《核酸的化学》课件.ppt

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1、第三章第三章核酸的化学核酸的化学1 1核膜核膜染色体丝染色体丝核孔核孔核基质纤维核基质纤维组蛋组蛋白与白与非组非组蛋白蛋白DNA(2nm dm)核小体核小体(11nm dm)(11nm dm)2 2一、核酸的发现和研究简史一、核酸的发现和研究简史18681868年，瑞士科学家年，瑞士科学家F.F.MiescherMiescher从细胞核中分离得到一种酸性从细胞核中分离得到一种酸性物质，称为核素。物质，称为核素。18891889年年AltmanAltman从酵母和动物组织中制备了核酸从酵母和动物组织中制备了核酸（nucleicacid）。193019304040年，年，Kossel&Kossel

2、&LeveneLevene等确定核酸的的组分：等确定核酸的的组分：DNA和和RNA。20世纪世纪2040年代末，年代末，Griffith（英国）和英国）和Avery（美国）美国）的的“肺炎肺炎双球菌转化双球菌转化”实验实验证明证明DNADNA是有机体的遗传物质。是有机体的遗传物质。1952年，年，Hershey和和Chase利用病毒完成更有说服力的利用病毒完成更有说服力的“噬菌体噬菌体”实验。实验。1953年年（美）和（美）和（英）提出（英）提出DNA的双螺旋结构，的双螺旋结构，20世纪自然科世纪自然科学最伟大的成就之一。学最伟大的成就之一。u1990年年美国启动人类基因组计划美国启动人类基因

3、组计划(HGP)3 31953年年和和提出提出DNA的双螺旋结构，的双螺旋结构，20世纪自然科世纪自然科学最伟大的成就之一。学最伟大的成就之一。一、核酸的发现和研究简史一、核酸的发现和研究简史4 4人类基因组计划人类基因组计划19861986年，著名生物学家、诺贝尔奖获得者雷纳托杜尔贝科年，著名生物学家、诺贝尔奖获得者雷纳托杜尔贝科（Renato DulbeccoRenato Dulbecco）在）在ScienceScience杂志上率先提出杂志上率先提出“人类基因组人类基因组计划计划”（Human Genomic ProjectHuman Genomic Project,HGP,HGP）。）

4、。19901990年年1010月，美国政月，美国政府决定出资府决定出资3030亿美元正式启动亿美元正式启动“人类基因组计划人类基因组计划”，预期到，预期到20052005年拿到年拿到人体的全部基因序列人体的全部基因序列（共约（共约3030亿个碱基对亿个碱基对全序列）；全序列）；我国于我国于19991999年年7 7月加入，承担约月加入，承担约1 1的测序任务。的测序任务。20022002年年2 2月月1212日日,历时历时1010载耗资载耗资2020亿美元的人类基因组计划最终亿美元的人类基因组计划最终完成完成,并报道了并报道了99%99%的人类基因组序列的人类基因组序列.从这时起从这时起,生物

5、学被生物学被重新划分为重新划分为前基因组前基因组和和后基因组后基因组两部分两部分,我们正生活在后基因我们正生活在后基因组时代组时代.后基因组后基因组时代生物科学的研究重心，已从揭示生命的遗传信息，时代生物科学的研究重心，已从揭示生命的遗传信息，转移到在整体水平上对生物功能的研究，产生了以功能基因鉴转移到在整体水平上对生物功能的研究，产生了以功能基因鉴定为中心的定为中心的功能基因组学功能基因组学(functional genomics)(functional genomics)。由于生物功。由于生物功能的主要体现者是蛋白质能的主要体现者是蛋白质,所以功能基因组学的研究便侧重在所以功能基因组学的研

6、究便侧重在蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)(proteomics)，在整体水平上研究细胞内蛋白质的，在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律，包括蛋白质的分离鉴别、修饰加工、转运组成及其活动规律，包括蛋白质的分离鉴别、修饰加工、转运定位、结构变化、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其它定位、结构变化、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其它生物分子的相互作用等活动。生物分子的相互作用等活动。5 5第一节第一节核酸分子的化学组成核酸分子的化学组成6 6核核 酸酸(nucleic acid)(nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带

7、和传位的生物大分子，携带和传递遗传信息。递遗传信息。7 7核核酸酸核糖核酸核糖核酸(RNA)(RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)(DNA)90%90%存在细胞质中，存在细胞质中，10%10%存在细胞核中存在细胞核中主要存在细胞核主要存在细胞核一、核酸种类与生物学功能一、核酸种类与生物学功能1 1、种类、种类8 8脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid/DNA)DNA)DNADNA分子含有生物物种的所有遗传信息，分子量一般都很大；分子含有生物物种的所有遗传信息，分子量一般都很大；DNADNA为为双链双链分子，其中大多数是分子，其中大多数是链状结构链状结构大分

