生物大分子核酸

關于生物大分子核酸1.掌握DNA與RNA的結構特點；2.熟悉核酸種類、組成及其理化性質。學習目標第2頁,共51頁，2024年2月25日，星期天核酸是一類重要的生物大分子，擔負著生命信息的儲存與傳遞。核酸是現(xiàn)代生物化學、分子生物學的重要研究領域，是基因工程操作的核心分子。第一節(jié)核酸概述第3頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1868年，F(xiàn).Miescher從細胞核中分離得到一種酸性物質，即現(xiàn)在被稱為核酸的物質。1944年，Avery的轉換轉化實驗

一、核酸的研究發(fā)現(xiàn)史1953年，Watson、CrickDNA雙螺旋模型1982年，核酶第4頁,共51頁，2024年2月25日，星期天orand可分離第5頁,共51頁，2024年2月25日，星期天98％核中（染色體中）真核線粒體（mDNA）核外葉綠體（ctDNA）DNA擬核原核核外：質粒（plasmid）病毒：DNA病毒二、核酸的種類和分布

核酸分為兩大類：脫氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid（DNA）核糖核酸RibonucleicAcid（RNA）第6頁,共51頁，2024年2月25日，星期天RNA主要存在于細胞質中tRNArRNAmRNA

其它

RNA病毒：SARS第7頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的基本化學組成核酸核苷酸核苷磷酸堿基戊糖分子組成元素組成：CHONP第8頁,共51頁，2024年2月25日，星期天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。一、戊糖RiboseDeoxyribose第9頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、堿基1.嘌呤123456978腺嘌呤A鳥嘌呤G第10頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2.嘧啶123456尿嘧啶U胞嘧啶C胸腺嘧啶T第11頁,共51頁，2024年2月25日，星期天核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。第12頁,共51頁，2024年2月25日，星期天三、核苷核苷戊糖+堿基糖與堿基之間的C-N鍵，稱為C-N糖苷鍵1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)第13頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

核苷酸核苷+磷酸

戊糖+堿基+磷酸

HHHHHHHHH四、核苷酸

第15頁,共51頁，2024年2月25日，星期天五、核苷酸衍生物1.繼續(xù)磷酸化AMPADPATP第16頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2.環(huán)化磷酸化cAMPcGMP第17頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3.肌苷酸及鳥苷酸(強力味精)4.輔酶

NAD、NADP、FMNIMPGMP第18頁,共51頁，2024年2月25日，星期天六、多聚核苷酸（核酸）多聚核苷酸是通過一個核苷酸的C3’-OH與另一分子核苷酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。5’5’3’3’第19頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共51頁，2024年2月25日，星期天5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羥基端（常用3’-OH表示）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′。多聚核苷酸的表示方式DNARNA5′PdAPdCPdGPdTOH3′5′PAPCPGPUOH′

或5′ACGTGCGT3′5′ACGUAUGU3′

ACGTGCGTACGUAUGUT5’3’OHU5’3’OHOHOHOHOH第21頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)DNA的結構一、DNA的一級結構脫氧核糖核酸的排列順序可以用堿基排列順序表示連接鍵：3’，5’-磷酸二酯鍵磷酸與戊糖順序相連形成主鏈骨架堿基形成側鏈多核苷酸鏈均有5’-末端和3’-末端第22頁,共51頁，2024年2月25日，星期天基因（gene）：一段有功能的DNA片段，生物細胞中DNA分子的最小功能單位（交換單位）。

蛋白質（mRNA蛋白質）產(chǎn)物tRNARNArRNA

調節(jié)功能：調節(jié)基因無產(chǎn)物

作用未知結構基因第23頁,共51頁，2024年2月25日，星期天基因組（genome）：某生物體（完整單倍體）所含全部遺傳物質的總和。包括：核基因組（擬核/核DNA）及核外（質粒/質體DNA）

bp（堿基對）

103104105106107108109101010111012人兩棲類魚類藻類酵母細菌E.Coli病毒質粒各種細胞、病毒和細菌質粒中基因組的大小第24頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

DNA的雙螺旋模型1953年，J.Watson和F.Crick，根據(jù)DNA結晶的X-衍射圖譜和分子模型，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。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。二、DNA的二級結構第25頁,共51頁，2024年2月25日，星期天DNA雙螺旋模型要點B型結構兩條鏈反向平行，右手螺旋堿基在內(nèi)（A＝T，G≡C）堿基平面垂直于螺旋軸戊糖在外，雙螺旋每轉一周為10堿基對（bp）A型結構堿基平面傾斜20o，螺旋變粗變短，螺距2～3nm。Z型結構左手螺旋，只有小溝2.0nm小溝大溝第26頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共51頁，2024年2月25日，星期天雙螺旋DNA的結構參數(shù)類型旋轉方向螺旋直徑（nm）螺距（nm）每轉堿基對數(shù)目堿基對間垂直距離（nm）堿基對與水平面傾角A－DNAB－DNAZ－DNA右右左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.2720o0o7o雙螺旋穩(wěn)定的力氫鍵堿基堆積力（疏水相互作用及范德華力）離子鍵等則DNA變性劑（熱、pH、脲/酰胺、有機溶劑）第28頁,共51頁，2024年2月25日，星期天DNA的存在形式第29頁,共51頁，2024年2月25日，星期天三、DNA的三級結構DNA雙螺旋的進一步扭曲構成三級結構，負超螺旋原核雙鏈環(huán)狀DNA（dcDNA）病毒單鏈環(huán)狀DNA（scDNA）單鏈線性DNA（ssDNA）

