核酸的化学学习教案.pptx

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1、会计学1核酸核酸(h sun)的化学的化学第一页，共83页。一、核酸一、核酸(h sun)的概念和重要性的概念和重要性1869年Miescher从细胞核中分离(fnl)出核素（nuclein）。1889年Altman制备(zhbi)了核酸（nucleicacid）。193040年，Kossel&Levene等确定核酸的组分：核酸核酸脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）核糖核酸核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）“四种核苷酸假说四种核苷酸假说”：核酸由四种核苷酸组成的单体构成的，缺乏结构方面的多样性。第1页/共82页第二页，共83页。20世纪

2、世纪40年代年代(nindi)末，末，Avery 的的“肺炎双球菌转化肺炎双球菌转化”实验实验证明证明DNA是有机体的遗传物质：是有机体的遗传物质：DNA无荚膜，不致病温育有荚膜，致病传代传代有荚膜，致病有荚膜，致病有荚膜，致病有荚膜，不致病第2页/共82页第三页，共83页。1869年年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核素核素”1944年年 Avery等人证实等人证实DNA是遗传物质是遗传物质1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构1968年年 Nirenberg发现遗传密码发现遗传密码1975年年 Temin和和Balt

3、imore发现逆转录酶发现逆转录酶1981年年 Gilbert和和Sanger建立建立DNA 测序方法测序方法1985年年 Mullis发明发明PCR 技术技术1990年年 美国启动人类基因组计划美国启动人类基因组计划(HGP)1994年年 中国中国(zhn u)人类基因组计划启动人类基因组计划启动2001年年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架美、英等国完成人类基因组计划基本框架 核酸的发现核酸的发现(fxin)(fxin)和研究工作进展和研究工作进展 第3页/共82页第四页，共83页。除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为(zuwi)遗传物质外，多数有机体的遗传物质是DNA。不同有机体遗传

4、物质（信息(xnx)分子）的结构差别，使得其所含蛋白质（表现分子）的种类和数量有所差别，有机体表现出不同的形态结构和代谢类型。RNA的主要(zhyo)作用是从DNA转录遗传信息，并指导蛋白质的合成。中心法则:DNARNAProtein(生物功能)翻译转录反转录第4页/共82页第五页，共83页。核酸的分类核酸的分类核酸的分类核酸的分类(fn li)(fn li)及分布、功能及分布、功能及分布、功能及分布、功能 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(h tn(h tn h sun)90%h sun)90%以上分布于细胞核，其以上分布于细胞核，其以上分布于细胞核，其以上分布于细胞核，其余

5、分余分余分余分 (deoxyribonucleic (deoxyribonucleic 布于核外如线粒体，叶绿体，质布于核外如线粒体，叶绿体，质布于核外如线粒体，叶绿体，质布于核外如线粒体，叶绿体，质 acid,DNA)acid,DNA)粒粒粒粒,基粒基粒基粒基粒(5%)(5%)等。等。等。等。携带遗传信息携带遗传信息携带遗传信息携带遗传信息,决定细胞和决定细胞和决定细胞和决定细胞和 个体的基因型个体的基因型个体的基因型个体的基因型(genotype)(genotype)。核糖核酸核糖核酸核糖核酸核糖核酸(h tn(h tn h sun)h sun)分布于胞核分布于胞核分布于胞核分布于胞核(1

6、0%)(10%)、胞液、胞液、胞液、胞液(90%),(90%),(ribonucleic (ribonucleic 参与细胞内参与细胞内参与细胞内参与细胞内DNADNA遗传信息的表达遗传信息的表达遗传信息的表达遗传信息的表达,acid,RNA)acid,RNA)某些病毒某些病毒某些病毒某些病毒RNARNA也可作为遗传信息也可作为遗传信息也可作为遗传信息也可作为遗传信息 的载体。的载体。的载体。的载体。核核酸酸(h sun)第5页/共82页第六页，共83页。二、核酸的组成成分及连接二、核酸的组成成分及连接二、核酸的组成成分及连接二、核酸的组成成分及连接(linji)(linji)方式方式方式方式

