已結(jié)束課程第四次核酸

上次課回顧蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。蛋白質(zhì)的等電點(isoelectricpoint,pI)pH>pIpH<pI+-二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。顆粒表面電荷水化膜蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。蛋白質(zhì)的變性(denaturation)變性的本質(zhì):——破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性。蛋白質(zhì)復(fù)性:

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

造成變性的因素:在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質(zhì)沉淀四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測定蛋白質(zhì)溶液含量茚三酮反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)藍紫色，570nM氨基酸不會發(fā)生這個反應(yīng)第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析TheSeparationandPurificationandStructureAnalysisofProtein一、利用蛋白質(zhì)顆粒大小分離、純化應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。透析(dialysis)超濾法利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。二、利用蛋白質(zhì)理化性質(zhì)分離、純化使用丙酮沉淀時，必須在0～4℃低溫下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。鹽析是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。三、利用荷電性質(zhì)可用電泳法將蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù),稱為電泳。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

四、利用蛋白質(zhì)顆粒沉降行為不同可進行超速離心分離超速離心法既可以用來分離純化蛋白質(zhì)也可以用作測定蛋白質(zhì)的分子量。

蛋白質(zhì)在離心場中的行為用沉降系數(shù)表示，沉降系數(shù)與蛋白質(zhì)的密度和形狀相關(guān)。第2章

核酸的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofNucleicAcid核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。核酸的分類及分布存在于細胞核和線粒體脫氧核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過復(fù)制傳遞給下一代。

分布于細胞核、細胞質(zhì)、線粒體

核糖核酸是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，參與遺傳信息的復(fù)制與表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體第一節(jié)核酸的化學組成及其一級結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸組成分子組成堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖磷酸(phosphate)一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤A鳥嘌呤G尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)C-1’、C-2’、C-3’、C-4’、C-5’脫氧核苷嘌呤N-9或嘧啶N-1與脫氧核糖C-1通過β-N-糖苷鍵相連形成脫氧核苷。嘌呤N-9或嘧啶N-1與核糖C-1通過β-N-糖苷鍵相連形成核苷。核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵核苷或脫氧核苷C5與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸或脫氧核苷酸。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵二、DNA是脫氧核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個脫氧核苷酸3的羥基與另一個核苷酸5的α-磷酸基團縮合形成磷酸二酯鍵。

多個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸，即DNA鏈。5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵交替的磷酸基團和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5

→3三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯鍵的線性大分子RNA也是多個核苷酸分子通過酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5′端3′端CGA四、核酸的一級結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNADNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatialstructure)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間的相對位置。一、DNA的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)不同物種的DNA堿基組成不同，而同一生物的DNA組成是一樣的，即有種屬特異性，無組織特異性；DNA堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素而改變；在同一生物體中[A]=

[T]，[G]=

[C]，即A+G=T+C.Chargaff規(guī)則（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)1.兩條鏈反向平行，圍繞同一中心軸構(gòu)成右手雙螺旋

，表面有大溝和小溝。2.磷酸-脫氧核糖形成DNA的骨架，位于雙螺旋外側(cè)與中軸平行，堿基垂直于螺旋軸而伸入內(nèi)側(cè)。DNA雙螺旋特點：403.雙螺旋直徑2nm，順軸方向每隔0.34nm有一個核苷酸，每圈螺旋含10個核苷酸，相鄰兩個核苷酸間的夾角為36°,螺距為3.4nm。4.兩條鏈通過堿基間的氫鍵相連，A對T有兩個氫鍵，C對G有三個氫鍵，這種A-T、C-G配對的規(guī)律，稱為堿基互補規(guī)則。41

右手性的定義示意圖。大姆指指向軸向，其他四指由掌根向指尖方向表示螺旋轉(zhuǎn)動方向。右手螺旋42堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。疏水性的堿基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。骨架與堿基堿基互補配對:鳥嘌呤/胞嘧啶堿基互補配對:腺嘌呤/胸腺嘧啶46配對堿基的氫鍵相鄰兩個堿基對會有重疊，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力?；パa堿基對的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。3.疏水作用力和氫鍵共同維系著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。1.DNA由兩條多聚脫氧核苷酸組成，成反向平行、右手螺旋結(jié)構(gòu)，雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個大溝和一個小溝。2.雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑為2nm，螺距為3.4nm，每一圈有10對核苷酸，每兩個核苷酸間旋轉(zhuǎn)36o。3.脫氧核糖和磷酸基團組成的親水性骨架位于雙螺旋的外側(cè)，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。4.

DNA雙鏈之間形成了互補堿基對，A:T；C:G

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點總結(jié)

5.雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性維護：

橫向：堿基對間的氫鍵

縱向：疏水性堿基堆積力（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性旋向螺距(nm)堿基數(shù)（每圈）螺旋直徑（nm）骨架走行存在條件A型右手2.3112.5平滑體外脫水B型右手3.4102.3平滑DNA生理條件Z型左手4.5121.8鋸齒型CG序列三種DNA構(gòu)型的比較二、DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。

正超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。負超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。（一）原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA多為環(huán)狀，以負超螺旋的形式存在，平均每200堿基就有一個超螺旋形成。DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的電鏡圖象（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的結(jié)構(gòu)真核生物DNA以非常有序的形式存在于細胞核內(nèi)。在細胞周期的大部分時間里，DNA以松散的染色質(zhì)形式存在，在細胞分裂期，則形成高度致密的染色體。DNA染色質(zhì)呈現(xiàn)出的串珠樣結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)的基本單位是核小體。DNA染色質(zhì)的電鏡圖像真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體。染色體核小體的組成DNA：約150bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4組蛋白核心八聚體×2=DNA：約150bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體的組成核小體串珠樣的結(jié)構(gòu)連接DNA~60bp61DNA

