生物化学-第五章-核酸.ppt

四川省精品课程 生物化学第五章第五章 核酸的化学核酸的化学第一节第一节 概述概述第二节第二节 核酸的组成核酸的组成第三节第三节 DNADNA的结构的结构第四节第四节 RNARNA的结构的结构第五节第五节 核酸及核苷酸的性质核酸及核苷酸的性质第六节第六节 核酸的分离提取与纯化核酸的分离提取与纯化四川省精品课程 生物化学第一节第一节 概概 述述一、核酸的发现和研究简史一、核酸的发现和研究简史二、二、核酸的分类和分布核酸的分类和分布四川省精品课程 生物化学一、核酸的发现和研究简史一、核酸的发现和研究简史18691869年年 MiescherMiescher从脓细胞的细胞核中分离出一种含磷酸的有从脓细胞的细胞核中分离出一种含磷酸的有机物，称为核素（机物，称为核素（nucleinnuclein）,后称为核酸（后称为核酸（nucleic acidnucleic acid）；）；19441944年年 AveryAvery等成功进行肺炎球菌转化试验；等成功进行肺炎球菌转化试验；19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick建立了建立了DNADNA结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型，说明了，说明了基因的结构、信息和功能三者间的关系，推动了分子生物学的基因的结构、信息和功能三者间的关系，推动了分子生物学的迅猛发展。迅猛发展。19581958年年 CrickCrick提出遗传信息传递的中心法则，提出遗传信息传递的中心法则，19521952年年 HersheyHershey等的实验表明等的实验表明3232P-DNAP-DNA可进入噬菌体内，证明可进入噬菌体内，证明DNADNA是遗传物质。是遗传物质。四川省精品课程 生物化学一、核酸的发现和研究简史一、核酸的发现和研究简史6060年代年代 RNARNA研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转录酶）；录酶）；7070年代年代 建立建立DNADNA重组技术，分子生物技术的兴起；重组技术，分子生物技术的兴起；8080年代年代 RNARNA研究出现第二次高潮：研究出现第二次高潮：ribozymeribozyme、反义反义RNARNA、“RNARNA世界世界”假说等等；假说等等；9090年代年代 实施人类基因组计划（实施人类基因组计划（HGPHGP）,开辟了生命科学新纪元。开辟了生命科学新纪元。生命科学进入后基因组时代：生命科学进入后基因组时代：功能基因组学功能基因组学 蛋白质组学蛋白质组学 结构基因组学结构基因组学 RNARNA组学或核糖核酸组学组学或核糖核酸组学四川省精品课程 生物化学脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）:遗传信息的贮存和携带者，遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。生物的主要遗传物质。u 在真核细胞中，在真核细胞中，DNADNA主要集中在细胞核内，线粒体主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的和叶绿体中均有各自的DNADNA。u 原核细胞没有明显的细胞核结构，原核细胞没有明显的细胞核结构，DNADNA存在于称为存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状染色体含一个双链环状DNADNA。二、核酸的分类和分布二、核酸的分类和分布四川省精品课程 生物化学二、核酸的分类和分布二、核酸的分类和分布核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）：）：主要参与遗传信息的传递和表达主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的过程，细胞内的RNARNA主要存在于细胞质中，少量存在于主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中细胞核中，病毒中RNARNA本身就是遗传信息的储存者。本身就是遗传信息的储存者。u 另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为性致病因子称为类病毒类病毒，它是不含蛋白质的游离的，它是不含蛋白质的游离的RNARNA分子，还发现有些分子，还发现有些RNARNA具生物催化作用（具生物催化作用（ribozymeribozyme）。