7、(一一一一)、元素组成、元素组成、元素组成、元素组成主要元素组成：主要元素组成：主要元素组成：主要元素组成：C C C C、H H H H、O O O O、N N N N、P(911%)P(911%)P(911%)P(911%)与蛋白质比较，核酸一般不含与蛋白质比较，核酸一般不含与蛋白质比较，核酸一般不含与蛋白质比较，核酸一般不含S S S S，而，而，而，而P P P P的含量较为的含量较为的含量较为的含量较为(jio wi)(jio wi)(jio wi)(jio wi)稳定，稳定，稳定，稳定，占占占占9-11%9-11%9-11%9-11%。(二二二二)、基本构成单位：核苷酸、基本构成单

8、位：核苷酸、基本构成单位：核苷酸、基本构成单位：核苷酸(nucleotide)(nucleotide)(nucleotide)(nucleotide)核苷酸由戊糖、核苷酸由戊糖、磷酸磷酸(ln sun)和含氮碱和含氮碱三部分构成三部分构成第6页/共82页第七页，共83页。核酸核酸(h sun)nucleic acid(多核多核苷酸苷酸)核苷酸核苷酸 nucleotide(单核苷酸单核苷酸)核苷核苷 nucleoside磷酸磷酸(ln sun)phosphate嘌呤嘌呤(piolng)碱碱 purine base 或或 嘧啶碱嘧啶碱 pyrimidine base（碱基（碱基 base）核糖核糖

9、 ribose或或 脱氧核糖脱氧核糖 deoxyribose（戊糖（戊糖 amyl sugar）核酸连续水解的降解产物核酸连续水解的降解产物第7页/共82页第八页，共83页。（三）（三）（三）（三）戊戊戊戊 糖糖糖糖(核糖和脱氧核糖核糖和脱氧核糖核糖和脱氧核糖核糖和脱氧核糖)第8页/共82页第九页，共83页。OHOH2COHOHOH12OHOH2COHHOH12-D-2-核糖核糖-D-2-脱氧核糖脱氧核糖O核糖+H+糠醛甲基间苯二酚FeCl3绿色绿色(l s)产物产物脱氧核糖+H+-羟基(qingj)-酮戊醛二苯胺(bnn)蓝色产物蓝色产物RNA和和DNA定性、定量测定定性、定量测定第9页/共

10、82页第十页，共83页。（三）嘌呤（三）嘌呤(piolng)碱和嘧啶碱碱和嘧啶碱NNNNHHHHNNNNHHHH123 456789嘌呤(piolng)NH2腺嘌呤adenine（A）NNNNHHHHOH2N鸟嘌呤guanine（G）第10页/共82页第十一页，共83页。NNHHHH嘧啶(mdn)123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶(mdn)thymine（T）第11页/共82页第十二页，共83页。胺式亚胺式互变异构胺式亚胺式互变异构第12页/共82页第十三页，共83页。酮式烯醇式互变异构酮

11、式烯醇式互变异构第13页/共82页第十四页，共83页。NNOOHHH酮式HNNOOHHH酮式HHH烯醇式第14页/共82页第十五页，共83页。第15页/共82页第十六页，共83页。碱基的结构特征碱基的结构特征碱基的结构特征碱基的结构特征嘌呤嘌呤(piolng)碱碱和嘧和嘧啶碱分子中啶碱分子中都含有共轭都含有共轭双键体系，双键体系，在紫外区有在紫外区有吸收（吸收（260 nm左右）。左右）。第16页/共82页第十七页，共83页。（四）核苷（四）核苷OHOH2COHOHOH12345核糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺苷（A）糖与碱基之间的糖与碱基之间的 C-N键，键，称为称为(chn wi)C-N糖苷

12、键糖苷键第17页/共82页第十八页，共83页。糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-N键，称为键，称为(chn wi)C-N糖苷键糖苷键第18页/共82页第十九页，共83页。OHOH2COHOHOH12345核糖OHOH2COHOH12345核糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（）第19页/共82页第二十页，共83页。核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的结构的结构(jigu)与命名与命名核核苷苷和和磷磷酸酸(ln sun)以以磷磷酸酸(ln sun)酯酯键键连连接接第20页/共82页第二十一页，共83页。第21页/共82页第二十二页，共83页。（五）核苷酸（五）核

