生物化学-核酸化学.ppt

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1、生物化学-核酸化学 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 核酸的概念、分类和功能核酸的概念、分类和功能一、染色体和基因一、染色体和基因二、核酸概念和分类二、核酸概念和分类在在生生物物细细胞胞核核中中存存在在着着一一种种能能被被碱碱性性染染料料着着色的螺旋集缩体。色的螺旋集缩体。这这是是由由核核酸酸、组组蛋蛋白白、非非组组蛋蛋白白等等组组成成，称称此此物质为染色体。物质为染色体。一、染色体和基因一、染色体和基因染色体的形成：染色体的形成：DNA

2、+DNA+组组蛋蛋白白=核核小小体；体；核核小小体体绕绕成成螺螺线线管管状状(染色质丝染色质丝)；染染色色质质丝丝+非非组组蛋蛋白白=染色体；染色体；一、染色体和基因一、染色体和基因核酸：核酸：DNA-DNA-脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 RNA-RNA-核糖核苷酸核糖核苷酸 一、染色体和基因一、染色体和基因核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid-ribonucleic acid-RNARNA）转移转移RNA(transfer RNA-RNA(transfer RNA-tRNAtRNA)信使信使RNA(messenger RNA-RNA(messenger RNA-mRNAmRNA

3、)核糖体核糖体RNARNA（ribosomal RNA-ribosomal RNA-rRNArRNA）脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid-deoxyribonucleic acid-DNADNA）二、核酸的概念和分类二、核酸的概念和分类真核生物真核生物原核生物原核生物 DNA细胞核（细胞核（95%95%）线粒体、叶绿体（线粒体、叶绿体（5%5%）核质区（拟核）核质区（拟核）RNA细胞质（细胞质（75%75%）线粒体、叶绿体（线粒体、叶绿体（15%15%）细胞核（细胞核（10%10%）细胞质细胞质二、核酸的概念和分类二、核酸的概念和分类DNADNA功能：功能：遗

4、传信息的载体，负责遗遗传信息的载体，负责遗传信息的贮存和发布。传信息的贮存和发布。RNARNA功能：功能：参与遗传信息的表达。参与遗传信息的表达。二、核酸的概念和分类二、核酸的概念和分类核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基水水解解核蛋白核蛋白蛋白质蛋白质第二节第二节 核酸的组成和分子结构核酸的组成和分子结构 组成元素（组成元素（C,H,O,N,P）核苷核苷核酸核酸核苷酸核苷酸碱基碱基许多个许多个戊糖戊糖磷酸磷酸第二节第二节 核酸的组成和分子结构核酸的组成和分子结构 一、戊糖一、戊糖 三、核苷三、核苷二、碱基二、碱基四、核苷酸四、核苷酸第二节第二节 核酸的组成和分子结构核酸的组成

5、和分子结构 五、核酸五、核酸组成核酸的戊糖有两种组成核酸的戊糖有两种 组成组成DNADNA 组成组成RNARNA一、戊糖一、戊糖二、碱基二、碱基1.1.嘧啶碱基嘧啶碱基2.2.嘌呤碱基嘌呤碱基核酸中的碱基分两类：核酸中的碱基分两类：（1 1）嘧啶碱：）嘧啶碱：胞嘧啶（胞嘧啶（C C）尿嘧啶（尿嘧啶（U U）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）（2 2）嘌呤碱：）嘌呤碱：腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）二、碱基二、碱基尿嘧啶尿嘧啶尿嘧啶尿嘧啶 U U胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶 T T胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶 C CDNADNA特有特有特有特有RNARNA特有特有特有特有1.1.嘧啶

6、碱基嘧啶碱基鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤 GG腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤 A A2.2.嘌呤碱基嘌呤碱基三、核苷三、核苷1.1.核苷的结构核苷的结构2.2.核苷的书写核苷的书写核苷是一种糖苷，由戌糖和碱基缩合而成。核苷是一种糖苷，由戌糖和碱基缩合而成。糖与碱基之间以糖苷键相连接。糖的第一糖与碱基之间以糖苷键相连接。糖的第一位上的碳原子（位上的碳原子（C1）与嘧啶碱的第一位上的）与嘧啶碱的第一位上的氮原子（氮原子（N1）或嘌呤碱的第九位上的氮原子）或嘌呤碱的第九位上的氮原子（N9）相连，所以糖与碱基间的连键是）相连，所以糖与碱基间的连键是N-C键，一般称之为键，一般称之为N-糖苷键。糖苷键。蛋白质与糖