四川省精品课程 生物化学马铃薯块茎病马铃薯块茎病四川省精品课程 生物化学第二节第二节 核酸的组成核酸的组成一、核酸的元素组成一、核酸的元素组成v组成核酸的基本元素：组成核酸的基本元素：C C、H H、O O、N N、P P；v其中其中P P 的含量比较稳定，占的含量比较稳定，占9%-10%9%-10%，通过测定，通过测定P P 的含量来推算核酸的含量（定磷法）。的含量来推算核酸的含量（定磷法）。vDNADNA平均含磷量为平均含磷量为9.9%9.9%，RNARNA为为9.4%9.4%。v任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。四川省精品课程 生物化学二、核酸的基本组成单位二、核酸的基本组成单位-核苷酸核苷酸核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷碱基碱基戊糖戊糖 核糖核糖嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶1.1.核酸完全水解产物核酸完全水解产物脱氧核糖脱氧核糖四川省精品课程 生物化学PyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAGNitrogenous basePhosphatePentose sugarHOCH2HOOHRibose(in RNA)HOCH2HOHDoxyribose(in DNA)四川省精品课程 生物化学（1 1）嘌呤碱（）嘌呤碱（purinepurine,PuPu）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）四川省精品课程 生物化学（2 2）嘧啶碱（）嘧啶碱（purinepurine,PuPu）胞嘧啶（胞嘧啶（C C）胸腺嘧啶胸腺嘧啶（T T）尿嘧啶（尿嘧啶（U U）四川省精品课程 生物化学（3 3）核糖）核糖四川省精品课程 生物化学2.2.糖苷糖苷糖苷键糖苷键四川省精品课程 生物化学3.3.核苷酸核苷酸腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（AMPAMP）脱氧腺嘌呤核苷酸（脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMPdAMP）OHHPPPPPPPP腺嘌呤核苷酸（AMP）鸟嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）四川省精品课程 生物化学两类核酸分子组成的比较两类核酸分子组成的比较嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖磷酸磷酸DNADNAA GA GC TC T脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸RNARNAA GA GC UC U核糖核糖磷酸磷酸四川省精品课程 生物化学4.4.稀有碱基稀有碱基假尿苷假尿苷（）二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（DHUDHU）AmCH3CH3H3Cm26GHH5HH四川省精品课程 生物化学5.5.核苷酸衍生物核苷酸衍生物a.a.能量载体能量载体b.b.化学信使化学信使c.c.辅酶和辅基的结构成分辅酶和辅基的结构成分d.d.食品添加剂食品添加剂四川省精品课程 生物化学 5-NMP 5-NDP 5-NTPN=A、G、C、U 5-dNMP 5-dNDP 5-dNTP N=A、G、C、T腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸(AMP)二磷酸腺苷二磷酸腺苷(ADP)三三磷酸腺苷磷酸腺苷(ATP)a.a.能量载体能量载体u 生物体内最重要的能量转生物体内最重要的能量转换中间体，含有换中间体，含有两个高能磷两个高能磷酸键酸键。水解时。水解时,可以释放出可以释放出大量自由能，用于推动生物大量自由能，用于推动生物体内各种需能的生化反应。体内各种需能的生化反应。u ATPATP也是一种很好的也是一种很好的磷酰磷酰化剂化剂。磷酰化反应的底物可。磷酰化反应的底物可以是普通的有机分子，也可以是普通的有机分子，也可以是酶。磷酰化的底物分子以是酶。磷酰化的底物分子具有较高的能量（活化分子）具有较高的能量（活化分子），是许多生物化学反应的激，是许多生物化学反应的激活步骤。活步骤。四川省精品课程 生物化学b.b.化学信使化学信使腺苷腺苷-3,5-3,5-环化环化-磷酸，或环磷酸腺苷磷酸，或环磷酸腺苷四川省精品课程 生物化学c.c.辅酶和辅基的结构成分辅酶和辅基的结构成分四川省精品课程 生物化学d.d.食品添加剂食品添加剂u 增味剂增味剂是指能增强或改进食品风味的物质。是指能增强或改进食品风味的物质。u 我国允许使用的我国允许使用的氨基酸氨基酸类型和类型和核苷酸核苷酸类型增味类型增味剂，有剂，有55鸟苷酸二钠鸟苷酸二钠、55肌苷酸二钠肌苷酸二钠、55呈味核苷酸二钠呈味核苷酸二钠等等6 6种。