核酸化学 (6)精选PPT.ppt

关于核酸化学关于核酸化学(6)第1页，讲稿共84张，创作于星期二5.1 核酸概述核酸概述 核酸是生物大分子之一，在生命活动中起着核酸是生物大分子之一，在生命活动中起着重要的决定性作用。糖、脂是由酶（蛋白质）重要的决定性作用。糖、脂是由酶（蛋白质）催化合成的，它们与蛋白质组合成复合体增加催化合成的，它们与蛋白质组合成复合体增加了蛋白质的功能多样性。蛋白质是生命体功能了蛋白质的功能多样性。蛋白质是生命体功能的体现着。而蛋白质的合成取决于核酸，核酸的体现着。而蛋白质的合成取决于核酸，核酸是决定生命体差异的根源。是决定生命体差异的根源。第2页，讲稿共84张，创作于星期二5.1.1 核酸的发现与研究简史核酸的发现与研究简史 1868年瑞士青年科学家年瑞士青年科学家F.Miescher从外科从外科手术绷带上的脓细胞中分离出一种富含手术绷带上的脓细胞中分离出一种富含P的酸的酸性化合物，称它为核素（性化合物，称它为核素（nuclein），实际上就），实际上就是我们现在所指的核蛋白。米歇尔因此被认为是我们现在所指的核蛋白。米歇尔因此被认为是细胞核化学的创始人和是细胞核化学的创始人和DNA的发现者。的发现者。第3页，讲稿共84张，创作于星期二研究简史：研究简史：1868年年1950年，研究核酸是什么年，研究核酸是什么1953年年4月月25日，日，J.D.Watson和和F.Crick提出提出DNA双螺旋结构双螺旋结构 模型。模型。1958年年Crick提出了提出了“中心法则中心法则”，即遗传信息从，即遗传信息从DNA传到传到 RNA，再传到蛋白质，一旦传给蛋白质就不再转移。，再传到蛋白质，一旦传给蛋白质就不再转移。1970年代，诞生年代，诞生DNA重组技术（重组、克隆、测序）重组技术（重组、克隆、测序）1981年年T.Cech证明证明RNA也具有催化功能（发现核酶）也具有催化功能（发现核酶）1997年，第一次举行国际年，第一次举行国际“蛋白质组学蛋白质组学”会议会议2003年年4月月14日，美、英、法、日、德、中完成人类基因组计划。日，美、英、法、日、德、中完成人类基因组计划。第4页，讲稿共84张，创作于星期二5.1.2 核酸的种类和分布核酸的种类和分布P149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 （DNA）核糖核酸核糖核酸 （RNA）第5页，讲稿共84张，创作于星期二 9898核中（染色体中）核中（染色体中）真核真核 线粒体（线粒体（mtDNAmtDNA）核外核外 叶绿体（叶绿体（ctDNActDNA）DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外：质粒（核外：质粒（plasmidplasmid）病毒：病毒：DNADNA病毒病毒 DNA主要存在于细胞核中染色体上。主要存在于细胞核中染色体上。环状双链环状双链DNA线型双链线型双链DNA第6页，讲稿共84张，创作于星期二RNARNA主要存在于细胞质中主要存在于细胞质中 参与蛋白质合成的参与蛋白质合成的RNA tRNA（转移（转移RNA）rRNA（核糖体（核糖体RNA）mRNA（信使（信使RNA）其他：小其他：小RNA（小于（小于300个核苷酸）个核苷酸）核内小核内小RNA（snRNA）、核仁小）、核仁小RNA（snoRNA）核内不均一核内不均一RNA（hnRNA）等。）等。病毒病毒RNA第7页，讲稿共84张，创作于星期二5.1.3 核酸的生物核酸的生物功能功能DNA是遗传信息的载体是遗传信息的载体 证明实验：肺炎球菌转化作用证明实验：肺炎球菌转化作用RNA除除主要参与蛋白质的生物合成主要参与蛋白质的生物合成外，还有基外，还有基因表达的调节功能。因表达的调节功能。证明实验：生长旺盛的细胞中（蛋白质合成旺盛），证明实验：生长旺盛的细胞中（蛋白质合成旺盛），RNA含量含量特别丰富。特别丰富。第8页，讲稿共84张，创作于星期二5.2 核酸的结构核酸的结构 核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子水解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产碱基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可用层析或电泳等方法分离鉴定。