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生命（生物体）的基本特征生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质遗传学家和模特儿遗传学家和模特儿第1页/共99页第2页/共99页核酸的发现：核酸的发现：1868年，瑞士青年科学家瑞士青年科学家 F.MiescherF.Miescher引引 言：核酸概述言：核酸概述从外科绷带上脓细胞的从外科绷带上脓细胞的细胞核中分离得到一种细胞核中分离得到一种含磷较高的酸性物质，含磷较高的酸性物质，称之为核素称之为核素（nucleinnuclein）核素实质是一种核糖核蛋白核素实质是一种核糖核蛋白第3页/共99页核酸的研究历史：核酸的研究历史：18891889年，年，AltmannAltmann首先制备了不含蛋白的核酸制品，首先制备了不含蛋白的核酸制品，并引入并引入“核酸核酸”这一名词。这一名词。2020世纪世纪2020年代测定了核酸的化学组成，并将核酸分年代测定了核酸的化学组成，并将核酸分为为DNADNA和和RNARNA。19431943年，年，E.ChargaffE.Chargaff的工作：嘌呤：嘧啶的工作：嘌呤：嘧啶=1=1：1 1，由此推理出碱基配对的理论。由此推理出碱基配对的理论。19441944年，年，AveryAvery的肺炎双球菌转化实验，证明遗传的肺炎双球菌转化实验，证明遗传物质即为物质即为DNADNA。19531953年，年，Watson-CrickWatson-Crick建立了建立了DNADNA的双螺旋结构模的双螺旋结构模型。型。遗传密码的阐明、内切核酸酶的发现、核酸的合成遗传密码的阐明、内切核酸酶的发现、核酸的合成与分析技术、基因重组技术等的建立形成了分子生与分析技术、基因重组技术等的建立形成了分子生物学的基本完整体系。物学的基本完整体系。第4页/共99页第一节第一节核酸的概念和化学组成核酸的概念和化学组成核核酸酸与与蛋蛋白白质质一一样样，是是一一切切生生物物有有机机体体不不可可缺缺少的组成部分。少的组成部分。核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。切相关。因此，核酸的研究是现代生物化学、分子生物因此，核酸的研究是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。学和医学的重要基础之一。第5页/共99页一、核酸的种类与分布一、核酸的种类与分布（一）核酸的种类（一）核酸的种类（RNARNA、DNADNA、）、）核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid-RNAribonucleic acid-RNA）:转移转移RNARNA(transfer RNA-(transfer RNA-tRNA)tRNA)、信使信使RNARNA(messenger RNA-mRNA)(messenger RNA-mRNA)、核糖体核糖体RNARNA（ribosomal RNA-rRNAribosomal RNA-rRNA）小分子细胞核小分子细胞核RNARNA（snRNAsnRNA）、染色质）、染色质RNARNA（chRNAchRNA）、）、反义反义RNARNA（antisense RNAantisense RNA）、）、双链双链RNARNA（dsRNAdsRNA）、）、细胞质小细胞质小RNARNA（scRNAscRNA）、）、具有催化活性的具有催化活性的RNARNA（ribozymeribozyme）、）、各种各种病毒病毒RNARNA功能功能 ：三者共同参与遗传信息的表达。：三者共同参与遗传信息的表达。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid-deoxyribonucleic acid-DNA DNA）功能：遗传信息的载体，负责遗传信息的贮存和发布。功能：遗传信息的载体，负责遗传信息的贮存和发布。第6页/共99页真核生物真核生物原核生物原核生物 DNA细胞核（95%）线粒体、叶绿体（5%）核质区（拟核）RNA细胞质（75%）线粒体、叶绿体（15%）细胞核（10%）细胞质（二）核酸的分布（二）核酸的分布第7页/共99页二、核酸的生物学功能二、核酸的生物学功能（一）一）DNADNA是主要的遗传物质，核酸是遗传是主要的遗传物质，核酸是遗传变异的物质基础变异的物质基础19281928年，英国科学家年，英国科学家GriffithGriffith发现肺炎链球菌使小鼠死亡的发现肺炎链球菌使小鼠死亡的原因是引起肺炎。细菌的毒性是原因是引起肺炎。细菌的毒性是由细胞表面中的多糖所决定的。