种。5-5-肌苷酸肌苷酸5-5-鸟苷酸鸟苷酸四川省精品课程 生物化学第三节第三节 DNADNA的结构的结构一、一、DNA的的一级结构一级结构 二、二、DNA的的二级结构二级结构三、三、DNA的的三级结构三级结构 四、四、DNA与与蛋白质复合物的结构蛋白质复合物的结构四川省精品课程 生物化学v 一级结构指一级结构指DNADNA分子中脱氧核苷酸的分子中脱氧核苷酸的连接连接方式和排列顺序方式和排列顺序。由于核苷酸间的差异主。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，也称碱基序列。要是碱基不同，也称碱基序列。v DNADNA：四种脱氧核苷酸按一定顺序以磷酸：四种脱氧核苷酸按一定顺序以磷酸二酯键相连形成的聚脱氧核苷酸链。二酯键相连形成的聚脱氧核苷酸链。一、一、DNADNA的一级结构的一级结构四川省精品课程 生物化学5 5 3 3 3 3 -5 -5 磷酸二酯键磷酸二酯键核酸分子中核苷酸之间的共价键核酸分子中核苷酸之间的共价键四川省精品课程 生物化学u 5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P表示）表示）3-3-羟基端（常用羟基端（常用3-OH3-OH表示）。表示）。u 多聚核苷酸链具有方向性；多聚核苷酸链具有方向性；u 规定规定DNADNA的书写顺序是的书写顺序是5 3 5 3 四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学一级结构的表示法一级结构的表示法：53结构式结构式线条式线条式字母式字母式四川省精品课程 生物化学ChargaffChargaff首先注意到首先注意到DNADNA碱基组成的某些规律性，碱基组成的某些规律性，在在1950年总结出年总结出DNADNA碱基组成的规律：碱基组成的规律：腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=TA=T。鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数相等，即鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数相等，即 G=CG=C。含含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即：即：A+C=G+TA+C=G+T。嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+TA+G=C+T。四川省精品课程 生物化学二、二、DNADNA的二级结构的二级结构（1 1）DNADNA的的双螺旋结构双螺旋结构(Watson-Crick(Watson-Crick模型模型)（2 2）DNADNA双螺旋结构双螺旋结构的的稳定因素稳定因素（3 3）DNADNA双螺旋的双螺旋的多态性多态性四川省精品课程 生物化学（1 1）主链：）主链：由两条多聚脱氧核糖核苷酸链组成。由两条多聚脱氧核糖核苷酸链组成。u 两条链沿着同一根假设的中心轴平行盘绕，形成右两条链沿着同一根假设的中心轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。手双螺旋结构。u 螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为5353，而另一条链的方向为，而另一条链的方向为3535。1.1.DNADNA的的双螺旋结构双螺旋结构(Watson-Crick(Watson-Crick模型模型)四川省精品课程 生物化学（2 2）碱基配对：）碱基配对：u 嘌呤碱和嘧啶碱基位嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。氧核糖基位于螺旋外侧。u 碱基环平面与螺旋轴碱基环平面与螺旋轴垂直。垂直。1.DNA的的双螺旋结构双螺旋结构(Watson-Crick模型模型)四川省精品课程 生物化学（3 3）空间位置和螺旋参数：）空间位置和螺旋参数：u 螺旋横截面的直径约为螺旋横截面的直径约为2 2 nmnm，每条链相邻两个碱基平面，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为之间的距离为0.34 nm0.34 nm，每，每1010个核苷酸形成一个螺旋，其螺个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为矩（即螺旋旋转一圈）高度为3.4 nm3.4 nm。0.34nm四川省精品课程 生物化学（4 4）凹槽：）凹槽：u 大沟：较深的凹槽，大沟：较深的凹槽，携带了其他分子识别的携带了其他分子识别的信息；信息；u 小沟：较浅的凹槽。