生物化學(xué)核酸d

生物化學(xué)核酸d第1頁(yè)/共87頁(yè)NucleicAcid第2頁(yè)/共87頁(yè)第一節(jié)、核酸通論一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究簡(jiǎn)史

1、早期的發(fā)現(xiàn)

2、核酸化學(xué)的研究

3、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出建立了統(tǒng)一的分子生物學(xué)

4、DNA重組技術(shù)帶來(lái)生物技術(shù)重大突破

5、當(dāng)前生命科學(xué)已進(jìn)入后基因組的時(shí)代第3頁(yè)/共87頁(yè)（一）、早期的發(fā)現(xiàn)1868－69F.Miescher從膿細(xì)胞核中提出含磷量高的核素（nuclein），其后從鮭魚(yú)精子中提取出魚(yú)精蛋白和核素。18850.Hertwig提出核素可能負(fù)責(zé)受精和遺傳。1889R.Altmann從酵母和動(dòng)物組織中提取出不含蛋白質(zhì)的核酸。1894.Kossel和A.Neumann從胸腺中提取 核酸，表明胸腺核酸與酵母核酸不同。

Hammars證明酵母核酸中的糖是戊糖。第4頁(yè)/共87頁(yè)（二）、核酸化學(xué)的研究1902E.Fischer研究糖和嘌呤而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 核酸中的嘌呤和嘧啶主要由Kossel等人所鑒 定。1909P.A.Levene和W.A.等人鑒定D-核糖。1910Kossel因核酸化學(xué)研究中的成就而獲諾貝爾 生理學(xué)獎(jiǎng)。1912P.A.Levene認(rèn)為核酸由四種核苷酸等量聚 合而成。1929Levene確定胸腺核酸中的糖是D-2-脫氧核糖。第5頁(yè)/共87頁(yè)（三）、核酸化學(xué)的研究1931Levene在“Nucleic酸”一書(shū)中仍主張核酸 分為動(dòng)物核酸（zoonucleic酸）和植物核 酸（phytonucleic酸）。1933J.Brachet發(fā)展了組織化學(xué)的方法。1938T.Caspersson顯微紫外分光光度技術(shù)。1943J.N.Davidson用化學(xué)分析方法支持上述組 織化學(xué)和紫外分光光度法得出的結(jié)論：動(dòng)、 植物組織均含有兩類(lèi)核酸。1946E.Chargaff測(cè)定了DNA堿基，提出Chargaff 法則。第6頁(yè)/共87頁(yè)（四）、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出建立了統(tǒng)一的分子生物學(xué)1944T.Avery肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。1952.Hershey證明噬菌體感染時(shí)只有DNA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞。1953J.D.Watson和F。H.C。Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。1962年與M.H.F.Wilkins共獲諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)。

1969年噬菌體小組的M.Delbrük、A.D.Hershey和S.E。Luria也獲諾貝爾獎(jiǎng)。1958M.Meselson和F.W.Stahl用超速離心同位素 標(biāo)記的DNA，證明了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

F.H.C.Crick提出中心法則。第7頁(yè)/共87頁(yè)（五）.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的提出建立了統(tǒng)一的分子生物學(xué)1959S.Ochoa和A.Kornberg由于酶促合成RNA和 DNA而獲諾貝爾獎(jiǎng)。1960－61F.Jacob和J.Monod發(fā)現(xiàn)mRNA并提出操縱子學(xué)說(shuō)，1965年與P.Rous一起獲諾貝爾獎(jiǎng)。1965M.W.Nirenberg等破譯了遺傳密碼1968年R.W.Holley.H.G.Khorana和M.W.Nirenburg共獲諾貝爾獎(jiǎng)。1970H.Temin和D.巴爾的摩發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄病毒。第8頁(yè)/共87頁(yè)（六）、DNA重組技術(shù)帶來(lái)生物技術(shù)重大突破1970H.O.史密斯和K.W.Wilcox發(fā)現(xiàn)類(lèi)型Ⅱ限制 性?xún)?nèi)切酶。1971K.Danna和D.Nathans作出SV40DNA的限 制性圖譜1978年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予發(fā)現(xiàn)。 限制酶的W.Arber、H.O.Smith和D.Nathans。1972P.Berg與其工作者將SV40DNA與λ噬菌體 DNA重組。1973S.Cohen等獲得第1個(gè)DNA重組體克隆。1975F.Sanger和A.R.Coulson發(fā)明酶法DNA快速 測(cè)序。第9頁(yè)/共87頁(yè)（七）、DNA重組技術(shù)帶來(lái)生物技術(shù)重大突破1977.M.Maxam和W.Gilbert發(fā)明化學(xué)DNA測(cè)序。1980年Berg、Gilbert和Sanger共獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1985KMullis發(fā)明PCR技術(shù)。1993年與發(fā)明定位誘變的M.史密斯共獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。DNA重組技術(shù)引起分子生物學(xué)第二次革命，使生命科學(xué)進(jìn)入大科學(xué)工程的時(shí)代，并帶動(dòng)了生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。第10頁(yè)/共87頁(yè)（八）、當(dāng)前生命科學(xué)已進(jìn)入后基因組的時(shí)代