由细胞表面中的多糖所决定的。第8页/共99页l结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌l这种生物分子或遗传物质是什么呢？n 著名的肺炎球菌实验 纽约洛克非勒研究所纽约洛克非勒研究所 Avery Avery 从从加加热热杀杀死死的的S S型型肺肺炎炎球球菌菌将将蛋蛋白白质质、核核酸酸、多多糖糖、脂脂类类分分离离出出来来，分分别别加加入入到到无无害害的的R R型型肺肺炎炎球菌中，球菌中，结结果果发发现现，惟惟独独只只有有核核酸酸可可以以使使无无害害的的R R型型肺肺炎球菌转化为有害的炎球菌转化为有害的S S型肺炎球菌。型肺炎球菌。第9页/共99页19441944年，（美）年，（美）肺炎链球菌的肺炎链球菌的转化转化实验实验,首次首次证明证明DNADNA是细菌遗传性状的转化是细菌遗传性状的转化因子。因子。十年后十年后证明证明DNADNA是是遗传物遗传物质质SRS+RS S菌体的菌体的DNA+RDNA+RS更有说服力的噬菌体实验更有说服力的噬菌体实验第10页/共99页19521952年，美国冷泉港年，美国冷泉港 Hershey-ChaseHershey-Chase噬菌体浸染细菌的实验。噬菌体浸染细菌的实验。第11页/共99页（二）（二）RNARNA生物学功能生物学功能RNARNA的功能：的功能：1.1.参与蛋白质的合成参与蛋白质的合成 rRNA(75-80%)rRNA(75-80%)tRNA(10-15%)tRNA(10-15%)mRNA(2-5%)mRNA(2-5%)2.2.遗传物质遗传物质3.3.具有生物催化剂功具有生物催化剂功能能第12页/共99页（三）核酸与医药抗癌药物基因工程药物第13页/共99页 基本元素：基本元素：C H O N C H O N P P 核酸的元素组成有两个特点：核酸的元素组成有两个特点：1.1.一般不含一般不含S S。2.P2.P含量较多，并且恒定（含量较多，并且恒定（9%-10%9%-10%）。）。因此，实验室中用因此，实验室中用定磷法定磷法进行核酸的进行核酸的定量分析。（定量分析。（DNA9.9%DNA9.9%、RNA9.5%RNA9.5%）二、核酸的元素组成二、核酸的元素组成第14页/共99页三、三、核酸的基本结构单位核酸的基本结构单位单核苷酸单核苷酸核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是一种线性多聚核苷酸，它的）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是基本结构单元是核苷酸核苷酸。核苷酸本身由核苷酸本身由核苷核苷和和磷酸磷酸组成组成,而核苷则由而核苷则由戊糖戊糖和和碱基碱基形成形成 所以，所以，核酸核酸核苷酸核苷酸磷磷酸酸核苷核苷戊糖戊糖 碱基碱基第15页/共99页1 1核苷酸核苷酸（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤嘌呤嘌呤Adenineguanine6-氨基嘌呤氨基嘌呤2氨基氨基-6-氧嘌呤氧嘌呤A G9NNNN12346587第16页/共99页1 1核苷酸核苷酸（1 1）组成核酸的碱基）组成核酸的碱基尿嘧啶尿嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶uracilcytosinethymine2，4-二氧嘧啶二氧嘧啶2氧氧4氨基嘧啶氨基嘧啶5甲基甲基-2，4-二氧嘧啶二氧嘧啶NN654321嘧啶嘧啶U C TU C TH3C或或5甲基尿嘧啶甲基尿嘧啶第17页/共99页DNADNA的碱基组成的碱基组成：A G C TA G C TRNARNA的碱基组成：的碱基组成：A G C UA G C U第18页/共99页核酸中除了核酸中除了5 5类基本的碱基外，还有一些含量甚类基本的碱基外，还有一些含量甚少的碱基，称为少的碱基，称为稀有碱基。稀有碱基。1 1核苷酸核苷酸组成核酸的组成核酸的稀有碱基稀有碱基NNNNONNNH2OCH3I Im m5 5C Chmhm5 5C CDHUDHU第19页/共99页1 1核苷酸核苷酸（2 2）戊糖）戊糖组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNADNA所含的戊糖所含的戊糖为为-D-2-D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNARNA所含的戊糖则所含的戊糖则为为-D-D-核糖。核糖。