生物化學_核酸生物化學PPT課件

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1、本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容核苷酸核苷酸DNADNARNARNA核酸的性質(zhì)核酸的性質(zhì) 認識核酸在生命科學上的重要性認識核酸在生命科學上的重要性 弄清堿基、核苷、核苷酸和核酸分子結(jié)構(gòu)上的關(guān)系弄清堿基、核苷、核苷酸和核酸分子結(jié)構(gòu)上的關(guān)系 掌握核酸的化學本質(zhì)及掌握核酸的化學本質(zhì)及DNADNA和和RNARNA在組分、結(jié)構(gòu)和功能上的差異在組分、結(jié)構(gòu)和功能上的差異 認識核酸的結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)與功能之間的關(guān)系。認識核酸的結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)與功能之間的關(guān)系。學習要求學習要求 1869年 F.Miescher首先從傷員繃帶的膿細胞中分離得到稱為“核素”的核酸 1944年 O.N.Avery通過轉(zhuǎn)化實驗證實DNA是主要的遺傳物

2、質(zhì) 1953年 J. D.Watson和F.H.C.Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 1958年 Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則 1970年,建立DNA重組技術(shù) 1980年后,分子生物學、分子遺傳學等學科突飛猛進發(fā)展，提出并完成HGP.核酸化學的發(fā)展過程一、概述概述概念概念 核酸(nucleic acid)是由堿基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸組成的高分子物質(zhì)，是生物體的基本組成。 種類： DNA （脫氧核糖核酸） RNA（核糖核酸） “四核苷酸假說四核苷酸假說”：核酸由四種核苷酸組成的單體構(gòu)成的，缺乏結(jié)構(gòu)方面的多樣性：核酸由四種核苷酸組成的單體構(gòu)成的，缺乏結(jié)構(gòu)方面的多樣性, ,不大可能有

3、重要的生理功能。不大可能有重要的生理功能。 19441944年，年，AveryAvery等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證實核酸是生命遺傳的基礎(chǔ)物質(zhì)。等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證實核酸是生命遺傳的基礎(chǔ)物質(zhì)。 19521952年，年，HersheyHershey和和ChaseChase的的T2T2噬菌體侵染實驗徹底證明遺傳物質(zhì)是核酸，而不是噬菌體侵染實驗徹底證明遺傳物質(zhì)是核酸，而不是蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。 1928年，英國 S型肺炎球菌：有莢膜，菌落表面光滑 R型肺炎球菌：沒有莢膜，菌落表面粗糙n 著名的肺炎球菌實驗 l結(jié)果說明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)，可以使無害的R型肺炎球

4、菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌l這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？n 著名的肺炎球菌實驗 從加熱殺死的S型肺炎球菌將蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類分離出來，分別加入到無害的R型肺炎球菌中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨只有核酸可以使無害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌。1944年 結(jié)論：DNA是生命的遺傳物質(zhì)侵染侵染DNADNA注射注射進細胞進細胞蛋白質(zhì)外殼蛋白質(zhì)外殼 DNA噬菌體噬菌體大腸桿菌大腸桿菌噬菌體侵染實驗噬菌體侵染實驗分布：分布： DNA：主要在細胞核中，是染色體的主 要成分。此外在線粒體、葉綠體. RNA：主要在細胞質(zhì)中，此外在線粒體、細胞核核仁；二、二、核酸的組成成分核酸的組成成分 核酸是一種線形多

5、聚核苷酸(polynucleotide), 其基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸(nucleotide)。戊糖 堿基磷酸 核苷核苷酸核酸 核核苷苷酸酸的的基基本本結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)（一）核酸中的戊糖（一）核酸中的戊糖 D-D-核糖核糖（D-riboseD-ribose） D-D-脫氧核糖脫氧核糖 （D-deoxyriboseD-deoxyribose） 核酸據(jù)此分類：核酸據(jù)此分類： 脫氧核糖脫氧核糖DNADNA； 核糖核糖RNARNA； 核酸中的戊糖均為核酸中的戊糖均為 -D-D-型型從兩類核酸的水解產(chǎn)物可看到它們組成的差別從兩類核酸的水解產(chǎn)物可看到它們組成的差別? ?（二）堿基（二）堿基尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶

6、胞嘧啶胞嘧啶 核酸中的堿基分兩類：核酸中的堿基分兩類：1 1、嘧啶堿、嘧啶堿(pyrimidine)(pyrimidine)：是嘧啶的衍生物。是嘧啶的衍生物。NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶 Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶 uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶 thymine（T）2 2、嘌呤堿嘌呤堿(purine)(purine)：由嘌呤衍生而來。由嘌呤衍生而來。NNNNHHHHNNNNHHHH123 456789嘌呤NH2腺嘌呤 adenine（A）NNNNHHHHOH2N鳥嘌呤 guanine（G）3 3、稀有堿基、稀有堿基： 一

7、些修飾堿基，因含量甚少而稱之。一些修飾堿基，因含量甚少而稱之。 大多為大多為甲基化堿基甲基化堿基，多在，多在tRNAtRNA中。中。 （三）核苷：（三）核苷：(nucleoside) 核苷：核苷：戊糖與堿基縮合而成，并以糖苷鍵相連接。 糖苷鍵糖苷鍵： 二者的連接是C-N鍵，稱N-糖苷鍵。OHOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺 苷OHOH2COHOHOH12345核 糖OHOH2COHOH12345核 糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（）核苷的表示核苷的表示：核苷：A、G、 C 、U脫氧核苷：dA,dG,dC,dT修飾核苷：如5-甲基脫氧胞