可用层析或电泳等方法分离鉴定。5.2.1 核酸的元素组成核酸的元素组成元素组成：元素组成：C H O N C H O N P P 第9页，讲稿共84张，创作于星期二核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖核蛋白核蛋白蛋白质蛋白质基本结构单元：基本结构单元：核苷酸核苷酸（磷酸（磷酸+戊糖戊糖+碱基）碱基）第10页，讲稿共84张，创作于星期二5.2.2 核苷酸核苷酸P1505.2.2.1 戊糖戊糖 组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为所含的糖为-D-2-脱脱氧核糖；氧核糖；RNA所含的糖则为所含的糖则为-D-核糖。核糖。RiboseDeoxyribose1324513245第11页，讲稿共84张，创作于星期二1.1.嘌呤（嘌呤（PurinePurine）碱）碱1 12 23 34 45 56 69 97 78 8l腺嘌呤腺嘌呤adeninel鸟嘌呤鸟嘌呤guanine AGOH6265.2.2.2 碱基碱基第12页，讲稿共84张，创作于星期二2.2.嘧啶（嘧啶（PyrimidinePyrimidine）碱）碱1 12 23 34 45 56 6尿嘧啶尿嘧啶uracilU42胞嘧啶胞嘧啶cytosineC24胸腺嘧啶胸腺嘧啶thymineT425第13页，讲稿共84张，创作于星期二 核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类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，大部分是上述五种很多，大部分是上述五种常见碱基常见碱基的甲基化产物的甲基化产物。第14页，讲稿共84张，创作于星期二l黄嘌呤黄嘌呤xanthineXO26l次黄嘌呤次黄嘌呤hypoxanthineI6第15页，讲稿共84张，创作于星期二POHHOOHO5.2.2.3 磷酸（磷酸（H3PO4）第16页，讲稿共84张，创作于星期二两大核酸的比较两大核酸的比较DNARNA存在细胞核内细胞质中功能遗传信息载体指导合成蛋白质组成磷酸脱氧核糖A、G、C、T磷酸核糖A、G、C、U第17页，讲稿共84张，创作于星期二核苷：戊糖核苷：戊糖 +碱基碱基 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1122334455(OH)1122334455(OH)5.2.2.4 核苷核苷P152第18页，讲稿共84张，创作于星期二Adenosine Guanosine Cytidine UridineHHH脱氧脱氧脱氧脱氧脱氧脱氧第19页，讲稿共84张，创作于星期二修饰核苷（稀有核苷）修饰核苷（稀有核苷）次黄苷（肌苷）次黄苷（肌苷）I 黄嘌呤核苷黄嘌呤核苷 X5 5OH假尿苷（假尿苷（）5，6二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶核苷（核苷（D ）56第20页，讲稿共84张，创作于星期二 核苷酸：核苷核苷酸：核苷+磷酸磷酸 戊糖戊糖+碱基碱基+磷酸磷酸自然界存在的自由核苷酸主要是自然界存在的自由核苷酸主要是5磷酸酯磷酸酯555.2.2.5 核苷酸核苷酸P154第21页，讲稿共84张，创作于星期二多聚核苷酸是通过一个核苷酸的多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C C3 3-OH-OH与另一分子核与另一分子核苷酸的苷酸的5-5-磷酸基磷酸基形成形成3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键相连而成相连而成的链状聚合物。的链状聚合物。55335.2.3 核酸（多聚核苷酸）核酸（多聚核苷酸）第22页，讲稿共84张，创作于星期二第23页，讲稿共84张，创作于星期二l5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5 5-P-P表示）；表示）；3-3-羟基端（常用羟基端（常用3 3-OH-OH表示）。表示）。