生物化學核酸

關于生物化學核酸核酸的發(fā)現(xiàn)：

1868年，瑞士青年科學家F.Miescher引言：核酸概述從外科繃帶上膿細胞的細胞核中分離得到一種含磷較高的酸性物質，稱之為核素（nuclein）核素實質是一種核糖核蛋白第2頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1944年,OswaldAvery,ColinMacleod和MaclynMcCarty發(fā)現(xiàn)，一種有夾膜、表面光滑、具致病性的肺炎球菌中提取的核酸DNA(deoxyribonucleicacid,脫氧核糖核酸)，可使另一種無夾膜，表面粗糙、不具致病性的肺炎球菌的遺傳性狀發(fā)生改變，轉變?yōu)橛袏A膜，具有致病性的肺炎球菌，且轉化率與DNA純度呈正相關，若將DNA預先用DNA酶降解，轉化就不發(fā)生。該項實驗徹底糾正了蛋白質攜帶遺傳信息這一錯誤認識，確立了核酸是遺傳物質的重要地位；第3頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共91頁，2024年2月25日，星期天核酸的研究歷史：

1889年，Altmann首先制備了不含蛋白的核酸制品并引入“核酸”這一名詞。

20世紀20年代測定了核酸的化學組成，并將核酸分為DNA和RNA。

1943年，E.Chargaff的工作：嘌呤：嘧啶=1：1，由此推理出堿基配對的理論。

1944年，Avery的肺炎雙球菌轉化實驗，證明遺傳物質即為DNA。

1953年，Watson-Crick建立了DNA的雙螺旋結構模型。

遺傳密碼的闡明、內切核酸酶的發(fā)現(xiàn)、核酸的合成與分析技術、基因重組技術等的建立形成了分子生物學的基本完整體系。

第5頁,共91頁，2024年2月25日，星期天核酸與蛋白質一樣，是一切生物有機體不可缺少的組成部分。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)，生物物種遺傳特性的保持，生長發(fā)育，細胞分化等起著重要的作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也密切相關。因此，核酸的研究是現(xiàn)代生物化學、分子生物學和醫(yī)學的重要基礎之一。引言：核酸概述第6頁,共91頁，2024年2月25日，星期天克隆羊-dolly第7頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的種類、分布與功能一、核酸的種類與分布（一）核酸的種類（RNA、DNA、）

核糖核酸（ribonucleicacid-RNA）:轉移RNA(transferRNA-tRNA)、信使RNA(messengerRNA-mRNA)、核糖體RNA（ribosomalRNA-rRNA）

小分子細胞核RNA（snRNA）、染色質RNA（chRNA）、反義RNA（antisenseRNA）、雙鏈RNA（dsRNA）、細胞質小RNA（scRNA）、具有催化活性的RNA（ribozyme）、各種病毒RNA功能：三者共同參與遺傳信息的表達。

脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid-DNA）功能：遺傳信息的載體，負責遺傳信息的貯存和發(fā)布。第8頁,共91頁，2024年2月25日，星期天真核生物原核生物

DNA細胞核（95%）線粒體、葉綠體（5%）核質區(qū)（擬核）

RNA細胞質（75%）線粒體、葉綠體（15%）細胞核（10%）細胞質（二）核酸的分布第9頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、核酸的生物學功能

（一）DNA是主要的遺傳物質1928年，英國科學家Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌使小鼠死亡的原因是引起肺炎。細菌的毒性是由細胞表面中的多糖所決定的。第10頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、核酸的生物學功能（一）DNA是主要的遺傳物質1944年，O.T.Avery（美）肺炎鏈球菌的轉化實驗,首次證明DNA是細菌遺傳性狀的轉化因子。十年后證明DNA是遺傳物質SRS+RS菌體的DNA+RS第11頁,共91頁，2024年2月25日，星期天轉化作用：感受態(tài)的微生物或離體培養(yǎng)的細胞獲得外源DNA并產(chǎn)生新的形狀特征。第12頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（一）DNA是主要的遺傳物質1952年，美國冷泉港Hershey-Chase噬菌體浸染細菌的實驗。第13頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（二）RNA生物學功能RNA的功能：1.參與蛋白質的合成

rRNA(75-80%)tRNA(10-15%)mRNA(2-5%)2.遺傳物質3.具有生物催化劑功能第14頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)：核酸的化學組成一、核酸的元素組成