7、连接时，天冬酰氨的氨基与半蛋白质与糖连接时，天冬酰氨的氨基与半缩醛羟基间形成的为缩醛羟基间形成的为N-糖苷键。糖苷键。1.1.核苷的结构核苷的结构糖与碱基之间以糖与碱基之间以C-NC-N糖苷键连接糖苷键连接11191.1.核苷的结构核苷的结构2.2.核苷的书写核苷的书写核苷可用单字符号核苷可用单字符号A（腺嘌呤核苷，简（腺嘌呤核苷，简称腺苷）、称腺苷）、G（鸟苷）、（鸟苷）、C（胞苷）、（胞苷）、U（尿苷）表示。（尿苷）表示。脱氧核苷则在单字符号前面加一个小写脱氧核苷则在单字符号前面加一个小写的的d，如，如dA（腺嘌呤脱氧核糖核苷，简称（腺嘌呤脱氧核糖核苷，简称脱氧腺苷）、脱氧腺苷）、dG（脱

8、氧鸟苷）、（脱氧鸟苷）、dC（脱（脱氧胞苷）、氧胞苷）、dT（脱氧胸苷）。（脱氧胸苷）。1 1核苷酸的种类核苷酸的种类2 2核苷酸的结构与命名核苷酸的结构与命名3 3多磷酸核苷及其衍生物多磷酸核苷及其衍生物4 4环核苷酸环核苷酸5 5核苷酸的性质核苷酸的性质四、核苷酸四、核苷酸核苷中的戌糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸核苷中的戌糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸作作为为DNA或或RNA结结构构单单元元的的核核苷苷酸酸分分别别是是5-磷酸磷酸-脱氧核糖核苷和脱氧核糖核苷和5-磷酸磷酸-核糖核苷。核糖核苷。1 1核苷酸的种类核苷酸的种类l lM-M-单单单单(D-(D-(D-(D-二；二；二；二；T T

9、 T T三）；三）；三）；三）；P-P-P-P-磷酸磷酸磷酸磷酸lRNARNA的名称为某（单、二、三）磷酸核苷酸，的名称为某（单、二、三）磷酸核苷酸，DNADNA在某（单、二、三）前加脱氧两字。在某（单、二、三）前加脱氧两字。l如如AMPAMP称腺苷磷酸称腺苷磷酸(或腺苷酸），或腺苷酸），dAMPdAMP称为脱氧称为脱氧腺苷磷酸（脱氧腺苷酸）。腺苷磷酸（脱氧腺苷酸）。八种核苷酸的表示八种核苷酸的表示2 2核苷酸的结构与命名核苷酸的结构与命名参参与与核核酸酸生生物物合合成成的的直直接接原原料料不不是是一一磷磷酸酸核核苷苷酸酸，而而是是三三磷磷酸酸核核苷苷酸酸，如如ATP ATP（三磷酸腺苷酸）。

10、（三磷酸腺苷酸）。ATPATP上的磷酸残基用上的磷酸残基用、来编号。来编号。ATPATP含有两个高能磷酸酯键（含有两个高能磷酸酯键（P P），其水解时释），其水解时释放出的能量为放出的能量为7.37.3千卡千卡/克分子（普通磷酸酯键为克分子（普通磷酸酯键为2 2千卡千卡/克分子）。克分子）。ATPATP在细胞能量代谢中起着及其重要的作用。在细胞能量代谢中起着及其重要的作用。3 3多磷酸核苷及其衍生物多磷酸核苷及其衍生物3 3多磷酸核苷及其衍生物多磷酸核苷及其衍生物4 4核苷酸的性质核苷酸的性质碱基可以发生酮式和烯醇式的互变异构，体碱基可以发生酮式和烯醇式的互变异构，体内以酮式为主。内以酮式为主

11、。核苷酸在核苷酸在240290 nm具有强烈的光吸收，具有强烈的光吸收，最大吸收波长在最大吸收波长在260 nm左右。左右。核苷酸是两性电解质，在不同的核苷酸是两性电解质，在不同的pH条件下，条件下，其解离程度不同，在某一其解离程度不同，在某一pH值时，对外不表值时，对外不表现出电性，该现出电性，该pH值称为其等电点。值称为其等电点。一般物理性质：一般物理性质：一、一、DNA的一级结构的一级结构 三、三、DNA的三级结构的三级结构 二、二、DNA的二级结构的二级结构 四、核酸序列的研究方法四、核酸序列的研究方法第三节第三节 DNADNA的结构的结构 五、五、DNA基因组基因组一、一、DNA的一