小沟：较浅的凹槽。大沟大沟小沟小沟四川省精品课程 生物化学DNA双螺旋结构的意义u 该模型揭示了该模型揭示了DNADNA作为遗传物质的稳定性特征，作为遗传物质的稳定性特征，u 最有价值的是确认了最有价值的是确认了碱基配对原则碱基配对原则，这是，这是DNADNA复制、复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。的分子基础。u 该模型的提出是上世纪生命科学的重大突破之一，该模型的提出是上世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。速发展的基石。四川省精品课程 生物化学2.2.双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素a.氢键氢键b.碱基堆积力碱基堆积力c.磷酸根基团的静电排斥力磷酸根基团的静电排斥力d.碱基分子的内能碱基分子的内能竞争竞争四川省精品课程 生物化学3.3.DNADNA双螺旋的双螺旋的多态性多态性v DNADNADNADNA的右手螺旋并不是自然界的右手螺旋并不是自然界的右手螺旋并不是自然界的右手螺旋并不是自然界DNADNADNADNA唯一存在的方式。唯一存在的方式。唯一存在的方式。唯一存在的方式。v 右手螺旋结构是在生理盐水溶液中提取的右手螺旋结构是在生理盐水溶液中提取的右手螺旋结构是在生理盐水溶液中提取的右手螺旋结构是在生理盐水溶液中提取的DNADNADNADNA的的的的结构，目前将这种结构称为结构，目前将这种结构称为结构，目前将这种结构称为结构，目前将这种结构称为B-DNAB-DNAB-DNAB-DNA。v 1979197919791979年，年，年，年，Alexander RichAlexander RichAlexander RichAlexander Rich发现了左手螺旋，称为发现了左手螺旋，称为发现了左手螺旋，称为发现了左手螺旋，称为Z-DNAZ-DNAZ-DNAZ-DNA，另外也有，另外也有，另外也有，另外也有A-DNAA-DNAA-DNAA-DNA的存在。的存在。的存在。的存在。A-DNAZ-DNAB-DNA外外形形碱基碱基距离距离直径直径nm螺旋螺旋方向方向螺距螺距nm碱基碱基数目数目螺旋螺旋表面表面A型型短短粗粗0.232.55右手右手2.4611大小沟大小沟B型型适适中中0.342.37右手右手3.4010.4大小沟大小沟Z-型型细细长长0.381.84左手左手4.5612小沟深小沟深四川省精品课程 生物化学三、三、DNADNA的的三级结构三级结构DNADNA的三级结构指双螺旋的三级结构指双螺旋DNADNA分子通过扭曲和分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象折叠所形成的特定构象超螺旋结构超螺旋结构。DNADNA的的超螺旋结构超螺旋结构：(1)(1)超螺旋超螺旋DNADNA的形成的形成(2)(2)DNADNA超螺旋结构形成的重要意义超螺旋结构形成的重要意义四川省精品课程 生物化学超螺旋螺旋四川省精品课程 生物化学u 大部分原核生物的大部分原核生物的DNADNA是是共价封闭的环状双螺旋共价封闭的环状双螺旋，这种双螺旋还可以再次螺旋化形成超螺旋。这种双螺旋还可以再次螺旋化形成超螺旋。u 当引进的张力与原先右手螺旋的方向相同时，超当引进的张力与原先右手螺旋的方向相同时，超螺旋的方向是左手的，称为螺旋的方向是左手的，称为正超螺旋（变紧）；正超螺旋（变紧）；u 引进张力与原先右手螺旋方向相反时，超螺旋的引进张力与原先右手螺旋方向相反时，超螺旋的方向是右手的，称为方向是右手的，称为负超螺旋（变松）。负超螺旋（变松）。u 正超螺旋是旋紧双螺旋后形成的，负超螺正超螺旋是旋紧双螺旋后形成的，负超螺旋是放松双螺旋后形成的。旋是放松双螺旋后形成的。四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学15101520251510152023右手旋转拧松两匝后的线形右手旋转拧松两匝后的线形DNA解链环形解链环形1510152023负超螺旋负超螺旋12148231613松弛环形松弛环形1152010523四川省精品课程 生物化学v 超螺旋的引入就提高了超螺旋的引入就提高了DNADNA的能量水平，而的能量水平，而超螺旋程度的改变介导了超螺旋程度的改变介导了DNADNA结构的变化。即超结构的变化。即超螺旋多余的能量可能使螺旋多余的能量可能使DNADNA双股链分开，或局部双股链分开，或局部熔解。这种结构上的变化对熔解。这种结构上的变化对DNADNA分子复制和转录分子复制和转录等的启动很重要。等的启动很重要。