核酸3学习教程.pptx

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1、第一节：核酸的一般概述第一节：核酸的一般概述DNA(脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸)RNA（核糖核酸）（核糖核酸）分布分布98%于细胞核中，少量于细胞核中，少量存于线粒体和叶绿体中存于线粒体和叶绿体中90%cell质中，质中，10%细胞核中，其中：细胞核中，其中：tRNA15%，mRNA5%,rRNA80%生物功能生物功能遗传物质基础（主要）遗传物质基础（主要）含基因含基因传递遗传物质，指导蛋传递遗传物质，指导蛋白质合成，有时白质合成，有时RNA也也是遗传物质是遗传物质核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸D2脱氧核糖脱氧核糖A、C、G、T磷酸磷酸D核糖核糖A、C、G、U磷酸磷酸第1页/共43页核酸的种类核酸的种

2、类v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（DNADNA）Deoxyribonucleic AcidDeoxyribonucleic Acid核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）Ribonucleic AcidRibonucleic Acid。第2页/共43页脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）vDNADNA分子含有生物物种分子含有生物物种的所有遗传信息，分子的所有遗传信息，分子量一般都很大。量一般都很大。vDNADNA为双链分子，其中为双链分子，其中大多数是链状结构大分大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状子，也有少部分呈环状结构。结构。第3页/共43页核糖核酸（核糖

3、核酸（RNARNA）vRNARNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传信息的遗传信息的翻译和表翻译和表达达，分子量要比，分子量要比DNADNA小得多。小得多。RNARNA为单链为单链分子。分子。v根据根据RNARNA功能，可以分为功能，可以分为mRNAmRNA（Messenger RNA）、tRNAtRNA（Transfer RNA）和和rRNArRNA（Ribosome RNA）三种。三种。第4页/共43页第二节：核酸的化学组成第二节：核酸的化学组成v核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是一种线性多聚核苷）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是酸，它的基本结构单元是核苷酸核苷酸。v核

4、苷酸核苷酸本身由本身由核苷核苷和和磷酸磷酸组成组成,v而而核苷核苷则由则由戊糖戊糖和和碱基碱基形成。形成。vDNADNA与与RNARNA结构相似，但在组成成份上略结构相似，但在组成成份上略有不同。有不同。第5页/共43页第6页/共43页（1）组成核甘的碱基）组成核甘的碱基v腺嘌呤Ademinev鸟嘌呤Guaninev尿嘧啶 Uracilv胞嘧啶Cytosinev胸腺嘧啶Thymine第7页/共43页v腺嘌呤腺嘌呤Adenine第8页/共43页v鸟嘌呤鸟嘌呤guanine第9页/共43页v尿嘧啶尿嘧啶uracil第10页/共43页v胞嘧啶胞嘧啶cytosine第11页/共43页v胸腺嘧啶胸腺嘧啶

5、thymine第12页/共43页（2）组成核甘的戊糖）组成核甘的戊糖v组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNADNA所含的糖为所含的糖为-D-D-2-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNARNA所含的糖则为所含的糖则为-D-D-核糖。核糖。第13页/共43页（3）核甘）核甘v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糖苷键糖苷键第14页/共43页（4）核甘酸）核甘酸v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结构单结构单元的核苷酸分别是元的核苷酸分别是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

6、核苷。第15页/共43页第三节：核酸的分子结构第三节：核酸的分子结构v一、DNA的分子结构v二、RNA的分子结构第16页/共43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v概念概念：DNADNA的一级结构是指的一级结构是指DNADNA分子中脱氧核苷酸的排列分子中脱氧核苷酸的排列顺序。顺序。不同的不同的DNADNA分子（或片段）其一级结构不同，即脱氧核苷酸分子（或片段）其一级结构不同，即脱氧核苷酸排列顺序不同，也就是碱基排列顺序不同。排列顺序不同，也就是碱基排列顺序不同。v意义：意义：遗传信息遗传信息v基本结构单位基本结构单位：脱氧核糖核苷酸：脱氧核糖核

7、苷酸v连接键连接键：3 3，5 5磷酸二酯键磷酸二酯键v书写及阅读方向书写及阅读方向：从：从5 5端到端到3 3端端第17页/共43页v（二）二）DNA的二级结构的二级结构概念：概念：DNA的二级结构是指的二级结构是指DNA的双螺旋的双螺旋结构。结构。第18页/共43页DNADNA的二级结构的二级结构v19531953年，年，J.WatsonJ.Watson和和F.Crick F.Crick 在前人在前人研究工作的基础上，研究工作的基础上，根据根据DNADNA结晶的结晶的X-X-衍衍射图谱和分子模型，射图谱和分子模型，提出了著名的提出了著名的DNADNA双双螺旋结构模型，并螺旋结构模型，并对模