基本元素：CHONP

核酸的元素組成有兩個特點：

1.一般不含S。

2.P含量較多，并且恒定（9%-10%）。因此，實驗室中用定磷法進行核酸的定量分析。（DNA9.9%、RNA9.5%）第15頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二核酸的分子組成核酸（DNA和RNA）是一種線性多聚核苷酸，它的基本結構單元是核苷酸。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所以，核酸核苷酸磷酸核苷戊糖堿基第16頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1．核苷酸（1）組成核酸的堿基

腺嘌呤

鳥嘌呤嘌呤Adenineguanine

A

G9NNNN12346587第17頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1．核苷酸（1）組成核酸的堿基

尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶

uracilcytosinethymine

NN654321嘧啶UCTH3C第18頁,共91頁，2024年2月25日，星期天DNA的堿基組成：AGCTRNA的堿基組成：AGCU第19頁,共91頁，2024年2月25日，星期天核酸中除了5類基本的堿基外，還有一些含量甚少的堿基，稱為稀有堿基。1．核苷酸組成核酸的稀有堿基NNNNONNNH2O—CH3Im5Chm5CDHU第20頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1．核苷酸堿基的結構特征堿基都具有芳香環(huán)的結構特征。嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)均呈平面或接近于平面的結構。堿基的芳香環(huán)與環(huán)外基團可以發(fā)生酮式—烯醇式或胺式—亞胺式互變異構。第21頁,共91頁，2024年2月25日，星期天胺式

亞胺式互變異構第22頁,共91頁，2024年2月25日，星期天酮式烯醇式互變異構已公認：氫原子在堿基上有固定的位置第23頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1．核苷酸（2）戊糖組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的戊糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的戊糖則為β-D-核糖。第24頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1．核苷酸（3）核苷nucleoside核苷由戊糖和堿基縮合而成，嘌呤的N9或嘧啶的N1與戊糖C-1’-OH以C-N糖苷鍵相連接。dANNNNNH2OHHOHOCH2HHHH9NONOOHOCH2HHHHOHOHU1第25頁,共91頁，2024年2月25日，星期天假尿苷

胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（tRNA）第26頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1．核苷酸（4）核苷酸nucleotide核苷酸是核苷的磷酸酯。作為DNA或RNA結構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27頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2．核苷酸的衍生物ATP是生物體內分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物。它的結構如下：（1）ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸)第28頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

(2)GTP(鳥嘌呤核糖核苷三磷酸)第29頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（3）環(huán)化核苷酸cAMP和cGMPcAMP(3’,5’-環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸)和cGMP(3’,5’-環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作為細胞之間傳遞信息的信使。cAMP和cGMP的環(huán)狀磷酯鍵是一個高能鍵。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30頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（4）輔酶核苷酸

NAD+NADP+FMNFADCoA第31頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（1）參與DNA、RNA的合成、蛋白質的合成、糖與磷脂的合成。（2）在能量轉化中起重要作用，ATP是生物體內能量的通用貨幣。（3）是構成多種輔酶的成分：NAD、NADP、FAD、FMN和CoA。（4）參與細胞中的代謝與調節(jié)（cAMP、cGMP）。3．核苷酸的生物學作用第32頁,共91頁，2024年2月25日，星期天4．多聚核苷酸多聚核苷酸是通過核苷酸的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為DNA鏈；由核糖核苷酸聚合而成的則稱為RNA鏈。第33頁,共91頁，2024年2月25日，星期天NNNNNH2OHOCH2HHHHO—P—O—OOHNNNNNH2

OH

HOCH2HHHH

-O—P=OO第34頁,共91頁，2024年2月25日，星期天

多聚核苷酸的特點在多聚核苷酸中，兩個核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵通常稱為3′—5′磷酸二酯鍵。多聚核苷酸鏈一端的C5′帶有一個自由磷酸基，稱為5′-磷酸端（常用5′-P表示）；另一端C3’帶有自由的羥基，稱為3′-羥基端（常用3′-OH表示）。多聚核苷酸鏈具有方向性，當表示一個多聚核苷酸鏈時，必須注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。第35頁,共91頁，2024年2月25日，星期天一、DNA的分子結構（一）DNA的一級結構