1990－2005年人類(lèi)基因組計(jì)劃提前完成，科學(xué)家們提出了后基因組時(shí)代（在genome之後的時(shí)代）的設(shè)想，于是產(chǎn)生了功能基因組學(xué)（功能的genomics）和結(jié)構(gòu)基因組學(xué)（結(jié)構(gòu)的genomics）的新學(xué)科由于基因產(chǎn)物需要經(jīng)過(guò)一系列加工修飾才能執(zhí)行功能，基因產(chǎn)物間的相互作用十分復(fù)雜，這些過(guò)程只從基因組本身進(jìn)行研究是不足以揭示細(xì)胞功能的，因此又提出了蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）和RNA組學(xué)（RNomics）的計(jì)劃。生物化學(xué)與分子生物學(xué)發(fā)展的主要方向有3個(gè)：結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)、神經(jīng)分子生物學(xué)、以及發(fā)育分子生物學(xué)21世紀(jì)這些領(lǐng)域?qū)?huì)取得巨大成果。第11頁(yè)/共87頁(yè)二、核酸的分類(lèi)和組成核酸分為兩大類(lèi).脫氧核糖核酸（DNA）DeoxyribonucleicAcid核糖核酸（RNA）RibonucleicAcid。（一）、核酸的分類(lèi)第12頁(yè)/共87頁(yè)DNA分子含有生物物種的所有遺傳信息，分子量一般都很大。DNA為雙鏈分子，其中大多數(shù)是鏈狀結(jié)構(gòu)大分子，也有少部分呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

DNA主要存在于細(xì)胞核、線(xiàn)粒體、葉綠體和DNA

病毒。1、脫氧核糖核酸（DNA）第13頁(yè)/共87頁(yè)2、核糖核酸（RNA）RNA主要是負(fù)責(zé)DNA遺傳信息的翻譯和表達(dá)，分子量要比DNA小得多。RNA為單鏈分子。少數(shù)RNA病毒RNA為雙鏈分子。主要存在于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)。第14頁(yè)/共87頁(yè)RNA的類(lèi)別根據(jù)RNA的功能，可以分為mRNA、tRNA、rRNA、hnRNA、snRNA、asRNA。第15頁(yè)/共87頁(yè)（1）、mRNA(信使RNA)約占總RNA的5%。不同細(xì)胞的mRNA的鏈長(zhǎng)和分子量差異很大。它的功能是將DNA的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)合成基地–