第30頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共51頁，2024年2月25日，星期天真核雙鏈線性DNA（dsDNA）第32頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)RNA的結構一、結構特點堿基組成A、G、C、U（A＝U/G≡C）稀有堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解多為單鏈結構，少數(shù)局部形成螺旋分子較小分類mRNA（hnRNA核不均一RNA）tRNArRNA（snRNA/asRNA）少數(shù)RNA病毒第34頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、tRNA占RNA總量的15％一種氨基酸對應最少一種RNA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。第35頁,共51頁，2024年2月25日，星期天tRNA的三級結構第36頁,共51頁，2024年2月25日，星期天三、rRNA占RNA總量的80％原核生物真核生物核糖體rRNA核糖體rRNA30s70s50s16s5s、23s40s80s50s18s5s、5.8s、28s第37頁,共51頁，2024年2月25日，星期天四、mRNA和hnRNA占細胞總RNA的3％～5％真核細胞mRNA的3‘-末端有一段長達200個核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，稱為“尾結構”，5’-末端有一個甲基化的鳥苷酸，稱為”帽結構“。第38頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)核酸的性質一、一般的理化性質兩性解離/一般呈酸性（在中性溶液中帶負電荷），微溶于水，不溶于有機溶劑線性大分子（粘度高?？辜羟辛Σ睿┛捎秒娪净螂x子交換（色譜）進行分離室溫條件下，DNA在堿中變性，但不水解，RNA水解加熱條件下，D－核糖＋濃鹽酸＋苔黑酚綠色

D－2－脫氧核糖＋酸＋二苯胺藍紫色第39頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、核酸的紫外吸收特性在核酸分子中，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份定性和定量測定的依據(jù)。以A260/A280進行定性、定量DNA和RNA溶液中加入溴化乙錠（EB），在紫外下發(fā)出熒光第40頁,共51頁，2024年2月25日，星期天三、核酸的變性、復性與分子雜交1.變性概念穩(wěn)定核酸雙螺旋次級鍵斷裂，空間結構破壞，變成單鏈結構的過程。核酸的的一級結構(堿基順序)保持不變。變性表征生物活性部分喪失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效應）變性因素

pH（>11.3或<5.0）變性劑（脲、甲酰胺、甲醛）低離子強度加熱第41頁,共51頁，2024年2月25日，星期天DNA的變性過程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成。因此，通常將紫外吸收的增加量達最大量一半時的溫度稱熔解溫度，用Tm表示。一般DNA的Tm值在70-85

C之間。DNA的Tm值與分子中的G和C的含量有關。G和C的含量高，Tm值高。因而測定Tm值，可反映DNA分子中G,C含量，可通過經(jīng)驗公式計算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.442.熱變性和Tm第42頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3.核酸的復性變性核酸的互補鏈在適當?shù)臈l件下，重新締合成為雙螺旋結構的過程稱為復性。DNA復性后，一系列性質將得到恢復，但是生物活性一般只能得到部分的恢復，具有減色效應。將熱變性的DNA驟然冷卻至低溫時，DNA不可能復性。變性的DNA緩慢冷卻時可復性，因此又稱為“退火”。退火溫度＝Tm－25℃復性影響因素片段濃度/片段大小/片段復雜性（重復序列數(shù)目）/溶液離子強度第44頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共51頁，2024年2月25日，星期天4.分子雜交DNA單鏈與在某些區(qū)域有互補序列的異源DNA單鏈或RNA鏈形成雙螺旋結構的過程。這樣形成的新分子稱為雜交DNA分子。核酸的雜交在分子生物學和遺傳學的研究中具有重要意義。Southern雜交（Southernbolting）Northern雜交（Northernbolting）Western雜交（Westernbolting）第46頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共51頁，2024年2月25日，星期天一、選擇題

1．自然界游離核苷酸中，磷酸最常見是位于：

A．戊糖的C-5′上B．戊糖的C-2′上C．戊糖的C-3′上

D．戊糖的C-2′和C-5′上E．戊糖的C-2′和C-3′上2．可用于測量生物樣品中核酸含量的元素是：

A．碳B．氫C．氧D．磷E．氮3．下列哪種堿基只存在于RNA而不存在于DNA：

A．尿嘧啶B．腺嘌呤C．胞嘧啶D．鳥嘌呤E．胸腺嘧啶4．核酸中核苷酸之間的連接方式是：

A．2′，3′磷酸二酯鍵B．糖苷鍵C．2′，5′磷酸二酯鍵D．肽鍵E．3′，5′磷酸二酯鍵5．核酸對紫外線的最大吸收峰在哪一波長附近？

A．280nmB．260nmC．200nmD．340nmE．220nm練習題第48頁,共51頁，2024年2月25日，星期天6．有關RNA的描寫哪項是錯誤的：

A．mRNA分子中含有遺傳密碼B．tRNA是分子量最小的一種RNAC．胞漿中只有mRNAD．RNA可分為mRNA、tRNA、rRNAE．組成核糖體的主要是rRNA7．大部分真核細胞mRNA的3′-末端都具有：

A．多聚AB．多聚UC．多聚TD．多聚CE．多聚G8．DNA變性是指：

A．分子中磷酸二酯鍵斷裂B．多核苷酸鏈解聚

C．DNA分子由超螺旋→雙鏈雙螺旋D．互補堿基之間氫鍵斷裂

E．DNA分子中堿基丟失9．DNATm值較高是由于下列哪組核苷酸含量較高所致？

A．G+AB．C+GC．A+TD．C+TE．A+C10．