1.定義：指DNA分子中多個脫氧核苷酸的排列順序。即數(shù)目龐大的四種堿基的排列順序。DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種脫氧核苷酸千變萬化的不同排列組合之中。

2.DNA的堿基組成（Chargaff定則）：（1）在所有的DNA中，A=T，G=C即A+G=T+C

（2）DNA的堿基組成具有種的特異性，即不同生物物種的DNA具有自己獨特的堿基組成，但沒有組織和器官的特異性。

3.DNA一級結構的表示方法：第三節(jié)：核酸的分子結構第36頁,共91頁，2024年2月25日，星期天3.DNA一級結構的表示方法：（1）結構式表示法：（2）線條式表示法：（3）字母式表示法：書與文獻中第37頁,共91頁，2024年2月25日，星期天DNA測序的生物學意義

DNA是遺傳信息的儲存者和發(fā)布者，遺傳信息是由堿基序列體現(xiàn)的，堿基序列略有改變，即可引起遺傳信息的顯著改變。所以DNA測序是研究DNA

功能的基礎，非常重要。DNA測序的實驗方法（20世紀70年代三大進展促進了DNA的測序工作——限制性核酸內切酶的發(fā)現(xiàn)；改進多核苷酸片段的電泳分離法；DNA的克隆技術）酶法和化學法（Sanger和Gilbert法）4.DNA一級結構的研究方法：第38頁,共91頁，2024年2月25日，星期天DNA的化學法測序片段5’-32P-GCATGCAT-3’待測DNA片段，經(jīng)特異性切割后：GG+ACC+T3’TACGTACG5’G+A切割后：32P-GC32P-GCAT32P-GCATGC32PG切割后：32P32P-GCATC切割后：32P-G32P-GCATGC+T切割后：32P-G32P-GCA32P-GCATG

32P-GCATGCA第39頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（二）DNA的二級結構1.定義：

DNA的二級結構指DNA的雙螺旋結構。1953年，J.Watson和F.Crick在前人研究工作的基礎上，根據(jù)DNA纖維和DNA結晶的X-衍射圖譜分析及DNA堿基組成的定量分析以及DNA中堿基的物化數(shù)據(jù)測定，提出了著名的DNA雙螺旋結構模型，并對模型的生物學意義作出了科學的解釋和預測。第40頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2．DNA雙螺旋結構的特點（二）DNA的二級結構（1）DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結構。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向為5′→3′，而另一條鏈的方向為3′→5′，螺旋結構上有大溝和小溝。第42頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（2）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內側，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側，彼此以3′-5′磷酸二酯鍵連接，形成DNA分子的骨架。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。2.DNA雙螺旋結構的要點第43頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（3）螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個堿基平面之間的距離為0.34nm，每10個核苷酸形成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉一圈）高度為3.4nm。2.DNA雙螺旋結構的要點第44頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.DNA雙螺旋結構的要點（4）雙螺旋內部的堿基按規(guī)則配對，堿基的相互結合具有嚴格的配對規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結合，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結合，這種配對關系，稱為堿基互補。A和T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。雙螺旋的兩條鏈是互補關系。第45頁,共91頁，2024年2月25日，星期天3.DNA雙螺旋結構提出的生物學意義第一次闡述了遺傳信息的儲存方式及DNA復制的機理，以準確的語言回答了DNA是如何成為遺傳物質的。大大推動了分子生物學和分子遺傳學的發(fā)展，被譽為20世紀最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。第46頁,共91頁，2024年2月25日，星期天4．DNA雙螺旋的穩(wěn)定因素DNA雙螺旋結構在生理條件下是很穩(wěn)定的。維持這種穩(wěn)定性的主要因素包括：兩條DNA鏈之間堿基配對形成的氫鍵和堿基堆積力；另外，存在于DNA分子中的一些弱鍵在維持雙螺旋結構的穩(wěn)定性上也起一定的作用。即磷酸基團上的負電荷與介質中的陽離子間形成的離子鍵及范德華力。改變介質條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。第47頁,共91頁，2024年2月25日，星期天5．DNA二級結構的幾種構象幾種DNA螺旋結構的參數(shù)類

型

堿基傾角

堿基間距（nm）

每圈堿基數(shù)