8、子，也有少部分大分子，也有少部分呈呈环状结构环状结构。真核：细胞核真核：细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体；与组蛋白、非组蛋白形成染色体；细胞器细胞器DNA：双链环形，一般裸露双链环形，一般裸露原核：裸露的原核：裸露的DNA分子集中于核区；分子集中于核区；9 9核糖核酸（核糖核酸（ribonucleic acid/RNA)/RNA)RNARNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传信息的翻译和表达，分遗传信息的翻译和表达，分子量要比子量要比DNADNA小得，小得，RNARNA为单链分子。为单链分子。根据根据RNARNA的功能，可以分为：的功能，可以分为：snRNA（Smallnuclea

9、rRNA）snoRNA（SmallnucleoarRNA）scRNA（SmallcytoplasmicRNA）反义反义RNA（AntisenseRNA）核酶（核酶（Ribozyme）内切核酸酶（内切核酸酶（RNaseP）1、转移、转移RNA（transferRNA,tRNA)2、核糖体、核糖体RNA（ribosomalRNA,rRNA)3、信使、信使RNA（messengerRNA,mRNA)4、特殊功能的、特殊功能的RNA1010DNADNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质1944，O.Avery肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验1952，A.DHershey和和M.Chase噬菌体感染实

10、验噬菌体感染实验2、核酸的生物学功能、核酸的生物学功能一、核酸种类与生物学功能一、核酸种类与生物学功能1111RNARNA功能的多样性功能的多样性控制蛋白质的合成控制蛋白质的合成 作用于作用于RNARNA的转录后加工与修饰的转录后加工与修饰参与基因表达与细胞功能的调控参与基因表达与细胞功能的调控生物催化作用生物催化作用遗传信息的加工与进化遗传信息的加工与进化2、核酸的生物学功能、核酸的生物学功能1212肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验131320世纪世纪2040年代末，年代末，Griffith（英国）和英国）和Avery（美国）美国）的的“肺炎肺炎双球菌双球菌转化转化”实验实验证明证明DN

11、ADNA是有机体的遗传物质。是有机体的遗传物质。DNAR型，无型，无荚膜，不荚膜，不致病致病温育温育有荚膜，致病有荚膜，致病传代传代传代传代S型，有荚膜，型，有荚膜，致病致病有荚膜，致病有荚膜，致病有荚膜，致病有荚膜，致病14141515噬菌体感染实验噬菌体感染实验搅拌破碎器作用搅拌破碎器作用离心分离离心分离说明噬菌体感染细菌时仅是说明噬菌体感染细菌时仅是DNA进入进入细菌的细胞，而蛋白质外壳没有进入。细菌的细胞，而蛋白质外壳没有进入。16161717二、核酸的元素组成二、核酸的元素组成u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；u其中其中P P 的含量比

12、较稳定：的含量比较稳定：DNADNA平均含磷量为平均含磷量为9.9%9.9%，RNARNA为为9.4%9.4%。通过测定通过测定P P 的含量来推算核酸的含量的含量来推算核酸的含量 （定磷法）。（定磷法）。u任何核酸都含磷酸，所以任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。核酸呈酸性。1818三、核酸分子的基本单位三、核酸分子的基本单位-核苷酸核苷酸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戊糖戊糖 碱基碱基磷酸磷酸核苷酸通式表示为：碱基戊糖磷酸核苷酸通式表示为：碱基戊糖磷酸核苷核苷1919核酸核酸nucleicacid核苷酸核苷酸nucleotide核苷核苷nucleoside磷酸磷酸pho

13、sphate嘌呤碱嘌呤碱purinebase或或嘧啶碱嘧啶碱pyrimidinebase（碱基（碱基base）核糖核糖ribose或或脱氧核糖脱氧核糖deoxyribose（戊糖（戊糖amylsugar）RNA：D-核糖，核糖，A、G、C、U碱基碱基DNA：D-2-脱氧核糖，脱氧核糖，A、G、C、T2020（一）碱基（一）碱基 结构式结构式1.1.嘧啶碱：嘧啶碱：尿嘧啶尿嘧啶U U 胞嘧啶胞嘧啶C C 胸腺嘧啶胸腺嘧啶T T2.2.嘌呤碱：腺嘌呤嘌呤碱：腺嘌呤A A 鸟嘌呤鸟嘌呤 G G 3.3.核核酸酸中中的的修修饰饰碱碱基基：100100余余种种，多多数数是是甲甲基基化化的产物的产物核苷酸