核糖核蛋白體。MessengerRNA第16頁(yè)/共87頁(yè)（2）tRNA(轉(zhuǎn)移RNA)約占總RNA的10-15%。它在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息，并將相應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖核蛋白體的作用。已知每一個(gè)氨基酸至少有一個(gè)相應(yīng)的tRNA。RNA分子的大小很相似，鏈長(zhǎng)一般在73-78個(gè)核苷酸之間。TransferRNA第17頁(yè)/共87頁(yè)（3）rRNA(核糖體RNA)約占全部RNA的80%，是核糖核蛋白體的主要組成部分。rRNA的功能與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)。RibosomeRNA返回第18頁(yè)/共87頁(yè)第二節(jié)核酸的組成核酸（DNA和RNA）是一種線(xiàn)性多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。核苷酸本身由核苷和磷酸組成,而核苷則由戊糖和堿基形成DNA與RNA結(jié)構(gòu)相似，但在組成成份上略有不同。第19頁(yè)/共87頁(yè)一．核苷酸1、組成核酸的堿基腺嘌呤Adenine第20頁(yè)/共87頁(yè)核苷酸1、組成核酸的堿基鳥(niǎo)嘌呤guanine第21頁(yè)/共87頁(yè)StructureAandG第22頁(yè)/共87頁(yè)核苷酸1、組成核酸的堿基尿嘧啶uracil第23頁(yè)/共87頁(yè)核苷酸1、組成核酸的堿基胞嘧啶cytosine第24頁(yè)/共87頁(yè)1．核苷酸1、組成核酸的堿基胸腺嘧啶thymine第25頁(yè)/共87頁(yè)StructureofTandC第26頁(yè)/共87頁(yè)核苷酸2、堿基的結(jié)構(gòu)特征堿基都具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特征。嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)均呈平面或接近于平面的結(jié)構(gòu)。堿基的芳香環(huán)與環(huán)外基團(tuán)可以發(fā)生酮式—烯醇式或胺式—亞胺式互變異構(gòu)。第27頁(yè)/共87頁(yè)胺式

亞胺式互變異構(gòu)第28頁(yè)/共87頁(yè)酮式烯醇式互變異構(gòu)第29頁(yè)/共87頁(yè)核苷酸堿基的結(jié)構(gòu)特征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（260nm左右）。第30頁(yè)/共87頁(yè)核苷酸3、戊糖組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。第31頁(yè)/共87頁(yè)1．核苷酸4、核苷nucleoside糖與堿基之間的C-N鍵，稱(chēng)為C-N糖苷鍵。第32頁(yè)/共87頁(yè)核苷酸5、核苷酸nucleotide核苷酸是核苷的磷酸酯。作為DNA或RNA結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是5′-磷酸-脫氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷。第33頁(yè)/共87頁(yè)核苷酸6、修飾成分核酸中也存在一些不常見(jiàn)的稀有堿基。稀有堿基的種類(lèi)很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。第34頁(yè)/共87頁(yè)二．核苷酸的衍生物ATP是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物。它的結(jié)構(gòu)如下：1、ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸)第35頁(yè)/共87頁(yè)ATP的性質(zhì)ATP分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩個(gè)高能磷酸鍵。ATP水解時(shí),可以釋放出大量自由能。ATP是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體。ATP水解釋放出來(lái)的能量用于推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。ATP也是一種很好的磷?；瘎?。磷?；磻?yīng)的底物可以是普通的有機(jī)分子，也可以是酶。磷酰化的底物分子具有較高的能量（活化分子），是許多生物化學(xué)反應(yīng)的激活步驟。第36頁(yè)/共87頁(yè)

2、GTP(鳥(niǎo)嘌呤核糖核苷三磷酸)GTP是生物體內(nèi)游離存在的另一種重要的核苷酸衍生物。它具有ATP類(lèi)似的結(jié)構(gòu),也是一種高能化合物。GTP主要是作為蛋白質(zhì)合成中磷?；w。在許多情況下,ATP和GTP可以相互轉(zhuǎn)換。