第20页/共99页1 1核苷酸核苷酸（3 3）核苷）核苷 nucleosidenucleoside核苷由戊糖和碱基缩合而成，嘌呤的核苷由戊糖和碱基缩合而成，嘌呤的N9N9或嘧啶的或嘧啶的N1N1与戊糖与戊糖C-1C-1-OH-OH以以C-NC-N糖苷键相连接。糖苷键相连接。dAdANNNNNH2OHHOHOCH2HHHH9 9NONOOHOCH2HHHHOHOHU1第21页/共99页假尿苷假尿苷 胸腺嘧啶核糖核苷胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（稀有核苷（tRNA）第22页/共99页1 1核苷酸核苷酸（4 4）核苷酸）核苷酸nucleotidenucleotide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-磷酸磷酸-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23页/共99页2 2核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的结构如下：结构如下：（1 1）ATP(ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸)第24页/共99页(2)GTP(2)GTP(鸟嘌呤核糖核苷三磷酸鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)第25页/共99页（3 3）环化核苷酸）环化核苷酸cAMP cAMP 和和 cGMPcGMPcAMP(3cAMP(3,5,5-环环腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷一一磷磷酸酸)和和 cGMP(cGMP(3 3,5,5-环环鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷一一磷磷酸酸)的的主主要要功功能能是是作作为为细细胞胞之之间间传传递递信信息息的的信使。信使。cAMP cAMP 和和 cGMP cGMP 的的环环状状磷磷酯酯键键是是一一个个高高能能键键。在在 pH pH 7.4 7.4 条条件件下下,cAMP cAMP 和和 cGMP cGMP 的的水水解解能能约约为为43.9 43.9 kj kj/mol/mol，比比 ATP ATP 水解能高得多。水解能高得多。第26页/共99页（4 4）辅酶核苷酸）辅酶核苷酸NADNAD+NADP NADP+FMN FAD CoA FMN FAD CoA第27页/共99页（1 1）参与）参与DNADNA、RNARNA的合成、蛋白质的合成、糖与的合成、蛋白质的合成、糖与磷脂的合成。磷脂的合成。（2 2）在能量转化中起重要作用，）在能量转化中起重要作用，ATPATP是生物体内是生物体内能量的通用货币。能量的通用货币。（3 3）是构成多种辅酶的成分：）是构成多种辅酶的成分：NADNAD、NADPNADP、FADFAD、FMNFMN和和CoACoA。（4 4）参与细胞中的代谢与调节（）参与细胞中的代谢与调节（cAMPcAMP、cGMPcGMP）。）。3 3核苷酸的生物学作用核苷酸的生物学作用第28页/共99页4 4多聚核苷酸多聚核苷酸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键相相连连而而成成的链状聚合物。的链状聚合物。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；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29页/共99页NNNNNH2OHOCH2HHHHOPOOOHNNNNNH2OHHOCH2HHHH-OP=OO第30页/共99页多聚核苷酸的特点多聚核苷酸的特点 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的羟羟基基，称称为为3-3-羟羟基基端端（常常用用3 3 -OHOH表示）。表示）。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时，必必须须注注明明它它的的方方向向是是5353或或是是3535。第31页/共99页一、一、DNADNA的分子结构的分子结构（一）（一）DNADNA的一级结构的一级结构 1.1.定义：指定义：指DNADNA分子中多个脱氧核苷酸的排列顺序。即分子中多个脱氧核苷酸的排列顺序。即数目庞大的四种碱基的排列顺序。数目庞大的四种碱基的排列顺序。DNADNA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多样性即寓于DNADNA分子中四种脱氧核苷酸千变万化的不同排列组合之分子中四种脱氧核苷酸千变万化的不同排列组合之中。