8、嘧啶：m5dC。脫氧核糖核酸和核糖核酸異同的對比 RNA DNA組成組成戊糖戊糖 核糖核糖 脫氧核糖脫氧核糖堿基堿基 A,G,CA,G,C U T磷酸磷酸 Pi(磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵)Pi(磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)單鏈，部分堿基互補，局部雙單鏈，部分堿基互補，局部雙螺旋，三葉草形等螺旋，三葉草形等雙鏈，堿基互補，雙螺旋雙鏈，堿基互補，雙螺旋形形分布分布細胞核細胞核(核仁核仁)， 細胞質(zhì)細胞質(zhì)(線粒體、線粒體、核蛋白體、胞液核蛋白體、胞液)細胞核細胞核(染色質(zhì)染色質(zhì)) 細胞質(zhì)細胞質(zhì)(線粒體線粒體)生物功能生物功能遺傳信息表達，反轉(zhuǎn)錄，直接遺傳信息表達，反轉(zhuǎn)錄，直接參與蛋白質(zhì)的生物合成參與蛋

9、白質(zhì)的生物合成遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，負責遺遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，負責遺傳信息貯存，發(fā)布，轉(zhuǎn)錄傳信息貯存，發(fā)布，轉(zhuǎn)錄（四）核苷酸（四）核苷酸(nucleotide，nt)1 1、種類：、種類：1 1）按酯化位點：）按酯化位點：可在核糖的可在核糖的2 2- , - , 3 3-, 5-, 5- -；2 2）按核糖類型：）按核糖類型： 核苷酸、核苷酸、 脫氧核苷酸脫氧核苷酸核苷中戊糖的羥基被磷酸酯化，即為核苷酸。2 2、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：3 3、表示：、表示： 與一個磷酸結(jié)合與一個磷酸結(jié)合MPMP：(d)AMP(d)AMP、(d)GMP(d)GMP、(d)CMP(d)CMP、(d)TMP(d)TMP、UMPUMP

10、與二個磷酸結(jié)合與二個磷酸結(jié)合DPDP：如：如：ADPADP 與三個磷酸結(jié)合與三個磷酸結(jié)合TPTP： 如：如：ATPATP 4 4、特殊核苷酸、特殊核苷酸：環(huán)核苷酸：環(huán)核苷酸：核糖核糖3 3-, 5-, 5- - 成環(huán)。成環(huán)。 cAMPcAMP、 cGMPcGMP功能：功能： 第二信使，激素、一些藥物、神經(jīng)第二信使，激素、一些藥物、神經(jīng)遞質(zhì)通過其發(fā)揮生理作用。遞質(zhì)通過其發(fā)揮生理作用。核苷酸衍生物核苷酸衍生物環(huán)化磷酸化環(huán)化磷酸化 cAMPcGMP核苷酸衍生物核苷酸衍生物 5- IMP 5- IMP 5 5- - 肌苷酸肌苷酸 (5(5- - 次黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷酸) ) 5- GMP5- G

11、MP（五）核苷酸的連接方（五）核苷酸的連接方式式1 1、 3 3-, 5-, 5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵將核苷酸連接成將核苷酸連接成核酸大分子。核酸大分子。2 2、核酸的一級結(jié)構(gòu)：、核酸的一級結(jié)構(gòu)： 多核苷酸鏈中各核苷酸多核苷酸鏈中各核苷酸殘基的排列順序。殘基的排列順序。OHO-O OCH2 TO=PO-35OHOHO-O OCH2 GO=PO-35OHO OCH2OHOH AO=POO-35351PPPOHATGpGpTpAOHpG-T-ApGTA2 2）讀向：）讀向： 堿基序列堿基序列從左到右表示從左到右表示5 5 3 3，由，由3 3-, 5-, 5磷酸二酯鍵連接。磷酸二酯鍵連接。 若兩鏈反

12、向平行，則需注明每條鏈的走向。如：若兩鏈反向平行，則需注明每條鏈的走向。如： 5A-T-G-C-C-T-G-A 3 3 T-A-C-G-G-A-C-T 5三、三、DNADNA（一）（一）DNA DNA 的一級結(jié)構(gòu)：的一級結(jié)構(gòu)： 由數(shù)量龐大的由數(shù)量龐大的4 4種脫氧核苷酸種脫氧核苷酸通過通過3 3-, 5-, 5磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連連接成的直線形或環(huán)形多聚體。接成的直線形或環(huán)形多聚體。（二）（二）DNADNA的雙螺旋二級結(jié)構(gòu)的雙螺旋二級結(jié)構(gòu)1 1、雙螺旋結(jié)構(gòu)模型建、雙螺旋結(jié)構(gòu)模型建立的依據(jù)：立的依據(jù)：1 1） chargaffchargaff對對DNADNA堿基組成的定量分析堿基組成的定量分析

13、, ,提出提出堿基配對原則：堿基配對原則：A=TA=T， GCGC2 2）根據(jù)對根據(jù)對DNADNA纖維和纖維和晶體的晶體的x-x-衍射分析。衍射分析。3 3）電位滴定證明。）電位滴定證明。 A=TA=T， GC GC 雙螺旋中的堿雙螺旋中的堿基對基對（base pair,bp)2.2.雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點:(:(WatsonWatson- -CrickCrick模模型）型）1 1）形成：）形成： 兩條鏈反向平行；兩條鏈反向平行； DNADNA一條鏈為另一條鏈一條鏈為另一條鏈互補鏈互補鏈 右手螺旋。右手螺旋。 2 2）結(jié)構(gòu)：）結(jié)構(gòu)： A A、核糖核糖- -磷酸以磷酸以3 3-, 5-