8、型的生物学意对模型的生物学意义作出了科学的解义作出了科学的解释和预测释和预测第19页/共43页nDNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点lDNADNA分子由两条分子由两条DNADNA单单链组成。链组成。lDNADNA的双螺旋结构是分的双螺旋结构是分子中两条子中两条DNADNA单链之间基单链之间基团相互识别和作用的结团相互识别和作用的结果。果。l双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二级二级结构的最基本形式结构的最基本形式。第20页/共43页DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点（1 1）DNADNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称简称DNADNA单链单

9、链)组成组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即，即其中一条链的方向为其中一条链的方向为5353，而另一条链的方向，而另一条链的方向为为3535。第21页/共43页DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点v（2 2）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成基环平面成9090角角v（3 3）螺旋横截面的直径约为螺旋横

10、截面的直径约为2 nm2 nm，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3.4 nm3.4 nm，每，每1010个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为（即螺旋旋转一圈）高度为34 nm34 nm。v（4 4）两条两条DNADNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律严格的配对规律，即，即腺嘌呤（腺嘌呤（A A）与胸腺嘧啶（）与胸腺嘧啶（T T）结合，鸟嘌呤（）结合，鸟嘌呤（G G）与胞嘧啶）与胞嘧啶（

11、C C）结合，这种配对关系，称为碱基互补。）结合，这种配对关系，称为碱基互补。A A和和T T之间形成两之间形成两个氢键，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。v在在DNADNA分子中，分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。第22页/共43页DNADNA双螺旋的稳定性双螺旋的稳定性vDNADNA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。v维持这种稳定性的因素包括：两条维持这种稳定性的因素包括：两条DNADNA链之间形成链之间形成的氢键。的氢键。v由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质由于双螺旋结构内部

12、形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子（如子（如NaNa+、K K+和和MgMg2+2+）中和了磷酸基团的负电荷，）中和了磷酸基团的负电荷，降低了降低了DNADNA链之间的排斥力、范德华引力等。链之间的排斥力、范德华引力等。v改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。性。第23页/共43页（三）（三）DNADNA的三级结构的三级结构概念：概念：DNA的三级结构是指双螺旋进一步扭曲的三级结构是指双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构，也就是比双螺旋更形成的更高层次的空间结构，也

13、就是比双螺旋更为复杂的构象。为复杂的构象。DNA的三级结构包括线状的三级结构包括线状DNA形形成的纽结、超螺旋和多重螺旋以及环状的结、超成的纽结、超螺旋和多重螺旋以及环状的结、超螺旋和连环等多种类型，其中超螺旋是最常见的螺旋和连环等多种类型，其中超螺旋是最常见的三级结构三级结构。第24页/共43页二、二、RNARNA的结构特点的结构特点v（一）（一）RNA的一级结构特点的一级结构特点v（二）（二）RNA的高级结构特点的高级结构特点第25页/共43页vmRNAmRNA一级结构的特点一级结构的特点v真核细胞真核细胞mRNAmRNA的的3 3-末端有一段长达末端有一段长达200200个核苷个核苷酸左

14、右的聚腺苷酸酸左右的聚腺苷酸(polyA)polyA)，称为称为 “尾结构尾结构”，5 5-末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为“帽帽结构结构”。（一）（一）RNARNA一级结构的特点一级结构的特点第26页/共43页（二）（二）RNARNA的高级结构特点的高级结构特点vRNARNA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嘌呤呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。vRNARNA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

15、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。这这种种结结构可以形象地称为构可以形象地称为“发夹型发夹型”结构。结构。第27页/共43页v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是是A A与与U U、G G与与C C，但但配配对对情情况况不不象象DNADNA中中严严格格。G G 除除了了可可以以和和C C 配配对对外外，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,其其二二级级结结构构有有明显的差异。明显的差异。vtRNAtRNA中中除除了了常常见见的的碱碱基基外外

