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Chapter12 核酸通论一、核酸的发现和研究简史（一）核酸的发现 1868年瑞士科学家F.Miescher从外科绷带上脓细胞的细胞核中分离得到。但其生物学作用是在70年后才得到证明。（二）著名的肺炎球菌转化试验 1944年由 Avery等完成的，它证明了生物遗传特性发生改变的转化因子是DNA，而不是蛋白质。（三）噬菌体转化试验第1页/共70页 1944年由 Avery等完成的，它证明了生物遗传特性发生改变的转化因子是DNA，而不是蛋白质。第2页/共70页第3页/共70页第4页/共70页第5页/共70页第6页/共70页第7页/共70页第8页/共70页Chapter12 核酸通论一、核酸的发现和研究简史（四）核酸的早期研究和DNA双螺旋结构模型的建立 1.1868 1.1868年，从浓细胞核中分离得到了含磷量高且具很强酸性的物质，称之核素。2.1925 2.1925年，搞清单核苷酸结构，并证明是核酸的结构单位。P9.4或9.9%3.1944 3.1944年，证明DNADNA是重要的遗传物质。4.1953 4.1953年，提出DNADNA双螺旋结构模型。5.1970 5.1970年，发现限制性内切酶。6.1972 6.1972年，体外重组成功，开始DNADNA重组技术。第9页/共70页Chapter12 核酸通论二、核酸的种类和分布（一）（一）核酸的分类n核酸分为两大类核酸分为两大类.脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）Deoxyribonucleic AcidDeoxyribonucleic Acid核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）Ribonucleic AcidRibonucleic Acid。第10页/共70页Chapter12 核酸通论二、核酸的种类和分布（一）（一）核酸的分类nDNADNA分子含有生物物种分子含有生物物种的所有遗传信息，分的所有遗传信息，分子量一般都很大。子量一般都很大。nDNADNA为双链分子，其中为双链分子，其中大多数是链状结构大大多数是链状结构大分子，也有少部分呈分子，也有少部分呈环状结构。环状结构。nRNARNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传遗传信息的翻译和表达，分信息的翻译和表达，分子量要比子量要比DNADNA小得多。小得多。nRNARNA为单链分子。根据为单链分子。根据RNARNA的功能，可以分为的功能，可以分为mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA三种。三种。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DNADNA）核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）第11页/共70页mRNA(mRNA(信使信使RNA)RNA)Messenger RNAn约占总约占总RNARNA的的5%5%。n不不同同细细胞胞的的mRNAmRNA的的链链长长和和分分子子量量差差异异很很大。大。n它它的的功功能能是是将将DNADNA的的遗遗传传信信息息传传递递到到蛋蛋白白质合成基地质合成基地 核糖核蛋白体。核糖核蛋白体。第12页/共70页tRNA(tRNA(转移转移RNA)RNA)lTransfer RNATransfer RNAn约占总约占总RNARNA的的10-15%10-15%。n它它在在蛋蛋白白质质生生物物合合成成中中起起翻翻译译氨氨基基酸酸信信息息，并并将将相相应应的的氨氨基基酸酸转转运运到到核核糖糖核核蛋蛋白体的作用。白体的作用。n已已知知每每一一个个氨氨基基酸酸至至少少有有一一个个相相应应的的tRNAtRNA。nRNARNA分分子子的的大大小小很很相相似似，链链长长一一般般在在73-73-7878个核苷酸之间。个核苷酸之间。第13页/共70页rRNA(rRNA(核糖体核糖体RNA)RNA)Ribosome RNARibosome RNAn约占全部约占全部RNARNA的的80%80%，n是核糖核蛋白体的主要组成部分。是核糖核蛋白体的主要组成部分。nrRNA rRNA 的功能与蛋白质生物合成相关。的功能与蛋白质生物合成相关。第14页/共70页Chapter12 核酸通论三、核酸的生物学功能（一）DNA的生物学功能DNA是遗传物质，是遗传信息的载体。1、DNA 分布在染色体内，是染色体的主要成分，而染色体是直接与遗传有关的。2、体细胞DNA含量为生殖细胞DNA含量的两倍，且含量十分稳定。3、DNA在代谢上较稳定不受营养条件、年龄等因素的影响。4、作用于DNA的理化因素可引起遗传特性的改变。由Avery在1953年用细菌转化试验证明。第15页/共70页Chapter12 核酸通论三、核酸的生物学功能（二）RNA的生物学功能RNA参与蛋白质的生物合成。