14、, 5磷酸二酯鍵連接成骨架；磷酸二酯鍵連接成骨架； 堿基在內(nèi)；堿基在內(nèi)； A=TA=T， GCGC B B、大溝、小溝。大溝、小溝。3 3）尺寸：）尺寸：A A、直徑：、直徑：2nm 2nm ； B B、堿基距離：、堿基距離：0.34nm0.34nm；C C、一周、一周1010個核苷酸；個核苷酸； D D、螺距：、螺距：3.4nm 3.4nm 。4 4）雙螺旋的穩(wěn)定性：）雙螺旋的穩(wěn)定性：3 3、二級結(jié)構(gòu)的構(gòu)象類型：、二級結(jié)構(gòu)的構(gòu)象類型：B-DNAA-DNAZ-DNAB-DNA與與A-DNA幾種幾種DNADNA鈉鹽的特點鈉鹽的特點 ：B-DNAB-DNA：生理狀態(tài)下多為此種；生理狀態(tài)下多為此種；

15、92%92%相對濕度相對濕度A-DNA：右手螺旋；右手螺旋；75%75%相對濕度；生理狀態(tài)相對濕度；生理狀態(tài) 下多見下多見dsRNAdsRNA、DNA-RNADNA-RNAZ-DNA：人工合成、人工合成、左手螺旋左手螺旋；嘧啶、嘌呤交；嘧啶、嘌呤交 替；有替；有m m5 5dCdC ；與基因表達調(diào)控有關(guān)；與基因表達調(diào)控有關(guān)；此外，還發(fā)現(xiàn)有此外，還發(fā)現(xiàn)有C C、D D、E E等型。等型。( (三）三）DNADNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)DNADNA雙螺旋進一步扭曲即成雙螺旋進一步扭曲即成三級結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)。 天然天然DNADNA有有雙鏈雙鏈DNADNA（dsDNAdsDNA），）， 有的病毒為有的病

16、毒為單鏈單鏈DNADNA（ssDNAssDNA） 在在dsDNAdsDNA中：中： 線形分子線形分子（大多數(shù)）（大多數(shù)） 環(huán)狀分子環(huán)狀分子（dcDNAdcDNA）：質(zhì)粒、）：質(zhì)粒、 1 1、超螺旋結(jié)構(gòu)、超螺旋結(jié)構(gòu)特點特點： 可將長鏈壓縮可將長鏈壓縮在一較小體內(nèi)；在一較小體內(nèi)； 密度大；密度大； 凝膠電泳中移凝膠電泳中移動速度快。動速度快。 回文結(jié)構(gòu)中的單鏈可形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)特殊DNA的結(jié)構(gòu)上頁 下頁 章首 節(jié)首 雙鏈回文結(jié)構(gòu)可形成十字架結(jié)構(gòu)特殊DNA的結(jié)構(gòu)上頁 下頁 章首 節(jié)首DNADNA的其他結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu) DNA三股螺旋概念是在1957年提出來的，當時有人發(fā)現(xiàn)，人工合成的一條右手螺旋多聚物(A

17、)n與另兩條右手螺旋多聚物(T)n形成三股螺旋結(jié)構(gòu)，這是分子間的三股螺旋。此后有人研究證明，聚dA鏈首先與一條聚dT鏈互補形成雙螺旋，然后，在高鹽條件下， 另一條dT鏈再同雙螺旋形成三股螺旋結(jié)構(gòu)。 雙螺旋結(jié)構(gòu)通過Watson-Crick氫鍵穩(wěn)定而三股螺旋是通過 Hoogsteen氫鍵穩(wěn)定。 DNA的三股螺旋結(jié)構(gòu)2 2、核小體中的、核小體中的 扭曲方式扭曲方式 在真核細胞染色質(zhì)中，在真核細胞染色質(zhì)中，DNADNA雙螺旋分子盤繞雙螺旋分子盤繞在組蛋白上形成在組蛋白上形成核小體。核小體。 許多核小體由許多核小體由DNADNA連成念珠狀結(jié)構(gòu)，再盤連成念珠狀結(jié)構(gòu)，再盤繞壓縮成高層次的結(jié)繞壓縮成高層次的結(jié)

18、構(gòu)構(gòu) 染色體染色體。真核生物：真核生物：DNADNA和蛋白質(zhì)組裝成染色體，染色和蛋白質(zhì)組裝成染色體，染色體的基本單位是核小體。體的基本單位是核小體。 核小體進一步旋轉(zhuǎn)折疊形成棒狀染色體，將近1 m長的DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米的細胞核中。1 1、DNADNA是遺傳信息的載體是遺傳信息的載體半保留復(fù)制半保留復(fù)制保證了親代保證了親代性狀傳到子性狀傳到子代，保證了代，保證了親代與子代親代與子代的相似性。的相似性。2 2、DNADNA是變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是變異的物質(zhì)基礎(chǔ)變異是生物進化的基礎(chǔ)。變異的發(fā)生：變異是生物進化的基礎(chǔ)。變異的發(fā)生：1 1）DNADNA復(fù)制時出錯；復(fù)制時出錯；2 2）理化因素等引起