16、，还还存存在在一一些些稀稀有有碱碱基，这类碱基大部分位于突环部分基，这类碱基大部分位于突环部分.第28页/共43页RNA的二级结构的二级结构vtRNAtRNA的二级结构都呈的二级结构都呈“三叶草三叶草”形状，形状，在结构上具有某些共在结构上具有某些共同之处，一般可将其同之处，一般可将其分为五臂四环：包括分为五臂四环：包括氨基酸接受区、反密氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、码区、二氢尿嘧啶区、T T C C区和可变区。除区和可变区。除了氨基酸接受区外，了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一其余每个区均含有一个突环和一个臂。个突环和一个臂。第29页/共43页tRNAtRNA的三级结构的三级结构v

17、在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对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成对，目前已的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的知的tRNAtRNA的三级结构均为的三级结构均为倒倒L L型型。第30页/共43页第31页/共43页第四节：核酸的理化性质第四节：核酸的理化性质v一、核酸的紫外吸收一、核酸的紫外吸收v二、变性与复性二、变性与复性v三、两性解离三、两性解离v四、核酸的物理性质四、核酸的物理性质第32页/共43页一、核酸的紫外吸收一、核酸的紫外吸收v在核酸分子中，由于在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而共轭双键体系，

18、因而具有独特的紫外线吸具有独特的紫外线吸收光谱，一般在收光谱，一般在260nm260nm左右有最大吸左右有最大吸收峰，可以作为核酸收峰，可以作为核酸及其组份定性和定量及其组份定性和定量测定的依据测定的依据第33页/共43页二、核酸的变性与复性二、核酸的变性与复性v（1 1）核酸的变性核酸的变性v核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。变性核酸将失去其部键断裂，变成单链结构的过程。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构键

19、的断裂，所以它的一级结构(碱基顺序碱基顺序)保持不变。保持不变。v能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。RNARNA本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性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质变化没有DNADNA那样明显。那样明显。第34页/共43页v利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。性的情况。v而而RNARNA变性后，约增加变性后，约增加1.1%1.1%。这种现象称。这种现象称为增色效

20、应。为增色效应。第35页/共43页DNADNA变性变性第36页/共43页（2）核酸的复性）核酸的复性v变性变性DNADNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。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。般只能得到部分的恢复。vDNADNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。复性的程度、速率与复性过程的条件有关。v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

21、可能复性。不可能复性。但是将变性的但是将变性的DNADNA缓慢冷却时，可以复性。缓慢冷却时，可以复性。分子量越分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，DNADNA的的复性也与它本身的组成和结构有关。复性也与它本身的组成和结构有关。第37页/共43页DNADNA复性复性第38页/共43页三、核酸的两性解离三、核酸的两性解离v核酸的两性性质及等电点核酸的两性性质及等电点v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）也含有碱性基团（氨基），因而核酸也具有两性性质。也含有碱性基团（氨基），因而核酸也具有

22、两性性质。v由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性（氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。如（氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。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。vRNARNA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-OH2-OH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没没有这种作用。有这种作用。第39页/共43页四、核酸的物理性质四、核酸的物理性质vDNA为白色纤

23、维状固体，为白色纤维状固体，RNA为白色粉末状为白色粉末状固体，它们都微溶于水，其钠盐在水中的溶解固体，它们都微溶于水，其钠盐在水中的溶解度较大。度较大。第40页/共43页核酸小结核酸小结v本章要求：本章要求：熟悉核酸的种类，分布与功能；掌熟悉核酸的种类，分布与功能；掌握核酸的化学组成，核酸的分离及其理化性质；握核酸的化学组成，核酸的分离及其理化性质；核酸的分子结构。核酸的分子结构。v重点：重点：核酸的分子结构。核酸的分子结构。v难点：难点：DNA的双螺旋结构及的双螺旋结构及tRNA的三叶结构。的三叶结构。第41页/共43页思考题？思考题？v1、在一个在一个DNA分子中，若分子中，若A所占摩尔数为所占摩尔数为32.8%，则，则G的摩尔多少？的摩尔多少？v2、核甘酸除去磷酸基后称为核甘酸除去磷酸基后称为？v3、碱基与戊糖间是碱基与戊糖间是CC连接的是连接的是核甘核甘？v4、tRNA的二级结构是的二级结构是型，三级结构是型，三级结构是型型？v5、DNA的三级结构是以的三级结构是以形式连而成，此结形式连而成，此结构形式是构形式是的基本结构单位的基本结构单位。第42页/共43页感谢您的观看。感谢您的观看。第43页/共43页