超螺旋的意义超螺旋的意义四川省精品课程 生物化学v 超螺旋可使超螺旋可使DNADNA分子形成高度致密的状态从而分子形成高度致密的状态从而得以容纳于有限的空间得以容纳于有限的空间 ；超螺旋的意义超螺旋的意义四川省精品课程 生物化学四、四、DNADNA与与蛋白质复合物的结构蛋白质复合物的结构生物体内的核酸通常都与蛋白质结合形成复生物体内的核酸通常都与蛋白质结合形成复合物，以合物，以核蛋白（核蛋白（nucleoproteinnucleoprotein）的形式的形式存在。存在。DNADNA分子十分巨大，与蛋白质结合后分子十分巨大，与蛋白质结合后被被组装到有限的空间中组装到有限的空间中。.病毒病毒.细菌拟核细菌拟核.真核染色体真核染色体四川省精品课程 生物化学动物病毒切面模式图动物病毒切面模式图被膜（脂蛋白、被膜（脂蛋白、碳水化合物）碳水化合物）核酸核酸衣壳（蛋白质）衣壳（蛋白质）病毒粒病毒粒突起（糖蛋白）突起（糖蛋白）四川省精品课程 生物化学噬菌体噬菌体T2T2结构结构头部头部颈圈颈圈尾部尾部基板基板尾丝尾丝尖钉尖钉四川省精品课程 生物化学细菌拟核细菌拟核(nucleoid)的突环结构的突环结构平均一个突环含有平均一个突环含有约约40kpDNARNA-蛋白质核心蛋白质核心突环由双链突环由双链DNA结结合碱性蛋白质组成合碱性蛋白质组成四川省精品课程 生物化学v 真核生物：真核生物：DNADNA和蛋白质组装成染色体，和蛋白质组装成染色体，染色体的染色体的基本单位是核小体基本单位是核小体。v 核小体由核小体由DNADNA和组蛋白和组蛋白构成。组蛋白有构成。组蛋白有H H1 1，H H2A2A，H H2B2B，H H3 3和和H H4 4五种五种。H H2A2A，H H2B2B，H H3 3和和H H4 4各两分子构成核小体各两分子构成核小体的核心，称为的核心，称为组蛋白八聚体组蛋白八聚体。v DNADNA双螺旋分子缠绕在八聚体上构成核小体的核心双螺旋分子缠绕在八聚体上构成核小体的核心颗粒。核小体的核心颗粒之间再由颗粒。核小体的核心颗粒之间再由DNADNA和组蛋白和组蛋白H H1 1构构成的连接区连接起来形成成的连接区连接起来形成串珠状结构串珠状结构。核小体进一步。核小体进一步旋转折叠形成旋转折叠形成棒状染色体棒状染色体。v 将近将近1m1m长的长的DNADNA分子容纳于直径只有数微米的细胞分子容纳于直径只有数微米的细胞核中。核中。真真 核核 染染 色色 体体四川省精品课程 生物化学DNA（2nm）核小体链（核小体链（11nm，每个核小体，每个核小体200bp）纤丝（纤丝（30nm，每圈，每圈6个核小体）个核小体）突环（突环（150nm，每个突环大约，每个突环大约75000bp）玫瑰花结（玫瑰花结（300nm，6个突环）个突环）螺旋圈（螺旋圈（700nm，每圈，每圈30个玫瑰花）个玫瑰花）染色体染色体(1400nm)核生物染色体核生物染色体DNA组装不同层次的结构组装不同层次的结构染色体的四级结构染色体的四级结构四川省精品课程 生物化学第四节第四节 RNARNA的分子结构的分子结构一、一、RNARNA一级结构一级结构和和类别类别二、二、tRNAtRNA 的分子结构的分子结构三、三、rRNArRNA的分子结构的分子结构四、四、mRNAmRNA的分子结构的分子结构四川省精品课程 生物化学一、一、RNARNA的一级结构的一级结构u RNARNA分分子子中中各各核核苷苷之之间间的的连连接接方方式式（3 3-5-5磷磷酸酸二二酯酯键键）和和排列顺序叫做排列顺序叫做RNARNA的一级结构的一级结构。OHOHOH53DNADNARNARNA糖糖脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖碱基碱基AGCTAGCT，不含稀有碱基不含稀有碱基AGCUAGCU，含稀有碱基含稀有碱基四川省精品课程 生物化学RNARNA的类别的类别v 信使信使RNARNA（mRNAmRNA）：）：在蛋白质合成中起模板作用；在蛋白质合成中起模板作用；v 核糖体核糖体RNARNA（rRNArRNA）：）：与蛋白质结合构成核糖体与蛋白质结合构成核糖体,核糖体是蛋白质合成的场所；核糖体是蛋白质合成的场所；v 转移转移RNARNA（tRNAtRNA）：）：在蛋白质合成时起着携带活化在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。氨基酸的作用。四川省精品课程 生物化学1.tRNA1.tRNA的结构的结构二级结构二级结构特征：特征：单链，三叶草叶形，四臂四环单链，三叶草叶形，四臂四环三级结构三级结构特征：特征：在二级结构基础上进一步折叠扭曲在二级结构基础上进一步折叠扭曲 形成倒形成倒L L型型四川省精品课程 生物化学酵母酵母tRNAtRNA的二级结构的二级结构IGCTC环环可变环可变环反密码环反密码环D环环反密码子反密码子Ala氨基酸臂氨基酸臂u 四茎四环的三叶草形四茎四环的三叶草形（1）氨基酸臂或氨氨基酸臂或氨基酸茎：基酸茎：由由3-端和端和5-端碱基组成端碱基组成7对对互补碱基对的双螺互补碱基对的双螺旋区，富含鸟嘌呤，旋区，富含鸟嘌呤，末端为末端为CpCpA-OH，接受活化的氨基，接受活化的氨基酸。