19、堿基變化或缺失，使）理化因素等引起堿基變化或缺失，使DNADNA堿基序列改變，從而發(fā)生性狀變堿基序列改變，從而發(fā)生性狀變異。異。四、四、RNARNA（一）一）RNARNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成組成：4 4種核苷酸，有稀有堿基；種核苷酸，有稀有堿基；連接連接：同：同DNADNA形成形成：一般以：一般以DNADNA為模板合成，有例外。為模板合成，有例外。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：單鏈線形分子，局部區(qū)域有雙螺旋。：單鏈線形分子，局部區(qū)域有雙螺旋。（二）（二）RNARNA的類的類型型三種：三種： 信使信使RNARNA（messenger RNA,messenger RNA,mRNAmRNA) ) 核糖體核糖體RNARNA

20、(ribosomel (ribosomel RNA,RNA,rRNArRNA) ) 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNARNA (transfer RNA, (transfer RNA,tRNAtRNA) )三種三種RNARNA的功能 mRNAmRNA是遺傳信息的攜帶者。在細胞核中轉(zhuǎn)錄是遺傳信息的攜帶者。在細胞核中轉(zhuǎn)錄DNADNA上的遺傳信息，再進入細胞質(zhì)，蛋白質(zhì)合成的模板。上的遺傳信息，再進入細胞質(zhì)，蛋白質(zhì)合成的模板。 tRNAtRNA起識別密碼子和攜帶相應(yīng)氨基酸的作用。起識別密碼子和攜帶相應(yīng)氨基酸的作用。 rRNArRNA和蛋白質(zhì)共同組成的復(fù)合體就是核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。和蛋白質(zhì)共同組成的復(fù)合體就是

21、核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。1、tRNA約占全部約占全部RNARNA的的15%15%；由；由70-9070-90個核個核苷酸組成許多種類；苷酸組成許多種類；沉降系數(shù)沉降系數(shù)4S4S。1 1）tRNAtRNA結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)多已清楚，多已清楚，含較多稀有堿基；含較多稀有堿基；二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)為三葉草為三葉草 有：有：aaaa臂、臂、 二氫嘧啶二氫嘧啶環(huán)、環(huán)、 反密碼環(huán)、反密碼環(huán)、 可變環(huán)、可變環(huán)、 T T 環(huán)環(huán)主要特征主要特征：1.1.四臂四環(huán)；四臂四環(huán)；2.2.氨基酸臂氨基酸臂33端有端有CCACCAOHOH的共有結(jié)構(gòu)；的共有結(jié)構(gòu)；3.D3.D環(huán)上有二氫尿嘧啶環(huán)上有二氫尿嘧啶

22、（D D）；）；4.4.反密碼環(huán)上的反密反密碼環(huán)上的反密碼子與碼子與mRNAmRNA相互作用；相互作用；5.5.可變環(huán)上的核苷酸可變環(huán)上的核苷酸數(shù)目可以變動；數(shù)目可以變動；6.T6.TC C環(huán)含有環(huán)含有T T和和；7.7.含有修飾堿基和不含有修飾堿基和不變核苷酸。變核苷酸。A、在pr合成中轉(zhuǎn)運aa；B、在pr合成的起始、DNA反轉(zhuǎn)錄合成及其它代謝調(diào)節(jié)中起作用。2、mRNA和和hnRNA1）合成合成： 以以DNADNA為模板為模板( (核內(nèi)核內(nèi)) ) 合成合成 hnRNA（含內(nèi)含子和外顯子）（含內(nèi)含子和外顯子） 加工加工 成熟的成熟的mRNAmRNA 入細胞質(zhì)入細胞質(zhì) 蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成合成m

23、RNA切除內(nèi)含切除內(nèi)含子子2) mRNA2) mRNA結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：3 3末端有末端有polyApolyA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：與：與mRNAmRNA從核入質(zhì)有關(guān)。從核入質(zhì)有關(guān)。 5 5末端有帽子結(jié)構(gòu)末端有帽子結(jié)構(gòu)：G G被甲基化，此可能與被甲基化，此可能與propro合成的起始有關(guān)。合成的起始有關(guān)。 3) 3) 功能：功能：是蛋白質(zhì)合成的模是蛋白質(zhì)合成的模板板3 3、rRNArRNA1)占RNA總量的80%，是構(gòu)成核糖體的骨架。2)核糖體功能： prpr合成的部位合成的部位. .3）結(jié)構(gòu)：分大、小亞基 一、二級結(jié)構(gòu)多已確定，但功能不清。 原核細胞：70S核糖體； 真核細胞：80S核糖體；核糖體核糖

24、體RNARNA自我自我剪切剪切19831983年在四年在四膜蟲中發(fā)現(xiàn)膜蟲中發(fā)現(xiàn)RNARNA有催化功能有催化功能4 4、RNARNA的功能的功能1 1）在）在DNADNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯中起重要調(diào)控復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯中起重要調(diào)控 作用；作用；2 2）有催化作用；）有催化作用；3 3）可作為遺傳物質(zhì)（如逆轉(zhuǎn)錄病毒）。）可作為遺傳物質(zhì)（如逆轉(zhuǎn)錄病毒）。五、核酸的性質(zhì)五、核酸的性質(zhì)一般的理化性質(zhì)一般的理化性質(zhì) 為兩性電解質(zhì)，通常表現(xiàn)為酸性。為兩性電解質(zhì)，通常表現(xiàn)為酸性。 DNADNA為白色纖維狀固體，為白色纖維狀固體，RNARNA為白色粉末，微為白色粉末，微溶于水，不溶于一般的有機溶劑。溶于水，不溶于一