12、级结构的一级结构 双链线性分子双链线性分子:真核真核细胞核内的细胞核内的DNA、有些动物病毒。、有些动物病毒。环状双链环状双链DNA:原核生物染色体原核生物染色体DNA、质粒、质粒DNA、真核生物细胞器、真核生物细胞器DNA、有些动物病毒。、有些动物病毒。各各核核苷苷酸酸残残基基沿沿多多核核苷苷酸酸链链排排列列的的顺顺序序叫叫核核酸的一级结构。酸的一级结构。连连接接键键：3 3，5 5一一磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接起起来来的的直直线线形或环形分子。形或环形分子。DNADNA没有侧链。没有侧链。一、一、DNA的一级结构的一级结构 DNA字母简写字母简写:5 A P G P C P T P G

13、P C P 3 或或 5 A G C T G C 3一、一、DNA的一级结构的一级结构 公公认认的的为为1953年年watson和和 crick提提出出的的DNA双双螺螺旋旋结构模型。结构模型。二、二、DNA的二级结的二级结构构 二、二、DNA的二级结构的二级结构 1 1B-DNAB-DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点2 2双螺旋结构的稳定性双螺旋结构的稳定性3 3DNADNA双螺旋的不同类型双螺旋的不同类型（1）w两条两条多核苷酸链组成；多核苷酸链组成；w反向平行反向平行（p5-糖糖3-p的结构与的结构与p3-糖糖5-p的结构相对）的结构相对）w两条链的糖磷酸主链都是两条链的糖磷

14、酸主链都是右手螺旋右手螺旋，有一共同螺旋轴，有一共同螺旋轴1 1B-DNAB-DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点（2）两条链上的碱基互补配对：）两条链上的碱基互补配对：wA-T，C-G或或T-A，G-C；wA与与T之间为二个氢键，之间为二个氢键，C与与G之间为三个氢键。之间为三个氢键。1 1B-DNAB-DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点1 1B-DNAB-DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点双螺旋的螺距为双螺旋的螺距为3.4 nm，螺旋的直径为，螺旋的直径为2 nm，相邻碱基对平面，相邻碱基对平面间的距离是间的距离是0.34 nm。双螺旋的每一转有双螺旋的每

15、一转有10对对核苷酸，相邻核核苷酸，相邻核苷酸之间的夹角为苷酸之间的夹角为36。（3）螺螺旋旋表表面面有有一一条条大大沟沟和和一一条小沟条小沟大沟大沟小沟小沟1 1B-DNAB-DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点（4）1 1B-DNAB-DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点（5）碱基平碱基平面与双螺旋的面与双螺旋的中心轴垂直，中心轴垂直，糖环平面与中糖环平面与中心轴平行。心轴平行。1 1B-DNAB-DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点（6）双螺旋）双螺旋结构横向靠氢结构横向靠氢键稳定，纵向键稳定，纵向靠碱基堆积力靠碱基堆积力维系稳定。维系稳定。1 1B-DNA

16、B-DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点（7）一个链的碱基顺序确定后，则另一条链必有相对一个链的碱基顺序确定后，则另一条链必有相对应的碱基顺序。应的碱基顺序。碱基互补原则具有极重要意义，碱基互补原则具有极重要意义，DNA复制、转录、复制、转录、反转录等过程的分子基础都是反转录等过程的分子基础都是碱基互补配对。碱基互补配对。ATGAACAGCT TCAATAAGGA CGAGTTTGACTACTTGTCGA AGTTATTCCT GCTCAAACTG（1 1）氢键；）氢键；（2 2）离子键及范德华力；）离子键及范德华力；（3 3）碱基堆积力；）碱基堆积力；2 2双螺旋结构的稳定性双螺旋

17、结构的稳定性（1 1）氢键：）氢键：两两条条链链间间碱碱基基的的相相互互作作用用，A A与与T T之之间间为为二二条条氢氢键键，C C与与G G之之间间为为三三条条氢氢键键。氢氢键键作作用用力力很很弱弱，但但DNADNA分分子子中中存存在在大大量量氢氢键键，因因此此氢氢键为一重要稳定因素；键为一重要稳定因素；2 2双螺旋结构的稳定性双螺旋结构的稳定性（2 2）离离子子键键及及范范德德华华力力：DNADNA分分子子中中磷磷酸酸基基因因在在生生理理条条件件下下解解离离，使使DNADNA成成为为一一种种多多阴阴离离子子，这这有有利利于于它它与与带带正正电电荷荷的的其其它它阳阳离离子子基基团团发发生生

18、静静电电作作用用，这这样样减少双链间的静电排斥，有利于双螺旋的稳定；减少双链间的静电排斥，有利于双螺旋的稳定；（3 3）碱碱基基堆堆积积力力：目目前前普普遍遍认认为为堆堆积积碱碱基基间间的的疏疏水水作作用用是是稳稳定定DNADNA结结构构的的更更重重要要的的因因素素。大大量量碱碱基基层层层层堆堆积积，两两相相邻邻碱碱基基的的平平面面十十分分贴贴近近，于于是是使使双双螺螺旋旋结结构构内内部部形形成成一一个个强强大大的的疏疏水水区区，与与介介质质中中的的小小分分子子隔隔开，有利于互补碱基之间氢键的形成；开，有利于互补碱基之间氢键的形成；2 2双螺旋结构的稳定性双螺旋结构的稳定性3 3DNADNA双