中。2.DNA2.DNA的碱基组成：的碱基组成：（1 1）在所有的）在所有的DNADNA中，中，A=TA=T，G=C G=C 即即A+G=T+CA+G=T+C （2 2）DNADNA的碱基组成具有种的特异性，即不同生物物的碱基组成具有种的特异性，即不同生物物种的种的DNADNA具有自己独特的碱基组成，但没有组织具有自己独特的碱基组成，但没有组织和器官的特异性。和器官的特异性。3.DNA3.DNA一级结构的表示方法：一级结构的表示方法：第二节：核酸的分子结构第二节：核酸的分子结构第32页/共99页3.DNA3.DNA一级结构的表示方法：一级结构的表示方法：（1 1）结构式表示法：）结构式表示法：（2 2）线条式表示法：）线条式表示法：（3 3）字母式表示法：）字母式表示法：第33页/共99页 DNA DNA是遗传信息的储存者和发布者，遗传信息是遗传信息的储存者和发布者，遗传信息是由碱基序列体现的，碱基序列略有改变，即是由碱基序列体现的，碱基序列略有改变，即可引起遗传信息的显著改变。所以可引起遗传信息的显著改变。所以DNADNA测序是测序是研究研究DNA DNA 功能的基础，非常重要。功能的基础，非常重要。DNADNA测序的生物学意义测序的生物学意义第34页/共99页（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构1.1.定义：定义：DNADNA的二级结构指的二级结构指DNADNA的双螺旋结构。的双螺旋结构。19531953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纤纤维维和和DNADNA结结晶晶的的X-X-衍衍射射图图谱谱分分析析及及DNADNA碱碱基基组组成成的的定定量量分分析析以以及及DNADNA中中碱碱基基的的物物化化数数据据测测定定，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科学的解释和预测。了科学的解释和预测。第35页/共99页2 2DNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点（二）（二）DNADNA的二级结构的二级结构（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，而而另另 一一 条条 链链 的的 方方 向向 为为3535，螺螺旋旋结结构构上上有有大大沟沟和和小小沟沟。大沟：宽1.2nm，深0.85nm，小 沟 ：宽 0.6nm，深0.75nm第36页/共99页（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，彼彼此此以以3 3-5-5 磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接，形形成成DNADNA分分子子的的骨骨架架。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。2.DNA2.DNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点第37页/共99页（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，每条链相邻两个碱基平链相邻两个碱基平面之间的距离为面之间的距离为0.34 nm0.34 nm，每，每1010个核个核苷酸形成一个螺旋，苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为转一圈）高度为3.4 3.4 nmnm。2.DNA2.DNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点第38页/共99页2.DNA2.DNA双螺旋结构双螺旋结构的要点的要点（4 4）双螺旋内部的碱基双螺旋内部的碱基按规则配对按规则配对，碱基的相，碱基的相互结合具有严格的配对互结合具有严格的配对规律，即腺嘌呤（规律，即腺嘌呤（A A）与）与胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）结合，鸟）结合，鸟嘌呤（嘌呤（G G）与胞嘧啶）与胞嘧啶（C C）结合，这种配对关）结合，这种配对关系，称为系，称为碱基互补碱基互补。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之间形成三个氢键。之间形成三个氢键。双螺旋的两条链是互补双螺旋的两条链是互补关系。