25、般的有機溶劑。 DNADNA溶液的粘度極高，而溶液的粘度極高，而RNARNA溶液要小得多。溶液要小得多。 核酸在離心力的作用下，可以從溶液中沉降核酸在離心力的作用下，可以從溶液中沉降下來，其沉降速度與核酸的大小和密度有關(guān)。下來，其沉降速度與核酸的大小和密度有關(guān)。核酸的溶解性質(zhì)核酸的溶解性質(zhì) DNADNA和和RNARNA都微溶于水，不溶于乙醇、氯仿等有機溶劑。都微溶于水，不溶于乙醇、氯仿等有機溶劑。 DNPDNP溶于高濃度鹽溶液中，而溶于高濃度鹽溶液中，而RNPRNP溶于低濃度鹽溶液。，利用這一性質(zhì)可分離溶于低濃度鹽溶液。，利用這一性質(zhì)可分離DNADNA和和RNARNA。 0.140.14摩爾法

26、摩爾法: :分離分離DNADNA蛋白蛋白(DNP)(DNP)和和RNA(RNP)RNA(RNP)蛋白蛋白(RNP)(RNP)的方法的方法DNA蛋白:在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低.RNA蛋白:在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度較大.水解性：水解性：可被酸、堿或酶水解，可被酸、堿或酶水解，DNADNA比比RNARNA對對稀堿穩(wěn)定。稀堿穩(wěn)定。 核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸、堿性和核酸分子中的磷酸二酯鍵可在酸、堿性和酶酶條件下水解切斷條件下水解切斷, ,結(jié)果是多核苷酸鏈被結(jié)果是多核苷酸鏈被打斷打斷, ,核酸被降解核酸被降解. . 酸解酸解 酸可以使酸可以使DNADNA和和RN

27、ARNA降解，酸對核酸的作用因酸的濃度、溫度和作用時間的不同而降解，酸對核酸的作用因酸的濃度、溫度和作用時間的不同而不同。不同。堿解堿解 DNADNA和和RNARNA對堿的耐受程度有很大差對堿的耐受程度有很大差別。別。例如，在例如，在0.1 mol/L NaOH0.1 mol/L NaOH溶液中，溶液中，RNARNA幾乎可以完全水解，生成幾乎可以完全水解，生成2-2-或或3-3-磷酸核苷；磷酸核苷；DNADNA在同樣條件下則在同樣條件下則不受影響。不受影響。這種水解性能上的差別，這種水解性能上的差別，與與RNARNA核糖基上核糖基上2-OH2-OH的參與作用有的參與作用有很大的關(guān)系。在很大的關(guān)

28、系。在RNARNA水解時，水解時，2-OH2-OH首先進攻磷酸基，在斷開磷酯鍵的同首先進攻磷酸基，在斷開磷酯鍵的同時形成環(huán)狀磷酸二酯，再在堿的作用時形成環(huán)狀磷酸二酯，再在堿的作用形成水解產(chǎn)物。形成水解產(chǎn)物。 DNADNA在稀堿的作用下，只會發(fā)生變性，在稀堿的作用下，只會發(fā)生變性，不會發(fā)生磷酸二酯鍵的水解。不會發(fā)生磷酸二酯鍵的水解。酶水解酶水解1 1、根據(jù)底物分類、根據(jù)底物分類 DNaseDNase、RNaseRNase； 單鏈核酸酶、雙鏈核酸酶、雜合雙鏈核酸酶單鏈核酸酶、雙鏈核酸酶、雜合雙鏈核酸酶2 2、根據(jù)催化部位分類：外切核酸酶和內(nèi)切核酸酶、根據(jù)催化部位分類：外切核酸酶和內(nèi)切核酸酶 外切酶

29、：外切酶：5 5 端端3 3 端或端或3 3 端端5 5 端核酸外切酶。端核酸外切酶。 內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶和非限制性核酸內(nèi)切酶。內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶和非限制性核酸內(nèi)切酶。 限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶(restriction endonucleases)(restriction endonucleases)：能夠識別：能夠識別DNADNA分子的特定核苷分子的特定核苷酸序列，并在識別位點或其周圍斷開酸序列，并在識別位點或其周圍斷開DNADNA雙鏈的一類核酸酶雙鏈的一類核酸酶 DNA DNA限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶 細菌的限制細菌的限制- -修飾系統(tǒng)：限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）特異性

30、強，可在修飾系統(tǒng)：限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）特異性強，可在DNADNA特異位點切開；特異位點切開； 細菌堿基修飾細菌堿基修飾：概念：概念：在在DNADNA特定短堿基序列上產(chǎn)特定短堿基序列上產(chǎn)生某專一性修飾，使得內(nèi)切酶生某專一性修飾，使得內(nèi)切酶無法識別而不能斷裂。無法識別而不能斷裂。 如：修飾甲基化酶。如：修飾甲基化酶。v參與參與DNADNA修復(fù)及修復(fù)及RNARNA合成后的剪接等重要基因合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基因表達過程復(fù)制和基因表達過程 v負責清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，負責清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時也可以清除侵入細胞的外源性核酸同時也可以清除侵入細胞的外源性核酸 v在