1、控制蛋白质的合成；2、作用于RNA转录后加工与修饰；3、基因表达与细胞功能的调节；4、生物催化与其他细胞持家功能；5、遗传信息的加工与进化。第16页/共70页第17页/共70页Chapter13 核酸的结构核酸的结构第18页/共70页Chapter13 核酸的结构一、核酸的组成核 酸核苷酸磷 酸核 苷戊 糖碱 基（一）核酸的元素组成 平均含磷量：DNA9.9%;RNA9.4%第19页/共70页（二）核酸的基本结构单位核苷酸Chapter13 核酸的结构一、核酸的组成n核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸核苷酸。n核苷酸本身由核苷和磷酸组成核苷酸本身由核苷和磷酸组成,n而核苷则由戊糖和碱基形成而核苷则由戊糖和碱基形成nDNADNA与与RNARNA结构相似，但在组成成份上略有不同。结构相似，但在组成成份上略有不同。第20页/共70页（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基腺嘌呤腺嘌呤Adenine一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸第21页/共70页鸟嘌呤鸟嘌呤guanine一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基第22页/共70页n胞嘧啶胞嘧啶cytosine一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基第23页/共70页一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基n尿嘧啶尿嘧啶uracil第24页/共70页n胸腺嘧啶胸腺嘧啶thymine一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基第25页/共70页n碱碱基基都都具具有有芳芳香香环环的的结结构构特特征征。嘌嘌呤呤环环和和嘧嘧啶环均呈平面或接近于平面的结构。啶环均呈平面或接近于平面的结构。n碱碱基基的的芳芳香香环环与与环环外外基基团团可可以以发发生生酮酮式式烯烯醇式或胺式醇式或胺式亚胺式互变异构。亚胺式互变异构。n嘌嘌呤呤碱碱和和嘧嘧啶啶碱碱分分子子中中都都含含有有共共轭轭双双键键体体系系，在紫外区有吸收（在紫外区有吸收（260 nm260 nm左右）左右）一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸 组成核酸的碱基的结构特征组成核酸的碱基的结构特征第26页/共70页一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（2 2）戊糖戊糖(pentose)(pentose)n组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNADNA所含的糖为所含的糖为-D-D-2-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNARNA所含的糖则为所含的糖则为-D-D-核糖。核糖。第27页/共70页一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（3 3）核苷核苷 nucleosidenucleosiden糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键，称为键，称为C-NC-N糖苷键糖苷键。第28页/共70页一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（4 4）核苷酸核苷酸 nucleotidenucleotiden核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNADNA或或RNARNA结构单元的核苷酸分别是结构单元的核苷酸分别是5-5-磷磷酸酸-脱氧核糖核苷和脱氧核糖核苷和5-5-磷酸磷酸-核糖核苷。核糖核苷。第29页/共70页一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（5 5）修饰成分修饰成分n核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。物。第30页/共70页一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（6 6）核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物1 1、ATP(ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸)ATP ATP 分子的最显著特点分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。是含有两个高能磷酸键。ATPATP水解时水解时,可以释放可以释放出大量自由能。出大量自由能。