多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式（线条式、文字式）多聚核苷酸的表示方式（线条式、文字式）DNA RNA5PdAPdCPdGPdTOH 3 5PAPCPGPUOH 或5ACGTGCGT 3 5ACGUAUGU 3 ACGTGCGT ACGUAUGUT53OH U53OH OH OH OH OH 第24页，讲稿共84张，创作于星期二5.2.4 核酸的结构核酸的结构第25页，讲稿共84张，创作于星期二一、一、DNADNA的的的的一级结构一级结构P159P1595.2.4.1 核酸的共价结构核酸的共价结构第26页，讲稿共84张，创作于星期二 由由四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸dAMP，dGMP，dCMP，dTMP 通过通过通过通过3333，5555-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键连接起来的多聚核苷酸链。连接起来的多聚核苷酸链。连接起来的多聚核苷酸链。连接起来的多聚核苷酸链。l l 脱氧核糖核酸的排列顺序脱氧核糖核酸的排列顺序脱氧核糖核酸的排列顺序脱氧核糖核酸的排列顺序可以用碱基排列顺序表示可以用碱基排列顺序表示可以用碱基排列顺序表示可以用碱基排列顺序表示 ATCCGTGCCAATCCGTGCCAATCCGTGCCAATCCGTGCCA第27页，讲稿共84张，创作于星期二 连接键：连接键：连接键：连接键：3333，5-5-5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架碱基形成侧链碱基形成侧链碱基形成侧链碱基形成侧链 多核苷酸链均有多核苷酸链均有多核苷酸链均有多核苷酸链均有5-5-5-5-末端和末端和末端和末端和3 3 3 3-末端末端末端末端 DNADNA的碱基顺序本身就是遗传信息存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储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于寓于DNADNA分子中四种核苷酸千变万化的分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。不同排列组合之中。第28页，讲稿共84张，创作于星期二1961年，年，F.Jacob和和J.Monod提出了操纵子学提出了操纵子学说。阐明了原核生物基因表达调控的机制。说。阐明了原核生物基因表达调控的机制。原核生物原核生物原核生物原核生物第29页，讲稿共84张，创作于星期二基因（基因（genegene）：一段有功能的：一段有功能的DNADNA片段，生物细胞中片段，生物细胞中DNADNA分子分子的最小功能单位（交换单位）。的最小功能单位（交换单位）。外显子（外显子（exonexon）:真核细胞的基真核细胞的基因在表达过程中能编码蛋白质因在表达过程中能编码蛋白质的核苷酸序列。的核苷酸序列。内含子（内含子（intronintron）:在转录后的在转录后的加工中，从最初的转录产物除去加工中，从最初的转录产物除去的内部的核苷酸序列。的内部的核苷酸序列。真核生物真核生物真核生物真核生物第30页，讲稿共84张，创作于星期二1.碱基组成碱基组成 A、G、C、U（AU/GC）稀有碱基较多，稀有碱基较多，稳定性较差，易水解稳定性较差，易水解2.多为单链结构，少数局部形成螺旋多为单链结构，少数局部形成螺旋3.分子较小分子较小4.分类分类lmRNAltRNA lrRNAl其他其他RNA（hnRNA 核不均一核不均一RNA）（）（snRNA核内小核内小RNA）二、二、RNARNARNARNA的的的的一级结构一级结构P173P173第31页，讲稿共84张，创作于星期二5.2.4.2 核酸的高级结构（三维结构）核酸的高级结构（三维结构）第32页，讲稿共84张，创作于星期二DNA的二级结构的二级结构P164 一，核酸化学结构和核苷酸键长与键角数据；一，核酸化学结构和核苷酸键长与键角数据；二，二，Chargaff提出的碱基配对原则；提出的碱基配对原则；三，三，DNA纤维的纤维的X射线衍射分析结果。射线衍射分析结果。一、一、DNA的空间结构的空间结构第33页，讲稿共84张，创作于星期二 19531953年年，J.J.WatsonWatson和和F.F.CrickCrick 在在前前人人研研究究工工作作的的基基础础上上，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解释和预测。