第37頁(yè)/共87頁(yè)3、cAMP和cGMPcAMP(3’,5’-環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸)和cGMP(3’,5’-環(huán)鳥(niǎo)嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。cAMP和cGMP的環(huán)狀磷酯鍵是一個(gè)高能鍵。在pH7.4條件下,cAMP和cGMP的水解能約為43.9kj/mol，比ATP水解能高得多。第38頁(yè)/共87頁(yè)三．多聚核苷酸多聚核苷酸是通過(guò)核苷酸的5’-磷酸基與另一分子核苷酸的C3’-OH形成磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱(chēng)為DNA鏈；由核糖核苷酸聚合而成的則稱(chēng)為RNA鏈。第39頁(yè)/共87頁(yè)多聚核苷酸的特點(diǎn)在多聚核苷酸中，兩個(gè)核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵通常稱(chēng)為5′—3′磷酸二酯鍵。多聚核苷酸鏈一端的C5′帶有一個(gè)自由磷酸基，稱(chēng)為5′-磷酸端（常用5’-P表示）；另一端C3’帶有自由的羥基，稱(chēng)為3′-羥基端（常用3’-OH表示）。多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。第40頁(yè)/共87頁(yè)方向性PP5'3'3'5'PP5'3'P5'3'ACGT在多聚核苷酸（DNA或RNA）鏈中，由于構(gòu)成核苷酸單元的戊糖和磷酸基是相同的，體現(xiàn)核苷酸差別的實(shí)際上只是它所帶的堿基，所以多聚核苷酸鏈結(jié)構(gòu)也可表示為：第41頁(yè)/共87頁(yè)在討論有關(guān)核酸問(wèn)題時(shí)，一般只關(guān)心其中堿基的種類(lèi)和順序，所以上式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：5′PAPCPGPCPTPGPTPA3′

或5′ACGCTGTA3′返回第42頁(yè)/共87頁(yè)第十三章核酸的結(jié)構(gòu)一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)多聚核苷酸是由四種不同的核苷酸單元按特定的順序組合而成的線(xiàn)性結(jié)構(gòu)聚合物，因此，它具有一定的核苷酸順序，即堿基順序。核酸的堿基順序是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲(chǔ)的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。而mRNA(信息RNA)的堿基順序，則直接為蛋白質(zhì)的氨基酸編碼，并決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序。第43頁(yè)/共87頁(yè)（一）、RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)研究最多的是tRNA、rRNA以及一些小分子的RNA。其中第44頁(yè)/共87頁(yè)tRNAtRNA分子具有以下特點(diǎn)：分子量25000左右，大約由70－90個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。分子中含有較多的修飾成分。3'-末端都具有CpCpAOH的結(jié)構(gòu)。第45頁(yè)/共87頁(yè)1、mRNA

一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)真核細(xì)胞mRNA的3‘-末端有一段長(zhǎng)達(dá)200個(gè)核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，稱(chēng)為“尾結(jié)構(gòu)”，5’-末端有一個(gè)甲基化的鳥(niǎo)苷酸，稱(chēng)為“帽結(jié)構(gòu)”。第46頁(yè)/共87頁(yè)

極大多數(shù)真核細(xì)胞mRNA在3‘-末端有一段長(zhǎng)約200核苷酸的polyA。polyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的mRNA一般無(wú)polyA，但某些病毒mBNA也有3’-polyA,polyA可能有多方面功能,與mRNA從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關(guān)；與mRNA的半壽期有關(guān)，新合成的mRNA．polyA鏈較長(zhǎng)，而衰老的mRNA，polyA鏈縮短第47頁(yè)/共87頁(yè)rRNA動(dòng)物細(xì)胞核糖體rRNA有四類(lèi)：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。許多rRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)及由一級(jí)結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出來(lái)的二級(jí)結(jié)構(gòu)都已闡明，但是對(duì)許多rRNA的功能迄今仍不十分清楚。第48頁(yè)/共87頁(yè)2、RNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)RNA是單鏈分子，因此，在RNA分子中，并不遵守堿基種類(lèi)的數(shù)量比例關(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)。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，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱(chēng)為“發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)。第49頁(yè)/共87頁(yè)在RNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對(duì)情況不象DNA中嚴(yán)格。G除了可以和C配對(duì)外，也可以和U配對(duì)。G-U配對(duì)形成的氫鍵較弱。不同類(lèi)型的RNA,其二級(jí)結(jié)構(gòu)有明顯的差異。tRNA中除了常見(jiàn)的堿基外，還存在一些稀有堿基，這類(lèi)堿基大部分位于突環(huán)部分.第50頁(yè)/共87頁(yè)（1）、tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)A、tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)都呈”三葉草”形狀，在結(jié)構(gòu)上具有某些共同之處，一般可將其分為五臂四環(huán)：包括氨基酸接受區(qū)、反密碼區(qū)、二氫尿嘧啶區(qū)、TC區(qū)和可變區(qū)。除了氨基酸接受區(qū)外，其余每個(gè)區(qū)均含有一個(gè)突環(huán)和一個(gè)臂。