14、核苷酸磷酸磷酸核苷核苷碱基碱基戊糖戊糖2121核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基三、核酸分子的基本单位三、核酸分子的基本单位-核苷酸组成核苷酸组成2222RNARNADNADNA12345123451 1、戊糖、戊糖RNA:RNA:核糖核糖DNA:DNA:脱氧核糖脱氧核糖23232 2、碱基、碱基嘌呤碱嘌呤碱嘧啶碱嘧啶碱腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)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)1HCHNHCCHCHN23456CNCCCNNNCHHHNH2123456789 嘧啶嘧啶 嘌呤嘌呤:DNA:DNA特有特有:RNA:RNA特

15、有特有两者均有两者均有2424CNCHCCCNNHCHNH2腺嘌呤腺嘌呤(A)6CNCCCCNNHCHOH2N鸟嘌呤鸟嘌呤(G)26嘌呤嘌呤CNCCCNNNCHHHNH21234567892525OONCHNCHCCHH胞嘧啶（胞嘧啶（C C）两者均有两者均有尿嘧啶（尿嘧啶（U U）：RNARNA特有特有胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）DNADNA特有特有OCHNCCCHNHCH3OOCCNCHCHNHNH2 嘧啶嘧啶1HCHNHCCHCHN2345626263 3、磷酸：、磷酸：DNADNA、RNARNA均有均有RNA(AMP)DNA(dAMP)HHOOHOHHO2727 组成成分组成成分DNA

16、RNA 两类核酸的基本化学组成比较两类核酸的基本化学组成比较碱基碱基戊糖戊糖磷酸磷酸嘌呤碱嘌呤碱嘧啶碱嘧啶碱脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)(T)腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)尿嘧啶尿嘧啶(U)(U)磷酸磷酸磷酸磷酸2828C-NC-N糖苷键糖苷键磷酸酯键磷酸酯键CHCH2 2碱基与戊糖之间：糖苷键碱基与戊糖之间：糖苷键核苷与磷酸之间：磷酸酯键核苷与磷酸之间：磷酸酯键三、核酸分子的基本单位三、核酸分子的基本单位-核苷酸结构核苷酸结构2929C C N N C C HC

17、HC C C C C N N N N H H CHCH NHNH2 2+9 9 核苷：由戊糖和碱基以核苷：由戊糖和碱基以糖苷键糖苷键连接而成连接而成核苷戊糖碱基核苷戊糖碱基C C N N C C HCHC C C C C N N N N H H CHCH NHNH2 2 腺苷腺苷 糖糖苷苷键键303011119911核苷核苷3131核苷酸核苷酸=核苷磷酸核苷磷酸HO+POHHOOHO核苷酸：由磷酸与核核苷酸：由磷酸与核 苷上戊糖苷上戊糖55位碳原位碳原子子 上的上的-OH-OH脱水形成脱水形成磷磷 酸酯键酸酯键形成的结构形成的结构。磷酸酯键磷酸酯键3232核苷酸的结构和命名核苷酸的结构和命名腺

18、嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（AMP AMP）脱氧腺嘌呤核苷酸（脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMPdAMP）OH鸟嘌呤核苷酸（鸟嘌呤核苷酸（GMPGMP）胞嘧啶核苷酸（胞嘧啶核苷酸（CMPCMP）尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMPUMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMPdGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMPdCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMPdTMP）H3333 脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸 dAMP dAMP 腺苷酸腺苷酸 AMP AMP 脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸 dGMP dGMP 鸟苷酸鸟苷酸 GMP GMP 脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸 dCMP dCMP 胞苷酸胞苷

19、酸 CMP CMP 脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸 dTMP dTMP 尿苷酸尿苷酸 UMP UMP通式：碱基通式：碱基+戊糖戊糖+磷酸磷酸1.1.核苷酸核苷酸DNA:dNMPRNA:NMP三、核酸分子的基本单位三、核酸分子的基本单位-核苷酸种类核苷酸种类3434AMPAMPADPADPATPATPAMPAMPADPADPATPATP+P+P+P+P3535脱氧二磷酸腺苷酸脱氧二磷酸腺苷酸 dADP dADP 二磷酸腺苷酸二磷酸腺苷酸 ADP ADP脱氧二磷酸鸟苷酸脱氧二磷酸鸟苷酸 dGDP dGDP 二磷酸鸟苷酸二磷酸鸟苷酸 GDP GDP脱氧二磷酸胞苷酸脱氧二磷酸胞苷酸 dCDP dCDP 二磷酸胞