ATP ATP 是生物体内最重要是生物体内最重要的能量转换中间体。的能量转换中间体。ATP ATP 水解释放出来的能水解释放出来的能量用于推动生物体内各量用于推动生物体内各种需能的生化反应。种需能的生化反应。第31页/共70页一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（6 6）核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物2 2 2 2、GTP(GTP(GTP(GTP(鸟嘌呤核糖核苷三磷酸鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)nGTPGTP是是生生物物体体内内游游离离存存在在的的另另一一种种重重要要的的核核苷苷酸酸衍衍生生物物。它它具具有有ATP ATP 类类似似的的结结构构,也也是是一一种种高能化合物。高能化合物。nGTPGTP主主要要是是作作为为蛋蛋白白质质合合成成中中磷磷酰酰基基供供体体。在在许多情况下许多情况下,ATP,ATP 和和 GTP GTP 可以相互转换。可以相互转换。第32页/共70页一、核酸的组成（二）核酸的基本结构单位核苷酸（6 6）核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物3 3、cAMP cAMP 和 cGMPcGMPncAMP(3cAMP(3,5,5-环腺嘌呤核苷一磷酸)和 cGMPcGMP(3 3,5,5-环鸟嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作为细胞之间传递信息的信使。ncAMP cAMP 和 cGMP cGMP 的环状磷酯键是一个高能键。在 pH pH 7.4 7.4 条件下,cAMP cAMP 和 cGMP cGMP 的水解能约为43.9 43.9 kj kj/mol/mol，比 ATP ATP 水解能高得多。第33页/共70页一、核酸的组成（三）多聚核苷酸n多多聚聚核核苷苷酸酸是是通通过过核核苷苷酸酸的的5 5-磷磷酸酸基基与与另另一一分分子子核核苷苷酸酸的的C C3 3-OH-OH形形成成磷磷酸酸二二酯酯键相连而成的链状聚合物。键相连而成的链状聚合物。n由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNADNA链；链；n由核糖核苷酸聚合而成的则称为由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNARNA链。链。第34页/共70页多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点一、核酸的组成（三）多聚核苷酸n在在多多聚聚核核苷苷酸酸中中，两两个个核核苷苷酸酸之之间间形形成成的的磷磷酸酸二二酯酯键键通常称为通常称为3535磷酸二酯键。磷酸二酯键。n多多聚聚核核苷苷酸酸链链一一端端的的C C5 5带带有有一一个个自自由由磷磷酸酸基基，称称为为5-5-磷磷酸酸端端（常常用用5 5-P-P表表示示）；另另一一端端C C3 3带带有有自自由由的羟基，称为的羟基，称为3-3-羟基端（常用羟基端（常用3 3-OH-OH表示）。表示）。n多多聚聚核核苷苷酸酸链链具具有有方方向向性性，当当表表示示一一个个多多聚聚核核苷苷酸酸链链时，必须注明它的方向是时，必须注明它的方向是5353或是或是3535。第35页/共70页n在多聚核苷酸（在多聚核苷酸（DNADNA或或RNARNA）链中，）链中，由于构成核苷酸单元的戊糖和磷由于构成核苷酸单元的戊糖和磷酸基是相同的，体现核苷酸差别酸基是相同的，体现核苷酸差别的实际上只是它所带的碱基，所的实际上只是它所带的碱基，所以多聚核苷酸链结构也可表示为：以多聚核苷酸链结构也可表示为：一、核酸的组成（三）多聚核苷酸多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点A DNA的一级结构B 线条式表示法C 文字表示法方向性方向性n在在讨讨论论有有关关核核酸酸问问题题时时，一一般般只只关关心心其其中中碱碱基基的的种种类类和和顺顺序序，所所以以上上式式可可以进一步简化为：以进一步简化为：5PAPCPGPCPTPGPTPA 3n n 或5 ACGCTGTA 3第36页/共70页二、核酸的结构n（一）核酸的一级结构（一）核酸的一级结构n多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。n核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。nDNADNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNADNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。n而而mRNA(mRNA(信息信息RNA)RNA)的碱基顺序，则直接为蛋白质的氨基酸编码，并决定蛋白质的的碱基顺序，则直接为蛋白质的氨基酸编码，并决定蛋白质的氨基酸顺序。