的解释和预测。DNA的双螺旋模型的双螺旋模型第34页，讲稿共84张，创作于星期二DNA双螺旋模型要点双螺旋模型要点2.0 nm小小沟沟大大沟沟1、DNA分子由两条分子由两条反向平行互补反向平行互补的多的多核苷酸链构成双螺旋结构。两条链围核苷酸链构成双螺旋结构。两条链围绕同一个中心轴形成绕同一个中心轴形成右手螺旋右手螺旋，螺旋，螺旋表面有一条表面有一条大沟大沟和一条和一条小沟小沟。2、嘌呤碱和嘧啶碱层叠于螺旋内侧嘌呤碱和嘧啶碱层叠于螺旋内侧，碱基平面与纵轴垂直，碱基间的堆集距离碱基平面与纵轴垂直，碱基间的堆集距离为为0.34nm。磷酸和脱氧戊糖在外侧磷酸和脱氧戊糖在外侧，靠，靠酯键连接，形成酯键连接，形成DNA骨架，糖环平面骨架，糖环平面与中轴平行。与中轴平行。第35页，讲稿共84张，创作于星期二3 3、双螺旋直径为、双螺旋直径为2nm2nm，顺轴方向每隔顺轴方向每隔0.34nm0.34nm有有一个核苷酸，螺距为一个核苷酸，螺距为3.4nm3.4nm。两个核苷酸之间。两个核苷酸之间的夹角为的夹角为3636，因此，沿，因此，沿中心轴中心轴每旋转一周有每旋转一周有1010个核苷酸个核苷酸。2.0 nm小小沟沟大大沟沟第36页，讲稿共84张，创作于星期二4 4、两条链间的碱、两条链间的碱基以嘌呤碱对嘧基以嘌呤碱对嘧啶碱，形成碱基啶碱，形成碱基对。配对原则是对。配对原则是A=TA=T，之间两个，之间两个氢键，氢键，CGCG，之，之间三个氢键。因间三个氢键。因此两条链形成反此两条链形成反向互补。向互补。在在DNADNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。第37页，讲稿共84张，创作于星期二碱碱基基对对间间的的氢氢键键第38页，讲稿共84张，创作于星期二维持维持DNA双螺旋结构稳定的作用力：双螺旋结构稳定的作用力：1）氢键氢键 2）碱基堆积力碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力）（疏水相互作用及范德华力）3）离子键离子键等等 DNA变性剂（脲变性剂（脲/酰胺、有机溶剂）、热、酰胺、有机溶剂）、热、pH、第39页，讲稿共84张，创作于星期二B型结构型结构 W and C 提出的模型提出的模型 在溶液中在溶液中A型结构型结构 碱基平面倾斜碱基平面倾斜20，螺旋变粗变短，螺旋变粗变短，螺距螺距23nm。脱水时、脱水时、DNA和和RNA杂交时杂交时Z型结构型结构 左手螺旋，锯齿状，细长而伸左手螺旋，锯齿状，细长而伸展，只有小沟展，只有小沟DNADNA双螺旋构象的多态性双螺旋构象的多态性第40页，讲稿共84张，创作于星期二双螺旋双螺旋DNADNA的结构参数的结构参数类型旋转方向螺旋直径（nm）螺距（nm）每转碱基对数目碱基对间垂直距离（nm）碱基对与水平面倾角ADNABDNAZDNA右右左2.32.01.82.83.44.51110120.2550.340.372007第41页，讲稿共84张，创作于星期二噬菌体噬菌体T2DNA长约长约50m E-coli DNA 长约长约1mm 人类生殖细胞人类生殖细胞DNA长约长约1m 双链环状双链环状DNA（double stranded cyclic DNA,dscDNA）双链环状双链环状DNADNA在自然界也是广泛存在的，如一些病毒在自然界也是广泛存在的，如一些病毒DNADNA、一些噬菌体一些噬菌体DNADNA、细菌质粒、细菌质粒DNADNA、线粒体和叶绿体、线粒体和叶绿体DNADNA等。等。DNADNA的三级结构的三级结构P169P169大多数大多数DNA都是都是双链线状双链线状形式存在。形式存在。例如：例如：第42页，讲稿共84张，创作于星期二1 1共价闭合环状共价闭合环状DNADNA（covalently closed circular DNA,cccDNAcovalently closed circular DNA,cccDNA）的）的超螺旋超螺旋结构（结构（superhelical structuresuperhelical structure）形成超螺旋的基础形成超螺旋的基础:DNA DNA双螺旋的扭曲双螺旋的扭曲形成超螺旋（形成超螺旋（superhelixsuperhelix）第43页，讲稿共84张，创作于星期二负超螺旋：负超螺旋：放松放松DNADNA双螺旋双螺旋形成的超螺旋形成的超螺旋正超螺旋正超螺旋：旋紧旋紧DNADNA双螺旋形成双螺旋形成的超螺旋的超螺旋 自然界中存在的超螺旋多数为自然界中存在的超螺旋多数为负超螺旋负超螺旋结构，这有利于结构，这有利于DNA的解链，在复制和转录中具有重要意义。