因 (gene)。

35、細胞內(nèi)染色體所包含的細胞內(nèi)染色體所包含的DNA總體稱為總體稱為基因基因組組(genome)。原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點l基因組較小，形式多樣，可能是基因組較小，形式多樣，可能是DNA，也可能是，也可能是RNA，可能是單鏈，可能是單鏈,雙鏈的，閉環(huán)分子，線性分子；雙鏈的，閉環(huán)分子，線性分子；細菌染色體為環(huán)狀雙鏈細菌染色體為環(huán)狀雙鏈DNA分子，與分子，與RNA和支架蛋和支架蛋白構(gòu)成致密區(qū)域，稱類核白構(gòu)成致密區(qū)域，稱類核(nucleoid)。l功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因常常串連在一起，并轉(zhuǎn)錄在同功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因常常串連在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一個一個mRNA分子中，稱為多順反子分子中，稱為多順

36、反子(polycistron)。lDNA分子絕大部分用于編碼蛋白質(zhì)，非編碼區(qū)通常分子絕大部分用于編碼蛋白質(zhì)，非編碼區(qū)通常包含控制基因表達的順序。包含控制基因表達的順序。l基因重疊是病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點。基因重疊是病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點。真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點單順反子單順反子(monocistron)，即一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、翻譯，即一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、翻譯成一個成一個mRNA分子，一條多肽鏈分子，一條多肽鏈;存在大量重復(fù)序列，包括衛(wèi)星存在大量重復(fù)序列，包括衛(wèi)星DNA、反向重復(fù)序列和、反向重復(fù)序列和較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)序列較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)序列;基因組中不編碼的基因組

37、中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域區(qū)域多于編碼區(qū)域基因是不連續(xù)的，在真核生物結(jié)構(gòu)基因的內(nèi)部存在許基因是不連續(xù)的，在真核生物結(jié)構(gòu)基因的內(nèi)部存在許多不編碼蛋白質(zhì)的間隔序列多不編碼蛋白質(zhì)的間隔序列(intervening sequences)，稱為內(nèi)含子稱為內(nèi)含子(intron)，編碼區(qū)則稱為外顯子，編碼區(qū)則稱為外顯子(exon)。基因組遠大于原核生物的基因組，具有許多復(fù)制起點，基因組遠大于原核生物的基因組，具有許多復(fù)制起點，而每個復(fù)制子的長度較小。而每個復(fù)制子的長度較小。核酸核酸的降解的降解指通過核酸酶或物理、化學(xué)的方法指通過核酸酶或物理、化學(xué)的方法使核酸的使核酸的3, 5磷酸二酯鍵斷裂，多聚核甘酸鏈磷酸

38、二酯鍵斷裂，多聚核甘酸鏈變成小段寡聚核甘酸鏈。變成小段寡聚核甘酸鏈。1. 降解與變性降解與變性振蕩、攪拌、反復(fù)凍融等易導(dǎo)致振蕩、攪拌、反復(fù)凍融等易導(dǎo)致DNA的降解的降解指指DNA分子由穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)，松解為單分子由穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)，松解為單鏈無規(guī)則線性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。鏈無規(guī)則線性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。DNA的變性只涉及維持雙螺旋穩(wěn)定性的次級的變性只涉及維持雙螺旋穩(wěn)定性的次級鍵的斷裂，一級結(jié)構(gòu)并不改變。鍵的斷裂，一級結(jié)構(gòu)并不改變。凡能破壞雙螺旋穩(wěn)定性的因素都可以成為變凡能破壞雙螺旋穩(wěn)定性的因素都可以成為變性的條件，如過量酸，堿，加熱，變性試劑性的條件，如過量酸，堿，加熱，變性試劑（尿素、酰胺）以及某些有機溶

39、劑（乙醇、（尿素、酰胺）以及某些有機溶劑（乙醇、丙酮、尿素等）丙酮、尿素等）DNA的變性的變性 變性后的變性后的 DNA生物活性喪失，同時生物活性喪失，同時發(fā)生一系列理化性質(zhì)的改變，包括：發(fā)生一系列理化性質(zhì)的改變，包括： 粘度下降；粘度下降； 沉降系數(shù)增加；沉降系數(shù)增加； 比旋下降；比旋下降； 紫外光吸收值升高等。紫外光吸收值升高等。DNA的變性的變性酸堿變性酸堿變性v低或高的低或高的pH值條件趨向影響值條件趨向影響DNA雙螺旋雙螺旋中氫鍵的形成，導(dǎo)致中氫鍵的形成，導(dǎo)致DNA的變性。的變性。低離子濃度低離子濃度v雙鏈雙鏈DNA濃度過低，帶正電荷的物質(zhì)減少濃度過低，帶正電荷的物質(zhì)減少導(dǎo)致導(dǎo)致DN

40、A 上帶負(fù)電荷的磷酸基團部分脫防上帶負(fù)電荷的磷酸基團部分脫防護，使相連的磷酸基團相互斥力增加，使護，使相連的磷酸基團相互斥力增加，使DNA雙鏈分離。雙鏈分離。 Tm：變性是在一個相當(dāng)變性是在一個相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，這一范圍內(nèi)，50%的的DNA分子發(fā)生變性時的溫度稱分子發(fā)生變性時的溫度稱為為DNA的解鏈溫度，又稱的解鏈溫度，又稱融解溫度融解溫度(melting temperature, Tm)。一般一般DNA的的Tm值在值在82-95 C之間之間 熱變性熱變性G和和C的含量高，的含量高，Tm值高值高：因而測定：因而測定Tm值，可反映值，可反映DNA分子中分子中G、C含量，可通過經(jīng)驗公式計算：含量，可通過經(jīng)驗公式計算：（G+C)%=(Tm-69.3) 2.44Tm大小可反映出大小可反映出DNA的均一性：的均一性：均質(zhì)均質(zhì)DNA的熔解的熔解過程發(fā)生在一個較小的溫度范圍內(nèi)；異質(zhì)過程發(fā)生在一個較小的溫度范圍內(nèi)；異質(zhì)DNA的的熔解過程發(fā)生在一個較寬的溫度范圍內(nèi)。熔解過程發(fā)生在一個較寬的溫度范圍內(nèi)。介質(zhì)中的離子強度：介質(zhì)中的離子強度：低濃度介質(zhì)中，低濃度介質(zhì)中，Tm值低，范