氨基酸顺序。Chapter13 核酸的结构第37页/共70页（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构Chapter13 核酸的结构二、核酸的结构n19531953年年，J.J.WatsonWatson和和F.F.Crick Crick 在在前前人人研研究究工工作作的的基基础础上上，根根据据DNADNA结结晶晶的的X-X-衍衍射射图图谱谱和和分分子子模模型型，提提出出了了著著名名的的DNADNA双双螺螺旋旋结结构构模模型型，并并对对模模型型的的生生物物学学意意义义作作出出了了科科学学的的解解释和预测。释和预测。第38页/共70页二、核酸的结构（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构1 1 1 1DNADNADNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点n（1 1）DNADNA分分子子由由两两条条多多聚聚脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸链链(简简称称DNADNA单单链链)组组成成。两两条条链链沿沿着着同同一一根根轴轴平平行行盘盘绕绕，形形成成右右手手双双螺螺旋旋结结构构。螺螺旋旋中中的的两两条条链链方方向向相相反反，即即其其中中一一条条链链的的方方向向为为5353，而另一条链的方向为，而另一条链的方向为3535。第39页/共70页二、核酸的结构（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构1 1 1 1DNADNADNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点n（2 2）嘌嘌呤呤碱碱和和嘧嘧啶啶碱碱基基位位于于螺螺旋旋的的内内侧侧，磷磷酸酸和和脱脱氧氧核核糖糖基基位位于于螺螺旋旋外外侧侧。碱碱基基环环平平面面与与螺螺旋旋轴轴垂垂直直，糖糖基基环环平平面面与与碱碱基基环环平平面成面成9090角。角。第40页/共70页二、核酸的结构（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构1 1 1 1DNADNADNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点n（3 3）螺旋横截面的直）螺旋横截面的直径约为径约为2 nm2 nm，每条链相，每条链相邻两个碱基平面之间的邻两个碱基平面之间的距离为距离为3.4 nm3.4 nm，每，每1010个个核苷酸形成一个螺旋，核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为圈）高度为34 nm34 nm。第41页/共70页二、核酸的结构（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构1 1 1 1DNADNADNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点n（4 4）两条）两条DNADNA链相互结合以及形成双螺旋的链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律，即腺嘌呤（互结合具有严格的配对规律，即腺嘌呤（A A）与胸腺嘧啶（与胸腺嘧啶（T T）结合，鸟嘌呤（）结合，鸟嘌呤（G G）与胞嘧）与胞嘧啶（啶（C C）结合，这种配对关系，称为碱基互补。）结合，这种配对关系，称为碱基互补。A A和和T T之间形成两个氢键，之间形成两个氢键，G G与与C C之间形成三个之间形成三个氢键。氢键。n在在DNADNA分分子子中中，嘌嘌呤呤碱碱基基的的总总数数与与嘧嘧啶啶碱碱基基的的总数相等。总数相等。第42页/共70页二、核酸的结构（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构2 2 2 2DNADNADNADNA双螺旋结构的稳定性双螺旋结构的稳定性双螺旋结构的稳定性双螺旋结构的稳定性nDNADNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。n维持这种稳定性的因素包括：两条维持这种稳定性的因素包括：两条DNADNA链之间形成的氢键；链之间形成的氢键；n由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子（如键的影响；介质中的阳离子（如NaNa+、K K+和和MgMg2+2+）中和了磷酸基团的负电）中和了磷酸基团的负电荷，降低了荷，降低了DNADNA链之间的排斥力、范德华引力等。链之间的排斥力、范德华引力等。n改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。