关系。第39页/共99页3.DNA3.DNA双螺旋结构提出的生物学意义双螺旋结构提出的生物学意义第一次阐述了遗传信息的储存方式及第一次阐述了遗传信息的储存方式及DNADNA复制复制的机理，以准确的语言回答了的机理，以准确的语言回答了DNADNA是如何成为是如何成为遗传物质的。大大推动了分子生物学和分子遗遗传物质的。大大推动了分子生物学和分子遗传学的发展，被誉为传学的发展，被誉为2020世纪最伟大的发现之一。世纪最伟大的发现之一。第40页/共99页4 4DNADNA双螺旋的稳定因素双螺旋的稳定因素DNADNA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。维持这种稳定性的主要因素包括：两条维持这种稳定性的主要因素包括：两条DNADNA链链之间碱基配对形成的之间碱基配对形成的氢键和碱基堆积力氢键和碱基堆积力；另外，存在于另外，存在于DNADNA分子中的一些弱键在维持双分子中的一些弱键在维持双螺旋结构的稳定性上也起一定的作用。即磷酸螺旋结构的稳定性上也起一定的作用。即磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子间形成的离基团上的负电荷与介质中的阳离子间形成的离子键及范德华力。子键及范德华力。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。定性。第41页/共99页5 5DNADNA二级结构的几种构象二级结构的几种构象几种几种DNA螺旋结构的参数螺旋结构的参数类类型型 碱基倾角碱基倾角 碱基间距碱基间距（nm）每圈碱基数每圈碱基数 螺螺距距(nm)螺旋直径螺旋直径（nm）B-DNA A-DNAZ-DNA 0-1 19-20 9 0.340.230.381011123.32-3.42.46-2.534.56 2.0-2.372.551.8-1.84C-DNAD-DNAtsDNA A-DNAA-DNAB-DNA：在相对湿度为在相对湿度为92%92%时的时的DNADNA钠盐。接近钠盐。接近DNADNA在细胞中的构象。在细胞中的构象。A-DNA：在相对湿度为在相对湿度为75%75%以下时的以下时的DNADNA纤维。纤维。Z-DNAZ-DNA：左手螺旋（左手螺旋（A.RichA.Rich的工作）的工作）.ts-DNAts-DNA：三股螺旋：三股螺旋(在分子内或分子间在分子内或分子间形成形成,分子内形成时需要低分子内形成时需要低 pHpH下胞嘧啶质子化下胞嘧啶质子化,故称故称H-DNA)H-DNA)第42页/共99页第43页/共99页（三）（三）DNADNA的三级结构的三级结构一、定义一、定义：DNADNA的三级结构指的三级结构指DNADNA分子（双螺旋）通过扭曲和折分子（双螺旋）通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括不同二级结构单元间、单链与二级结叠所形成的特定构象。包括不同二级结构单元间、单链与二级结构单元间的相互作用以及构单元间的相互作用以及DNADNA的拓扑特征。的拓扑特征。超螺旋是超螺旋是DNADNA三级结构三级结构的一种类型。超螺旋即的一种类型。超螺旋即DNADNA双螺旋的螺旋。双螺旋的螺旋。松弛形松弛形解链环形解链环形负超螺旋负超螺旋第44页/共99页.真核生物的染色体真核生物的染色体 DNADNA双链以左手螺旋缠绕在组蛋白形成的八聚体双链以左手螺旋缠绕在组蛋白形成的八聚体核心上即核小体核心上即核小体 念珠状结构念珠状结构 核小体核小体链进一步盘绕、折叠形成染色质丝链进一步盘绕、折叠形成染色质丝 组成突组成突环环 玫瑰花结玫瑰花结 螺线圈螺线圈 由螺线由螺线圈组装成染色单体。圈组装成染色单体。第45页/共99页真核生物的染色质丝真核生物的染色质丝组蛋白八聚体：组蛋白八聚体：H2A H2B H3 H4H2A H2B H3 H4各各2 2个分子个分子从从DNADNA到染色质丝，到染色质丝，DNADNA压缩压缩了近了近100100倍，若从倍，若从DNADNA到最后到最后凝缩成染色体，凝缩成染色体，DNADNA压缩了近压缩了近万倍。万倍。第46页/共99页第47页/共99页（一）（一）RNARNA一级一级结构结构特征特征 RNARNA一级结构研究最多的是一级结构研究最多的是tRNAtRNA、rRNArRNA以及一些小以及一些小分子的分子的RNARNA。组成。组成RNARNA的核苷酸也是以的核苷酸也是以3-5 3-5 磷酸磷酸二酯键连接。二酯键连接。二、二、RNARNA的分子结构的分子结构第48页/共99页(二二)RNA)RNA的高级结构特点的高级结构特点RNARNA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的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。