的解链，在复制和转录中具有重要意义。第44页，讲稿共84张，创作于星期二超螺旋超螺旋DNA的性质的性质 结构紧密，粘度较低，浮力密度大，沉降速度快。结构紧密，粘度较低，浮力密度大，沉降速度快。第45页，讲稿共84张，创作于星期二2开环开环DNA（open circular DNA,ocDNA）也称松环也称松环DNA（relaxed circular DNA,rcDNA）第46页，讲稿共84张，创作于星期二+解链解链第47页，讲稿共84张，创作于星期二3连环连环DNA（Catenanes DNA）单体单体二聚体二聚体E第48页，讲稿共84张，创作于星期二染色体染色体(chromosome)染色质染色质(chromatin)核小体核小体(nucleosome)DNADNA与与蛋蛋白白质质复复合合物物结结构构第49页，讲稿共84张，创作于星期二二、二、RNA的空间结构的空间结构P1741、转运、转运RNA（transfer RNA,tRNA）占占RNA总量的总量的15 一种氨基酸对应最少一种一种氨基酸对应最少一种tRNAl分子量分子量25000左右，大约由左右，大约由7393个核苷酸组成，沉降系数个核苷酸组成，沉降系数为为4S左右。左右。l分子中含有较多的修饰成分。分子中含有较多的修饰成分。l3-末端都具有末端都具有CpCpAOH的结构的结构。第50页，讲稿共84张，创作于星期二tRNA的二级结构的二级结构“三叶草三叶草”结构结构（1）aa接受臂（接受臂（amino acid arm）（2）二氢尿嘧啶环）二氢尿嘧啶环 （dihydrouridine loop,DHU loop）（3）反密码子环（）反密码子环（anticodon loop）（4）额外环（）额外环（extra loop）（5）TC环（环（TC loop）（1 1）（2 2）（3 3）（4 4）（5 5）第51页，讲稿共84张，创作于星期二tRNA的三级结构的三级结构倒倒“L”型型第52页，讲稿共84张，创作于星期二tRNA的三级结构与二级结构对应图的三级结构与二级结构对应图第53页，讲稿共84张，创作于星期二tRNA的生物学功能的生物学功能 tRNAtRNA的作用是多方面的，它接受氨基酸、携带氨基酸，把的作用是多方面的，它接受氨基酸、携带氨基酸，把氨基酸转运到核糖体上，然后按照氨基酸转运到核糖体上，然后按照mRNAmRNA上的密码顺序装配上的密码顺序装配成多肽或蛋白质。成多肽或蛋白质。tRNAtRNA必须识别相应的氨基酸和识别必须识别相应的氨基酸和识别mRNAmRNA上相应的密码子。上相应的密码子。tRNAtRNA怎样识别相应的氨基酸怎样识别相应的氨基酸:主要靠高度专一的氨主要靠高度专一的氨酰酰-tRNA-tRNA合成酶。合成酶。第54页，讲稿共84张，创作于星期二tRNA怎样识别怎样识别mRNA上相应的密码子上相应的密码子 密码子与反密码子配对密码子与反密码子配对第55页，讲稿共84张，创作于星期二占占RNARNA总量的总量的8080原核生物真核生物核糖体rRNA核糖体rRNA 30s70s 50s16s5s、23s 40s80s 60s 18s5s、5.8s、28s2、核糖体、核糖体RNA（ribosomal RNA,rRNA）第56页，讲稿共84张，创作于星期二第57页，讲稿共84张，创作于星期二rRNA的生物学功能的生物学功能大亚基大亚基小亚基小亚基50S30SmRNA构成核糖体，组成蛋白质合成的场所。构成核糖体，组成蛋白质合成的场所。第58页，讲稿共84张，创作于星期二原核生物以操纵子为转录单位，产生原核生物以操纵子为转录单位，产生多顺反子多顺反子mRNAmRNA，即一条，即一条mRNAmRNA上有多个编码区，可以翻译上有多个编码区，可以翻译为多条多肽链。为多条多肽链。