螺

距(nm)螺旋直徑（nm）

B-DNA

A-DNAZ-DNA

0-1

19-20

9

0.34

0.23

0.38

10

11

123.32-3.4

2.46-2.53

4.56

2.0-2.37

2.55

1.8-1.84C-DNAD-DNAtsDNA

A-DNAB-DNA：在相對濕度為92%時的DNA鈉鹽。接近DNA在細胞中的構象。A-DNA：在相對濕度為75%以下時的DNA纖維。Z-DNA：左手螺旋（A.Rich的工作）.ts-DNA：三股螺旋(在分子內或分子間形成,分子內形成時需要低pH下胞嘧啶質子化,故稱H-DNA)第48頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第49頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（三）DNA的三級結構一、定義：DNA的三級結構指DNA分子（雙螺旋）通過扭曲和折疊所形成的特定構象。包括不同二級結構單元間、單鏈與二級結構單元間的相互作用以及DNA的拓撲特征。超螺旋是DNA三級結構的一種類型。超螺旋即DNA雙螺旋的螺旋。二、環(huán)狀DNA的拓撲學特征：

松弛形解鏈環(huán)形負超螺旋第50頁,共91頁，2024年2月25日，星期天1.鏈環(huán)數(shù)（linkingnumber）

鏈環(huán)數(shù)指在雙螺旋DNA中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)，以L表示。2.扭轉數(shù)（纏繞數(shù)：twistingnumber）

扭轉數(shù)是指DNA分子中Watson-Crick的螺旋數(shù)，以T表示。3.超螺旋數(shù)（writhingnumber）以W表示。所以：L=T+W

請看上頁的例子。

DNA分子具有相同的結構，但L值不同，所以稱它們?yōu)橥負洚悩嬻w。拓撲異構酶能夠催化它們之間的轉換。

DNA負超螺旋易于解鏈，在DNA復制、重組和轉錄等過程中都需要兩條鏈解開，所以負超螺旋利于這些功能的實施。第51頁,共91頁，2024年2月25日，星期天解鏈環(huán)形L=23T=23W=0松弛環(huán)形L=25T=25W=0負超螺旋L=23T25W=-2第52頁,共91頁，2024年2月25日，星期天4.比連環(huán)差比連環(huán)差以表示。用它表示DNA的超螺旋程度。

=（L-L0）/L0

L0表示松弛環(huán)形DNA的L值，如在上述超螺旋中，L=23，L0=25所以=-0.08

可以視為DNA的超螺旋密度。天然DNA的超螺旋密度一般在-0.03到-0.09。負號表示超螺旋周為左手螺旋。

第53頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（一）RNA一級結構的特點RNA一級結構研究最多的是tRNA、rRNA以及一些小分子的RNA。組成RNA的核苷酸也是以3′-5′磷酸二酯鍵連接。其中1.tRNA一級結構具有以下特點：分子量25000左右，大約由70－90個核苷酸組成，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的結構。5′端多為pG,也有pC。二、RNA的分子結構第54頁,共91頁，2024年2月25日，星期天tRNA概述約占總RNA的10-15%。它在蛋白質生物合成中起翻譯氨基酸信息，并將相應的氨基酸轉運到核糖核蛋白體的作用。已知每一個氨基酸至少有一個相應的tRNA。tRNA分子的大小很相似，鏈長一般在73-93個核苷酸之間。第55頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.mRNA約占總RNA的5%。不同細胞的mRNA的鏈長和分子量差異很大。它的功能是將DNA的遺傳信息傳遞到蛋白質，指導蛋白質的合成。第56頁,共91頁，2024年2月25日，星期天mRNA一級結構的特點真核：單順反子、5’-末端有“帽子”、3’-末端有polyA片段和非編碼區(qū)和非編碼區(qū)原核：多順反子5’-末端無“帽子”、3’-末端無polyA片段（病毒除外）有非編碼區(qū)有非編碼區(qū)順反子：mRNA上具有翻譯功能的核苷酸順序。polyA片段：指20-250個多聚腺苷酸?！懊弊印苯Y構：5’-末端的G被甲基化，通過焦磷酸與另一個發(fā)生了核糖上甲基化的核苷酸以5’、5’-磷酸二酯鍵相連。第57頁,共91頁，2024年2月25日，星期天極大多數(shù)真核細胞mRNA在3‘-末端有一段長約200核苷酸的polyA。polyA是在轉錄后經(jīng)polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的mRNA一般無polyA，但某些病毒mBNA也有3’-polyA,polyA可能有多方面功能,與mRNA從細胞核到細胞質的轉移有關；與mRNA的半壽期有關，新合成的RNA其polyA鏈較長，而衰老的mRNA，polyA鏈縮短。第58頁,共91頁，2024年2月25日，星期天mRNA5’-末端的“帽子”結構

m7G5’ppp5’Np(O型)m7G5’ppp5’NmpNp(I型)m7G5’ppp5’NmpNmpNp(II型)