19、螺旋的不同类型双螺旋的不同类型B型型DNA（BDNA）:在在相相对对湿湿度度为为92%时，所得到的时，所得到的DNA钠盐纤维；钠盐纤维；A型型DNA（ADNA）:在在相相对对湿湿度度低于低于75%时，获得的时，获得的DNA钠盐纤维；钠盐纤维；此外还有此外还有ZDNA等；等；3 3DNADNA双螺旋的不同类型双螺旋的不同类型三、基因组三、基因组基因组基因组是指生物体的单倍体细胞核、细胞器是指生物体的单倍体细胞核、细胞器或病毒粒子所含的全部或病毒粒子所含的全部DNA分子或分子或RNA分子分子的总和。的总和。为了揭示生命奥秘，必须要测定生物体的基为了揭示生命奥秘，必须要测定生物体的基因组序列因组序列

20、-基因组计划基因组计划。目前已经完成了病毒、大肠杆菌、酵母、果目前已经完成了病毒、大肠杆菌、酵母、果蝇、玉米、水稻和人类基因组的测序，得出人蝇、玉米、水稻和人类基因组的测序，得出人类基因组的大小为类基因组的大小为3109 bp，用于编码蛋白质，用于编码蛋白质的基因序列约为的基因序列约为31 000个，只占基因组的个，只占基因组的1.1%1.4%。一、一、RNA的一级结构的一级结构 二、二、RNA的高级结构的高级结构 第四节第四节 RNARNA的结构的结构 1.1.一级结构的定义一级结构的定义2.2.一级结构的特点一级结构的特点一、一、RNA的一级结构的一级结构 1.1.一级结构的定义一级结构的

21、定义RNA的一级结构指的的一级结构指的是多核苷酸链中是多核苷酸链中核糖核核糖核苷酸苷酸的排列顺序，即多的排列顺序，即多核苷酸链中核苷酸链中碱基碱基的排列的排列顺序。顺序。RNA也是无分支的也是无分支的线线形形结构。结构。含腺嘌呤、鸟嘌呤、含腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶四种胞嘧啶和尿嘧啶四种碱基，尚含有多种碱基，尚含有多种“稀有碱基稀有碱基”和特殊形和特殊形式的核苷。式的核苷。其中以各种甲基化其中以各种甲基化的碱基和的碱基和“假尿嘧啶假尿嘧啶核苷核苷”尤为丰富。尤为丰富。假尿苷假尿苷 这些不寻常的成分可能与这些不寻常的成分可能与tRNA的生物学功的生物学功能有一定的关系。能有一定的关系。1.1

22、.一级结构的定义一级结构的定义含量含量:占总占总RNARNA的的5%5%。存存在在：在在细细胞胞核核中中以以DNADNA为为模模板板被被合合成成以以后后，可可能能暂暂存存于于核核仁仁内内，也也可可能能立立即即转转移移到到胞胞质质中中，并并以以每每分分子子mRNAmRNA与与几几个个或或几几十十个个核核蛋蛋白白体体结结合合成成串串珠珠样样的多核蛋白体形式而存在。的多核蛋白体形式而存在。特特点点：一一般般都都很很不不稳稳定定，代代谢谢活活跃跃，更更新新迅迅速速，寿命较短，种类很多。寿命较短，种类很多。功功能能:在在蛋蛋白白质质生生物物合合成成中中起起传传递递遗遗传传信信息息的的作作用，故也叫信息用

23、，故也叫信息RNARNA（iRNAiRNA）。）。2.2.一级结构的特点（一级结构的特点（mRNAmRNA）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片段片段顺反子：顺反子：mRNA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。单顺反子：单顺反子：只编码一个蛋白质的只编码一个蛋白质的mRNA。polyApolyA片段：片段：指指10200个多聚腺苷酸，这与个多聚腺苷酸，这与mRNA顺顺利通过核膜进入胞浆有关，也与利通过

24、核膜进入胞浆有关，也与mRNA从细胞核转移从细胞核转移到核糖体的过程有关，也有人认为与病毒侵染性有关。到核糖体的过程有关，也有人认为与病毒侵染性有关。“帽子帽子”结构：结构：5-末端的末端的G被甲基化，通过焦磷酸与被甲基化，通过焦磷酸与另一个发生了核糖上甲基化的核苷酸以另一个发生了核糖上甲基化的核苷酸以5、5-磷酸二磷酸二酯键相连酯键相连,此结构对此结构对mRNA的翻译活性是重要的。的翻译活性是重要的。2.2.一级结构的特点（一级结构的特点（mRNAmRNA）2.2.一级结构的特点（一级结构的特点（mRNAmRNA）含量：含量：占细胞总占细胞总RNA的的75-80%。存存在在：与与蛋蛋白白质质