13、苷酸OHOH2COHOHOH12345核糖NNNNHHHH9腺嘌呤胸苷PO-O胸苷-5-磷酸(lnsun)AMPOPO-OADPATPPO-oO O第22页/共82页第二十三页，共83页。各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成(hchng)RNA和DNA合成(hchng)的直接原料。在体内在体内(t ni)能量代谢中的作用：能量代谢中的作用：ATP能量(nngling)“货币”UTP参加糖的互相转化与合成CTP参加磷脂的合成GTP参加蛋白质和嘌呤的合成第二信使第二信使cAMP第23页/共82页第二十四页，共83页。cAMP(3,5-环化腺苷酸环化腺苷酸)和和cGMP(3,5-环化鸟苷酸环化鸟

14、苷酸)的主要的主要功能是作为细胞功能是作为细胞(xbo)的第二信的第二信使。使。cAMP和和cGMP的环状磷酯键是的环状磷酯键是一个高能键。在一个高能键。在pH7.4,cAMP和和cGMP的水解能约为的水解能约为43.9 KJ/mol，比，比ATP水解能高得多。水解能高得多。cAMP和和cGMP第24页/共82页第二十五页，共83页。OHO-OOCH2TO=PO-35OHOHO-OOCH2GO=PO-35OHOOCH2OHOHAO=POO-35351PPPOHATGpGpTpAOHpG-T-ApGTA(六六)核酸的连接核酸的连接(linji)方式方式第25页/共82页第二十六页，共83页。第2

15、6页/共82页第二十七页，共83页。三、三、DNA核酸核酸(h sun)的结构的结构第27页/共82页第二十八页，共83页。（一）（一）DNA的一级结构的一级结构(jigu)（primary structure）DNA的一级结构(jigu):一级结构(jigu)是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所以脱氧核苷酸的序列常被认为是碱基序列（basesequence)。1 1、核苷酸的连接方式：、核苷酸的连接方式：3 3,5,5磷酸二酯键磷酸二酯键2 2、核酸的基本结构形式：多核苷酸链、核酸的基本结构形式：多核

16、苷酸链 (1)(1)信息量：信息量：4n4n (2)(2)末端：末端：5 5 端、端、3 3端端 (3)(3)多核苷酸链的方向：多核苷酸链的方向：5 5端端3 3 端端(由左至右由左至右)3 3、表示方法：结构式、线条、表示方法：结构式、线条(xintio)(xintio)式、文字缩式、文字缩写写第28页/共82页第二十九页，共83页。第29页/共82页第三十页，共83页。（二）（二）DNA的空间结构的空间结构 DNA的二级结构（的二级结构（secondary structure）碱基组成规则碱基组成规则(Chargaff规则规则)A=T，G=C；A+G=T+C(嘌呤与嘧啶的总数相等嘌呤与嘧啶

17、的总数相等)有种属特异性有种属特异性 无组织无组织(zzh)、器官特异性、器官特异性 不受年龄、营养、性别及其他环境等影响不受年龄、营养、性别及其他环境等影响第30页/共82页第三十一页，共83页。n nDNADNADNADNA分子由两条分子由两条分子由两条分子由两条DNADNADNADNA单单单单n n 链组成。链组成。链组成。链组成。n nDNADNADNADNA的双螺旋结构是的双螺旋结构是的双螺旋结构是的双螺旋结构是n n 分子中两条分子中两条分子中两条分子中两条DNADNADNADNA单链单链单链单链n n 之间基团相互识别和之间基团相互识别和之间基团相互识别和之间基团相互识别和n n

18、 作用作用作用作用(zuyng)(zuyng)(zuyng)(zuyng)的结果。的结果。的结果。的结果。n n双螺旋结构是双螺旋结构是双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNADNADNA二二二二n n 级结构的最基本形式。级结构的最基本形式。级结构的最基本形式。级结构的最基本形式。DNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点double helix model 第31页/共82页第三十二页，共83页。双螺旋结构双螺旋结构(jigu)的主要依据的主要依据（1）Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相似(xins)的X射线衍射图谱。（2）Chargaff发现(fxin)DNA中

19、A与T、C与G的数目相等。后Pauling和Corey发现(fxin)A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键。（3）电位滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接。第32页/共82页第三十三页，共83页。DNADNADNADNA双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)的要点的要点的要点的要点（1 1 1 1）DNADNADNADNA分分分分子子子子由由由由两两两两条条条条多多多多聚聚聚聚脱脱脱脱氧氧氧氧核核核核糖糖糖糖核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸链链链链(简简简简称称称称DNADNADNADNA单单单单链链链链)组组组组成成成成。两两两两条条条条链链