31、消化液中降解食物中的核酸以利吸收在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 v體外重組體外重組DNADNA技術(shù)中的重要工具酶技術(shù)中的重要工具酶 生物體內(nèi)的生物體內(nèi)的核酸酶核酸酶負責細胞內(nèi)外催化核酸的降解負責細胞內(nèi)外催化核酸的降解顏色反應(yīng)：顏色反應(yīng)：1）核糖與濃鹽酸和苔黑酚(甲基間苯二酚)共熱呈 綠色，在670nm處可測RNA；2）2-脫氧核糖與酸和二苯胺共熱呈藍紫色， 在595nm處可測DNA。 二種反應(yīng)可作定性試驗，定量試驗靈敏度低、準確性差，但快、簡便。 1 1、一個單鏈、一個單鏈DNADNA和一個單鏈和一個單鏈RNARNA分子量相同，試述可以用幾種方法將它們區(qū)分開？分子量相同，試述可以用幾種方法

32、將它們區(qū)分開？2.轉(zhuǎn)食品基因安全嗎？轉(zhuǎn)食品基因安全嗎？轉(zhuǎn)基因有兩派轉(zhuǎn)基因有兩派反對派：反對派的道理在于轉(zhuǎn)基因抗病抗蟲的反對派：反對派的道理在于轉(zhuǎn)基因抗病抗蟲的功能來自于毒蛋白基因，蟲吃了是要死的，功能來自于毒蛋白基因，蟲吃了是要死的，人吃了怎么辦？人吃了怎么辦？贊成派：昆蟲的死亡是因為氣孔閉塞了，但這贊成派：昆蟲的死亡是因為氣孔閉塞了，但這跟人的消化道完全是兩碼事。跟人的消化道完全是兩碼事?！敝虚g派：中間派：人民不是小白鼠人民不是小白鼠（二）紫外吸收性質(zhì)（二）紫外吸收性質(zhì) 堿基具共軛雙鍵強烈吸收堿基具共軛雙鍵強烈吸收260-290nm260-290nm波段波段紫外光，最大吸收峰在紫外光，最大吸

33、收峰在260nm260nm附近。附近。 應(yīng)用：應(yīng)用：1 1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分紫外分光光度計進行定性、定量測定。光光度計進行定性、定量測定。 1 1 ODOD相當于：相當于：50g/ml DNA50g/ml DNA 40g/ml RNA 40g/ml RNA 2、確定所提取的核酸是否純品。 1）DNA： OD260/OD280 1.8 純品 2）RNA： OD260/OD280 2.0 純品 在純化DNA 時,通常用A260/A280=1.8- 2.0 作為純度標準,若大于此值,表示有RNA 污染;若小于此值,則有pro 或酚污染.（三）核酸結(jié)

34、構(gòu)的穩(wěn)定性（三）核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性1、堿基堆積力：堿基堆積力：雙螺旋內(nèi)部堿基形成的疏水區(qū)；雙螺旋內(nèi)部堿基形成的疏水區(qū)；2 2、堿基間的氫鍵：堿基間的氫鍵：3 3、磷酸基與介質(zhì)中陽離子形成的離子鍵、磷酸基與介質(zhì)中陽離子形成的離子鍵（四）核酸的變性（四）核酸的變性1、變性的概念變性的概念1）現(xiàn)象：雙螺旋DNA和具雙螺旋區(qū)的RNA氫鍵 斷裂，空間結(jié)構(gòu)被破壞，形成單鏈無規(guī) 則線團狀的過程。2）結(jié)果結(jié)果：A A、增色效應(yīng)：、增色效應(yīng)： 260nm260nm紫外吸收增加；紫外吸收增加； B B、粘度下降；、粘度下降；C C、生物學性能部分或全部喪失、生物學性能部分或全部喪失。3 3）引起變性的因素引起變性的

35、因素： 溫度、溫度、pHpH、尿素、甲醛等。、尿素、甲醛等。增色效應(yīng)增色效應(yīng) DNADNA變性后，由于雙螺旋解體，變性后，由于雙螺旋解體，藏于螺旋內(nèi)部的堿基暴露出來，藏于螺旋內(nèi)部的堿基暴露出來，使使DNADNA的的A A260260值升高，這種現(xiàn)象值升高，這種現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)。稱為增色效應(yīng)。00.10.20.30.4220240260280300波長 / nm光吸收變性變性DNA天然天然DNA2、熱變性與熱變性與T Tm mTm：在熱變性中，紫外吸收增加量達最大在熱變性中，紫外吸收增加量達最大增量一半的溫度，稱該增量一半的溫度，稱該DNADNA的熔解溫度的熔解溫度（melting temper

36、ature,Tm);又稱又稱熱解鏈溫度。熱解鏈溫度。(G+C)%=(Tm -69.3)*2.443 3、影響、影響T Tm m的因素：的因素：1 1）G-CG-C含量：含量：T Tm m與與G-CG-C含量成正比。含量成正比。2 2）介質(zhì)中的離子強度：）介質(zhì)中的離子強度：離子強度低，離子強度低，T Tm m低，在純水中低，在純水中, , DNADNA 在室溫下即可在室溫下即可變性。變性。3 3）溶液的）溶液的pH .pH .4) 4) 變性劑變性劑（五）核酸的復(fù)五）核酸的復(fù)性性概念：變性變性DNADNA在適當條件下在適當條件下（緩慢降溫），（緩慢降溫），可可 使兩條彼此分開的鏈使兩條彼此分開的