酸。（2 2）二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环(D(D环环)：由：由8 81212个核个核苷酸组成，含有二氢苷酸组成，含有二氢尿嘧啶。由尿嘧啶。由3-43-4对碱对碱基组成的双螺旋区与基组成的双螺旋区与tRNAtRNA其余部分相连，其余部分相连，这个双螺旋区叫二氢这个双螺旋区叫二氢尿嘧啶臂尿嘧啶臂(茎茎)。（3 3）反密码子环反密码子环:由由 7 7个核苷酸组成，环个核苷酸组成，环中部由中部由3 3个碱基组成个碱基组成反密码子，反密码子反密码子，反密码子在蛋白质（肽）合成在蛋白质（肽）合成中能与中能与rRNArRNA上的密码上的密码子配对。子配对。5 5对碱基组对碱基组成的双螺旋区与成的双螺旋区与tRNAtRNA分子的其他部分相连。分子的其他部分相连。（4 4）额外环，又可额外环，又可变环：变环：由由3 31818个核个核苷酸组成，不同的苷酸组成，不同的tRNAtRNA具有不同大小的具有不同大小的额外环，是额外环，是tRNAtRNA分类分类的重要指标。的重要指标。（5 5）假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷胸腺嘧啶核糖核苷环（环（TCTC环）：环）：由由7 7个核苷酸组成。有个核苷酸组成。有5 5对碱基组成的双螺对碱基组成的双螺旋区叫旋区叫TCTC臂，由臂，由此臂与此臂与tRNAtRNA的其它的其它部分连接。部分连接。四川省精品课程 生物化学tRNAtRNA的三级结构的三级结构u 倒写的倒写的L L字母字母，在二级结构，在二级结构三叶草形的基础上进一步扭曲、三叶草形的基础上进一步扭曲、折叠而成的；折叠而成的；u 氨基酸茎处在倒氨基酸茎处在倒L L的一端并的一端并与与TCTC茎形成双股螺旋；倒茎形成双股螺旋；倒L L的另一端为反密码子环，二氢的另一端为反密码子环，二氢尿嘧啶茎与反密码子茎形成双尿嘧啶茎与反密码子茎形成双螺旋；在倒螺旋；在倒L L的拐弯处是的拐弯处是TCTC环和二氢尿嘧啶环。环和二氢尿嘧啶环。u 整个分子为扁平状，厚度整个分子为扁平状，厚度约约2nm2nm，两端间直线距离约，两端间直线距离约7nm7nm，以，以氢键和疏水作用力氢键和疏水作用力维持倒维持倒L L结构。结构。四川省精品课程 生物化学2.2.rRNArRNA的分子结构的分子结构特征：特征：单链，螺旋化程度较单链，螺旋化程度较tRNAtRNA低；低；与蛋白质组成核糖体后发挥其功能。与蛋白质组成核糖体后发挥其功能。5S rRNA，23S rRNA原原核核生生物物核核糖糖体体50S30S34种蛋白质种蛋白质16S rRNA21种蛋白质种蛋白质70S80S60S40S49种蛋白质种蛋白质18SrRNA33种蛋白质种蛋白质真真核核生生物物核核糖糖体体5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA5S 5S rRNArRNA的二级结构的二级结构四川省精品课程 生物化学3.mRNA3.mRNA的结构的结构u mRNAmRNA是以是以DNADNA为模板合成的，携带着为模板合成的，携带着DNADNA的的遗传信息，故称遗传信息，故称信使信使RNARNA。u mRNAmRNA又是又是蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板，决定着蛋白，决定着蛋白质（多肽）中氨基酸的排列顺序。每一种多肽质（多肽）中氨基酸的排列顺序。每一种多肽有一种特定的有一种特定的mRNAmRNA负责编码，所以细胞内负责编码，所以细胞内mRNAmRNA种类很多。种类很多。u mRNAmRNA的分子大小不一，相差甚大。的分子大小不一，相差甚大。四川省精品课程 生物化学原核与真核细胞的原核与真核细胞的mRNAmRNA在结构上的差异在结构上的差异（1 1）原核细胞）原核细胞mRNAmRNA是是多顺反子多顺反子，即可以编码多条多，即可以编码多条多肽链；真核细胞的肽链；真核细胞的mRNAmRNA为为单顺反子单顺反子。（2 2）绝大多数真核细胞的）绝大多数真核细胞的mRNAmRNA的的3-3-末端末端具有一段具有一段多聚腺苷酸（多聚腺苷酸（poly(Apoly(A)），），而且不同真核细胞的而且不同真核细胞的mRNAmRNA的的3-3-末端的末端的poly(Apoly(A)长短不同；而原核细胞的长短不同；而原核细胞的mRNAmRNA一般没有一般没有poly(Apoly(A)。（3 3）真核细胞）真核细胞mRNA 5-mRNA 5-末端有一个特殊的末端有一个特殊的5-5-“帽帽子子”结构结构。“帽子帽子”结构和结构和3-3-末端的末端的poly(Apoly(A)都有都有抗核酸外切酶的作用；原核生物抗核酸外切酶的作用；原核生物mRNAmRNA一般没有一般没有“帽子帽子”结构。