（2nm）核小體鏈（11nm，每個核小體150bp）纖維空管（30nm，每圈6個核小體）突環(huán)（150nm，每個突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個玫瑰花結(jié)）染色體（1400nm，每個染色體含10個螺旋圈）真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)真核生物的染色體著絲粒端粒DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA高級結(jié)構(gòu)總結(jié)第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA66RNA的特點RNA是單鏈分子，因此在RNA分子中，嘌呤的總數(shù)不一定等于嘧啶的總數(shù)。RNA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，則形成單鏈突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)稱為“發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)。不同類型的RNA,其二級結(jié)構(gòu)有明顯的差異。tRNA中除了常見的堿基外，還存在一些稀有堿基，這類堿基大部分位于突環(huán)部分。67

RNA的一級結(jié)構(gòu)：是由數(shù)量極其龐大的四種核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定順序，通過3′，5′-磷酸二酯鍵連成的線形分子，其表示方法與DNA相同。

RNA的二級結(jié)構(gòu)：是不完全螺旋的多核苷酸鏈。

RNA的三級結(jié)構(gòu)：是在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步扭曲折疊而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。RNA的結(jié)構(gòu)68RNA的一級結(jié)構(gòu)69RNA的二級結(jié)構(gòu)70tRNA的三級結(jié)構(gòu)71RNA的主要類型與功能信使RNA(mRNA)是合成蛋白質(zhì)的模板。不均一核RNA(hnRNA)含有內(nèi)含子和外顯子。

外顯子是氨基酸的編碼序列，而內(nèi)含子是非編碼序列。hnRNA經(jīng)過剪切后成為成熟的mRNA。一、mRNA是蛋白質(zhì)合成中的模板hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNAmRNA成熟過程

外顯子(exon)5-末端的帽子結(jié)構(gòu)和3-末端的多聚A尾結(jié)構(gòu)。成熟的mRNA由氨基酸編碼區(qū)和兩個非編碼區(qū)構(gòu)成。從成熟mRNA5’端第一個AUG開始，每三個核苷酸為一組編碼了一個氨基酸，到終止密碼子間的核苷酸序列為開放閱讀框(編碼區(qū))。成熟真核生物mRNA的特點帽子結(jié)構(gòu):m7Gppp1、大部分真核細胞mRNA的5'末端都以7-甲基鳥嘌呤-三磷酸核苷為起始結(jié)構(gòu)mRNA的帽結(jié)構(gòu)（原核生物沒有）可以與帽結(jié)合蛋白結(jié)合形成復(fù)合體；這種復(fù)合體有助于mRNA的穩(wěn)定性；可以協(xié)助mRNA從細胞核想細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運；在蛋白質(zhì)生物合成中促進核糖體與起始密碼子的結(jié)合。功能：2、3'末端有多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)大多數(shù)真核mRNA的3′末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，長約20-250個腺苷酸，稱為多聚A尾巴。3’多聚A與5’帽子結(jié)構(gòu)共同負責mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運；共同維持mRNA的穩(wěn)定性翻譯起始的調(diào)控功能：3、mRNA的堿基順序決定蛋白質(zhì)氨基酸順序mRNA為蛋白質(zhì)生物合成提供模版；AUG被稱為起始密碼子；決定肽鏈終止的密碼子則稱為終止密碼子（UAA、UAG、UGA）。位于起始密碼子和終止密碼子之間的核苷酸序列稱為開放閱讀框，決定了多肽鏈的氨基酸序列。5’非編碼區(qū)，3’非編碼區(qū)轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA。二、tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體tRNA特點：1、tRNA含有多種稀有堿基。（除了AUCG外，有雙氫尿嘧啶、假尿嘧啶、甲基化嘌呤等）2、tRNA含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)3、tRNA的3’端可以連接氨基酸4、tRNA的反密碼子可以識別mRNA的密碼子1、tRNA中的多種稀有堿基tRNA具有局部的莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)。2、tRNA具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)tRNA的二級結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)TψC環(huán)附加叉tRNA的倒L三級結(jié)構(gòu)3、tRNA的3-末端連接氨基酸t(yī)RNA的3-末端都是以CCA結(jié)尾。3-末端的A與氨基酸共價連結(jié)，形成氨基酰-tRNA；tRNA成為了氨基酸的載體。一個tRNA可以結(jié)合特定的氨基酸。氨基酰-tRNA轉(zhuǎn)移酶決定這種特異性tRNA的反密碼子環(huán)由7-9個核苷酸組成，居中的3個核苷酸構(gòu)成的反密碼子。tRNA上的反密碼子依照堿基互補的原則識別mRNA上的密碼子。4、tRNA的反密碼子識別mRNA的密碼子密碼子反義密碼子核糖體RNA(rRNA)是細胞內(nèi)含量最多的RNA(>80％)。rRNA與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體，它為蛋白質(zhì)生物合成提供生物環(huán)境。三、以rRNA為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所核糖體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸18S1874個核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸120個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸160個核苷酸120個核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%大腸桿菌的核糖體核糖體是肽鏈裝配的移動工廠合成肽鏈所需的mRNA與tRNA結(jié)合、肽鍵形成等過程都是在核糖體上完成的。核糖體沿著mRNA模版從5’-3’端移動。氨基酰-tRNA進入tRNA釋放肽酰-tRNA結(jié)合mRNA大腸桿菌蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成簡要過程核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)核酸的酸堿及溶解度性質(zhì)核酸為多元酸，具有較強的酸性。核酸的高分子性質(zhì)粘度：DNA>RNAdsDNA>ssDNA沉降行為:不同構(gòu)象的核酸