可能功能：抗核酸酶的水解；與蛋白質合成起始有關；作為mRNA與核糖體40S亞基結合的信號。第59頁,共91頁，2024年2月25日，星期天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的功能與蛋白質生物合成相關，可分別與mRNA、tRNA作用，催化肽鍵的形成。第60頁,共91頁，2024年2月25日，星期天rRNA動物細胞核糖體rRNA有四類：5SrRNA，5.8SrRNA，18SrRNA，28SRNA。許多rRNA的一級結構及由一級結構推導出來的二級結構都已闡明，但是對許多rRNA的功能迄今仍不十分清楚。與tRNA不同，rRNA的甲基化多發(fā)生在核糖上。真核生物的rRNA中修飾核苷比原核生物多。第61頁,共91頁，2024年2月25日，星期天(二)RNA的高級結構特點RNA是單鏈分子，因此，在RNA分子中，并不遵守堿基種類的數(shù)量比例關系，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構（類似A-DNA雙螺旋結構），不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結構可以形象地稱為“發(fā)夾型”結構或莖環(huán)結構。第62頁,共91頁，2024年2月25日，星期天在RNA的雙螺旋結構中，堿基的配對情況不象DNA中嚴格。G除了可以和C配對外，也可以和U配對。G-U配對形成的氫鍵較弱。不同類型的RNA,其二級結構有明顯的差異。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.第63頁,共91頁，2024年2月25日，星期天tRNA的高級結構1、tRNA的二級結構tRNA的二級結構大都呈“三葉草”形狀，在結構上具有某些共同之處，一般可將其分為四臂四環(huán)：包括氨基酸接受臂、反密碼（環(huán)）臂、二氫尿嘧啶（環(huán)）臂、TC（環(huán)）臂和可變環(huán)。除了氨基酸接受區(qū)外，其余每個區(qū)均含有一個突環(huán)和一個臂。

第64頁,共91頁，2024年2月25日，星期天(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個核苷酸殘基都是CCA，A為腺苷酸。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質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，一般環(huán)中含有7個核苷酸殘基，臂中含有5對堿基。其中環(huán)中正中的3個核苷酸殘基稱為反密碼子。第65頁,共91頁，2024年2月25日，星期天（3)二氫尿嘧啶區(qū)

該區(qū)含有二氫尿嘧啶。環(huán)由8-12個核苷酸組成，臂由3-4對堿基組成。

(4)TC區(qū)

該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對，假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC)由7個核苷酸組成，通過由5對堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與tRNA的其余部分相連。除個別例外，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，一般有3-18個核苷酸組成。第66頁,共91頁，2024年2月25日，星期天假尿苷

胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（tRNA）第67頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2、tRNA的三級結構在三葉草型二級結構的基礎上，突環(huán)上未配對的堿基由于整個分子的扭曲而配成對，目前已知的tRNA的三級結構均為倒L形。第68頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第69頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第70頁,共91頁，2024年2月25日，星期天三、DNA與蛋白質復合物的結構

生物體內的核酸通常與蛋白質結合形成復合物，以核蛋白的形式存在。

DNA分子十分巨大，將它組裝在有限的空間內，需要高度組織，用壓縮比來表示。即：DNA分子長度與組裝后特定結構長度之比稱為壓縮比。1.病毒：病毒顆粒主要由蛋白質和核酸（脂質、糖類）組成。動物病毒主要為DNA病毒，植物病毒主要為RNA病毒。核酸是遺傳物質，而蛋白質與病毒宿主的專一性有關，同時可以保護核酸免受損傷。第71頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2.細菌的擬核細菌基因組為雙鏈環(huán)狀DNA，與堿性蛋白和少量RNA結合，形成突環(huán)結構。其DNA分子的長度大約是其菌體長度的1000倍。所以細菌DNA在細胞內緊密纏繞形成致密的小體，稱為擬核（nucleoid）.3.真核生物的染色體