20、苷酸二磷酸胞苷酸 CDP CDP脱氧二磷酸胸苷酸脱氧二磷酸胸苷酸 dTDP dTDP 二磷酸尿苷酸二磷酸尿苷酸 UDP UDP通式：碱基通式：碱基+戊糖戊糖+2+2磷酸磷酸2.二磷酸核苷酸二磷酸核苷酸DNA:dNDPRNA:NDP三、核酸分子的基本单位三、核酸分子的基本单位-核苷酸种类核苷酸种类3636脱氧三磷酸腺苷酸脱氧三磷酸腺苷酸 dATP dATP 三磷酸腺苷酸三磷酸腺苷酸 ATP ATP脱氧三磷酸鸟苷酸脱氧三磷酸鸟苷酸 dGTP dGTP 三磷酸鸟苷酸三磷酸鸟苷酸 GTP GTP脱氧三磷酸胞苷酸脱氧三磷酸胞苷酸 dCTP dCTP 三磷酸胞苷酸三磷酸胞苷酸 CTP CTP脱氧三磷酸胸苷

21、酸脱氧三磷酸胸苷酸 dTTP dTTP 三磷酸尿苷酸三磷酸尿苷酸 UTP UTPDNA:dNTPRNA:NTP通式：碱基通式：碱基+戊糖戊糖+3+3磷酸磷酸3.三磷酸核苷酸三磷酸核苷酸三、核酸分子的基本单位三、核酸分子的基本单位-核苷酸种类核苷酸种类3737写出下列核苷酸的中文全称写出下列核苷酸的中文全称dTTP dTTP 脱氧脱氧三磷酸胸苷酸三磷酸胸苷酸 、GDPGDP二磷酸鸟苷二磷酸鸟苷酸、酸、dCMP dCMP脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸写出下列核苷酸的英文简写写出下列核苷酸的英文简写脱氧二磷酸腺苷酸脱氧二磷酸腺苷酸 dADP dADP三磷酸尿苷酸三磷酸尿苷酸 UTP UTP脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸

22、dGMPdGMP3838复习复习1.1.核酸的基本结构单位是核酸的基本结构单位是。2.2.核酸的主要组成是核酸的主要组成是、和和.3.3.两类核酸在细胞中的分布不同，两类核酸在细胞中的分布不同，DNADNA主要位于主要位于中，中，RNARNA主主要位于要位于中。中。5.5.维持蛋白质分子一级结构的键是维持蛋白质分子一级结构的键是，维持核酸分子一级，维持核酸分子一级结构的键是结构的键是。6.6.举出几个含有核苷酸的辅酶：举出几个含有核苷酸的辅酶：7.7.举出几个含有核苷酸的高能化合物：举出几个含有核苷酸的高能化合物：8.8.举出几个含有核苷酸的信号分子：举出几个含有核苷酸的信号分子：9.9.写出

23、下列核苷酸的中文全称写出下列核苷酸的中文全称 dTTP dTTP、GDPGDP、dCMP dCMP10.10.写出下列核苷酸的英文简写写出下列核苷酸的英文简写 脱氧二磷酸腺苷酸脱氧二磷酸腺苷酸;三磷酸尿苷酸三磷酸尿苷酸;脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸碱基、（戊）核糖和磷酸碱基、（戊）核糖和磷酸碱基、（戊）核糖和磷酸碱基、（戊）核糖和磷酸细胞核、细胞质细胞核、细胞质细胞核、细胞质细胞核、细胞质HSCoA、NAD+、NADP+、FADATP、GTP、CTP等等cAMP，cGMP33、5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键肽键肽键3939核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺

24、嘌呤核糖核苷三磷酸)ATPATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。各种核是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNARNA和和DNADNA合成的直接原合成的直接原料。它的结构如下：料。它的结构如下：AMPADPATP三、核苷酸的衍生物三、核苷酸的衍生物4040AMPAMPADPADPATPATP1 1、腺苷三磷酸腺苷三磷酸(ATP)(ATP)主要功能：主要功能：提供能量提供能量AMPAMPADPADPATPATP能量储存能量储存能量释放能量释放能量储存能量储存能量释放能量释放41412 2、环苷酸、环

25、苷酸主要功能：参与细胞生理生化过程而控主要功能：参与细胞生理生化过程而控制生物的生长、分化和细胞对激素的效制生物的生长、分化和细胞对激素的效应。应。l cAMPcAMPl cGMPcGMP4242第二节第二节核酸的结构核酸的结构4343核酸的结构核酸的结构一级结构一级结构空间结构空间结构4444u定义：定义：由由核苷酸核苷酸按一定的数目、按一定的数目、比例和特定的排列顺序，通过比例和特定的排列顺序，通过3 3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键连接而成的连接而成的多多核苷酸长链核苷酸长链。u维系键：磷酸二酯键维系键：磷酸二酯键u形式：多核苷酸长链形式：多核苷酸长链 （单链）（单链）C CG GA A53

