核酸化學(xué)（生物化學(xué)課件）

第四章核酸化學(xué)p50為“基因工程技術(shù)”打下必要的基礎(chǔ)。目的：可能源于寄生在真核細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌等。第一節(jié)核酸概述1.核酸DNARNA2.線粒體、葉綠體中含有各自的DNA、RNA。編碼少量的線粒體酶分子等第二節(jié)核酸的化學(xué)組成一.核酸的元素組成定磷法測核酸的含量：p63二.1核酸的基本組成單位是核苷酸。二.核酸的元素分子組成1.堿基腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）（1）嘌呤堿（A、G）1789234561789234562.嘧啶堿（T、C、U）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）123456123456123456基本堿基：DNA：A、G、C、TRNA:A、G、C、U3.稀有堿基舉例5-甲基胞嘧啶次黃嘌呤（I）次黃嘌呤核苷苷酸（IMP）,又肌苷酸，是構(gòu)成動物肉香味及鮮味的重要成分。ATP→ADP→AMP→IMP→I其鈉鹽的鮮味是味精的40倍雞精中的鮮味核苷酸：IMP和GMP2.戊糖核糖1'2'3'4'5'3'-OH5'-OH2.戊糖RiboseDeoxyribose1'2'3'4'5'1'2'3'4'5'4.核苷5.核苷酸AMP1'

2'3'

4'

5'

1789234563'-OH5'-OH生物體內(nèi)的核苷酸多是5'-核苷酸5‘-OH與磷酸結(jié)合，形成酯鍵5'–酯鍵體內(nèi)的游離核苷酸：5’-核苷酸AMPADPATP6.幾種重要的單核苷酸及其衍生物環(huán)核苷酸（cAMP，cGMP）cAMPcGMP3‘,5’–環(huán)腺苷酸3‘,5’–環(huán)鳥苷酸P167圖12-5：cAMP作為第二信使，激活下游的酶的活性第三節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)一.DNA的分子結(jié)構(gòu)1.核苷酸的連接方式：3',5'-磷酸二酯鍵3'

,5'

-磷酸二酯鍵5’5’3’3’5'–酯鍵3'-OH3'–酯鍵5'–酯鍵5'

-脫氧核苷酸5'

-脫氧核苷酸第2個脫氧核苷酸5'–酯鍵3'–酯鍵3‘,5’–磷酸二酯鍵第三節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)一.DNA的分子結(jié)構(gòu)1.核苷酸的連接方式：3',5'-磷酸二酯鍵2.核酸的主鏈與側(cè)鏈：側(cè)鏈：堿基主鏈：磷酸、戊糖相間排列主鏈：磷酸、戊糖相間排列側(cè)鏈：堿基側(cè)鏈：堿基側(cè)鏈：堿基側(cè)鏈：堿基5‘端3‘端3.多聚核苷酸鏈有方向：（1）5'端：游離的H3PO4基團（2）書寫：5'→3'

3'端：游離的-OH基團4.多聚核苷酸鏈的表示法：①結(jié)構(gòu)長鏈②線條式③文字式5’pApCpGpTpA-OH

5’pACGTA-OHACGTA書寫：5'→3'

堿基排列順序核苷酸殘基的排列順序一.DNA的分子結(jié)構(gòu)（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)1.定義：DNA的一級結(jié)構(gòu)是指脫氧核苷酸在DNA分子中的排列順序。堿基排列順序（二）DNA的二級結(jié)構(gòu)1.雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)：（1）X射線衍射數(shù)據(jù)：不同來源的DNA具有相似的圖譜（結(jié)構(gòu)）（2）Chargaff規(guī)則：A=T，G=C（3）電位滴定行為：堿基不能滴定2.DNA的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（B-DNA）2條方向相反的多聚核苷酸鏈圍繞同一中心軸旋轉(zhuǎn)，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)，表面有大溝、小溝骨架（主鏈）位于外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)5’3’3’5’2.DNA的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（B-DNA）螺旋直徑為2nm相鄰2個堿基平面之間的距離為0.34nm，每10個核苷酸殘基旋轉(zhuǎn)一周，上升3.4nm。各堿基平面互相平行，并與中心軸垂直。2.DNA的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（B-DNA）2條多聚核苷酸鏈之間通過氫鍵相連接，A＝T，G≡C（堿基互補配對原則）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素：堿基對之間的氫鍵