结构。四川省精品课程 生物化学（4 4）真核细胞）真核细胞5-5-“帽子帽子”结构的下游和结构的下游和3-3-poly(A)poly(A)的上游分别为的上游分别为5-5-端不编码区和端不编码区和3-3-端不编端不编码区，二者之间是其编码区。码区，二者之间是其编码区。已知已知5-5-端不编码区和端不编码区和“帽子帽子”结构是与核糖体结结构是与核糖体结合的区域，与蛋白质合成的起始有关。至于合的区域，与蛋白质合成的起始有关。至于3-3-端端不编码的功能，目前仍不清楚。原核细胞由于没有不编码的功能，目前仍不清楚。原核细胞由于没有“帽子帽子”结构，不编码区位于结构，不编码区位于mRNAmRNA的两端。的两端。原核与真核细胞的原核与真核细胞的mRNAmRNA在结构上的差异在结构上的差异四川省精品课程 生物化学顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端顺序末端顺序53原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点四川省精品课程 生物化学AAAAAAA-OH5“帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5ppp-N-3 p真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点四川省精品课程 生物化学第五节第五节 核酸与核苷酸的理化性质核酸与核苷酸的理化性质一、核酸的一、核酸的物理性质物理性质二、核酸的二、核酸的两性解离性质两性解离性质三、三、核酸的核酸的紫外吸收紫外吸收四、四、核酸的核酸的变性、复性和分子杂交变性、复性和分子杂交五、五、核酸的核酸的熔解温度熔解温度（TmTm）六、核酸的六、核酸的颜色反应颜色反应四川省精品课程 生物化学vDNADNA相对分子质量很大，一般在相对分子质量很大，一般在10106 610101212，制品为白色絮状物。制品为白色絮状物。vRNARNA相对分子质量较小，一般在相对分子质量较小，一般在1 11010万，万，制品为白色粉末。核苷酸也是白色粉末。制品为白色粉末。核苷酸也是白色粉末。vDNADNA、RNARNA和核苷酸都是极性化合物，易溶和核苷酸都是极性化合物，易溶于水，难溶于有机溶剂。于水，难溶于有机溶剂。一、物理性质：一、物理性质：四川省精品课程 生物化学v核酸及核苷酸中碱基上有可解离基团，如胞核酸及核苷酸中碱基上有可解离基团，如胞嘧啶的嘧啶的N3 N3，嘌呤的，嘌呤的N1N1和和N7 N7，可接受质子带，可接受质子带正电荷。磷酸基团可进行酸性解离带负电荷。正电荷。磷酸基团可进行酸性解离带负电荷。所以，核酸和嘌呤核苷酸、胞苷酸是两性化所以，核酸和嘌呤核苷酸、胞苷酸是两性化合物，有等电点。尿嘧啶和胸腺嘧啶不能进合物，有等电点。尿嘧啶和胸腺嘧啶不能进行碱性解离，所以它们的核苷酸不是两性化行碱性解离，所以它们的核苷酸不是两性化合物。合物。二、两性解离性质二、两性解离性质四川省精品课程 生物化学pK1 =0.9第一磷酸基第一磷酸基pK3 =6.2第二磷酸基第二磷酸基pK2 =3.7含氮环含氮环腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸pK1 =0.7第一磷酸基第一磷酸基pK3 =6.1第二磷酸基第二磷酸基pK2 =3.7含氮环含氮环烯醇式羟基烯醇式羟基鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸pK1 =0.8第一磷酸基第一磷酸基pK3 =6.3第二磷酸基第二磷酸基pK2 =4.3含氮环含氮环胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸pK1 =1.0第一磷酸基第一磷酸基pK3 =6.4第二磷酸基第二磷酸基烯醇式羟基烯醇式羟基尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸pH离离子子化化程程度度核核苷苷酸酸的的解解离离曲曲线线四川省精品课程 生物化学DNADNA和和RNARNA的紫外吸收性质无明显差别。最大的紫外吸收性质无明显差别。最大吸收峰吸收峰258nm258nm，最小吸收，最小吸收232nm232nm。它们的纯度常用它们的纯度常用A A260260/A/A280280的比值来判断，的比值来判断，纯纯DNADNA溶液的溶液的A A260260/A/A280280为为1.81.8，纯，纯RNARNA溶液的溶液的A A260260/A/A280280比值为比值为2.02.0；样品中若有蛋白质，则样品中若有蛋白质，则A A260260/A/A280280比值要下降。比值要下降。对对DNADNA和和RNARNA制品，可测定其制品，可测定其A A260260，从而计算，从而计算出含量。