第51頁(yè)/共87頁(yè)(1)氨基酸接受區(qū)

包含有tRNA的3’-末端和5’-末端，3’-末端的最后3個(gè)核苷酸殘基都是CCA，A為核苷。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。

(2)反密碼區(qū)

與氨基酸接受區(qū)相對(duì)的一般含有7個(gè)核苷酸殘基的區(qū)域，其中正中的3個(gè)核苷酸殘基稱(chēng)為反密碼第52頁(yè)/共87頁(yè)3)二氫尿嘧啶區(qū)該區(qū)含有二氫尿嘧啶。(4)TC區(qū)

該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對(duì)，假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC)由7個(gè)核苷酸組成，通過(guò)由5對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與tRNA的其余部分相連。除個(gè)別例外，幾乎所有tBNA在此環(huán)中都含有TC。(5)可變區(qū)位于反密碼區(qū)與TC區(qū)之間，不同的tRNA該區(qū)變化較大。第53頁(yè)/共87頁(yè)（2）、tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)在三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突環(huán)上未配對(duì)的堿基由于整個(gè)分子的扭曲而配成對(duì)，目前已知的tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)均為倒L型第54頁(yè)/共87頁(yè)第55頁(yè)/共87頁(yè)二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1953年，J.Watson和F.Crick在前人研究工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)DNA結(jié)晶的X-衍射圖譜和分子模型，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測(cè)。第56頁(yè)/共87頁(yè)Watson和Crick的著名論文全文第57頁(yè)/共87頁(yè)1．DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)DNA分子由兩條DNA單鏈組成。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是分子中兩條DNA單鏈之間基團(tuán)相互識(shí)別和作用的結(jié)果。雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的最基本形式。第58頁(yè)/共87頁(yè)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)（1）DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡(jiǎn)稱(chēng)DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤(pán)繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向?yàn)?′→3′，而另一條鏈的方向?yàn)?′→5′。第59頁(yè)/共87頁(yè)（2）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)第60頁(yè)/共87頁(yè)（3）螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為3.4埃，每10個(gè)核苷酸形成一個(gè)螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為3.4nm。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)第61頁(yè)/共87頁(yè)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)（4）兩條DNA鏈相互結(jié)合以及形成雙螺旋的力是鏈間的堿基對(duì)所形成的氫鍵。堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結(jié)合，鳥(niǎo)嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱(chēng)為堿基互補(bǔ)。A和T之間形成兩個(gè)氫鍵，G與C之間形成三個(gè)氫鍵。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。第62頁(yè)/共87頁(yè)2．DNA雙螺旋的穩(wěn)定性DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)在生理?xiàng)l件下是很穩(wěn)定的。維持這種穩(wěn)定性的因素包括：兩條DNA鏈之間形成的氫鍵；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(duì)堿基之間氫鍵的影響；介質(zhì)中的陽(yáng)離子（如Na+、K+和Mg2+）中和了磷酸基團(tuán)的負(fù)電荷，降低了DNA鏈之間的排斥力、范德華引力等。改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。第63頁(yè)/共87頁(yè)FrancisCrickandJamesWatson

1962FrancisCrick,JamesWatson,andMauriceWilkinsreceivetheNobelPrizefordeterminingthemolecularstructureofDNA.第64頁(yè)/共87頁(yè)StructureofB-DNAandZ-DNA第65頁(yè)/共87頁(yè)第66頁(yè)/共87頁(yè)DNA的三螺旋結(jié)構(gòu)