37、鏈重新締合重新締合成雙螺成雙螺旋結(jié)旋結(jié) 構(gòu)的過程。構(gòu)的過程。 復(fù)性后，許多物化性質(zhì)可得到恢復(fù)，復(fù)性后，許多物化性質(zhì)可得到恢復(fù)， 生物學活性部分恢復(fù)。生物學活性部分恢復(fù)。影響因素：影響因素：溫度、溫度、DNADNA片段大小、片段大小、DNADNA濃度、濃度、堿基堿基 重復(fù)序列多少、離子濃度。重復(fù)序列多少、離子濃度。DNADNA變性與復(fù)性變性與復(fù)性減色效應(yīng)減色效應(yīng)當變性的當變性的DNADNA經(jīng)復(fù)性又重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)時，其經(jīng)復(fù)性又重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)時，其溶液的溶液的A A260260值減小，最多可減小至變性前的值減小，最多可減小至變性前的A A260260值，值，這種現(xiàn)象稱為減色效應(yīng)。這種現(xiàn)象稱為

38、減色效應(yīng)。六、分子生物學技術(shù)六、分子生物學技術(shù)（一）分子雜交與探針技術(shù)1、概念： 1）分子雜交（hybrization): 在退火條件下，不同來源的DNA互補區(qū)形成氫鍵，或DNA單鏈和RNA鏈的互補區(qū)形成DNA-RNA雜合雙鏈的過程。 DNA-DNA： DNA-RNA: 核酸核酸的雜的雜交交2)2)探針（探針（probe)probe)用放射性同位素或熒光標記的DNA或RNA片段. 確診病人細胞中提取的DNA； 病毒DNA ； 腫瘤組織提取的DNA。3） Southern印跡印跡法法用于檢測DNA方法：如圖Northern 印跡法印跡法：用于檢測用于檢測RNARNANorthernNorther

39、n印跡法：將電泳分離后的印跡法：將電泳分離后的RNARNA吸印到纖維素膜上再進吸印到纖維素膜上再進行分子雜交。行分子雜交。4 4）聚合酶鏈式反應(yīng)）聚合酶鏈式反應(yīng)（polymeerase chain reaction, PCR)n 聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）l每一輪聚合酶鏈式反應(yīng)可使目的基因片段增加一倍30輪循環(huán)可獲得 230（1.07109)個基因片段應(yīng)用：應(yīng)用： 廣泛用于克隆、測序、產(chǎn)生特異突變、醫(yī)學診斷和法醫(yī). 核酸分子的核苷酸序列分析是以純品核酸為材料，經(jīng)水解，測定核苷酸組成及比例。先以外切酶確定5-或3-末端核苷酸，再以內(nèi)切酶將核酸鏈分為若干寡核苷酸段，分段測定核苷酸組成、比例和序列。最

40、后將核苷酸序列的各寡核苷酸重疊，確定整個核酸分子的核苷酸序列。(五五) 核酸序列分析核酸序列分析酶底物作用部位作用產(chǎn)物外切酶磷酸二酯酶 DNA， RNA5端，5連接處3核苷酸3端，3連接處5核苷酸內(nèi)切酶脫氧核糖核酸酶 IDNA3連接處3-羥核苷酸為3末端寡核苷酸及剩余部分脫氧核糖核酸酶II5連接處3-核苷酸為3末端寡核苷酸及剩余部分核糖核酸 酶T1RNA5連接處堿基是G3-鳥苷酸為3末端寡核苷酸及剩余部分核糖核酸 酶 I5連接處堿基是 Pyr3-嘧啶類核苷酸為3末端寡核苷酸及剩余部分DNADNA酶法測序酶法測序 1977年sanger發(fā)明末端終止法測定末端終止法測定DNADNA序列。序列。 根

41、據(jù)sanger測序法，現(xiàn)在已經(jīng)有各種DNA自動測序儀，DNA測序速度大大加快HGP得以提前完成DNADNA酶法測序酶法測序DNADNA酶法測序酶法測序平行進行四組反應(yīng)，每組反應(yīng)均使用相同的模板，相同的引物以及四種脫氧核苷酸；并在四組反應(yīng)中各加入適量的四種之一的雙脫氧核苷酸，使其隨機地接入DNA鏈中，使鏈合成終止，產(chǎn)生相應(yīng)的四組具有特定長度的、不同長短的DNA鏈。這四組DNA鏈再經(jīng)過聚丙烯酸胺凝膠電泳按鏈的長短分離開，經(jīng)過放射自顯影顯示區(qū)帶，就可以直接讀出被測DNA的核苷酸序列,如下圖所示： DNADNA酶法測序酶法測序DNADNA酶法測序酶法測序本章總結(jié)本章總結(jié) 核苷：核苷酸：核苷：核苷酸：c

42、AMPcAMP：磷酸二脂鍵：脫氧核糖核酸（：磷酸二脂鍵：脫氧核糖核酸（DNADNA）：）： 核糖核酸核糖核酸（RNARNA）：）： 核糖體核糖核酸（核糖體核糖核酸（rRNArRNA）：信使核糖核酸）：信使核糖核酸(mRNA)(mRNA)：轉(zhuǎn)移核糖核：轉(zhuǎn)移核糖核酸（酸（tRNAtRNA）：堿基對：查蓋夫定律（）：堿基對：查蓋夫定律（ChargaffChargaffs ruless rules）：）： 大溝和小溝：大溝和小溝： DNADNA超螺旋：超螺旋： DNADNA變性：退火：熔解溫度（變性：退火：熔解溫度（TmTm）：增色效應(yīng)：減色效應(yīng)）：增色效應(yīng)：減色效應(yīng). .l核酸的化學結(jié)構(gòu)：核酸的化學