RNARNA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（类类似似A-DNAA-DNA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。这这种种结结构构可可以以形形象象地地称为称为“发夹型发夹型”结构结构或或茎环结构茎环结构。第49页/共99页在在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。除除了了A A和和U U配配对对，G G和和C C 配配对对外外，G G也也可可以以和和U U 配配对对。G-U G-U 配配对对形形成成的的氢氢键键较较弱弱。不不同同类类型型的的RNA,RNA,其其二二级结构有明显的差异。级结构有明显的差异。tRNAtRNA中中除除了了常常见见的的碱碱基基外外，还还存存在在一一些些稀稀有有碱碱基基，这这类类碱碱基基大大部部分分位位于于突突环环部部分分.第50页/共99页假尿苷假尿苷 胸腺嘧啶核糖核苷胸腺嘧啶核糖核苷稀有核苷（稀有核苷（tRNA）第51页/共99页 1tRNA 1tRNA概述概述约占总约占总RNARNA的的10-15%10-15%。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白体体的的作作用。用。已知每一个氨基酸至少有一个相应的已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNAtRNA。tRNAtRNA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73-9373-93个核苷酸之间。个核苷酸之间。第52页/共99页tRNAtRNA一级结构具有以下特点：一级结构具有以下特点：分子量分子量2500025000左右，大约由左右，大约由70709090个核苷酸组成，沉个核苷酸组成，沉降系数为降系数为4 4S S左右。左右。分子中含有较多的修饰成分子中含有较多的修饰成分。分。3 3 -末端都具有末端都具有CpCpAOHCpCpAOH的结构。的结构。5 5 端多为端多为pG,pG,也有也有pCpC。第53页/共99页tRNAtRNA的高级结构的高级结构1 1、tRNAtRNA的二级结构的二级结构tRNAtRNA的二级结构大都呈的二级结构大都呈“三叶草三叶草”形状，在结构形状，在结构上具有某些共同之处，上具有某些共同之处，一一般可将其分为四臂四环般可将其分为四臂四环：包括氨基酸接受臂、反密包括氨基酸接受臂、反密码（环）臂、二氢尿嘧啶码（环）臂、二氢尿嘧啶（环）臂、（环）臂、T T C C（环）（环）臂臂和可变环。除了氨基酸接和可变环。除了氨基酸接受区外，其余每个区均含受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。有一个突环和一个臂。第54页/共99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-末端的最末端的最后后3 3个核苷酸残基都是个核苷酸残基都是CCACCA，A A为腺苷酸。氨基酸可与为腺苷酸。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合其成酯，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，一与氨基酸接受区相对，一般环中含有般环中含有7 7个核苷酸残基，个核苷酸残基，臂中含有臂中含有5 5对碱基。对碱基。其中环其中环中正中的中正中的3 3个核苷酸残基称个核苷酸残基称为反密码子。为反密码子。第55页/共99页（3)3)二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区 该区含有二氢尿嘧啶。环该区含有二氢尿嘧啶。环由由8-128-12个核苷酸组成，臂由个核苷酸组成，臂由3-43-4对碱基组成。对碱基组成。(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胸腺嘧啶核糖核苷环糖核苷环(T T C)C)由由7 7个核苷个核苷酸组成，通过由酸组成，通过由5 5对碱基组对碱基组成的双螺旋区成的双螺旋区(T T C C臂臂)与与tRNAtRNA的其余部分相连。除个的其余部分相连。