20、链链沿沿沿沿着着着着同同同同一一一一根根根根轴轴轴轴平平平平行行行行盘盘盘盘绕绕绕绕，形形形形成成成成右右右右手手手手双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋(luxun)(luxun)(luxun)(luxun)结结结结构构构构。螺螺螺螺旋旋旋旋(luxun)(luxun)(luxun)(luxun)中中中中的的的的两两两两条条条条链链链链方方方方向向向向相相相相反反反反，即即即即其其其其中中中中一一一一条条条条链链链链的的的的方方方方向向向向为为为为5555端端端端3333端，而另一条链的方向为端，而另一条链的方向为端，而另一条链的方向为端，而另一条链的方向为3333端端端端5555端。端。端。端。第33

21、页/共82页第三十四页，共83页。（2 2 2 2）嘌呤和嘧啶）嘌呤和嘧啶）嘌呤和嘧啶）嘌呤和嘧啶 碱基位于螺旋碱基位于螺旋碱基位于螺旋碱基位于螺旋(luxun)(luxun)(luxun)(luxun)的的的的 内侧，磷酸和脱内侧，磷酸和脱内侧，磷酸和脱内侧，磷酸和脱 氧核糖基位于螺氧核糖基位于螺氧核糖基位于螺氧核糖基位于螺 旋外侧。碱基环旋外侧。碱基环旋外侧。碱基环旋外侧。碱基环 平面与螺旋平面与螺旋平面与螺旋平面与螺旋(luxun)(luxun)(luxun)(luxun)轴垂轴垂轴垂轴垂 直，糖基环平面直，糖基环平面直，糖基环平面直，糖基环平面 与碱基环平面成与碱基环平面成与碱基环平面

22、成与碱基环平面成 90 90 90 90角。角。角。角。第34页/共82页第三十五页，共83页。第35页/共82页第三十六页，共83页。第36页/共82页第三十七页，共83页。（3）螺旋）螺旋(luxun)横截面横截面 的直径约为的直径约为2nm，每条链相邻两个每条链相邻两个 碱基平面之间的碱基平面之间的 距离为距离为0.34 nm，每每10个核苷酸形个核苷酸形 成一个螺旋成一个螺旋(luxun)，其，其 螺矩（即螺旋螺矩（即螺旋(luxun)旋旋 转一圈的高度）转一圈的高度）为为3.4 nm。第37页/共82页第三十八页，共83页。（4）维持两条）维持两条DNA链链相互结合的力是链间碱相互结

23、合的力是链间碱基对形成的氢键。碱基基对形成的氢键。碱基结合具有严格的配对结合具有严格的配对(pi du)规律规律:A与与T结结合，合，G与与C结合，这种配结合，这种配对对(pi du)关系，称为关系，称为碱基互补。碱基互补。A和和T之间形之间形成两个氢键，成两个氢键，G与与C之间之间形成三个氢键。形成三个氢键。在在DNA分子中，嘌呤碱分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的基的总数与嘧啶碱基的总数相等。总数相等。第38页/共82页第三十九页，共83页。第39页/共82页第四十页，共83页。（5）螺旋表面形成）螺旋表面形成(xngchng)大沟大沟(major groove)及及小沟小沟(minor

24、groove)，彼此相间，彼此相间排列。小沟较浅；排列。小沟较浅；大沟较深，是蛋白大沟较深，是蛋白质识别质识别DNA碱基序碱基序列的基础。列的基础。（6）氢键维持双链）氢键维持双链横向稳定性，碱基横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵堆积力维持双链纵向稳定性。向稳定性。第40页/共82页第四十一页，共83页。DNA双螺旋结构双螺旋结构(jigu)的稳定性的稳定性1.DNA1.DNA双螺旋结构在生理条件下很稳定。双螺旋结构在生理条件下很稳定。2.2.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(xngchng)(xngchng)的的（1 1）氢键（较弱）