26、一、核酸的一级结构一、核酸的一级结构454555333,5磷酸二酯键磷酸二酯键AA4646RNADNA磷酸二磷酸二酯键酯键碱基碱基碱基碱基5末端末端3末端末端5353OHOH4747pppppATGCAOH53RNA:5pUGCCA-OH3多核苷酸链的简写式：多核苷酸链的简写式：DNA:5dpApTpGpCpA-OH3或或5dpATGCA-OH3u线条式缩写线条式缩写u字母式缩写字母式缩写ATGCAUGCCA534848DNADNA的一级结构中碱基的一级结构中碱基顺序即为遗传信息储顺序即为遗传信息储存的分子形式。生物存的分子形式。生物界物种的多样性即寓界物种的多样性即寓于于DNADNA分子中四

27、种核分子中四种核苷酸千变万化的不同苷酸千变万化的不同排列组合之中。排列组合之中。5 53 3T TA AC CG GT T4949（一）（一）DNADNA的空间结构的空间结构DNADNA的空间结构的空间结构二级结构二级结构三级结构三级结构二、核酸的空间结构二、核酸的空间结构5050DNA的结构的结构一级结构：一级结构：二二级级结结构构：DNA的的两两条条多多聚聚核核苷苷酸酸链链间间通通过过氢氢键键形形成成的的双螺旋双螺旋结构。结构。三级结构：三级结构：DNA双链进一步折叠卷曲形成的构象。双链进一步折叠卷曲形成的构象。51511.DNA的二级结构的二级结构1953年年，Watson和和Crick

28、根根据据Chargaff规规律律和和DNANa盐盐纤纤维维的的X光光衍衍射射分分析析提提出出了了DNA的的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。Chargaff规律规律1950年：年：p26二、核酸的空间结构二、核酸的空间结构-DNADNA的二级结构的二级结构5252英国生物物理学家英国生物物理学家 Astbury(1898 Astbury(18981961)19381961)1938年曾通过年曾通过X X射线射线结晶衍射图发现结晶衍射图发现DNADNA分子是多聚核苷酸分子的长链排列。分子是多聚核苷酸分子的长链排列

29、。DNADNADNADNA双螺旋结构的发现过程双螺旋结构的发现过程双螺旋结构的发现过程双螺旋结构的发现过程DNANa盐纤维盐纤维X光衍射光衍射具有非凡才能的英国女科学家具有非凡才能的英国女科学家Franklin（19201958）加盟到）加盟到威尔金斯小组。她凭着独特的思维，设计了更能从多方面了解物威尔金斯小组。她凭着独特的思维，设计了更能从多方面了解物质不同现象的实验方法，如获取在不同温度下的质不同现象的实验方法，如获取在不同温度下的DNA的的X射线衍射线衍射图。把这些各种局部的结构形状汇总，射图。把这些各种局部的结构形状汇总，DNA的衍射图片越来越的衍射图片越来越全面。全面。1952年年5

30、月她获得了一张清晰的月她获得了一张清晰的DNA的的X光衍射照片。光衍射照片。弗兰弗兰克林与威尔金斯提出克林与威尔金斯提出DNA的结构可能是双螺旋。的结构可能是双螺旋。1950年，爱尔兰科学家年，爱尔兰科学家Wilkins（1916）的研究小组保持）的研究小组保持DNA纤维的湿润状态且测定纤维的湿润状态且测定DNA在较高温度下的在较高温度下的X射线衍射。射线衍射。DNA的的X光衍射照片中有明显的几组点组成了十字的一横，提示光衍射照片中有明显的几组点组成了十字的一横，提示DNA的整个结构为螺旋形，但证据并不充分。的整个结构为螺旋形，但证据并不充分。5353在在1953年年2月的讨论中，月的讨论中，

31、Wilkins出示了出示了Franklin获得的获得的非常清晰的非常清晰的DNA晶体衍射照片。晶体衍射照片。这张照片突然激发了沃森头脑这张照片突然激发了沃森头脑中的思维，中的思维，DNA链只能是双链链只能是双链的才会显示出这样漂亮而清晰的才会显示出这样漂亮而清晰的图。的图。1953年年2月月28日沃森和克日沃森和克里克重新摆弄出了正确的里克重新摆弄出了正确的DNA双螺旋结构双螺旋结构。1953年年4月月25日日自然自然杂志发表了沃森与克杂志发表了沃森与克里克的里克的DNA双螺旋结构假说的双螺旋结构假说的不到不到1000字短文字短文核酸的分子核酸的分子结构结构脱氧核糖核酸的一个脱氧核糖核酸的一个

32、结构模型结构模型。DNADNADNADNA双螺旋结构的发现过程双螺旋结构的发现过程双螺旋结构的发现过程双螺旋结构的发现过程5454 双螺旋结构模型要点：双螺旋结构模型要点：两条两条反向平行反向平行的多核苷酸链的多核苷酸链,走向走向分别为分别为5 533和和3 355二、核酸的空间结构二、核酸的空间结构-DNADNA的二级结构的二级结构55555C5C 磷酸与脱氧核糖在外磷酸与脱氧核糖在外 侧，构成的骨架。侧，构成的骨架。碱基在双螺旋内侧碱基在双螺旋内侧。碱基配对原则：碱基配对原则：、两链为互补链两链为互补链,中间形成氢键中间形成氢键 (可变可变)(不变不变)不变不变 可变可变T TA AC G