43、結(jié)構(gòu)：堿基、核苷、核苷酸。堿基、核苷、核苷酸。lDNADNA的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：DNADNA的一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)，的一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)，RNARNA的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：RNARNA的類型和結(jié)構(gòu)特點，的類型和結(jié)構(gòu)特點，tRNA tRNA 、mRNAmRNA、 rRNArRNA的結(jié)構(gòu)和功能。的結(jié)構(gòu)和功能。l核酸的性質(zhì)：核酸的性質(zhì)：解離性質(zhì)、水解性質(zhì)、光吸解離性質(zhì)、水解性質(zhì)、光吸收性質(zhì)、沉降特性，變性、復(fù)性及雜交。收性質(zhì)、沉降特性，變性、復(fù)性及雜交。l核酸一級結(jié)構(gòu)的測定、核酸一級結(jié)構(gòu)的測定、研究技術(shù)研究技術(shù)、核酸的、核酸的分離純化分離純化. .重點重點中、英文專業(yè)詞匯：中、英文專業(yè)詞匯： nucleic a

44、cidnucleic acid核酸；核酸；purinepurine嘌呤；嘌呤；deoxyribonucleic acid(DNA)deoxyribonucleic acid(DNA)脫氧核糖核酸；脫氧核糖核酸；pyrimidinepyrimidine嘧啶；嘧啶；ribonucleic acid(RNA)ribonucleic acid(RNA)核核糖核酸；糖核酸；adenine(A)adenine(A)腺嘌呤；腺嘌呤；basebase堿基；堿基；guanine(G)guanine(G)鳥嘌呤；鳥嘌呤；nudeotidenudeotide核苷酸；核苷酸；cytosine(C)cytosine(C

45、)胞嘧啶；胞嘧啶；nucleosidenucleoside核苷；核苷；uracil(U)uracil(U)尿嘧啶；尿嘧啶；thymine(T)thymine(T)胸腺嘧啶；胸腺嘧啶；base pairbase pair堿基對；堿基對；phosphodiester linkagephosphodiester linkage磷酸二酯鍵；磷酸二酯鍵；nucleosomenucleosome核小體；核小體；ribosomeribosome核核糖體；糖體；hybridizationhybridization雜交；雜交；genetic codegenetic code遺遺傳密碼；傳密碼；double he

46、lixdouble helix雙螺旋；雙螺旋；supercoilsupercoil超超螺旋；螺旋；probeprobe探針；探針；ribosomal RNA(rRNA)ribosomal RNA(rRNA)核糖核糖體體RNARNA；transfer RNA(tRNA)transfer RNA(tRNA)轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNARNA；messenger RNA(mRNA)messenger RNA(mRNA)信使信使RNARNA 1DNA的Tm值較高是由于下列哪組核苷酸含量較高所致： AG+A BC+G CA+T DC+T EA+C 2絕大多數(shù)真核生物mRNA5 端有 APolyA B終止密碼 C帽子結(jié)

47、構(gòu) D啟動子 ES-D序列 3hnRNA是下列哪種RNA的前體？ AtRNA BrRNA CmRNA DsnRNA EsnoRNA 4核酸對紫外線的最大吸收峰在哪一波長附近 A280nm B260nm C200nm D340nm E220nm 5下列哪種堿基只存在于RNA而不存在于DNA： A尿嘧啶 B腺嘌呤 C胞嘧啶 D鳥嘌呤 E胸腺嘧啶 6DNA變性是指： A分子中磷酸二酯鍵斷裂 B多核苷酸鏈解聚 CDNA分子由超螺旋雙螺旋 D互補堿基之間氫鍵斷裂 EDNA分子中堿基丟失作業(yè)作業(yè)1 1、 比較比較DNADNA、RNARNA在化學組成、分子結(jié)構(gòu)和生理功能上的特點。在化學組成、分子結(jié)構(gòu)和生理功

48、能上的特點。2 2、 DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點？雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點？NNNNHHHHNNNNHHHH123 456789嘌呤NH2腺嘌呤 adenine（A）NNNNHHHHOH2N鳥嘌呤 guanine（G）（三）核苷：（三）核苷：(nucleoside) 核苷：核苷：戊糖與堿基縮合而成，并以糖苷鍵相連接。 糖苷鍵糖苷鍵： 二者的連接是C-N鍵，稱N-糖苷鍵。1 1、DNADNA是遺傳信息的載體是遺傳信息的載體半保留復(fù)制半保留復(fù)制保證了親代保證了親代性狀傳到子性狀傳到子代，保證了代，保證了親代與子代親代與子代的相似性。的相似性。A、在pr合成中轉(zhuǎn)運aa；B、在pr合成的起始、DNA反轉(zhuǎn)錄合成及其它代謝調(diào)節(jié)中起作用。2) mRNA2) mRNA結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：3 3末端有末端有polyApolyA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：與：與mRNAmRNA從核入質(zhì)有關(guān)。從核入質(zhì)有關(guān)。 5 5末端有帽子結(jié)構(gòu)末端有帽子結(jié)構(gòu)：G G被甲基化，此可能與被甲基化，此可能與propro合成的起始有關(guān)。合成的起始有關(guān)。 2.轉(zhuǎn)食品基因安全嗎？轉(zhuǎn)食品基因安全嗎？4 4）聚合酶鏈式反應(yīng)）聚合酶鏈式反應(yīng)（polymeerase chain reaction, PCR) 2絕大多數(shù)真核生物mRNA5 端有 APolyA B終止密碼 C帽子結(jié)構(gòu) D啟動子 ES-D序列