25、；（）氢键（较弱）；（2 2）碱基堆积力）碱基堆积力(base stacking force(base stacking force，由芳，由芳香族碱基香族碱基电子间的相互作用引起的，能形成电子间的相互作用引起的，能形成(xngchng)(xngchng)疏水核心疏水核心)，是稳定，是稳定DNADNA最重要的因素；（最重要的因素；（3 3）离子键（减少双链间的静电斥力）。）离子键（减少双链间的静电斥力）。3.3.双螺旋结构内部形成双螺旋结构内部形成(xngchng)(xngchng)的疏水区，消除了介质中水分子的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；对碱基之间氢键的影响；4.4.介质

26、中的阳离子（如介质中的阳离子（如Na+Na+、K+K+和和Mg2+Mg2+）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链之间的排斥力等。链之间的排斥力等。5.5.改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。第41页/共82页第四十二页，共83页。DNA双螺旋的构象双螺旋的构象(u xin)类类型型B-DNA：92%相对湿度，接近细胞相对湿度，接近细胞内的内的DNA构象，与构象，与Watson 和和Crick提出的模型相似。提出的模型相似。A-DNA：75%相对湿度，与溶液中相对湿度，与溶液中DNA-RNA杂交分子的

27、构象相似，杂交分子的构象相似，推测转录时发生推测转录时发生BA。其碱基平。其碱基平面倾斜面倾斜20，螺距与每一转碱基对，螺距与每一转碱基对数目都有变化。数目都有变化。Z-DNA：主链呈锯齿型左向盘绕，：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约直径约1.8nm，螺距，螺距4.5nm，每一转，每一转含含12个个bp，只有小沟。，只有小沟。B-DNA与与Z-DNA的相互的相互(xingh)转换可能和转换可能和基因的调控有关。基因的调控有关。第42页/共82页第四十三页，共83页。DNA double helix类型类型(lixng)helix type bp/turn rotation/bp vertical

28、rise/bp helical d A 11 +34.7 2.56A 23A B 10 +34.0 3.38A 19A C 9.33 +38.6 3.32A 19A Z 12 -30.0 5.71A 18A D 2.43A 16AC-DNA：4446%相对湿度，螺距相对湿度，螺距3.09nm，每转螺旋，每转螺旋9.33个碱基对，碱基对倾斜个碱基对，碱基对倾斜6。可能是特定条件下。可能是特定条件下B-DNA和和A-DNA的转化中间物。的转化中间物。D-DNA：60%相对湿度，相对湿度，DNA中中A、T序列序列(xli)交替的交替的域。每个螺旋含域。每个螺旋含8个个bp，螺距，螺距2.43nm，碱

29、基平面倾斜，碱基平面倾斜16。第43页/共82页第四十四页，共83页。第44页/共82页第四十五页，共83页。第45页/共82页第四十六页，共83页。第46页/共82页第四十七页，共83页。第47页/共82页第四十八页，共83页。第48页/共82页第四十九页，共83页。（三）（三）DNA的三级结构的三级结构(jigu)n n线形(xin xn)分子、双链环状(dcDNA)超螺旋、染色体包装染色体包装(bozhung)第49页/共82页第五十页，共83页。染色体包装染色体包装(bozhung)的结构模型的结构模型多级螺旋模型多级螺旋模型压缩倍数压缩倍数 7 6 40 5 （8400）DNA 核小

30、体核小体 螺线管螺线管 超螺线管超螺线管 染色染色(rns)单体单体 2nm 10nm 30(10)nm 400nm 210m 一级包装一级包装 二级包装二级包装 三级包装三级包装 四级包装四级包装 第50页/共82页第五十一页，共83页。环状环状环状环状DNADNA的不同的不同的不同的不同(b tn(b tn)构象构象构象构象第51页/共82页第五十二页，共83页。核小体结构核小体结构核小体结构核小体结构(jigu)(jigu)（示意图）（示意图）（示意图）（示意图）第52页/共82页第五十三页，共83页。染色体包装染色体包装染色体包装染色体包装(bozhung)(bozhung)结构模型结

31、构模型结构模型结构模型第53页/共82页第五十四页，共83页。第54页/共82页第五十五页，共83页。四、四、DNA与基因与基因(jyn)组织组织DNATranscriptionRNA（mRNA、tRNA、rRNA）TranslationProtein基因基因(jyn)基因基因(jyn)：是：是DNA片段的核苷酸序列，片段的核苷酸序列，DNA分子中分子中最小的功能单位。最小的功能单位。结构基因调节基因基因组基因组（一）（一）DNA与基因与基因第55页/共82页第五十六页，共83页。（二）原核（二）原核(yun h)生物基因组的特点生物基因组的特点1.DNA大部分为结构基因(jyn)，每个基因(