第43页/共70页DNA的存在形式第44页/共70页Chapter13 核酸的结构二、核酸的结构（三）（三）RNARNA的二级结构的二级结构nRNARNA是是单单链链分分子子，因因此此，在在RNARNA分分子子中中，并并不不遵遵守守碱碱基基种种类类的的数数量量比比例例关关系系，即即分分子子中中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。nRNARNA分分子子中中，部部分分区区域域也也能能形形成成双双螺螺旋旋结结构构，不不能能形形成成双双螺螺旋旋的的部部分分，则则形形成成突突环环。这这种结构可以形象地称为种结构可以形象地称为“发夹型发夹型”结构。结构。l在在RNARNA的的双双螺螺旋旋结结构构中中，碱碱基基的的配配对对情情况况不不象象DNADNA中中严严格格。G G 除除了了可可以以和和C C 配配对对外外，也也可以和可以和U U 配对。配对。G-U G-U 配对形成的氢键较弱。不同类型的配对形成的氢键较弱。不同类型的RNA,RNA,其二级结构有明显的差异。其二级结构有明显的差异。ltRNAtRNA中除了常见的碱基外，还存在一些稀有碱基，这类碱基大部分位于突环部分中除了常见的碱基外，还存在一些稀有碱基，这类碱基大部分位于突环部分.第45页/共70页二、核酸的结构（三）（三）RNARNA的二级结构的二级结构n1 1、tRNAtRNA的二级结构 tRNAtRNA的二级结构都呈的二级结构都呈”三叶草三叶草”形状，在结构上具有某些共同之处，形状，在结构上具有某些共同之处，一般可将其分为五臂四环：包括氨基一般可将其分为五臂四环：包括氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、T T C C区和可变区。除了氨基酸接受区区和可变区。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。个臂。第46页/共70页(1)(1)氨基酸接受区氨基酸接受区包含有包含有tRNAtRNA的的3 3-末端和末端和5 5-末端，末端，3 3-末端的最后末端的最后3 3个核苷酸残基都是个核苷酸残基都是CCACCA，A A为核为核苷。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合苷。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。成中起携带氨基酸的作用。(2)(2)反密码区反密码区与氨基酸接受区相对的一般含有与氨基酸接受区相对的一般含有7 7个核苷酸个核苷酸残基的区域，其中正中的残基的区域，其中正中的3 3个核苷酸残基称个核苷酸残基称为反密码为反密码n1 1、tRNAtRNA的二级结构第47页/共70页3)3)二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区该区含有二氢尿嘧啶。该区含有二氢尿嘧啶。(4)(4)T T C C区区 该区与二氢尿嘧啶区相对，该区与二氢尿嘧啶区相对，假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环胸腺嘧啶核糖核苷环(T T C)C)由由7 7个核苷酸组成，通过由个核苷酸组成，通过由5 5对对碱基组成的双螺旋区碱基组成的双螺旋区(T T C C臂臂)与与tRNAtRNA的其余部分相连。除个别例外，几乎的其余部分相连。除个别例外，几乎所有所有tBNAtBNA在此环中都含有在此环中都含有T T C C。(5)(5)可变区可变区位于反密码区与位于反密码区与T T C C区之间，不同的区之间，不同的tRNAtRNA该区变化较大。该区变化较大。n1 1、tRNAtRNA的二级结构第48页/共70页2 2、tRNAtRNA的三级结构n在三叶草型二级结构的基础上，突环上在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的成对，目前已知的tRNAtRNA的三级结构均为的三级结构均为倒倒L L型型The end第49页/共70页第50页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质核酸的物理化学性质Chapter14 核酸的研究方法核酸的研究方法第51页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质一、核酸的水解（一）核酸的酸水解或碱水解l核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。lDNADNA和和RNARNA对酸或碱的耐受程度有很大差别。对酸或碱的耐受程度有很大差别。例如，在例如，在0.1 mol/L NaOH0.1 mol/L NaOH溶液中，溶液中，RNARNA几乎可以完全水解，生成几乎可以完全水解，生成22或或33磷酸核磷酸核苷；苷；DNADNA在同样条件下则不受影响。这种水解性能上的差别，与在同样条件下则不受影响。这种水解性能上的差别，与RNARNA核糖基上核糖基上2-OH2-OH的邻基参与作用有很大的关系。在的邻基参与作用有很大的关系。在RNARNA水解时，水解时，2-OH2-OH首先进攻磷酸基，在断开磷酯首先进攻磷酸基，在断开磷酯键的同时形成环状磷酸二酯，再在碱的作用形成水解产物。