33、C GC GC GT AT AA TA TG CG CT AT A5656AGTACTCG碱基配对原则碱基配对原则:A:AT,GT,GC C57575353?2.0nm小小沟沟大大沟沟5ACTGTAACGT磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖碱基碱基5858维持维持DNADNA双螺旋结构稳定的因素：双螺旋结构稳定的因素：碱基堆积力：主要因素碱基堆积力：主要因素 氢键氢键 静电排斥力静电排斥力DNADNA互补双螺旋结构的意义：互补双螺旋结构的意义：自身复制的功能，通过复制自身复制的功能，通过复制可以合成与其一模一样的可以合成与其一模一样的DNADNA分子分子。二、核酸的空间结构二、核酸的空间结构-DNADN

34、A的二级结构的二级结构5959DNA二级结构的多型性二级结构的多型性（1）BDNA：典典 型型 的的Watson-Crick双双螺螺旋旋DNA，右手双螺旋；，右手双螺旋；（2）A-DNA：右右手手双双螺螺旋旋，外外形形粗粗短短。RNA分分子子双双螺螺旋旋区区、RNA-DNA杂杂交交分分子子具有这种结构。具有这种结构。（3）Z-DNA：左左手手螺螺旋旋，外外形细长。形细长。天天然然B-DNA的的局局部部区区域域可可以以形成形成Z-DNA。A-、B-、Z-DNA的比较的比较二、核酸的空间结构二、核酸的空间结构-DNADNA的二级结构的二级结构6060616162626363原核生物原核生物DNAD

35、NA的高级结构的高级结构的三级结构的三级结构:超螺旋超螺旋二、核酸的空间结构二、核酸的空间结构-DNADNA的三级结构的三级结构6464真核生物真核生物DNADNA的高级结构的高级结构二、核酸的空间结构二、核酸的空间结构-DNADNA的三级结构的三级结构6565DNADNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装Pr+DNA2(H2A、H2B、H3、H4）组蛋白八聚体（核心）组蛋白八聚体（核心）DNA盘绕在外盘绕在外核心颗粒核心颗粒H1核小体核小体串联串联串珠状结构串珠状结构超螺旋超螺旋染色体染色体666667676868（二）（二）RNARNA的空间结构的空间结构uRNARNA双链部

36、分、双链部分、DNADNA与与RNARNA 间碱基配对原则：间碱基配对原则：A AU U,G,G C Cu存在形式存在形式:单股多核苷酸链单股多核苷酸链(主），主），部分双链（次）部分双链（次）5 53 3A AC CG GU UA A69691 1、转运、转运RNA(tRNA)RNA(tRNA)：蛋白质合成时携带活化氨蛋白质合成时携带活化氨 基酸基酸 3 3、核糖体、核糖体RNA(rRNA):RNA(rRNA):与蛋白质结合构成核糖体与蛋白质结合构成核糖体,蛋白质合成场所蛋白质合成场所2 2、信使、信使RNA(mRNA)RNA(mRNA)：蛋白质合成中起模板作用蛋白质合成中起模板作用分类分类

37、7070RNA的结构的结构（一）（一）RNA的一级结构的一级结构AMP、GMP、CMP、UMP通过通过3、5磷酸二酯键形成线形多聚体。磷酸二酯键形成线形多聚体。组成组成RNA的戊糖是的戊糖是核糖核糖RNA的的U替代替代DNA中的中的T，此外，此外，RNA中常有一些稀有碱基。中常有一些稀有碱基。天天然然RNA分分子子都都是是单单链链线线形形分分子子，只只有有部部分分区区域域是是A-型型双双螺螺旋旋结构。结构。71717272（二）（二）tRNA的结构的结构结构：结构：二级结构是二级结构是三叶草形三叶草形RNA的结构的结构有较多稀有碱基有较多稀有碱基3末端为末端为CCA-OH5末端大多为末端大多为

38、pG或或pC氨基酸臂氨基酸臂二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环反密码环反密码环额外环额外环(可变环可变环)TC环（假尿嘧啶环）环（假尿嘧啶环）7373识别识别mRNAmRNA上密码上密码33端为端为-CCA,-CCA,蛋白质合成蛋白质合成时连接活化的氨基酸时连接活化的氨基酸1 1、tRNAtRNA二级结构二级结构:三叶草形三叶草形DHU环环T环环7474N,N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶(DHU)4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶稀有碱基稀有碱基7575tRNA的三级结构的三级结构:倒倒L形形在三叶草型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二级结构的基础上