32、jyn)出现频率低。2.功能(gngnng)相关基因串联在一起，并转录在同一mRNA中（多顺反子）。3.有基因重叠现象。ABCDEFG第56页/共82页第五十七页，共83页。（三）真核生物（三）真核生物(shngw)基因组的特点基因组的特点1.重复(chngf)序列单拷贝(kobi)序列:在整个DNA中只出现一次或少数几次，主要为编码蛋白质的结构基因。中度重复序列:在DNA中可重复几十次到几千次。高度重复序列：可重复几百万次高度重复序列一般富含A-T或G-C，富含A-T的在密度梯度离心时在离心管中形成的区带比主体DNA更靠近管口；富含G-C的更靠近管底，称为卫星卫星DNA（satelliteD

33、NA）富含A-T富含G-C主体DNA第57页/共82页第五十八页，共83页。2.有断裂基因mRNA1872bp内含子（内含子（intron)：基因：基因(jyn)中不为多肽编码，不在中不为多肽编码，不在mRNA中出现。中出现。ABCDEG7700bpF外显子（外显子（exons）：为多肽编码的基因）：为多肽编码的基因(jyn)片段。片段。：由于基因(jyn)中内含子的存在。例外例外：组蛋白基因(histongene)和干扰素基因(interferongene)没有内含子。transcription第58页/共82页第五十九页，共83页。五、五、RNA的结构的结构(jigu)与功能与功能RNA分

34、子(fnz)是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。（一）（一）tRNAtRNA约占RNA总量的15%，主要作用是转运(zhunyn)氨基酸用于合成蛋白质。tRNA分子量为4S，1965年Holley测定AlatRNA一级结构，提出三叶草二级结构模型。主要特征主要特征：1.四臂四环；2.氨基酸臂3端有CCAOH的共有结构；3.D环上有二氢尿嘧啶（D）；4.反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；5.可变环上的核苷酸数目可以变动；6.TC环含有T和；7.含有修饰碱基和不变核苷酸。第59页/共82页第六十页，共83页。第60页/共82页第六十一页，共83页。主要特征：主要特征：1.四臂四环；四臂四环；

35、2.氨氨基酸臂基酸臂3端有端有CCAOH的共有的共有(n yu)结构；结构；3.D环上有环上有二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（D）；）；4.反密码反密码环上的反密码子与环上的反密码子与mRNA相相互作用；互作用；5.可变环上的核苷酸可变环上的核苷酸数目可以变动；数目可以变动；6.TC环含环含有有T和和；7.含有修饰碱基和含有修饰碱基和不变核苷酸。不变核苷酸。第61页/共82页第六十二页，共83页。第62页/共82页第六十三页，共83页。第63页/共82页第六十四页，共83页。（二）（二）rRNA占细胞(xbo)RNA总量的80%，与蛋白质（40%）共同组成核糖体。原原 核核 生生 物物真真 核核 生生

36、 物物核糖体rRNA核糖体rRNA70S（30S、50S）16S、5S、23S80S（40S、60S）18S、5S、5.8S、28S第64页/共82页第六十五页，共83页。（三）（三）mRNA与与hnRNAmRNA约占细胞约占细胞RNA总量的总量的35%，是蛋白质合成，是蛋白质合成(hchng)的模板。的模板。真核生物mRNA的前体在核内合成，包括整个基因(jyn)的内含子和外显子的转录产物，形成分子大小极不均匀的hnRNA。（四）（四）snRNA和和asRNAsnRNA主要存于细胞核中，占细胞RNA总量的0.11%，与蛋白质以RNP（核糖核酸蛋白）的形式存在，在hnRNA和rRNA的加工、细

37、胞分裂和分化、协助(xizh)细胞内物质运输、构成染色质等方面有重要作用。asRNA可通过互补序列与特定的mRNA结合，抑制mRNA的翻译，还可抑制DNA的复制和转录。第65页/共82页第六十六页，共83页。（五）（五）RNA的其它的其它(qt)功能功能1981年，Cech发现(fxin)RNA的催化活性，提出核酶（ribozyme）。大部分核酶参加(cnji)RNA的加工和成熟，也有催化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活性。RNA在DNA复制、转录、翻译中均有一定的调控作用，与某写物质的运输与定位有关。第66页/共82页第六十七页，共83页。六、核酸六、核酸(h sun)的性的性质