25、结结合合成成核核蛋蛋白白的的形形式式，存存在在于于细胞质的核蛋白体中。细胞质的核蛋白体中。功功能能：以以核核蛋蛋白白体体的的形形式式在在蛋蛋白白质质生生物物合合成成中中提供合适的工作场所。提供合适的工作场所。分分子子量量:它它的的分分子子量量都都比比较较大大，大大肠肠杆杆菌菌核核糖糖体体中中有有三三类类rRNA（它它们们的的沉沉降降系系数数分分别别为为5S、16S、23S）；动动物物细细胞胞核核糖糖体体rRNA有有四四类类（5S、5.8S、18S和和28S）。）。2.2.一级结构的特点（一级结构的特点（rRNArRNA）大肠杆菌大肠杆菌5SRNA5SRNA的结构的结构2.2.一级结构的特点（一

26、级结构的特点（rRNArRNA）原核生物：原核生物：是由是由30S和和50S两个亚基组两个亚基组成的成的70S的的rRNA和蛋白质聚合体，其中和蛋白质聚合体，其中rRNA含含66。真核生物：真核生物：是由是由60S和和40S两个亚基组两个亚基组成的成的80S的的rRNA和蛋白质聚合体，其中和蛋白质聚合体，其中rRNA含含60。2.2.一级结构的特点（一级结构的特点（rRNArRNA）含量：含量：约占细胞总约占细胞总RNARNA的的101015%15%。存存在在：tRNAtRNA溶溶于于“胞胞液液”部部分分中中，它它们们以以自自由由状态或以氨基酸结合状态而存在。状态或以氨基酸结合状态而存在。分子

27、量：分子量：由由60609595个核苷酸残基组成，都较小个核苷酸残基组成，都较小功功能能：蛋蛋白白质质的的生生物物合合成成中中起起选选择择性性运运输输原原料料（氨氨基基酸酸）的的作作用用，因因此此把把tRNAtRNA叫叫受受体体RNARNA。每每种种氨基酸都有对应的一种或几种氨基酸都有对应的一种或几种tRNAtRNA。2.2.一级结构的特点（一级结构的特点（tRNAtRNA）tRNAtRNA的三叶草型结构特点（总）的三叶草型结构特点（总）反反密码环密码环二、二、RNA的高级结构的高级结构 氨基酸接受区（氨氨基酸接受区（氨基酸臂）基酸臂）二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区反密码区反密码区TCTC区区额外环

28、（可变区）额外环（可变区）氨基酸臂二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区额外环额外环TC区tRNA分分 子子 中中 含含有有修修饰饰碱碱基基，但但多多少少不不等等。在在某某些些位位置置上上的的核核苷苷酸酸对对于于所所有有的的tRNA都都是是同同样样的的，或或变变化化很很少叫做不变核苷酸。少叫做不变核苷酸。稀有碱基稀有碱基二、二、RNA的高级结构的高级结构 第五节第五节 核酸的性质及分离、分析核酸的性质及分离、分析 一、核酸的理化性质一、核酸的理化性质二、核酸的分离二、核酸的分离三、核酸的分析三、核酸的分析四、核酸测序的研究方法四、核酸测序的研究方法1 1相对分子质量相对分子质量2 2粘度与沉降特性粘度与沉降

29、特性3 3紫外吸收紫外吸收4 4变性与复性变性与复性5 5熔解温度熔解温度6 6克原子磷消光系数克原子磷消光系数一、核酸的理化性质一、核酸的理化性质 纯品纯品DNA为白色纤为白色纤维状固体，维状固体，RNA为白为白色粉末。色粉末。DNA、RNA及核苷及核苷酸为极性化合物，溶酸为极性化合物，溶于水，不溶于有机溶于水，不溶于有机溶剂。剂。DNA能被乙醇和能被乙醇和异戊醇沉淀。异戊醇沉淀。核酸的物理特性核酸的物理特性核酸的两性解离核酸的两性解离DNA和和RNA都为两性电解质，都为两性电解质，具有等电点。具有等电点。核酸在核酸在pH4时，带负电荷时，带负电荷等电点（等电点（pI）：）：pIpIpKa1