键的同时形成环状磷酸二酯，再在碱的作用形成水解产物。DNADNA一般对碱稳定，RNARNA对碱不稳定。第52页/共70页（二）核酸的酶水解一、核酸的水解l生物体内存在多种核酸水解酶。这些酶可以催化水解多聚核苷酸链中的磷酸二生物体内存在多种核酸水解酶。这些酶可以催化水解多聚核苷酸链中的磷酸二酯键。酯键。l以以DNADNA为底物的为底物的DNADNA水解酶（水解酶（DNasesDNases）和以）和以RNARNA为底物的为底物的RNARNA水解酶（水解酶（RNasesRNases）。）。l根据作用方式又分作两类：根据作用方式又分作两类：核酸外切酶核酸外切酶和和核酸内切酶核酸内切酶。l核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（33端或端或55端）开始，逐个端）开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切酶相反，它从多聚核苷酸链水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。l在在分分子子生生物物学学研研究究中中最最有有应应用用价价值值的的是是限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶。这这种种酶酶可可以以特特异异性性的水解核酸中某些特定碱基顺序部位。的水解核酸中某些特定碱基顺序部位。Chapter13 核酸的物理化学性质第53页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质一、核酸的水解（二）核酸的酶水解脱氧核糖核酸酶类1、牛胰脱氧核糖核酸酶(DNaseI)(DNaseI)：从55磷酸末端切下寡聚核苷酸。2 2、牛脾脱氧核糖核酸酶(DNaseII)(DNaseII)：从55磷酸末端切下寡聚核苷酸。3 3、限制性内切酶：存在于细菌体内，用于专一性地降解外源的DNADNA，限制性内切酶已成为基因工程最重要的工具酶。如 EcoRI EcoRI （请看教材503503504504页）第54页/共70页二、核酸的分子量、溶解性、粘度和酸碱性质Chapter13 核酸的物理化学性质 1、分子量在数百至数百万之间；微溶于水，不溶于有机溶剂；变性时粘度降低；2、核酸的碱基、核苷和核苷酸均能发生解离。在一定的条件下可形成兼性离子，为两性电解质，具有等电点。第55页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质三、核酸的紫外吸收n在核酸分子中，由于在核酸分子中，由于嘌呤碱嘌呤碱和和嘧啶碱嘧啶碱具有具有共轭双键体系，因而共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸具有独特的紫外线吸收光谱，最大吸收峰收光谱，最大吸收峰波长（波长（maxmax）在）在260nm260nm处处，可以作为，可以作为核酸及其组份定性和核酸及其组份定性和定量测定的依据。定量测定的依据。第56页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质三、核酸的紫外吸收摩尔磷消光系数 508508页 增色效应：核酸发生变性时，摩尔磷消光系数 增加的现象。减色效应：复性后，摩尔磷消光系数 又降低的效应。第57页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质四、核酸的变性、复性及分子杂交n(一一)核酸的变性核酸的变性(denaturation)(denaturation)n核酸的变性核酸的变性:维系核酸三维结构的碱基堆积力和氢键如果受到某些理化因素的破坏，其三维结构就要改变，从而引起理化性质及生物学功能的改变，这种现象称为核酸的变性。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构(碱基顺序碱基顺序)保持不变。保持不变。n能能够够引引起起核核酸酸变变性性的的因因素素很很多多。温温度度升升高高、酸酸碱碱度度改改变变、甲甲醛醛和和尿素等的存在均可引起核酸的变性。尿素等的存在均可引起核酸的变性。变性与降解的区别：是否涉及共价键的断裂和分子量的改变。第58页/共70页第59页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质四、核酸的变性、复性及分子杂交核酸的变性的特征核酸的变性的特征nDNADNA的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，通常将的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，通常将引起引起DNADNA变性的温度称为融点，用变性的温度称为融点，用TmTm表示。表示。n一般一般DNADNA的的TmTm值在值在70-8570-85 C C之间。之间。DNADNA的的TmTm值与分子中的值与分子中的G G和和C C的含量有关。