第67頁(yè)/共87頁(yè)DNA的三螺旋結(jié)構(gòu)第68頁(yè)/共87頁(yè)Hoogsteen配對(duì)在三股螺旋中，通常是一條同型寡聚核苷酸與寡聚嘧啶核苷酸—寡聚嘌呤核苷酸雙螺旋的大溝結(jié)合，第三股的堿基可與Watson—Crick堿基對(duì)中的嘌呤堿形成Hoogsteen配對(duì)。第三股螺旋與寡聚嘌呤核苷酸同向平行。Py.Pu*PyPy.Pu*PuPy.Pu*rPu返回第69頁(yè)/共87頁(yè)第十四章第十五章、核酸的性質(zhì)一、含氮堿基的性質(zhì)嘌呤堿基和嘧啶堿基是核酸中最重要的組分。它們的性質(zhì)對(duì)于核酸的性質(zhì)和生物功能具有重要影響作用。含氮堿基具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于環(huán)上極性基團(tuán)（如羰基、氨基等）的存在，堿基能夠發(fā)生酮式—烯醇式或氨式—亞氨式的互變異構(gòu)。因此，堿基既有芳香環(huán)的特性，也具有氨、酮和烯醇等相應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)。第70頁(yè)/共87頁(yè)1、含氮堿基的堿性

嘌呤堿基和嘧啶堿基都具有弱堿性。環(huán)內(nèi)氨基的pKa值約為9.5。堿基環(huán)外的氨基（存在于A、G和C）的堿性很弱，在生理pH條件下不能被質(zhì)子化。這種情況與苯胺分子中的氨基相似。因此嘌呤和嘧啶堿基的堿性主要是環(huán)內(nèi)氨基的貢獻(xiàn)。第71頁(yè)/共87頁(yè)2、堿基環(huán)氮原子的烷基化反應(yīng)

在一定條件下，堿基環(huán)上的氮原子可以發(fā)生烷基化反應(yīng)。在同樣條件下，U和T基本上不起反應(yīng)。應(yīng)用CH2N作為烷基化劑，則所有堿基都能發(fā)生上述反應(yīng)。第72頁(yè)/共87頁(yè)二、核酸的性質(zhì)1．核酸的兩性性質(zhì)及等電點(diǎn)與蛋白質(zhì)相似，核酸分子中既含有酸性基團(tuán)（磷酸基）也含有堿性基團(tuán)（氨基），因而核酸也具有兩性性質(zhì)。由于核酸分子中的磷酸是一個(gè)中等強(qiáng)度的酸，而堿性（氨基）是一個(gè)弱堿，所以核酸的等電點(diǎn)比較低。如DNA的等電點(diǎn)為4～4.5，RNA的等電點(diǎn)為2～2.5。RNA的等電點(diǎn)比DNA低的原因，是RNA分子中核糖基2′-OH通過(guò)氫鍵促進(jìn)了磷酸基上質(zhì)子的解離。DNA沒(méi)有這種作用。第73頁(yè)/共87頁(yè)2、核酸的水解（1）酸或堿水解

核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸或堿性條件下水解切斷。DNA和RNA對(duì)酸或堿的耐受程度有很大差別。例如，在0.1mol/LNaOH溶液中，RNA幾乎可以完全水解，生成2′-或3′-磷酸核苷；DNA在同樣條件下則不受影響。這種水解性能上的差別，與RNA核糖基上2′-OH的鄰基參與作用有很大的關(guān)系。在RNA水解時(shí)，2′-OH首先進(jìn)攻磷酸基，在斷開(kāi)磷酯鍵的同時(shí)形成環(huán)狀磷酸二酯，再在堿的作用形成水解產(chǎn)物。第74頁(yè)/共87頁(yè)（2）、酶水解生物體內(nèi)存在多種核酸水解酶。這些酶可以催化水解多聚核苷酸鏈中的磷酸二酯鍵。以DNA為底物的DNA水解酶（DNases）和以RNA為底物的RNA水解酶（RNases）。根據(jù)作用方式又分作兩類(lèi)：核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。核酸外切酶的作用方式是從多聚核苷酸鏈的一端（3′-端或5′-端）開(kāi)始，逐個(gè)水解切除核苷酸；核酸內(nèi)切酶的作用方式剛好和外切酶相反，它從多聚核苷酸鏈中間開(kāi)始，在某個(gè)位點(diǎn)切斷磷酸二酯鍵。在分子生物學(xué)研究中最有應(yīng)用價(jià)值的是限制性核酸內(nèi)切酶。這種酶可以特異性的水解核酸中某些特定堿基