39、，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的分子的扭曲而配成对，目前已知的tRNA的三级的三级结构均为结构均为倒倒L L型型7676tRNA三级结构倒三级结构倒L形形7777tRNA的三级结构的三级结构:倒倒L形形tRNA的功能：的功能：转运氨基酸转运氨基酸识别密码子识别密码子参与翻译起始参与翻译起始参与参与DNA的反转录的反转录参与基因表达调控参与基因表达调控78781 1、tRNAtRNA二级结构二级结构:三叶草形三叶草形三级结构倒三级结构倒L L形形33端为端为-CCA,-CCA,蛋白质合成时蛋白质合成时 连接活化的氨基酸连接活化的氨基酸密码环上有反密码子识别密码环上有反密

40、码子识别 mRNA mRNA上密码上密码7979 2、mRNA转录转录DNADNA信息，作为蛋白质合成的直接模板信息，作为蛋白质合成的直接模板 8080mRNA的结构的结构mRNA是是在在细细胞胞核核及及线线粒粒体体内内产产生生，然然后后进进入入细细胞胞质质及及核核糖糖体体。mRNA约约占占细细胞胞RNA总总量量的的35%，是是蛋蛋白白质质合合成成的的模模板板。原原核生物和真核生物核生物和真核生物mRNA在结构上有所区别：在结构上有所区别：原核：没有原核：没有5帽子和帽子和3polyA结构。结构。真真核核：真真核核细细胞胞mRNA的的3-末末端端有有一一段段长长达达200个个核核苷苷酸酸左左右

41、右的的聚聚腺腺苷苷酸酸(polyA)，称称为为“尾尾结结构构”，5-末末端端有有一一个个甲甲基基化化的的鸟鸟苷酸，称为苷酸，称为”帽结构帽结构“。RNA的结构的结构AAAAAAAA5 5加帽加帽3 3加尾加尾81812 2、mRNAmRNA结构特点：结构特点：5 5有由有由7 7甲基鸟嘌呤核苷酸三磷酸组甲基鸟嘌呤核苷酸三磷酸组 成的帽状结构成的帽状结构 3 3有由多聚腺苷酸组成的尾部结构有由多聚腺苷酸组成的尾部结构AAAAAAAA5 5加帽加帽3 3加尾加尾8282帽子结构帽子结构7甲基鸟嘌呤核苷酸三磷酸甲基鸟嘌呤核苷酸三磷酸l甲基化鸟苷酸经焦磷酸与甲基化鸟苷酸经焦磷酸与mRNA的的5末端核苷

42、酸相连，末端核苷酸相连，形成形成5，5三三磷酸连接。磷酸连接。8383rRNA的结构的结构所所有有生生物物的的核核糖糖体体都都是是由由大大小小不不同同的的两两个个亚亚基基所所组组成成，大大小小亚亚基分别由几种基分别由几种rRNA和数十种蛋白质组成。和数十种蛋白质组成。RNA的结构的结构rRNA的功能：的功能：组成核糖体成分；组成核糖体成分；催化蛋白质肽键的形成；催化蛋白质肽键的形成；参与参与tRNA与与mRNA的结合。的结合。8484 核糖体核糖体 rRNA+Pr rRNA+Pr 大、小亚基大、小亚基 大亚基：大亚基：tRNAtRNA附着部位附着部位小亚基：小亚基：mRNAmRNA附着部位附着

43、部位80S80S60S60S40S40S8585小结小结DNA:DNA:主要的遗传物质，主要存在于细胞核；主要的遗传物质，主要存在于细胞核；通过复制传递遗传信息给子代；通过复制传递遗传信息给子代；通常为双链；通常为双链；含脱氧核糖，含脱氧核糖，T T为特有成分。为特有成分。RNA:RNA:主要在核内合成，主要分布于细胞质；主要在核内合成，主要分布于细胞质；遗传信息表达分子，指导合成蛋白质；遗传信息表达分子，指导合成蛋白质；通常为单链；通常为单链；含核糖，含核糖，U U为特有成分。为特有成分。8686第三节第三节 核酸的理化性质核酸的理化性质二、酸碱性：二、酸碱性：两性解离两性解离，一般呈酸性一

44、般呈酸性（在中性溶液中带负电荷，可用电泳（在中性溶液中带负电荷，可用电泳或或离子交换法进行分离离子交换法进行分离一、溶解度：微溶于水，不溶于一、溶解度：微溶于水，不溶于 乙醇、乙醚等有机溶剂乙醇、乙醚等有机溶剂大分子，粘度高大分子，粘度高8787三、核酸的紫外吸收三、核酸的紫外吸收原因：核酸中有嘌呤与嘧啶碱原因：核酸中有嘌呤与嘧啶碱碱碱基基、核核苷苷、核核苷苷酸酸和和核核酸酸在在240290nm的的紫紫外外波波段段有有强强烈的光吸收，烈的光吸收，max=260nm8888三、三、核酸的紫外吸收核酸的紫外吸收1、鉴定纯度鉴定纯度纯纯DNA的的A260/A280应大于应大于纯纯RNA的的A260/