3 3、信使、信使RNARNA（messenger RNA,mRNAmessenger RNA,mRNA）占细胞总占细胞总RNA的的35第59页，讲稿共84张，创作于星期二真核细胞真核细胞mRNAmRNA都是都是单顺反子单顺反子，其一级结构通式为：，其一级结构通式为：3-3-末端末端有一段长达有一段长达20-25020-250个核苷酸的聚腺苷酸个核苷酸的聚腺苷酸(polyA)(polyA)，称为，称为 “尾巴结构尾巴结构”，5-5-末端末端有一个有一个甲基化的鸟苷酸，称为甲基化的鸟苷酸，称为“帽子结构帽子结构”。第60页，讲稿共84张，创作于星期二5-cap的功能：的功能：(1)防止防止mRNA被核酸酶降解被核酸酶降解。(2)为为mRNA翻译活性所必需。翻译活性所必需。(3)与蛋白质合成的正确起始有关。与蛋白质合成的正确起始有关。第61页，讲稿共84张，创作于星期二3-polyA:polyA的残基数的残基数20250个，或更多。个，或更多。polyA的功能的功能：(1)保护保护mRNA，免受核酸外切酶的作用。，免受核酸外切酶的作用。(2)与翻译有关，没有与翻译有关，没有polyA翻译活性降低。翻译活性降低。(3)与与mRNA从细胞核转移到细胞质有关。从细胞核转移到细胞质有关。第62页，讲稿共84张，创作于星期二第63页，讲稿共84张，创作于星期二mRNA与遗传密码与遗传密码 遗传密码（遗传密码（genetic code）密码子（密码子（codon）mRNA生物学功能生物学功能 将细胞核内将细胞核内DNADNA上的遗上的遗传信息运送到核外，为蛋白传信息运送到核外，为蛋白质翻译提供模板。质翻译提供模板。第64页，讲稿共84张，创作于星期二遗传密码表遗传密码表第65页，讲稿共84张，创作于星期二5.3 5.3 核酸的性质核酸的性质5.3.1 一般的理化性质一般的理化性质l线性大分子（粘度高）。微线性大分子（粘度高）。微 溶于水，不溶于一般有机溶剂溶于水，不溶于一般有机溶剂l两性解离两性解离/一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷）一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷）l可用电泳或离子交换（色谱）进行分离可用电泳或离子交换（色谱）进行分离l室温条件下，室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，在碱中变性，但不水解，RNA水解水解l加热条件下，加热条件下，D核糖浓盐酸苔黑酚核糖浓盐酸苔黑酚 绿色绿色 D2脱氧核糖酸二苯胺脱氧核糖酸二苯胺 蓝色蓝色核酸分子高度不对称，因此旋光性较强，皆为右旋。核酸分子高度不对称，因此旋光性较强，皆为右旋。核糖与酸作用生成糠醛，糠醛与苔黑酚（甲基间苯二酚）核糖与酸作用生成糠醛，糠醛与苔黑酚（甲基间苯二酚）和和FeCl3作用呈作用呈 。D-2-脱氧核糖与酸作用产生脱氧核糖与酸作用产生-羟基羟基-酮戊醛，与二苯胺酮戊醛，与二苯胺作用呈。作用呈。绿色绿色蓝色蓝色第66页，讲稿共84张，创作于星期二5.3.2 核酸的分离提取核酸的分离提取核蛋白（核蛋白（核蛋白（核蛋白（DNPDNP）DNADNA，RNARNA第67页，讲稿共84张，创作于星期二5.3.3 5.3.3 核酸的核酸的紫外吸收特性紫外吸收特性P178P178在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独碱具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收光谱，一般在特的紫外线吸收光谱，一般在260nm260nm左右有最大吸收峰，可以作左右有最大吸收峰，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的为核酸及其组份定性和定量测定的依据。依据。A A吸光度，吸光度，（P P）消光系数）消光系数色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸 A（吸光度）（吸光度）=*c *L：消光系数：消光系数 c ：样品液的摩尔浓度：样品液的摩尔浓度 L：比色杯的内径：比色杯的内径 第68页，讲稿共84张，创作于星期二纯纯DNADNA的的A A260260/A/A280280应大于应大于1.81.8纯纯RNARNA的的A A260260/A/A280280应达到应达到2.02.0判断纯度判断纯度定量分析定量分析通常纯核酸样品可通过通常纯核酸样品可通过A值计算含量。