除个别例外，几乎所有别例外，几乎所有tBNAtBNA在此在此环中都含有环中都含有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区之区之间，不同的间，不同的tRNAtRNA该区变化较该区变化较大，一般有大，一般有3-183-18个核苷酸组个核苷酸组成成。第56页/共99页2 2、tRNAtRNA的三级结构的三级结构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形形。第57页/共99页第58页/共99页第59页/共99页2.mRNA2.mRNA约占总约占总RNARNA的的5%5%。不同细胞的不同细胞的mRNAmRNA的链长和分子量差异很大。的链长和分子量差异很大。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质，指指导蛋白质的合成。导蛋白质的合成。第60页/共99页m mRNARNA一级一级结构的特结构的特点点真核：真核：单顺反子、单顺反子、5 5-末端有末端有“帽子帽子”、3 3 -末端有末端有polyApolyA片段片段 和非编码区和非编码区 和非编码区和非编码区原核：原核：多顺反子多顺反子 5 5-末端无末端无“帽子帽子”、3 3 -末端末端 无无polyApolyA片段片段 （病毒除外）（病毒除外）有非编码区有非编码区 有非编码区有非编码区顺反子：顺反子：mRNAmRNA上具有翻译功能的核苷酸顺序。上具有翻译功能的核苷酸顺序。polyApolyA片段：片段：指指20-25020-250个多聚腺苷酸。个多聚腺苷酸。“帽子帽子”结构：结构：5 5-末端的末端的G G被甲基化，通过焦磷酸与另一个发生被甲基化，通过焦磷酸与另一个发生了核糖上甲基化的核苷酸以了核糖上甲基化的核苷酸以5 5、5 5-磷酸二酯键相连。磷酸二酯键相连。第61页/共99页极大多数真核细胞极大多数真核细胞mRNAmRNA在在3 3-末端有一段长约末端有一段长约200200核苷酸的核苷酸的polyApolyA。polyApolyA是在转录后经是在转录后经polyApolyA聚合酶聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的的作用而添加上去的。原核生物的mRNAmRNA一般无一般无polyApolyA，但某些病毒，但某些病毒mBNAmBNA也有也有3 3-polyA,-polyA,polyApolyA可可能有多方面功能能有多方面功能,与与mRNAmRNA从细胞核到细胞质的转移从细胞核到细胞质的转移有关；与有关；与mRNAmRNA的半寿期有关，新合成的的半寿期有关，新合成的RNARNA其其polyApolyA链较长，而衰老的链较长，而衰老的mRNAmRNA，polyApolyA链缩短。链缩短。第62页/共99页mRNAmRNA5 5-末端的末端的“帽子帽子”结构结构 m7G 5ppp 5 Np (O型)m7G 5ppp 5 NmpNp (I型)m7G 5ppp 5 NmpNmpNp(II型)可能功能：可能功能：抗核酸酶的水解；与蛋白质合成起始有关；作抗核酸酶的水解；与蛋白质合成起始有关；作为为mRNAmRNA与核糖体与核糖体40S40S亚基结合的信号。亚基结合的信号。第63页/共99页3.rRNA(3.rRNA(核糖体核糖体RNA)RNA)约占全部约占全部RNARNA的的80%80%，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。rRNA rRNA 的的功功能能与与蛋蛋白白质质生生物物合合成成相相关关，可可分分别别与与 mRNAmRNA、tRNAtRNA作作用用，催催化化肽肽键键的的形形成。成。第64页/共99页rRNA动物细胞核糖体动物细胞核糖体rRNArRNA有四类：有四类：5SrRNA5SrRNA，5.8SrRNA5.8SrRNA，18SrRNA18SrRNA，28SRNA28SRNA。许多。许多rRNArRNA的的一级结构及由一级结构推导出来的二级结一级结构及由一级结构推导出来的二级结构都已阐明，但是对许多构都已阐明，但是对许多rRNArRNA的功能迄今的功能迄今仍不十分清楚。与仍不十分清楚。与tRNAtRNA不同，不同，rRNArRNA的甲基的甲基化多发生在核糖上。化多发生在核糖上。真核生物的真核生物的rRNArRNA中修中修饰核苷比原核生物多。饰核苷比原核生物多。第65页/共99页第三节 核酸的理化性质一 核酸的分子大小不同生物不同细胞之间相差很大第66页/共99页二、核酸的溶解度与黏度二、核酸的溶解度与黏度DNADNA为白色纤维状固体，为白色纤维状固体，RNARNA为白色粉末状固体，都微溶于水，其为白色粉末状固体，都微溶于水，其钠盐在水中的钠盐在水中的溶解度溶解度较大。