30、pKa1pKa2pKa22 2 DNA的相对分子质量较大，一般的相对分子质量较大，一般为为106109 bp，大多数，大多数DNA为线性分为线性分子，分子极不对称，虽然其长度可达子，分子极不对称，虽然其长度可达厘米级但分子的直径只有纳米级。厘米级但分子的直径只有纳米级。RNA的相对分子质量较小，通常为的相对分子质量较小，通常为104106 bp。1 1相对分子质量相对分子质量 DNA能被乙醇和异戊醇沉淀。能被乙醇和异戊醇沉淀。DNA分子的粘度比分子的粘度比RNA分子的粘度要分子的粘度要大得多大得多。不同相对分子质量的核酸沉降速度不不同相对分子质量的核酸沉降速度不同。一般情况下，超螺旋同。一般情

31、况下，超螺旋DNA 环状环状DNA 线形线形DNA。2 2粘度与沉降特性粘度与沉降特性嘌呤碱与嘧啶碱有嘌呤碱与嘧啶碱有共轭双键，使碱基共轭双键，使碱基核苷、核苷酸和核核苷、核苷酸和核酸在酸在240290nm紫紫外波段有一强烈的外波段有一强烈的吸收峰，最大吸收吸收峰，最大吸收值在值在260nm附近。附近。3 3紫外吸收紫外吸收4 4变性与复性变性与复性（变性）（变性）定义：定义：指核酸双螺旋区氢键断裂，变成单链，它并不涉指核酸双螺旋区氢键断裂，变成单链，它并不涉及共价键（磷酸二酯键）的断裂。及共价键（磷酸二酯键）的断裂。变性因素：变性因素：热变性、酸碱变性和化学变性等。热变性、酸碱变性和化学变性

32、等。定义：定义：变性变性DNADNA在适当条件下，又可使两条彼此分开的链在适当条件下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成双螺旋结构。重新缔合成双螺旋结构。高温变性高温变性高温变性高温变性缓缓缓缓慢慢慢慢冷冷冷冷却却却却热复性热复性退火退火4 4变性与复性变性与复性（复性）（复性）DNADNA复性后，许多物化性质又得到恢复，生物活性可以得复性后，许多物化性质又得到恢复，生物活性可以得到部分恢复。但将热变性的到部分恢复。但将热变性的DNADNA骤然冷却，不能复性，只骤然冷却，不能复性，只有缓慢冷却时才可以复性。有缓慢冷却时才可以复性。高温变性高温变性高温变性高温变性缓缓缓缓慢慢慢慢冷冷冷冷却却却却热

33、复性热复性急急急急速速速速冷冷冷冷却却却却复性失败复性失败4 4变性与复性变性与复性（复性）复性）4 4变性与复性变性与复性（复性）复性）影响核酸复性速度的因素很多：影响核酸复性速度的因素很多：核酸浓度越高，随机碰撞的频率越高，复性核酸浓度越高，随机碰撞的频率越高，复性速度越快。速度越快。核酸分子越大，链间错配频率越高，复性速核酸分子越大，链间错配频率越高，复性速度越慢。度越慢。核酸链内重复序列多，易形成互补配对，复核酸链内重复序列多，易形成互补配对，复性速度较快。性速度较快。维持一定的溶液离子强度，消弱磷酸基静电维持一定的溶液离子强度，消弱磷酸基静电斥力，可加快复性速度。斥力，可加快复性速度

34、。选择最佳的复性温度，温度太高会使核酸发选择最佳的复性温度，温度太高会使核酸发生变性，而温度过低会使错配的两链无法分开。生变性，而温度过低会使错配的两链无法分开。通常把通常把DNADNA的双螺旋结构失去一半时的温度称该的双螺旋结构失去一半时的温度称该DNADNA的溶点或溶解温度，用的溶点或溶解温度，用TmTm表示，表示，DNADNA的的TmTm值一般值一般在在707085850 0C C之间。之间。变变性性的的相相对对量量温度温度0 0C C60801001.01.21.41.60TmTmTmTmTmTm100%Poly d(A-T)Poly d(G-C)DNA5 5熔解温度熔解温度 TmTm

35、值的大小与下列因素有关：值的大小与下列因素有关：（1 1）DNADNA的均一性的均一性 （2 2）G-CG-C含量含量 （3 3）介质中的离子强度）介质中的离子强度5 5熔解温度熔解温度（1 1）DNADNA的均一性：的均一性：一般均一性越高，一般均一性越高，TmTm值的变动值的变动范围越小。范围越小。（2 2）G-CG-C含量：含量：G-CG-C含量越高，含量越高，TmTm值越大，值越大，TmTm与与G-CG-C含量成正比关系。因为含量成正比关系。因为G-CG-C比比A-TA-T更稳定（氢键）。更稳定（氢键）。TmTm与所含与所含G-CG-C的多少的关系，可用经验公式计算不的多少的关系，可用