值计算含量。A A值为值为值为值为1 1相当于相当于相当于相当于50g/mL50g/mL双螺旋双螺旋双螺旋双螺旋DNADNA，或或或或40g/mL40g/mL单链单链单链单链DNADNA（RNARNA），），），），或或或或20g/mL20g/mL寡核苷酸。寡核苷酸。寡核苷酸。寡核苷酸。以以A260/A280进行定性、定量检测进行定性、定量检测第69页，讲稿共84张，创作于星期二A A单核苷酸单核苷酸 AA单链单链 AA双链双链第70页，讲稿共84张，创作于星期二5.3.4 5.3.4 核酸的变性、复性核酸的变性、复性P179P1795.3.4.1 5.3.4.1 变性变性稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结构稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结构的过程。核酸的一级结构的过程。核酸的一级结构(碱基顺序碱基顺序)保持不变。保持不变。变性表征变性表征 生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增增色效应色效应）变性因素变性因素 pHpH（11.311.3或或5.05.0）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）加热加热第71页，讲稿共84张，创作于星期二DNADNA的变性过程的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，通常将紫外吸收的增加量达最大量一半时的温度称通常将紫外吸收的增加量达最大量一半时的温度称熔点温度，用熔点温度，用T Tm m表示。表示。一般一般DNADNA的的T Tm m值在值在70-8570-85 C C之间。之间。DNADNA的的T Tm m值与分子中的值与分子中的G G和和C C的含的含量有关。量有关。G G和和C C的含量高，的含量高，T Tm m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含含量，可通过经验公式计算：量，可通过经验公式计算：（G+C)%=(Tm-69.3)G+C)%=(Tm-69.3)2.442.445.3.4.2 5.3.4.2 热变性和热变性和T Tm m第72页，讲稿共84张，创作于星期二5.3.4.3 5.3.4.3 核酸的复性核酸的复性变性核酸的互补链在适当的条件下，重新缔合成为双螺变性核酸的互补链在适当的条件下，重新缔合成为双螺旋结构的过程称为复性。旋结构的过程称为复性。DNADNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般复性后，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，具有只能得到部分的恢复，具有减色效应减色效应。将热变性的将热变性的DNADNA骤然冷却至低温时，骤然冷却至低温时，DNADNA不可能复性。变性的不可能复性。变性的DNADNA缓慢冷却时可复性，因此又称为缓慢冷却时可复性，因此又称为“退火退火”。退火温度退火温度T Tm m25 25 PCRPCR技术的原理技术的原理复性影响因素复性影响因素 片段浓度片段浓度/温度温度/片段大小片段大小/片段复杂性片段复杂性（重复序列数目）（重复序列数目）第73页，讲稿共84张，创作于星期二5.3.5 5.3.5 分子杂交分子杂交P179P179DNADNA单链与在某些区域有互补序列的异源单链与在某些区域有互补序列的异源DNADNA单链或单链或RNARNA链形成链形成双螺旋结构的过程。这样形成的新分子称为双螺旋结构的过程。这样形成的新分子称为杂交杂交DNADNA分子。分子。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 Southern 杂交（杂交（Southern boltingSouthern bolting）Northern Northern 杂交（杂交（Northern boltingNorthern bolting）Western Western 杂交杂交 （Western boltingWestern bolting）第74页，讲稿共84张，创作于星期二第75页，讲稿共84张，创作于星期二第76页，讲稿共84张，创作于星期二第77页，讲稿共84张，创作于星期二SouthernSouthern印迹杂交印迹杂交（Southern blotSouthern blot）19751975年由英国年由英国southernsouthern创创建。