但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有较大。但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有机溶剂机溶剂。（用乙醇从溶液中沉淀核酸）（用乙醇从溶液中沉淀核酸）DNADNA和和RNARNA在细胞中常以核蛋白形式存在，两种核蛋白在盐溶液中在细胞中常以核蛋白形式存在，两种核蛋白在盐溶液中的溶解度不同。的溶解度不同。DNADNA核蛋白核蛋白 RNARNA核蛋白核蛋白 0.14mol/LNaCl -+0.14mol/LNaCl -+1-2mol/LNaCl +-1-2mol/LNaCl +-DNADNA溶液的溶液的粘度粘度很大，而很大，而RNARNA溶液的粘度小得多。核酸发生变性或溶液的粘度小得多。核酸发生变性或降解后其粘度降低。降解后其粘度降低。核酸受到强大离心力的作用时，可从溶液中沉降下来，其沉降速核酸受到强大离心力的作用时，可从溶液中沉降下来，其沉降速度与核酸的大小和密度有关。度与核酸的大小和密度有关。第三节第三节 核酸的重要理化性质核酸的重要理化性质第67页/共99页三、三、核酸的酸碱性质及等电点核酸的酸碱性质及等电点与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基）与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基）也含有弱碱性基团碱基，因而核酸也具有两性性质。也含有弱碱性基团碱基，因而核酸也具有两性性质。由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱基呈由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱基呈现弱碱性，所以现弱碱性，所以核酸的等电点比较低核酸的等电点比较低。（当核酸分子内（当核酸分子内的酸性解离和碱性解离相等，本身所带的正电荷与负电的酸性解离和碱性解离相等，本身所带的正电荷与负电荷相等时，此时核酸溶液的荷相等时，此时核酸溶液的pHpH值即为值即为核酸的等电点核酸的等电点pIpI）如如DNADNA的等电点为的等电点为4 44.54.5，RNARNA的等电点为的等电点为2 22.52.5。核酸核酸在其等电点时溶解度最小。在其等电点时溶解度最小。RNARNA的等电点比的等电点比DNADNA低的原因，是低的原因，是RNARNA分子中核糖基分子中核糖基2-2-OHOH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。DNADNA没有这种没有这种作用。作用。第68页/共99页四、核酸的紫外吸收四、核酸的紫外吸收在核酸分子中，由于嘌在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独双键体系，因而具有独特的紫外线吸收光谱，特的紫外线吸收光谱，一般在一般在260nm260nm左右有最左右有最大吸收峰，可以作为核大吸收峰，可以作为核酸及其组分定性和定量酸及其组分定性和定量测定的依据。测定的依据。第69页/共99页五核酸的变性、复性与杂交五核酸的变性、复性与杂交1.1.核酸的变性（核酸的变性（denaturationdenaturation）与变性因素）与变性因素核酸的变性是指核酸双螺旋区的氢键断裂，变成核酸的变性是指核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链结构的过程。变性核酸将失去其部分或全部单链结构的过程。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。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、甲甲醛醛和和尿尿素素等等的的存存在在均均可可引引起起核核酸酸的的变变性。性。第70页/共99页RNARNA本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性质变化没有所引起的性质变化没有DNADNA那样明显。那样明显。利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。情况。因为天然状态的因为天然状态的DNADNA在完全变性后，紫外吸收在完全变性后，紫外吸收(260 nm)(260 nm)值增加值增加252540%.40%.而而RNARNA变性后，约增变性后，约增加加1.1%1.1%。增色效应增色效应：变性后：变性后DNADNA对对260nm260nm紫外光的吸收紫外光的吸收率（率（A A260260