出含量。三、紫外吸收性质三、紫外吸收性质四川省精品课程 生物化学三、紫外吸收性质三、紫外吸收性质天然天然DNADNA变性变性DNADNA核苷酸总吸收值核苷酸总吸收值123DNADNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱2202402602800.10.20.30.4波长（波长（nmnm）光光吸吸收收123四川省精品课程 生物化学四、核酸四、核酸的变性、复性和杂交的变性、复性和杂交变性：变性：在物理、化学因素影响下，在物理、化学因素影响下，DNADNA碱基对间碱基对间的氢键断裂，双螺旋解开，这是一个是跃变过程，的氢键断裂，双螺旋解开，这是一个是跃变过程，伴有伴有A A260260增加（增色效应）增加（增色效应）,DNA,DNA的功能丧失。的功能丧失。复性（退火）：复性（退火）：在一定条件下，变性在一定条件下，变性DNA DNA 单链间单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有A A260260减小减小（减色效应）（减色效应）,DNA,DNA的功能恢复。的功能恢复。四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学在在DNADNA复性过程中复性过程中,双链分子的再形成既可以双链分子的再形成既可以发生在序列完全互补的核酸分子之间发生在序列完全互补的核酸分子之间,也可也可以发生在碱基序列部分互补的不同的以发生在碱基序列部分互补的不同的DNADNA之之间或间或DNADNA与与RNARNA之间之间 ,这种现象称为这种现象称为分子杂分子杂交。交。利用这一原理，在核酸研究中可引入特制利用这一原理，在核酸研究中可引入特制的的“探针探针”。分子杂交分子杂交四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学分分子子杂杂交交变性变性（加热）（加热）杂交杂交（缓慢冷却）（缓慢冷却）复性复性（缓慢冷却）（缓慢冷却）探针探针四川省精品课程 生物化学DNA分子分子限制片段限制片段限制性酶切割限制性酶切割转移至硝酸纤维素膜上转移至硝酸纤维素膜上与放射性标记与放射性标记DNA探针杂交探针杂交放射自显影放射自显影带有带有DNA片段片段的凝胶的凝胶凝胶凝胶滤膜滤膜用缓冲液用缓冲液转移转移DNA吸附有吸附有DNA片段的膜片段的膜印迹法印迹法琼脂糖电泳琼脂糖电泳四川省精品课程 生物化学DNADNA变性从开始到完全解链是在一个相当窄变性从开始到完全解链是在一个相当窄的温度范围内完成的。定义增色效应达到最的温度范围内完成的。定义增色效应达到最大值的大值的50%50%时的温度称为时的温度称为DNADNA分子的熔点。用分子的熔点。用TmTm表示。表示。也就是说，当也就是说，当DNADNA溶液的温度达到溶液的温度达到TmTm时，已时，已经有经有5050的的DNADNA处于解链状态。处于解链状态。TmTm的大小与的大小与其所含碱基中的其所含碱基中的G+CG+C比例相关，比例相关，G+CG+C比例越高，比例越高，TmTm值越高。值越高。五、五、DNA分子的熔点分子的熔点四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学四川省精品课程 生物化学Poly d(A-T)DNAPoly d(G-C)某些某些DNA的的Tm值值60801001.01.41.2100%A260t 0CTmTmTmTmTmTm123123四川省精品课程 生物化学六、核酸的显色反应六、核酸的显色反应地衣酚反应地衣酚反应四川省精品课程 生物化学二苯胺反应二苯胺反应四川省精品课程 生物化学定磷定磷已知已知RANRAN的含磷量为的含磷量为9.29.2，DNADNA的含磷的含磷量为量为9.59.5，所以按照常规经典定磷法，所以按照常规经典定磷法钼蓝反应可以通过检测核酸中的磷钼蓝反应可以通过检测核酸中的磷而检测核酸的含量。而检测核酸的含量。四川省精品课程 生物化学一般步骤：一般步骤：（1 1）破碎细胞；）破碎细胞；（2 2）除去蛋白质、脂类、糖类等成分；）除去蛋白质、脂类、糖类等成分；（3 3）避免激烈搅拌和振荡；）避免激烈搅拌和振荡；（4 4）除去）除去RNARNA（或（或DNADNA）；）；（5 5）抑制相关酶；）抑制相关酶；（6 6）低温操作。）低温操作。第六节第六节 核酸的分离提取与纯化核酸的分离提取与纯化四川省精品课程 生物化学DNA的分离纯化的分离纯化（1 1）在破碎细胞的同时，用浓盐酸或十二烷基硫酸钠）在破碎细胞的同时，用浓盐酸或十二烷基硫酸钠（SDSSDS）使）使DNADNA与相关的蛋白质解联。与相关的蛋白质解联。（2 2）蛋白酶）蛋白酶K K消化以使蛋白质部分分解。消化以使蛋白质部分分解。（3 3）通过缓冲液饱和的苯酚抽提以除去蛋白质。）通过缓冲液饱和的苯酚抽提以除去蛋白质。（4