建。是研究是研究DNADNA图谱的基本技术，在遗传病诊断、图谱的基本技术，在遗传病诊断、DNADNA图谱分析及图谱分析及PCRPCR产物分析等方面有重要价值。产物分析等方面有重要价值。SouthernSouthern印迹杂交的基本方法是印迹杂交的基本方法是将将DNADNA标本用限制性内切酶消化后，经琼脂糖凝胶电泳分离各酶解片标本用限制性内切酶消化后，经琼脂糖凝胶电泳分离各酶解片段，然后经碱变性，段，然后经碱变性，TrisTris缓冲液中和和高盐下通过毛吸作用将缓冲液中和和高盐下通过毛吸作用将DNADNA从凝胶中转印至硝酸纤维素膜上、烘干固定后即可用于杂交。从凝胶中转印至硝酸纤维素膜上、烘干固定后即可用于杂交。凝胶中凝胶中DNADNA片段的相对位置在片段的相对位置在DNADNA片段转移到滤膜的过程中继续保片段转移到滤膜的过程中继续保持着，附着在滤膜上的持着，附着在滤膜上的DNADNA与与3232P P标记的探针杂交，利用放射自显影标记的探针杂交，利用放射自显影术确立探针互补的每一条术确立探针互补的每一条DNADNA带的位置，从而可以确定在众多消带的位置，从而可以确定在众多消化产物中含某一特定序列的化产物中含某一特定序列的DNADNA片段的位置和大小。片段的位置和大小。第78页，讲稿共84张，创作于星期二染色体（染色体（chromosome）真核细胞的染色体真核细胞的染色体 染色质：由染色质：由DNADNA、组蛋白、非组蛋、组蛋白、非组蛋白和白和RNARNA组成组成染色体：由细丝状的染色质进一染色体：由细丝状的染色质进一步折叠、盘绕、压缩而成步折叠、盘绕、压缩而成第79页，讲稿共84张，创作于星期二染色质的基本结构单位染色质的基本结构单位核小体核小体 （nucleosome）第80页，讲稿共84张，创作于星期二第81页，讲稿共84张，创作于星期二PCRPCR技术的应用技术的应用 聚合酶链反应聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是是80年代中期发展起来的年代中期发展起来的体外核酸扩增技术体外核酸扩增技术。它具有。它具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点；能在一个试管内将所要研究自动化等突出优点；能在一个试管内将所要研究 的的目的基因或某一目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍至百万倍,使肉眼能直接观察和判断；可从一根毛发、使肉眼能直接观察和判断；可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研供分析研究和检测鉴定。过去几天几星期才能做到的事情，用究和检测鉴定。过去几天几星期才能做到的事情，用PCR几小时便可完成。几小时便可完成。第82页，讲稿共84张，创作于星期二 DNA在细胞中的复制是一个比较复杂的过程。参与复制的在细胞中的复制是一个比较复杂的过程。参与复制的基本因素有：基本因素有：DNA聚合酶、聚合酶、DNA连接酶、连接酶、DNA模板、由引发酶模板、由引发酶合成的合成的RNA引物、核苷酸原料、无机离子、合适的引物、核苷酸原料、无机离子、合适的pH、以及解开、以及解开DNA的超螺旋及双螺旋等结构的若干酶与蛋白质因子等。的超螺旋及双螺旋等结构的若干酶与蛋白质因子等。PCR是在试管中进行是在试管中进行DNA复制反应，基本原理与体内相似，复制反应，基本原理与体内相似，不同之处是耐热的不同之处是耐热的Taq酶取代酶取代DNA聚合酶，用合成的聚合酶，用合成的DNA引物替引物替代代RNA引物，引物，用加热用加热(变性变性)、冷却、冷却(退火、保温退火、保温(延伸延伸)等改变温度等改变温度的办法使的办法使DNA得以复制，得以复制，反复进行变性、退火、延伸循环，就可反复进行变性、退火、延伸循环，就可使使DNA无限扩增。无限扩增。第83页，讲稿共84张，创作于星期二感谢大家观看第84页，讲稿共84张，创作于星期二