45、A280应为。应为。若溶液中含有杂蛋白或苯酚，则若溶液中含有杂蛋白或苯酚，则A260/A280比值明显降低。比值明显降低。2、含量计算（纯样品）含量计算（纯样品）A2601，相当于：，相当于：50ug/mL双螺旋双螺旋DNA或或40ug/mL单链单链DNA（或（或RNA）或或20ug/mL寡核苷酸寡核苷酸89899090四、核酸的变性、复性和杂交四、核酸的变性、复性和杂交概念概念：加热、酸碱等条件下，核酸双螺旋区的氢键断裂，加热、酸碱等条件下，核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链，不涉及共价键断裂。变成单链，不涉及共价键断裂。方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰过量酸，碱，加热，变性试

46、剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等（一）变性（一）变性9191DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂不涉及磷酸二酯断裂，一级结构完整不涉及磷酸二酯断裂，一级结构完整9292变性过程变性过程(一一)变性变性四、四、核酸的变性、复性及杂交核酸的变性、复性及杂交9393(一一)变性变性变性因素变性因素：四、四、核酸的变性、复性及杂交核酸的变性、复性及杂交变性后的理化性质变性后的理化性质：二级结构改变，双螺旋区二级结构改变，双螺旋区氢键氢键断裂，空间结构破坏，形成断裂，空间结构破坏，形成单链单链无规无规线团状，只涉及次级键的破坏线

47、团状，只涉及次级键的破坏,260nm紫外吸光度值升高；粘度降紫外吸光度值升高；粘度降低；浮力密度升高；比旋下降；部分失活等。低；浮力密度升高；比旋下降；部分失活等。增色效应与减色效应：增色效应与减色效应：增色效应：在增色效应：在DNA的变性过程中，内部碱基暴露的变性过程中，内部碱基暴露,对对260nm波长波长紫外吸收增加紫外吸收增加,即即增色效应增色效应.减色效应：减色效应：热变性热变性酸碱变性（酸碱变性（pH小于小于4或大于或大于11）变性剂（尿素、盐酸胍、甲醛等）变性剂（尿素、盐酸胍、甲醛等）9494DNADNA的的紫紫外外吸吸收收光光谱谱核酸变性后紫外吸收特点：核酸变性后紫外吸收特点：最

48、大吸收波长（最大吸收波长（260nm260nm）不变，紫外吸）不变，紫外吸收能力增加，即具有增色效应。收能力增加，即具有增色效应。9595（二）复性（二）复性 复性：复性：在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNADNA的两条的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为。一现象称为。退火退火 ：热变性的热变性的DNADNA经缓慢冷却经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为后即可复性，这一过程称为退火退火9696放放在在同同一一溶溶液液中中，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，在在适适宜宜的的条条件件（温

49、温度度及及离离子子强强度度）下下，就就可可以以在在不不同同的的分分子子间间形形成成杂杂化化双链，这种现象称为双链，这种现象称为核酸分子杂交。核酸分子杂交。（三）核酸的杂交（三）核酸的杂交 不同种类的不同种类的DNA单链分子单链分子DNA单链与单链与RNA分子分子RNA与与RNA9797DNA-DNADNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源的不同来源的DNADNA分子分子98989999100100第四节第四节 核酸的制备和含量测定核酸的制备和含量测定（略）（略）一、核酸的提取一、核酸的提取二、核酸的含量测定二、核酸的含量测定（一）定磷法（一）定磷法（二）定糖法（二）定

50、糖法101101（一）紫外吸收法（一）紫外吸收法原理：核酸中的嘌呤环、嘧啶原理：核酸中的嘌呤环、嘧啶 环具有紫外吸收特性，环具有紫外吸收特性，最大吸收在最大吸收在260nm260nm。102102（二）定糖法（二）定糖法1 1、RNARNA：测核糖，试剂：地衣酚：测核糖，试剂：地衣酚2 2、DNADNA：测脱氧核糖，试剂：二苯胺：测脱氧核糖，试剂：二苯胺脱水脱水核糖浓酸核糖浓酸 糖糠糖糠 深绿色化合物深绿色化合物地衣酚地衣酚(670nm(670nm有最有最大吸收值大吸收值)脱水脱水脱氧核糖浓硫酸脱氧核糖浓硫酸 -羟基羟基-酮基戊醛酮基戊醛 二苯胺二苯胺(595nm(595nm有最有最大吸收值大