38、质（一）一般（一）一般(ybn)理化性质理化性质1.为两性电解质，通常(tngchng)表现为酸性。2.DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。3.DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。4.RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。（二）核酸的紫外吸收性质（二）核酸的紫外吸收性质核酸核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在260nm（蛋白质蛋白质的紫外吸收峰在280nm）。第67页/共82页第六十八页，共83页。核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少3040%，当核酸变性或降解时光(shgung)

39、吸收值显著增加（增色效应），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应）。第68页/共82页第六十九页，共83页。（三）核酸（三）核酸(h sun)结构的稳定性结构的稳定性1.碱基对间的氢键(qnjin)；2.碱基堆积力；3.环境中的正离子。（四）核酸（四）核酸(h sun)的的变性的的变性：双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状，只涉及次级键的破坏。DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。将紫外吸收的增加量达到最大增量一半时的温度称熔解熔解温度温度(meltingtemperature,Tm)。TmTm第69页/共82页第七十页，共83页。影响(yngxing)Tm的因素：

40、（1）G-C的相对(xingdu)含量（G+C）%=（Tm69.3）2.44（2）介质(jizh)离子强度低，Tm低。（3）高pH下碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力。（4）变性剂如甲酰胺、尿素、甲醛等破坏氢键，妨碍碱基堆积，使Tm下降。第70页/共82页第七十一页，共83页。（五）核酸的复性（五）核酸的复性(f xn)（退火）（退火）：变性核酸(hsun)的互补链在适当条件下重新缔合成双螺旋的过程。影响(yngxing)复性速度的因素：（1）单链片段浓度（2）单链片段的大小（3）片段内重复序列的多少（4）溶液离子强度的大小（5）溶液温度的高低（T25）第71页/共82页第七十二页，共83页。

41、（六）分子（六）分子(fnz)杂交杂交：在退火条件下，不同来源的DNA互补(hb)区形成氢键，或DNA单链和RNA链的互补(hb)区形成DNA-RNA杂合双链的过程。探针：用放射性同位素或荧光探针：用放射性同位素或荧光(ynggung)标记的标记的DNA或或RNA片段。片段。原位杂交技术原位杂交技术：直接用探针与菌落或组织细胞中的核酸杂交，未改变核酸所在的位置。点杂交点杂交：将核酸直接点在膜上，再与核酸杂交。Southern印迹法印迹法：将电泳分离后的DNA片段从凝胶转移到硝酸纤维素膜上，再进行杂交。Northern印迹法印迹法：将电泳分离后的RNA吸印到纤维素膜上再进行分子杂交。第72页/共

42、82页第七十三页，共83页。七、核酸七、核酸(h sun)的序列测定的序列测定目前(mqin)多采用Sanger的酶法和Gilbert的化学法OHOH2CHHOH12345核糖NNNNHHHH9腺嘌呤ddATPPP P第73页/共82页第七十四页，共83页。CCGGTAGCAATT35模板模板(mbn)引物引物GG53GGCGGCCGGCCATCCddCTPGGCCAGGCCATCGTTGAddATPAGGCCATCGGGCCATCGTTGGddGTPGGCCATGGCCATCGTGGCCATCGTTTddTTPCCATCGTTGA53第74页/共82页第七十五页，共83页。八、核酸八、核酸(

43、h sun)的生物学功能和实的生物学功能和实践意义践意义核酸是基本遗传物质，在蛋白质的生物合成上又占有重要位置，因而在个体的生长、生殖、遗传、变异(biny)和转化等一系列生命现象中起决定性作用。（一）核酸（一）核酸(h sun)与遗传信息的传递与遗传信息的传递1.DNA是基本遗传物质有了一定结构的DNA，才能产生一定结构的蛋白质，由一定结构的蛋白质才有一定形态和生理特征，所以根据DNA的特定遗传密码产生的蛋白质就代表特定生物的遗传性。在遗传过程中DNA的具体作用的具体作用：（1）在细胞分裂时按照自己的结构精确复制传给后代；（2）作为模板将所贮遗传信息传给mRNA。第75页/共82页第七十六页