36、经验公式计算不同同DNADNA的的TmTm：（G GC C）(Tm(Tm69.3)69.3)2.442.445 5熔解温度熔解温度（3 3）介质中的离子强度：）介质中的离子强度：一般离子强度一般离子强度较低，较低，DNADNA的的TmTm值也较低，范围也越窄。值也较低，范围也越窄。温度温度0 0C C70801001.21.41.5901.11.3 A A 2602600.010.020.050.20.10.51.0大肠杆菌大肠杆菌DNADNA在不同在不同KClKCl浓度下的浓度下的TmTm5 5熔解温度熔解温度6 6摩尔磷吸光系数摩尔磷吸光系数核酸分子中磷原子的含量基本稳定。核酸分子中磷原子

37、的含量基本稳定。根据磷的含量测定核酸溶液的吸光根据磷的含量测定核酸溶液的吸光度，以每升核酸溶液中一摩尔磷为标度，以每升核酸溶液中一摩尔磷为标准来计算核酸的吸光系数，就叫做准来计算核酸的吸光系数，就叫做摩摩尔磷吸光系数尔磷吸光系数，用，用（P）表示。表示。二、核酸的分离二、核酸的分离核酸的分离原则：核酸的分离原则：尽量简化操作，缩短提取过程；尽量简化操作，缩短提取过程；减少化学物质对核酸的降解；减少化学物质对核酸的降解；减少核酸的生物降解；减少核酸的生物降解；减少物理因素对核酸的降解。减少物理因素对核酸的降解。二、核酸的分离二、核酸的分离核酸的分离方法：核酸的分离方法：细胞裂解；细胞裂解；酶处理

38、；酶处理；核酸的分离提纯：核酸的分离提纯：盐提取法盐提取法酚提取法酚提取法层析法。层析法。三、核酸的分析三、核酸的分析纯纯DNA的的OD260/2801.8。纯纯RNA OD260/2802.0，如果样品中含有杂，如果样品中含有杂蛋白，比值会明显下降。蛋白，比值会明显下降。如果如果OD260/2301.8时样品是纯的，否则样时样品是纯的，否则样品中含有杂多糖。通常品中含有杂多糖。通常1.0 OD相当于相当于50g/mL的双螺旋的双螺旋DNA或或 40 g/mL单链单链DNA（或（或RNA）。）。紫外法紫外法1977年两位学者分别提出了年两位学者分别提出了化学断裂法化学断裂法和和双脱氧链终止法双

39、脱氧链终止法。这两种方法的基本原理相同，都是用不同这两种方法的基本原理相同，都是用不同的专一性手段使被分析的的专一性手段使被分析的DNA分子断裂成分子断裂成若干带放射性标记的、长短不一的片段，若干带放射性标记的、长短不一的片段，然后用测然后用测DNA片段的相对长度来测核苷酸片段的相对长度来测核苷酸的顺序。的顺序。四、核酸测序的研究方法四、核酸测序的研究方法SangerSanger双脱氧链终止法双脱氧链终止法四、核酸测序的研究方法四、核酸测序的研究方法GilbertGilbert化学断裂法化学断裂法四、核酸测序的研究方法四、核酸测序的研究方法DNA片段一端用放射性标记，片段一端用放射性标记，用碱

40、基特异性的化学反应裂用碱基特异性的化学反应裂解解DNA，通过标定末端与断，通过标定末端与断裂位点之间的距离来确定碱裂位点之间的距离来确定碱基的位置。基的位置。四、核酸测序的研究方法四、核酸测序的研究方法最新的测序方法：最新的测序方法：焦磷酸测序技术：焦磷酸测序技术：Roche公司的公司的GS FLX系统（系统（454系统）；系统）；桥扩增测序技术：桥扩增测序技术：Illumina公司的公司的Genome Analyzer系统系统（Solexa系统）；系统）；连接测序技术：连接测序技术：ABI公司的公司的SOLiD系统；系统；第六节第六节 核酸的应用研究核酸的应用研究 一、人类基因组计划一、人类

41、基因组计划二、分子杂交二、分子杂交三、小三、小RNARNA和微小和微小RNARNA四、反义四、反义RNARNA一、人类基因组计划一、人类基因组计划1990年，美国国会批准美年，美国国会批准美国的国的“人类基因组计划人类基因组计划”于于10月月1日正式启动。美日正式启动。美国的人类基因组计划总体国的人类基因组计划总体规划是：拟在规划是：拟在15年内至少年内至少投入投入30亿美元，进行对人亿美元，进行对人类全基因组的分析。类全基因组的分析。一、人类基因组计划一、人类基因组计划20032003年年4 4月月l4l4日，美、英、日、德、法、中六国首日，美、英、日、德、法、中六国首脑发表了脑发表了“人类