堿基堆砌力2.DNA的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（B-DNA）2條多聚核苷酸鏈之間通過氫鍵相連接，A＝T，G≡C（堿基互補配對原則）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素：堿基對之間的氫鍵

堿基堆砌力2.DNA的右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（B-DNA）2條多聚核苷酸鏈之間通過氫鍵相連接，A＝T，G≡C（堿基互補配對原則）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素：堿基對之間的氫鍵

堿基堆砌力3.DNA雙螺旋的構(gòu)象類型：濕度92％濕度75％某些人工合成的DNA（三）DNA的三級結(jié)構(gòu)1.原核生物：超螺旋（1）負(fù)超螺旋：超螺旋的旋轉(zhuǎn)方向與雙螺旋的旋轉(zhuǎn)方向相反?！乖菪兯伞＃?）正超螺旋：超螺旋的旋轉(zhuǎn)方向與雙螺旋的旋轉(zhuǎn)方向相同。→使原螺旋更緊。一級螺旋：右手螺旋二級螺旋：左手螺旋負(fù)超螺旋：超螺旋的旋轉(zhuǎn)方向與雙螺旋的旋轉(zhuǎn)方向相反?！乖菪兯伞Ｘ?fù)超螺旋：超螺旋的旋轉(zhuǎn)方向與雙螺旋的旋轉(zhuǎn)方向相反?！乖菪兯伞Ｒ患壜菪河沂致菪壜菪鹤笫致菪?fù)超螺旋：超螺旋的旋轉(zhuǎn)方向與雙螺旋的旋轉(zhuǎn)方向相反?！乖菪兯伞Ｒ患壜菪河沂致菪壜菪鹤笫致菪?fù)超螺旋：原核生物的DNA三級結(jié)構(gòu)：“負(fù)超螺旋”最常見四級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)2.真核生物（1）形成核小體→進一步盤曲組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4核心顆粒結(jié)合在連接DNA鏈上圖4-7圖4-7（a）（b）圖4-7（b）核心顆粒：146bp核小體：200bp連接DNA：20～80bp二.RNA的分子結(jié)構(gòu)1.單鏈，局部雙螺旋（圖4-8，4-9）2.含稀有堿基3.種類繁多tRNA:≥60種mRNA:與多肽鏈種類基本相當(dāng)rRNA：3或4種hnRNA等基本每個三聯(lián)體密碼均有相應(yīng)的tRNA（一）tRNA（轉(zhuǎn)移RNA）（1）作用：在多肽鏈合成過程中，轉(zhuǎn)運氨基酸。（2）大小：70～90b，≈4SS：沉降（速率）系數(shù)S越大，沉降速度越快，粗略表明其分子質(zhì)量越大。1.一級結(jié)構(gòu)特點：（1）含10～20％的稀有堿基（2）3’-末端有-CCA-OH結(jié)構(gòu)氨基酸臂2.二級結(jié)構(gòu)：三葉草型IIIIIIIV四臂四環(huán)2.二級結(jié)構(gòu)：三葉草型（1）3’-末端：CCA-OH結(jié)構(gòu)：連接氨基酸（2）環(huán)I：DHU環(huán)（D環(huán)）（2）環(huán)II：反密碼環(huán)（3）環(huán)III：可變環(huán)（4）環(huán)IV：TφC環(huán)