44、，共83页。2.RNA在传递遗传信息上的作用3.mRNA是蛋白质合成的模板；tRNA识别mRNA上的遗传密码，转运特定氨基酸到核糖体上合成肽链；rRNA是核糖体的主要成分，是翻译工作(gngzu)的场所。（二）核酸（二）核酸(h sun)与蛋白质的生物合成与蛋白质的生物合成DNA转录(zhunl)为mRNA是有选择的，tRNA和rRNA也是DNA的转录(zhunl)产物。（三）核酸结构改变与生物变异（三）核酸结构改变与生物变异一切生物的变异和进化都可以说是由于DNA的结构改变而引起蛋白质改变的结果。第76页/共82页第七十七页，共83页。生物遗传的变异起源于DNA碱基配对的改变，有的由于DNA

45、碱基的颠倒（如TA被颠倒为AT）或被调换（如GC被换为TA）；有的由于在DNA复制过程中被遗漏了一对或多了一对核苷酸，或者在转译时发生了差误，如氨酰tRNA合成酶错将一个(y)结构与正常氨基酸十分相似的物质交给tRNA。还有一些生物的遗传性状发生了突变。（四）（四）DNA与细菌与细菌(xjn)转化转化一种细菌的遗传性状因吸收了另一种细菌的DNA而发生改变的现象，称为(chnwi)细菌的转化。（五）核酸与病变（五）核酸与病变遗传性疾病是由于遗传缺陷而产生的，也就是DNA结构改变的结果。镰刀型红细胞贫血镰刀型红细胞贫血和白化病白化病(albinism)。第77页/共82页第七十八页，共83页。病毒

46、对活细胞的侵染是寄主发生疾病，主要是由于核酸的的作用。流感、肝炎(nyn)、带状疱疹、脊髓灰质炎、白血病、烟草斑纹病。（六）遗传工程（六）遗传工程(ychun gngchng)遗传工程是用人工方法改组DNA，从而培育新型(xnxng)生物品种的技术。实验室中将细菌作材料研究遗传工程过程可分为：（1）重组DNA分子（基因重组）；（2）将重组DNA引入受体细胞（转化或转导）。有利有利：（1）有可能培育出高产抗病、耐旱、耐寒、耐盐碱的优良性能的动植物新品种；（2）改良微生物品种使产生人工难以制得的生物活性物质如胰岛素、干扰素等；（3）解决某些疾病病因和控制这些疾病。第78页/共82页第七十九页，共8

47、3页。不利：引起某些疾病的广泛流行和使某些细菌失去对抗菌素的不利：引起某些疾病的广泛流行和使某些细菌失去对抗菌素的敏感性，或者使某些酶或激素敏感性，或者使某些酶或激素(j s)失去应有的生物活性等。失去应有的生物活性等。（七）克隆（七）克隆(k ln)与克隆与克隆(k ln)化化由单一亲代细胞用无性繁殖产生的子代细胞称克隆，形成(xngchng)克隆的过程称克隆化。第79页/共82页第八十页，共83页。提要提要(tyo)本章(bnzhn)主要介绍核酸的化学本质、结构和功能。总的要求是：1.了解核酸的化学本质及DNA和RNA在组分、结构和功能上的差异。2.弄清嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸和核酸在分子

48、结构上的关系。3.了解核酸的结构和它们的性质、功能的相互关系。认识核酸在生物科学上的重要性及其实践意义。第80页/共82页第八十一页，共83页。注意：（1）核苷酸是核酸的基本组成单位，应以腺苷酸和胞苷酸为代表，彻底弄清核苷酸的化学结构和化学性质。结合有机化学把嘌呤和嘧啶的基本结构搞清楚，同时把核酸中存在的A、T、U、C、G的结构记熟。（2）注意嘌呤、嘧啶同核糖在哪个部位连接成核苷，核苷如何同磷酸连接成核苷酸，核苷酸又如何连接成一级结构的核苷酸链。要特别注意核酸的二、三级结构中碱基的配对规律。（3）从分析比较核酸分子的组成和结构上的特点，进而联系它们的性质和生物(shngw)功能。第81页/共82页第八十二页，共83页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第82页/共82页第八十三页，共83页。