42、基因组联合宣言人类基因组联合宣言”，宣告，宣告“人类基人类基因组计划因组计划”提前完成。提前完成。一、人类基因组计划一、人类基因组计划美国：美国：WASHWASHMITMIT等研究中心，贡献率为等研究中心，贡献率为5454；英国：英国：SANGERSANGER等研究中心，贡献率为等研究中心，贡献率为3333；日本：日本：RIKENRIKEN等研究中心，贡献率为等研究中心，贡献率为7 7；法国：法国：GENOSCOPEGENOSCOPE研究中心，贡献率为研究中心，贡献率为2.82.8；德国：德国：IMBIMB等研究中心，贡献率为等研究中心，贡献率为2.22.2；中国：华大基因等，贡献率为中国：华

43、大基因等，贡献率为1 1；一、人类基因组计划一、人类基因组计划2002,12,18日，水稻日，水稻基因组由中国领衔完基因组由中国领衔完成。成。一、人类基因组计划一、人类基因组计划20072007年年1010月月1111日，我国科学家成功日，我国科学家成功绘绘制出第一个制出第一个完整中国人基因完整中国人基因组图谱组图谱（炎黄一号），（炎黄一号），这这也是第也是第一个一个亚亚洲人全基因序列洲人全基因序列图谱图谱。20082008年年1010月月1111日，我国科学家成功日，我国科学家成功绘绘制出大熊猫制出大熊猫晶晶的基因晶晶的基因组组序列。序列。玉米、水稻、猪、家蚕等生物的玉米、水稻、猪、家蚕等生

44、物的DNADNA全序列也被全序列也被陆陆续测续测定，目前科学家的研究中心开始定，目前科学家的研究中心开始转转移到移到对对基因基因组组的功能研究上，的功能研究上，产产生了基因生了基因组组学学这这一新的学科。一新的学科。一、人类基因组计划一、人类基因组计划破破破破译译译译基因基因基因基因组组组组的全部的全部的全部的全部遗传遗传遗传遗传信信信信;利用基因利用基因利用基因利用基因组组组组学信息和生物技学信息和生物技学信息和生物技学信息和生物技术术术术改善全人改善全人改善全人改善全人类类类类的健康的健康的健康的健康;蛋白蛋白蛋白蛋白质组质组质组质组学和学和学和学和结结结结构基因构基因构基因构基因组组组组

45、学学学学：阐释阐释阐释阐释基因基因基因基因组组组组中全部基因及其中全部基因及其中全部基因及其中全部基因及其编编编编码码码码蛋白蛋白蛋白蛋白质质质质的功能以及的功能以及的功能以及的功能以及结结结结构与功构与功构与功构与功能的关系。能的关系。能的关系。能的关系。后基因后基因后基因后基因组时组时组时组时代代代代（Postgenome eraPostgenome eraPostgenome eraPostgenome era）概念：概念：两种来两种来源不同，具有互源不同，具有互补碱基序列的多补碱基序列的多核苷酸片段在溶核苷酸片段在溶液中冷却时，可液中冷却时，可以再形成双螺旋以再形成双螺旋结构，称为杂交

46、结构，称为杂交作用。作用。DNA和和DNA杂杂交以及交以及DNA和和RNA杂交在核酸杂交在核酸技术中占有十分技术中占有十分重要的地位。重要的地位。二、分子杂交二、分子杂交种类：种类：13wSouthern印迹法印迹法（Southern bloting：DNA-DNA）。）。wNorthern印迹法印迹法（Northern bloting：DNA-RNA）。）。wWestern印迹法印迹法（Western bloting：抗原：抗原-抗体）抗体）。小小RNARNA：19981998年发现一些小年发现一些小RNARNA具有调控具有调控DNADNA分子的功能，这种机制叫做分子的功能，这种机制叫做RN

47、ARNA干扰干扰（RNAiRNAi）。微小微小RNARNA：191925nt25nt组成的，具有负调控组成的，具有负调控功能的功能的RNARNA分子。分子。小小RNARNA和微小和微小RNARNA技术主要应用于癌症的技术主要应用于癌症的预防、诊断和治疗方面。预防、诊断和治疗方面。三、小三、小RNA和微小和微小RNA反义反义RNARNA是指与目标核酸是指与目标核酸(如如mRNAmRNA或或DNA)DNA)互补互补的的RNARNA分子，能抑制目标核酸的翻译的分子，能抑制目标核酸的翻译的RNARNA分子。分子。反义反义RNARNA技术目前在植物基因工程和人类疾病技术目前在植物基因工程和人类疾病治疗方面具有广泛的应用。治疗方面具有广泛的应用。四、反义四、反义RNA