的含量有关。nG G和和C C的含量高，的含量高，TmTm值高。因而测定值高。因而测定TmTm值，可反映值，可反映DNADNA分子中分子中G,CG,C含量，可含量，可通过经验公式计算：通过经验公式计算：n （G+C)%=(Tm-69.3)X2.44G+C)%=(Tm-69.3)X2.44 影响DNA Tm大小的因素：DNA的均一性；GC的含量；介质中的离子强度。第60页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质四、核酸的变性、复性及分子杂交n当当DNADNA的稀盐溶液加热到的稀盐溶液加热到80-10080-100时，双螺旋结构即发生解体，两条链彼此分开，形时，双螺旋结构即发生解体，两条链彼此分开，形成无规线团。成无规线团。nDNADNA变性后，它的一系列性质也随之发生变化，如紫外吸收变性后，它的一系列性质也随之发生变化，如紫外吸收(260 nm)(260 nm)值升高值升高,粘度降粘度降低等。低等。第61页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质四、核酸的变性、复性及分子杂交(二二)核酸的复性核酸的复性(renaturation)(renaturation)n核酸的复性核酸的复性:变性变性DNADNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。DNADNA复性后，一系列性质复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复。将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复。lDNADNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。复性的程度、速率与复性过程的条件有关。l将将热热变变性性的的DNADNA骤骤然然冷冷却却至至低低温温时时，DNADNA不不可可能能复复性性。但但是是将将变变性性的的DNADNA缓缓慢慢冷冷却却时时，可可以以复复性性。分分子子量量越越大大复复性性越越难难。浓浓度度越越大大，复复性性越越容容易易。此外，此外，DNADNA的复性也与它本身的组成和结构有关。的复性也与它本身的组成和结构有关。第62页/共70页(二二)核酸的复性核酸的复性(renaturation)(renaturation)第63页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质四、核酸的变性、复性及分子杂交(三三)核酸的杂交核酸的杂交(hybridization)(hybridization)n热变性的热变性的DNADNA单链，在复性时并不一定与同源单链，在复性时并不一定与同源DNADNA互补链形成双螺旋结构，互补链形成双螺旋结构，它也可以与在某些区域有互补序列的异源它也可以与在某些区域有互补序列的异源DNADNA单链形成双螺旋结构，叫单链形成双螺旋结构，叫核核酸杂交酸杂交。l这样形成的新分子称为杂交这样形成的新分子称为杂交DNADNA分子。分子。DNADNA单链与互补的单链与互补的RNARNA链之间也可以链之间也可以发生杂交。发生杂交。l核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。Southern blotting（Southern印迹法）：DNA-DNA杂交Northern blotting（Northern印迹法）：DNA-RNA杂交Western blotting（Western印迹法）：抗原-抗体结合 510页第64页/共70页(三三)核酸的杂交核酸的杂交第65页/共70页五、核酸的沉降特性Chapter13 核酸的物理化学性质 超速离心法纯化核酸。分离超速离心法纯化核酸。分离DNADNA常用氯化铯密度梯度；分离常用氯化铯密度梯度；分离RNARNA常用常用蔗糖密度梯度；应用啡啶嗅红蔗糖密度梯度；应用啡啶嗅红-氯化铯密度梯度平衡超离心可将不同构氯化铯密度梯度平衡超离心可将不同构象的象的DNADNA、RNARNA及蛋白质分开，是实验室最常用的纯化质粒及蛋白质分开，是实验室最常用的纯化质粒DNADNA的方法的方法请看请看515515页页第66页/共70页Chapter13 核酸的物理化学性质六、核酸的凝胶电泳1、琼脂糖凝胶电泳：分析分子量大于1000bp的DNA片段请看516页 2、聚丙烯酰胺凝胶电泳：分析分子量小于1000bp的DNA片段第67页/共70页七、DNA的固相合成 520页八、DNA的限制酶图谱限制性内切酶 来源于细菌，高度专一地识别外源DNA上的特定位点，并将其切断，形成形成粘性末端或平齐末端。不降解自身细胞的DNA。因为在自身相应位点上经甲基化修饰而受到保护。DNA的限制性内切酶图谱 何叫回文结构？ATCGATCGATCGATTAGCTAGCTAGCTA即对某DNADNA上所有的限制性酶切位点的确定。本节完第68页/共70页第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页