胸腺嘧啶、假尿嘧啶圖4-102.二級結(jié)構(gòu)：三葉草型IIIIIIIV四臂四環(huán)氨基酸臂反密碼子3.三級結(jié)構(gòu)：倒L型氨基酸臂反密碼子氨基酸臂反密碼子tRNA的作用：氨基酸臂反密碼子氨基酸臂反密碼子mRNA密碼子在多肽鏈合成過程中：（1）轉(zhuǎn)運氨基酸；（2）“接合器”。2.rRNA（核蛋白體RNA）（1）作用：與多種蛋白質(zhì)構(gòu)成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。（2）rRNA的二級結(jié)構(gòu)：局部雙螺旋（2）rRNA的二級結(jié)構(gòu)：（3）rRNA與多種蛋白質(zhì)組成核蛋白體23SrRNA大亞基5S原核生物50S蛋白質(zhì)31種核蛋白體70S小亞基16SrRNA30S蛋白質(zhì)21種酶：催化蛋白質(zhì)合成酶：催化蛋白質(zhì)合成合成蛋白質(zhì)的場所結(jié)合mRNA結(jié)合mRNA（3）rRNA與多種蛋白質(zhì)組成核蛋白體28S大亞基5.8SrRNA真核生物60S5S核蛋白體蛋白質(zhì)49種80S小亞基18SrRNA40S蛋白質(zhì)33種

合成蛋白質(zhì)的場所（4）核蛋白體的結(jié)構(gòu)：30S50S60S（三）mRNA（信使RNA）1.作用：作為蛋白質(zhì)生物合成的模板。2.一級結(jié)構(gòu)：①5’-末端：“帽子”+m7Gpp②3’-末端：“尾巴”+多聚A尾巴5’-末端：“帽子”

+m7Gpp7-甲基鳥苷二磷酸（m7Gpp

）mRNA②3’-末端：“尾巴”

+多聚A尾巴5’-m7GppAA……

AA-3’mRNA第四節(jié)核酸的性質(zhì)一.核酸的一般性質(zhì)2.核酸是兩性電解質(zhì)1.微溶于水，不溶于有機溶劑3.RNA易被堿水解，DNA則對堿穩(wěn)定→乙醇沉淀核酸→堿裂解法提取DNA→電泳二.核酸的紫外吸收性質(zhì)1.嘌呤、嘧啶堿基含共軛雙鍵紫外分光光度法（260nm）測定核酸濃度→核酸在260nm有紫外吸收峰2.核酸的光吸收值：核苷酸的總吸收值>變性的DNA>雙鏈DNA5’3’5’3’核苷酸＞＞的總吸收值3’5’3’5’堿基越暴露，其在260nm的光吸收就越強。三.核酸的變性、復(fù)性與雜交1.核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（1）堿基對間的氫鍵（2）堿基堆積力（3）環(huán)境中的帶正電荷的離子：中和磷酸基團的負(fù)電荷，消除磷酸基團之間的靜電斥力。p573.2.變性（1）DNA變性：（2）變性因素：加熱、化學(xué)處理（…）在某些理化因素的作用下，DNA雙鏈互補堿基對之間的氫鍵斷裂，雙螺旋被解開，從而形成2條單鏈的過程。（3）增色效應(yīng)5’3’5’3’變性＜與DNA變性伴隨的260nm光吸收增強的效應(yīng)。（4）熱變性和Tm①熱變性：由溫度升高引起的核酸變性。②Tm：使50％DNA發(fā)生變性的溫度，稱為變性溫度或解鏈溫度，用Tm表示。②

Tm：使50％DNA發(fā)生變性

的溫度DNA雙鏈溫度A260nmDNA單鏈（5）影響Tm的因素①G-C含量：G-C含量越高，Tm越高②溶液的離子強度溶液的離子強度越高，Tm越高③溶液的pH強堿→DNA變性→Tm下降④變性劑→DNA變性→Tm下降3.復(fù)性（1）定義：DNA熱變性后，若溫度再緩慢下降，解開的2條鏈可以重新結(jié)合，形成原來的雙螺旋結(jié)構(gòu)，并恢復(fù)其原有的理化性質(zhì)和生物學(xué)活性。這個過程稱為DNA復(fù)性或退火。（2）適宜的復(fù)性溫度：（Tm－25oC）（3）影響復(fù)性的因素：①濃度↑速度↑

②片斷越長速度↓

③重復(fù)序列越多速度↑

④高離子強度速度↑

4.核酸的分子雜交5’3’5’3’

3’5’變性3’