DNA雙鏈以左手螺旋纏繞在組蛋白形成的八聚體核心上即核小體念珠狀結構核小體鏈進一步盤繞、折疊形成染色質絲組成突環(huán)玫瑰花結螺線圈由螺線圈組裝成染色單體。

第72頁,共91頁，2024年2月25日，星期天真核生物的染色質絲組蛋白八聚體：H2AH2BH3H4各2個分子從DNA到染色質絲，DNA壓縮了近100倍，若從DNA到最后凝縮成染色體，DNA壓縮了近萬倍。第73頁,共91頁，2024年2月25日，星期天第74頁,共91頁，2024年2月25日，星期天一、核酸的一般物理性質DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末狀固體，都微溶于水，其鈉鹽在水中的溶解度較大。但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有機溶劑。（用乙醇從溶液中沉淀核酸）DNA和RNA在細胞中常以核蛋白形式存在，兩種核蛋白在鹽溶液中的溶解度不同。

DNA核蛋白RNA核蛋白

0.14mol/LNaCl-+1-2mol/LNaCl+-DNA溶液的粘度很大，而RNA溶液的粘度小得多。核酸發(fā)生變性或降解后其粘度降低。核酸受到強大離心力的作用時，可從溶液中沉降下來，其沉降速度與核酸的大小和密度有關。

第四節(jié)核酸的重要理化性質第75頁,共91頁，2024年2月25日，星期天二、核酸的兩性性質及等電點與蛋白質相似，核酸分子中既含有酸性基團（磷酸基）也含有弱堿性基團堿基，因而核酸也具有兩性性質。由于核酸分子中的磷酸是一個中等強度的酸，而堿基呈現(xiàn)弱堿性，所以核酸的等電點比較低。（當核酸分子內的酸性解離和堿性解離相等，本身所帶的正電荷與負電荷相等時，此時核酸溶液的pH值即為核酸的等電點pI）如DNA的等電點為4～4.5，RNA的等電點為2～2.5。核酸在其等電點時溶解度最小。RNA的等電點比DNA低的原因，是RNA分子中核糖基2′-OH通過氫鍵促進了磷酸基上質子的解離。DNA沒有這種作用。第76頁,共91頁，2024年2月25日，星期天三、核酸的水解1.核酸的酸解和堿解

核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸或堿性條件下水解切斷（降解）。酸對核酸的作用因酸的濃度、溫度和作用時間不同而不同。嘌呤堿基比嘧啶堿基易被水解下來。DNA和RNA對堿的耐受程度有很大差別。例如，在0.3-1mol/LNaOH溶液中，在室溫至370C條件下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，若加溫至1000C，4個小時也可得到小分子的寡聚脫氧核苷酸。這種水解性能上的差別，與RNA核糖基上2′-OH的羥基參與作用有很大的關系。在RNA水解時，2′-OH首先進攻磷酸基，在斷開磷酯鍵的同時形成環(huán)狀磷酸二酯，再在堿的作用形成水解產(chǎn)物。第77頁,共91頁，2024年2月25日，星期天2、核酸的酶解生物體內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：核酸外切酶和核酸內切酶。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）開始，逐個水解切除核苷酸；核酸內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始，在某個位點切斷磷酸二酯鍵。（小球菌核酸酶即可外切又可內切）在分子生物學研究中最有應用價值的是限制性核酸內切酶。這種酶可以特異性的水解核酸中某些特定堿基順序部位。第78頁,共91頁，2024年2月25日，星期天四、核酸的紫外吸收在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，因而具有獨特的紫外線吸收光譜，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作為核酸及其組分定性和定量測定的依據(jù)。第79頁,共91頁，2024年2月25日，星期天五．核酸的變性、復性與雜交1.核酸的變性（denaturation）與變性因素核酸的變性是指核酸雙螺旋區(qū)的氫鍵斷裂，變成單鏈結構的過程。變性核酸將失去其部分或全部的生物活性。核酸的變性并不涉及磷酸二酯鍵的斷裂，所以它的一級結構(堿基順序)保持不變。能夠引起核酸變性的因素很多。溫度升高、酸堿度改變、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的變性。第80頁,共91頁，2024年2月25日，星期天RNA本身只有局部的雙螺旋區(qū)，所以變性行為所引起的性質變化沒有DNA那樣明顯。利用紫